吉大13秋《土质学与土力学》第一章拓展资源
吉大13秋《土质学与土力学》第一章绪 言 拓展资源土力学的研究对象
土力学（Soil mechanics）是研究土的碎散特性及其受力后的应力、应变、强度、稳定和渗透等规律的一门学科。它以力学和工程地质学的知识为基础，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。
土是各类岩石经长期地质营力作用风化后的产物，是由各种岩石碎块和矿物颗粒组成的松散集合体。土体是由一定的材料组成，具有一定的结构，赋存于一定地质环境中的地质体。作为一种松散介质，土体具有不同于一般理想刚体和连续固体的特性——松散性、孔隙性和多相性。土的颗粒之间有许多孔隙，孔隙中存在水和气体。土一般为三相系，即由土颗粒、水和空气所组成。当土体处于饱水状态或干旱状态时，则为二相系，即仅有土颗粒和水或土颗粒和空气。土颗粒之间的联系微弱，有的甚至没有联结。因此，土的上述特性决定了土具有较大的渗透性和压缩性，以及较小的抗剪强度。在小范围内，可以近似地将土体视为均质的各向同性介质；但在大范围内，由于土体在形成过程中及形成以后，受内外地质营力的作用，可形成各种不连续面，使土体表现出非均质性和各向异性的特点。
由于建筑物的修建，使一定范围内地层的应力状态发生变化，这一范围内的地层称为地基（Ground）。所以地基就是承担建筑物荷重的土体或岩体。与地基接触的建筑物下部结构称为基础（Foundation）。一般建筑物由上部结构和基础两部分组成。建筑物的上部结构荷载通过具有一定埋深的基础传递扩散到土中间去。基础一般埋在地面以下，起着承上启下传递荷载的作用。图1表示了上部结构、基础和地基三者的关系。
土体与工程建筑的关系十分密切，自然界中的土被广泛用作各种工程建筑物的地基。一般土木工程建筑或修建在地表，或埋置于岩土之中。此外，土作为建筑材料可用来修筑堤坝、路基以及其它土工建筑物。因此，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。
建筑物修建以后，地表土层中的应力状态、水文地质条件和土的性质将有所改变，因而产生一些土工问题，如地基的变形和失稳、路堤和土坡滑动、土石坝渗漏和渗透变形等。任何土工问题都是在地表土层中产生和演化的，土体的性质是决定工程活动与地质环境相互制约的形式和规模的根本条件。所以研究同建筑物有密切关系的地表土层的工程地质特征和力学性质，有非常重要的意义。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。
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。土力学理论知识的应用正确与否，往往直接关系到建筑物的安危。实践证明：许多建筑物的地基基础事故，均涉及到土力学的理论问题。而且一旦发生这样的事故，补救是非常困难的。例如苏州名胜虎丘塔，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。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。由于在一千余年前建造该塔时，没有采用扩大基础，直接将塔身置于地基上，造成了不均匀沉降，引起塔身倾斜，危及安全。而不均匀沉降问题是土力学的主要课题之一。图2为加拿大某谷仓地基滑动破坏的实例。该谷仓由65个圆柱形筒仓组成，高31m，底面长59.4m。其下为钢筋混凝土片筏基础，厚2m。谷仓自重20万kN，当装谷27万kN后，发现谷仓明显失稳，24小时内西端下沉8.8m，东端上抬1.5m，整体倾斜26º53´。事后进行勘查分析，发现基底之下为厚十余米的淤泥质软粘土层。地基的极限承载力为251kPa，而谷仓的基底压力已超过300kPa，从而造成地基的整体滑动破坏。基础底面以下一部分土体滑动，向侧面挤出，使东端地面隆起。为了处理这一事故，在地基中做了70多个支承于深16m 基岩上的混凝土墩，使用了88个50kN的千斤顶和支承系统，才把仓体逐渐纠正过来然而谷仓位置比原来降低了4m。国内外类似上述地基事故的实例很多，大量事故充分说明对土力学理论缺乏研究，对地基基础处理不当，就会造成巨大的经济损失，必须引以为戒。
为了保证建筑和工程设施的安全和正常使用，经济合理地进行地基基础设计，必须研究土的力学性状及其与建筑物相互作用的力学过程。一个成功的基础工程设计，就是能应用土力学的基本理论，结合地基土和上部结构的具体条件，合理地设计基础，以满足地基强度和变形的要求。
土和其它材料一样，受力后将发生变形。如果这种变形超过了一定的限度，就会使建筑物损坏或不能正常使用，这类问题在土力学中叫做变形问题。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。因此，稳定问题的实质，就是土的强度问题。只有掌握了土力学的基本理论知识，才能科学地解决建筑基础工程中的实际问题。
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