土力学与地基基础 教学课件 ppt 作者 姜晨光 主编第1章 土木结构基础工程学概论.pptVIP

第1章 土木结构基础工程学概论 1.1 土木结构基础工程学的特点 土木结构基础工程学是研究土木结构物的基础设计及施工理论、技术与方法的科学，土木结构基础工程学是一个具有一定综合性的科学体系，土木结构基础工程学与土力学、岩石学、工程地质学、结构工程学、力学、数学等学科有着非常紧密的联系，土木结构基础工程学以数学为基础、力学为支撑、工程技术科学为工具构建起了自己的科学体系。 进行土木结构基础工程设计及施工必须具备足够的工程地质学知识、岩土工程学知识、力学知识、化学知识、结构工程学知识和数学知识，与土木结构基础工程设计及施工有关的力学知识包括理论力学、材料力学、结构力学、土力学、岩石力学、流体力学、弹性力学、塑性力学、弹塑性力学、粘弹性力学、等，与土木结构基础工程设计及施工有关的结构工程学知识包括混凝土结构、钢结构、砌体结构、等，与土木结构基础工程设计及施工有关的数学知识包括微积分学、数理统计、概率论、数值分析、等。由此可见，土木结构基础工程学是一门多学科集成的综合性科学体系。 1.2土力学的基本问题 土力学是研究土的形成、构造以及各种作用条件下土结构及性能变化规律的科学。狭义上讲，土力学主要是解决土体的变形和稳定两大基本问题的（对土木工程而言）。所谓“土”是指岩石风化颗粒的堆积物，所谓“地球土”是指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、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。土是岩石风化的产物，具有碎散性、强度低，受力以后易变形，为非连续介质，其体积变化主要是孔隙变化，其剪切变形主要由颗粒相对位移引起。土为三相体系，包括由土骨架组成的固相主体，以水为主的液相部分，以空气为主的气相部分。土体受力后由土骨架、孔隙介质等多相介质共同承担并存在着复杂的相互作用过程且伴有孔隙流体的流动。土是自然界的产物，具有自然变异性（即非均匀性、各向异性、结构性、时空变异性）。由于土为三相体系且具有碎散性和自然变异性，故其力学特性复杂并会表现出独特的变形特性、强度特性、渗透特性，这也就决定了土力学的独特学科特征。大家知道，理论力学的研究对象是质点或刚体，材料力学、结构力学、弹性力学研究的是连续固体（材料力学的研究对象是单个弹性杆件，比如杆、轴、梁。结构力学的研究对象是若干弹性杆件组成的杆件结构。弹性力学的研究对象是弹性实体结构或板壳结构），水力学研究的是连续流体（其研究对象是不可压缩的连续流体，比如水、石油、等液体），而土力学的研究对象则是碎散材料（即天然的三相碎散堆积物），土力学研究的核心问题是土体的应力、变形、强度、渗流和长期稳定性，属于工程力学的一个分支。狭义上讲，连续介质力学的基本知识以及描述碎散体特性的理论是土力学的支撑。 1.2.1土力学在土木工程中的作用 对土木工程而言，土力学主要被用来解决与土的强度、变形、稳定性和渗透特性等有关的实际工程问题（原因是土的工程应用非常广泛且存在大量与土有关的工程问题）。土的工程应用主要表现在3个方面，即用作土工建筑材料；用作土木工程结构物基础之地基；用于建筑环境建设。 土力学的基础是土的物理性质，核心是土的渗透特性、变形特性、强度特性（通过3大特性研究可以探究渗流、流土和湿化问题；地基沉降问题；土的抗剪强度及参数确定问题），导致土的特性发生变化的诱因是土中应力，土力学的具体应用领域非常广泛（典型应用是土压力计算、地基承载力计算、边坡稳定性分析）。土力学理论可以为建筑工程、岩土工程和地下工程等的安全、经济和使用正常保驾护航。 1.2.2 土力学的主要学科分支 ?宏观上讲，土力学有4大分支学科，即理论土力学、实验土力学、应用土力学和计算土力学，4大分支学科相互联系、互相促进、相互补充。 理论土力学是土力学学科发展的龙头。理论土力学研究的主要对象有3个，即饱和土土力学、非饱和土土力学和土动力学，本构理论是其核心，因时间因素而出现的流变特性是理论土力学的重要研究课题。 实验土力学是土力学学科发展的基础。 应用土力学是土力学学科发展的动力。 计算土力学是土力学学科发展的翅膀，计算土力学使理论土力学、实验土力学和应用土力学得以融合互通并提供土力学的精确度和效率（计算土力学离不开建模、建模离不开理论、理论离不开实践），计算土力学的发展为复杂土工问题的数值计算或模拟试验提供了可能。 1.2.3土力学的历史与发展 土力学的发展经历了一个漫长的历史时期，土力学产生于人类工程活动经验的积累中，具有悠久的历史（其萌芽可追溯到公元前1000年左右），1776年的Coulomb强度定律（即库伦土压力理论。Charles- Auguste de Coulomb是法国科学家（1736~1806），1773年他开始研究最大最小原理在某些与建筑有关的静力学问题中的应用问题并于后来提出来Coulomb强度