土性研究的歷史(黨進(jìn)謙)

1、黨進(jìn)謙水利與建筑工程學(xué)院,西北農(nóng)林科技大學(xué),土性研究歷史,土性研究的歷史,一、研究名人簡(jiǎn)介二、有關(guān)圖片資料三、土性研究的歷史 1. 探索階段 2. 土力學(xué)學(xué)科發(fā)展,一 名人簡(jiǎn)介—Coulomb,庫(kù)侖(1736～1806)：法國(guó)科學(xué)院院士，被稱為“土力學(xué)之始祖” 。1773年提出了土的抗剪強(qiáng)度準(zhǔn)則（即庫(kù)侖定律）；首次提出了主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的概念及其計(jì)算方法。,一 名人簡(jiǎn)介—Darcy,達(dá)西(180

2、3～1858): 1839 ～ 1840 年設(shè)計(jì)和主持建造了家鄉(xiāng)的供水系統(tǒng)。于1856年發(fā)表了他對(duì)孔隙介質(zhì)中水流的研究成果，即著名的達(dá)西定律。,一 名人簡(jiǎn)介—Rankine,朗肯(1820~1872):在熱力學(xué) 、流體力學(xué) 及土力學(xué)等領(lǐng)域均有杰出的貢獻(xiàn)。建立了至今仍在廣泛應(yīng)用土壓力理論。,一 名人簡(jiǎn)介—Mohr,摩爾(1835-1918):一直在進(jìn)行力學(xué)和材料強(qiáng)度方面的理論研究工作。提出了用應(yīng)力圓表示一點(diǎn)應(yīng)力的方法，并將其擴(kuò)展到三維問(wèn)題

3、。,一 名人簡(jiǎn)介—Boussinesq,布辛奈斯克(1842~ 1929): 一生對(duì)數(shù)學(xué)物理中的所有分支（除電磁學(xué)外）都有重要的貢獻(xiàn)。在彈性理論方面的研究亦取得顯著成就.,一 名人簡(jiǎn)介—Terzaghi,太沙基(1883 - 1963):被譽(yù)為土力學(xué)之父。他最大的貢獻(xiàn)是向人們展示了用理論解決工程問(wèn)題的方法。 1925年他的《土力學(xué)》問(wèn)世，介紹了他所提出的固結(jié)理論以及土壓力、承載力、穩(wěn)定性分析等理論，標(biāo)志著土力學(xué)這門學(xué)科的誕生。1943年

4、他還出版了“理論土力學(xué)”。,一 名人簡(jiǎn)介—Taylor,泰勒(1900-1955): 在粘性土的固結(jié)問(wèn)題、抗剪強(qiáng)度、砂土剪脹及土坡穩(wěn)定等領(lǐng)域均有不少建樹。他編寫的《土力學(xué)基本原理》，是一部經(jīng)典的土力學(xué)教科書。,一 名人簡(jiǎn)介—Casagrande,卡薩格蘭德(1902~ 1981)：對(duì)土力學(xué)有很大的貢獻(xiàn)和影響，如在土的分類、土坡的滲流、抗剪強(qiáng)度、砂土液化等方面的研究成果，粘性土分類的塑性圖中的“A 線”即是以他姓命名的。,一 名人簡(jiǎn)介—P

5、eck,派克 (1912~ )：為土力學(xué)及基礎(chǔ)工程的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。他將土力學(xué)應(yīng)用在土工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工建造和評(píng)估中，并努力將研究成果表述為工程師容易接受的形式。,一 名人簡(jiǎn)介—Skempton,斯肯普頓 (1914~2001)：對(duì)有效應(yīng)力、粘土中的孔隙水壓、地基承載力、邊坡穩(wěn)定性等問(wèn)題的研究作出了突出的貢獻(xiàn)，具有從復(fù)雜的問(wèn)題中提取出重要而關(guān)鍵部分的杰出本領(lǐng)，創(chuàng)立并領(lǐng)導(dǎo)的倫敦帝國(guó)大學(xué)土力學(xué)研究中心是國(guó)際頂尖的土力學(xué)研究中心。

6、,一 名人簡(jiǎn)介—Roscoe,羅斯克(1914~1970):設(shè)計(jì)的剪切儀成為土力學(xué)平面剪切儀的先驅(qū)；提出了確定土體臨界狀態(tài)時(shí)孔隙比的方法；提出的劍橋模型創(chuàng)建了臨界狀態(tài)土力學(xué)，為現(xiàn)代土力學(xué)的誕生和發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。,一 名人簡(jiǎn)介—Bjerrum,布耶魯 (1918~ 1973):研究?jī)?nèi)容主要包括抗剪強(qiáng)度機(jī)理、靈敏土的特性和邊坡穩(wěn)定等方面。,一 名人簡(jiǎn)介—Sowers,叟爾斯 (1921~1996):將巖土工程及工程地質(zhì)的實(shí)踐及研究與教育

7、完美結(jié)合。他被稱為工程師的工程師。編寫的《土力學(xué)及基礎(chǔ)工程》教材被美國(guó)國(guó)內(nèi)高校廣為采用。,一 名人簡(jiǎn)介—Leonards,利昂納茲 (1921~1997)：在壓實(shí)粘土的強(qiáng)度及壓縮性、軟土的強(qiáng)度和固結(jié)、土壩開裂、凍土行為、邊坡穩(wěn)定、軟土上筑堤、砂土液化、樁基礎(chǔ)、巖土工程事故調(diào)查方法學(xué)等方面都有開創(chuàng)性的研究工作。,一 名人簡(jiǎn)介—Vesic,魏錫克 (1924-1982)：主要從事基礎(chǔ)的破壞研究。論證了無(wú)粘性土地基的破壞方式不僅與其相對(duì)密度有

8、關(guān)，還與基礎(chǔ)的相對(duì)埋深有關(guān)；闡明了地基的整體剪切破壞、局部剪切破壞以及沖切破壞形式；對(duì)地下核爆炸引起的地表沉陷問(wèn)題進(jìn)行了理論推導(dǎo)；對(duì)土在高壓作用下的表現(xiàn)進(jìn)行了小比例的試驗(yàn)。他是在研究破壞時(shí)考慮土的壓縮性的第一人，并引入了相應(yīng)的剛性系數(shù)指標(biāo)。還澄清了筏板基礎(chǔ)下基底反力分布中的許多問(wèn)題。,一 名人簡(jiǎn)介—Janbu,簡(jiǎn)布：在土的壓縮性研究、邊坡穩(wěn)定性等方面為土力學(xué)的發(fā)展作出了杰出的貢獻(xiàn)。人們對(duì)Janbu的評(píng)價(jià)是：半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，他都是巖土工程領(lǐng)

9、域前進(jìn)的推動(dòng)力。,一 名人簡(jiǎn)介—黃文熙,黃文熙：中國(guó)科學(xué)院院士，水工結(jié)構(gòu)和巖土工程專家，我國(guó)土力學(xué)學(xué)科的奠基人之一，新中國(guó)水利水電科學(xué)研究事業(yè)的開拓者。他在國(guó)內(nèi)第一個(gè)開設(shè)土力學(xué)課程，建立了國(guó)內(nèi)大學(xué)中的第一個(gè)土工實(shí)驗(yàn)室。,一 名人簡(jiǎn)介—王思敬,王思敬：中國(guó)工程院院士。我國(guó)著名的工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和巖體力學(xué)專家。長(zhǎng)期致力于水電、礦山、國(guó)防和環(huán)境工程等方面的科研生產(chǎn)工作。,一 名人簡(jiǎn)介 潘家錚,潘家錚：中國(guó)科學(xué)院院士、工程院院士。曾

10、主持和指導(dǎo)新安江、葛洲壩、鳳灘、龍羊峽、安康、二灘、龍灘、三峽等大型水電工程的設(shè)計(jì)工作。主要致力于運(yùn)用力學(xué)理論解決實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題，對(duì)許多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)如地下結(jié)構(gòu)、地基梁與框架、土石壩的心墻、斜墻、調(diào)壓井襯砌、岔管和法蘭等，應(yīng)用結(jié)構(gòu)理論、彈性理論或板殼理論，或運(yùn)用特殊函數(shù)，提出了新的計(jì)算理論或方法。,一 名人簡(jiǎn)介—孫鈞,孫鈞：中國(guó)科學(xué)院院士。工程力學(xué)家，隧道與地下結(jié)構(gòu)工程專家。長(zhǎng)期從事地下建筑工程專業(yè)教學(xué)，進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)理論研究，對(duì)發(fā)展地下結(jié)構(gòu)流

11、變力學(xué)、粘彈塑性理論和防護(hù)工程抗爆動(dòng)力學(xué)等學(xué)科有重大貢獻(xiàn)。創(chuàng)建高校第一所地下建筑工程專業(yè)。,一 名人簡(jiǎn)介—茅以升,茅以升：中國(guó)科學(xué)院院士，土木工程學(xué)家、橋梁專家、工程教育家。中國(guó)近代橋梁事業(yè)的先驅(qū)，中國(guó)土力學(xué)的開拓者。為我國(guó)培養(yǎng)了一大批科學(xué)技術(shù)人才，是我國(guó)工程學(xué)術(shù)團(tuán)體的創(chuàng)建人之一。本世紀(jì)３０年代，他主持設(shè)計(jì)并組織修建的錢塘江公路鐵路兩用大橋，成為中國(guó)鐵路橋梁史上的一個(gè)里程碑。,一 名人簡(jiǎn)介—盧肇鈞,盧肇鈞：中國(guó)科學(xué)院院士。土力學(xué)家，我國(guó)

12、鐵路路基土工技術(shù)的開拓者，對(duì)我國(guó)土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)科發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。長(zhǎng)期從事土的基本性質(zhì)及特殊土地區(qū)筑路技術(shù)的研究。在我國(guó)最早闡明了硫酸鹽漬土的松脹特性及其對(duì)路基穩(wěn)定性的影響；提出了新型錨定板擋土結(jié)構(gòu)及其,相應(yīng)的計(jì)算理論；首先獲得了膨脹土強(qiáng)度變化的規(guī)律。,一 名人簡(jiǎn)介—沈珠江,沈珠江：中國(guó)科學(xué)院院士。土力學(xué)專家。長(zhǎng)期從事土力學(xué)理論及其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用研究，提出土體極限分析理論，證明了兩個(gè)極限原理。在土的彈塑性理論研究上，提出了多重

13、屈服面概念，建立了新型的實(shí)用的土體彈塑性本構(gòu)模型；,建立了非飽和土固結(jié)理論的基本框架，提出了建立現(xiàn)代土力學(xué)的設(shè)想。,一 名人簡(jiǎn)介—周鏡,周鏡：中國(guó)科學(xué)院院士。巖土工程專家。長(zhǎng)期從事鐵路路基建設(shè)和科研工作。提出了按黃土結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)確定邊坡的理論，第二破裂面計(jì)算衡重式擋土墻壓力的原理和判別墻后滑動(dòng)面出現(xiàn)范圍的公式；最早采用樁排架支擋、短密砂井,和生石灰樁處理軟土路基取得成功；提出了靜力觸探確定樁承載力的綜合修正系數(shù)法，解決了靜力觸探應(yīng)用中的

14、技術(shù)問(wèn)題，,一 名人簡(jiǎn)介—錢七虎,錢七虎：中國(guó)工程院院士。防護(hù)工程及地下工程專家。長(zhǎng)期從事防護(hù)工程設(shè)計(jì)計(jì)算理論教學(xué)與研究工作，為發(fā)展我國(guó)的防護(hù)工程學(xué)科和防護(hù)工程建設(shè)事業(yè)作出重要貢獻(xiàn)。,一 名人簡(jiǎn)介—林學(xué)鈺,林學(xué)鈺：中國(guó)科學(xué)院院士。著名的水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)學(xué)家。從事地下水管理模型的理論與方法研究，在區(qū)域和城市地下水資源評(píng)價(jià)、水流模擬、預(yù)報(bào)研究方面取得多項(xiàng)成果, 并建立了我國(guó)最早的一批地下水水質(zhì)模型。,一 名人簡(jiǎn)介—陳夢(mèng)熊,陳夢(mèng)熊：中國(guó)科學(xué)

15、院院士。水文地質(zhì)學(xué)家。是我國(guó)水文地質(zhì)事業(yè)主要?jiǎng)?chuàng)始人之一，組織和完成全國(guó)區(qū)域水文地質(zhì)普查，創(chuàng)立具有我國(guó)特色的水文地質(zhì)圖編圖方法，,一 名人簡(jiǎn)介—黃熙齡,黃熙齡：中國(guó)工程院院士。巖土工程專家。從事地基計(jì)算、處理、土的性質(zhì)與基礎(chǔ)工程等研究。1960年研究試制旁壓儀，測(cè)試土的變形模量，提出在側(cè)限條件下土的橫向變形及變形模量計(jì)算公式。,1962年，研究軟土工區(qū)房屋大量下沉開裂的問(wèn)題，總結(jié)出《軟土地基設(shè)計(jì)施工主要問(wèn)題及其經(jīng)驗(yàn)》，解決了房屋開裂問(wèn)題。

16、,一 名人簡(jiǎn)介—?jiǎng)氳?劉寶?。褐袊?guó)工程院院士。是國(guó)內(nèi)外知名的巖石力學(xué)專家，長(zhǎng)期致力采礦、巖土工程研究，主要從事煤礦巖層及地表移動(dòng)研究。是我國(guó)隨機(jī)介質(zhì)理論的奠基人。,二 圖片資料—地基沉降,意大利比薩斜塔：自1173年9月8日動(dòng)工，因塔明顯傾斜而2次停工。至1370年竣工，前后近200年。 由于地基不均勻下沉，塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.8m，塔頂離中心線5.27m，傾斜5.5°,成為危險(xiǎn)建筑。,二 圖片資料—地基沉

17、降,墨西哥粘土是一種高壓縮性土，墨西哥城因過(guò)渡抽取地下水，導(dǎo)致地基沉降，1891~1973年,整個(gè)老城下沉8.7m。圖示圣母教堂，因地表不均勻下沉使其發(fā)生嚴(yán)重傾斜。,二 圖片資料—地基沉降,墨西哥城的一幢建筑，可清晰地看見其發(fā)生的沉降及不均勻沉降。,二 圖片資料—地基沉降,蘇州虎丘塔，建于公元959～961年。地基土層由上至下依次為雜填土、塊石填土、亞粘土夾塊石、風(fēng)化巖石、基巖等，由于地基土壓縮層厚度不均及磚砌體偏心受壓等原因，造成該

18、塔向東北方向傾斜。,二 圖片資料—地基沉降,加拿大Transcona谷倉(cāng)，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，1913年秋完成。9月裝谷物，至31822m3時(shí)，發(fā)現(xiàn),谷倉(cāng)1小時(shí)內(nèi)豎向沉降達(dá)30.5cm，并向西傾斜， 24 小時(shí)后傾倒，西側(cè)下陷 7.32m ，東側(cè)抬高 1.52m ，后用 388 個(gè) 50T 千斤頂糾正后繼續(xù)使用，但位置較原先下降 4m 。事故的原因是地基因超載而發(fā)生強(qiáng)度破壞 。,二 圖片資料—地基沉降,加拿大某農(nóng)場(chǎng)容量為2500t

19、的飼料筒倉(cāng)，建于粘土地基。在首次使用時(shí)，由于裝填過(guò)快，地基土層無(wú)法充分固結(jié)，至使地基發(fā)生破壞。,二 圖片資料—地基沉降,農(nóng)場(chǎng)用來(lái)儲(chǔ)存飼料的筒倉(cāng)，由于兩筒之間的距離過(guò)近，在地基中產(chǎn)生的應(yīng)力發(fā)生疊加，使得兩筒之間地基土層的應(yīng)力水平較高，從而導(dǎo)致內(nèi)側(cè)沉降大于外側(cè)沉降，倉(cāng)筒向內(nèi)傾斜。,二 圖片資料—大壩破壞,Teton 大壩位于美國(guó)愛達(dá)荷州，高 93m 的土壩。,二 圖片資料—大壩破壞,二 圖片資料—滑坡,1996 年發(fā)生在美國(guó)加州的 La C

20、onchita滑坡，未造成人員傷亡。,二 圖片資料—滑坡,2001年1月13日，薩爾瓦多發(fā)生了里氏7.6級(jí)的強(qiáng)震，在Santa Tecla造成山體滑坡，最終導(dǎo)致700多人遇難。,二 圖片資料—滑坡,云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡,二 圖片資料—滑坡,江岸崩塌滑坡,二 圖片資料—滑坡,江西省江新洲洲頭北側(cè)蹋岸,二 圖片資料—滑坡,漫灣滑坡,1989年1月8日 坡高103m,二 圖片資料—滑坡,香港港島1972 滑坡 (~ 20,000

21、m3)(67 死、20 傷),二 圖片資料—地震引起的砂土液化,1964年6月16日日本新瀉發(fā)生7.5級(jí)地震，因地基土發(fā)生液化所造成的破壞。,二 圖片資料—地震引起的砂土液化,1995年1月17日發(fā)生在神戶的里氏7.2級(jí)地震造成的橋梁地基及結(jié)構(gòu)的破壞。,二 圖片資料—土的生成(物理風(fēng)化),二 圖片資料—土的生成(物理風(fēng)化),二 圖片資料—土的生成(物理風(fēng)化),二 圖片資料—土的生成(物理風(fēng)化),二 圖片資料—土粒,二 圖片資料—土粒

22、,砂粒,二 圖片資料—土粒,二 圖片資料—土粒,二 圖片資料 —土粒,二 圖片資料—土層分布,二 圖片資料—特殊土,三 土性研究歷史,早期對(duì)土的性質(zhì)的認(rèn)識(shí)和理解，從工程角度看，可以分成四個(gè)時(shí)期：（1）前古典期 即18世紀(jì)，其代表是基于“天然坡度”及填土重度的經(jīng)驗(yàn)土壓力理論。,1. 早期認(rèn)識(shí),（2）古典土力學(xué)的第一階段 從大約1800年人們普遍接受庫(kù)倫(Coloumb)的研究成果到1862年朗肯(Ranki

23、ne)的著作的出版為止。其特點(diǎn)是：假設(shè)c=0，同時(shí)認(rèn)為φ是松散填方的天然坡度；從19世紀(jì)30年代開始，φ又被認(rèn)為是開挖粘土的長(zhǎng)期穩(wěn)定表面坡度。庫(kù)林(Collin,1864)單獨(dú)把粘聚力看做是粘土在破壞瞬間的強(qiáng)度。,（3）古典土力學(xué)的第二階段 其特征是：一系列對(duì)砂土的重要實(shí)驗(yàn)研究：從達(dá)西(Darcy,1856)在印度對(duì)管涌和過(guò)濾的實(shí)驗(yàn)開始，其后，達(dá)爾文(Darwin)和布辛奈斯克(Boussinesq)(1883)通過(guò)土壓力實(shí)驗(yàn)

24、及分析，得出φ是土的摩擦角的定義(天然坡度是其特例)，并且 歐斯伯恩·雷諾德 (Osborne Renold)在1886年論證了剪脹性和負(fù)孔隙壓力。,（4）現(xiàn)代土力學(xué)的第一階段（1911～1927） 該階段對(duì)粘土性質(zhì)的認(rèn)識(shí)有了重大突破，其中最重要的是太沙基(Terzaghi)的有效應(yīng)力原理；分類試驗(yàn)（艾特伯格Atterberg，1910），第一次實(shí)際的剪切盒實(shí)驗(yàn)及對(duì)它的應(yīng)用（貝爾Bell， 1915），費(fèi)倫紐斯(Fell

25、enius)和他的瑞典同事進(jìn)行的滑動(dòng)圓弧分析和強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)（1916～1926），以及太沙基(Terzaghi)對(duì)固結(jié)抗剪強(qiáng)度的基礎(chǔ)性研究（1921～1927）。,1. H. Gautier (H.戈蒂葉,1717)：關(guān)于土體重度和天然坡度研究 戈蒂葉提出，填土可以分為三類：砂、普通土和粘土。這些土有不同的重度而且以不同的坡度保持穩(wěn)定，而這又與顆粒的圓度和咬合作用相關(guān)。通過(guò)測(cè)定戈蒂葉得出填土在傾斜成堆時(shí)的穩(wěn)定角度（后來(lái)的作者稱為自然

26、坡角）和重度為：,研究歷史—前古典期,,,,,,,,,,,戈蒂葉沒有對(duì)粘土進(jìn)行試驗(yàn)，但他認(rèn)為粘土產(chǎn)生的水平力比砂土和填土小，這是因?yàn)檎惩辆哂休^高的強(qiáng)度。,研究歷史—前古典期,,2. B.F.Belidor(B.F.貝利多爾,1729)：土壓力與地基土分類研究,,貝利多爾在戈蒂葉的基礎(chǔ)上提出了土壓力理論：如果沒有擋土墻支撐，回填土形成的邊坡坡度不可能比天然坡度更陡；并得到砂土填料將產(chǎn)生較高的壓力而壓實(shí)粘土則較小。,研究歷史—前古典期,圖中

27、的BC平面代表了填土的自然邊坡。填土面水平的楔形體ABC產(chǎn)生的水平推力：在BC面上沒有摩擦力時(shí)，等于楔形體的重量；考慮土的強(qiáng)度影響，實(shí)際產(chǎn)生的水平推力為其重量的一半。因此貝利多爾假定：對(duì)于具有平坦表面的填土，其作用于,垂直擋土墻的推力為：,研究歷史—前古典期,貝利多爾將地基土劃分為： 巖石：因其難以開挖很容易識(shí)別。 砂：①硬砂，帶尖的鐵棒刺穿困難，屬良好的地基；②可壓縮砂，鐵棒易刺穿，作為地基使用應(yīng)多加小心。 土

28、：①普通土在干旱地區(qū)作為地基；②軟土，一般主要由低強(qiáng)度的粉土組成，在其上修筑基礎(chǔ)應(yīng)極度謹(jǐn)慎；③粘土，當(dāng)堅(jiān)硬均勻時(shí)是良好的地基；④泥炭，不能為基礎(chǔ)提供足夠的強(qiáng)度。,研究歷史—前古典期,3.F.Gadroy(F.蓋德羅伊,1746): 土壓力研究,蓋德羅伊1746年撰文第一次明確提出滑動(dòng)面的存在而且第一次給出了模型試驗(yàn)的結(jié)果：填土破壞時(shí)其頂部出現(xiàn)裂縫，裂縫位于墻后大約1/2墻高處，裂縫延伸至墻趾形成一個(gè)破裂面。于是楔形體沿,,與水平面成64

29、°的平面滑動(dòng)，墻后填土產(chǎn)生破壞。,研究歷史—前古典期,蓋德羅伊繼續(xù)進(jìn)行模型試驗(yàn)研究，他在一個(gè)開口的箱子里面裝滿干砂，箱子一端設(shè)置了鉸接“墻”。在試驗(yàn)中，當(dāng)墻傾倒時(shí)，墻后填土表面出現(xiàn)裂縫，裂縫位置在墻后大約2/3墻高處。因此滑動(dòng)面傾角大約是57°，與之相對(duì)，砂的天然坡度多次測(cè)量均為31°左右?！　∵@個(gè)結(jié)果是與已知理論相矛盾的，在當(dāng)時(shí)肯定令人困惑。蓋德羅伊對(duì)此也無(wú)能為力，而模型試驗(yàn)的尺寸太小也不能使懷疑者信服

30、。,研究歷史—前古典期,4. J.R.Perronet(J.R.佩羅內(nèi),1769)：邊坡穩(wěn)定分析,佩羅內(nèi)認(rèn)為邊坡失穩(wěn)主要由于水的滲入而使粘聚力減小，導(dǎo)致滑動(dòng)和邊坡坡度的減小。對(duì)于粘土，水主要通過(guò)旱季形成的裂縫滲透進(jìn)去。 因開挖時(shí)間較長(zhǎng)而已失去大部分粘聚力的泥土或只有更低粘聚力的新鮮土填筑形成的邊坡穩(wěn)定坡度：最大可達(dá)到35°或36°，最軟的土僅30°。在完整的地層中，砂土的穩(wěn)定坡度為30°左

31、右。礫石或碎石大約為40°～45°，濕土約為18°或更低。,研究歷史—前古典期,佩羅內(nèi)繼續(xù)研究滑動(dòng)時(shí)的摩擦阻力。他指出摩擦角在壓力增大時(shí)會(huì)減小，而且摩擦角的大小很大程度上取決于接觸面的不規(guī)則性和粗糙程度。通過(guò)試驗(yàn)，佩羅內(nèi)發(fā)現(xiàn)，將不同粒徑的碎石放置在粗糙的木板上，只有當(dāng)傾角達(dá)到39°或40°時(shí)才會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，與之相對(duì)，磨光的材料放在光滑的平面上，只要18.5°的坡度時(shí)就能發(fā)生滑動(dòng)。

32、,研究歷史—前古典期,研究歷史—前古典期,佩羅內(nèi)將天然坡度與摩擦角等同，或至少將二者相互聯(lián)系起來(lái)。觀察表明，粘土邊坡（一般高度）開挖時(shí)幾乎可以保持直立狀態(tài)，但該狀態(tài)能否長(zhǎng)久保持，卻沒有定論。佩羅內(nèi)暗示粘聚力隨著水從裂隙的滲入將會(huì)最終減小，邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定主要取決于摩擦。,5. C.A.Coulomb(C.A.庫(kù)倫,1773):極大極小原理在建筑靜力學(xué)中的應(yīng)用,庫(kù)倫發(fā)表的《極大極小原理在建筑靜力學(xué)中的應(yīng)用》論文奠定了古典土力學(xué)的基礎(chǔ)，其主要

33、內(nèi)容為： ①面積為a法向力為N的平面上的抗剪強(qiáng)度S可以表述為：s=c·a+N·f 式中，c為單位面積的粘聚力，f為內(nèi)摩擦系數(shù)。,研究歷史—從Coulomb到Rankine,②破壞發(fā)生在土樣強(qiáng)度最小或使擋土墻上側(cè)向壓力最大的臨界滑動(dòng)面上。 ③橫斷面為A的柱體的破壞軸向力為：,,其中破裂面與水平面的夾角為α,,④對(duì)于只有粘聚力的材料(f=0),,,且,研究歷史—從Coulomb到Rankine,⑤高度為H的擋土

34、墻，墻后土體的滑動(dòng)面一般為曲面，為了簡(jiǎn)化視為平面。推力最大時(shí)，臨界滑動(dòng)面的傾角為α，該滑動(dòng)面上楔形土體產(chǎn)生的推力為：,⑥墻頂下深度Z處作用于擋土墻上的單位壓力為:,⑦α不是前述理論所指的填土邊坡的天然坡度，它僅取決于摩擦系數(shù)。,研究歷史—從Coulomb到Rankine,⑧無(wú)支撐垂直邊坡的臨界高度為：,,⑨前面推導(dǎo)假定推力Pa是水平的(對(duì)垂直墻背而言)。一般來(lái)說(shuō)，由于墻背與土體的摩擦作用，推力存在一個(gè)傾角δ。當(dāng)c=0時(shí)，其Pa的計(jì)算公式

35、為：,⑩如果c=0，則天然坡度為arctanf。,研究歷史—從Coulomb到Rankine,6. G.C.M.R.Prony(G.C.M.R.普魯內(nèi),1802)：對(duì)庫(kù)倫理論的接受,普魯內(nèi)在1802年為工藝學(xué)校和道橋?qū)W校編寫的教材使用了與庫(kù)倫相同的表示法，標(biāo)志著庫(kù)倫理論在法國(guó)被廣泛接受。在該教材中普魯內(nèi)認(rèn)為粘聚力可以通過(guò)以下方法確定，首先測(cè)定天然坡度(為給出φ)，然后找出可以垂直開挖的高度(在裂縫出現(xiàn)以前)，無(wú)論是完整土層還是填土。如果

36、容重已知，則可根據(jù)庫(kù)倫公式確定c值：,,研究歷史—從Coulomb到Rankine,7.J.F.Francais(J.F.弗朗凱斯,1820):粘性填土的臨界高度,弗朗凱斯將庫(kù)倫分析擴(kuò)展于粘性填土傾斜墻背的主動(dòng)土壓力,推導(dǎo)出了傾角為β 的無(wú)支撐粘土邊坡的臨界高度為：,,式中：Hc為垂直開挖的庫(kù)倫臨界高度。因此,,研究歷史—從Coulomb到Rankine,8. C.L.M.H.Navier(C.L.M.H.奈維爾,1833)：完整土層中

37、邊坡長(zhǎng)期c=0的假設(shè),在未擾動(dòng)(原始)狀態(tài)下，大多數(shù)土具有一定的粘聚力，因而可以垂直開挖而不出現(xiàn)裂縫，如碎屑土可以開挖1m～2m，而粘土則為3m～4m。但是，奈維爾指出，在天然狀態(tài)下的土被開挖，邊坡暴露在空氣中，經(jīng)歷雨旱交替，或經(jīng)受嚴(yán)寒作用，土的性質(zhì)會(huì)改變。另外，隨著時(shí)間的推移，該邊坡逐漸接近粘聚力為零的原始邊坡,研究歷史—從Coulomb到Rankine,即風(fēng)化作用將逐漸減小邊坡的坡度，使其等于或接近零粘聚力土的天然坡度。這就是完整土

38、層中邊坡長(zhǎng)期c=0的假設(shè)。 然而，奈維爾對(duì)此既沒有給出具體的數(shù)據(jù)，也沒有建議在擋土墻的設(shè)計(jì)中c值應(yīng)該取為零。相反，奈維爾認(rèn)為粘土如果能被水滲入，粘土的膨脹性將會(huì)導(dǎo)致其土壓力與同容重的液體相同，即Ka＝1。,研究歷史—從Coulomb到Rankine,研究歷史—從Coulomb到Rankine,9. C.V.Poncelet(C.V.龐斯列1840)：土壓力計(jì)算,龐斯列將直線型楔形體理論應(yīng)用于一般情形：擋土墻傾斜、填土表面傾斜而且

39、墻背存在摩擦，求得到主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的正確解。 龐斯列引入符號(hào)φ 來(lái)表示摩擦角，而且可以通過(guò)測(cè)定松散填土的天然坡度來(lái)確定?；靥钔恋恼尘哿σ话憧梢院雎?，而且在任何情況,下，利用假定c=0時(shí)計(jì)算出的主動(dòng)土壓力所得到的墻厚都不大于經(jīng)驗(yàn)值。但更普遍地，龐斯列認(rèn)同c=0假設(shè)的理由是：在土已發(fā)生破壞地那一刻，粘聚力將不再存在，—也許粘土是個(gè)例外。這個(gè)新奇地概念相當(dāng)于假定強(qiáng)度從峰值瞬時(shí)下降到臨界狀態(tài)，伴隨著輕微的漸進(jìn)性破壞，最終

40、將導(dǎo)致整個(gè)滑動(dòng)面上的粘聚力為零。,研究歷史—從Coulomb到Rankine,10. C.W.Hope（C.W.侯普,1845)：擋墻上土壓力試驗(yàn),研究歷史—從Coulomb到Rankine,侯普同時(shí)對(duì)土壓力的水平分量和垂直分量進(jìn)行了測(cè)量，從而可以直接確定擋土墻的摩擦系數(shù)tanδ。該擋土墻墻高12ins，木制，墻背光滑或粗糙，填土為松散干砂，其天然坡度為35°。測(cè)試結(jié)果與庫(kù)倫楔形體理論吻合較好，說(shuō)明墻背摩擦不能被忽略。,研究歷

41、史—從Coulomb到Rankine,考慮到試驗(yàn)的箱子只有12ins寬，所測(cè)的土壓力并不符合嚴(yán)格意義上的二維（平面）問(wèn)題的假定。如果設(shè)定允許誤差為5％，粗糙墻背的試驗(yàn)結(jié)論十分符合庫(kù)倫理論，而光滑墻背的結(jié)果大約存在8％的差值。,研究歷史—從Coulomb到Rankine,11. A.Collin (A.庫(kù)林,1846)：粘土突發(fā)性滑坡的試驗(yàn)研究,庫(kù)林對(duì)相當(dāng)數(shù)量的路塹、路堤或路壩的粘土邊坡的深層滑動(dòng)做了詳細(xì)的描述。在一些實(shí)例中，庫(kù)林提供了滑

42、動(dòng)面的剖面：剖面一般是光滑的，有條痕，斷面呈圓弧狀。雖然沒有排除前期剪切的可能性，但他堅(jiān)持認(rèn)為滑動(dòng)面是破壞形成的。,研究歷史—從Coulomb到Rankine,在所有的實(shí)例中，庫(kù)林認(rèn)為，破壞之所以發(fā)生是因?yàn)楝F(xiàn)存的粘聚力剛剛超過(guò)限值。破壞可能在施工期間發(fā)生，也可能在以后幾年內(nèi)發(fā)生，這是水滲入開挖邊坡或壓實(shí)不好的填土使得粘聚力降低的結(jié)果。破壞后，粘聚力喪失，摩擦單獨(dú)發(fā)生作用。由于含水率的增大，摩擦也會(huì)降低。,研究歷史—從Coulomb到Ra

43、nkine,為了研究含水率變化產(chǎn)生的影響，庫(kù)林利用剪切試驗(yàn)來(lái)測(cè)量粘聚力。用軟土和壓實(shí)良好的粘土的試驗(yàn)結(jié)果與已有滑坡的反分析（利用泰勒分析方法）結(jié)果的一致性很好。庫(kù)林很關(guān)注補(bǔ)救性措施，特別是扶壁：在滑動(dòng)面以下石砌溝渠，既可以用作深排水溝，也可作為內(nèi)扶壁。此后，該方法在英國(guó)和法國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。,研究歷史—從Coulomb到Rankine,12. Rankine(朗肯,1862)：《土木工程手冊(cè)》,在該手冊(cè)中朗肯認(rèn)為土坡對(duì)滑動(dòng)的抵抗力一部

44、分來(lái)自顆粒之間的摩擦，另一部分則來(lái)自土的粘聚力。但在空氣和濕氣，特別是霜凍和凍融交替作用下，粘聚力會(huì)逐漸喪失，因此摩擦就成為永久邊坡穩(wěn)定唯一可靠的因素。由粘聚力產(chǎn)生的臨時(shí)性穩(wěn)定是有益的，它可以維持開挖垂直邊坡的暫時(shí)穩(wěn)定。,研究歷史—從Coulomb到Rankine,但僅由摩擦產(chǎn)生的永久穩(wěn)定已經(jīng)足夠保持開挖或填筑邊坡的穩(wěn)定，邊坡的傾角為休止角φ，即tanφ＝f，稱之為天然坡度。φ的取值范圍從濕粘土的14°～17°到礫石

45、的＞35°，最常用的土坡坡度為1.5:1或2:1。 當(dāng)巖石堅(jiān)硬而堅(jiān)固時(shí)，其粘聚力的持久性可以得到保證，因此可以垂直或近似垂直開挖。含泥頁(yè)巖應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待，無(wú)論初次開挖時(shí)它有多硬，遇水后都可能軟化。,研究歷史—從Coulomb到Rankine,該手冊(cè)中朗肯給出了各種土φ和γ的取值范圍,研究歷史—從Coulomb到Rankine,在擋土墻設(shè)計(jì)中，朗肯對(duì)于無(wú)粘性土應(yīng)用了他的應(yīng)力場(chǎng)理論，推導(dǎo)出熟悉的公式,,,研究歷史—從Coulo

46、mb到Rankine,朗肯認(rèn)為存在一個(gè)綜合考慮摩擦作用和粘聚作用的理論，但缺少精確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。該理論在原理上解釋了粘土邊坡大角度開挖的臨時(shí)穩(wěn)定性。對(duì)于粘土邊坡，粘聚力的長(zhǎng)期損失會(huì)有多大則沒有討論，但很明確的暗示在設(shè)計(jì)永久性工程時(shí)應(yīng)該考慮條件c=0。,研究歷史—從Coulomb到Rankine,朗肯以著名的倫敦至伯明翰鐵路擋土墻為例。墻的凈高20英尺，修建于1836年，位于一個(gè)無(wú)支護(hù)坡度不大于63°的挖方邊坡之前。開始?jí)w承受很

47、小的土壓力，但粘聚力隨著時(shí)間流失以至于6年后墻體向前傾伏，不得不采用高架鐵柱來(lái)加固。因此，擋土墻背后的粘土確實(shí)發(fā)生了軟化過(guò)程，邊坡也一樣?；A(chǔ)底下的粘土可能不會(huì)出現(xiàn)這種情況。,研究歷史—砂土試驗(yàn),13. H.P.G.Darcy(H.P.G.達(dá)西,1856)：滲透規(guī)律,達(dá)西測(cè)量和定義了砂的滲透性。通過(guò)試驗(yàn)改變水頭差△h和砂柱的高度L，在試驗(yàn)精度內(nèi)，得出水流過(guò)砂的速度總是與水頭梯度成正比。即：,,式中：k對(duì)砂而言是常數(shù)，定義為滲透系數(shù)。,研

48、究歷史—砂土試驗(yàn),達(dá)西也嘗試讓水在重力作用下滲透，因此砂頂面以上的水面深度將會(huì)隨著時(shí)間而下降，并得到：,,研究歷史—砂土試驗(yàn),14. G.H.Darwin(G.H.達(dá)爾文,1883)：砂土的水平推力,達(dá)爾文量測(cè)了不同墻高、不同松密程度的砂，破壞時(shí)作用在鉸接的墻上的傾覆力矩。結(jié)果表明：力矩的變化與H/3成正比，因而可假定壓力作用點(diǎn)在底面以上H/3處，在給定試驗(yàn)條件下，可算得系數(shù)Ka、cosδ。 一個(gè)明顯的結(jié)論是松砂作用于墻上的水平

49、推力比密實(shí)的砂要大35％。,研究歷史—砂土試驗(yàn),達(dá)爾文對(duì)松砂和密砂性質(zhì)差別的解釋是：我們通常總是假設(shè)土中的摩阻力同固體之間的靜摩擦具有同樣的性質(zhì)，為tanφ，其中φ是天然坡角。但是這個(gè)假設(shè)并不準(zhǔn)確，因?yàn)閷⒁涣Ｇ对谄渌爸械纳傲αＲ崎_原位，會(huì)比移動(dòng)松散砂中一顆砂粒需更大的力。因此，內(nèi)摩擦系數(shù)應(yīng)是填充密實(shí)度的函數(shù)。,研究歷史—砂土試驗(yàn),即使是在松散的砂堆中，砂粒也有可能在堆積過(guò)程中沉積成較緊密的填充。但在密砂中，砂粒一定是更加緊密地填充。此

50、外，剪切過(guò)程中，砂土非常可能不但“不沉降”，而且顆粒因發(fā)生部分地旋轉(zhuǎn)而形成更開的排列，從而使得整個(gè)砂堆占用了更大的體積”。更進(jìn)一步地講，這樣的作用“將幾乎是必然發(fā)生在一特定的面上或狹窄的區(qū)域，最終形成滑動(dòng)范圍”，因此，楔形理論比將砂作為連續(xù)介質(zhì)的理論更加真實(shí)。,研究歷史—砂土試驗(yàn),因此我們得出結(jié)論，將砂作為具有固定摩擦角的非壓縮體是不正確的。他總結(jié)說(shuō)，“沒有任何一堆砂是不經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)程而形成的，而這一過(guò)程將決定其極限平衡特性”。這個(gè)歷史元

51、素“從根本上逃避了數(shù)學(xué)處理”。 達(dá)爾文是劍橋大學(xué)天文學(xué)和經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)的教授，主要從事地球物理學(xué)研究。,研究歷史—砂土試驗(yàn),15. J.V.Boussinesq(J.V.布辛奈斯克,1883)： “砂的水平推力”的一個(gè)注解,布辛奈斯克得到：對(duì)于一個(gè)有水平回填土的垂直墻背的擋墻，有,,其中ε＝(45°－φ/2)，δ是墻背的摩擦角。該,研究歷史—砂土試驗(yàn),結(jié)論與庫(kù)倫的楔形理論比沒有多大的差異。很明顯，朗肯的解是當(dāng)δ=0時(shí)的一個(gè)特

52、例。 布辛內(nèi)斯克在其1885年發(fā)表了的著作《勢(shì)能的應(yīng)用》（Application des potentials）中，給出了彈性地基中應(yīng)力和位移的計(jì)算公式。至今仍在應(yīng)用。,研究歷史—砂土試驗(yàn),16. O.Reynolds(O.雷諾德,1887 ):剪脹特性研究,剪脹現(xiàn)象由達(dá)爾文明確提出，而由歐斯伯恩·雷諾德(Osborne Reynolds)在1885年命名和演示。 雷諾德通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)承受剪應(yīng)變

53、時(shí)，顆粒的堆積會(huì)變得更為松散，砂呈現(xiàn)出剪脹現(xiàn)象；當(dāng)砂在剪切過(guò)程中體積恒定，孔隙水壓力降低，而砂的抗剪強(qiáng)度增加，這是砂剪脹趨勢(shì)的后果。,研究歷史—砂土試驗(yàn),綜合達(dá)爾文、布辛奈斯克和雷諾德的研究成果，可以看出：①砂的內(nèi)摩擦角取決于填充密實(shí)度，在所研究的實(shí)例中，其變化范圍為35°～43°；②休止角對(duì)應(yīng)與最低密度時(shí)的內(nèi)摩擦角；③剪切會(huì)伴隨著體積的改變（膨脹）；若體積改變發(fā)生在飽和密砂中，將導(dǎo)致孔隙水壓力降低并伴隨著強(qiáng)度增加。

54、,研究歷史—砂土試驗(yàn),17.J.Clibborn(J. 克利本,1896)：砂的滲透試驗(yàn),克利本的模型試驗(yàn)箱前端為玻璃，可以看到其中的水流會(huì)“貼著”不可滲透的邊界流動(dòng)。并提出了滲透因子c=L/H(平均水力的倒數(shù))的概念。 克利本采用了長(zhǎng)度為115英尺的大直徑容器驗(yàn)證了在水力梯度為0.02～0.17范圍內(nèi)，達(dá)西定律是正確的。,研究歷史—砂土試驗(yàn),18.J.S.Beresford(J.S.貝瑞斯福特,1902)：管涌研究,貝瑞斯福特

55、在1899年通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：假設(shè)水頭沒有超過(guò)砂層厚度的1/3(微粒大小約0.1～0.25mm)，則向上的滲流不會(huì)帶走任何砂粒。水頭的增加將使水流變得渾濁，當(dāng)達(dá)到或超過(guò)砂層厚度的一半時(shí)，砂將被沖起來(lái)。但是如果在45英寸的砂層上堆上3～6英寸的細(xì)小顆粒的壓載，則砂層不再會(huì)有管涌的趨勢(shì),研究歷史—粘土試驗(yàn),19. A.M.Atterberg (A.M.艾特伯格,1911)：塑限和液限,到1908年，艾特伯格已經(jīng)完成了按粒組對(duì)粘性土的分類，粒

56、組以顆粒2μ(0.002mm)和6μ的十進(jìn)制倍增劃分（2μ、20μ、200μ等），其中“粘粒粒組”被定義為粒徑小于2μ的顆粒。國(guó)際土力學(xué)協(xié)會(huì)在1913年采納了這個(gè)體系 。,研究歷史—粘土試驗(yàn),然而，艾特伯格意識(shí)到，對(duì)粘性土的分類僅考慮粒徑的大小是不夠的，他認(rèn)為“可塑性”的確定在很大程度上還要求引入其它的準(zhǔn)則，為此，他選擇(重塑)土表現(xiàn)出不同塑性行為時(shí)的含水量范圍?？伤苄缘纳舷奘侵刚承酝翆⒆?yōu)榱黧w時(shí)的含水量，稱為Fliessgnenze(

57、液限)。可塑限性的下限是當(dāng)土搓成細(xì)條發(fā)生破裂點(diǎn)時(shí)的含水量，稱為Ausrollgrenze(塑限)。液限與塑限之差定義為塑性指數(shù)(以IP表示)，用來(lái)衡量可塑性的大小。,研究歷史—粘土試驗(yàn),可塑性的大小分為三級(jí)：15以上、7～15、1～7， IP為1和0的土不具有可塑性。無(wú)機(jī)粘性土的IP和粘粒粒組間存在著廣泛的聯(lián)系。 1913年，艾特伯格指出，粘性土的塑性特點(diǎn)主要取決于粘粒組中的片狀顆粒。他將黑云母、綠泥石及高嶺石磨成粒徑小于2μ的粉末，

58、測(cè)出其IP由高到中為45～20，非片狀顆粒的褐鐵礦的IP較低，而石英粉則完全沒有可塑性。,研究歷史—粘土試驗(yàn),在一段時(shí)間內(nèi)，艾特伯格研究成果的影響基本限于瑞士國(guó)內(nèi)。幸運(yùn)的是，太沙基在1921年就認(rèn)識(shí)到了它的價(jià)值，并用于自己的研究項(xiàng)目。1926年，他也就這個(gè)主題發(fā)表了一篇論文，其中將“Fliessgrenze”和“Ausrollgrenze”分別譯為“液限”和“塑限”，“艾特伯格界限”成為土力學(xué)中一個(gè)不可缺少的角色。,20.J.Front

59、ard(J.弗朗塔德,1914)：關(guān)于堤壩塌方的研究,研究歷史—粘土試驗(yàn),首先，弗朗塔德分析了取自15個(gè)壩的土樣中砂和礫石含量，堤壩的破壞與填土中細(xì)粒的高含量（粉土+粘土約55％）有關(guān)。填土中細(xì)粒的含量越高，堤壩越容易破壞,研究歷史—粘土試驗(yàn),其次，弗朗塔德對(duì)填料在不同豎向荷載下的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定：發(fā)現(xiàn)φ值比預(yù)想的要低，說(shuō)明以前文獻(xiàn)中的φ值過(guò)高，弗朗塔德試驗(yàn)值標(biāo)志著對(duì)粘性土性質(zhì)的認(rèn)識(shí)已進(jìn)入一個(gè)新的階段。接下來(lái)的剪切試驗(yàn)中，將填土與各種

60、礫石部分進(jìn)行充分的混合，結(jié)果表明：加入20％的礫石（＜20mm），在15t/m2的豎向荷載下作用下，可使抗剪強(qiáng)度提高35％。,研究歷史—粘土試驗(yàn),第三，弗朗塔德以他出色的直覺意識(shí)到，來(lái)自水庫(kù)的靜水壓力可部分的被傳遞到填土，但是由于毛細(xì)孔非常的小，在水位下降過(guò)程中的壓力調(diào)整將存在一個(gè)滯后。因此，水位下降后，還有一部分孔隙壓力能夠保持并且施加一個(gè)內(nèi)部的不穩(wěn)定力。要確定在給定荷載下的平衡條件，以及達(dá)到該條件所需要的時(shí)間，通過(guò)土樣試驗(yàn)即可獲得。

61、,研究歷史—粘土試驗(yàn),試驗(yàn)用土樣的直徑為34cm，厚度5cm，置于一個(gè)有多孔基底的鐵容器中，并保持高濕度的環(huán)境以防止其變干。將壩填料用水重塑為可塑狀態(tài)，然后施加一個(gè)恒定荷載，在1～2周的時(shí)間內(nèi)，土樣中的水被排出，其體積逐漸變小。由此可見，一個(gè)大壩填土的含水量達(dá)到平衡狀態(tài)將需要數(shù)月甚至數(shù)年時(shí)間。,21.A.L.Bell(A.L.貝爾,1915)：粘土側(cè)壓力和地基承載力,研究歷史—粘土試驗(yàn),貝爾第一個(gè)用右圖示剪切盒裝置測(cè)量未擾動(dòng)粘土試樣“不

62、排水”狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度。,,試驗(yàn)結(jié)果表明，與砂土比較，粘土在壓力增加時(shí)強(qiáng)度幾乎沒有增加。所有粘土的φ值都小于6°，其中絕大多數(shù)φ值都小于3°。貝爾意識(shí)到這個(gè)測(cè)量的φ值絕不等同于“休止角”。,研究歷史—粘土試驗(yàn),后來(lái)，他在朗肯理論中把粘聚力考慮進(jìn)去，推導(dǎo)出以下的表達(dá)式,,,式中，γz是地表水平的垂直墻墻前或者墻后z深度處的（總）垂直壓力。,,研究歷史—粘土試驗(yàn),,假設(shè)在“臨界深度”以上Pa為0，則：,D深度處的地基承載

63、力為,ε=45°-φ/2,研究歷史—粘土試驗(yàn),22.K.E.Petterson(K.E.彼得遜),S.Hultin(S.哈爾丁,1916):圓弧滑動(dòng)分析,Gotherburg港口的Stiberg碼頭在建造接近完工時(shí)于1916年3月5日破壞，通過(guò)勘查和鉆探，,彼得遜發(fā)現(xiàn)：實(shí)際的位移十分接近于圓弧上的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，這個(gè)圓弧通過(guò)礫石填土下方的軟粘土。,研究歷史—粘土試驗(yàn),,為了進(jìn)行分析，彼得遜的設(shè)計(jì)師S.哈爾丁將滑動(dòng)體分成許多個(gè)豎直的條

64、，通過(guò)嘗試和修正φ值，找出了力的封閉多邊形，從而滿足了極限平衡條件。在計(jì)算分析中，土的內(nèi)聚力被忽略，并假設(shè)條間力是水平的。這個(gè)分析于1916年4月19日完成，得出的φ值非常低，僅9.7°。這是第一個(gè)圓弧滑動(dòng)分析，是瑞典“條分法”的起源。,研究歷史—粘土試驗(yàn),23.W.Fellenius(W. 費(fèi)倫紐斯,1927)：基于圓弧滑動(dòng)面假定之上的帶摩擦角和粘聚力的土工計(jì)算,彼得遜和哈爾丁成果引起了廣泛的討論。海倫(Hellan)在19

65、17年建議，抗剪強(qiáng)度應(yīng)該看作內(nèi)聚力，而不是摩阻力。1918年1月，費(fèi)倫紐斯將彼得遜-哈爾丁的圓形滑動(dòng)面與海倫的純內(nèi)聚力概念結(jié)合起來(lái)產(chǎn)生了第一個(gè)φ＝0的圓形滑動(dòng)分析法。并將此法用于實(shí)際工程，發(fā)現(xiàn)對(duì)于大多數(shù)臨界坡趾圓，其c=2.0t/m2。,研究歷史—粘土試驗(yàn),在什么條件下粘土象純粹的粘性材料尚不清楚，但是貝爾已經(jīng)表示軟粘土可以看成純粘性材料，尼爾斯·韋斯特伯格(Nils Westerberg)在1921年給出了進(jìn)一步的證明。他在

66、粘土的(不排水)雙軸壓縮試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，(σ1-σ3)是恒定的，與應(yīng)力水平無(wú)關(guān)，從而證明了在他的試驗(yàn)條件下φ＝0。,研究歷史—粘土試驗(yàn),1926年，費(fèi)倫紐斯對(duì)粘土坡的φ＝0圓形滑動(dòng)分析法進(jìn)行了系統(tǒng)的的研究，對(duì)經(jīng)過(guò)坡趾的平面和圓形滑動(dòng)面的穩(wěn)定數(shù)c/γH都給出了正確的數(shù)值解答。他還認(rèn)識(shí)到，在假設(shè)粘土直到無(wú)限深處的內(nèi)聚力c都為常數(shù)的前提下，當(dāng)c/γH=0.18時(shí)，所有超過(guò)53°的滑坡的臨界圓都在坡趾下穿過(guò)。然而，費(fèi)倫紐斯認(rèn)為：在一般正確

67、的穩(wěn)定性分析方法中，應(yīng)同時(shí)考慮c和φ。,研究歷史—粘土試驗(yàn),哈爾丁(Hultin) 發(fā)現(xiàn)，實(shí)際滑動(dòng)面的φ＝9.7°，c=0。但是大多數(shù)c=0的臨界面處于更淺的深度。相反的，絕大多數(shù)φ=0的臨界面相對(duì)較深。同時(shí)考慮c和φ，我們會(huì)得到對(duì)實(shí)際滑移最好的近似，費(fèi)倫紐斯提出一個(gè)合理的取值，即c=1.25t/m2，φ＝4°。利用這些參數(shù)所繪出的力多邊形與哈爾丁的力多邊形相近，但是多了內(nèi)聚力矢量。,研究歷史—粘土試驗(yàn),24.Joh

68、n Olsson(約翰·烏爾松,1922):粘性土的靈敏度,,通過(guò)右圖的試驗(yàn)裝置，觀測(cè)重為Q的圓錐的貫入度h，可以測(cè)出抗剪強(qiáng)度。將完全重塑土上測(cè)定的強(qiáng)度記為H1，部分,擾動(dòng)土樣的強(qiáng)度為H2，未擾動(dòng)試樣上測(cè)定的強(qiáng)度為H3，則比值H3/H1是重塑過(guò)程中試樣敏感性和強(qiáng)度損失的度量。由此，定義了粘性土的靈敏度。,研究歷史—粘土試驗(yàn),25.K.Terzaghi(K.太沙基,1921～1927),對(duì)于粘土，太沙基從一開始就認(rèn)識(shí)到：（a）粘

69、土壓縮性、抗剪強(qiáng)度和滲透性的基本性質(zhì)應(yīng)當(dāng)在粘土處于“水力平衡”狀態(tài)時(shí)進(jìn)行量測(cè)，這種“水力平衡”狀態(tài)是指對(duì)應(yīng)于任意的壓力值，含水量已經(jīng)變化到一個(gè)平衡值；（b）在從一個(gè)平衡轉(zhuǎn)變到另一個(gè)平衡時(shí)，由于粘土的低滲透性，由壓力變化而造成的含水量改變會(huì)非常緩慢。,研究歷史—粘土試驗(yàn),⑴在固結(jié)試驗(yàn)中：土樣厚1.3cm，直徑8cm，單面排水，分級(jí)加荷，在每級(jí)荷載下保持兩天使試樣完全固結(jié)，然后再施加下一級(jí)荷載，直到大約20kg/cm2的壓力。然后壓力逐步減