土性研究的历史党进谦省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

党进谦党进谦水利与建筑工程学院水利与建筑工程学院西北农林科技大学西北农林科技大学土性研究历史土性研究历史第1页土性研究历史土性研究历史一、研究名人介绍一、研究名人介绍二、相关图片资料二、相关图片资料三、土性研究历史三、土性研究历史 1.探索阶段探索阶段 2.土力学学科发展土力学学科发展第2页一一 名人介绍名人介绍Coulomb 库仑库仑(17361806)：法国科学院院士，法国科学院院士，被称被称为为“土力学之始祖土力学之始祖”。1773年提出了土抗剪年提出了土抗剪强度准则（即库仑定律）强度准则（即库仑定律）；首次提出了主动土压；首次提出了主动土压力和被动土压力概念及力和被动土压力概念及其计算方法。其计算方法。第3页一一 名人介绍名人介绍Darcy 达西达西(18031858):1839 1840 年设计年设计和主持建造了故乡供和主持建造了故乡供水系统。于水系统。于1856年发年发表了他对孔隙介质中表了他对孔隙介质中水流研究结果，即著水流研究结果，即著名名达西达西定律。定律。第4页一一 名人介绍名人介绍Rankine 朗肯朗肯(18201872):在热在热力学力学、流体力学、流体力学 及土力学等领域都及土力学等领域都有出色贡献。建立有出色贡献。建立了至今仍在广泛应了至今仍在广泛应用土压力理论。用土压力理论。第5页一一 名人介绍名人介绍Mohr 摩尔摩尔(1835-1918):一直在进行力学和一直在进行力学和材料强度方面理论材料强度方面理论研究工作。提出了研究工作。提出了用应力圆表示一点用应力圆表示一点应力方法，并将其应力方法，并将其扩展到三维问题。扩展到三维问题。第6页一一 名人介绍名人介绍Boussinesq 布辛奈斯克布辛奈斯克(1842 1929):一生对数学物一生对数学物理中全部分支（除电理中全部分支（除电磁学外）都有主要贡磁学外）都有主要贡献。在弹性理论方面献。在弹性理论方面研究亦取得显著成就研究亦取得显著成就.第7页一一 名人介绍名人介绍Terzaghi 太沙基太沙基(1883-1963):被誉为土力学之父。他最被誉为土力学之父。他最大贡献是向人们展示了用大贡献是向人们展示了用理论处理工程问题方法。理论处理工程问题方法。1925年他土力学问世，年他土力学问世，介绍了他所提出固结理论介绍了他所提出固结理论以及土压力、承载力、稳以及土压力、承载力、稳定性分析等理论，标志着定性分析等理论，标志着土力学这门学科诞生。土力学这门学科诞生。1943年他还出版了年他还出版了“理论理论土力学土力学”。第8页一一 名人介绍名人介绍Taylor 泰勒泰勒(1900-1955):在粘性土固结问题、在粘性土固结问题、抗剪强度、砂土剪胀抗剪强度、砂土剪胀及土坡稳定等领域都及土坡稳定等领域都有不少建树。他编写有不少建树。他编写土力学基本原理，土力学基本原理，是一部经典土力学教是一部经典土力学教科书。科书。第9页一一 名人介绍名人介绍Casagrande 卡萨格兰德卡萨格兰德(1902 1981)：对土力学有很大对土力学有很大贡献和影响，如在土分贡献和影响，如在土分类、土坡渗流、抗剪强类、土坡渗流、抗剪强度、砂土液化等方面研度、砂土液化等方面研究结果，粘性土分类塑究结果，粘性土分类塑性图中性图中“A 线线”即是以即是以他姓命名。他姓命名。第10页一一 名人介绍名人介绍Peck 派克派克(1912 )：为土力学及基础工程为土力学及基础工程发展作出了主要贡献。发展作出了主要贡献。他将土力学应用在土他将土力学应用在土工结构设计、施工建工结构设计、施工建造和评定中，并努力造和评定中，并努力将研究结果表述为工将研究结果表述为工程师轻易接收形式。程师轻易接收形式。第11页一一 名人介绍名人介绍Skempton 斯肯普顿斯肯普顿(1914)：对有对有效应力、粘土中孔隙水效应力、粘土中孔隙水压、地基承载力、边坡压、地基承载力、边坡稳定性等问题研究作出稳定性等问题研究作出了突出贡献，含有从复了突出贡献，含有从复杂问题中提取出主要而杂问题中提取出主要而关键部分出色本事，创关键部分出色本事，创建并领导伦敦帝国大学建并领导伦敦帝国大学土力学研究中心是国际土力学研究中心是国际顶尖土力学研究中心。顶尖土力学研究中心。第12页一一 名人介绍名人介绍Roscoe 罗斯克罗斯克(19141970):设计剪切设计剪切仪成为土力学平面剪切仪成为土力学平面剪切仪先驱；提出了确定土仪先驱；提出了确定土体临界状态时孔隙比方体临界状态时孔隙比方法；提出剑桥模型创建法；提出剑桥模型创建了临界状态土力学，为了临界状态土力学，为当代土力学诞生和发展当代土力学诞生和发展作出了主要贡献。作出了主要贡献。第13页一一 名人介绍名人介绍Bjerrum 布耶鲁布耶鲁(1918 1973):研究内容主研究内容主要包含抗剪强度要包含抗剪强度机理、灵敏土特机理、灵敏土特征和边坡稳定等征和边坡稳定等方面。方面。第14页一一 名人介绍名人介绍Sowers叟尔斯叟尔斯(19211996):将岩土工程及工程地将岩土工程及工程地质实践及研究与教育质实践及研究与教育完美结合。他被称为完美结合。他被称为工程师工程师。编写工程师工程师。编写土力学及基础工程土力学及基础工程教材被美国国内高教材被美国国内高校广为采取。校广为采取。第15页一一 名人介绍名人介绍Leonards 利昂纳兹利昂纳兹(19211997)：在压实粘土强度及压缩在压实粘土强度及压缩性、软土强度和固结、性、软土强度和固结、土坝开裂、冻土行为、土坝开裂、冻土行为、边坡稳定、软土上筑堤、边坡稳定、软土上筑堤、砂土液化、桩基础、岩砂土液化、桩基础、岩土工程事故调查方法学土工程事故调查方法学等方面都有开创性研究等方面都有开创性研究工作。工作。第16页一一 名人介绍名人介绍Vesic 魏锡克魏锡克(1924-1982)：主要从事基础破坏研主要从事基础破坏研究。论证了无粘性土地基破坏方式不但与其相究。论证了无粘性土地基破坏方式不但与其相对密度相关，还与基础相对埋深相关；说明了对密度相关，还与基础相对埋深相关；说明了地基整体剪切破坏、局部剪切破坏以及冲切破地基整体剪切破坏、局部剪切破坏以及冲切破坏形式；对地下核爆炸引发地表沉陷问题进行坏形式；对地下核爆炸引发地表沉陷问题进行了理论推导；对土在高压作用下表现进行了小了理论推导；对土在高压作用下表现进行了小百分比试验。他是在研究破坏时考虑土压缩性百分比试验。他是在研究破坏时考虑土压缩性第一人，并引入了对应刚性系数指标。还澄清第一人，并引入了对应刚性系数指标。还澄清了筏板基础下基底反力分布中许多问题。了筏板基础下基底反力分布中许多问题。第17页一一 名人介绍名人介绍Janbu 简布：简布：在土压缩在土压缩性研究、边坡稳定性性研究、边坡稳定性等方面为土力学发展等方面为土力学发展作出了出色贡献。人作出了出色贡献。人们对们对Janbu评价是：评价是：半个世纪以来，他都半个世纪以来，他都是岩土工程领域前进是岩土工程领域前进推进力。推进力。第18页一一 名人介绍名人介绍黄文熙黄文熙 黄文熙：黄文熙：中国科学院院中国科学院院士，水工结构和岩土工程教士，水工结构和岩土工程教授，我国土力学学科奠基人授，我国土力学学科奠基人之一，新中国水利水电科学之一，新中国水利水电科学研究事业开拓者。研究事业开拓者。他在国内他在国内第一个开设土力学课程，建第一个开设土力学课程，建立了国内大学中第一个土工立了国内大学中第一个土工试验室。试验室。第19页一一 名人介绍名人介绍王思敬王思敬 王思敬：中国工王思敬：中国工程院院士。程院院士。我国著名我国著名工程地质、环境地质工程地质、环境地质和岩体力学教授。长和岩体力学教授。长久致力于水电、矿山、久致力于水电、矿山、国防和环境工程等方国防和环境工程等方面科研生产工作。面科研生产工作。第20页一一 名人介绍名人介绍 潘家铮潘家铮 潘家铮：中国科学院院士、潘家铮：中国科学院院士、工程院院士。工程院院士。曾主持和指导新安曾主持和指导新安江、葛洲坝、凤滩、龙羊峡、安江、葛洲坝、凤滩、龙羊峡、安康、二滩、龙滩、三峡等大型水康、二滩、龙滩、三峡等大型水电工程设计工作。主要致力于利电工程设计工作。主要致力于利用力学理论处理实际设计问题，用力学理论处理实际设计问题，对许多复杂结构如地下结构、地对许多复杂结构如地下结构、地基梁与框架、土石坝心墙、斜墙、基梁与框架、土石坝心墙、斜墙、调压井衬砌、岔管和法兰等，应调压井衬砌、岔管和法兰等，应用结构理论、弹性理论或板壳理用结构理论、弹性理论或板壳理论，或利用特殊函数，提出了新论，或利用特殊函数，提出了新计算理论或方法。计算理论或方法。第21页一一 名人介绍名人介绍孙钧孙钧 孙钧：中国科学院院士。孙钧：中国科学院院士。工程力学家，隧道与地下结构工程力学家，隧道与地下结构工程教授。长久从事地下建筑工程教授。长久从事地下建筑工程专业教学，进行地下结构工程专业教学，进行地下结构理论研究，对发展地下结构流理论研究，对发展地下结构流变力学、粘弹塑性理论和防护变力学、粘弹塑性理论和防护工程抗爆动力学等学科有重大工程抗爆动力学等学科有重大贡献。贡献。创建高校第一所地下建创建高校第一所地下建筑工程专业筑工程专业。第22页一一 名人介绍名人介绍茅以升茅以升 茅以升：中国科学院院士，茅以升：中国科学院院士，土木工程学家、桥梁教授、工程土木工程学家、桥梁教授、工程教育家。中国近代桥梁事业先驱，教育家。中国近代桥梁事业先驱，中国土力学开拓者。中国土力学开拓者。为我国培养为我国培养了一大批科学技术人才，是我国了一大批科学技术人才，是我国工程学术团体创建人之一。本世工程学术团体创建人之一。本世纪年代，他主持设计并组织纪年代，他主持设计并组织修建钱塘江公路铁路两用大桥，修建钱塘江公路铁路两用大桥，成为中国铁路桥梁史上一个里程成为中国铁路桥梁史上一个里程碑。碑。第23页一一 名人介绍名人介绍卢肇钧卢肇钧 卢肇钧：中国科学院院士。卢肇钧：中国科学院院士。土力学家，我国铁路路基土工技土力学家，我国铁路路基土工技术开拓者，对我国土力学及基础术开拓者，对我国土力学及基础工程学科发展作出了主要贡献。工程学科发展作出了主要贡献。长久从事土基本性质及特殊土地长久从事土基本性质及特殊土地域筑路技术研究。在我国最早说域筑路技术研究。在我国最早说明了硫酸盐渍土松胀特征及其对明了硫酸盐渍土松胀特征及其对路基稳定性影响；提出了新型锚路基稳定性影响；提出了新型锚定板挡土结构及其定板挡土结构及其对应计算理论；首先取得了膨胀土强度改变规律。对应计算理论；首先取得了膨胀土强度改变规律。第24页一一 名人介绍名人介绍沈珠江沈珠江 沈珠江：中国科学院院士。沈珠江：中国科学院院士。土力学教授。长久从事土力学土力学教授。长久从事土力学理论及其在工程实践中应用研理论及其在工程实践中应用研究，提出土体极限分析理论，究，提出土体极限分析理论，证实了两个极限原理。在土弹证实了两个极限原理。在土弹塑性理论研究上，提出了多重塑性理论研究上，提出了多重屈服面概念，建立了新型实用屈服面概念，建立了新型实用土体弹塑性本构模型；土体弹塑性本构模型；建立了非饱和土固结理论基本框架，提出了建立当建立了非饱和土固结理论基本框架，提出了建立当代土力学构想。代土力学构想。第25页一一 名人介绍名人介绍周镜周镜 周镜：中国科学院院士。周镜：中国科学院院士。岩土工程教授。长久从事铁路岩土工程教授。长久从事铁路路基建设和科研工作。提出了路基建设和科研工作。提出了按黄土结构力学性质确定边坡按黄土结构力学性质确定边坡理论，第二破裂面计算衡重式理论，第二破裂面计算衡重式挡土墙压力原理和判别墙后滑挡土墙压力原理和判别墙后滑动面出现范围公式；最早采取动面出现范围公式；最早采取桩排架支挡、短密砂井桩排架支挡、短密砂井和生石灰桩处理软土路基取得成功；提出了静力和生石灰桩处理软土路基取得成功；提出了静力触探确定桩承载力综合修正系数法，处理了静力触探确定桩承载力综合修正系数法，处理了静力触探应用中技术问题，触探应用中技术问题，第26页一一 名人介绍名人介绍钱七虎钱七虎 钱七虎：中国工程钱七虎：中国工程院院士。院院士。防护工程及地防护工程及地下工程教授。长久从事下工程教授。长久从事防护工程设计计算理论防护工程设计计算理论教学与研究工作，为发教学与研究工作，为发展我国防护工程学科和展我国防护工程学科和防护工程建设事业作出防护工程建设事业作出主要贡献。主要贡献。第27页一一 名人介绍名人介绍林学钰林学钰 林学钰：林学钰：中国科学院中国科学院院士。院士。著名水文地质和环著名水文地质和环境地质学家。从事地下水境地质学家。从事地下水管理模型理论与方法研究，管理模型理论与方法研究，在区域和城市地下水资源在区域和城市地下水资源评价、水流模拟、预报研评价、水流模拟、预报研究方面取得多项结果究方面取得多项结果,并并建立了我国最早一批地下建立了我国最早一批地下水水质模型。水水质模型。第28页一一 名人介绍名人介绍陈梦熊陈梦熊 陈梦熊：中国科学陈梦熊：中国科学院院士。院院士。水文地质学家。水文地质学家。是我国水文地质事业主是我国水文地质事业主要创始人之一，组织和要创始人之一，组织和完成全国区域水文地质完成全国区域水文地质普查，创建含有我国特普查，创建含有我国特色水文地质图编图方法，色水文地质图编图方法，第29页一一 名人介绍名人介绍黄熙龄黄熙龄 黄熙龄：中国工程院黄熙龄：中国工程院院士。院士。岩土工程教授。从岩土工程教授。从事地基计算、处理、土性事地基计算、处理、土性质与基础工程等研究。质与基础工程等研究。19601960年研究试制旁压仪，年研究试制旁压仪，测试土变形模量，提出在测试土变形模量，提出在侧限条件下土横向变形及侧限条件下土横向变形及变形模量计算公式。变形模量计算公式。19621962年，研究软土工区房屋大量下沉开裂问题，年，研究软土工区房屋大量下沉开裂问题，总结出软土地基设计施工主要问题及其经验总结出软土地基设计施工主要问题及其经验，处理了房屋开裂问题。，处理了房屋开裂问题。第30页一一 名人介绍名人介绍刘宝琛刘宝琛 刘宝琛：中国工程院刘宝琛：中国工程院院士。院士。是国内外著名岩石是国内外著名岩石力学教授，长久致力采矿、力学教授，长久致力采矿、岩土工程研究，主要从事岩土工程研究，主要从事煤矿岩层及地表移动研究。煤矿岩层及地表移动研究。是我国随机介质理论奠基是我国随机介质理论奠基人。人。第31页二二 图片资料图片资料地基沉降地基沉降 意大利比萨斜塔：自1173年9月8日开工，因塔显著倾斜而2次停工。至1370年完工，前后近2。因为地基不均匀下沉，塔向南倾斜，南北两端沉降差1.8m，塔顶离中心线5.27m，倾斜5.5,成为危险建筑。第32页二二 图片资料图片资料地基沉降地基沉降 墨西哥粘土是一墨西哥粘土是一个高压缩性土，墨西个高压缩性土，墨西哥城因过渡抽取地下哥城因过渡抽取地下水，造成地基沉降，水，造成地基沉降，18911973年年,整个老整个老城下沉城下沉8.7m。图示圣。图示圣母教堂，因地表不均母教堂，因地表不均匀下沉使其发生严重匀下沉使其发生严重倾斜。倾斜。第33页二二 图片资料图片资料地基沉降地基沉降墨西哥城一幢建筑，可清楚地看见其发生墨西哥城一幢建筑，可清楚地看见其发生沉降及不均匀沉降。沉降及不均匀沉降。第34页二二 图片资料图片资料地基沉降地基沉降 苏州虎丘塔，建苏州虎丘塔，建于公元于公元959961年。地基年。地基土层由上至下依次为杂填土层由上至下依次为杂填土、块石填土、亚粘土夹土、块石填土、亚粘土夹块石、风化岩石、基岩等，块石、风化岩石、基岩等，因为地基土压缩层厚度不因为地基土压缩层厚度不均及砖砌体偏心受压等原均及砖砌体偏心受压等原因，造成该塔向东北方向因，造成该塔向东北方向倾斜。倾斜。第35页二二 图片资料图片资料地基沉降地基沉降加拿大Transcona谷仓，基础为钢筋混凝土筏板基础，19秋完成。9月装谷物，至31822m3时，发觉谷仓谷仓1小时内竖向沉降达小时内竖向沉降达30.5cm，并向西倾斜并向西倾斜，24 小时后倾倒，西侧下陷小时后倾倒，西侧下陷 7.32m，东侧抬高东侧抬高 1.52m，后用后用 388 个个 50T 千斤顶纠正后继续使千斤顶纠正后继续使用，但位置较原先下降用，但位置较原先下降 4m。事故原因是地基因事故原因是地基因超载而发生强度破坏超载而发生强度破坏。第36页二二 图片资料图片资料地基沉降地基沉降 加拿大某农场容量为加拿大某农场容量为2500t2500t饲料筒仓，建于饲料筒仓，建于粘土地基。在首次使用时，因为装填过快，地基粘土地基。在首次使用时，因为装填过快，地基土层无法充分固结，至使地基发生破坏。土层无法充分固结，至使地基发生破坏。第37页二二 图片资料图片资料地基沉降地基沉降 农场用来储存饲料农场用来储存饲料筒仓，因为两筒之间距筒仓，因为两筒之间距离过近，在地基中产生离过近，在地基中产生应力发生叠加，使得两应力发生叠加，使得两筒之间地基土层应力水筒之间地基土层应力水平较高，从而造成内侧平较高，从而造成内侧沉降大于外侧沉降，仓沉降大于外侧沉降，仓筒向内倾斜。筒向内倾斜。第38页二二 图片资料图片资料大坝破坏大坝破坏Teton 大坝位于美国爱达荷州大坝位于美国爱达荷州，高高 93m 土坝土坝。第39页二二 图片资料图片资料大坝破坏大坝破坏第40页二二 图片资料图片资料滑坡滑坡 1996 年发生在美国加州 La Conchita滑坡，未造成人员伤亡。第41页二二 图片资料图片资料滑坡滑坡 1月13日，萨尔瓦多发生了里氏7.6级强震，在Santa Tecla造成山体滑坡，最终造成700多人遇难。第42页二二 图片资料图片资料滑坡滑坡云南云南徐村徐村水电水电站溢站溢洪道洪道土坡土坡滑坡滑坡第43页二二 图片资料图片资料滑坡滑坡江岸崩塌滑坡第44页二二 图片资料图片资料滑坡滑坡江西省江西省江新洲江新洲洲头北洲头北侧蹋岸侧蹋岸第45页二二 图片资料图片资料滑坡滑坡漫湾滑坡漫湾滑坡1989年1月8日 坡高103m 第46页二二 图片资料图片资料滑坡滑坡香港港岛香港港岛1972 滑坡滑坡(20,000 m3)(67 死、死、20 伤伤)第47页二二 图片资料图片资料地震引发砂土液化地震引发砂土液化 1964年年6月月16日日本新瀉发生日日本新瀉发生7.5级地震，因地基土发生液化级地震，因地基土发生液化所造成破坏。所造成破坏。第48页二二 图片资料图片资料地震引发砂土液化地震引发砂土液化1995年年1月月17日发生在神户里氏日发生在神户里氏7.2级地震造成级地震造成桥梁地基及结构破坏。桥梁地基及结构破坏。第49页二二 图片资料图片资料土生成土生成(物理风化物理风化)第50页二二 图片资料图片资料土生成土生成(物理风化物理风化)第51页二二 图片资料图片资料土生成土生成(物理风化物理风化)第52页二二 图片资料图片资料土生成土生成(物理风化物理风化)第53页二二 图片资料图片资料土粒土粒第54页二二 图片资料图片资料土粒土粒砂粒第55页二二 图片资料图片资料土粒土粒第56页二二 图片资料图片资料土粒土粒第57页二二 图片资料图片资料 土粒土粒第58页二二 图片资料图片资料土层分布土层分布第59页二二 图片资料图片资料特殊土特殊土第60页三三 土性研究历史土性研究历史 早期对土性质认识和了解，从工程角度早期对土性质认识和了解，从工程角度看，能够分成四个时期：看，能够分成四个时期：（1 1）前古典期）前古典期 即即1818世纪，其代表是基于世纪，其代表是基于“天然坡度天然坡度”及填土重度及填土重度经验土压力理论经验土压力理论。1.早期认识早期认识第61页（2）古典土力学第一阶段 从大约18人们普遍接收库伦(Coloumb)研究结果到1862年朗肯(Rankine)著作出版为止。其特点是：假设c=0，同时认为是涣散填方天然坡度；从19世纪30年代开始，又被认为是开挖粘土长久稳定表面坡度。库林(Collin,1864)单独把粘聚力看做是粘土在破坏瞬间强度。第62页（3 3）古典土力学第二阶段）古典土力学第二阶段 其特征是：一系列对砂土主要试验研究：其特征是：一系列对砂土主要试验研究：从达西从达西(Darcy,1856)在印度对管涌和过滤试在印度对管涌和过滤试验开始，其后，达尔文验开始，其后，达尔文(Darwin)和布辛奈斯和布辛奈斯克克(Boussinesq)(1883)经过土压力试验及分经过土压力试验及分析，得出析，得出是土摩擦角定义是土摩擦角定义(天然坡度是其特天然坡度是其特例例)，而且，而且 欧斯伯恩欧斯伯恩雷诺德雷诺德 (Osborne Renold)在在1886年论证了剪胀性和负孔隙压力。年论证了剪胀性和负孔隙压力。第63页（4 4）当代土力学第一阶段）当代土力学第一阶段（19111927）该阶段对粘土性质认识有了重大突破，其该阶段对粘土性质认识有了重大突破，其中最主要是太沙基中最主要是太沙基(Terzaghi)有效应力原理；有效应力原理；分类试验（艾特伯格分类试验（艾特伯格Atterberg，1910），第一，第一次实际剪切盒试验及对它应用次实际剪切盒试验及对它应用（贝尔贝尔Bell，1915），费伦纽斯，费伦纽斯(Fellenius)和他瑞典同事进和他瑞典同事进行滑动圆弧分析和强度试验行滑动圆弧分析和强度试验（19161926），以及太沙基以及太沙基(Terzaghi)对固结抗剪强度基础性对固结抗剪强度基础性研究研究（19211927）。第64页 1.H.Gautier(H.戈蒂叶戈蒂叶,1717)：关于土体重关于土体重度和天然坡度研究度和天然坡度研究 戈蒂叶提出，填土能够分为三类：砂、普通戈蒂叶提出，填土能够分为三类：砂、普通土和粘土。这些土有不一样重度而且以不一样土和粘土。这些土有不一样重度而且以不一样坡度保持稳定，而这又与颗粒圆度和咬合作用坡度保持稳定，而这又与颗粒圆度和咬合作用相关。经过测定戈蒂叶得出填土在倾斜成堆时相关。经过测定戈蒂叶得出填土在倾斜成堆时稳定角度（以后作者称为自然坡角）和重度为：稳定角度（以后作者称为自然坡角）和重度为：研究历史研究历史前古典期前古典期第65页 戈蒂叶戈蒂叶没有对粘土进行试验，但他认为粘没有对粘土进行试验，但他认为粘土产生水平力比砂土和填土小，这是因为粘土土产生水平力比砂土和填土小，这是因为粘土含有较高强度。含有较高强度。不透水不透水压实粘土压实粘土透水透水459.8普通土普通土透水透水3113.3纯干砂纯干砂渗透性渗透性天然坡度天然坡度重度重度(kN/m3)填料填料土性质（戈蒂叶土性质（戈蒂叶，1717）研究历史研究历史前古典期前古典期第66页 2.B.F.Belidor(B.F.贝利多尔贝利多尔,17291729)：土压力土压力与地基土分类研究与地基土分类研究 贝利多尔在戈蒂叶贝利多尔在戈蒂叶基础上提出了土压力基础上提出了土压力理论：假如没有挡土墙支撑，回填土形成边理论：假如没有挡土墙支撑，回填土形成边坡坡度不可能比天然坡度更陡；并得到砂土坡坡度不可能比天然坡度更陡；并得到砂土填料将产生较高压力而压实粘土则较小。填料将产生较高压力而压实粘土则较小。研究历史研究历史前古典期前古典期第67页 图中图中BC平面代表了填土自然边坡。填土面平面代表了填土自然边坡。填土面水平楔形体水平楔形体ABC产生水平推力：在产生水平推力：在BC面上没有面上没有摩擦力时，等于楔形体重量；考虑土强度影响，摩擦力时，等于楔形体重量；考虑土强度影响，实际产生水平推力为其重量二分之一。所以实际产生水平推力为其重量二分之一。所以贝贝利多尔利多尔假定：对于含有平坦表面填土，其作用假定：对于含有平坦表面填土，其作用于于垂直挡土墙推力为：垂直挡土墙推力为：研究历史研究历史前古典期前古典期第68页贝利多尔将地基土划分为：贝利多尔将地基土划分为：岩石：因其难以开挖很轻易识别。岩石：因其难以开挖很轻易识别。砂：砂：硬砂，带尖铁棒刺穿困难，属良好地硬砂，带尖铁棒刺穿困难，属良好地基；基；可压缩砂，铁棒易刺穿，作为地基使用应可压缩砂，铁棒易刺穿，作为地基使用应多加小心。多加小心。土：土：普通土在干旱地域作为地基；普通土在干旱地域作为地基；软土，软土，普通主要由低强度粉土组成，在其上修筑基础应普通主要由低强度粉土组成，在其上修筑基础应极度慎重；极度慎重；粘土，当坚硬均匀时是良好地基；粘土，当坚硬均匀时是良好地基；泥炭，不能为基础提供足够强度。泥炭，不能为基础提供足够强度。研究历史研究历史前古典期前古典期第69页3.3.F.Gadroy(F.盖德罗伊盖德罗伊,1746):土压力研究土压力研究 盖德罗伊盖德罗伊17461746年撰文第一次明确提出滑动年撰文第一次明确提出滑动面存在而且第一次给出了模型试验结果：填土面存在而且第一次给出了模型试验结果：填土破坏时其顶部出现裂缝，裂缝位于墙后大约破坏时其顶部出现裂缝，裂缝位于墙后大约1/21/2墙高处，裂缝延伸至墙趾形成一个破裂面。于墙高处，裂缝延伸至墙趾形成一个破裂面。于是楔形体沿是楔形体沿与水平面成与水平面成6464平平面滑动，墙后填土面滑动，墙后填土产生破坏。产生破坏。研究历史研究历史前古典期前古典期第70页 盖德罗伊继续进行模型试验研究，他在一个盖德罗伊继续进行模型试验研究，他在一个开口箱子里面装满干砂，箱子一端设置了铰接开口箱子里面装满干砂，箱子一端设置了铰接“墙墙”。在试验中，当墙倾倒时，墙后填土表面出。在试验中，当墙倾倒时，墙后填土表面出现裂缝，裂缝位置在墙后大约现裂缝，裂缝位置在墙后大约2/32/3墙高处。所以墙高处。所以滑动面倾角大约是滑动面倾角大约是5757，与之相对，砂天然坡度，与之相对，砂天然坡度屡次测量均为屡次测量均为3131左右。左右。这个结果是与已知理论相矛盾，在当初必定这个结果是与已知理论相矛盾，在当初必定令人迷惑。令人迷惑。盖德罗伊盖德罗伊对此也无能为力，而模型试对此也无能为力，而模型试验尺寸太小也不能使怀疑者信服。验尺寸太小也不能使怀疑者信服。研究历史研究历史前古典期前古典期第71页4.J.R.Perronet(J.R.佩罗内佩罗内,1769)：边坡稳定分析边坡稳定分析 佩罗内认为边坡失稳主要因为水渗透而使粘佩罗内认为边坡失稳主要因为水渗透而使粘聚力减小，造成滑动和边坡坡度减小。对于粘土，聚力减小，造成滑动和边坡坡度减小。对于粘土，水主要经过旱季形成裂缝渗透进去。水主要经过旱季形成裂缝渗透进去。因开挖时间较长而已失去大部分粘聚力泥土因开挖时间较长而已失去大部分粘聚力泥土或只有更低粘聚力新鲜土填筑形成边坡稳定坡度：或只有更低粘聚力新鲜土填筑形成边坡稳定坡度：最大可到达最大可到达3535或或3636，最软土仅，最软土仅3030。在完整。在完整地层中，砂土稳定坡度为地层中，砂土稳定坡度为3030左右。砾石或碎石左右。砾石或碎石大约为大约为40404545，湿土约为，湿土约为1818或更低。或更低。研究历史研究历史前古典期前古典期第72页 佩罗内继续研究滑动时摩擦阻力。他指佩罗内继续研究滑动时摩擦阻力。他指出摩擦角在压力增大时会减小，而且摩擦角出摩擦角在压力增大时会减小，而且摩擦角大小很大程度上取决于接触面不规则性和粗大小很大程度上取决于接触面不规则性和粗糙程度。经过试验，佩罗内发觉，将不一样糙程度。经过试验，佩罗内发觉，将不一样粒径碎石放置在粗糙木板上，只有当倾角到粒径碎石放置在粗糙木板上，只有当倾角到达达3939或或4040时才会发生滑动，与之相对，时才会发生滑动，与之相对，磨光材料放在光滑平面上，只要磨光材料放在光滑平面上，只要18.518.5坡度坡度时就能发生滑动。时就能发生滑动。研究历史研究历史前古典期前古典期第73页研究历史研究历史前古典期前古典期 佩罗内将天然坡度与摩擦角等同，或最佩罗内将天然坡度与摩擦角等同，或最少将二者相互联络起来。观察表明，粘土边坡少将二者相互联络起来。观察表明，粘土边坡（普通高度）开挖时几乎能够保持直立状态，（普通高度）开挖时几乎能够保持直立状态，但该状态能否长久保持，却没有定论。佩罗内但该状态能否长久保持，却没有定论。佩罗内暗示粘聚力伴随水从裂隙渗透将会最终减小，暗示粘聚力伴随水从裂隙渗透将会最终减小，边坡长久稳定主要取决于摩擦。边坡长久稳定主要取决于摩擦。第74页5.C.A.Coulomb(C.A.库伦库伦,1773):极大极小原理极大极小原理在建筑静力学中应用在建筑静力学中应用 库伦发表极大极小原理在建筑静力学中应库伦发表极大极小原理在建筑静力学中应用论文奠定了古典土力学基础，其主要内容为：用论文奠定了古典土力学基础，其主要内容为：面积为面积为a法向力为法向力为N平面上抗剪强度平面上抗剪强度S能够表能够表述为述为：s=ca+Nf 式中，式中，c为单位面积粘聚力，为单位面积粘聚力，f为内摩擦系数。为内摩擦系数。研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 第75页 破坏发生在土样强度最小或使挡土墙上侧向破坏发生在土样强度最小或使挡土墙上侧向压力最大临界滑动面上压力最大临界滑动面上。横断面为横断面为A柱体破坏轴向力为：柱体破坏轴向力为：其中破裂面与水平面夹角为其中破裂面与水平面夹角为 对于只有粘聚力材料对于只有粘聚力材料(f=0)且且研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 第76页 高度为高度为H挡土墙，墙后土体滑动面普通为曲挡土墙，墙后土体滑动面普通为曲面，为了简化视为平面。推力最大时，临界滑动面，为了简化视为平面。推力最大时，临界滑动面倾角为面倾角为，该滑动面上楔形土体产生推力为：，该滑动面上楔形土体产生推力为：墙顶下深度墙顶下深度Z处作用于挡土墙上单位压力为处作用于挡土墙上单位压力为:不是前述理论所指填土边坡天然坡度，它不是前述理论所指填土边坡天然坡度，它仅取决于摩擦系数仅取决于摩擦系数。研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 第77页 无支撑垂直边坡临界高度为：无支撑垂直边坡临界高度为：前面推导假定推力前面推导假定推力Pa是水平是水平(对垂直墙背而对垂直墙背而言言)。普通来说，因为墙背与土体摩擦作用，推普通来说，因为墙背与土体摩擦作用，推力存在一个倾角力存在一个倾角。当当c=0=0时，其时，其Pa计算公式为：计算公式为：假如假如c=0，则天然坡度为则天然坡度为arctanf。研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 第78页6.G.C.M.R.Prony(G.C.M.R.普鲁内普鲁内,1802)：对库对库伦理论接收伦理论接收 普鲁内在18为工艺学校和道桥学校编写教材使用了与库伦相同表示法，标志着库伦理论在法国被广泛接收。在该教材中普鲁内认为粘聚力能够经过以下方法确定，首先测定天然坡度(为给出)，然后找出能够垂直开挖高度(在裂缝出现以前)，不论是完整土层还是填土。假如容重已知，则可依据库伦公式确定c值：研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 第79页7.J.F.Francais(J.F.弗朗凯斯弗朗凯斯,1820):粘性填土临界粘性填土临界高度高度 弗朗凯斯将库伦分析扩展于粘性填土倾斜墙弗朗凯斯将库伦分析扩展于粘性填土倾斜墙背主动土压力背主动土压力,推导出了倾角为推导出了倾角为 无支撑粘土边无支撑粘土边坡临界高度为：坡临界高度为：式中式中：Hc为垂直开挖库伦临界高度。所以为垂直开挖库伦临界高度。所以 研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 第80页8.C.L.M.H.Navier(C.L.M.H.奈维尔奈维尔,1833)：完整完整土层中边坡长久土层中边坡长久c=0=0假设假设 在未扰动在未扰动(原始原始)状态下，大多数土含有一定状态下，大多数土含有一定粘聚力，因而能够垂直开挖而不出现裂缝，如碎粘聚力，因而能够垂直开挖而不出现裂缝，如碎屑土能够开挖屑土能够开挖1m2m，而粘土则为，而粘土则为3m4m。不过，奈维尔指出，在天然状态下土被开挖，边不过，奈维尔指出，在天然状态下土被开挖，边坡暴露在空气中，经历雨旱交替，或经受严寒作坡暴露在空气中，经历雨旱交替，或经受严寒作用，土性质会改变。另外，伴随时间推移，该边用，土性质会改变。另外，伴随时间推移，该边坡逐步靠近粘聚力为零原坡逐步靠近粘聚力为零原始边坡始边坡研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 第81页即风化作用将逐步减小边坡坡度，使其等于或靠即风化作用将逐步减小边坡坡度，使其等于或靠近零粘聚力土天然坡度。这就是完整土层中边坡近零粘聚力土天然坡度。这就是完整土层中边坡长久长久c c=0=0假设。假设。然而，奈维尔对此既没有给出详细数据，也然而，奈维尔对此既没有给出详细数据，也没有提议在挡土墙设计中没有提议在挡土墙设计中c值应该取为零。相反，值应该取为零。相反，奈维尔认为粘土假如能被水渗透，粘土膨胀性将奈维尔认为粘土假如能被水渗透，粘土膨胀性将会造成其土压力与同容重液体相同，即会造成其土压力与同容重液体相同，即Ka1 1。研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 第82页研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 9.C.V.Poncelet(C.V.庞斯列庞斯列1840)：土压力计算土压力计算 庞斯列将直线型楔形体理论应用于普通情庞斯列将直线型楔形体理论应用于普通情形：挡土墙倾斜、填土表面倾斜而且墙背存在形：挡土墙倾斜、填土表面倾斜而且墙背存在摩擦，求得到主动土压力和被动土压力正确解。摩擦，求得到主动土压力和被动土压力正确解。庞斯列引入符号庞斯列引入符号 来表示摩擦角，而且能来表示摩擦角，而且能够经过测定涣散填土天然坡度来确定。够经过测定涣散填土天然坡度来确定。回填土回填土粘聚力普通能够忽略，而且在任何情况粘聚力普通能够忽略，而且在任何情况第83页下，利用假定下，利用假定c c=0=0时计算出主动土压力所得到时计算出主动土压力所得到墙厚都小于经验值。但更普遍地，庞斯列认同墙厚都小于经验值。但更普遍地，庞斯列认同c c=0=0假设理由是：在土已发生破坏地那一刻，假设理由是：在土已发生破坏地那一刻，粘聚力将不再存在，粘聚力将不再存在，可能粘土是个例外。这可能粘土是个例外。这个新奇地概念相当于假定强度从峰值瞬时下降个新奇地概念相当于假定强度从峰值瞬时下降到临界状态，伴伴随轻微渐进性破坏，最终将到临界状态，伴伴随轻微渐进性破坏，最终将造成整个滑动面上粘聚力为零。造成整个滑动面上粘聚力为零。研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 第84页10.C.W.Hope（C.W.侯普侯普,1845)：挡墙上土压挡墙上土压力试验力试验研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 侯普同时对土压力水平分量和垂直分量进行侯普同时对土压力水平分量和垂直分量进行了测量，从而能够直接确定挡土墙摩擦系数了测量，从而能够直接确定挡土墙摩擦系数tan。该挡土墙墙高该挡土墙墙高12ins，木制，墙背光滑或粗糙，木制，墙背光滑或粗糙，填土为涣散干砂，其天然坡度为填土为涣散干砂，其天然坡度为35。测试结果。测试结果与库伦楔形体理论吻合很好，说明墙背摩擦不能与库伦楔形体理论吻合很好，说明墙背摩擦不能被忽略。被忽略。第85页研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 考虑到试验箱子只有考虑到试验箱子只有12ins宽，所测土压力宽，所测土压力并不符合严格意义上二维（平面）问题假定。并不符合严格意义上二维（平面）问题假定。假如设定允许误差为假如设定允许误差为5，粗糙墙背试验结论，粗糙墙背试验结论十分符合库伦理论，而光滑墙背结果大约存在十分符合库伦理论，而光滑墙背结果大约存在8差值。差值。第86页研究历史研究历史从从Coulomb到到Rankine 11.A.Collin(A.库林库林,1846)：粘土突发性滑坡试粘土突发性滑坡试验研究验研究 库林对相当数量路堑、路堤或路坝粘土边库林对相当数量路堑、路堤或路坝粘土边坡深层滑动做了详细描述。在一些实例中，库坡深层滑动做了详细描述。在一些实例中，库林提供了滑动面剖面：剖面普通是光滑，有条林提供了滑动面剖面：剖面