1.3 土力学在工程建设中的地位
水利水电、交通运输、能源等都是国家的基础产业，在国民经济建设中具有重要的战略意义。与上述产业相应的水工建筑物种类繁多，诸如大坝、堤防、水闸、渠道、隧洞、渡槽、电站、输电建筑物、泵站、通航建筑物、码头、防波堤、海上采油平台、输油管道和油罐等。这些水工建筑物尽管结构和特点各异，但都有一个共同点，即它们都建在大地上，都由上部结构和地基基础组成。此外，土也是一种建筑材料，其性能却远比其他建筑材料复杂。因此，必须认真进行设计和施工，方能保证建筑物的安全和正常运行。
国内外有很多因设计和施工未正确处理土力学问题导致地基和土体破坏的例子，也有很多虽地基条件复杂但由于正确应用土力学知识进行设计和施工获得成功的经验。
1.3.1 建筑物沉降和不均匀沉降
建筑物及其所受荷载作用于地基时，地基产生变形，导致建筑物沉降。如果拟建建筑物的竖向沉降太大，就会给使用带来麻烦。水利水电工程中，水闸由于不均匀沉降常导致闸门启闭困难，溢流坝的下沉量过大会失去拦水作用导致洪水漫坝。位于长江中下游交界地区堤岸上的一水闸，建于淤泥质地基上，最大沉降达500mm，沉降差达300mm，致使闸墩产生裂缝，闸门启闭不灵。为了对过大沉降和沉降差进行限制，水利部SL 265—2016《水闸设计规范》规定了天然地基最大沉降量不超过150mm，最大沉降差不宜超过50mm。交通运输部JTS 167—2—2009《重力式码头设计与施工规范》规定了重力式码头平均沉降的限值：方块码头和扶壁码头不应大于200mm；沉箱码头、坐床式圆筒码头不应大于250mm。为消除沉降和不均匀沉降的影响，有些水工建筑物在设计中甚至采取了预留沉降量的措施。
1.3.2 堤、坝的渗漏和渗透变形
1976年，国外采用最新土石坝技术建造起来的一土坝，高约93m，如图1-2所示。初次蓄水就发生了溃坝事故，导致坝体土料30%被冲走，14人死亡，25000人无家可归。事故后对溃坝原因进行了总结，其中基本原因之一就是对坝基河床沉积物和基岩认识不够，基岩有张开的节理，心墙和截水槽以黏质粉土作回填料（该土为低塑性，易发生渗透变形），对防渗问题估计不足而发生了管涌。
图1-2 土坝断面图
1—心墙；2—过渡层；3—任意料；4—围堰；5—堆石；6—最高水位；7—灌浆孔；8—河床沉积层；9—截水槽
1998年，我国长江流域发生特大洪水，出现多处险情。据对堤身隐患、堤基渗漏及河岸崩塌三大险情统计，渗流问题约占85%以上，其中管涌约占一半。仅对湖北境内34处溃口险情统计，管涌就占26处。而1998年汛期长江中下游堤防的7处溃口，因堤基管涌引起的就有5处。由此，国家做出了3~5年内完成长江重要堤防隐蔽工程改建或补建的决定。
1.3.3 土坡失稳
一般说来，建筑物的失稳多见于以下几方面的原因：①建筑物设计时对地基土的性状不清而形成对地基条件错误的估价；②不规范的施工方法和手段降低了原设计的安全度；③本来设计安全度就偏低，加上不规范的施工。
1958年，为解决天津市用水“咸淡分家”问题，拟在海河口建防潮闸一座。闸分8孔，总宽80m，其配套工程包括开挖长度为1400m，宽为250m，深11m的引河一条。工程施工过程中，引河边坡发生17万m3的大滑坡，滑坡断面如图1-3所示。经调查分析：坡顶堆土太多，施工速度过快，而导致土中孔隙水压力增高（在滑坡附近的地下水位观测孔中曾观测到7.3m的超静水压力水头）是造成滑坡的主要原因。
图1-3 海河防潮闸建设中引河塌坡示意图
我国某海湾一重力式码头，在建成并正常使用一年零九个月之后，码头中段长约45m的岸壁倒入海中，其断面形式如图1-4所示。码头破坏后，经对事故原因分析认为：①码头前疏浚挖泥超深，对基床坡脚造成损坏；②码头设计时，误将基础底面下的淤泥混砂层（φ=5°，c=9kPa），判为粗砂加角砾（φ=36°，c=0），高估了地基的天然强度。
图1-4 某码头破坏后断面图
1.3.4 建筑物的水平滑移和倾覆
水工建筑物在复杂荷载作用（尤其是水平荷载）下，常发生水平滑移和倾覆，这种现象在我国港口及近海工程中较为常见。如原胜利4号坐底式钻井平台和前渤海2号沉垫自升式钻井平台，由于波浪水流等荷载的作用，在渤海湾浅水区作业时，曾发生多次水平滑移，致使正在钻井的井位报废，造成重大经济损失。同样，在水平荷载作用下，水工建筑物发生倾覆也是建筑物破坏的形式之一。
上述建筑物沉降、由渗流引起的渗漏和渗透变形、岸坡失稳、建筑物水平滑移和倾覆的案例说明了土力学对水工建筑物建设的重要性。然而，实际工程表明，即使在地基条件差、建筑物对地基要求高的情况下，只要正确处理地基基础问题，就可有效地保证工程的安全稳定。
举世瞩目的三峡工程，其二期围堰肩负着截江建坝的重大使命。围堰全长1440m，堰体最大高度85.5m，上下游深水围堰土石方填筑量近1300万m3，防渗面积16万m2（其中仅防渗墙就8.4万m2），相当于一座巨大的“土石坝”，其断面如图1-5所示。二期围堰要在水深60m以下施工（水下方量占70%～80%），拦水期长达8年之久，堰身主要材料为性能较差的“风化砂”，其颗粒均匀，质地疏松，不易压实。欲在如此松散的堰体中打80～90m高的防渗墙，国内外均无先例。二期围堰下河床覆盖层虽不很深（最大厚度20m），但其中有一层厚约10m的细砂对堰体的抗震稳定性会造成影响，故堰身稳定性和安全度、防渗处理都是三峡工程建设的关键问题。由于设计和施工中合理考虑了防渗措施（建造双排混凝土防渗墙），从而有效地保证了二期围堰的建成和使用。
图1-5 三峡工程二期上游围堰断面图