土力学概述PPT学习教案

1、会计学1土力学概述土力学概述2参考教材参考教材第2页/共52页3综合性强综合性强第3页/共52页4土力学第4页/共52页5u土，地之生万物者也。土，地之生万物者也。二二象象地之上，地之中；地之上，地之中；|物出形也。物出形也。 说文解字说文解字u希腊，中国，希伯来人，印第安希腊，中国，希伯来人，印第安人的神话：神用泥土造人人的神话：神用泥土造人u中国传统文化中的五行：金木水中国传统文化中的五行：金木水火土火土土第5页/共52页6土土是指：是指： 地球表面的整体岩石在大气中经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、没有胶结或盖在地表上

2、碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。胶结很弱的颗粒堆积物。绪论风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积岩石岩石地球颗粒堆积物颗粒堆积物地球 什么是土？什么是土？第6页/共52页7第7页/共52页8砾石卵石 砂粘土第8页/共52页9土有哪些特点？土有哪些特点？绪论第9页/共52页10碎散性碎散性土有哪些特点？土有哪些特点？非连续介质非连续介质l 受力以后易变形受力以后易变形l 体积变化主要是孔隙变化体积变化主要是孔隙变化l 强度低强度低l 剪切变形主要由颗粒相对位移引起剪切变形主要由颗粒相对位移引起绪论岩石风化的产物岩石风化的产物第10页/共52页11多相介质多相介质三相性三相性（三相体系）（三相体

3、系） 受力后由土骨架、孔隙介受力后由土骨架、孔隙介 质共同承担质共同承担 存在复杂的相互作用存在复杂的相互作用 孔隙流体流动孔隙流体流动绪论土有哪些特点？土有哪些特点？固相固相土骨架土骨架液相液相水水气相气相空气空气第11页/共52页12天然性天然性（自然变异性）（自然变异性）自然界的产物自然界的产物绪论土有哪些特点？土有哪些特点？非均匀性非均匀性各向异性各向异性结构性结构性时空变异性时空变异性第12页/共52页13碎散性碎散性三相性三相性天然性天然性力学特性力学特性复杂复杂 变形特性变形特性 强度特性强度特性 渗透特性渗透特性绪论土有哪些特点？土有哪些特点？第13页/共52页14土力学有何特

4、点？土力学有何特点？绪论学科学科研究对象研究对象理论力学理论力学 质点或刚体质点或刚体材料力学材料力学 单个弹性杆件（杆、轴、梁）单个弹性杆件（杆、轴、梁）连续固体连续固体结构力学结构力学 若干弹性杆件组成的杆件结构若干弹性杆件组成的杆件结构弹性力学弹性力学 弹性实体结构或板壳结构弹性实体结构或板壳结构水水 力力 学学 不可压缩的连续流体（水）不可压缩的连续流体（水）连续流体连续流体天然的三相碎散堆积物天然的三相碎散堆积物碎散材料碎散材料第14页/共52页15土力学发展的历史1776 Coulomb 强度定律，土压强度定律，土压力理论力理论绪论土力学有何特点？土力学有何特点？第15页/共52页

5、161857 Rankine 新的土压力理论新的土压力理论土力学发展的历史第16页/共52页171925 Terzaghi 有效应力原理及渗透固结理论有效应力原理及渗透固结理论土力学土力学成为一门独立学科的重要标志成为一门独立学科的重要标志Terzaghi是土力学的奠基人是土力学的奠基人第17页/共52页18为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？1.土具有广泛的工程应用土具有广泛的工程应用2.存在大量与土有关的工程问题存在大量与土有关的工程问题绪论第18页/共52页191. 土的工程应用土的工程应用 土工建筑材料土工建筑材料 建筑物基础之地基建筑物基础之地基 建筑环境建筑环境绪论为什么要学习

6、土力学？为什么要学习土力学？基基 础础上部结构上部结构地地 基基第19页/共52页202. 2. 与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第20页/共52页与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：19131913年年9 9月装谷物，月装谷物，1010月月1717日装了日装了3182231822谷物时，谷物时，1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm2424小时倾斜小时倾斜26265353西端下沉西端下沉7.32m7.32m 东端上抬东端上抬1.52m1.52m上部钢

7、混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况：长概况：长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。 1911 1911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。第21页/共52页22与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？加拿大特朗斯康谷仓 处理：处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388388个个5

8、0T50T千斤顶以及支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其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。位置比原来降低了米。 原因：原因：地基土事先未进行调查，地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计年经勘察试验与计算，地基实际承载力小于算，地基实际承载力小于破坏时的基底压力。因此破坏时的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动破坏而滑动。2653失事后1913.10.181952.10.5 试验孔填土褐色粉质粘土灰色粉质粘土

9、-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 试验孔第22页/共52页23楼脆脆楼脆脆第23页/共52页24与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？香港宝城滑坡 1972年年7月某日清晨，香港宝城路附月某日清晨，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滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。约五层住宅。死亡死亡7 7人。人。原因：原因：山坡上残积土本身强

10、度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大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。土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。第24页/共52页25香港香港1900年建市，年建市，1977年成立土力工程署年成立土力工程署1972 Po Shan 滑坡滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、死、20 伤伤)第25页/共52页26Early 1972 滑坡前滑坡前July 1972 滑坡后滑坡后第26页/共52页27与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？北京万亨大厦基坑崩塌第

11、27页/共52页28与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？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第28页/共52页29与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？比萨斜塔目前：目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达塔顶离中心线已达5.27m，倾斜，倾斜5.51360：再复工，至再复工，至1370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8层，高度为层，高度为55m1272：复工，经复工，经6年，至年，至7层，高层，高48m，再，再停工停工1178：至至4层中，高约层中，高约29m，

12、因倾斜停工，因倾斜停工1173：动工动工原因：原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，模量较低，土层，模量较低，变形较大变形较大。1590: 伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 第29页/共52页30与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？比萨斜塔1838-1839：挖环形基坑卸载挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理基坑防水处理 基础环灌浆加固基础环灌浆加固1990年年1月月: 封闭封闭1992年年7月：月：加固塔身，用压加固塔身，用压重重 法和取土法进行地法和取土法进行地 基处理基处理目目 前前:

13、 已向游人开放。已向游人开放。 处理措施第30页/共52页31与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？墨西哥艺术宫地基土为世界罕见的软弱土，层厚达25m。因此，墨西哥城艺术墨西哥城艺术宫宫严重下沉，沉降量竟高达4m。临近的公路下沉2m，公路路面至艺术宫门前高差达2m。第31页/共52页32与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？关西国际机场 世界最大人工岛19861986年：年：开工开工19901990年：年：人工岛完成人工岛完成19941994年：年：机场运营机场运营面积：面积：4370m4370m1250m12

14、50m填筑量：填筑量6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m设计时预测沉降：设计时预测沉降：5.7-7.5 m5.7-7.5 m完成时实际沉降：完成时实际沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月 (1990 (1990年年) )预测主固结完成：预测主固结完成：2020年后年后比设计超填：比设计超填：3m3m问题：沉降大且有不均匀沉降第32页/共52页33与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？以上几个实例可归结为以上几个实例可归结为与土有关的变形问题变形问题第33页/共52页34Teton坝坝概况：概况：土坝，高土

15、坝，高90m90m，长，长1000m1000m，建于，建于1972-751972-75年，年，19761976年年6 6月失事月失事损失：损失：直接直接80008000万美元，起万美元，起诉诉55005500起，起，2.52.5亿美元亿美元，死，死1414人，受灾人，受灾2.52.5万万人，人，6060万亩土地，万亩土地，3232公里铁路公里铁路原因：原因：渗透破坏水力劈裂渗透破坏水力劈裂与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第34页/共52页35Teton坝坝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与土有关

16、的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第35页/共52页36Teton坝坝1111：0000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与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第36页/共52页37Teton坝坝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与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第37页/共52页3811：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。Teton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为

17、什么要学习土力学？第38页/共52页3911:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下Teton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第39页/共52页4012：00过后坍塌口加宽Teton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第40页/共52页41洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁Teton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第41页/共52页42失事现场目前的状况Teton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第

18、42页/共52页9898抗洪：抗洪：九江大堤决口溃口原因：溃口原因：堤基管涌堤基管涌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与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第43页/共52页长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图砂砂环环管管涌涌口口粘性土粘性土砂性土砂性土渗水渗水杂填杂填土土管涌：管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，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。通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。 堤基管涌与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第44页/共52页45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与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？第45页/共52页46土工结构物或地基土强度问题强度问题变形问题变形问题渗透问