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1、1,2,土 力 学,清华大学土木水利学院岩土工程研究所,3,教师介绍,主讲：于玉贞（旧水308A，62797200）试验：吕 禾（旧水204土力学实验室，62782488）孙 逊（新水115，62772210）助教：杨 光（旧水308A，62797200）yangguang00,课程简介,土水学院：院级平台课专业基础课清华大学：校级精品课程北 京 市：精品课（2004年）,4,土，地之生万物者也。二象地之上，地之中；|物出形也。说文解字希腊，中国，希伯来人，印第安人的神话：神用泥土造人中国传统文化中的五行：金木水火土,土,5,什么是土？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
2、括哪些内容？如何学好土力学？,绪 论,6,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？,7,土有哪些特点？,绪论,8,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,9,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？,固相土骨架液相水气相空气,10,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
3、,11,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？,12,土力学有何特点？,绪论,13,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,14,土力学发展的历史,1776 Coulomb 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1949 中国土力学研究的兴起,绪论,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
4、学的奠基人,15,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,16,1.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？,17,2.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。1
5、911年动工，1913年完工，自重20000T。,19,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。,20,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
6、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。,21,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),22,Early 1972 滑坡前,23,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,基坑崩塌,24,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
7、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,25,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,26,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,27,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5.51360：再复工，至1370年竣工，全塔共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1
8、173：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,28,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,29,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，落成于宋太祖建隆二年（公元
9、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。,30,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：沉降大且有不均匀沉降,31,与土有关的工程问
10、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,32,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？,33,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？,34,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
11、土力学？,35,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？,36,11：50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？,37,11:57 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？,38,12：00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？,39,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
12、学习土力学？,40,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。,堤基管涌,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？
13、,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？,44,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？,45,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？,46,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,核心渗透特性变形特性强
14、度特性,47,基础与主线,预备,具体应用,绪论,土力学包括哪些内容？,第一章土的物理性质和工程分类,第二章土的渗透性和渗流问题,第三章土体中的应力计算,第四章土的变形特性和地基沉降计算,第五章土的抗剪强度,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,48,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,49,1965年清华大学给高教部关于“辅导员工作的报告”,胡锦涛与土力学因材施教,绪论,50,绪论,什么是土力学？,利用连续
15、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”,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,52,本课程安排和要求,教学环节,考核及成绩,要求,1.大课必须出席，不定期点名。2.讨论课：独立完成小测验，积极参加讨论；讨论时表现好者适当在测验成绩中加分。3.试验：注意观察，联系理论，深入分析。4.作业：独立完成，每章交一次，在该章讲课结束后当周内按时 交给助教。迟交或不认真完成者在平时成绩中扣分，为鼓励个人独立完成，作业错误不扣分。,期末考试：60小测验：20试验：15（预习操作报告）课堂表现及作业：5,讲课、习题讨论课(16 次 40 学时)实验课(3 次 8 学时),53,教学资源,1、课前课后并随时可去教师办公室答疑2、视情况不定期安排集中答疑和质疑3、期末集中答疑,答疑和质疑,1、教育在线：试验预习、试验演示2、网络学堂：课件、交流、资料、作业,54,绪论结束,
