土质学与土力学第0章-绪论课件

1、第0章绪论0.1土质学与土力学的研究对象和内容0.2土质学与土力学的工程作用0.3土质学与土力学的发展史学习目标了解土质学与土力学发展史;理解土质学与土力学在土木工程中的作用;掌握土质学与土力学的研究对象和内容。导读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,主要研究土体的地质特征以及土在荷载作用下的应力、变形、强度和稳定性问题,为设计与施工提供土的工程性质指标与评价方法,以及土的工程问题的分析计算原理。0.1土质学与土力学的研究对象和内容研究对象：分散土图0-1地基a)桥梁地基b)房屋地基图0-2土工构筑物a)路堤b)土坝0.1土质学与土力学的研究对象和内容研究对象：分

2、散土图0-3地下建筑a)隧道b)地下车库0.1土质学与土力学的研究对象和内容土质学属于地质学范畴,是研究岩石和土的工程地质性质及其形成和变化规律的学科。它是从工程地质学角度研究土,即从工程建筑物与自然地质体相互作用、相互制约的角度研究土,它是地质学观点和力学观点的有机结合,其理论性和实践性很强。0.1土质学与土力学的研究对象和内容土质学研究的主要内容：1)土的工程地质性质的形成和分布规律,土的物质组成、结构构造对土的工程地质性质的影响。2)土的工程地质性质。包括物理性质、水理性质和力学性质,如干密度、干湿状况、孔隙特征、与水相互作用时表现出的性质及在外力作用下表现出的变形和强度特征。0.1土质

3、学与土力学的研究对象和内容土质学研究的主要内容：3)土的工程地质性质指标的测试方法和测试技术。4)土的工程地质分类。5)土的工程地质性质在自然或人为因素作用下的变化趋势和变化规律。预测这种变化对各种建筑物的危害。6)特殊土的工程地质特征。0.1土质学与土力学的研究对象和内容土力学属于工程力学范畴,是运用力学原理,同时考虑土的分散性特征求得量的关系,其力学计算模型必须建立在现场勘察和实测土工程地质性质指标的基础上,因此土力学也是一门理论性和实践性很强的学科。0.1土质学与土力学的研究对象和内容土力学研究的主要内容：1)土的应力与应变的关系。2)土的强度及土的变形和时间的关系。3)土在外荷载作用下

4、的稳定性计算。0.1土质学与土力学的研究对象和内容土质学土力学吸取土力学中运用的数学、力学等最新理论,研究土的工程地质性质的本质吸取土质学从成因、微观结构等方面认识土性质本质的研究成果,研究与工程建筑有关的土的应力、应变、强度和稳定性等力学问题。0.2土质学与土力学的工程作用土质学与土力学课程与土木工程专业课程的学习和土木工程技术工作有非常密切的关系。其对地基的设计、施工,及对建筑的抗震性能研究都具有重要的作用,对土木工程的发展起着举足轻重的作用。随着人口不断密集,人类活动的范围日益狭小,现代工程建设不得不向高(高层建筑)、深(地下工程)、远(高速公路/铁路)的方向发展。同时,通过对不良场地土

5、体改善进而进行工程建设,可以充分地利用日益紧缺的土地资源。因此土质学与土力学在现代交通、土木工程建设事业中占有着非常重要的地位。0.3土质学与土力学发展史在远古时代,人们就利用土石作为地基和建筑材料修筑房屋。图0-6半坡村遗址0.3土质学与土力学发展史图0-7赵州石拱桥图0-8开宝寺木塔0.3土质学与土力学发展史作为本学科理论基础的土力学始于18世纪兴起了工业革命的欧洲。随着资本主义工业化的发展,为了满足向国内外扩张市场的需要,陆上交通进入了所谓“铁路时代”,因此,最初有关土力学的个别理论多与解决铁路路基问题有关。0.3土质学与土力学发展史法国科学家库仑(Charles Augustin de

6、 Coulomb,17361806)在1773年发表了论文极大极小准则在若干静力学问题中的应用,为土体破坏理论奠定了基础,并且创立了著名的砂土抗剪强度公式,提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论。但是,在此后漫长的150年中,研究工作只是个别学者在探索着进行,而且只限于研究土体的破坏问题。图0-9法国科学家库仑0.3土质学与土力学发展史1856年法国科学家达西(Henry Philibert Gaspard Darcy,18031858)通过室内试验建立了有孔介质中水的渗透理论;1857年英国科学家朗肯(William John Macquorn Rankine,18201872)提出了建立在土体极

7、限平衡条件分析基础上的土压力理论;图0-10法国科学家达西图0-11英国科学家朗肯0.3土质学与土力学发展史1885年法国著名的物理学家和数学家布辛尼斯克(Joseph Valentin Boussinesq,18421929)和1892年弗拉曼(Flamant)分别提出了均匀的、各向同性的半无限体表面在竖向集中力和线荷载作用下的位移和应力分布理论。这些早期的著名理论奠定了土力学的基础。图0-11英国科学家朗肯图0-12法国物理学家和数学家布辛尼斯克0.3土质学与土力学发展史20世纪初随着高层建筑的大量涌现,沉降问题开始突出,与土力学紧密相关的学科弹性力学的发展为沉降问题的研究提供了必要的手段

8、,从而为太沙基(Terzaghi)开创的土体变形研究提供了客观条件。太沙基(Karl Terzaghi,18831963),又译泰尔扎吉,美籍奥地利土力学家,现代土力学的创始人。1923年,太沙基提出了土体一维固结理论,接着又在另一文献土力学原理中提出了著名的有效应力原理,从而建立起一门独立的学科土力学。0.3土质学与土力学发展史此后,随着弹性力学的研究成果被大量吸收,变形问题的研究越来越成为重要的内容。但是,土体的破坏问题始终是当时土力学研究的主流。这一时期,在土体破坏理论研究方面的主要成就是:关于滑弧稳定分析方法的建立与完善;关于极限土压力的研究和承载力公式的提出;散粒体静力学的建立;关于土体破坏的运动方程和极限平衡理论的建立。在变形理论方面有:地基沉降计算方法的建立与完善;弹性地基梁板的计算;砂井固结理论;比奥(Biot)固结理论的提出和完善。0.3土质学与土力学发展史虽然在20世纪50年代已有人对塑性理论应用于土力学的可能性进行过探索,但直到1963年,英国土力学家罗斯科(K.H.Roscoe,19141970)发表了著名的剑桥模型,才提出第一个可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型,因而可以看作现代土力学的开端。图0-14英国土力学家罗斯科0.3土质学与土力学发展史经过几十年的努力,现代土力学渐趋成熟,已在下列几方面取得重要进展:1)非线性模型和弹塑性