非飽和土力學01-緒論

1、北京交通大學土建學院巖土工程系北京交通大學土建學院巖土工程系高高 等等 土土 力力 學學Advanced Soil Mechanics高高 等等 土土 力力 學學1010月月2626日日 下周一下周一 停課一次停課一次劉劉 艷艷北京交通大學土建學院巖土工程系北京交通大學土建學院巖土工程系EmailEmail：非飽和土力學理論簡介教學大綱教學大綱教學內容課時1緒論1.1土力學的基本特征和表現(xiàn)61.2土力學研究的方法1.3土力學的發(fā)展和現(xiàn)狀2 土的固結理論2.1 Terzaghi和Rendulic固結理論42.2 Biot固結理論3土的流變理論3.1土的流變分類和基本特點 33.2土的流變基本單元

2、模型4土的強度理論4.1土的強度基本特征54.2粘性土的強度特性4.3砂土的強度特性教學大綱教學大綱教學內容課時5臨界狀態(tài)土力學理論5.1如何使用土力學數值分析方法； 165.2臨界狀態(tài)的定義5.3正常固結土和Roscoe面5.4超固結土的性質和Hvorslev面5.5砂土的性質和描述5.6土的彈塑性變形以及彈性墻5.7劍橋模型6非飽和土力學的基本概念6.1 學習非飽和土力學的意義146.2 非飽和土的多相特性6.3 吸力與土水特征曲線6.4 非飽和土的有效應力6.5 非飽和土強度理論等土力學的土力學的發(fā)展發(fā)展l一一個模型：本構模型個模型：本構模型l三個理論：非飽和土固結、液化破壞、漸進破壞理

3、論三個理論：非飽和土固結、液化破壞、漸進破壞理論l四個分支：應用、計算、試驗、理論土力學四個分支：應用、計算、試驗、理論土力學古典土力學現(xiàn)代土力學 變形和強度之間缺乏變形和強度之間缺乏聯(lián)系聯(lián)系 本質本質上是一維上是一維的的 飽和土理論飽和土理論 將變形與強度問題有機將變形與強度問題有機聯(lián)系起來聯(lián)系起來 可以處理二維、三維的可以處理二維、三維的問題問題 非飽和土理論非飽和土理論非飽和土力學緒論u什么是非飽和土力學?u為什么要學習非飽和土力學?u非飽和土力學主要內容什么是非飽和土力學什么是非飽和土力學? ?緒論緒論飽和土孔隙完全被水填充Sr=1非飽和土孔隙中填充著水和氣Sr1非飽和土力學：力學、水

4、力學與相界面物理學原理在部分非飽和土的工程問題中的應用。為什么要學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學地球表面的土層絕大部分都處于非飽和狀態(tài)，一些經常出問題的土，例如在我國大面積分布的膨脹土、濕陷性黃土等這些特殊土都屬于非飽和土。緒論緒論為什么要學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學“在世界上有超過60%以上的國家都曾經或者正在遭受非飽和特殊土所帶來的工程危害”包承綱緒論緒論為什么要學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學巖土工程師面臨著大量的非飽和土的工程問題。通常吸力會增加土的強度和剛度，因此，巖土工程師認為利用飽和土力學的理論分析和處理非飽和土的問題是偏于安全的。緒論緒論緒論緒論近三

5、十年中國氣候劃分鄭景云與卞娟娟等 (2013). 19812010年中國氣候區(qū)劃. 科學通報(30): 3088-3099.為什么要學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學工程中普遍使用的飽和土理論, 但是以下一些常見的工程現(xiàn)象值得關注：l降雨后的滑坡現(xiàn)象l非飽和土層中的隧道在開挖時遇水后的塌陷現(xiàn)象l濕陷性黃土雨后的沉降l膨脹性土雨后的膨脹會導致結構物產生開裂現(xiàn)象。這些現(xiàn)象是不可能用飽和土力的理論進行正確和合理的分析與預測的。飽和土理論無法解決一些工程問題,不能滿足實際的需要在這種情況下，研究者應該發(fā)展新的土力學理論以適應和滿足描述這些非飽和土的行為的需要。緒論緒論國外非飽和土力學教學情況國外

6、非飽和土力學教學情況 MUSEMUSEMUSEMUSE：Mechanics Mechanics of unsaturated soils of unsaturated soils for engineeringfor engineeringThe MUSE project is funded by the European Commission The MUSE project is funded by the European Commission involves involves six European universities and six European universitie

7、s and five industrial five industrial partners partners aims at undertaking a comprehensive aims at undertaking a comprehensive programmeprogramme of of research and training in the research and training in the area of area of unsaturated soil unsaturated soil mechanics by means of international col

8、laboration mechanics by means of international collaboration between between academic academic and industrial institutions across Europe.and industrial institutions across Europe.緒論緒論125萬歐元MUSEMUSECoordinator：lUniversity of Durham, UK 英國英國杜倫大學Participants：lUniversity of Glasgow，UK 英國格拉斯哥大學英國格拉斯哥大學lE

9、cole Nationale des Ponts et Chausses, Paris, France 法國國立路橋學校法國國立路橋學校lUniversitat Politcnica de Catalunya, Barcelona, Spain 西班牙加泰羅尼亞西班牙加泰羅尼亞理工大學理工大學lUniversit di Trento, Trento, Italy 意大利特意大利特蘭托大學蘭托大學lUniversit di Napoli “Federico II”, Naples, Italy 意大利那不勒斯意大利那不勒斯費德里克二世大學費德里克二世大學緒論緒論MUSEMUSE1st Funda

10、mentals of Unsaturated Soils2nd Applied Unsaturated Soils Mechanics3rd Experimental observations in unsaturated soil mechanics緒論緒論GallipoliWheelerTaylorAlonsoTollAugarde降雨誘發(fā)降雨誘發(fā)滑坡滑坡1972香港寶成滑坡緒論緒論為什么要學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學降雨誘發(fā)降雨誘發(fā)滑坡滑坡緒論緒論為什么要學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學NTU校園內的淺層滑坡(Rahardjo)降雨誘發(fā)降雨誘發(fā)滑坡滑坡緒論緒論為什么要

11、學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學土體強度降低降雨土中含水量增大吸力減小抗剪強度下降破壞濕陷性土濕陷性土遇水產生壓縮變形（體積減?。┚w論緒論為什么要學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學濕陷性土濕陷性土緒論緒論為什么要學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學(Gens A，Geothechnique，2010,3-74)土體濕陷導致建筑物沉降，觀測到最大沉降值200mm原因：3個小時持續(xù)強降雨，導致附近水井水位上漲，水溢出向建筑物地基流動，使得地基土體飽和，發(fā)生濕陷。意大利Naples濕陷性土濕陷性土緒論為什么要學習非飽和土力學(Gens A，Geothechnique，2010, 3

12、-74)巴西 Pereira Barreto town 該鎮(zhèn)位于Tiete河邊，其下游修建了一座大壩 大壩蓄水后，水位預計上升50m 水位上升導致部分地區(qū)土層飽和度增加，建筑物出現(xiàn)不同程度的破壞。膨脹土問題膨脹土問題土中黏粒成分主要由親水性礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土膨脹土在我國的分布范圍很廣，如廣西、云南、河南、湖北、四川、陜西、河北、安徽、江蘇等地均有不同范圍的分布。膨脹土引起的災害常常會造成巨大的經濟損失。據Jones 和 Holtz (1973)報導，在美國，每年由于膨脹土漲縮對房屋、管線和道路造成的損害大23億美元，比水災、臺風、龍卷風和地震所造成的

13、損害加在一起還要多一倍以上緒論緒論為什么要學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學膨脹土問題膨脹土問題路基隆起邊坡滑移樓房開裂墻體 開裂緒論緒論為什么要學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學圖片來源：/ce/nsf/reu/docs/expansive%20soils%20pp.pdf墻體 開裂膨脹土問題膨脹土問題環(huán)境變化（如降雨、砍伐樹木、剝除植被等）膨脹土含水量變化土體出現(xiàn)顯著變形（膨脹性越大，隆起量越大）建筑物不均勻沉降，地面隆起破壞緒論緒論為什么要學習非飽和土力學為什么要學習非飽和土力學土壩滲流問題土壩滲流問題緒論緒論為什么要學習非飽和土力學為什么要

14、學習非飽和土力學蓄水前蓄水后滲流問題滲流問題土體與大氣交界面處土體與大氣交界面處的水平衡；的水平衡；飽和帶或含水層中的飽和帶或含水層中的凈水補給率；凈水補給率；地下廢物存儲和隔離地下廢物存儲和隔離的永久覆蓋層設計；的永久覆蓋層設計；地表淺層污染物的遷地表淺層污染物的遷移與清理；移與清理；非飽和土堆石壩的瞬非飽和土堆石壩的瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)滲流態(tài)與穩(wěn)態(tài)滲流。非飽和土的非飽和土的應用應用變形問題變形問題膨脹土的脹縮現(xiàn)象；膨脹土的脹縮現(xiàn)象；黏土黏土的干裂現(xiàn)象；的干裂現(xiàn)象；塌陷土現(xiàn)象；塌陷土現(xiàn)象；非飽和土的固結與沉非飽和土的固結與沉降；降；土體土體壓實。壓實。強度問題強度問題氣候變化誘發(fā)的斜坡氣候變化誘發(fā)的斜坡穩(wěn)定與滑坡問題；穩(wěn)定與滑坡問題；支擋結構的側向土壓支擋結構的側向土壓力與穩(wěn)定性；力與穩(wěn)定性；開