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1、1 土力学 授课 舒志乐E mail shuzhile0608 2 什么是土 土有哪些特点 土力学有何特点 为什么要学习土力学 土力学包括哪些内容 如何学好土力学 绪论 3 土是指 地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形成的 覆盖在地表上碎散的 没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物 绪论 风化 什么是土 4 土有哪些特点 绪论 5 碎散性 土有哪些特点 非连续介质 受力以后易变形体积变化主要是孔隙变化剪切变形主要由颗粒相对位移引起强度低 绪论 岩石风化的产物 6 多相介质 三相性 三相体系 受力后由土骨架 孔隙介质共同承担存在复杂的相互作用孔隙流体流动 绪论 土有哪些特点 固相 土骨架液相
2、 水气相 空气 7 天然性 自然变异性 自然界的产物 绪论 土有哪些特点 非均匀性各向异性结构性时空变异性 8 碎散性 三相性 天然性 力学特性复杂 变形特性强度特性渗透特性 绪论 土有哪些特点 9 土力学有何特点 绪论 10 土力学有何特点 土力学 绪论 连续介质力学的基本知识 描述碎散体特性的理论 土的变形 强度和渗透特性以及与此有关的工程问题 11 土力学发展的历史 1776Coulomb强度定律 土压力理论1856Darcy定律1857Rankine新的土压力理论1925Terzaghi有效应力原理及渗透固结理论1936第一届国际土力学及基础工程会议1949中国土力学研究的兴起 绪论
3、土力学有何特点 土力学成为一门独立学科的重要标志Terzaghi是土力学的奠基人 12 为什么要学习土力学 1 土具有广泛的工程应用2 存在大量与土有关的工程问题 绪论 13 1 土的工程应用 土工建筑材料建筑物基础之地基建筑环境 绪论 为什么要学习土力学 14 2 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 加拿大特朗斯康谷仓 事故 1913年9月装谷物 10月17日装了31822 谷物时 1小时竖向沉降达30 5cm24小时倾斜26 53 西端下沉7 32m东端上抬1 52m上部钢混筒仓完好无损 概况 长59 4m 宽23 5m 高31 0m
4、 共65个圆筒仓 钢混筏板基础 厚61cm 埋深3 66m 1911年动工 1913年完工 自重20000T 16 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 加拿大特朗斯康谷仓 处理 事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩 使用388个50t千斤顶以及支撑系统 把仓体逐渐纠正过来 其位置比原来降低了 米 原因 地基土事先未进行调查 据邻近结构物基槽开挖取土试验结果 计算地基承载力应用到此谷仓 1952年经勘察试验与计算 地基实际承载力小于破坏时的基底压力 因此 谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动 上海地铁4号线失事 浦东南路站 南浦大桥站区间隧道工程是上海市重大工程项目 轨道交通四号线
5、工程的一个重要组成部分 2003年7月1日凌晨 上海轨道交通4号线越江隧道联络通道因大量泥砂涌入 引起隧道受损及周边地区地面沉降 造成3幢建筑物严重倾斜 以及防汛墙开裂 沉陷等险情 风井 2003年7月1日出现险情 临江花苑门口地面塌陷 文庙泵站突沉 2003年7月2日 3日险情进一步发展 上海地铁4号线失事 2006年6月 上海地铁4号线失事 事故调查结论表明 施工单位的指挥不当和现场管理人员的违章施工 直接导致了这起事故的发生 同时 施工单位未按规定程序调整施工方案 且调整后的施工方案存在欠缺 总包单位现场管理失控 监理单位现场监理失职 初步经济损失1 5亿元总包单位现场管理失控 监理单位
6、现场监理失职 刑事拘留3人 取保候审3人 处分及追究责任7人 23 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 香港宝城滑坡 1972年7月某日清晨 香港宝城路附近 两万立方米残积土从山坡上下滑 巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅 宝城大厦 顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅 死亡 7人 原因 山坡上残积土本身强度较低 加之雨水入渗使其强度进一步大大降低 使得土体滑动力超过土的强度 于是山坡土体发生滑动 24 香港1900年建市 1977年成立土力工程署1972PoShan滑坡 20 000m3 67死 20伤 25 Early1972滑坡前 26 与土有关的工程问题 绪论
7、 为什么要学习土力学 阪神大地震中地基液化 神户码头 地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降 大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤 液化 松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变成流动状态的一种现象 27 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 阪神大地震中地基液化 神户码头 沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中 28 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 以上几个实例可归结为与土有关的强度问题 29 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 比萨斜塔 目前 塔向南倾斜 南北两端沉降差1 80m 塔顶离中心线已达5 27m 倾斜5 5 1360 再复工 至1370年竣工 全
8、塔共8层 高度为55m1272 复工 经6年 至7层 高48m 再停工1178 至4层中 高约29m 因倾斜停工1173 动工 原因 地基持力层为粉砂 下面为粉土和粘土层 模量较低 变形较大 1590 伽利略在此塔做落体实验 30 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 比萨斜塔 1838 1839 挖环形基坑卸载1933 1935 基坑防水处理基础环灌浆加固1990年1月 封闭1992年7月 加固塔身 用压重法和取土法进行地基处理目前 已向游人开放 处理措施 31 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 虎丘塔 问题 塔身向东北方向严重倾斜 塔顶离中心线已达2 31m 底层塔身发
9、生不少裂缝 成为危险建筑物而封闭 概况 位于苏州市虎丘公园山顶 落成于宋太祖建隆二年 公元961年 全塔7层 高47 5m 塔的平面呈八角形 原因 坐落于不均匀粉质粘土层上 产生不均匀沉降 处理 在塔四周建造一圈桩排式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和打设树根桩加固塔身 效果良好 32 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 关西国际机场世界最大人工岛 1986年 开工1990年 人工岛完成1994年 机场运营面积 4370m 1250m填筑量 180 106m3平均厚度 33m 设计时预测沉降 5 7 7 5m完成时实际沉降 8 1m 5cm 月 1990年 预测主固结完成 20
10、年后比设计超填 3m 问题 沉降大且有不均匀沉降 33 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 以上几个实例可归结为与土有关的变形问题 34 Teton坝 概况 土坝 高90m 长1000m 建于1972 75年 1976年6月失事 损失 直接8000万美元 起诉5500起 2 5亿美元 死14人 受灾2 5万人 60万亩土地 32公里铁路 原因 渗透破坏 水力劈裂 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 35 Teton坝 1976年6月5日上午10 30左右 下游坝面有水渗出并带出泥土 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 36 Teton坝 11 00左右洞口不断扩大
11、并向坝顶靠近 泥水流量增加 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 37 Teton坝 11 30洞口继续向上扩大 泥水冲蚀了坝基 主洞的上方又出现一渗水洞 流出的泥水开始冲击坝趾处的设施 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 38 11 50左右洞口扩大加速 泥水对坝基的冲蚀更加剧烈 Teton坝 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 39 11 57坝坡坍塌 泥水狂泻而下 Teton坝 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 40 12 00过后坍塌口加宽 Teton坝 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 41 洪水扫过下游谷底 附近所有设施被彻底摧毁
12、 Teton坝 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 42 失事现场目前的状况 Teton坝 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 九江大堤决口 溃口原因 堤基管涌 1998年8月7日13 10发生管涌险情 20分钟后 在堤外迎水面找到2处进水口 又过20分钟 防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞 5m宽的堤顶随即全部塌陷 并很快形成一宽约62m的溃口 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图 砂环 管涌口 粘性土 砂性土 渗水 杂填土 管涌 在渗流作用下 无粘性土体中的细小颗粒 通过土的孔隙 发生移动或被水流带出的现象 堤基管涌 与土有关
13、的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 砂性土堤基管涌破坏示意图 管涌破坏 当管涌发生时 渗流将导致向源侵蚀 使堤防基础下部出现渗流通道 当水头差足够大时 侵蚀将加速并掏挖堤防基础 形成通道后极易引起溃决 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 46 以上几个实例可归结为与土有关的渗透问题 与土有关的工程问题 绪论 为什么要学习土力学 47 土工结构物或地基 土 强度问题变形问题渗透问题 强度特性变形特性渗透特性 土力学可以解决工程实践问题 这正是土力学存在的价值以及我们学习土力学的目的 绪论 为什么要学习土力学 48 绪论 土力学包括哪些内容 基础物理性质 预备土中应力 具体应用土压力
14、核心渗透特性变形特性强度特性 49 基础与主线 预备 具体应用 绪论 土力学包括哪些内容 土的物理性质和工程分类 土的渗透性和渗流问题 土体中的应力计算 土的变形特性和地基沉降计算 土的抗剪强度 土力学 2 城市岩土工程高等土力学环境岩土工程土动力学与土工抗震工程 渗透特性变形特性强度特性 50 绪论 如何学好土力学 注意土的基本特点 通过与其它材料对比 注重理论联系实际 通过现场观察与试验 注重正确学习方法 概念 原理 方法内容间联系要记忆 但不能死记 51 课程特点 研究 实用 机理 设计公式 现场条件 经验修正 伪科学 特定条件 绪论 基本理论 工程应用 实验技能 理论公式 基准 不同精度层次 应用 结果 安全性 经济性
