第1章 绪论

1.1 土力学的研究对象与研究内容

1.1.1 土力学的研究对象

1.土和土体

土力学的研究对象是土，因此，学习土力学必须了解土的概念。

众所周知，地球的地表由岩石和土组成。未经风化的岩石，其矿物颗粒间具有较强的联结，结构致密，具有较高的强度，不易被水通过，不可压缩或压缩性甚小，一般为坚硬的块体；土是岩石风化的产物，是母岩经风化、搬运和沉积等地质作用形成的岩石碎屑和土颗粒集合体。土颗粒之间的联结强度远小于颗粒本身的强度。颗粒间具有孔隙，而孔隙中通常有水和气体，故土为散体。细粒土强度较低，而且压缩性较大，不易被水通过，粗粒土则具有较高的强度、较小的压缩性和较大的透水性。土由于其自身特点和受周围环境影响而具有复杂多变的性质。

土和岩石的同异，一方面由于土来自岩石，常常保留原岩石的矿物成分，其成分和性质与岩石有着密不可分的联系,正因如此，通常将研究岩石和土的学科称为“岩土力学”，将岩石和土的工程问题称为“岩土工程”。另一方面由于土的松散性特点，又使得两者的物理力学性质迥然不同。

为研究方便，工程界将土按不同影响因素划分为不同类别。如土按其有机质含量的不同，可分为有机土和无机土；按其颗粒间黏聚程度的不同，可分为黏性土和无黏性土；按颗粒级配和塑性指数不同可分为碎石土、砂土、粉土和黏性土等。不同的土其物理力学性质常存在明显的差异。

工程建筑物和土有着极密切的关系，它们或以土为材料（如堤、坝、路基）；或以土为地基（如房屋、闸坝、码头）；或以土为环境（如隧道、涵洞、运河）。因此，土的性质对于建筑物具有直接而重大的影响。

此外，土力学研究的是由土构成的土体。土体在自重和外力作用下，应力发生变化，导致建筑物沉降、失稳或发生渗透变形。所以，无论将土作为材料、环境还是地基，研究的都是由土构成的土体。

2.地基和基础

建筑物一般由上部结构和基础两部分组成。由于建筑物的修建而引起其下土体应力状态发生改变的土层称为地基。基础是建筑物上部结构和地基的连接部分。图1-1为房屋建筑的独立柱、水利水电工程的溢流坝和港口工程中扶壁式码头的地基与基础示意图。从图1-1可以看出，上部结构、基础和地基三者之间相互联系、相互影响（有些水工建筑物上部结构和基础间并无明显界限），构成一共同工作的整体。

基础通常被埋入土中，设计地面至基础底面的距离称为基础的埋置深度，用D（或d）表示。按埋置深度（或埋置深度与宽度比值）的不同，基础可分为深基础和浅基础。

地基按是否经过人工处理，可分为天然地基和人工地基。天然地基省工省料，且经济，应优先采用。当天然地基不能满足建筑物对沉降和稳定的要求时，必须对地基进行处理，即采用人工地基。

正确认识地基和基础的概念尤为重要。通常建筑物的基础破坏很少，多数属于地基土体破坏。所以，不能把地基和基础破坏混为一谈。

1.1.2 土力学的研究内容

土由于其成因的不同和外力作用的多样性，使其研究内容广泛而复杂。土力学包括以下主要研究内容。

1.土的基本性质

一般而论，土的基本性质系指土本身具有的性质，这里主要指土的物理性质，但宏观上讲也包含由外力作用引起的力学性质。它们是研究地基基础问题和改善地基条件的主要依据。其具体内容包括：土的生成和组成、土的物理性质指标、土的结构和状态、土的分类以及土和土体受力后渗透、压缩及强度变化的基本性能。

2.土体中的应力分布和计算

土体中的应力分布和计算是进行地基变形和土体稳定计算的基础。了解应力分布规律，正确进行应力计算是建筑物沉降和稳定计算的前提。研究表明，饱和土体的变形和强度只决定与土的有效应力，土的有效应力原理是土力学的基本理论。

3.地基变形计算

荷载作用于地基，地基产生变形，导致建筑物沉降。揭示在一定环境和力的作用下地基土体内部各点应力与变形相互联系、相互制约的规律是土力学研究的重要内容之一。其中包括：①某时刻地基的变形量（变形随时间的变化过程）计算；②地基的最终变形计算；③反映地基变形随时间变化过程中，孔隙水的渗流挤出、土体固结度增长的渗透与固结的关系问题等。

4.土体稳定性分析

稳定性分析的目的在于揭示在外力和周围综合环境作用下，土体单元的临界稳定条件和极限状态条件，以便根据这些条件，对土的渗透稳定以及土体的强度稳定性问题进行评价。其中包括：①土的渗透稳定；②建（构）筑物填土、土坡和地基等土体有关的稳定；③动荷载作用下土体的稳定等。

5.土与建筑物相互作用分析

土和建筑物是两个相互联系、相互影响的统一体，因此，研究建筑物的沉降和稳定，必须研究土与建筑物的相互作用和协同工作问题。其中包括：①上部结构、基础和地基间力的传递；②建筑物和土体间的应力应变协调；③与地基稳定相关的土体和建筑物之间的摩擦；④围绕沉降和稳定问题采取的改善土和土体的性质而适应两者要求的措施，如地基设计与处理。

上述基本内容既有理论也有实践，它们之间密切联系、相互依存，构成土力学课程的完整体系。

不言而喻，土力学是以土和由其构成的土体为研究对象，研究土的特性及土体受力后应力、变形、强度和稳定性的学科，是为解决建筑物的地基基础、土工构筑物和地下结构物的工程问题服务的，它是力学的一个分支。