非饱和土力学01-绪论

北京交通大学土建学院岩土工程系高等土力学AdvancedSoilMechanics高等土力学10月26日下周一停课一次刘艳北京交通大学土建学院岩土工程系Email：yanl@非饱和土力学理论简介教学大纲教学内容课时1绪论1.1土力学的基本特征和表现61.2土力学研究的方法1.3土力学的发展和现状2土的固结理论2.1Terzaghi和Rendulic固结理论42.2Biot固结理论3土的流变理论3.1土的流变分类和基本特点

33.2土的流变基本单元模型4土的强度理论4.1土的强度基本特征54.2粘性土的强度特性4.3砂土的强度特性教学大纲教学内容课时5临界状态土力学理论5.1如何使用土力学数值分析方法；

165.2临界状态的定义5.3正常固结土和Roscoe面5.4超固结土的性质和Hvorslev面5.5砂土的性质和描述5.6土的弹塑性变形以及弹性墙5.7剑桥模型6非饱和土力学的基本概念6.1学习非饱和土力学的意义146.2非饱和土的多相特性6.3吸力与土水特征曲线6.4非饱和土的有效应力6.5非饱和土强度理论等土力学的发展一个模型：本构模型三个理论：非饱和土固结、液化破坏、渐进破坏理论四个分支：应用、计算、试验、理论土力学古典土力学现代土力学变形和强度之间缺乏联系本质上是一维的饱和土理论将变形与强度问题有机联系起来可以处理二维、三维的问题非饱和土理论非饱和土力学——绪论什么是非饱和土力学?为什么要学习非饱和土力学?非饱和土力学主要内容什么是非饱和土力学?绪论饱和土孔隙完全被水填充Sr=1非饱和土孔隙中填充着水和气Sr<1非饱和土力学：力学、水力学与相界面物理学原理在部分非饱和土的工程问题中的应用。为什么要学习非饱和土力学地球表面的土层绝大部分都处于非饱和状态，一些经常出问题的土，例如在我国大面积分布的膨胀土、湿陷性黄土等这些特殊土都属于非饱和土。绪论为什么要学习非饱和土力学“在世界上有超过60%以上的国家都曾经或者正在遭受非饱和特殊土所带来的工程危害”——包承纲绪论为什么要学习非饱和土力学岩土工程师面临着大量的非饱和土的工程问题。通常吸力会增加土的强度和刚度，因此，岩土工程师认为利用饱和土力学的理论分析和处理非饱和土的问题是偏于安全的。绪论绪论近三十年中国气候划分郑景云与卞娟娟等(2013).1981～2010年中国气候区划.科学通报(30):3088-3099.为什么要学习非饱和土力学工程中普遍使用的饱和土理论,但是以下一些常见的工程现象值得关注：降雨后的滑坡现象非饱和土层中的隧道在开挖时遇水后的塌陷现象湿陷性黄土雨后的沉降膨胀性土雨后的膨胀会导致结构物产生开裂现象。这些现象是不可能用饱和土力的理论进行正确和合理的分析与预测的。饱和土理论无法解决一些工程问题,不能满足实际的需要在这种情况下，研究者应该发展新的土力学理论以适应和满足描述这些非饱和土的行为的需要。绪论国外非饱和土力学教学情况MUSEMUSE：MechanicsofunsaturatedsoilsforengineeringTheMUSEprojectisfundedbytheEuropeanCommissioninvolvessixEuropeanuniversitiesandfiveindustrialpartnersaimsatundertakingacomprehensiveprogrammeofresearchandtrainingintheareaofunsaturatedsoilmechanicsbymeansofinternationalcollaborationbetweenacademicandindustrialinstitutionsacrossEurope.绪论125万欧元MUSECoordinator：UniversityofDurham,UK

英国杜伦大学Participants：UniversityofGlasgow，UK

英国格拉斯哥大学EcoleNationaledesPontsetChaussées,Paris,France

法国国立路桥学校UniversitatPolitècnicadeCatalunya,Barcelona,Spain

西班牙加泰罗尼亚理工大学UniversitádiTrento,Trento,Italy

意大利特兰托大学UniversitádiNapoli“FedericoII”,Naples,Italy

意大利那不勒斯费德里克二世大学绪论MUSE1stFundamentalsofUnsaturatedSoils2ndAppliedUnsaturatedSoilsMechanics3rdExperimentalobservationsinunsaturatedsoilmechanics绪论GallipoliWheelerTaylorAlonsoTollAugarde降雨诱发滑坡1972香港宝成滑坡绪论——为什么要学习非饱和土力学降雨诱发滑坡绪论——为什么要学习非饱和土力学NTU校园内的浅层滑坡(Rahardjo)降雨诱发滑坡绪论——为什么要学习非饱和土力学土体强度降低降雨土中含水量增大吸力减小抗剪强度下降破坏湿陷性土遇水产生压缩变形（体积减小）绪论——为什么要学习非饱和土力学湿陷性土绪论——为什么要学习非饱和土力学(GensA，Geothechnique，2010,3-74)土体湿陷导致建筑物沉降，观测到最大沉降值200mm原因：3个小时持续强降雨，导致附近水井水位上涨，水溢出向建筑物地基流动，使得地基土体饱和，发生湿陷。意大利Naples湿陷性土绪论——为什么要学习非饱和土力学(GensA，Geothechnique，2010,3-74)巴西PereiraBarretotown该镇位于Tiete河边，其下游修建了一座大坝大坝蓄水后，水位预计上升50m水位上升导致部分地区土层饱和度增加，建筑物出现不同程度的破坏。膨胀土问题土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土膨胀土在我国的分布范围很广，如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布。膨胀土引起的灾害常常会造成巨大的经济损失。据Jones和Holtz(1973)报导，在美国，每年由于膨胀土涨缩对房屋、管线和道路造成的损害大23亿美元，比水灾、台风、龙卷风和地震所造成的损害加在一起还要多一倍以上绪论——为什么要学习非饱和土力学膨胀土问题路基隆起边坡滑移楼房开裂墙体开裂绪论——为什么要学习非饱和土力学图片来源：http:///ce/nsf/reu/docs/expansive%20soils%20pp.pdf墙体开裂膨胀土问题环境变化（如降雨、砍伐树木、剥除植被等）膨胀土含水量变化土体出现显著变形（膨胀性越大，隆起量越大）建筑物不均匀沉降，地面隆起破坏绪论——为什么要学习非饱和土力学土坝渗流问题绪论——为什么要学习非饱和土力学蓄水前蓄水后渗流问题土体与大气交界面处的水平衡；饱和带或含水层中的净水补给率；地下废物存储和隔离的永久覆盖层设计；地表浅层污染物的迁移与清理；非饱和土堆石坝的瞬态与稳态渗流。非饱和土的应用变形问题膨胀土的胀缩现象；黏土的干裂现象；塌陷土现象；非饱和土的固结与沉降；土体压实。强度问题气候变化诱发的斜坡稳定与滑坡问题；支挡结构的侧向土压力与稳定性；开挖与钻孔稳定性；水分变化条件下的浅基础承载力；非饱和土中应力波的传播。绪论——为什么要学习非饱和土力学非饱和土力学主要内容饱和土力学非饱和土