1、,,土 力 學,主講：朱秀清天津農(nóng)學院水利工程系,教學要求情況介紹,1.《土力學》總學時54學時，其中理論教學42學時、實驗12學時。平均周學時3學時/周，14周講完。實驗課單獨排課、分組進行。2.課程屬性：必修課3.課程學分：3學分4.總評成績構成：40%平時成績+60%期末成績5.平時成績構成：作業(yè)、出勤、平時測驗、實驗6.試驗沒有完成的，不允許參加考試；缺勤超過三分之一的，不允許參加考試,第1章 緒 論(2

2、學時),1.1 土力學的研究對象與研究內(nèi)容土力學的研究對象；土力學的任務；土力學的研究內(nèi)容；,土力學的研究對象,土的概念土是巖石風化的產(chǎn)物,是母巖風化后經(jīng)搬運、沉積等地質(zhì)作用形成的巖石碎屑和土顆粒組成的集合體。土的特性多相性、孔隙性、散體性、壓縮性、滲透性、抗剪性等。,土和巖石比較,一方面源于巖石，其成分和性質(zhì)與巖石有著密不可分的聯(lián)系。正因如此，通常將巖石和土的學科稱為“巖土力學”，稱巖石和土的工程問題為“巖土工程”另一方

3、面，由于土的松散性特點，又使得兩者的物理力學性質(zhì)迥然不同。,土的分類,土按有機質(zhì)含量不同分類：可分為有機土和無機土土按其顆粒間的粘聚程度不同，可分為粘性土和無粘性土,土在工程建設中的作用,工程建筑物和土有著極密切的關系，他們或以土為材料（如堤、壩、路基）；或以土為地基（如房屋、閘壩、碼頭）；或以土為環(huán)境（如隧道、涵洞、運河）。因此，土的性質(zhì)對于建筑物具有直接而重大的影響。,地基與基礎的概念,地基：直接承受建筑物影響的土層?；A：將上

4、部結構的荷載傳遞到地基中的結構部分。地基與基礎共同作用的觀點：看作是一個共同作用體系。,土、地基 基礎的關系,基礎,地基與基礎的分類,基礎分類,基礎的砌置深度D：基礎被埋入土中的深度，稱為砌置深度?；A按砌置深度或砌置深度與寬度比值的不同分為深基礎和淺基礎。,地基分類,地基按是否經(jīng)過人工處理可分為天然地基和人工地基。天然地基省工省料，使用較為經(jīng)濟，應優(yōu)先采用。,土力學的概念,土力學是以土和由其構成的土體為研究對象,研究土的特性及

5、土體受力后,應力、變形、強度和穩(wěn)定性的學科。它是力學的一個分支，是為解決建筑物的地基基礎、土工建筑物和地下結構物的工程問題服務的。,土力學的任務,土體受力多種多樣，如來自土的自重、建筑物荷載、水的浮力、靜水壓力、動水壓力、基礎震動和地震等諸多方面。在這些力的作用下，土體的特性必然發(fā)生變化。土力學的任務就是揭示這些變化規(guī)律的本質(zhì)，用于解決建筑物地基基礎問題。,土力學的研究內(nèi)容,土的基本性質(zhì)（包括物理性質(zhì)和力學性質(zhì)）；土體中的應力分布

6、和計算-土的有效應力原理；地基變形計算---某時刻地基變形量、最終變形量、變形隨時間的變化過程；土體穩(wěn)定性計算—①土的滲透穩(wěn)定②建（構）筑物填土、土坡和地基等土體有關的穩(wěn)定③動荷載作用下土體的穩(wěn)定等。土與建筑物相互作用分析—力的傳遞、應力應變協(xié)調(diào)、摩擦性質(zhì)、工程措施等。,1.2土力學發(fā)展簡介,土力學既是一門古老的學科，同時又是一門新興的學科。它伴隨著生產(chǎn)實踐的發(fā)展而發(fā)展。稱它是古老的學科，是因為人類自古以來就廣泛利用土作為建筑物

7、的地基和建筑材料，如古代的堤壩、橋梁、運河以及大型建筑、宮殿、廟宇的成功建造等說其為新興學科，是由于它的發(fā)展曾長期停留在感性認識階段，上升到理論上的解釋則較晚，許多問題尚需進一步研究,土力學的發(fā)展過程及現(xiàn)狀,1773年建立Mohr—Coulomb強度理論 為土壓力、地基承載力和土坡穩(wěn)定分析奠定基礎；1776年Coulomb發(fā)表建立在滑動土楔基礎上的土壓力理論；1857年Rankine提出極限平衡分析基礎上的土壓

8、力理論；,1856年Darcy通過室內(nèi)試驗建立水的滲透理論；1885年Boussinesq提出各向同性半無限體表面在豎直集中力作用下的位移和應力分布理論；1892年Flamant提出線荷載作用下位移和應力分布理論；1920年Prandtl根據(jù)塑性平衡原理，導出極限承載力公式； 1916年Petterson,K.E及Fellenius提出瑞典圓弧法分析土坡穩(wěn)定性；,Terzaghi(1925)建立飽和土的有效應力原理，標志著土力學

9、學科的建立；,Biot（比奧）建立土骨架壓縮和滲透耦合理論；黃文熙院士對我國土力學學科發(fā)展作出重要貢獻；我國的高等學校、科研院所以及一大批學者也作出了貢獻，如沈珠江院士；,,1.3土力學在工程建設中的地位,水利水電、交通、能源等都是國家的基礎產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟建設中具有重要的戰(zhàn)略意義。與上述產(chǎn)業(yè)相應的水工建筑物種類繁多，諸如大壩、堤防、水閘、渠道、隧洞、渡槽電站、輸電建筑物、泵站、通航建筑物、碼頭、防波堤、海上采油平臺、輸油管道和油罐

10、等這些水工建筑物盡管結構和特點各異，但都有一個共同點，即它們都建在大地上，都有上部結構和地基基礎組成。同時土也是一種建筑材料，但性能卻遠比其它建筑材料復雜。因此，必須認真設計和施工，方能保證建筑物的安全和正常運行。,水工建筑物設計應滿足的條件,1.建筑物任務和使用上的要求；2.建筑物應當在各種條件下保證其結構、地基變形和土體強度的可靠性；3.施工期限短，工程造價低。不言而喻，正確認識和處理上述三者間的辨證關系，進行合理的設計和施工

11、，必須依賴于深厚的土力學的基本知識。因此，土力學在工程建設中占有重要的地位。,水工建筑中常見的主要工程危害,水工建筑的沉降和不均勻沉降、地基的整體破壞和局部破壞、壩體滲漏和滲透破壞。上述工程危害造成的事故在國內(nèi)外工程實際中是不勝枚舉的。根據(jù)對世界上建造的4139座土石壩統(tǒng)計，在發(fā)生的205件事故中，毀壞性事故共64件，中小事故141件，見下表,事故原因分析,從事故原因看，滑動（地基或壩體強度不足）、不均勻沉降（地基壓縮變形引起）、漏水

12、和管涌（滲透引起）的事故占總數(shù)的80%；從事故發(fā)生部位來看，壩體部分占49%，地基部分占33%?？梢?，事故發(fā)生與地基條件密切相關，由地基原因引起的事故不容忽視。下面給出一些圖片，說明土力學研究的重要性。,強度不夠造成失穩(wěn)破壞,滲流造成地基破壞,關于比薩斜塔的糾偏情況,結論,顯而易見，土力學的基本知識乃至巖土工程的實踐，不僅是水工建筑物施工、運營過程中安全、穩(wěn)定的保證，而且合理的運用土力學知識解決實際工程中的難題，可以大大節(jié)省投資。,1

13、.4土力學課程的特點及學習方法,土力學系技術基礎課，和其他技術基礎課相比，既有共同點，也有其特殊性，掌握課程特點，采用正確的學習方法是學習該課程的關鍵。本節(jié)內(nèi)容:1）土力學課程的特點;2）學習方法。,學習土力學的目的,為土工結構物設計和施工提供： 土的工程性質(zhì)指標 評價方法 分析計算原理,課程特點之一,研究對象復雜多變1）松散性材料，成因類型和成層規(guī)律非常復雜。2）土和土體在外界條件影響下，其性質(zhì)有顯著

14、變化。3）水工建筑物的規(guī)模大、地基基礎多為隱蔽工程，一些事故難以預測和發(fā)現(xiàn)，而且事故發(fā)生后，處理起來也很困難。上述特點使得土力學學習具有較大的難點。,課程特點之二,研究內(nèi)容廣泛首先它是一門技術基礎課。它以多種課程為先修課程，如物理、化學、理論力學、材料力學、彈性力學、工程地質(zhì)學、水力學等。它的后續(xù)課程，如水工建筑物、水利施工、基礎工程、地基處理和高等土力學等。,土力學內(nèi)容的廣泛性還體現(xiàn)在多方應用上 水利工程 、港口航道工程

15、、 海洋石油工程、 土木建筑工程、能源工程、道路工程、 橋梁工程、采礦工程、地下工程、鐵道工程 等。 以上各行業(yè)部門的相關建筑物都需建在地基上，從事這些行業(yè)的設計和施工人員都需具備堅實的土力學基礎知識。,課程特點之三,研究方法特殊由于人們對土的有關知識的認識是從感性階段過渡到理性階段,故人們在對土的研究上需把實際復雜的土加以簡化。忽略土的次要現(xiàn)象，抓住主要性能并做一些基本假設，原來的土就可以被某種比較簡單的理想模型代替。,課

16、程特點之四,指標多、參數(shù)多和經(jīng)驗公式多應用時必須非常重視這些參數(shù)的取值，否則，稍有不慎，就會帶來很大誤差。,課程特點之五,土力學系新興學科常借助固體力學、流體力學理論，這一問題只有隨著生產(chǎn)和科學技術不斷發(fā)展，才能逐步完善。,學習方法,1）抓住土的特點和基本性質(zhì)2）正確對待土力學中的指標、參數(shù)和經(jīng)驗公式3）加強基本功訓練、重視實踐環(huán)節(jié),教學參考書陳仲頤、周景星等，土力學，清華大學出版社，1994年劉成宇主編，土力學，第二版