清华大学土力学课件 绪论
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清华土力学土力学2绪论
绪论 Introduction
一、土力学1与2的关系
Soil Mechanics and Foundation Engineering
1 二者的关系 密切相关， “土力学与基础工程” 区别：土力学1 基本原理 土力学2 应用 专业基础课
2 土力学基本原理的广泛应用-举例 3 土力学2的主要内容
大范畴
土力学2的重要性－工期造价
3 工期和造价
•我国一般民用工程造价中基础工程占1/31/4，软土和复杂情况要高于这个比例。桥 梁占50%～70%。 •工期 *人工降水和开挖：清华图书馆，短桩。 *预压固结 *气候影响，降雨引发事故 五道口商场 *施工和测试，如静载试验
土力学2的重要性
二 土力学2的重要性
工期和造价
土力学2的重要性－工程事故
1 工程事故
事故有三类 1) 规范允许的破坏，如自然灾害和地质灾害
导致的超过设计标准的荷载 2) 对特殊情况的认识不足，基本概念不清楚 3) 违背勘察、设计、施工、管理规范
土力学2的重要性－工程事故
1 工程事故
我国建筑市场问题多，豆腐渣工程。基础工程首当 其冲, 因为是隐蔽工程，偷工减料容易。 • 18%以上新建工程为不合格工程，一般病害的机 率为10% - 30%
土力学(2)
Soil Mechanics
张建红
岩土工程研究所 新水利馆204
Email:
此课件仅供岩土工程学习者参考， 切勿用于商业用途，切勿以清华大 学岩土工程研究所名义开展相关培 训、讲座，否则将追究法律责 任！！！！
绪论Introduction
一、土力学1与2的关系 二、土力学2的重要性 三、土力学2的特殊性
腐败造成事故
腐败造成事故
土力学课件(清华大学)土力学绪论共64页
土力学课件(清华大学) 土力学绪论
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
Байду номын сангаас
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
64
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
Байду номын сангаас
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
64
清华大学《土力学与地基基础》238页PPT
2—3 土的物理性质指标（三相比例指标）
上节介绍了土的 组成，特别是土颗粒 的粒组和矿物成分， 是从本质方面了解土 的性质的根据。但是 为了对土的基本物理 性质有所了解，还需 要对土的三相——土 粒(固相)、土中水(液 相)和土中气(气相)的 组成情况进行数量上 的研究。 土的三相比例指标：土粒比重、含水量、密度、干密度、 饱和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、饱和度。
三.本课程的重要性
1.地基与基础工程工期长，造价高；
2.地基与基础工程在地面之下，属于隐蔽工程。
四、土力学的发展简况 1.十八世纪中叶以前——感性认识阶段； 2.十八世纪产业革命至二十世纪初——半经验分析阶段； 3.二十世纪以后——理论与实践相结合的研究阶段。
第二章 土的物理性质及分类
2—1 概 述
地下水在土中的渗透速度一般可按达西 Darcy)根据实验得到的直线渗透定律计算，其
v 公式如下(图1—25)： ki
粘性土的达西定律
v k(i i')
2—8 地基土(岩)的分类
地基土(岩)分类的任务是根据分类用途和土 (岩)的各种性质的差异将其划分为一定的类别。
土(岩)的合理分类具有很大的实际意义，例 如根据分类名称可以大致判断土(岩)的工程特性、 评价土(岩)作为建筑材料的适宜性以及结合其他 指标来确定地基的承载力等等。阅读33-39页内容。
2—4 无粘性土的密实度
无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的 关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良好的 天然地基，呈松散状态时，则是不良地基。对于 同一种无粘性土，当其孔隙比小于某一限度时， 处于密实状态，随着孔隙比的增大，则处于中密、 稍密直到松散状态。
以下介绍与无粘性土的最大和最小孔隙比、相 对密实度等有关密实度的指标。
清华土力学土力学2绪论
土力学的特殊性－区域地质变化
土力学2的特殊性-区域地质变化
土力学2的特殊性-区域地质变化
云南红土
土力学2的特殊性-区域地质变化
北京地形和地下水分布
土力学2的特殊性-区域地质变化
(2)小区域变化
清华大学：南北高差八米。以三、四教为界分为 东西区，西部比东部低3.3米，西部的故河道，池 塘和淤泥草炭土比较厚。土性不均匀。东部土质 较好。
土力学应用－地基与基础
143m 46m
国家大剧院
三个主厅
212m
歌剧厅 电影厅 音乐厅
土力学应用－地基与基础
国家大剧院
排桩加锚杆 连续墙加锚杆
土力学应用－地基与基础
－26m
－32.5m
土力学应用－地基与基础
土力学应用－地基与基础
土力学应用－地基与基础
国家体育场
2008年北京第29届 奥运会主体育场， 承担开、闭幕式和 田径比赛等主要赛 事。 “鸟巢”方案， 建筑面积25万m2， 观众席10万个，临 时坐席2万个。世 界最大。
土力学(2)
Soil Mechanics
张建红
岩土工程研究所 新水利馆204 Email: cezhangjh@
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绪论Introduction
1 工程事故 2 土力学2的需求 工期和造价
崔京浩 《伟大的土木工程》 丛书 所有事业中土木工程先行
土力学2的特殊性
三 土力学2的特殊性
1 课程特点：专业基础课 (1)主要内容 (2)实践环节 (3)更新
2 多变性 3 方案与设计的灵活性
土力学课件(清华大学)_第1章
粒径级配曲线和指标的应用
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
原生矿物 - 石英、长石、云母等
矿物质
固体成分 有机质
无定形氧化物胶体
次生矿物
可溶盐
粘土矿物
具有和原生矿物很不相同的特性 对粘土性质的影响很大
固体颗粒 - 矿物成分
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅 片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和 蒙特石三种类型。
上升高度
T
2T cos hc r
毛细升高与孔径成反比
hc
2r
粘土 粉土 砂土 砾石
土中毛细水上升高度
§1.2 土的三相组成 – 土中水
T
毛细管中的 负静水压力
T
张力T
T
uc= -hcw hc 2r
uc
水压
2πrTcosα+ucπr2 = 0
+
水
则毛细压力：
uc hc
§1.2 土的三相组成 – 土中水
自由水：不受颗粒电场引 力作用的孔隙水
- 毛细水：由于土体孔隙的毛细作 用升至自由水面以上的水。毛细 水承受表面张力和重力的作用。 - 重力水：自由水面以下的孔隙自 由水，在重力作用下可在土中自 由流动。
毛细水
hc
重力水
土中水 – 自由水
§1.2 土的三相组成 – 土中水
§1.2 土的三相组成 – 土中气
自由气体：与大气连通的气体对土的性
质影响不大
封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体
其体积与压力有关。会增加土的弹性； 阻塞渗流通道，降低渗透性
溶解在水中的气体 吸附于土颗粒表面的气体
土力学课件(清华大学)
SPT用测得的标准贯入垂击数N，判定砂土的 密实度或粘性土的密度，确定地基和单桩的承
载力；还可评定砂土的震动液化势。标准贯 入试验适用于砂性土与粘性土。
第十二页，共102页。
地基4勘触探 探 动力触探和静力触探
(1) 动力触探
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距,贯入深度
30cm的击数, N 63.5
(1) 动力触探Dynamic Penetration
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距, 贯入深度30cm的击数, N 63.5
锥状探头
轻型10 kg, 50cm落距,贯入深度30cm
中型 28kg 重型 63.5kg 碎石,砾石地层
特重型 120kg
第九页，共102页。
• 单桥探头 端部Ps=Q/A 比贯入阻力
双桥探头 端部和侧壁
• 土的密实度
• 压缩性
• 强度
• 桩和地基的承载力
电缆 传感器
传感器 传感器
单桥探头
第十五页，共102页。
双桥探头
地基勘探
示意图
静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化 划分土层, 承载力、 压缩性、不排水抗剪强度、砂土密实度等 静力触探适用于粘性土和砂类土
第十六页，共102页。
地基勘探
5 现场试验 In situ testing
十字板 Vane Shear－饱和软粘土 载荷板试验Loading Plate－深浅均可 旁压仪 Pressuremeter －较深地基
第十七页，共102页。
地基勘探
十字板
F
F Mmax=F×D
f
Mmax D2 D
H
2. 极限承载力pu
载力；还可评定砂土的震动液化势。标准贯 入试验适用于砂性土与粘性土。
第十二页，共102页。
地基4勘触探 探 动力触探和静力触探
(1) 动力触探
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距,贯入深度
30cm的击数, N 63.5
(1) 动力触探Dynamic Penetration
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距, 贯入深度30cm的击数, N 63.5
锥状探头
轻型10 kg, 50cm落距,贯入深度30cm
中型 28kg 重型 63.5kg 碎石,砾石地层
特重型 120kg
第九页，共102页。
• 单桥探头 端部Ps=Q/A 比贯入阻力
双桥探头 端部和侧壁
• 土的密实度
• 压缩性
• 强度
• 桩和地基的承载力
电缆 传感器
传感器 传感器
单桥探头
第十五页，共102页。
双桥探头
地基勘探
示意图
静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化 划分土层, 承载力、 压缩性、不排水抗剪强度、砂土密实度等 静力触探适用于粘性土和砂类土
第十六页，共102页。
地基勘探
5 现场试验 In situ testing
十字板 Vane Shear－饱和软粘土 载荷板试验Loading Plate－深浅均可 旁压仪 Pressuremeter －较深地基
第十七页，共102页。
地基勘探
十字板
F
F Mmax=F×D
f
Mmax D2 D
H
2. 极限承载力pu
清华大学版土力学(课堂PPT)
u(tz )4 ,πp i 1si n m 2πH π ex p m 2 π 4 2 T v m＝1，3，5，7······
Tv
Cv H2
t
时间因数
反映孔隙水压力的消散程度－固结程度
固结度
固结度
0.0 0.2 0.4
1
0.6 0.8 1.0
0.001
2
3 透水边界
渗 流
不透水边界
孔压系数
土体在不排水和不排气条件下，由外荷载 引起的孔隙压力增量与应力增最的比值。
固结过程孔压系数的变化
外荷载 附加应力σz
土骨架：有效应力
孔隙水：孔隙水压力
应力历史
土在其形成的地质年代中所经受的应力变 化情况称为应力历史。
土的压缩性的地基沉降计算
固结
饱和土压缩的全过程叫做土的固结
土的固结状态
土力学重点知识点
土的三相性
土的物理性质指标
1）土的密度、重度 2）土粒的比重 3）土的饱和度 4）土的含水量 5）土的孔隙比和空隙率
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
（1）层状构造；（2）分散构造；（3）裂 隙构造（4）结核状构造
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
2
2
1f
450+/2
450+/2
c O 3
1f
图5-7 土的破裂面确定
挡土结构物上土压力
三种土压力的大小关系
静止土压力对应于图中A点，墙位移为0，墙后土体处于弹性 平衡状态 主动土压力对应于图中B点，墙向离开填土的方向位移，墙 后土体处于主动极限平衡状态 被动土压力对应于图中C点，墙向填土的方向位移，墙后土 体处于被动极限平衡状态
清华大学土力学课件
三、剥蚀
风化后的岩石产物在冰川、风、水和重力作用下，从母岩分离 的现象称为剥蚀。
四、搬运
岩石碎块或岩屑从母岩分离后到达新的平衡位置，称为搬运。 1．搬运方式 （1）风； （2）流水； （3）冰川； （4）雪崩； （5）自然起伏地形形成高差，在自重作用下由高处向低处； （6）人工填运。
2．伴随现象 （1）磨园； （2）进一步的破碎或开裂，这是由于相互碰撞、磨擦或冰
五、海相沉积物
海洋按海水深度不同划分为四个区域，滨海地区是指涨潮时 淹没、落潮时落出的地带；浅海地区称为大陆架，水深0～ 200m，宽度100～200km；陆坡地区水深200～1000m，宽度 200～300km；当水深超过1000m时，为深海地区。不同地区 的沉积物不同。
（1）滨海沉积物：主要由卵石、圆砾和砂等组成，具有基本水 平或缓倾斜的层理构造，其强度较高，在砂层中常有波浪作 用留下的痕迹。
(7)稳定土是比较经济的基层材料，他是根据土的物理化学性质提出 的一种土质改良措施；道路一般在车辆的重复荷载作用下工作， 因此需要研究土在重复荷载作用下的变形特性。
(8)在建筑物、桥梁等工程中，地基与基础是建筑物的根基，又属于 地下隐蔽工程，经济、合理的基础工程设计需要依靠土力学基本 理论的支持。
作用；第四系沉积物 教学方法：精讲启发式
绪论
一、土力学的研究对象
土力学是一门研究土的学科，主要解决工程中的土的性质、 强度及稳定性问题。
在工程建设中，土往往做为不同对象来研究。如在土层上修 建房屋、桥梁、道路、铁路时，土是用来支撑上部建筑传来 的荷载，这时土被用作地基；路堤、土坝等土工构筑物，土 又成为建筑材料；地铁、隧道、涵洞等地下工程，土又是地 下结构物周围的介质或环境。
清华大学版土力学ppt课件
土力学重点知识点
土的三相性
土的物理性质指标
1）土的密度、重度 2）土粒的比重 3）土的饱和度 4）土的含水量 5）土的孔隙比和空隙率
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
（1）层状构造；（2）分散构造；（3）裂 隙构造（4）结核状构造
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
时间因数
曲线1 曲线2 曲线3
1
沉降与时间的关系
t
Tv
Cv H2
t
U t＝1
8
2
e
4
2
Tv
（ 1)
St UtS
沉降与时间的关系
Ut
St S
从 Ut 查表（计算）确定 Tv
t Tv H 2 Cv
土的抗剪强度
莫尔库伦破坏理论要点
1．破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。
f f ( )
流砂与管涌
当动水力足够大时，会将土体冲起，造成 破坏。当动水力梯度大于土的浮重度时， 土体被水冲起的现象，称为流土
当土体颗粒级配不连续时，水流可将土体 粗粒孔隙中充填的细粒土冲走，破坏土的 结构，这种作用称作管涌。
流土与管涌的区别
土体中的应力计算
地基中的自重应力及分布规律
地面
z
σsz=γz
地面
(d)确定计算深度zn
自重应力
(e)地基分层Hi
(f)计算每层沉降量Si
p
d p0
szi zi
d
基底
Hi
附加应力
(g) 各层沉降量叠加
沉降计算深度
30
用e-p曲线计算
地面
p
土的三相性
土的物理性质指标
1）土的密度、重度 2）土粒的比重 3）土的饱和度 4）土的含水量 5）土的孔隙比和空隙率
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
（1）层状构造；（2）分散构造；（3）裂 隙构造（4）结核状构造
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
时间因数
曲线1 曲线2 曲线3
1
沉降与时间的关系
t
Tv
Cv H2
t
U t＝1
8
2
e
4
2
Tv
（ 1)
St UtS
沉降与时间的关系
Ut
St S
从 Ut 查表（计算）确定 Tv
t Tv H 2 Cv
土的抗剪强度
莫尔库伦破坏理论要点
1．破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。
f f ( )
流砂与管涌
当动水力足够大时，会将土体冲起，造成 破坏。当动水力梯度大于土的浮重度时， 土体被水冲起的现象，称为流土
当土体颗粒级配不连续时，水流可将土体 粗粒孔隙中充填的细粒土冲走，破坏土的 结构，这种作用称作管涌。
流土与管涌的区别
土体中的应力计算
地基中的自重应力及分布规律
地面
z
σsz=γz
地面
(d)确定计算深度zn
自重应力
(e)地基分层Hi
(f)计算每层沉降量Si
p
d p0
szi zi
d
基底
Hi
附加应力
(g) 各层沉降量叠加
沉降计算深度
30
用e-p曲线计算
地面
p
土力学课件清华大学绪论工管
土力学与地基基础
0 绪论
0.1.2 地基和基础 （1）建筑物组成：上部结构、基础和地基，是一整体
上部结构 基础
（a）水闸
（b）柱子
地基
土力学与地基基础
0 绪论
阿联酋迪拜全 球最高的“哈 利法塔 －迪拜 大厦”，162层， 高818m。
土力学与地基基础
0 绪论
918米长的马格德堡水桥位于德国柏林附近的马格德堡，历时6 年，花费5亿欧元建成。确切说它是一座跨越易北河的渠道桥，
0.2.2 国内外工程事故示例
0.2.2.1 变形
Ref：《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》
地基变形特征： ●沉降量
●沉降差
●倾斜
●局部倾斜
0 绪论
土力学与地基基础
（1）倾斜
比萨斜塔
0 绪论
8层55m 直径16m 偏离中心5.27m 倾斜5.5度 修建时间: 1173～1370
●高耸结构 ●地基持力层为 粉砂、下面为粉 土和粘性土；粘 土由南向北变薄
（2）适用范围：砂土、一般粘性土
土力学与地基基础
1.5.4.2 动水力（渗透力）
（1）土颗粒对水流的阻力 F whA
（2）总渗透力为渗透水流
作用在土颗粒上的力，大 小为
J F whA
（3）渗流作用于土骨架单位
体积上的力（单位体积 渗流
力GD、j）为
●大小：
j
J V
whA
●地基的下卧层：持 力层下受荷载影响较 小的土层。
基础
基础底面
附加应力分布 地基持力层 影响深度 地基
地基下卧层 附加应力大小
●天然地基和人工地基
土力学与地基基础
土力学课件(清华大学)2
渗透系数的影响因素
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
土的性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 矿物成分 • 结构
水的性质
影响孔隙系统的构成和方向性， 对粘性土影响更大
在宏观构造上，天然沉积层状 粘性土层，扁平状粘土颗粒常 呈水平排列，常使得k水平﹥k垂直
在微观结构上，当孔隙比相同 时，凝聚结构将比分散结构具 有更大的透水性
1 mv 2 2
Emgzmg u1m2v w 2
单位重量水流的能量：
h z u v2 w 2g
称为总水头，是水流动 的驱动力
水流动的驱动力 - 水头
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
板桩墙 基坑
A
B L
透水层 不透水层
渗流为水体的流动，应满 足液体流动的三大基本方 程：连续性方程、能量方 程、动量方程
kx
1 H
kiHi
层状地基的水平等效渗透系数
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
已知条件: vi v
h hi H Hi
h x
达西定律: vi = ki (Δhi / Hi )
v = kz (Δh / H )
等效条件:
v
hi
viHi ki
h vH kz
z k1 kz k2
u A 压力水头：水压力所能引起的自由
w
水面的升高，表示单位重量液体所
具有的压力势能
测管水头：测管水面到基准面的垂
zA
直距离，等于位置水头和压力水头
0
之和，表示单位重量液体的总势能
在静止液体中各点的测管水头相等
位置、压力和测管水头
土力学课件(清华大学)土力学绪论
什么是土？
土及土力学有哪些特点？ 为什么要学习土力学？ 土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？
一般固体： 液体： 土体（散粒体）：
可保持固定的形状
不具有特定的形状
具有一定但不固 定的形状
土体的特点
碎散性
岩石风化或破 碎的产物，是 非连续体
• 受力以后易变形，强度低 • 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
连续墙并对塔周围与塔基进行钻 孔注浆和打设树根桩加固塔身。
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
世界最大的人工岛
日本 关西机场
关西机场
问题：沉降大且不均匀
• 设计沉降：5.7-7.5 m
• 完成时(1990年)实际沉降： 8.1 m，5cm/月 • 预测主固结需：20年 • 比设计多超填：3m
可归结为与土有关的 渗透问题
案例总结（三）
土工结构物或地基
强度问题 变形问题 渗透问题
土
强度特性 变形特性 渗透特性
土力学可以解决工程实践问题，这正是土力学存 在的价值以及我们学习土力学的目的。
学习土力学的目的
课程绪论：土力学及其特点
什么是土？
土及土力学有哪些特点？ 为什么要学习土力学？ 土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？
土壤在自然界的位置
土壤带 腐殖质层 淀积层 母质层
土壤有非常复杂的形成过程，并具有独特 的层状构造。土壤剖面一般包含枯枝落叶 层、腐殖质层、淀积层和母质层四个基本 层次。 传统岩土工程的范畴 风化、搬运、沉积 土壤 地质大循环：岩石 地质成岩作用 生物小循环： 生物活动所造成的土壤 有机质的循环
土力学_绪论PPT课件
绪 论：土力学的学科特点
➢土的特点
天然性（自然变异性）：自然界的产物，具有非均匀性、各向异性、结构 性、时空变异性；
碎散性：岩石风化的产物，是非连续介质，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；
三相性：由固相（土颗粒）、液相（水）和气相（空气）组成，受力后由 土骨架和孔隙介质共同承担、存在复杂的相互作用、孔隙流体流动。
绪 论：土力学的发展概况
➢快速发展阶段
1957年，D.C.Drucker提出了土力学与加工硬化塑性理论，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（Cam clay model），该模型的提出是现 代土力学的开端； 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； 1993年D.C.Fredrund出版《非饱和土力学》(Unsaturated Soil Mechanics)专著，标志着非饱和土的研 究进入了一个新的历时时期。
绪 论：土力学的发展概况
Karl von Terzaghi (1883 - 1963)
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 《 Theoretical Soil Mechanics 》，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。
土力学(全套318页PPT课件)
苏州名胜虎丘塔
土 • 虎丘塔共七层，高47.5m，底层直径13.7m。 呈八角形，全为砖砌，在建筑艺术风格上有独 特的创意，被国务院公布为全国重点文物保护 单位。
力 • 目前该塔倾斜严重塔顶偏离中心线2.31m。经 勘探发现，该塔位于倾斜基岩上，复盖层一边 深3.8m，另一边为5.8m。由于在一千余年前
土 • 作为建筑地基、建筑介质或建筑材料的地壳表 层土体是土力学的研究对象。
• 土力学不仅研究土体当前的性状，也要分析其 性质的形成条件，并结合自然条件和建筑物修
力 建后对土体的影响，分析并预测土体性质的可 能变化，提出有关的工程措施，以满足各类工 程建筑的要求。
学 • 土力学是一门实践性很强的学科，它是进行地 基基础设计和计算的理论依据。
• 土力学研究对象：与工程建设有关的土
上部结构、基础和地基三者之间的关系
土 • 地基（Ground） 由于建筑
物的修建，使一定范围内土层
的应力状态发生变化，这一范
力
围内的地层称为地基。
• 基础（Foundation）指与地基
接触的建筑物下部结构。
学 • 一般建筑物由上部结构 （Superstructure）和基础两 部分组成。
坏或不能正常使用，这类问题在土力学中叫做 变形问题。
力 • 如果土受力超过了它所能承受的能力，土便要 被破坏，建筑物将随之倒毁或不能使用。土体 的破坏，在力学中亦称为稳定性丧失。研究土
学 体是否会破坏这一类问题称为稳定问题，土的 稳定性取决于它的强度。
二、土力学研究特点.内容与方法
土 • 土力学是研究与工程建筑有关的土的变形和强度 特性，并据此计算土体的固结与稳定，为各项专 门工程服务。
学 • 掌握土体变形与强度指标的测定方法及在工程实践中 的应用。 • 掌握土的动力特性的基本概念。来自三、土力学发展简史与趋势
清华大学版土力学课件ppt
1）土的密度、重度 2）土粒的比重 3）土的饱和度 4）土的含水量 5）土的孔隙比和空隙率
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
量为各层沉降量之和：
SSi
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
计算步骤
(a)计算原地基中自重应力分布 (b)基底附加压力p0 (c)确定地基中附加应力分布
地面
(d)确定计算深度zn
自重应力
(e)地基分层Hi
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
土的工程特性
（1）压缩性高； （2）强度低； （3） 透水性大
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
孔压系数
土体在不排水和不排气条件下，由外荷载 引起的孔隙压力增量与应力增最的比值。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
固结过程孔压系数的变化
外荷载 附加应力σz
土骨架：有效应力
孔隙水：孔隙水压力
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
土的抗剪强度
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土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
量为各层沉降量之和：
SSi
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计算步骤
(a)计算原地基中自重应力分布 (b)基底附加压力p0 (c)确定地基中附加应力分布
地面
(d)确定计算深度zn
自重应力
(e)地基分层Hi
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土的工程特性
（1）压缩性高； （2）强度低； （3） 透水性大
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孔压系数
土体在不排水和不排气条件下，由外荷载 引起的孔隙压力增量与应力增最的比值。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
固结过程孔压系数的变化
外荷载 附加应力σz
土骨架：有效应力
孔隙水：孔隙水压力
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土的抗剪强度
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2
土
土，地之生万物者也。‘二’象 地之上，地之中；‘|’物出形也。
－《说文解字》 希腊，中国，希伯来人，印第安 人的神话：神用泥土造人 中国传统文化中的五行：金木水 火土 “普天之下，莫非王土”－ 主权 与财富的象征
3
绪论
什么是土？ 土有哪些特点？ 土力学有何特点？ 为什么要学习土力学？ 土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？
4
绪论 什么是土？
岩石
风化
颗粒堆积物
地球
地球
土是指： 地球表面的整体岩石在大气中经受
长期的风化等作用而形成的、覆盖在 地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱 的颗粒堆积物。
5
绪论 什么是土？
砾石
砂
卵石 粘土
6
绪论 土有哪些特点？
7
绪论 土有哪些特点？
岩石风化 后的产物
碎散性
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
8
绪论 土有哪些特点？
•固相—土骨架 •液相—水 •气相—空气
三相性 （三相体系）
多相介质
• 受力后由土骨架、孔隙介 质共同承担
• 孔隙流体流动-渗流-渗透性 • 存在复杂的相互作用
9
绪论然变异性）
•非均匀性 •各向异性 •结构性 •时间变异性
处理：
事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用
388个50 T千斤顶以及支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其
位置比原来降低了４米。
19
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 香港宝城滑坡
1972年7月某日清晨，香港宝城路附 近，20000 m3 残积土从山坡上下滑， 巨大滑动体正好冲过一幢高层住 宅 — 宝城大厦，顷刻间宝城大厦被 冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角 约五层住宅。死亡67人。
土力学
绪论
1
课程简介
院级平台课－专业基础课 校级、北京市级（2004）、国家级（2006）精品课程 教材：李广信、张丙印、于玉贞《土力学》
教师介绍
主讲：于玉贞（新水219） yuyuzhen@
此课件仅供岩土工程学习者参考，切勿用 于商业用途，切勿以清华大学岩土工程研 究所名义开展相关培训、讲座，否则将追 究法律责任！！！！
加拿大特朗斯康谷仓
概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。 1911年动工，1913年完工，自重20000T。
事故： 1913年9月装谷物，10月17 日装了31822 T谷物时， •1小时竖向沉降达30.5cm •24小时倾斜26°53ˊ •西端下沉7.32m 东端上抬1.52m •上部钢混筒仓完好无损
14
绪论 为什么要学习土力学？ 1. 土具有广泛的工程应用 2. 存在大量与土有关的工程问题
15
绪论 为什么要学习土力学？
1. 土的工程应用
土工建筑材料 建筑物基础之地基 建筑环境
16
绪论 为什么要学习土力学？ 2. 与土有关的工程问题
17
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
10
绪论 土有哪些特点？
碎散性 三相性 天然性
力学特性 复杂
• 变形特性 • 强度特性 • 渗透特性
11
绪论
土力学有何特点？
学科
研究对象
理论力学 质点或刚体
材料力学 单个弹性杆件（杆、轴、梁）
结构力学 若干弹性杆件组成的杆件结构 连续固体
弹性力学 弹性实体结构或板壳结构
水 力 学 不可压缩的连续流体（水） 连续流体
原因： 山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗导致强度进一步大 大降低，并且渗流增加了下滑力，使得 土体滑动剪应力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。
20
香港1900年建市，1977年成立土力工程署 1972 Po Shan 滑坡 (~ 20,000 m3)(67 死、20 伤)
21
高分辨率卫星遥感影像监测 2008年05月14日四川北川县
山体滑坡
死亡：69227人； 失踪：17923人； 合计：87150人。 直接经济损失：8451亿元；约三分之一由15000个左右 的滑坡、崩塌和泥石流造成。
22
唐家山堰塞湖泄流 肖家桥堰塞湖正在处理
23
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
基坑崩塌
24
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
土力学 天然的三相碎散堆积物
碎散材料
12
绪论 土力学有何特点？
连续介质 力学的基
本知识
描述碎散体 特性的理论
土力学
土的变形、强度和渗透特性 以及与此有关的工程问题
13
绪论 土力学有何特点？
土力学发展的历史
土力学成为一门独立
学科的重要标志
Terzaghi(太沙基)
是土力学的奠基人
1776 Coulomb 强度定律，土压力理论 1856 Darcy 定律 1857 Rankine 新的土压力理论 1925 Terzaghi 有效应力原理及渗流固结理论 1936 第一届国际土力学及基础工程会议 1949 中国掀起土力学研究的高潮
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。
26
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
比萨斜塔
1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理
基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重
以上几个实例可归结为与土有关的
强度问题
25
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
比萨斜塔
1590: 伽利 略在此塔做
落体实验
1990：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55m
1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
加拿大特朗斯康谷仓
2653
-0.61
1952.10.3 试验孔
-12.34
填土 褐色粉质粘土 灰色粉质粘土
失事后 1913.10.18
1952.10.5 试验孔 -4.27
-13.72
原因：
地基土事先未进行调查， 据邻近结构物基槽开挖取 土试验结果，计算地基承 载力应用到此谷仓。1952 年经勘察试验与计算，地 基实际承载力小于破坏时 的基底压力。因此， 谷仓地基因超载发生强度 破坏而滑动。
土
土，地之生万物者也。‘二’象 地之上，地之中；‘|’物出形也。
－《说文解字》 希腊，中国，希伯来人，印第安 人的神话：神用泥土造人 中国传统文化中的五行：金木水 火土 “普天之下，莫非王土”－ 主权 与财富的象征
3
绪论
什么是土？ 土有哪些特点？ 土力学有何特点？ 为什么要学习土力学？ 土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？
4
绪论 什么是土？
岩石
风化
颗粒堆积物
地球
地球
土是指： 地球表面的整体岩石在大气中经受
长期的风化等作用而形成的、覆盖在 地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱 的颗粒堆积物。
5
绪论 什么是土？
砾石
砂
卵石 粘土
6
绪论 土有哪些特点？
7
绪论 土有哪些特点？
岩石风化 后的产物
碎散性
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
8
绪论 土有哪些特点？
•固相—土骨架 •液相—水 •气相—空气
三相性 （三相体系）
多相介质
• 受力后由土骨架、孔隙介 质共同承担
• 孔隙流体流动-渗流-渗透性 • 存在复杂的相互作用
9
绪论然变异性）
•非均匀性 •各向异性 •结构性 •时间变异性
处理：
事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用
388个50 T千斤顶以及支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其
位置比原来降低了４米。
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绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 香港宝城滑坡
1972年7月某日清晨，香港宝城路附 近，20000 m3 残积土从山坡上下滑， 巨大滑动体正好冲过一幢高层住 宅 — 宝城大厦，顷刻间宝城大厦被 冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角 约五层住宅。死亡67人。
土力学
绪论
1
课程简介
院级平台课－专业基础课 校级、北京市级（2004）、国家级（2006）精品课程 教材：李广信、张丙印、于玉贞《土力学》
教师介绍
主讲：于玉贞（新水219） yuyuzhen@
此课件仅供岩土工程学习者参考，切勿用 于商业用途，切勿以清华大学岩土工程研 究所名义开展相关培训、讲座，否则将追 究法律责任！！！！
加拿大特朗斯康谷仓
概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。 1911年动工，1913年完工，自重20000T。
事故： 1913年9月装谷物，10月17 日装了31822 T谷物时， •1小时竖向沉降达30.5cm •24小时倾斜26°53ˊ •西端下沉7.32m 东端上抬1.52m •上部钢混筒仓完好无损
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绪论 为什么要学习土力学？ 1. 土具有广泛的工程应用 2. 存在大量与土有关的工程问题
15
绪论 为什么要学习土力学？
1. 土的工程应用
土工建筑材料 建筑物基础之地基 建筑环境
16
绪论 为什么要学习土力学？ 2. 与土有关的工程问题
17
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
10
绪论 土有哪些特点？
碎散性 三相性 天然性
力学特性 复杂
• 变形特性 • 强度特性 • 渗透特性
11
绪论
土力学有何特点？
学科
研究对象
理论力学 质点或刚体
材料力学 单个弹性杆件（杆、轴、梁）
结构力学 若干弹性杆件组成的杆件结构 连续固体
弹性力学 弹性实体结构或板壳结构
水 力 学 不可压缩的连续流体（水） 连续流体
原因： 山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗导致强度进一步大 大降低，并且渗流增加了下滑力，使得 土体滑动剪应力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。
20
香港1900年建市，1977年成立土力工程署 1972 Po Shan 滑坡 (~ 20,000 m3)(67 死、20 伤)
21
高分辨率卫星遥感影像监测 2008年05月14日四川北川县
山体滑坡
死亡：69227人； 失踪：17923人； 合计：87150人。 直接经济损失：8451亿元；约三分之一由15000个左右 的滑坡、崩塌和泥石流造成。
22
唐家山堰塞湖泄流 肖家桥堰塞湖正在处理
23
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
基坑崩塌
24
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
土力学 天然的三相碎散堆积物
碎散材料
12
绪论 土力学有何特点？
连续介质 力学的基
本知识
描述碎散体 特性的理论
土力学
土的变形、强度和渗透特性 以及与此有关的工程问题
13
绪论 土力学有何特点？
土力学发展的历史
土力学成为一门独立
学科的重要标志
Terzaghi(太沙基)
是土力学的奠基人
1776 Coulomb 强度定律，土压力理论 1856 Darcy 定律 1857 Rankine 新的土压力理论 1925 Terzaghi 有效应力原理及渗流固结理论 1936 第一届国际土力学及基础工程会议 1949 中国掀起土力学研究的高潮
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。
26
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
比萨斜塔
1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理
基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重
以上几个实例可归结为与土有关的
强度问题
25
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
比萨斜塔
1590: 伽利 略在此塔做
落体实验
1990：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55m
1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
加拿大特朗斯康谷仓
2653
-0.61
1952.10.3 试验孔
-12.34
填土 褐色粉质粘土 灰色粉质粘土
失事后 1913.10.18
1952.10.5 试验孔 -4.27
-13.72
原因：
地基土事先未进行调查， 据邻近结构物基槽开挖取 土试验结果，计算地基承 载力应用到此谷仓。1952 年经勘察试验与计算，地 基实际承载力小于破坏时 的基底压力。因此， 谷仓地基因超载发生强度 破坏而滑动。