2010/3/28,1,绪 论 内容 土力学研究的内容，解决哪些工程问题，学科的 发展情况。 0.1 研究对象及研究内容 0.2 土力学的发展简史 0.3 课程的学习,0.1 土力学的研究对象及研究内容 问题： 什么是土力学？ 土力学的研究内容是什么？ 研究土力学的意义何在？,Soil Mechanics,地基与基础,上部结构(柱,3,或墙) 基础 d 地基 建筑物一般由上部结构和基础两部分组成。 基础：连接上部结构和地基的桥梁。 地基：由于建筑物的修建而在基础以下一定范围内的原有应力状 态发生了改变的地层。 上部结构、基础和地基三者之间相互联系、相互影响，构成一个 共同工作的整体。,Soil Mechanics,岩石力学与土力学,上部结构(柱,或墙),基础,地基,4,d 组成地基的介质：土，岩石 土力学的研究对象：土、土体 岩石力学的研究对象：岩石、岩体,2010/3/28,2,Soil Mechanics,土质学与土力学,Soil Mechanics,工程建设中的土的用途,土质学（工程岩土学） 从工程地质学范畴发展起来的，把土的成因与成分出发，研究土的 工程地质性质的本质机理。对土在荷载、温度及湿度等因素作用下 发生的变化作出数量上的评价，并根据土的强度、变形机理提出改 良土质的有效途径。 土力学 从工程力学范畴发展起来，把土作为物理力学系统，据土的应力 应变强度关系提出力学计算模型，用数学力学方法求解土在各 种条件下的应力分布、变形以及土压力、地基承载力与土坡稳定等 课题。 两者互相渗透、互相结合。 5 Soil Mechanics 土的特性 土？ 是由地壳表层的岩石经受风化、搬运、沉积等综合作用的 自然历史产物；是由固体颗粒和孔隙组成的松散集合体。 特点？ 1）颗粒之间存在孔隙，土颗粒之间没有或只有很弱的联 结，故土的强度低，易变形。 2）由于土成因不同，使土的性质也各有差异，其分布和 性质复杂。 3）土的性质极易受到外界环境如温度、湿度等因素的影 响。 7,地基：作为各种建筑物的地基，用来支承由建筑物通过基础 传来的荷载，例如在土层上修建房屋、桥梁等； 材料：土被用作为建筑材料，像路堤、土坝等土工构筑物 介质：土是作为建筑物周围的介质或环境，如隧道、涵洞及 地下建筑等。 6 Soil Mechanics 研究内容 地基在整个建筑中起着关键作用，它的变形或 破坏都直接影响到整个结构的安全和使用。 在建筑地基基础的设计和计算中，首要的任务必 须研究土的力学性状及其与建筑物相互作用的力 学过程。 8,3,2010/3/28 Soil Mechanics 研究内容,9,主要研究内容是： 土的力学性质； 地基应力和变形计算理论，研究地基在受到荷载 作用后的变形规律； 地基的强度特性和理论； 与工程实践直接相关的地基稳定性、土坡稳定性 和土压力等问题。 它是力学的一个分支，是为解决建筑物的地基基础、 土工建筑物和地下结构物的工程问题服务的。,0.2 土力学的发展简史 土力学的发展概况 研究现状 今后发展的方向,Soil Mechanics,一、历史与现状,11,土力学发展过程 萌芽期(17731923) 古典土力学(19231963) 现代土力学(1963,Soil Mechanics,萌芽期(17731923),1773年Coulnmb发表了论文极大极小准则在若干静力学问题中的应,用，为今后的土体破坏理论奠定了基础。 1857年英国人Rankine关于土压力的理论和瑞典工程师Petterson针对 Goteborg港滑坡提出的分析方法。 20世纪初随着高层建筑的大量涌现，沉陷问题开始突出，与土力学紧 密相关的学科弹性力学的发展为沉降问题的研究提供了必要的手 段，从而为Terzaghi开创的土体变形研究提供了客观条件。,12,Charles Augustin de Coulomb (1736 - 1806) 法国,William John Maquorn Rankine (1820 - 1872) 苏格兰,2010/3/28,4,Soil Mechanics,古典土力学(19231963),1923年，Terzaghi发表了著名的论文粘土 中动水应力的消散计算，提出了土体一维 固结理论，接着又在另一文献中提出了著名 的有效应力原理，从而建立起一门独立的学 科土力学。 此后，随着弹性力学的研究成果被大量吸引 过来，变形问题的研究越来越成为重要的内,Karl von Terzaghi (1883 - 1963)捷克,13,Soil Mechanics,在土体破坏理论研究方面的主要成就有： Fellenius，Taylor和Bishop等关于滑弧稳定分析方法的建 立与完善; Terzaghi关于极限土压力的研究和提出承载力公式; 散粒体静力学的建立；,14,容，但是，土体的破坏问题始终是当时土力 学研究的主流。 Donald Wood Taylor （ 1900-1955 ）美国,Soil Mechanics,在变形理论方面有： 地基沉降计算方法的建立与完善， Mindlin公式的提出及其在桩基沉陷计算中的应用; 弹性地基梁板的计算; 砂井固结理论；,Biot固结理论的提出和完善。,古典土力学,两个理论,15,以弹性介质和弹性多孔介质为出发点的变形理论 以刚塑性模型为出发点的破坏理论(极限平衡理论),一个原理 有效应力原理,现代土力学(1963-,Soil Mechanics K H Roscoe （ 1914-1970 ）,英国剑桥,16,认识的深化 电子计算技术的发展 为现代土力学的建立创造了客观条件，而 Roscoe的工作直接导致现代土力学的诞生。,2010/3/28,5,Soil Mechanics,詹布(, 20世纪50、60年代，基本上处于对土力学理论和技术 的完善和发展阶段。 1955年毕肖普(Bishop,A W)提出土坡稳定计算中考虑 竖向条间力的方法，应用有效强度指标计算土坡稳定。 20世纪纪50年代后期， 布(Janbu,N)与摩根斯坦 (Morgenstern,N R)等人相继提出了考虑条间力，滑动面,取任意形状的土坡稳定计算方法，在强度理论、强度计算 等方面进一步发展了莫尔库伦准则。 在土压力和承载力方面，索科洛夫斯基将古典塑性理 论引进了土力学，在散体极限平衡方面，有关地基、土坡 和挡土墙的稳定分析方面，都获得了严格的理论和数值解。,Nilmar Janbu 挪威技术大学的教授,Soil Mechanics 1963年，Roscoe发表了著名的剑桥模型，提出第一个 可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型，看作现 代土力学的开端。 现代土力学在下列几方面取得重要进展： 非线性模型和弹塑性模型的深入研究和大量应用；,损伤力学模型的引入与结构性模型的初步研究; 非饱和土固结理论的研究; 砂土液化理论的研究; 剪切带理论及渐进破损问题的研究; 土的细观力学研究。 土工测试技术，特别是原位测试技术和离心模型试验技术。,17 Soil Mechanics 中国学者的贡献 我国对土力学的研究始于1945年黄文熙在中央水利实验处创立第一个土 工试验室； 大规模的研究则是在建国以后随着一批国外留学人员回国和50年代末大 批青年学者参加工作以后才开始的。 60多年来，各方面都取得了长足的进展，提出许多重要成果，为土力学 的发展和完善作出了积极的贡献。,19,我国土力学学科的奠基人,1954年在国际上首创土流变 学。提出的“陈氏固结流变 理论”,20,18 Soil Mechanics 中国学者的贡献 1)土的特性方面：有刘祖典等对黄土湿陷特性的研究，魏如龙 对软粘土强度变形特性的研究，和汪闻韶对砂土动力特性的研究等； 2)理论和计算方面：有黄文熙对地基应力和沉降计算方法方面 的改进，陈宗基的流变模型，钱家欢应用李氏比拟法求解粘弹性多孔 介质的固结问题，谢定义关于砂土液化理论的研究，沈珠江关于有效 应力动力分析方法的研究，以及同济大学关于土与结构共同作用的研 究和浙江大学关于动力波传播的研究等， 3)试验技术方面：有黄文熙提议和汪闻韶负责建成的振动三轴 仪； 4)工程应用方面，有软土地基的真空预压、灌浆技术和滑坡支 挡技术等。 总体上我国的土力学研究水平在理论分析和工程,应用方面，与世界各国相比并不逊色，而在测试 技术方面尚比较落后。,现代土力学：归结为一个模型、三个理论和四个分支,2010/3/28,6,Soil Mechanics,相关学会、协会与期刊杂志,土木工程学会-土力学与基础工程,工程地质专委会,岩土力学 岩土工程学报,（Rock and Soil Mechanics) (Journal of Geotechnical Engineering),岩石力学与工程学报 (Journal of Rock Mechanics and Engineering) 土木工程学报 (Journal of Civil Engineering) 工程地质学报 (Journal of Engineering Geology),21,水文地质工程地质 工程勘察 岩土工程技术,(Hydrology and Engineering Geology) (Engineering Investigation) (Geotechnology),Soil Mechanics,二、发展与展望,现代土力学研究的特点：,(1)土的力学特性：认识越来越深入，探索新思路 (2)土的随机性研究,(3)土工数值分析 (4)原位测试技术,22,(5)土工离心模型试验的完善与成熟实验土力学 (6)“边设计边观测：现代土力学的一个重要特点 (7)专家系统：现代土力学的一个重要内容,Soil Mechanics 一个模型：本构模型，特别是指结构性模型，是现代土力学,应用土力学,的核心问题。 三个理论：一个变形理论和两个破坏理论，即：(1) 非饱和 土固结理论 ；(2) 液化破坏理论；(3) 渐进破坏理论 土力学发展框架,理论土力学,实验土力学,计算土力学,23,基础,手段,动力,工具,Soil Mechanics,特点： 基本概念,基本原理多 计算多,0.3 课程的学习,土的抗剪强度,土力学主要内容 土体中的应力 地基沉降计算 饱和土的固结理论,与实际工程联系紧密 学习方法： 掌握概念、搞清原理、学以致用 理论、试验、实践相结合,24,讲授：40学时,实验：8学时 作业：5-6次,土压力,地基承载力,土坡稳定分析,