清華大學土力學1緒論第1頁/共59頁什么是土？土及土力學有哪些特點？為什么要學習土力學？土力學包括哪些內容？如何學好土力學？課程緒論：土力學及其特點第2頁/共59頁土的一般概念土，地之生萬物者也。‘二’象地之上，地之中；‘|’物出形也。-《說文解字》土字包括：地上植物部分、表土層、植物地下部分和底土層四個層次。土地系指由地形、水文、局地氣候、巖石圈的上層、土壤和生物有機體等相互作用組成的自然地域綜合體，是地球表層歷史發展的產物。緒論：什么是土？

第3頁/共59頁大氣圈水圈巖石圈生物圈風化物土壤圈地下水土壤在自然界的位置土壤是巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈綜合作用形成的產物。其上界通常是綠色植物層頂，下界達植物根分布層。其垂直范圍，恰好是巖石圈的上層、大氣圈的下層、水圈及生物圈相互接觸的地方，是生物生命及人類生產活動最集中的地方。“地者，萬物之本原，諸生之根苑也”

-管仲緒論：什么是土？

第4頁/共59頁土壤的剖面和形成土壤有非常復雜的形成過程，并具有獨特的層狀構造。土壤剖面一般包含枯枝落葉層、腐殖質層、淀積層和母質層四個基本層次。地質大循環：巖石土壤風化、搬運、沉積生物小循環：生物活動所造成的土壤

有機質的循環地質成巖作用土壤帶腐殖質層淀積層母質層傳統巖土工程的范疇緒論：什么是土？

第5頁/共59頁巖石因物理風化作用破碎，在重力作用下堆積到山腳高山下的沖積錐群風蝕蘑菇土的形成過程黃河沖積三角洲第6頁/共59頁礫石料卵石砂粘土（人工破碎）工程與土力學中的土地球表面的整體巖石在大氣中經受長期的風化作用而形成的、覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結或膠結很弱的顆粒堆積物。緒論：什么是土？

第7頁/共59頁什么是土？土及土力學有哪些特點？為什么要學習土力學？土力學包括哪些內容？如何學好土力學？課程緒論：土力學及其特點第8頁/共59頁土體的特點一般固體：液體：土體（散粒）：可保持固定的形狀不具有特定的形狀具有一定但不固定的形狀緒論：土及土力學有哪些特點？

第9頁/共59頁巖石風化或破碎的產物，是非連續體受力以后易變形，強度低體積變化主要是孔隙變化剪切變形主要由顆粒相對

位移引起固相-土骨架液相-水氣相-空氣受力后由土骨架、孔隙

介質共同承擔相間存在復雜的相互作用孔隙流體流動自然界的產物，存在自然變異性非均勻性各向異性時空變異性土體的特點碎散性三相性天然性緒論：土及土力學有哪些特點？

第10頁/共59頁滲透特性變形特性強度特性碎散性三相性天然性物理力學特性復雜土體的特點緒論：土及土力學有哪些特點？

第11頁/共59頁學科研究對象理論力學質點或剛體材料力學單個彈性桿件（桿、軸、梁）連續固體結構力學若干彈性桿件組成的桿件結構彈性力學彈性實體結構或板殼結構水力學不可壓縮的連續流體（水）連續流體土力學天然的三相碎散堆積物碎散材料土力學與其他學科的比較緒論：土及土力學有哪些特點？

第12頁/共59頁土力學的特點

土力學研究土的滲透、變形和強度特性以及與此有關的工程問題連續介質力學的基本知識描述碎散體特性的理論實驗規律及工程實踐經驗緒論：土及土力學有哪些特點？

第13頁/共59頁土力學發展的歷史1773Coulomb（后Mohr發展）：摩爾-庫侖強度理論有關土力學的第一個理論1776

Coulomb：庫侖土壓力理論1856Darcy：達西滲流

定律1857Rankine：朗肯土壓力理論1920Prandtl：普朗特極限力承載公式1921-1923Terzaghi：有效應力原理及固結理論1925Terzaghi：出版《土力學》

土力學成為一門獨立學科的標志1936第一屆國際土力學及基礎工程會議1960’s后現代土力學萌芽時期古典時期現代緒論：土及土力學有哪些特點？

第14頁/共59頁什么是土？土及土力學有哪些特點？為什么要學習土力學？土力學包括哪些內容？如何學好土力學？課程緒論：土力學及其特點第15頁/共59頁土是工程中應用最廣泛的建筑材料。由土層所構成的廣袤大地是工程建設的基地是建筑物的地基是地下建筑的環境為土工構筑物提供填筑材料因此，對土工程性質認識的偏差可能會導致損失巨大的事故。土力學的重要性緒論：為什么要學習土力學？

第16頁/共59頁加拿大特朗斯康谷倉事故：1913年9月開始裝谷物，

至10月17日共裝入3萬多Ｔ谷物，但此時發生破壞：1小時豎向沉降達30.5cm24小時傾斜26°53ˊ西端下沉7.32m東端上抬1.52m上部鋼混筒倉完好無損概況：長59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個圓筒倉。鋼混筏板基礎，厚61cm，埋深3.66m。1913年完工，自重2萬T。緒論：為什么要學習土力學？

第17頁/共59頁處理：事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個50t千斤頂以及支撐系統，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了４米。加拿大特朗斯康谷倉原因：谷倉的地基承載力按鄰近結構物基槽開挖取土試驗結果計算。1952年經勘察試驗與計算，地基實際承載力遠小于谷倉破壞時發生的基底壓力。因此谷倉地基因超載發生強度破壞而滑動。2653失事后1913.10.181952.10.5

試驗孔填土褐色粉質粘土灰色粉質粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3試驗孔緒論：為什么要學習土力學？

第18頁/共59頁香港寶城滑坡1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅--寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡６7人。原因：山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進一步大大降低，使得土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發生滑動。緒論：為什么要學習土力學？

第19頁/共59頁PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad香港寶城滑坡現場第20頁/共59頁Early1972滑坡前July1972滑坡后第21頁/共59頁阪神大地震中的地基液化液化：松砂地基在振動荷載作用下喪失強度變

成流動狀態的一種現象神戶碼頭：地震引起大面積砂土地基液化后產生很大的側向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴重損傷緒論：為什么要學習土力學？

第22頁/共59頁阪神大地震中地基液化地基液化造成的路面塌陷緒論：為什么要學習土力學？

第23頁/共59頁1964年日本新瀉地震地基的大面積液化緒論：為什么要學習土力學？

第24頁/共59頁時間：1971年11月9-11日地點：神奈川縣川崎市生研究機構：地質研究所(通產省)

消防研究所(自治省)

土木研究所(建設省)

防災科學技術中心(科技廳)泥石流室外試驗緒論：為什么要學習土力學？

第25頁/共59頁事故發生過程要點壤土(loam)斜坡崩塌（泥石流）實驗9日15:00人工降雨開始11日15:00左右降雨量達500mm陡坡中泥土突然以20-30m/s流出，斜

坡崩塌，泥石流產生泥石流推倒28米外的護欄，一直沖到

55米外的水池中央，造成31人被埋緒論：為什么要學習土力學？

第26頁/共59頁事故發生地點第27頁/共59頁關東壤土：風化花崗巖上火山灰堆積層

ρ=1.45w=5%傾角：30°厚:1.2～3m現場泥石流實驗布置簡圖第28頁/共59頁試驗現場照片第29頁/共59頁試驗現場照片第30頁/共59頁第31頁/共59頁15人不幸遇難，11人受傷死者當中

實驗人員1人

參觀者10人

報社記者1人

電視采訪人員3人事故傷亡情況緒論：為什么要學習土力學？

第32頁/共59頁可歸結為與土有關的強度問題加拿大特朗斯康谷倉地基失穩香港寶城滑坡阪神等大地震中地基液化泥石流室外試驗事故案例總結（一）緒論：為什么要學習土力學？

第33頁/共59頁比薩斜塔1173年：動工1360年：再復工，至1370年竣工，

全塔共8層，高度為55m1272年：復工，經6年，至7層，

高48m，再停工1178年：至4層中，高約29m，

因傾斜停工緒論：為什么要學習土力學？

第34頁/共59頁目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達5.27m，傾斜5.5°原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強度低，變形大。比薩斜塔1590年:伽利略在此塔做

自由落體實驗緒論：為什么要學習土力學？

第35頁/共59頁1838-1839：挖環形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理基礎環灌漿加固1990年1月:封閉1992年7月：加固塔身，用壓重法和取土法進行地基處理目前:已向游人開放。處理措施比薩斜塔緒論：為什么要學習土力學？

第36頁/共59頁蘇州虎丘塔概況：位于虎丘公園山頂，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。問題：塔身向東北方向嚴重傾斜，塔頂離中心線達2.31m，底層塔身發生不少裂縫，成為危險建筑物。原因：坐落于不均勻粉質粘土層，產生不均勻沉降。處理：在四周建造圈樁排式地下連續墻并對塔周圍與塔基進行鉆孔注漿和打設樹根樁加固塔身。緒論：為什么要學習土力學？

第37頁/共59頁1986年：開工1990年：人工島完成1994年：機場運營面積：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m世界最大的人工島日本關西機場緒論：為什么要學習土力學？

第38頁/共59頁關西機場問題：沉降大且不均勻設計沉降：5.7-7.5m完成時(1990年)實際沉降：8.1m，5cm/月預測主固結需：20年比設計多超填：3m緒論：為什么要學習土力學？

第39頁/共59頁可歸結為與土有關的變形問題意大利比薩斜塔蘇州虎丘塔日本關西機場案例總結（二）緒論：為什么要學習土力學？

第40頁/共59頁土壩，高90m，長1000m，1975年建成次年6月失事Teton壩（美國）緒論：為什么要學習土力學？

第41頁/共59頁Teton壩滲流破壞過程①②③⑤⑥緒論：為什么要學習土力學？

第42頁/共59頁上午10:3011：0011:3011:57第43頁/共59頁Teton壩失事現場現狀損失直接8000萬美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路被沖原因

滲透破壞：沖蝕

水力劈裂緒論：為什么要學習土力學？

第44頁/共59頁1998年長江大堤緒論：為什么要學習土力學？

第45頁/共59頁98洪水長江堤防險情統計共發生各種險情6000余處第46頁/共59頁九江大堤決口1998年8月7日13:10發生管涌險情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進水口。又過20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個洞，5m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成寬約62m的潰口。潰口原因：堤基管涌焦點詞匯：豆腐渣工程緒論：為什么要學習土力學？

第47頁/共59頁溝后面板砂礫石壩位于青海省，高71米，長265米，建于1989年。1993年8月7日突然發生潰壩，瞬間沖毀1000多戶房舍，288人喪生，上千人受傷。潰壩原因：面板止水失效，下游壩體排水不暢，

造成壩坡失穩緒論：為什么要學習土力學？

第48頁/共59頁可歸結為與土有關的滲透問題美國Teton壩失事

98洪水長江堤防險情溝后面板砂礫石壩潰壩案例總結（三）緒論：為什么要學習土力學？

第49頁/共59頁土工結構物或地基土強度問題變形問題滲透問題強度特性變形特性滲透特性土力學可以解決工程實踐問題，這正是土力學存在的價值以及我們學習土力學的目的。學習土力學的目的緒論：為什么要學習土力學？

第50頁/共59頁什么是土？

土及土力學有哪些特點？為什么要學習土力學？

土力學包括哪些內容？如何學好土力學？課程緒論：土力學及其特點第51頁/共59頁基礎和先導物理性質土中應力計算工程應用土壓力土坡穩定地基承載力基礎設計…核心理論滲透特性變形特性強度特性土力學土力學（1）土力學（2）緒論：為什么要學習土力學？

第52頁/共59頁緒論土力學及其特點第一章土的物理性質與工程分類第二章土的滲透性和滲透破壞第三章土中應力計算第四章土的變形特性第五章土的強度土力學(2)－工程應用土力學的主要內容緒論：為什么要學習土力學？

第53頁/共59頁什么是土？土及土力學有哪些特點？為什么要學習土