土质学与土力学土力学绪论

,学年第一学期,任 课 教 师 简 介,www.themegallery.com,Company Logo,土质学与土力学,本课程的教学安排,www.themegallery.com,Company Logo,土质学与土力学,教材： 高大钊，袁聚云主编. 土质学与土力学（版）. 人民交通出版社，2001年 参考书目： 1. 赵明华主编. 土力学与基础工程（第2版）. 武汉理工大学出版社，2003年 2. 赵成刚，白冰，王运霞主编. 土力学原理. 清华大学出版社，北京交通大学出版社，2004年,教材与参考书目,www.themegallery.com,Company Logo,土质学与土力学,总成绩： 期末考试：70% 平时成绩（作业）：20% 实验成绩：10%,本课程最终成绩的评定方式,www.themegallery.com,Company Logo,土质学与土力学,学习土质学与土力学课程的目的和意义 土质学与土力学的研究对象及主要内容 土质学与土力学的发展简史与代表人物 典型的工程案例分析 土质学与土力学的发展方向 学习本课程的方法及注意的问题,绪 论,www.themegallery.com,Company Logo,土质学与土力学,绪 论,www.themegallery.com,Company Logo,土质学与土力学,学习土质学与土力学 课程的目的和意义,www.themegallery.com,Company Logo,学习土质学与土力学的目的和意义,土质学与土力学知识与人类的生产活动及工程实践具有非常密切的联系。 在人类文明发展的早期，已开始掌握并应用一定的土力学知识，发展了地基基础工程的工艺。 如：西安半坡新石器时代遗址（距今六七千年）已发现有土台和石础。 距今三四千年的夏商宫殿的夯土台基和柱础。,绪 论,人类文明的重要载体与表现形式之一，土木建筑工程。 如：举世闻名的万里长城、京杭大运河，秦直道（中国最早的军事高速公路），雄伟壮丽的宫殿与寺庙、佛塔等。这些工程之所以能绵延万里，流传千年，成为亘古奇观，必须处理好有关的岩土工程问题。而对岩土工程问题的处理和解决，离不开对土质学和土力学知识的掌握和运用。,学习土质学与土力学的目的和意义,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,土质学与土力学知识与人类的生产活动及工程实践具有非常密切的联系。 土质学与土力学知识是各类土木工程结构正常施工的前提和安全使用的保证。 各类土木工程结构的主体结构施工之前，必须进行必要的地基处理和基础结构的施工。 许多工程事故的发生都与地基和基础的失效与破坏有关。 强度破坏 变形破坏 渗流引起的破坏（流砂和管涌）,学习土质学与土力学的目的和意义,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,安全与正常使用是土木工程中的两大主题，也是土质学与土力学应该面对和处理的两大主题。 学习土质学与土力学的目的是为土工结构物的设计与施工提供土的工程性质指标与评价方法，为土的各种工程问题提供分析和计算的原理和方法。,学习土质学与土力学的目的和意义,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,地基与基础、土石坝、 地下结构、隧道、 路基、岸坡、挡土结构等,绪 论,www.themegallery.com,Company Logo,土质学与土力学,土质学与土力学 的研究对象及主要内容,www.themegallery.com,Company Logo,土质学与土力学的研究对象,土质学与土力学是将土作为建筑物的地基、材料或介质来研究的一门学科。 土作为地基：结构工程 土作为建筑材料：道路工程（路堤填料） 土作为介质或环境：地下结构（地下车库，土中隧道等） 介质（medium）：作为媒介的物质。,绪 论,土质学 从工程地质学的范畴里发展起来，从土的成因与成份出发，研究土的工程性质的本质与机理。对土在荷载、温度及湿度等因素作用下发生的变化作出数量上的评价，并根据土的强度、变形机理提出改良土质的有效途径。,土质学与土力学的研究内容,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,研究土的各种工程性质的内在原因与产生机理及其评价方法,土力学 从工程力学范畴里发展起来，把土作为物理力学系统，根据土的应力应变强度关系提出力学计算模型，用数学和力学方法求解土在各种条件下的应力分布、变形以及土压力、地基承载力与土坡稳定等课题。同时根据土的实际情况评价各种力学计算方法的可靠性与适用条件。,土质学与土力学的研究内容,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,用数学和力学方法研究土的性质,土的工程性质 土的强度问题 土的变形问题 土的稳定问题 土中水的渗流问题,土质学与土力学的研究内容,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,土 质 学,土 力 学,土的微观结构决定其宏观的物理力学性质。 将土质学与土力学结合起来，将土的微观与亚微观结构的研究与土的应力应变强度关系的研究结合起来，将土的变形、强度机理和土的工程性质指标结合起来，进一步说明土的各种力学现象的本质。,土质学与土力学的关系,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,绪 论 第一章 土的物理性质及工程分类 第二章 粘性土的物理化学性质 第三章 土中水的运动规律 第四章 土中应力计算 第五章 土的压缩性与地基沉降计算 第六章 土的抗剪强度 第七章 土压力计算 第八章 土坡稳定分析 第九章 地基承载力,课 程 内 容,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,各部分内容之间的相互关系,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,强度特性 变形特性 渗透特性,物理化学性质,土中应力 计算,土压力 地基 承载力,绪 论,www.themegallery.com,Company Logo,土质学与土力学,土质学与土力学 的发展简史与代表人物,土质学 土质学和粘性土的工程性质系统地论述了土质学的基本原理。 土力学 1773年 MohrCoulomb强度理论 （土力学的第一个理论） 1776年 Coulomb土压力理论（滑动土楔平衡条件） 1857年 Rankine土压力理论（土体极限平衡条件） 1856年 Darcy 土体中水的渗透理论,土质学与土力学的发展简史早期,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,1885年 Boussinesq 均匀各向同性的半无限体当表面作用竖向集中力时的位移和应力分布理论 （Boussinesq解） 1892 Flamant 均匀各向同性的半无限体当表面作用竖向线荷载时的位移和应力分布理论 （Flamant解）,土质学与土力学的发展简史早期,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,土质学 黄文熙 土的工程性质 Mitchell Fundamentals of Soil Behavior 俞调梅 土质学及土力学 土力学 Prandtl 极限承载力公式 Terzaghi、Meyerhof、Vesic和Hansen 地基极限承载力公式,土质学与土力学的发展简史近代,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,Fellenius 土坡稳定性分析的瑞典圆弧法 Terzaghi 饱和土的有效应力原理和一维固结理论 Biot 饱和土变形和渗透耦合理论 Terzaghi在1925年出版的土力学一书是国际上第一本土力学专著，该书的出版是土力学形成一门独立学科的标志。,土质学与土力学的发展简史近代,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,土质学与土力学发展史上的代表人物,Coulomb （1736-1806） 法国力学家、物理学家 主要贡献： Coulomb土压力理论 砂土的强度公式,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,土质学与土力学发展史上的代表人物,Rankine （1820-1872） 英国工程师 主要贡献： 挡土墙理论（土对挡土墙的压力和挡土墙的稳定性问题）,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,土质学与土力学发展史上的代表人物,Terzaghi （1883-1963） 公认的土力学之父 主要贡献： 土的固结理论 有效应力原理 理论土力学和工程实用土力学,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,土质学与土力学发展史上的代表人物,Casagrande （1902-1981） 美籍奥地利科学家 主要贡献： 土的分类方法 土的剪切强度 砂土液化问题,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,土质学与土力学发展史上的代表人物,黄文熙 （1909-2000） 清华大学教授 中国科学院院士 主要贡献： 地基沉降与地基中应力分布的计算方法 砂土液化机理 清华弹塑性模型,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,绪 论,www.themegallery.com,Company Logo,土质学与土力学,典型的工程案例分析,典型的工程案例分析,赵州桥,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,典型的工程案例分析,赵州桥 赵州桥又名安济桥，位于今河北省赵县境内的洨河上，修建于隋朝大业（公元605-618）年间。桥长64.40m，跨径37.02m，是当今世界上跨径最大、建造年代最早的单孔敞肩型石拱桥。 赵州桥选址合理，使用天然桥基，把桥台建筑在河床密实的粗砂层上，桥基坚实稳固。 桥址处的天然地基完全能够承受桥的载荷。现代测量结果表明，自建桥至今近1400年，两边桥基下沉的水平差只有5厘米。,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,典型的工程案例分析,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,夯 土 长 城,典型的工程案例分析,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,统 万 城,典型的工程案例分析,比萨斜塔 由于地基不均匀沉降造成建筑物发生倾斜的典型实例。,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,典型的工程案例分析,比萨斜塔概况 1173年动工，1370年竣工。全塔共8层，高55m，全部用白色大理石砌成。 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。 修建过程中曾因塔身发生明显倾斜而两度停工，在1370年完工时，塔顶中心点已偏离垂直中心线2.1m，其后倾斜度不断加剧。,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,典型的工程案例分析,比萨斜塔纠偏工程 工程从1990年初开始，分三个阶段进行： 第一阶段，在塔身第一层上端安装5道厚度为10至40厘米的不锈钢圈。 第二阶段，将600吨铅锭挂压在塔基的北侧。,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,第三阶段，在塔基北侧地下打入10根长50m的钢柱，上端同固定在塔底部的钢环相连接。,典型的工程案例分析,比萨斜塔纠偏工程 工程于2001年6月完工，共耗资500亿里拉（约合24万美元）。 目前塔顶中心点偏离垂直中心线的距离为4.5m，和纠偏工程实施前相比减少43.8cm，可以确保它在300年内没有发生倒塌的危险。,www.themegallery.com,Company Logo,绪 论,比萨斜塔于2001年12月重新向公众开放，成为世界闻名的建筑奇观。,典型的工程案例分析