土力学课件（清华大学）-0绪论工管

土力学概论本课程介绍土力学的理论知识，涵盖土的性质、土体工程力学和土工结构分析课程简介课程目标课程内容本课程旨在帮助学生掌握土力学的基本理论和方法，培养分析涵盖土的物理性质、力学性质、工程性质，以及土力学在建筑解决土木工程中土体相关问题的能力工程、水利工程、公路工程等领域的应用教学方式学习目标课堂讲授、案例分析、课后作业和实验等多种教学方式相结合学生应能够理解土体的基本特性，掌握土力学的基本原理和方，注重理论与实践相结合法，并能运用所学知识解决实际工程问题土的概念土是地壳表层风化、生物作用和人为活动等因素形成的疏松、多孔的松散堆积物它通常由岩石、矿物、有机质、水分和空气组成，拥有复杂的物理、化学和生物特性土的分类岩石土砂土岩石土是岩石风化后形成的，包含碎石、砂土由砂粒组成，粒径在之间

0.075-2mm砾石等它们密度高，强度大，抗剪强度它们疏松，透水性好，抗剪强度低高，渗透性好粘土有机土粘土由粘土矿物组成，粒径小于有机土含有大量动植物残体，例如泥炭土

0.005mm它们密实，透水性差，抗剪强度高、腐殖土等它们疏松，透水性好，抗剪强度低土的物理性质土的物理性质是指土的颗粒大小、形状、矿物成分、密度、孔隙率、含水量等物理特性这些特性会直接影响土的力学性质、水文性质、工程性质等12颗粒大小密度颗粒大小决定着土的粒径分布，进而影响密度是单位体积土的质量，反映着土的紧土的渗透性、承载力等特性密程度，影响着土的重度和承载力34孔隙率含水量孔隙率是指土中孔隙体积占总体积的比例含水量是指土中水的质量占土的干质量的，影响着土的渗透性、透气性等特性比例，会影响土的强度、压缩性等特性土的化学性质化学成分影响氧化铁土的颜色、强度碳酸钙土的碱性、溶解性有机质土的肥力、透水性化学性质对土的工程性质有重要影响例如，氧化铁含量高的土壤通常颜色较深，强度较高土的工程性质密度颗粒级配渗透性强度土的密度是指单位体积土的颗粒级配是指土中不同粒径渗透性是指水流通过土体的强度是指土抵抗外力破坏的质量，是土的重要物理性质颗粒的百分比含量，反映土难易程度，与土的孔隙大小能力，是土最重要的工程性之一的颗粒大小和均匀程度和连通性有关质之一，与土的内摩擦角和粘聚力有关土的工程利用建筑基础1房屋、桥梁、道路等土坝2水库、河道、堤防等土方工程3填方、挖方、开挖等地基处理4桩基、地基加固等土木工程材料5砖瓦、砂浆、混凝土等土力学是土木工程的基础学科之一土的工程利用主要体现在建筑基础、土坝、土方工程、地基处理以及土木工程材料等方面土力学的应用领域土木工程水利工程土力学是土木工程的基础理论，应用于道路、桥梁、房屋建筑土力学为水利工程提供理论基础，包括水库、堤坝、河道治理、隧道、地下工程等、水利枢纽等土力学的发展历史古代文明早在古代，人们就开始利用土进行建筑和工程建设埃及金字塔•中国长城•世纪17牛顿和胡克等人的研究奠定了土力学的基础，建立了应力和应变的基本概念世纪19库仑提出了土壤的抗剪强度理论，对土力学发展具有重要意义世纪20土力学在理论和应用方面取得了重大进展，并发展成为一门独立学科现代土力学现代土力学应用计算机模拟和数值分析方法，解决更加复杂的工程问题第一讲应力和应变应力和应变是土力学中的基本概念，是描述土体变形和强度特性的重要指标本讲主要介绍应力和应变的基本概念、类型以及计算方法应力和应变的基本概念应力应变

1.

2.12应力是指物体内部各部分应变是指物体在外力作用之间相互作用的内力应下发生的形变程度应变力是指作用在单位面积上是形变的相对量，通常用的内力，通常用表示表示σε应力应变关系应力状态

3.-

4.34应力和应变是相互联系的应力状态是指物体内部各，它们之间的关系被称为点所处的应力情况应力应力应变关系，是材料力状态可以用应力张量来表-学的重要研究内容示应力张量应力张量是一个数学工具，用于描述固体材料内部的应力状态它是一个二阶张量，有九个分量，可以用来表示三个方向上的正应力和切应力应力张量可以用来计算材料的强度、变形和破坏主应力和主应变主应力是指作用在材料上的最大应力，方向垂直于材料表面主应变是指材料在主应力作用下产生的最大变形主应力是材料在受力状态下的一个重要参数，它可以用来判断材料是否会发生破坏主应变是指材料在主应力作用下产生的最大变形，它可以用来判断材料的变形程度莫尔圆莫尔圆是土力学中常用的图形工具，用于分析土体应力状态它可以帮助我们了解土体内部不同方向上的应力大小，并可以预测土体在不同应力状态下的破坏模式胡克定律弹性模量弹性模量是材料抵抗形变的能力应力与应变应力是指物体内部单位面积上所受的力，应变是指物体形变的程度数学表达胡克定律用数学公式表达了应力和应变之间的线性关系弹性应变和塑性应变弹性应变塑性应变土体受力后变形，解除外力土体受力后变形，解除外力后能完全恢复原状后不能完全恢复原状应变类型土体的应变行为包括弹性应变和塑性应变平面应力状态定义1仅在平面内存在应力，而垂直于该平面的应力为零应用2用于描述薄壁结构的应力状态，如薄板、薄壳等分析3可以使用平面应力状态下的力学模型进行分析，简化问题平面应变状态定义1平面应变状态是指在弹性体中，当应力仅在某个平面上发生变化时，该平面上各点应变值相同，而垂直于该平面的方向上应变值为零特点2平面应变状态下的应力分布规律可以用偏微分方程描述，通常用有限元法进行数值计算应用3平面应变状态在许多工程领域都有重要应用，例如土坝的稳定性分析、隧道开挖过程中的地质力学分析等应变能密度应变能密度表示单位体积材料在变形过程中储存的能量，也称为应变能应变能密度与材料的弹性模量和应变大小有关，反映了材料抵抗形变的能力ε1/2应力应变材料受到外力作用产生的应力材料在外力作用下产生的形变第二讲土的应力应变关系-土的应力应变关系是土力学研究的核心内容之一它描述了土体在受-荷载作用下，其应力与应变之间的关系了解土的应力应变关系，对-于预测土体的变形和强度至关重要土的本构关系描述土体应力应变关系非线性关系实验研究数值模拟-土的本构关系描述了土体在土的本构关系通常是非线性土的本构关系可以通过实验近年来，有限元等数值模拟受荷载时的应力应变关系的，受多种因素影响，如土室实验进行研究，如三轴压方法也被用于研究土的本构-，它反映了土体的力学性质的类型、密度、含水量等缩试验、直剪试验等关系线性弹性模型胡克定律应力应变曲线-12线性弹性模型假设应力与应力应变曲线呈直线，斜-应变之间呈线性关系，遵率代表材料的弹性模量循胡克定律弹性模量适用范围34弹性模量反映材料抵抗变适用于土体在小变形范围形的能力，越大则越难变内的弹性行为，例如低应形力状态下的地基沉降分析非线性弹塑性模型考虑土的非线性特性模型参数土的应力应变关系通常是非线性的，尤其是当土体处于屈非线性弹塑性模型需要更多参数来描述土体的非线性特性-服状态或进入塑性变形阶段时，例如弹性模量、泊松比、屈服强度和硬化参数非线性弹塑性模型可以更准确地模拟土体的力学行为，包这些参数可以通过实验或理论分析确定，并用于模拟土体括弹性阶段、屈服阶段和塑性阶段的力学行为完全弹塑性模型应力应变关系特点应用场景-完全弹塑性模型假设土体在达到屈服模型简化，易于理解和应用，适用于常用于土体稳定性分析、地基承载力应力后不再产生弹性应变，但仍可能分析土体在较小应力水平下的力学行计算等工程问题，但对于较大的应力发生塑性变形为，但忽略了土体的非线性特性水平和复杂的土体应力应变关系，模-型的适用性有限土的应力应变关系实验-土的应力应变关系实验是土力学研究中一项重要的实验方法，它可以帮助我们理解土的力学特性，并为土木工程设计提供重要的参数-准备1准备土样、试验设备加载2控制加载速率，测量应力测量3测量变形，得到应变分析4分析应力应变关系-在实验中，需要控制加载速率，并测量应力、应变，然后进行分析实验结果可以帮助我们理解土的强度、压缩性、剪切强度等参数，为土木工程的设计提供重要的参考土的力学参数获取土的力学参数是描述土体工程性质的关键指标通过实验室测试和现场试验可以获取这些参数实验室测试三轴压缩试验直剪试验固结排水试验现场试验标准贯入试验静力触探试验十字板剪切试验。