土力学论文
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土力学与地基基础论文引言:土力学是土壤力学的简称,是研究土壤力学性质和土壤力学变形规律的科学。
在土木工程中,地基基础是承受建筑物自身重力和外部荷载传递到地下的结构部分。
因此,土力学与地基基础的研究对于确保工程的安全性和可靠性至关重要。
本文将重点探讨土力学与地基基础的相关理论和实践。
一、土力学基础知识1. 土壤力学性质土壤力学性质是指土壤在受力作用下的力学反应。
其中包括土壤的颗粒组成、密实度、含水量、含气量等基本性质。
了解土壤的这些性质对于土力学分析和地基基础设计至关重要。
2. 土壤力学参数土壤力学参数是描述土壤物理和力学特性的参数。
常用的土壤力学参数包括内摩擦角、剪切强度、孔隙比等。
这些参数的测定对于土力学和地基基础分析具有重要意义。
3. 土壤力学变形规律土壤在受力作用下会发生变形,土壤力学变形规律研究了土壤的弹性和塑性变形规律。
包括土壤的应力应变关系、体积变形等。
了解土壤的变形规律对于地基基础的设计和施工具有重要的指导作用。
二、地基基础设计原理1. 地基基础分类地基基础根据其形式可以分为浅基础和深基础。
浅基础包括承台、连续墙基础等,适用于较小的建筑物;深基础包括桩基、基槽等,适用于较大和特殊荷载的建筑物。
选择合适的基础形式是地基基础设计的重要环节。
2. 荷载分析地基基础设计需要进行荷载分析,即确定荷载的大小和作用方式。
常见的荷载包括建筑物自重、地震力、风力、水荷载等。
准确的荷载分析对于地基基础的强度计算和稳定性分析至关重要。
3. 基础设计计算基础设计计算是根据土壤力学理论和工程实践,计算基础结构的尺寸和强度。
基础设计计算需要考虑土壤的力学性质、地震作用、地下水位等因素。
合理的基础设计计算可以确保工程的安全和可靠。
三、地基基础施工和监测1. 地基基础施工地基基础施工是将设计好的地基基础安全地建造起来的过程。
地基基础施工包括基坑开挖、基础浇筑、基础处理等步骤。
施工过程中需注意土壤的侧压力、水平位移等因素,确保施工的质量和稳定性。
论文范文:表面活性剂对黄土和膨润土力学及环境土工特性的影响1绪论自上世纪中叶,随着世界人口数量急剧增长、人类活动对自然环境影响程度不断增强、污染问题集中在三个方面:工业发展的加速!生活垃圾的增加以及土体环境逐渐恶化,这些问题都造成了人类赖以生存的大气、水体、土体的污染。
土体作为地下的工程材料一旦直接与污染物质接触,将对人类生产生活的安全造成十分严重的危害"研究土体材料在复杂环境条件下物理、力学、化学等性能的变化规律,分析环境对其产生的效应和这些效应的演变机理,已成为目前岩土工程学研究中的一个热门课题(刘传正,1994;覃祖森等,1995;罗国煌等,一995),因此出现了一门新的学科一一环境岩土工程(Geo一environmentalEngineering)。
环境岩土工程是基于岩土工程!环境工程和地下水工程三大学科的一个交叉学科(方晓阳,2000),这一学科概念在1982年的第十届国际土力学与基础工程会议上由意大利和日本两位学者正式提出(李相然等,.2002)"随后在世界范围内,岩土工程专家对环境岩土问题给予了关注和重视。
环境岩土工程与传统的岩土工程中各个分支学科相比侧重点不同,环境岩土工程强调大气、水、生物、化学等与岩土体的相互作用。
环境岩土工程以环保理念为出发点,将传统的岩土工程和环境科学与工程相结合(,陈云敏,2007),所研究的方法和内容扩展到垃圾填埋处置、土体污染、核废料的处置、沙漠化问题和海岸侵蚀等问题(Fang,1997;周健等,2004)。
本文基于环境岩土工程的研究思路及方法,针对表面活性剂对土体的污染问题进行了一系列研究。
1.1污染土体的现状及对工程实际的影响我国经济持续高速发展带动了化工、金属加工、采矿冶炼等高污染行业的快速扩张。
三废不达标排放,即使生产过程中的滴漏也会造成厂区及周边区域土壤污染。
城市扩张及产业升级转移导致大量工业用地的置换,成为新一轮住宅、商业、公共事业开发的热土。
太沙基土力学的精髓与缺陷作为土力学的奠基人之一,卡尔·太沙基发表的著作总共达二百七十六件, 其中包括著书、论文和讨论等,他和他所提出的土力学基本原理以及各项研究成果所作出的贡献是极其重要并且不可替代的。
一、太沙基土力学的精髓1923年太沙基发表了渗透固结理论,第一次科学地研究土体的固结过程,同时提出了土力学的一个基本原理,即有效应力原理。
1925年,他发表的世界上第一本土力学专著《建立在土的物理学基础的土力学》被公认为是进入现代土力学时代的标志。
随后发表的《理论土力学》和《实用土力学》(中译名)全面总结和发展了土力学的原理和应用经验,至今仍为工程界的重要参考文献。
太沙基在1943年出版的巨著《理论土力学(Theoretical SoilMechanics)》,论述了土力学的几个最基本的理论,如有效应力原理、固结理论、沉降计算、剪切强度、承载力理论,以及土压力与边坡稳定等。
其中的有效应力原理奠定了土力学的基础,是土力学成为一门科学的重要标志。
【1】太沙基提出的有效应力原理的基本概念,阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力--应变关系上的重大区别。
土的抗剪强度和土的变形是土力学中两大主要问题。
土是由固相、液相、气相组成的三相介质。
三相组成间的比例不同,土的性质具有明显差别。
正是因为土的三相介质组成,相对于一般连续介质表现出不同的特点,土的强度问题和土的变形问题也就具有特殊性。
外荷载作用后,土中应力被土骨架和土中的水气共同承担,但是只有通过土颗粒传递的有效应力才会使土产生变形,具有抗剪强度。
而通过孔隙中的水气传递的孔隙压力对土的强度和变形没有贡献。
从试验中观察到在饱和土体中土的变形及强度与土体中的有效应力σ′密切相关,并建立了有效应力原理:σ =σ′+μ式中:σ为平面上法向总应力, kPa;σ′为平面上有效法向应力, kPa;μ为孔隙水压力, kPa。
有效应力原理阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力———应变关系上的重大区别,有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系:当总应力保持不变时,孔隙水压力与有效应力可以相互转化,即:有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。
土力学学术论文随着社会的高度现代化,土力学在工程上的应用范围越来越广,人类对土力学的研究也更加的深入。
下面是小编精心推荐的土力学学术论文,希望你能有所感触!土力学学术论文篇一岩土塑性力学摘要:分析了经典塑性力学用于岩土类材料的问题,它采用了3个不符合岩土材料变形机制的假设。
从固体力学原理直接导出广义塑性位势理论,将经典塑性力学改造为更一般的塑性力学―广义塑性力学。
广义塑性力学采用了塑性力学中的分量理论,能反映应力路径转折的影响,并避免了采用正交流动法则所引起的过大剪胀等不合理现象,也不会产生当前非关联流动法则中任意假定塑性势面引起的误差。
给出了广义塑性力学的屈服面理论、硬化定律和应力一应变关系,并建立了考虑应力主轴旋转的广义塑性位势理论。
屈服条件是状态参数,也是试验参数,只能由试验给出。
应用表明,广义塑性力学可作为岩土材料的建模理论,还可应用于诸如极限分析等土力学的诸多领域,具有广阔的应用前景。
关键词:岩土塑性力学;广义塑性力学1、前言多数岩土工程都处于弹塑性状态,因而岩土塑性在岩土工程的设计中至关重要。
早在1773年 Coulomb提出了土体破坏条件,其后推广为Mohr― Coulomb条件。
1857年 Rankine研究了半无限体的极限平衡,提出了滑移面概念。
1903年Kotter建立了滑移线方法。
Felenius(1929)提出了极限平衡法。
以后 Terzaghi、Sokolovski又将其发展形成了较完善的岩土滑移线场方法与极限平衡法。
1975 年,W.F.Chen在极限分析法的基础上又发展了土的极限分析法,尤其是上限法。
不过上述方法都是在采用正交流动法则的基础上进行的。
滑移线法与极限分析法只研究力的平衡,未涉及土体的变形与位移。
[1]20世纪50年代开始,人们致力于岩土本构模型的研究,力求获得岩土塑性的应力一应变关系,再结合平衡方程与连续方程,从而求解岩土塑性问题。
由此,双屈服面与多重屈服面模型l1-41、非正交流动法则在岩土本构模型中应运而生。
岩土工程与土力学摘要:本文首先主要分别论述和阐明了岩土工程、土力学它们两学科各自的定义、主要内容、内在特点和发展趋势。
然后又分别从它们各自的定义、特点两方面平行对照比较,论述两者之间的不同之处;并且依据其定义和内容等方面找到了二者的内在联系,得到了两学科之间的相互渗透、交叉对于双方都有很大的影响;从而推出学科之间的发展不是独立的,而是相互促进,相互影响,共同进步的。
最后又简单的论述了土力学和注册土木工程师(岩土)之间的关系,得出:要成为一名合格的注册土木工程师(岩土),土力学作为基础学科和基础知识,是必须熟练的掌握的;只有搞清、弄通土力学,才能在土木工程这一行业中有一个良好的基础,才能在土木这一专业上有所建树。
关键词:岩土工程,土力学,注册土木工程师(岩土)引言:每一门学科都有不同于其他学科的研究对象,都要研究它自身的特殊规律。
但是,客观事物是错综复杂、互相联系、互为因果的,特别是一些相近和相关的学科,在研究对象、范围、内容和方法的上,往往相互交叉,既有个性,又有共性,既有区分,又有联系。
当代科学的发展具有高度综合又有高度分化的特点,它不仅表现在学科之间的相互移植和相互借鉴,各自以其最新的成就影着对方,同时也吸收对方的某些新成就以促进本门学科的发展;而且也表现于学科内部的已有研究成果新的综合和新的分化,从而出现了新的分科学支、边缘学科。
因此,在研究某门学科时,要明确其与相关学科、交叉学科的关系。
孤立地固守本门学科的狭隘的范围,或片面的地坚持某种方法,是难于深入探索的内在规律,推动本门学科向前发展的。
目录一、岩土工程31.1、岩土工程的定义:3 1.2、岩土工程的主要内容:31.3岩土工程的特点:5二、土力学52.1.1、土力学的发展历史5 2.1.2、发展趋势6 2.3、土力学的主要内容72.4、土力学的特点8三、土力学与岩土工程的关系9四、土力学与注册土木工程师(岩土)关系10五、结论11六、参考文献12一、岩土工程1.1、岩土工程的定义:岩土工程是欧美国家于20世纪60年代在土木工程实践中建立起来的一种新的技术体制。
土力学论文土质学与土力学课程建议摘要:土质学与土力学在我们的本科阶段扮演着十分重要的角色,但在学习的过程中也存在一定的难度,本人根据自己学习这门课程的体会,产生了一些自己的想法和见解,在本文中作了简要阐述,希望老师能采纳并能得到最优化的授课效果。
希望在整个学习的过程中老师和我们都能有所收获,共同取得进步。
关键词:土质学与土力学、体会、建议首先,要说明一下,《土质学与土力学》这门课程在本科生学习阶段占3.5学分,是本学期同类课程中学分最高的一门课。
足以见得这门课对我们专业的重要性。
经过了将近8周的学习,我对这门课也有了相对熟悉的了解。
下面就谈一谈我的学习体会以及对这门课的一些建议:1、把握课堂,增加互动课堂学习对于我们学生来讲是非常重要的一个环节,根据我自己的体会,如果没有听好课,那么课下就要花费很长的时间来弥补,甚至还不一定能收到很好的效果,所以应该重视课堂学习,利用好每一节课。
但是我发现,《土质学与土力学》这门课相对来讲不是很容易就能消化吸收的,如果能够调动我们的学习兴趣,我想势必会收到很好的效果。
所以,我建议沿用我们在高中的讲课方式----互动学习,也就是在上课时多提出思考性的问题,听到我们去思考,然后解决,而不是一味的有老师讲授,让我们有一种听天书的感觉。
这样的互动学习既锻炼了我们的独立解决问题能力,又能对课程有比较深刻的印象,可以说一举两得。
2、定时答疑,不留疑问正是由于这门课的重要性,所以我们在学习的过程中不能留下疑问。
所以建议老师可以抽出部分课堂时间供学生答疑。
《师说》中说:“师者,所以传道授业解惑者也。
”这一“解惑”的环节,对于我们的专业学习会有很大的帮助。
我想,老师不仅可以帮助我们解决关于这一个学科的知识,关于专业工作以后会遇到的问题以及前沿性的一些问题,相信老师也可以给我们一些经验性的指导,为我们以后的发展提供帮助,这才是“解惑”的真正意义。
3、课堂测验,深入讲解首先肯定一下老师的课堂测验的考核方式。
渗流对边坡稳定性的影响孙聚龙(长沙理工大学市政工程专业103104020449)摘要边坡稳定性问题一直是工程地质、岩土工程等领域中一项最基本而又十分重要的研究课题。
影响边坡稳定性的因素较多,渗流既是一个重要影响因素,也是一个难点课题。
近年来,随着有限元理论和计算机技术的发展,进行渗流对边坡稳定影响的研究也越来越多。
渗流场和应力场作为边坡稳定分析的重要组成部分,二者相互作用、相互联系。
所以要对边坡稳定情况进行研究必须正确分析渗流对其作用。
一方面,渗流产生渗流场形成孔隙水压力,孔隙水压力作用到边坡上将改变边坡的应力状态,边坡的应力状态改变会造成土体的孔隙率和渗透系数的改变;另一方面,渗流系数和孔隙率的改变会使渗流场发生变化。
这样的渗流场相互作用,将对边坡稳定性产生影响。
边坡稳定性分析始于二十世纪初,发展至今形成了多种方法,虽然各种方法并存,具有各自的计算准则,但总体来说,边坡稳定性分析的发展遵循了以下这条主线,即从定性分析发展到定量分析。
其中,定量分析又经历了从确定性分析到非确定性分析的过程。
本文对国内外渗流及边坡稳定的研究现状进行了归纳总结。
概述了现在边坡稳定研究的方法,渗流的计算及边坡渗流的趋势进行了阐述。
关键词:渗流,边坡,稳定性,确定性目录摘要 (1)目录 (2)第一章边坡稳定性研究的现状 (3)1.1 定性分析方法 (3)1.2 定量分析方法 (3)1.2.1 确定性分析方法 (3)1.2.2 非确定性分析方法 (5)第二章渗流研究的现状 (5)2.1以实验研究为主的初级阶段 (6)2.2 以解析法为主要研究手段的发展阶段 (6)2.3 以数值模拟为主的高级阶段 (6)第三章渗流作用下边坡稳定性研究现状 (7)第四章渗流的计算 (7)4.1 渗流模型 (7)4.1.1 物理模型 (8)4.1.2 数学模型 (8)4.2 渗流计算 (9)4.2.1 解析法 (9)4.2.2 数值法 (9)4.2.3 实验模拟法 (9)4.3 应力场和渗流场的耦合作用 (9)4.4 渗流自由面 (11)4.5 渗透系数 (12)4.5.1 确定型模型结合实验方法 (12)4.5.2 随机模型方法 (12)4.5.3 克里格法 (13)4.5.4 数学模型反演求解法 (14)4.5.5 分形理论 (14)第五章边坡渗流研究的趋势 (14)参考文献 (16)第一章边坡稳定性研究的现状1.1定性分析方法该方法从边坡演化破坏中的主要影响因素、失稳力学机制以及变形破坏方式等进行考虑,以此分析评价边坡稳定的状态及预测边坡发展的趋势。
从土力学的内容来看,论文写作从土力学的角度来看,论文的写作和报告需要遵循一定的规律和原则,以确保其质量和可靠性。
下文将就此探讨相应的内容并给出九个提纲标题。
1. 土力学的概述:介绍土力学的基本概念、原理和应用领域,引入论文的主题。
2. 文献综述:通过文献调研和阅读,总结该领域的相关研究成果、现状和反思,在此基础上进一步明确论文的研究目标,确定研究方法和实验方案。
3. 土壤力学参数的测定和分析:对各种常用的土壤力学特性参数,如压缩模量、抗剪强度等进行详细讨论,介绍其测定方法、计算公式和分析原理。
在此基础上结合实验数据,探讨其应用范围和局限性。
4. 土体本构模型:介绍各种主要的土体本构模型,如弹性、弹塑性、本弹性等模型,并比较其优缺点,指出其适用范围。
5. 土体破坏机理:讨论土体的破坏机理和模式,分析造成土体破坏的主要因素和影响因素,提出相应的控制和治理措施。
6. 土工合成材料的力学性能:介绍常用的土工合成材料的类型、结构和力学性能,探讨其应用范围、强度特性和变形规律,在此基础上分析其优缺点和实际应用效果。
7. 土压力问题:介绍土压力的定义、计算公式和影响因素,重点讨论深基础施工、支护结构和地下工程中土压力的控制方法和思路。
8. 工程案例分析与实践:结合实际工程项目,通过实验数据和理论计算结果,分析土力学的理论与实践应用的差距,提出相应的建议和改进措施。
9. 未来展望:展望土力学的发展前景和未来的重点研究方向,提出相关的理论或工程发展目标和建议,为该领域的研究和实践提供指导和支持。
1. 土力学的概述:这部分是开篇引入的一部分,主要介绍土力学的基本概念、原理和应用领域,让读者对土力学有一个初步的认识。
2. 文献综述:在研究过程中,文献综述是非常重要的一个环节。
这部分需要总结该领域的相关研究成果、现状和反思,可以比较早期和近期的成果,分析它们的共同点和不同点,并确定本论文的研究目标。
3. 土壤力学参数的测定和分析:在土壤的力学行为中,各种力学特性参数的测定和分析是非常重要的。
岩土试验力学课程论文第一篇:岩土试验力学课程论文岩土试验力学课程论文题目:岩土试验力学发展现状和前景专业:岩土工程一、岩土力学试验1.岩土力学试验概况要很好的解决岩土工程问题、防灾、治灾,必须首先进行勘察与测试、试验与分析,并利用土力学、岩石力学、基础工程、工程地质学等的理论与方法,对各类工程进行系统研究。
因此,岩土力学试验是岩土工程规划设计、防灾的前期工程,也是地基与基础设计,治理地质灾害的不可缺少的重要环节。
2.岩土力学试验目的(1)了解岩石本身的物理和力学性质;(2)岩体质量分级、工程地质条件与问题评价;(3)边坡、地基和隧道围岩变形及稳定性分析,地质灾害防治工程方案论证等;(4)为岩土工程设计与施工提供参数和依据;(5)揭示岩土的变形规律和强度特征及破裂机理,建立其数学力学模型,进行岩土工程结构的力学分析。
3.岩土力学试验内容(1)岩石物理性质试验含水率、颗粒密度、块体密度;(2)岩石水理性质试验吸水性、渗透性、膨胀性、耐崩解性和冻融性。
(3)岩石力学性质试验单轴压缩强度和变形试验、三轴压缩强度和变形试验、抗拉强度试验、直剪强度试验和点荷载强度。
二、岩土试验力学概况岩土试验力学是土木工程岩土专业的一个分支,它是一门十分重要的技术基础课。
它主要包括学习岩土实验力学的基本理论,知道岩土的物理力学性质、强度变形计算、稳定性分析、挡土墙及基坑围护的设计与计算、地基承载力等岩土力学基本理论与方法。
结合有关交通土建、建筑工程、土木工程的理论和施工知识,分析和解决岩体工程及地基基础问题。
三、岩土试验力学的发展现状1.计算方面由于岩土材料比较特殊,那么在研究岩土试验力学方面就会比较复杂。
岩土体本身就是一个复杂的系统,具有不确定性,不规则性和不明确性。
目前,我国的岩土试验力学工作者倾向于采用理想数学模型和力学模型建立和描述岩土的各类特性,结果往往不是很理想,甚至出现很大的偏差。
那么,为解决这一现状,为突破创新,新的方法和技术是必不可少的。
《土工原理与计算》结课论文论文题目:地基处理技术及发展趋势综述学院:专业:班级:学号:学生姓名:导师:2014年6 月2 日地基处理技术及发展趋势综述摘要:本文首先扼要介绍在我国应用的各种地基处理方法的分类、常用的传统处理方法基本原理和适用范围, 扼要介绍地基处理新技术,最后对今后地基处理的发展趋势做了探讨。
关键词:地基处理;分类;方法;发展趋势一.引言地基是建筑工程的基础,对于保护建筑工程稳定性以及抗震性具有重要的作用。
由于一般的建筑工程其实际的地基基础一般都处于地下埋深较浅的部位,因此,其基本的建筑承载力不足以支撑上层建筑。
所以,在实际的工程中需要首先对建筑地基进行基础处理,通过提高地基基础的承载能力,来有效改善建筑地基抗变形及其渗透性能。
在具体的建筑工程中,通过地基处理方法主要改变地基基础五方面的性质,地基的剪切性能、地基的抗变形压缩性能、地基基础的透水性能、地基的动力特性以及土的各种不良特性。
通过有效的地基处理手段,提高地基土的抗压、抗拉、抗剪以及渗透性等能力,从而保证建筑工程的施工稳定性。
随着建筑工程技术的发展,地基基础处理方法也逐渐丰富起来,有效的保证了建筑工程质量的稳定性和安全性,提高了实际建筑工程的质量。
二.地基处理方法的分类工业的发展、技术的进步促进了各种地基处理技术的发展。
近年来为满足工程建设的需要, 我国引进、发展了许多地基处理新技术。
目前在我国得到应用的地基处理技术有几十种之多。
事实上, 对地基处理方法进行严格的分类是很困难的。
不少地基处理方法具有多种效用,例如土桩和灰土桩法既有挤密作用又有置换作用又如砂石桩法既有置换作用, 在荷载作用下也有排水固结作用。
另外, 还有一些地基处理方法的加固机理和计算方法目前还不是十分明确, 尚需进一步探讨。
地基处理方法不断发展, 功能不断地扩大, 也使分类变得更加困难。
本文按照加固原理的不同, 将地基处理方法分为置换、排水固结、灌入固化物、振密或挤密、加筋、冷热处理、托换和纠倾等八大类, 每一类又含多种处理方法,见表一。
岩土工程与土力学摘要:本文首先主要分别论述和阐明了岩土工程、土力学它们两学科各自的定义、主要内容、内在特点和发展趋势。
然后又分别从它们各自的定义、特点两方面平行对照比较,论述两者之间的不同之处;并且依据其定义和内容等方面找到了二者的内在联系,得到了两学科之间的相互渗透、交叉对于双方都有很大的影响;从而推出学科之间的发展不是独立的,而是相互促进,相互影响,共同进步的。
最后又简单的论述了土力学和注册土木工程师(岩土)之间的关系,得出:要成为一名合格的注册土木工程师(岩土),土力学作为基础学科和基础知识,是必须熟练的掌握的;只有搞清、弄通土力学,才能在土木工程这一行业中有一个良好的基础,才能在土木这一专业上有所建树。
关键词:岩土工程,土力学,注册土木工程师(岩土)引言:每一门学科都有不同于其他学科的研究对象,都要研究它自身的特殊规律。
但是,客观事物是错综复杂、互相联系、互为因果的,特别是一些相近和相关的学科,在研究对象、范围、内容和方法的上,往往相互交叉,既有个性,又有共性,既有区分,又有联系。
当代科学的发展具有高度综合又有高度分化的特点,它不仅表现在学科之间的相互移植和相互借鉴,各自以其最新的成就影着对方,同时也吸收对方的某些新成就以促进本门学科的发展;而且也表现于学科内部的已有研究成果新的综合和新的分化,从而出现了新的分科学支、边缘学科。
因此,在研究某门学科时,要明确其与相关学科、交叉学科的关系。
孤立地固守本门学科的狭隘的范围,或片面的地坚持某种方法,是难于深入探索的内在规律,推动本门学科向前发展的。
目录一、岩土工程31.1、岩土工程的定义:3 1.2、岩土工程的主要内容:31.3岩土工程的特点:5二、土力学52.1.1、土力学的发展历史5 2.1.2、发展趋势6 2.3、土力学的主要内容72.4、土力学的特点8三、土力学与岩土工程的关系9四、土力学与注册土木工程师(岩土)关系10五、结论11六、参考文献12一、岩土工程1.1、岩土工程的定义:岩土工程是欧美国家于20世纪60年代在土木工程实践中建立起来的一种新的技术体制。
岩土工程是以求解岩体与土体工程问题,包括地基与基础、边坡和地下工程等问题,作为自己的研究对象。
土木工程中涉及岩石、土、地下水的部分称岩土工程。
岩土工程它包含了岩体工程和土体工程。
土木工程建筑物既与土体有密切的关系也与岩体密不可分。
就工程学科而论,要处理好各种条件下的地基,确保工程建筑物地基强度、变形和稳定性的要求,就必须具有地质学、材料科学、实验及力学、基础等多方面的知识,与这些知识有关的土木工程学科的分支称为岩土工程。
可见岩土工程是土木工程最广泛的边缘学科,它与土木工程所有领域的知识都有关系。
在我国因不同的历史沿革形成了传统(或狭义)的岩土工程和广义的岩土工程:传统的岩土工程即Geotechnical Engineeringor Geotechnique,中文可译为土工工程,其前身为土力学和基础工程;广义岩土工程即Geo-Engineering,包括土力学和基础工程、岩石力学和地下工程、工程地质3个领域。
也有人根据文中意思将岩土工程直接译为Rock and Soil Engineering,但此意显得不够规范。
作为土木学科的分支和上述三大作主体领域的内容,岩土工程的内容随着全球经济的发展,其重要性越来越突出,内容也越来越丰富。
1.2、岩土工程的主要内容:岩土工程专业是土木工程的分支,是运用工程地质学、土力学、岩石力学解决各类工程中关于岩石、土的工程技术问题的科学。
按照工程建设阶段划分,工作内容可以分为:岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程治理、岩土工程监测、岩土工程检测。
主要研究方向①城市地下空间与地下工程:以城市地下空间为主体,研究地下空间开发利用过程中的各种环境岩土工程问题,地下空间资源的合理利用策略,以及各类地下结构的设计、计算方法和地下工程的施工技术(如浅埋暗挖、盾构法、冻结法、降水排水法、沉管法、TBM法等)及其优化措施等等。
②边坡与基坑工程:重点研究基坑开挖(包括基坑降水)对邻近既有建筑和环境的影响,基坑支护结构的设计计算理论和方法,基坑支护结构的优化设计和可靠度分析技术,边坡稳定分析理论以及新型支护技术的开发应用等。
③地基与基础工程:重点开展地基模型及其计算方法、参数研究,地基处理新技术、新方法和检测技术的研究,建筑基础(如柱下条形基础、十字交叉基础、筏形基础、箱形基础及桩基础等)与上部结构的共同作用机理和规律研究一个工程建设,必须有相应的的勘察、设计、施工、检测和管理,这些工作除了有它对不同工程的的共性要求外,还有他对不同工程的个性要求,就是说,对于地基工程、边坡工程、洞室工程、支护工程和环境工程都会有各自的特性所必须的特殊要求。
因此,岩土工程学学科体系的基本框架应该分为总论和分论两部分。
总论以工作内容为线索,研究岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程施工、岩土工程检测以及岩土工程管理诸方面带有共性的规律性和有关要求及方法;分论以工程类型为线索,研究岩土地基工程、岩土边坡工程、岩土洞室工程、岩土支护工程和岩土环境工程诸方面的勘察、设计、施工、检测和管理上带有个性的规律性和有关要求及方法。
这两条线索的发展和交织构成了一个严密的学科体系(图2-1)由于岩土工程学具有非常广泛的涉及面,作为它的具体内容,必须时刻把握住它的本质特点。
它需要讨论“该怎么”,更要讨论“为什么”’,需要“知其然”,更要“知其所以然”,达到驾驭知识的目的。
岩土工程勘察岩土工程设计总论(以工作内容为主线)岩土工程施工岩土工程检测岩土工程学岩土工程管理岩土地基工程分论(以工程类型为主线)岩土边坡工程岩土洞室工程沿途支护工程岩土环境工程图2-1 岩土工程学的基本框架1.3岩土工程的特点:岩土工程学是以岩体、土体和水体为研究对象,以工程地质学、岩石力学、土力学及基础工程学的基本理论方和方法的综合为指导,研究岩土体的工程利用、整治和改造的一门综合性技术学科。
它有很强的实践性(因岩土体有显著的时空变异)和综合性,往往对保证工程质量,缩短工程周期,降低工程造价,提高工程效益会起到关键性的作用。
岩土工程学的本质特点,一是它必须以“岩土”为基础,始终要面对性质变化错综复杂的岩体和土体,以及与岩土体不可分割的水体;而是它必须以“工程”为中心,始终要围绕拟建工程在其具体岩、土体条件下的合理实现,确保他的正常使用;三是它必须以“稳定“为目标,始终要把工程在各种可能最不利组合条件下的安全和稳定性作为解决问题的总目标。
它有跨越是空的特点,要考虑岩土的过去、现在和将来的变化,考虑工程在建设期与运营期内在所处条件上的差异,考虑岩土体在其分布上的区域性、层次性和特殊性;它也有跨学科的特点,要利用工程地质学、水文地质学、岩石力学、土力学、基础工程学,甚至其他一系列学科的基础,通过交叉融合,审时度势,具体的面对各类实际问题;它还有跨行业特点,要区别和针对诸如建筑、铁路、公路、水电、矿业、环保等各方面建设上不同建筑物和构筑物的工作特点,满足他们的特殊要求。
显然,这些任务决不是任何一门学科所独立胜任的。
工程地质学是研究有关地质量问题的学科,它的主要任务在于对规划、设计、施工和运行中有关地质条件,从地质构造、地质作用和地质现象等方面做出分析评价;岩石力学和土力学是研究岩和土材料力学特性的特性指标、变化机理与客观规律以及岩体和土体变形、强度与渗透各方面的稳定特性、分析方法和增强措施的科学;基础工程学是研究关于不同工程建筑无基础设计与施工中涉及的各种原则、方法与事故处理等有关问题的科学。
水文地质学是研究地下水的形成、埋藏、运动(动态与均衡)及水质等的变化以解决地下水开发、利用、防护等的水文地质条件及勘查评价的科学。
这些学科虽然都是解决岩土工程问题的重要支撑,但没有岩土工程学根据岩土工程问题的内在规律所作综合的升华与创造性的应用,都是无法完成前述的岩土工程任务的。
岩土工程学这种本质特点的个性构成了它赖以生存和发展的基本依据。
二、土力学2.1.1、土力学的发展历史土力学是人们在长期的工程实践中形成并发展起来的一门学科。
我国劳动人民从远古时代就利用土、石作为地基筑材料来修筑房屋。
如西安新石器时代的半坡村遗址,就发现有土台和石础,只就是古代的土力学最早的应用。
隋朝石工李春所修建的赵州石拱桥,造型美观,至今存留。
桥台砌置于密实的粗砂层上,1300多年来估计沉降约几厘米。
经现在的验算,其基底压力为500~600kpa。
这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。
《梦溪笔谈》记载,北宋初年,著名木工喻皓在建造开封开宝寺时,考虑当地多西北风,便特意使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜,设想在风的长期、断续作用下可以逐渐复正。
可见,当时的工匠已经考虑建筑物地基的沉降问题了。
而力学逐渐形成理论始于18世纪兴起工业革命的欧洲。
为满足资本主义工业化的发展和市场向外扩张的需要,工业厂房、城市建筑、铁路等大规模的兴建,提出了许多与土力学相关的问题,例如铁路路基问题。
1773年,法国A.库伦(Coulomb)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年,英国W.J.M朗肯(rankine)又依据强度理论从另一角度推导了土压力计算公式。
1885年,法国J.布辛内斯克(Boussinesq)求得了弹性无限空间在竖向集中力作用下的应力与变形的理论解。
1922年,瑞典的W.费伦纽斯(Fellenius)提出了土坡稳定分析方法。
这些古典的理论和方法影响着以后土力学的发展,为本学科系统的发展做出了贡献。
1925年,K.太沙基(terzaghi)归纳了以往的研究成果,提出了一维固结理论,阐述了有效应力原理,发表了第一本《土力学》专著,标志着近代土力学学科的形成。
1963年,罗斯科(Roscoe)等人创建发表了著名的剑桥弹塑性模型,标志着人们对土性质的认识和研究进入了一个崭新的阶段。
回顾新中国成立后的50多年,围绕着解决工程建设中提出的问题,土力学学科在我国得到了广泛地传播和发展、尤其是改革开放以后,国家大规模的建设促进了本学科的发展,在土力学理论和工程实践方面均取得了令人瞩目的化时代进步,为国民经济发展做出了贡献。
许多大型水利水电工程,核电工程,高速公路,大型桥梁,万吨级码头,大型厂房,高楼大厦,地下空间开发利用等等都呈现了本学科理论和实践的巨大成就。
工程建设需要学科理论,学科理论的发展更离不开工程建设。
2.1.2、发展趋势性质是极其复杂的,因而理论的发展是很艰难的。
关于土的理论,经过不少学者的艰辛研究和探讨,已取得不少成果,但进一步的发展还远没有结束。
就学科本身而言,土力学的发展少不了三个方面:理论、实验、计算机。