土力学绪论.ppt

1、土力学SoilMechanics 建设工程学部土木工程学院岩土工程研究所 唐洪祥 教师介绍 主讲 唐洪祥办公室 综合试验1 楼215电话 o 84708511 807手机 13079809026Email tanghx 助教 杜涛 18340812459 课程简介 土木水利工程 技术基础课大连理工大学 2003 2006 2008 2011年校优秀课程辽宁省 精品课 建设目标 职称 副教授学历 1998年 硕士学位 大工岩土工程2007年 博士学位 大工岩土与环境力学科研方向 1 岩土工程应变局部化有限元模拟 2 有限元边坡稳定分析 3 土工织物改良软土地基 4 地基基础承载力及稳定性评价等

2、科研项目 1 负责国家自然科学基金 省部级课题 校青年教师培养基金及基本科研业务费专项等 参与973及多项国家自然科学基金研究 2 负责及参与边坡稳定性分析 地震液化分析 地基基础承载力与稳定性评价 以及地基处理方案等多项课题 土及土的生成与特点 0 1 0 3 3 土在土木水利工程中的作用 0 2 土力学发展简史 0 4 与土力学相关的课题 0 3 2 学习土力学的目的土力学的内容与特点 0 3 参考资料本课程学习方法 安排和要求 0 3 1 0 5 绪论 土 地之生万物者也 二 象地之上 地之中 物出形也 说文解字 古希腊 中国 印度 希伯来人 两河文化和印第安人的神话 上帝 神 用泥土造

3、人 人类进化与发展史 旧 新石器时代 畜牧业 耕种时代以人类利用岩土的水平来划分 普天之下 莫非王土 历史都是围绕土地而上演 土 土及土的生成与特点 绪论 土及土的生成与特点 土 土是指 不同成因的岩石 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 土的生成 土及土的生成与特点 土的生成 碎散性 土的特点 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 土及土的生成与特点 土的特点 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 固相 土骨

4、架液相 水气相 空气 土及土的生成与特点 土的特点 天然性 自然变异性 自然界的产物 绪论 非均匀性各向异性结构性时空变异性 土及土的生成与特点 土的特点 碎散性 三相性 天然性 力学特性复杂 变形特性 压缩性大 强度特性 强度低 渗透特性 透水性大 绪论 土及土的生成与特点 土的特点 土在土木水利工程中的作用 建筑物基础的地基 绪论 土在土木水利工程中的作用 地基 绪论 土在土木水利工程中的作用 地基 地基与基础 绪论 土在土木水利工程中的作用 地基 土工建筑材料 绪论 土在土木水利工程中的作用 建筑材料 建筑环境 绪论 土在土木水利工程中的作用 建筑环境 绪论 土在土木水利工程中的作用 建

5、筑环境 绪论 土在土木水利工程中的作用 建筑环境 王府井京广广场 土力学的发展简史 绪论 土力学的发展简史 理论提高阶段 1773 CACoulomb France 根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式 提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论 1869 WJMRankine UK 又从不同角度提出了挡土墙土压力理论 1885 JBoussinesq France 求得了弹性半无限空间在竖向集中力作用下的应力和变形的Boussinesq解 形成独立学科阶段 1922 WFellenius Sweden 费兰纽斯 为解决铁路塌方问题提出了土坡稳定分析法 1925 美国K 太沙基 Terzaghi 归纳发

6、展了以往的理论 发表了 土力学 一书 他被认为是土力学的奠基人 Coulomb对土木工程 岩土工程以及自然科学和物理学 包括力学 电学和磁学 等都有重要的贡献 如物理学中著名的库仑定律 1774年当选为法国科学院院士 1773年 Coulomb向法兰西科学院提交了论文 最大最小原理在某些与建筑有关的静力学问题中的应用 文中研究了土的抗剪强度 并提出了土的抗剪强度准则 即库仑定律 还对挡土结构上的土压力的确定进行了系统研究 首次提出了主动土压力和被动土压力的概念及其计算方法 即库仑土压理论 该文在3年后的1776年由科学院刊出 被认为是古典土力学的基础 他因此也称为 土力学之始祖 Charles

7、AugustindeCoulomb 1736 1806 绪论 土力学的发展简史 库仑 1820年7月2日生于苏格兰的爱丁堡 1872年12月24日逝世于苏格兰的格拉斯哥 Glasgow Rankine被后人誉为那个时代的天才 他在热力学 流体力学及土力学等领域均有杰出的贡献 他建立的土压力理论 至今仍在广泛应用 Rankine进入爱丁堡大学学习2年后 他离校去做一名土木工程师 1840年后 他转而研究数学物理 1848 1855年间 他用大量精力研究理论物理 热力学和应用力学 1855年后 Rankine在格拉斯哥大学担任土木工程和力学系主任 1853年当选为英国皇家学会会员 他一生论著颇丰

8、共发表学术论文154篇 并编写了大量的教科书及手册 WilliamJohnMaquornRankine 1820 1872 绪论 土力学的发展简史 朗肯 Boussinesq是法国著名的物理学家和数学家 他1867年获得博士学位后 先在多所学校担任数学教师 之后担任里尔理学院 FacultyofSciencesofLille 的微积分学教授 1872 1886 巴黎大学 Sorbonne 数学和物理教授 1886 1886年当选法国科学院院士 Boussinesq一生对数学物理中的所有分支 除电磁学外 都有重要的贡献 在流体力学方面 他主要研究涡流 波动 固体物对液体流动的阻力 粉状介质的力学

9、机理 流动液体的冷却作用等方面 他在紊流方面的成就深得著名科学家SaintVenant的赞赏 而在弹性理论方面的研究成就受到了Love的称赞 求得了弹性半无限空间在竖向集中力作用下的应力和变形的Boussinesq解 ValentinJosephBoussinesq 1842 1929 绪论 土力学的发展简史 布辛奈斯科 Terzaghi于1883年10月2日出生于捷克的首都布拉格 1904年毕业于奥地利的格拉茨 Graz 技术大学 之后成为土木工程领域的一名地质工程师 1916 1925年期间 他在土耳其的伊斯坦布尔技术大学和Bogazici大学任教 并从事土的特性方面的研究课题 这也最终导

10、致了他的举世闻名的 Erdbaumechanik 土力学 于1925在维也纳的问世 该书介绍了他所提出的固结理论以及土压力 承载力 稳定性分析等理论 标志着土力学这门学科的诞生 KarlvonTerzaghi 1883 1963 绪论 土力学的发展简史 太沙基 1925年 他被派往麻省理工学院担任访问教授 四年后回到维也纳技术大学任教授 1938年德国占领奥地利后 Terzaghi前往美国 并在哈佛大学任教 直到1956年退休 在此期间的1943年 他还出版了 TheoreticalSoilMechanics 在这部不朽的著作中 Terzaghi就固结理论 沉降计算 承载力 土压理论 抗剪强度

11、及边坡稳定等问题进行了阐述 1963年10月25日 Terzaghi在马萨诸塞州的温彻斯特逝世 Terzaghi是第一届到第三届 1936 1957 ISSMFE 国际土力学与基础工程学会 的主席 曾4次荣获ASCE 美国土木工程师协会 的Norman奖 1930 1943 1946 1955 并被8个国家的9个大学授予荣誉博士学位 为表彰Terzaghi的杰出成就 美国土木工程师协会还设立了Terzaghi奖 KarlvonTerzaghi 1883 1963 绪论 土力学的发展简史 太沙基 1936 在美国召开的第一届国际土力学与基础工程会议1st ICSMFE International

12、ConferenceonSoilMechanicsandFoundationEngineering 2013 18thInternationalConferenceonSoilMechanicsandGeotechnicalEngineering Paris France 60年代 土力学的研究基本上是对原有的理论与试验充实与完善 自60年代后 随着电子计算机的出现和计算技术的高速发展 使土力学的研究进入了一个全新的阶段 快速发展阶段最突出的工作是用新的非线性应力应变关系代替过去的理想弹塑性体 随着应力应变模型建立 以此为基础建立了新的理论体系 1957年 D C Drucker提出了土力学与

13、加工硬化塑性理论 对土的本构模型研究起了很大的推动作用 1963年 英国Cambridge大学的Roscoe等人提出了剑桥模型 许多学者纷纷进行研究 并召开多次学术会议 提出了各种应力应变模型 绪论 土力学的发展简史 KHRoscoe 1914 1970 Roscoe1914年12月出生于英国 1934年在剑桥大学的接受本科教育 二战后 Roscoe返回剑桥大学读研究生 毕业后留校从事土力学的研究 并建立了土力学实验室 他于1958年所提交的论文 关于土体的屈服 奠定了临界状态土力学的基础 被英国土力学学会授予成就奖 他的研究成果主要包括 所设计的剪切仪成为以后土力学平面剪切仪的先驱 提出了确

14、定土体临界状态时孔隙比的方法 提出的剑桥模型创建了临界状态土力学 为现代土力学的诞生和发展作出了重要贡献 在他的领导下 剑桥大学关于土力学机理的研究成果得到国际岩土工程界的普遍认可 以Roscoe为奠基者的剑桥学派在现代土力学的发展历史中占有重要的地位 Roscoe不幸于1970年4月10日因车祸遇难 绪论 土力学的发展简史 Roscoe 与土力学相关的课题 土体的强度问题土体的变形问题土体中的渗透问题 绪论 与土力学相关的课题 该谷仓平面呈矩形 南北向长59 44m 东西向宽23 47m 高31 00m 容积36368立方米 容仓为圆筒仓 每排13个圆仓 5排共计65个圆筒仓 谷仓基础为钢筋

15、混凝土筏板基础 厚度61cm 埋深3 66m 谷仓于1911年动工 1913年完工 空仓自重20000T 相当于装满谷物后满载总重量的42 5 TransconaGrainElevation 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26 53 西端下沉7 32m东端上抬1 52m上部钢混筒仓完好无损 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 香港宝城滑坡 香港地区人口稠密 市区建筑密集 新建住宅只好建在山坡上 1972年7月 香港发生一次大滑坡 数万立方米残积土从山坡上下滑 巨大的冲击力正好通过一幢高层住宅 宝城大厦

16、 顷刻之间 宝城大厦被冲毁倒塌 因楼间净距太小 宝城大厦倒塌时 砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅 宝城大厦居住着金城银行等银行界人士 因大厦冲毁时为清晨7点钟 人们都还在睡梦中 当场死亡120人 这起重大伤亡事故引起了西方世界极大的震惊 香港1900年建市 1977年成立土力工程署 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 香港宝城滑坡 Early1972滑坡前 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 岩质边坡灾害 武隆鸡尾山垮塌 武隆垮塌的上缘塌落情况 武隆垮塌的坡脚情况 武隆垮塌的前缘情况 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 武隆鸡尾山垮塌灾害概况 绪论 与土力学相

17、关的课题 强度问题 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 2002年7月 广州中山8路富力广场基坑塌方现场照该事故造成坑边道路塌方 煤气管道爆裂 造成周围800名居民紧急疏散 万佳百货受到严重威胁 广州富力广场 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 杭州地铁施工塌陷 2008 11 15下午15 20左右 杭州市风情大道地铁一号线施工现场发生坍塌事故 杭州地铁工地塌陷50人被埋 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 上海高楼整体倒塌 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 上海高楼整体倒塌 2009年6月27日 上海市闵行区莲花南路 莲花河畔景苑 一幢在建13层小高层

18、轰然横卧倒塌 有 偷工减料说 地基不牢说 河畔高楼不宜说 防汛墙影响说 等 不论是哪种说法 矛头都指向了与地基强度有关的问题 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 Pre CollapseConditions ShanghaiApartmentBuildingCollapse June27 2009 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 TheBuildingTopples ShanghaiApartmentBuildingCollapse June27 2009 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 2009 08 09 莫拉克台风重创台湾南部 高雄县甲仙乡小林村遭泥石流 灭村 原本近两百户人家的

19、小林村 现在成了一片 河谷 398人遭埋 放眼望去 整个村庄只剩下一个红色和绿色的屋顶 整个村庄惨遭泥石流 灭村 从直升机上俯瞰灾区满目疮痍 滚滚洪流相当慑人 一名妇女在小林村原址旁哀悼逝去的亲人 整个村庄惨遭泥石流 灭村 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 台湾小林村泥石流 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 舟曲特大山洪泥石流 舟曲发生泥石流前的自然状况 2010年8月7日22时 舟曲发生特大山洪泥石流灾害 至9月4日统计遇难1478人 失踪287人 另累计门诊治疗2315人 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 舟曲特大山洪泥石流 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 1964年日本新泻 N

20、iigata 地震地基大面积液化 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 汶川县映秀镇的航拍照片 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 2008年汶川地震的破坏情况 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1173 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 绪论 与土力学相关的课题 变形问题 虎丘塔 问题 塔身向东北方向严重倾斜 塔顶离中

21、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 绪论 与土力学相关的课题 变形问题 绪论 与土力学相关的课题 变形问题 2014年上海浦东两栋高楼碰在一起有市民向媒体反映 上海浦东新区华夏二路1500弄的心苑西园小区17号 18号并排的两幢房子 其中17号房屋发生倾斜 楼顶的房角和18号碰在一起 并发生了开裂 绪论 与土力学相关的课题 变形问题 上海展览中心馆原称上海工业展览馆 位于上海市区延安中路北侧 展览馆中央大厅为框架

22、结构 箱形基础 展览馆两翼采用条形基础 箱形基础为两层 埋深7 27m 箱基顶面至中央大厅顶部塔尖 总高96 63m 地基为高压缩性淤泥质软土 展览馆于1954年5月开工 当年底实测地基平均沉降量为60cm 1957年6月 中央大厅四周的沉降量最大达146 55cm 最小为122 8cm 到1979年 累计平均沉降量为160cm 从1957年至1979年共22年的沉降量仅20cm左右 不及1954年下半年沉降量的一半 说明沉降已趋向稳定 但由于地基严重下沉 不仅使散水倒坡 而且建筑物内外连接的水 暖 电管道断裂 都付出了相当的代价 上海展览中心馆 绪论 与土力学相关的课题 变形问题 关西国际机

23、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 4370m 1250m填筑量 180 106m3平均厚度 33m 设计时预测沉降 5 7 7 5m完成时实际沉降 8 1m 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 绪论 与土力学相关的课题 变形问题 2003 7 1上海地铁 号线发生渗水事故突发 仅直接经济损失就达1 5亿元左右 地铁 号线旁通道 采用的是冻结加固暗挖法施工 年起 冻结法工艺被广泛应用于上海地下工程中 事故造成黄浦江大堤部分坍塌 造成中山南路847号鸿宇大楼 8层 和裙房倾斜或倒塌 周边居民和

24、单位的自来水 电力 通讯和煤气暂时中断 上海的多条公交线路已因此改道 缩线 上海地铁 号线 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 OverallViewofExcavationfor80 storytower excavationabout20mdeep Marinachanneloutsidebulkhead Text What sthis 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 Seepagebeginsatthebaseofthebulkhead 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 Thewaterrises 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 Thebul

25、kheadfails 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 Waterpoursinfromtheadjacentchannel 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 TheEndResult 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 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 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 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 绪论 与土力学相关的课题 渗透

26、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 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 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 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 11 50左右洞口扩大加速 泥水对坝基的冲蚀更加剧烈 Teton坝 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 11 57坝坡坍塌 泥水狂泻而下 Teton坝 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 12 00过后坍塌口加宽 Teton坝 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 洪水扫过下游谷底 附近所有设施被彻底摧毁 Teton坝 绪论 与土力学相关

27、的课题 渗透问题 失事现场目前的状况 Teton坝 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 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 5m宽的堤顶随即全部塌陷 并很快形成一宽约62m的溃口 绪论 与土力学相关的课题 渗透问题 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 绪论 与土力学相关的课题 强度 变形 渗透问题 学习土力学的目的 指导设计和施工1 合理 满足强度 变形及渗透稳定性要求 满足使用要求 2 经济 节省资金 减小人力物力 为学习后续课程

28、打下基础1 水工 港工 土木及交通工程等专业类课程的基础 2 学习岩土工程类课程的基础 基础工程 软土地基处理 高等土力学 土动力学 学习和掌握专项技术的基础 基坑支护等 绪论 学习土力学的目的 绪论 土力学的内容与特点 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度特性 土力学的内容 土力学的内容与特点 基础与主线 预备 具体应用 第1章土的物理性质及工程分类 第2章有效应力原理 渗透和土中应力计算 第3章土的压缩性与地基变形计算 第4章土的抗剪强度 第5章土压力第6章土坡稳定分析第7章地基承载力 渗透特性变形特性强度特性 绪论 土力学的内容与特点 土力学的特点 绪论

29、土力学的内容与特点 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 一定的数学力学功底 基本理论 实验技能 工程应用 理论公式 基准 不同精度层次 应用 结果 安全性 经济性 绪论 土力学的内容与特点 参考资料 郭莹编等编著 土力学 中国建筑工业出版社 2014 陈希哲 土力学地基基础 第4版 北京 清华大学出版社 2004 4 岩土工程杂志 绪论 参考资料 学习方法 安排和要求 教学环节 考核及成绩 要求 1 预习 在上课之前应对课程内容提前预习 可更好地增加理解 2 上课 大课必须出席 积极参加讨论 不定期点名或课堂作业 3 课后 仔细阅读教材及相关参考书 4

30、作业 独立完成 一般每周一上课之前交一次 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 70 习题 课堂表现 课堂作业及出席 20 实验 10 注意 没有实验成绩或3次缺席取消期末考试资格 讲课 习题讨论课答疑 课堂集体答疑 分组提问 课后个别答疑 绪论 土力学的学习方法 安排和要求 主讲 唐洪祥办公室 综合试验1 楼215电话 o 84708511 807手机 13079809026Email tanghx 2010年5月23日2时10分 因连日降雨造成山体滑坡掩埋线路 由上海南开往桂林的旅客列车 运行至江西省境内发生脱线事故 导致10人遇难 绪论 与土力

31、学相关的课题 强度问题 山体滑坡掩埋铁路 2010年9月1日夜 云南保山隆阳区 因强降雨引发山体滑坡 死亡12人 失踪36人 造成此次灾害的原因是所处地域地质条件脆弱 岩土体松软 近十天降水超过120毫米 加之山高坡陡 平均坡度超过45度 土质饱水软化形成滑坡 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 云南保山滑坡 9月2日 救援人员在山体滑坡现场搜救被埋群众 绪论 与土力学相关的课题 强度问题 云南保山滑坡 地质体的变形 位移 速度逐渐增大 监测信息 表征强度逐渐降低 既有破坏 局部再破坏 贯穿性破坏 碎裂性破坏 运动性破坏 孕育成形渐变发生发展 监测数据判读 问题 力学分析 方法 建立破坏演化全过程的力学模型 研究目标 不良地质体 地质灾害体 绪论 与土力学相关的课题 强度问题