土力学绪论

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1、1,土 力 学,安徽工业大学建工学院 岩土工程研究所 授课教师：司海宝 ,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？,2,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,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,5,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

2、哪些特点？,固相土骨架 液相水 气相空气,6,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,7,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？,8,绪论,什么是土力学？,利用连续介质力学的知识，结合土的特性，研究相关的工程问题 是“伪科学” 是“很土”的力学 实际上并不是一种精确的科学，而是一种“艺术”,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,1776 Co

3、ulomb 强度定律，土压力理论 1856 Darcy 定律 1857 Rankine 新的土压力理论 1925 Terzaghi 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 中国土力学研究的兴起 1957 中国加入国际土协,绪论,土力学的发展,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,1925年，太沙基土力学，标志着岩土工程成为一门独立的学科； 1936年，第一届国际土力学和基础工程学术会议； 1943年，太沙基Theoretical Soil Mechanicals ； 1948年，泰勒Fundamentals of Soil Mecha

4、nicals、太沙基和派克Soil Mechanics in Engineering Practice，奠定了岩土工程的学科地位。 20世纪50年代，世界知名工科大学开设了岩土工程方面的课程。,绪论,土力学的发展,土力学发展的历史（续1）,国际卓越贡献人物,Coulomb (1736-1806),Darcy (1803-1858),Rankine (1820-1872),Terzaghi (1883-1963),Grandfather of soil mechanics,Father of soil mechanics,土力学发展的历史（续2）,绪论,土力学的发展,国内卓越贡献人物,陈宗基 (

5、1922-1991),黄文熙 (1909-2001),钱家欢 (1923-1995),沈珠江 (1933-2006),殷宗泽 (1937- ),我国土力学奠基人,土力学发展的历史（续3）,16,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,17,1. 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？,绪论,为什么要学习土力学？,浅基础,19,绪论,为什么要学习土力学？,深基础,Soft soil,Bedrock,Bearing Piles,Soft soil,Friction Piles,绪论,为什么要学习土力学？,Pi

6、ers,Caissons,为什么要学习土力学？,土石坝,高速公路路基,为什么要学习土力学？,Loess slope,Geosynthetic-reinforced retaining wall,Retaining wall,为什么要学习土力学？,边坡和基坑开挖,基坑,巴拿马运河,2019/6/20,为什么要学习土力学？,盾构隧道,为什么要学习土力学？,管线埋置,为什么要学习土力学？,特殊工程问题,地震,福岛地震,为什么要学习土力学？,冻土,Qing-Zang Railway,28,为什么要学习土力学？,特殊工程问题,Joseph F. Poland,地面 沉降,为什么要学习土力学？,30,2.

7、 与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？, 强度问题 渗透问题 变形问题,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30.5cm 24小时倾斜2653 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，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。,32,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

8、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。,33,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

9、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。,34,香港1900年建市，1977年成立土力工程署 1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 伤),35,Early 1972 滑坡前,滑坡,现场泥石流实验布置和录像,38,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： 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,39,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：

10、沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中,上海“楼脆脆”,时间： 2009年6月27日清晨5时30分左右 地点： 上海闵行区莲花南路、罗阳路口西侧“莲花河畔景苑”小区 事件： 一栋在建的13层住宅楼全部倒塌，由于倒塌的高楼尚未竣工交付使用，所以，事故并没有酿成特大居民伤亡事故。不幸的是，造成一名施工人员死亡。 伤亡：造成1名工人死亡，无其他人员受伤,死亡：69197人； 失踪：18341人； 合计：87538人。 直接经济损失：8451亿元，约三分之一由15000个左右的滑坡、崩塌和泥石流造成。,汶川大地震,万亨大厦基坑倒塌,万亨大厦位于北京东二环，是一22层框剪结构商业办公楼，坑壁附近有：地铁线

11、路、高层塔楼、多层居民楼等 基础埋深17.72m，采用复合土钉墙支护 2003年4月23日晚至24日晨倒塌 由于当时正值“非典”紧张时期，倒塌后，有关部门要求立即填满基坑，附近楼房清空，损失上亿元,44,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,45,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，全塔共8 层，高度为55m 1272：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

12、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,46,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,47,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

13、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。,48,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：4370m1250m 填筑量：180106m3 平均厚度：33m,设计时预测沉降：5.7-7.5 m 完成时实际沉降：8.1 m，5cm/月 (1990年) 预测主固结完成：20年后 比设计超填： 3m,问题：

14、 沉降大且有 不均匀沉降,“楼歪歪”,2009年7月中旬的一场大雨后，四川成都“校园春天”小区两栋楼房倾斜，靠在了一起，称它为“楼歪歪”,50,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,51,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？,该坝位于Idaho州，1972年2月动工兴建，1975年建成。,52,Teton

15、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？,53,Teton坝,11：00左右 洞口不断扩大并向坝顶靠近，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？,54,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？,55,11：50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？,56,11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下,Teton坝,

16、与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,57,12：00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？,58,洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁,Teton坝,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,59,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个洞，5 m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