土质学与土力学_绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,绪论,土质学与土力学课件系列,1,本课程主要内容,土的物理性质及工程分类,粘性土的物理化学性质,土中水的运动规律,土中应力计算,土的压缩及沉降计算,土的抗剪强度理论,挡土墙土压力计算,土坡稳定分析,地基承载力,土的动力特性,土的勘察及勘察报告,2,一、,土质学及土力学的研究对象,土质学及土力学是一门研究土的细微观结构特性及其在工程建筑荷载作用下的应力、变形、强度、渗流及长期稳定性问题。,在工程建设中土作为不同的研究对象：,地基,建筑材料,介质（实际上是结构和荷载）,土是岩石风化后的松散沉积物，是具有土粒骨架孔隙特性的松散介质。,土的形成：,岩石风化 剥蚀 搬运 沉积,3,土的主要特征：,分散性：土是由固体颗粒及孔隙组成的分散体系，土粒间无联结或有微弱的联结。,复杂性：土的性质与成因有关，各地的异差较大，其性质极易受外界环境的变化（如温度、含水量等）的影响。,易变性：土的强度低，易变形。,由此产生：,渗透性：水可在土的孔隙中流动。,压缩性：孔隙中水和气在受外力时可排出，孔隙体积减小。,抗剪性：孔隙中土粒的错位主要发生在联结处。,4,二、土质学及土力学的研究内容及方法,土质学：是用地质学的观点，从土的成因出发，研究土的基本工程性质及影响土性质变化的原因。它应用工程地质、矿物结晶及物理化学等知识，对其进行分析研究，提出改良的有效措施。,土力学：是以工程力学的处理方法，研究与工程建设有关的土的应力、应变、强度和稳定性等力学问题。,由于土是自然历史产物，以及它的分散性，除了运用一般连续的介质力学的原理外，还要作一些基本假设，并同实际情况相结合来研究。在土力学的研究中，提出了一些计算模型，必须重视土的现场勘察及室内土工试验测定其计算参数，因此土力学是一门实践性很强的学科，土工试验非常重要，所以汪闻韶院士说：土力学是三分计算，七分实验，从而说明土力学实验的重要性。,5,随着生产力的提高和现代科学技术的不断发展，各学科之间相互渗透、交叉、融合已成为现代科学技术发展的趋势。本来土质学与土力学就密不可分，土质学从细微观研究土的性质，土力学从宏观研究土的工程力学特性，所以本着微观解释宏观，宏观指导微观的观点，我们的土质学与土力学才能显示强大的生命力。同时该学科也还应该广泛的吸收现代数学、测试技术等学科的先进成果，不断地充实强大该学科的研究能力和范围，为国民经济建设服务。,另外，在基础工程和土力学也是密不可分，研究基础工程，必涉及到大量的土力学问题，所以它们是一对孪生姐妹，讲土力学必联系到基础工程，讲基础工程时，必用到土力学，所以要学好土力学，必须参照基础工程的相关内容。,6,三、本学科在我国的成就,自人类进行建筑实践以来，就要处理地基上的各种问题。我国有五千年的历史，许多建筑遗址说明，远在新石器时代，就充分表明我们的祖先在土建技术上的聪明才智，如西安半坡遗址中发掘出来的土台及础，如洛阳王湾发掘出来许多房屋遗址，其墙基都是先挖沟槽，再填以红烧碎块，这说明当时的地基基础建筑已达相当水平。,历史上记载，西周之初，曾建过3次京城，规模一次比一次大，直到秦统一中国，才修成了著名的万里长城。,我国最古老（公元523年）嵩岳寺砖塔，高40m，由于地基牢固，到现在安然无恙，又如梦溪笔谈和皇朝类苑中记载的北宋初，木工喻皓在建开封宝寺木塔时，当时考虑了当地多西北风，地基为较软的饱和土，故建塔时使塔身向西倾斜，欲藉风力长期作用使地基产生不均沉降，从而扶正塔身，这说明当时对土力学已有相当的了解。,7,又如我国的赵州桥，是世界上首创的石砌敞肩平拱桥，净跨为37.02m，基础尺寸为5.5*10m，高4.4m，建在较密实的砂粘土地基上，拱的最大推力为24MN，地基未产生过大变形，按照现有的规范检算，地基承载力和基础后侧的被动土压力均正好满足设计要求，桥到现在为止已经1300多年，经过无数次地震和洪水考验，但仍完好无恙，这反映了我国在1000年前已能充分利用天然地基承载力，尤其是敢于用粘性土地基来支承具有很大推力的拱桥基础，从现代技术角度看，也是令人惊叹的。我国著名力学家钱令希教授带领一批研究生，对桥梁及地基的承载力的检算，证明完全符合现代科学方法。,宋代在福建泉州造的万安桥为长360丈的46孔石板桥，其址水深流急，潮汐涨落频繁，河床变化激烈，为建桥基带来了相当困难，特殊的修建方法；先在江底抛投大块石，再在其上移殖蛎房，使其繁殖，将块石胶结成整体，形成坚实的人工地基再在其上建筑基础。,8,至于软土地基上，如在淤泥中打下木桩，而形成塔基，如上海的龙华塔。,近百年来，由于国外帝国主义的入侵，国内封建统治的腐败，本学科和其它学科一样，大大落后了，只有新中国成立以后，反映在桥梁地基基础上，五十年代的武汉长江大桥的结构管柱基础，南京长江大桥建设采用气筒浮运沉井，沉井套管柱等一系列施工工艺，工业与民用建筑方面广泛运用箱形基础，电渗排水、硅化和电硅化灌浆，砂井预压或真空预压排水，对软土地基处理的挤实砂桩等方法，都标志着土力学有了很大的进步。,9,四、土力学理论的发展,古典理论时期：土力学的基本理论也有一个发展过程，18世纪以前，在土建中许多土力学问题只凭经验解决，1773-1776年法国库伦（coulomb）提出抗剪强度和土压力的滑动土楔理论，土力学才进入古典理论时期。其后，彭恩莱(Poncelet，1840年)对线性滑动土楔作了完善了解；兰金（Rankine，1857年）在塑性应力场基础上提出新的土压力理；布辛尼斯克（Boussinesq，1885年）提出一点集中荷载下弹性地基中应力和位移计算；法国（Darcy，1856年）通过水在砂中渗流试验，建立达Darcy公式，这对以后研究渗流和固结打下了基础，芬兰纽斯（Fellenius，1922年）在处理铁路路基滑坡问题提出土坡稳定分析方法。,10,1925年太沙基（Terzaghi）的土力学（Erdbaumechanik）出版，标志着土力学进入了一个新的时期，一般称之为太沙基影响时期。他提出的有效应力理论、一维固结理论以及一系列研究成果把土力学推到一个新的高度，这样土力学才成为一门系统的学科。1936年国际土力学与基础工程学会成立，并举行了第一次国际学术会议，1956年这门学科进入了近代土力学时期。随着计算机普及使土力学基本理论、计算方法、室内和现场试验等方面得到了革命性发展，如本构关系的研究，土的应力-应变-时间（stress-strain-time）的非线性数学模型的提出和建立，对土的抗剪强度的深入研究，在计算方面，广泛采用计算机，把数值计算方法，如差分、变分、有限元等直接用于地基和土工的计算，以使复杂边界、初始条件以及不均匀土层等问题能用计算的方法求解，在室内试验方法上由于设备改进，广泛采用计算机程序控制，实现了自动采集，加工试验数据。总之，土力学进入全面发展时期。因此土力学可以按以下进行分类。,11,12,按研究内容分,特殊土力学,一般土力学,黄土,软土,膨胀土,盐渍土,冻土,海洋土力学,宇航土力学,环境土力学,13,14,15,总之,工程地质是土力学分析的地质基础。,数学、力学是土力学计算的理论基础。,基础工程的设计及施工以土力学为基础。,岩土力学、工程地质学及地基基础工程学组成一门新的学科,岩土工程,16,五、本学科今后的发展方向,土力学同其它学科一样，不是完整无缺的，仍需要发展，拿本构关系模型讲，已发表了很多，但适用范围都有一定局限性，大多部模型要通过复杂试验以确定众多参数；对粘性土抗剪强度的研究，到现在还未结束，还有许多问题没有研究清楚；土动学方面，虽然在砂土液化方面取得了可喜成果，由于我国是一个多地震的国家，又随着高速公路、高速铁路的大力发展，故对地基土的动力性质，仍需要深入研究。对于全世界球而言，大部分地区是干旱或半干旱地区，这些地区的土壤是非饱和土，原来饱和土的理论不能解决非饱和土的问题，所以对非饱和土的性质研究又成为当今土力学热门研究领域。土与介质的相互作用问题，土的损伤、土的结构性问题的研究也成为某些重点研究领域。,在试验设备方面，国产的设备质量在稳步提高，试验设备逐步实现自动化。,17,用GDS及其它动静三轴仪研究土的力学问题，用土工离心机研究高土石坝、高路堤、桩与基础的相互作用、轻型支挡结构等的受力变形及稳定问题，甚至有人提出了用大型的振动台研究土工构筑物的动力效应问题。,地基土的不均匀性，地基中初始应力条件和荷载条件的不确定性，土工试验的误差，使土工参数带有一定的随机性，故在边坡稳定分析，地基基础的设计方面，应考虑可靠度和风险分析。在路基工程中，存在土质改良问题。总之在以上领域还需要进行深入的研究。,18,