汪仁和

安徽理工大学 精品课程土力学汪仁和

Chapter 0 introduction • 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？ • 土力学包括哪些内容？ • 如何学好土力学？ • 土力学的发展简介与展望绪论

岩石颗粒堆积物地球地球绪论（1）什么是土？风化土是指：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。

（2）土有哪些特点？ 岩石风化的产物碎散性 • 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 • 强度低非连续介质

（2）土有哪些特点？ • 固相—土骨架 • 液相—水 • 气相—空气土的组成三相体系 • 受力后由土骨架、孔隙介质共同承担 • 存在复杂的相互作用 • 有孔隙流体流动多相介质

（2）土有哪些特点？ 自然界的产物 • 非均匀性 • 各向异性 • 结构性 • 时空变异性自然变异性

（2）土有哪些特点？ 碎散性力学特性复杂 • 变形特性 • 强度特性 • 渗透特性三相体系自然变异性

（3）土力学有何特点？ 比较一下学习过的力学课程：土力学——研究土体的应力、变形、强度、渗流和长期稳定性的一门学科。是工程力学的一个分支。

（3）土力学有何特点？ 连续介质力学的基本知识描述碎散体特性的理论土力学土的强度、变形/稳定性和渗透特性以及与此有关的工程问题

（4）为什么要学习土力学？ • 土具有广泛的工程应用 • 2. 存在大量与土有关的工程问题

（4）为什么要学习土力学？ 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

（4）为什么要学习土力学？ • 与土有关的工程问题

（4）为什么要学习土力学？ 土力学与岩土工程和地下工程等密切相关

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程事故概况：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。1911年动工，1913年完工，自重20000T。 A.加拿大特朗斯康谷仓 • 事故： • 1913年9月装谷物，10月17日装了31822Ｔ谷物时， • 1小时竖向沉降达30.5cm • 24小时倾斜26°53ˊ • 西端下沉7.32m • 东端上抬1.52m • 上部钢混筒仓完好无损

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 A.加拿大特朗斯康谷仓原因：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，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。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，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了４米。

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 B.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６7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，土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。

香港1900年建市，1977年成立土力工程署 港岛1972 Po Shan 滑坡 (~ 20,000 m3)(死67人、伤20人) Po Shan Road Conduit Road Notewell Road

June 1972 滑坡后 Early 1972 滑坡前

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 C.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

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 C.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

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题以上几个实例可归结为与土有关的强度问题

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 A.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5.5° 1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 　　　层，高度为55m 1272：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 1173：动工原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，变形较大。 1590: 伽利略在此塔做落体实验

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 A.比萨斜塔处理措施 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: 正常向游人开放。

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7层，高47.5m，塔的平面呈八角形。 B.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。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，获得成功。

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 C.关西机场世界最大人工岛（日本大阪） 1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营面积：4370m×1250m 填筑量：180×106m3 平均厚度：33m

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题关西机场 C.关西机场问题：沉降大且有不均匀沉降设计时预测沉降： 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

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题地基的沉降及不均匀沉降（墨西哥城）

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题以上几个实例可归结为与土有关的变形问题

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝（美国idaho州）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公里铁路概况：土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事原因：地震引发的渗透破坏－水力劈裂

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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。

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 11：00左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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。

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 12：00过后坍塌口加宽

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝失事后现场状况

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题九江大堤决口又过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。 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处进水口溃口原因：堤基管涌

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题堤基管涌管涌口砂环杂填土粘性土砂性土渗水长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图管涌：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。

管涌砂环管涌破坏（4）为什么要学习土力学？与土有关的工程问题砂性土堤基管涌破坏示意图当管涌发生时，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

（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题以上几个实例可归结为与土有关的渗透问题

（4）为什么要学习土力学？ 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。

（5）土力学包括哪些内容？ 基础物理性质核心渗透特性变形特性强度特性具体应用土压力 …… 诱因土中应力

（5）土力学包括哪些内容？ 基础与主线第一章土的物理性质和压实机理第二章渗流、流土和湿化诱因第三章地基中应力计算渗透特性变形特性强度特性第四章地基沉降计算第五章土的抗剪强度及其参数确定第六章挡土墙上的土压力具体应用第七章地基承载力计算第八章边坡稳定性分析

（6）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

（7）土力学发展简介与展望 土力学成为一门独立学科的重要标志 Terzaghi是土力学的奠基人土力学发展的历史 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

（7）土力学发展简介与展望 Charles- Auguste de Coulomb (1736~1806) 法国科学家 1773年，最大最小原理在某些与建筑有关的静力学问题中的应用 Coulomb强度理论定律和土压理论

在土力学理论上作出杰出贡献的部分名人 William John Maquorn Rankine Christian OttoMohr Donald Wood Taylor Ralph Brazelton Peck

（7）土力学发展简介与展望 土力学之父 Karl Von Terzaghi (1883~1963) 1925年，《Erdbaumechanik》（土力学）出版，标志着土力学这门学科的诞生。

（7）土力学发展简介与展望 土力学发展的前景 • 近年来，世界各国超高大坝、超高层建筑、地下空间开发、矿山深井建设、核电站、越江越海隧道、巨型电站、南水北调等巨型工程的兴建，还有地震、山体滑坡等，大大促进土力学进一步发展。 • 研究方法手段大大提高，各国研制成功多种多样的工程勘察、试验与地基处理的新设备，为土力学理论研究和地基加固提供了良好的条件。 • 电子计算机的应用和实验测试技术自动化程度的提高。目前，已经能够模拟、计算三维复杂条件下的许多工程问题。表明本学科进入了一个新时期。

汪仁和

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