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土工技术 绪论 土工技术问题 土的定义 土是地壳岩石经受强烈风化的天然历史产物，是各种矿物颗粒的集合体，由固体颗粒、水和空气组成。 土工技术问题 强度问题 加拿大特朗斯康谷仓由于地基强度破坏而发生了整体滑动，是建筑物失稳的典型例子。 谷仓南北长59.44m，东西宽23.47m,高31.00m。钢筋混凝土筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。 谷仓1911年动工，1913年秋完成。自重20000t，相当于装满后总重的42.5%。1913年9月装谷物，10月17日至31822m3时，谷仓1小时内沉降达30.5cm，并向西倾斜，24小时后倾倒，西侧下陷7.32m，东侧抬高1.52m，倾斜27度。 原因分析：设计时未对谷仓地基承载力进行调查研究，采用邻近建筑地基 352kPa的承载力，事后1952年的勘察试验与计算表明，基础下埋藏有厚达16m的软粘土层，该地基的实际承载力为193.8-276.6kPa，远小于谷仓地基破坏时329.4kPa的地基压力，地基因超载而发生强度破坏。 土工技术问题 变形问题 意大利比萨斜塔所发生的塔身严重倾斜，就是地基非均匀沉降所致。自1173年9月8日动工，1178年建至第4层中部，高度29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后，1272年复工，经6年时间建完第7层，高48m，再次停工中断82年。1360年又开始在塔顶建造钟楼顶阁，至1370年竣工，前后历经近200年。 塔共8层，高55m，全塔总荷重145MN，地基平均压力约为50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。由于地基的不均匀下沉，塔向南倾斜，南北两端沉降差1.8m ，塔顶离中心线已达5.27m ，倾斜5.5度，成为危险建筑。 土工技术问题 渗透问题 1998年长江洪水，当时武汉关水位最高时达28.92m成为武汉133年以来的历史第二高水位。8月1日晚8点30分左右，嘉鱼长江决堤。本次洪水的显著特点是高水位持续不下。受下游洪水的顶托，洪水回落速度极慢。当晚武汉关水位自29.20m开始回落，8小时内仅回落了25cm。此时，紧邻武汉江夏区的湖北嘉鱼牌洲湾长江干堤因长时间浸泡突然溃堤。当晚8点左右，长江大堤合镇段在离堤底40m处出现一股强力管涌，约半小时后，管涌处堤身开始坍陷，顷刻间出现溃口，江水从10m高的堤坝冲向江边的两座小镇：牌洲镇和合镇乡。晚10点多，洪水涌到长江干堤沙湖闸堤段，两个镇几十平方公里顷刻间成为一片汪洋。驻守附近大堤上的解放军400多名官兵接到抢险命令后，没来得及赶赴现场，就被洪水冲散，七八辆军车也被冲进水里。5.6万人被洪水围困。人们拼命向楼上躲，向树上爬，向高处跑。 如何认识土？ 土的形成 风化作用 自然界中的土是由岩石经过漫长的地质年代，在各种复杂的自然因素和地质作用下经过长期风化、剥蚀、搬运、沉积作用而形成的松散的沉积物。 物理风化 表层的岩石长期暴露在大气中，经受自然界的温度变化、冻融循环、波浪冲击、地震等引起的物理作用使岩石逐渐崩解，碎裂成大小、形状不同的碎块。 化学风化 岩体或岩石物理风化后的产物与空气、各种水溶液相互接触，发生化学反应，使岩石进一步碎裂，并使母岩成分发生变化，产生了粘土矿物、铝铁氧化物和氢氧化物等次生矿物。 生物风化：动植物及人对岩石的破坏。 土的类型 土的组成 固相（土粒） 原生矿物：石英、长石、云母等 次生矿物：蒙脱土、伊利土、高岭土 有机质：动植物的残骸分解形成，泥炭和腐殖质 液相（孔隙水） 结合水：强结合水和弱结合水 自由水：重力水和毛细水 气相（孔隙气） 自由气体 封闭气体 土的特点 碎散性 风化作用后碎散的土体，颗粒之间连接较弱，存在大量孔隙，可以透水和透气。受到外力作用孔隙的大小还会变化，透水、透气的性能也随之改变。 多相性 土是由固体颗粒以及孔隙中的水和气组成的。三相组成各部分的性质以及它们之间的比例关系和相互作用决定了土的物理力学性质。同一地点的土体，它的三相组成的比例不是固定不变的，受诸多因素的影响。 自然变异性 土的成因不同，自然界中的土呈现多样性。同一场地，不同深度处土的种类和性质也可能不相同。同一土层中，沿水平方向土的性质也会发生改变，甚至在同一位置的土，性质也随方向而异。如沉积土一般竖直方向的透水性小，水平方向的透水性大。 学科发展情况介绍 初期发展阶段 1773年，法国Coulomb提出砂土的抗前强度公式和挡土墙土压力的刚性滑动楔体理论； 1855年 ，法国Darcy提出了土的层流渗透定律； 1857年，英国Rankine提出了挡土墙土压力塑性平衡理论； 1885年，法国Boussinesq求得了弹性半空间表面竖向集中力作用时的应力、应变理论解答； 1915年，由瑞典Petterson首先提出，后由Fellenius等人进一步发展的土坡整体稳定分析的