清华土力学课件

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1、清华土力学1清华土力学2土 力 学清华大学土木水利学院岩土工程研究所清华土力学3教师介绍主讲：主讲：于玉贞（旧水于玉贞（旧水308A308A，），） 试验：试验：吕吕 禾（旧水禾（旧水204204土力学实验室，）土力学实验室，） 孙孙 逊（新水逊（新水115115，），） 助教：助教：杨杨 光（旧水光（旧水308308A，），） 课程简介土水学院：土水学院：院级平台课专业基础课院级平台课专业基础课清华大学：清华大学：校级精品课程校级精品课程北北 京京 市：市：精品课（精品课（20042004年）年）清华土力学4u土，地之生万物者也。土，地之生万物者也。二二象象地之上，地之中；地之上，地之中；|

2、物出形也。物出形也。 说文解字说文解字u希腊，中国，希伯来人，印第安希腊，中国，希伯来人，印第安人的神话：神用泥土造人人的神话：神用泥土造人u中国传统文化中的五行：金木水中国传统文化中的五行：金木水火土火土土清华土力学5什么是土？什么是土？土有哪些特点？土有哪些特点？土力学有何特点？土力学有何特点？为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？土力学包括哪些内容？土力学包括哪些内容？如何学好土力学？如何学好土力学？绪 论清华土力学6土土是指：是指： 地球表面的整体岩石在大气中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、经受长期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结覆盖在地表上碎散

3、的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。或胶结很弱的颗粒堆积物。绪论岩石岩石地球颗粒堆积物颗粒堆积物地球什么是土？什么是土？清华土力学7土有哪些特点？土有哪些特点？绪论清华土力学8碎散性碎散性土有哪些特点？土有哪些特点？非连续介质非连续介质l 受力以后易变形受力以后易变形l 体积变化主要是孔隙变化体积变化主要是孔隙变化l 剪切变形主要由颗粒剪切变形主要由颗粒 相对位移引起相对位移引起l 强度低强度低绪论岩石风化岩石风化的产物的产物清华土力学9多相介质多相介质三相性三相性（三相体系）（三相体系） 受力后由土骨架、孔隙介受力后由土骨架、孔隙介 质共同承担质共同承担 存在复杂的相互作用存在复杂的相互作用

4、 孔隙流体流动孔隙流体流动绪论土有哪些特点？土有哪些特点？固相固相土骨架土骨架液相液相水水气相气相空气空气清华土力学10天然性天然性（自然变异性）（自然变异性）自然界的产物自然界的产物绪论土有哪些特点？土有哪些特点？非均匀性非均匀性各向异性各向异性结构性结构性时空变异性时空变异性清华土力学11碎散性碎散性三相性三相性天然性天然性力学特性力学特性复杂复杂 变形特性变形特性 强度特性强度特性 渗透特性渗透特性绪论土有哪些特点？土有哪些特点？清华土力学12土力学有何特点？土力学有何特点？绪论学科学科研究对象研究对象理论力学理论力学 质点或刚体质点或刚体材料力学材料力学 单个弹性杆件（杆、轴、梁）单个

5、弹性杆件（杆、轴、梁）连续固体连续固体结构力学结构力学 若干弹性杆件组成的杆件结构若干弹性杆件组成的杆件结构弹性力学弹性力学 弹性实体结构或板壳结构弹性实体结构或板壳结构水水 力力 学学 不可压缩的连续流体（水）不可压缩的连续流体（水）连续流体连续流体天然的三相碎散堆积物天然的三相碎散堆积物碎散材料碎散材料清华土力学13土力学有何特点？土力学有何特点？土力学土力学绪论连续介质连续介质力学的基力学的基本知识本知识描述碎散体描述碎散体特性的理论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清华土力学14土力学发展的历史1776 Coulomb 强度定律，土压力理论强度定律，土压力理论18

6、56 Darcy 定律定律1857 Rankine 新的土压力理论新的土压力理论1925 Terzaghi 有效应力原理及渗透固结理论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中国土力学研究的兴起绪论土力学有何特点？土力学有何特点？土力学土力学成为一门独立成为一门独立学科的重要标志学科的重要标志Terzaghi是土力学的是土力学的奠基人奠基人清华土力学15为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？1.1.土具有广泛的工程应用土具有广泛的工程应用2.2.存在大量与土有关的工程问题存在大量与土有关的工程问题绪论清华土

7、力学161. 1. 土的工程应用土的工程应用 土工建筑材料土工建筑材料 建筑物基础之地基建筑物基础之地基 建筑环境建筑环境绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学172. 2. 与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学18与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：19131913年年9 9月装谷物，月装谷物，1010月月1717日装了日装了3182231822谷物时，谷物时，1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm2424小时倾斜小时倾斜262

8、65353西端下沉西端下沉7.32m7.32m 东端上抬东端上抬1.52m1.52m上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况：长概况：长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。 1911 1911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。清华土力学19与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？加拿大特朗斯康谷仓 处理：处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的

9、混凝土墩，使用事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388388个个50T50T千斤顶以及支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其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。位置比原来降低了米。 原因：原因：地基土事先未进行调查，地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。载力应用到此谷仓。19521952年经勘察试验与计算，地年经勘察试验与计算，地基实际承载力小于破坏时基实际承载力小于破坏时的基底压力。因此，的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动破坏而滑

10、动。2653失事后1913.10.181952.10.5 试验孔填土褐色粉质粘土灰色粉质粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 试验孔清华土力学20与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？香港宝城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港宝城路附月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，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塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层

11、住宅。宅。死亡死亡7 7人。人。原因：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。土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。清华土力学21香港香港1900年建市，年建市，1977年成立土力工程署年成立土力工程署1972 Po Shan 滑坡滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、死、20 伤伤)清华土力学22Early 1972 滑坡前滑坡前July 1972 滑坡后滑坡后清华土力学23与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什

12、么要学习土力学？基坑崩塌清华土力学24与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？阪神大地震中地基液化神户码头：神户码头：地震引起大面积砂地震引起大面积砂土地基液化后产生土地基液化后产生很大的侧向变形和很大的侧向变形和沉降，大量的建筑沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重物倒塌或遭到严重损伤损伤 液化：松砂地基在振动荷载作液化：松砂地基在振动荷载作用下用下丧失强度变成流动状态丧失强度变成流动状态的的一种现象一种现象清华土力学25与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？阪神大地震中地基液化神户码头：神户码头：沉箱式岸墙因砂土地

13、基液沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中化失稳滑入海中清华土力学26与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？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清华土力学27与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？比萨斜塔目前：目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m1.80m， 塔顶离中心线已达塔顶离中心线已达5.27m5.27m，倾斜，倾斜5.55.513601360：再复工，至再复工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272：复工，经复

14、工，经6 6年，至年，至7 7层，高层，高48m48m，再，再停工停工11781178：至至4 4层中，高约层中，高约29m29m，因倾斜停工，因倾斜停工11731173：动工动工原因：原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，模量较低，层，模量较低，变形较大变形较大。1590:1590: 伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 清华土力学28与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？比萨斜塔1838-18391838-1839：挖环形基坑卸载挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：基坑防水处理基坑防水

15、处理 基础环灌浆加固基础环灌浆加固19901990年年1 1月月: : 封闭封闭19921992年年7 7月：月：加固塔身，用压重加固塔身，用压重 法和取土法进行地法和取土法进行地 基处理基处理目目 前前: : 已向游人开放。已向游人开放。 处理措施清华土力学29与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？虎丘塔问题：问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达顶离中心线已达2.31m2.31m，底层，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。建筑物而封闭。概况：概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成

16、位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元于宋太祖建隆二年（公元961961年）。全年）。全塔塔7 7层，高层，高47.5m47.5m，塔的平面呈八角形。，塔的平面呈八角形。原因：原因：坐落于不均匀粉质粘土层上，坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生产生不均匀沉降不均匀沉降。处理：处理：在塔四周建造一圈桩排式地下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钻孔注浆和打设树根桩加固塔 身，效果良好。身，效果良好。清华土力学30与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？关西国际机场 世界最大人工

17、岛19861986年：年：开工开工19901990年：年：人工岛完成人工岛完成19941994年：年：机场运营机场运营面积：面积：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量：18018010106 6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m设计时预测沉降：设计时预测沉降：5.7-7.5 m5.7-7.5 m完成时实际沉降：完成时实际沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月 (1990 (1990年年) )预测主固结完成：预测主固结完成：2020年后年后比设计超填：比设计超填：3m3m问题：沉降大且有不均匀沉降清华土力学31与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要

18、学习土力学？为什么要学习土力学？以上几个实例可归结为以上几个实例可归结为与土有关的变形问题变形问题清华土力学32Teton坝坝概况：概况：土坝，高土坝，高90m90m，长，长1000m1000m，建于，建于1972-751972-75年，年，19761976年年6 6月失事月失事损失：损失：直接直接80008000万美元，起万美元，起诉诉55005500起，起，2.52.5亿美元，亿美元，死死1414人，受灾人，受灾2.52.5万人，万人，6060万亩土地，万亩土地，3232公里公里铁路铁路原因：原因：渗透破坏水力劈裂渗透破坏水力劈裂与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？

19、为什么要学习土力学？清华土力学33Teton坝坝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与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学34Teton坝坝1111：0000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与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学35Teton坝坝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与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学3611：50左右

20、洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。Teton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学3711:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下Teton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学3812：00过后坍塌口加宽Teton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学39洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁Teton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学40失事现场目前的状况Teton坝

21、坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学41九江大堤决口溃口原因：溃口原因：堤基管涌堤基管涌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与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学42长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图砂砂环环管管涌涌口口粘性土粘性土砂性土砂性土渗水渗水杂填土杂填土管涌：管涌：在渗流作用下，无粘性土体

22、中的细小颗粒，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。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与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学43管涌砂环砂性土堤基管涌破坏示意图砂性土堤基管涌破坏示意图管涌破坏当管涌发生时，当管涌发生时，渗流将导致向源渗流将导致向源侵蚀，使堤防基侵蚀，使堤防基础下部出现渗流础下部出现渗流通道通道当水头差足够大时，当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通堤防基础。形成通道后极易引起溃决道后极易引起溃决与土有关的工程问题与土有关的工程问题绪论为什

23、么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学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与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？为什么要学习土力学？清华土力学45土工结构物或地基土强度问题强度问题变形问题变形问题渗透问题渗透问题 强度特性强度特性 变形特性变形特性 渗透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？为什么要学习土力学？清华土力学46绪论土力学包括哪些内容？基础基础物理性质物理性质预备土中土中应力应力具体应用土压力土压力核心核心渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性清华土力学47基础与

24、主线基础与主线预备具体应用绪论土力学包括哪些内容？第一章第一章土的物理性质和工程分类土的物理性质和工程分类第二章第二章土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题第三章第三章土体中的应力计算土体中的应力计算第四章第四章土的变形特性和地基沉降计算土的变形特性和地基沉降计算第五章第五章土的抗剪强度土的抗剪强度土力学（土力学（2 2）城市岩土工程城市岩土工程高等土力学高等土力学环境岩土工程环境岩土工程土动力学与土工抗震工程土动力学与土工抗震工程渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性清华土力学48绪论如何学好土力学？注意土的基本特点注意土的基本特点 - - 通过与其它材料对比通过与其它材料对比

25、注重理论联系实际注重理论联系实际 - - 通过现场观察与试验通过现场观察与试验注重正确学习方法注重正确学习方法 - - 概念，原理，方法概念，原理，方法 内容间联系内容间联系 要记忆，但不能死记要记忆，但不能死记清华土力学491965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清华土力学50绪论 什么是土力学？利用连续介质力学的知识，结合土的特性，研究利用连续介质力学的知识，结合土的特性，研究相关的工程问题相关的工程问题是是“伪科学伪科学”是是“很土很土”的力学的力学实际上并不是一种精确的科学，而是一种实际上并不是一种精确的科学，而是一种“艺术艺术”清华土力学51课程特

26、点课程特点研究研究实用机理设计公式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基本理论工程应用实验技能实验技能理论公式理论公式基准不不同同精精度度层层次次应用应用结果安全性经济性清华土力学52本课程安排和要求本课程安排和要求教学环节教学环节考核及成绩考核及成绩要求要求1. 1. 大课必须出席，不定期点名。大课必须出席，不定期点名。2. 2. 讨论课：独立完成小测验，积极参加讨论；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。讨论时表现好者适当在测验成绩中加分。3. 3. 试验：注意观察，联系理论，深入分析。试验：注意观察，联系理论，深入分析。 4.

27、 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，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。为鼓励个人独立完成，作业错误不扣分。期末考试：期末考试：60小测验：小测验：20试验：试验：15（预习操作报告）（预习操作报告）课堂表现及作业：课堂表现及作业：5 讲课、习题讨论课讲课、习题讨论课 ( (16 16 次次 40 40 学时学时) ) 实验课实验课 ( (3 3 次次 8 8 学时学时) )清华土力学53教学资源1 1、课前课后并随时可去教师办公室答疑、课前课后并随时可去教师办公室答疑2 2、视情况不定期安排集中答疑和质疑、视情况不定期安排集中答疑和质疑3 3、期末集中答疑、期末集中答疑答疑和质疑1 1、教育在线：试验预习、试验演示、教育在线：试验预习、试验演示2 2、网络学堂：课件、交流、资料、作业、网络学堂：课件、交流、资料、作业清华土力学54绪论结束