土力学与数值方法：基本概念与原理教案分析.ppt

* 高等土力学 第一章：基本概念与原理 土力学的基本概念 土力学：利用力学的一般原理,研究土的物理,化学和力学性质及土体在荷载,水,温度等外界因素作用下的工程性质,包括土的应力,变形,强度,稳定和土与结构物相互作用等规律的一个力学分支。 土力学的发展简史 土力学是一门既古老、又新兴的学科，人类很早就懂得广泛利用土进行工程建设（我国的长城、南北大运河）直到十八世纪中叶，人类对土在工程建设方面的特性，尚停留在感性认识阶段。 土力学的发展简史 十八世纪产业革命后，提出了大量与土力学有关的问题和不少成功的经验，特别是一些工程事故的教训，迫切促使人们去寻求理论的解释，并要求永通过实践检验的理论来直到以后的工程实践。 筑城学（欧洲） 墙后土压力问题 铁路、公路、水利工程 土坡稳定问题 半经验分析阶段 土力学的发展简史 二十世纪，随着土建规模的扩大，促使人们全面地系统地对土的力学性质作理论和实践研究，科学技术不断发展，世界不少国家分分成立专门土力学研究机构，重点研究。 十八世纪二十年代，著名的土力学家太沙基的土力学专著《土力学》问世，标志着土力学作为一门独立的较系统而完整的学科，自1936年以来，已召开了十一届国际土力学和基础工程学术会议。 近四十年来，由于尖端科学、生产发展的需要，土力学的研究领域又有了明显的扩大 土动力学、冻土力学、海洋土力学、月球土力学 同时岩石力学也已与土力学分离而单独称为一门学科。 1.1 土体的基本特征 上部结构、基础、地基示意图 研究对象：土 土的性状变化很大，土力学理论依靠较多的简化假设，因此在处理工程中的土力学问题时，不能单凭数学和力学的方法，我们同时需要室内和野外的测试手段，实地观察和经验判断。 土的概念： 在土木工程领域，土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，所以，有时也会遇到难以区分的情况。 土的来源 土根据来源可分为 无机土：岩石风化 天然土 土是岩石风化的产物 有机土：腐殖土， 由植物完全或部分分解的堆积物具有高压缩性、低强度，为不良建筑物地基 风化： 物理风化：温度 应力 岩石开裂 水的冻胀 裂缝张开 岩石开裂 波浪冲击 地震 风 沙砾冲击 岩石破裂 化学风化：岩石与空气、水和各种溶液相接触经 氧化 炭化 作用 分解成细小的颗粒 致使岩石的矿物成分发生变化 水化 在自然界，物理风化和化学风化是同时或交替进行的，所以任何一种天然土通常既是物理风化的产物，又是化学风化的产物。 土的种类 残积土： 岩石风化后仍然留在原地的堆积物。残积土的厚度和风化程度主要取决于气候条件和暴露时间，其明显特征是颗粒多为角粒，且母岩种类对残积土的性质有显著影响。(优良母岩、质地不良母岩) 运积土： 经流水、风和冰川等动力搬运离开产地的堆积物。可分为 河流运积土 风积土 冰川沉积土 沼泽土（腐植土） 河流沉积土 水冲积形成的，上游颗粒粗，下游颗粒细，故： 上游：强透水，引起渗漏和渗透变形问题 下游：地基土的高压缩性和低强度引起的基础沉降和稳定问题，同时要考虑渗透变形问题 风积土 黄土 典型特点：湿陷性，所谓湿陷性指黄土未浸水时，含水率低，一般10%左右，仍能维持陡壁或承受较大的建筑物荷载，可一旦湿水，其胶结强度会迅速降低，会在自重或建筑物荷载下剧烈下沉，黄土的这种性质称为湿陷性。 冰川沉积土 未经水流搬运，直接从冰层中搁置下来的冰碛土。 其特点是：不成层，性质一般不均匀，可作为土石坝的不透水材料，而化学胶结的冰碛土具有很高的密实性，常常是极好的建筑物地基。 冰水冲积土：由冰川融化水搬运、堆积在冰层外围的冲积土，具有与河流冲积土类似的性质，是优良的透水材料和混凝土骨料 风积土（黄土高原风成学说） 雅丹地貌（风蚀作用形成） 物理风化 物理风化 风的作用 水的作用 化