众所周知,一个完整的建筑体系通常是由上部结构、基础和地基三个部分组成。它们有各自的功能。上部结构通过基础将建筑物的全部荷载传递给地基。组成地基的介质为土或岩石。其中,土就是土力学的研究对象。地基在整个建筑中起着关键作用,它的变形或破坏将直接影响整个结构的安全和使用。因此在建筑设计中最重要的工作室地基基础的设计计算,即计算地基土的变形和强度。为了进行地基设计计算,必须先搞清楚土的基本特性,然后才能研究地基的计算方法。我们需要了解土在外力作用下是否会产生破坏,或产生多大沉降变形。只有掌握这些土力学的基本知识,才能科学地解决岩土工程中的各类实际工程问题。土力学这门课程就是研究土的各种基本性质及对地基土的各种计算方法和处理措施等。
土力学理论教学的核心内容可概括为“一个基本原理和三大基本理论”,即有效应力原理;渗流理论、一维固结理论和莫尔库伦强度理论。学习土力学课程后,同学们可以利用土力学知识分析并解决岩土工程中的渗流问题、土的变形问题和土的强度问题。此外,在掌握土的工程特性的基础上,后续再学习各类岩土工程的设计方法和施工技术,我们就可以建成各种土工构筑物。
在课程的实施过程中,我们将遵循“强调基本概念”、“强化工程应用”及“培养创新能力”的教育理念。强调基本概念:在教学过程中,将基本概念、基本原理和理论讲精讲透,帮助学生加深对基本概念及理论的理解,对土力学理论知识学习得更加扎实;强化工程应用:将土力学中的基本原理与理论与实际工程相结合,采用“案例分析”式教学方法,引导学生应用土力学知识分析解决工程实际问题,做到学以致用。培养创新能力:设计不同类型的讨论题目,采用探讨式的教学模式,启发并引导学生多角度多维度地对工程问题展开讨论与分析,启蒙创新性思维,培养创新能力,为将来解决复杂土木工程问题奠定基础。
课程建设中每一讲绘制思维导图总结该讲的主要内容,每一章结束后以表格或思维导图的形式总结本章的主要内容及重点和难点;若干章内容结束后总结这几章内容的内在联系;整门课程结束后,对有所章节内容进行梳理。分步采取以上措施使整个土力学内容重点突出,条理清晰。每一章内容结束后附有该章重点难点内容的延伸阅读材料、讨论题和案例分析等,引发学生思考与讨论,更深入理解相关的原理和理论,初步具备分析解决岩土工程问题的能力。
土力学及实验是土木工程专业学生必修的专业核心课之一。通过本课程的学习,要求学生掌握土的基本物理力学性质和分类方法,掌握浅基础的地基承载力、地基变形、挡土墙侧压力和土坡稳定的计算方法,熟悉常规土工试验方法,达到能识别各类天然土样,熟悉土的压实度对工程的评定标准、地基液化判别与防治。能应用土力学的基本原理和方法解决实际工作中的地基稳定、变形和渗流问题。
课程目标及学生应达到的能力具体要求如下:
1、掌握土的基本物理、力学性质和分类方法;掌握土的渗透性、压缩性和抗剪强度特性;掌握土中的自重应力、地基土的附加应力的分布规律;掌握土压力的基本概念及挡土墙后土压力分布规律;掌握地基土的破坏模式及承载规律。
2、掌握三大理论和一个原理:渗流理论中的达西定理、固结理论中的太沙基一维固结理论、强度理论中的莫尔库伦强度理论;有效应力原理。
3、能够利用课程目标1和课程目标2,解决实际工作中的三大工程问题:土的渗透和渗流问题、土体的变形问题以及土体的强度问题:掌握浅基础的地基承载力、地基变形、挡土墙侧土压力和地基及土坡稳定的计算方法。
4、熟悉常规土工试验方法,能够通过对试验数据的整理、分析达到试验目的;能识别各类天然土样,熟悉土的压实度对工程的评定标准、地基液化判别与防治。
本课程采用百分制,最终成绩是由20%的平时成绩(包含平时作业及课程讨论)、20%的期中考试成绩、20%的土力学实验成绩以及40%的期末考试成绩组成。
预备知识主要包括:工程地质、工程流体力学、理论力学、材料力学、弹性力学等。
1 陈仲颐、周景星、王洪瑾,土力学,北京:清华大学出版社,1997
2 陈希哲,地基事故与预防国内外建筑工程实例,北京:清华大学出版社,1996
3 陈希哲,土力学地基基础(Ⅳ),北京:清华大学出版社,2004
4 刘成宇,土力学,北京:中国铁道出版社,1993
5 刘建航、侯学渊,基坑工程手册,北京:中国建筑工业出版社,2000
6 吴湘兴,杨小平,建筑地基基础,广州:华南理工大学出版,2000
7 高大钊,土力学与基础工程,北京:中国建筑工业出版社,1998
8 卢廷浩,土力学,南京:河海大学出版社,2002
9 高大钊,土力学与岩土工程师——岩土工程疑难问题答疑笔记整理之一,北京:人民交通出版社,2008
10 赵明华等,土力学地基与基础疑难释义,北京:中国建筑工业出版社,1999
11 李广信,岩土工程20讲——岩坛漫话,北京:人民交通出版社,2007
12 松冈元,土力学,北京:中国水利水电出版社,2001
13 B.M. Das. Principles of geotechnical Engineering. 2002 Fifth Edition. Brooks/Cole, Thomson Learning.
14第一届全国土力学教学研讨会论文集/李广信等主编.北京:人民交通出版社,2006.