土质学土力学与基础工程.docVIP

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。 土分布在地壳的表面，其工程性质相差极大。因此，进行工程建设时，必须结合土的实际工程性质进行设计。 土力学研究的对象是分散土，它与岩石、土壤既有联系又有区别。土的主要特征是分散性、复杂性和易变性，其性质将随外界环境（如温度、湿度）的变化而发生显著的变化。 岩石与土是有差别的，岩石中虽然有孔隙和裂隙，但可近似看成是连续介质。岩石主要是岩石力学（或隧道力学）的研究对象。 土壤属农业学科，是土壤学研究的对象。土壤的主要特征是具有肥力，能够提供植物生长过程中所需要的养料。人类对土壤的认识和利用比土要丰富的多，土壤学的发展也比土力学要早得多。 但应该指出，学科之间都是相互交叉，相互渗透的，岩石力学、土壤学与土力学是密切联系的，土力学在发展过程中，也利用了许多岩石力学和土壤学的成就。 二、 土力学的研究内容 1．基本概念 （1）土：是岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物，是由矿物颗粒组成的集合体。 （2）土的三相组成：固体颗粒（土粒）水和气体 （3）土力学：是研究土的物理力学性质、变形及强度规律，以及土体稳定性的一门科学。 土力学是岩土力学的一个分支。 2．土力学的研究内容 土的物理、力学、物理化学性质； 宏观与微观结构； 土的压缩性； 强度特性； 渗透性； 动力特性等。 为各类土木工程的稳定和安全提供科学的对策。 三、土力学发展概况（自学） 四、本学科与土木工程专业的关系 在土木工程设计与施工中，将会遇到大量的与土有关的工程技术问题。 （1）在铁路或道路的路基工程中，土是修筑路堤的基本材料，同时它又是支承路堤的地基。路堤的临界高度和边坡的取值都与土的抗剪强度指标及土体的稳定性有关； （2）在路基工程中，土作为建筑材料要求用碾压法将土压实，以保证路堤的强度和稳定性。因此需要研究土的压实性，包括土的压实机理、压实方法及压实指标的评价等。 （3）挡土墙设计的主要外荷载-土压力的取用，需借助于土压力理论计算。 （4）随着我国高速公路、高速铁路的大量修建，对路基的沉降计算与控制提出了更高的要求，而解决沉降问题需要对土的压缩特性进行深人的研究。 （5）软土地基的加固技术，需要对软土进行大量的试验研究和现场监测。 （6）在路面工程中，土基的冻胀与翻浆在我国北方地区是非常突出的问题，防治冻害的有效措施是以土力学的原理为基础的。 （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。 （9）桥梁、房屋结构的抗震设计，需要研究土的动力特性。 由此可见，土力学这门学科与土木工程专业课的学习和今后的技术工作有着十分密切的关系。学习这门课程是为了更好地学好专业课，也是为了今后更好地解决有关土的工程技术问题奠定坚实的基础。 第一章 工程地质 §1.1 概 述 从上面分析可以看出，工程地质与道桥工程的关系极为密切，因为各种道路和桥梁都是建在地球表面上的，都要与土打交道。建筑场地的工程地质条件直接影响道桥的设计方案、施工与工程投资。因此，首先讲一些有关土质学方面的内容。 一、地质作用 1．内力地质作用由地球自转产生的旋转能引起如岩活动、地壳、作用等。 外力地质作用由太阳辐射能和地球重力引起，如风化、物理风化：由于地表岩石温度变化产生温度应力和裂隙水的冻胀以及盐类结晶膨胀而使岩石被碎崩解为碎块或岩屑，其化学成份尚未生变化，这种过程称为物理风化作用。当气温升高时，岩石膨胀产生压应力，当气温降低时，岩石收缩产生拉应力，二者频繁交替，使岩石表层产生众多裂隙最终崩解。另一方面水冻胀时产生体积膨胀加速了岩石崩解过程。土中的碎石，砾石、砂等粗颗粒便是岩石风化的产物。化学风化作用：在水大气以及有机体的化学作用或生物化学作用下而使岩石的化学成份发生水化、氧化、还原碳酸化溶解等过程，称为化学风化。化学风化作用不仅破坏了岩石的结构，而且使化学成份改变，形成新的矿物。粘土颗粒便是岩石经化学风化后的产物。 生物风化作用：是指生物活动过程中对岩石产生的破坏作用。如树根生长时施加周围岩石的压力可超过岩石的强度，使岩石产生裂纹而破坏。活动在地表浅层的动物如老鼠、蚯蚓等也可使岩石被碎成土。开山、挖隧道等