土力學基礎(chǔ)知識二

1、一、基本概念一、基本概念1.1.土的壓縮性：地基土在壓力作用下體積減小的特性。土體積縮小包括兩個方面（土的壓縮性：地基土在壓力作用下體積減小的特性。土體積縮小包括兩個方面（1 1）土中水、氣從孔）土中水、氣從孔隙中排出，使孔隙體積減??；（隙中排出，使孔隙體積減?。唬? 2）土顆粒本身、土中水及封閉在土中的氣體被壓縮，很小可忽略不計。）土顆粒本身、土中水及封閉在土中的氣體被壓縮，很小可忽略不計。土體的壓縮變形實際上是孔隙壓縮、孔隙比變小所造成的。土體的壓縮變形實際上是孔隙壓縮、孔隙比變小所造成的。在土的壓縮過程中，假定土顆粒是不可壓縮的，水是不可壓縮的，只有孔隙可以壓縮。在土的壓縮過程中，假定土

2、顆粒是不可壓縮的，水是不可壓縮的，只有孔隙可以壓縮。對飽和土而言，土的壓縮主要是由孔隙中的水被擠出所致，壓縮過程同排水過程一致。對飽和土而言，土的壓縮主要是由孔隙中的水被擠出所致，壓縮過程同排水過程一致。2.2.固結(jié)：土的壓縮隨時間增長的過程稱為固結(jié)。對于透水性大的無粘性土，其壓縮過程在很短時間內(nèi)就固結(jié)：土的壓縮隨時間增長的過程稱為固結(jié)。對于透水性大的無粘性土，其壓縮過程在很短時間內(nèi)就可以完成；而透水性小的粘性土，其壓縮穩(wěn)定所需的時間要比砂土長得多。可以完成；而透水性小的粘性土，其壓縮穩(wěn)定所需的時間要比砂土長得多。土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目四項目四 土的壓縮性土的壓縮性e 曲線曲線sHe

3、He000110001eHsee1sV1sV0V1eV eVV2s壓縮前壓縮前壓縮后壓縮后土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目四項目四 土的壓縮性土的壓縮性（3）繪制壓縮曲線：壓縮曲線是室內(nèi)壓縮實驗的成果，它是土的孔隙比）繪制壓縮曲線：壓縮曲線是室內(nèi)壓縮實驗的成果，它是土的孔隙比e與所受壓力與所受壓力P的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。曲線曲線pelog土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目四項目四 土的壓縮性土的壓縮性 曲線愈陡，說明土的壓縮性愈高。所以，曲線曲線愈陡，說明土的壓縮性愈高。所以，曲線上任意一點的切線斜率上任意一點的切線斜率a a就表示了相應(yīng)于壓力作用下就表示了相應(yīng)于壓力作用下土的壓縮性：土的壓縮

4、性：ddeap 設(shè)壓力由設(shè)壓力由p1p1增至增至p2p2，相應(yīng)的孔隙比由，相應(yīng)的孔隙比由e1e1減減小到小到e2e2，此時，土的壓縮性可用割線，此時，土的壓縮性可用割線M1M2M1M2的斜的斜率表示：率表示：土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目四項目四 土的壓縮性土的壓縮性1221tanppeepeaa:a:土的壓縮系數(shù)，土的壓縮系數(shù)，p1p1：一般指土中自重應(yīng)力：一般指土中自重應(yīng)力p2p2：自重應(yīng)力加附加應(yīng)力：自重應(yīng)力加附加應(yīng)力e1e1：相應(yīng)于：相應(yīng)于p1p1下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比e2e2：相應(yīng)于：相應(yīng)于p2p2下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比11MPakPa或土力學相

5、關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目四項目四 土的壓縮性土的壓縮性壓縮性評價：壓縮性評價：為了便于應(yīng)用和比較，通常采用壓力間隔由為了便于應(yīng)用和比較，通常采用壓力間隔由kPa100pkPa200p增加到增加到所得的壓縮系數(shù)所得的壓縮系數(shù)21a來評定土的壓來評定土的壓縮性。縮性。a1-20.1 1 a1-20.1 1 屬低壓縮性土。屬低壓縮性土。0.1a1-20.5 1 0.1a1-20.5 1 屬中壓縮性土。屬中壓縮性土。a1-20.5 1 a1-20.5 1 屬高壓縮性土。屬高壓縮性土。 土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目四項目四 土的壓縮性土的壓縮性pelog壓縮指數(shù)：壓縮指數(shù)：pelog曲線的后半段接近

6、直線，其斜率稱為壓縮指數(shù)曲線的后半段接近直線，其斜率稱為壓縮指數(shù)1221cloglogppeeC越大，土的壓縮性越高；越大，土的壓縮性越高；cC2 . 0cC4 . 0cC低壓縮性土；低壓縮性土；高壓縮性土。高壓縮性土。土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目四項目四 土的壓縮性土的壓縮性szEp豎向應(yīng)力豎向應(yīng)變壓縮前壓縮前壓縮后壓縮后1cp21czppp1sV1sV1e2eHHeHe121111111HeeH111zHeHe2111s122111zppeeEeeapp所以：所以：土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目四項目四 土的壓縮性土的壓縮性為低壓縮性土；為高壓縮性土；,20,42121MPaEMPa

7、ESS土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目五項目五 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算二、分層總和法：是以無側(cè)向變形條件下的壓縮量公式為基礎(chǔ)，在沉降計算深度范圍內(nèi)劃分若干土層，二、分層總和法：是以無側(cè)向變形條件下的壓縮量公式為基礎(chǔ)，在沉降計算深度范圍內(nèi)劃分若干土層，計算各層的沉降量，然后求和。計算各層的沉降量，然后求和。nznz土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目五項目五 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算（4) 4) 計算分層計算分層一般一般0.4b(b0.4b(b為基礎(chǔ)寬度為基礎(chǔ)寬度) )。還需考慮下述條件：。還需考慮下述條件： 1) 1)地質(zhì)剖面圖中的不同土層，應(yīng)為分層面。地質(zhì)剖面圖

8、中的不同土層，應(yīng)為分層面。 2) 2)地下水位，應(yīng)為分層面。地下水位，應(yīng)為分層面。 3) 3)基底附近附加應(yīng)力變化大，分層厚度應(yīng)小些，使各計算分層的附加應(yīng)力分布可視為直線?；赘浇郊討?yīng)力變化大，分層厚度應(yīng)小些，使各計算分層的附加應(yīng)力分布可視為直線。（5) 5) 繪出自重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布圖。繪出自重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布圖。（6) 6) 計算各層壓縮量及總沉降量。計算各層壓縮量及總沉降量。 土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目五項目五 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算HeeessHeHe1212111111c22czepepzcppp12壓縮前壓縮前壓縮后壓縮后cp11sV1sV1e2esc

9、z土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目五項目五 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算11221,iiiiiiep eppp111111111111s11nniiiiinniiiiiiieSSHeapppHHeE土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目五項目五 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算3) 3) 壓縮層厚度和分層標準壓縮層厚度和分層標準H控制標準：控制標準：一般粘土；一般粘土；高壓縮性土。高壓縮性土。分層標準：分層標準：不同土層界面和地下水面；厚度取不同土層界面和地下水面；厚度取0.4b0.4b或或1-2m1-2m。c/0.1zc/0.2z土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目五項目五 地基最

10、終沉降量的計算地基最終沉降量的計算解：解：1 1）地基分層厚度為）地基分層厚度為1m1m。2 2）地基豎向自重應(yīng)力計算）地基豎向自重應(yīng)力計算3 3）地基豎向附加應(yīng)力計算）地基豎向附加應(yīng)力計算4 4）地基分層自重應(yīng)力平均值和附加應(yīng)力平均）地基分層自重應(yīng)力平均值和附加應(yīng)力平均值計算值計算例題圖例題圖土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目五項目五 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算z例表5 5）地基各分層土的孔隙比變化值的確定。按各分）地基各分層土的孔隙比變化值的確定。按各分層的層的 及及 值從土樣值從土樣4-14-1或土樣或土樣4-24-2的壓縮曲的壓縮曲線查取孔隙比。線查取孔隙比。6 6）地基沉

11、降計算深度的確定。一般按）地基沉降計算深度的確定。一般按 的要求來確定沉降計算深度的下限，的要求來確定沉降計算深度的下限，8m8m處滿足要處滿足要求。求。7 7）地基各分層量計算。）地基各分層量計算。8 8）計算最終沉降量。）計算最終沉降量。1ip2ipzc0.2例圖例圖土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目五項目五 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目五項目五 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算地基土的室內(nèi)壓縮試驗試驗數(shù)據(jù)地基土的室內(nèi)壓縮試驗試驗數(shù)據(jù)土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目五項目五 地基最終沉降量的計算地基最終沉降量的計算土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知

12、識項目六項目六 地基變形與時間的關(guān)系地基變形與時間的關(guān)系 地基的變形不是瞬時完成的，地基在建筑物荷載作用下要經(jīng)過一定的時間才能完成土的壓縮過程，地基的變形不是瞬時完成的，地基在建筑物荷載作用下要經(jīng)過一定的時間才能完成土的壓縮過程，達到最終沉降量。達到最終沉降量。 在建筑物的工程設(shè)計中，不僅要知道地基的最終沉降量，有時候還需要知道基礎(chǔ)的沉降隨時間的變在建筑物的工程設(shè)計中，不僅要知道地基的最終沉降量，有時候還需要知道基礎(chǔ)的沉降隨時間的變化過程，即沉降與時間的關(guān)系?；^程，即沉降與時間的關(guān)系。 通常對于碎石土和砂性土地基，因其壓縮性小及滲透性大，其固結(jié)穩(wěn)定所需時間較短，一般在施工通常對于碎石土和砂性

13、土地基，因其壓縮性小及滲透性大，其固結(jié)穩(wěn)定所需時間較短，一般在施工期間基礎(chǔ)沉降即可完成或者基本完成。期間基礎(chǔ)沉降即可完成或者基本完成。 而飽和粘性土的固結(jié)穩(wěn)定需要的時間較長。一般建筑物的不同壓縮性的地基，施工完成時的沉降占而飽和粘性土的固結(jié)穩(wěn)定需要的時間較長。一般建筑物的不同壓縮性的地基，施工完成時的沉降占總沉降比值（固結(jié)度）：低壓縮性土為總沉降比值（固結(jié)度）：低壓縮性土為5080%5080%；中壓縮性土為；中壓縮性土為2050%2050%；高壓縮性土為；高壓縮性土為520%520%。土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目六項目六 地基變形與時間的關(guān)系地基變形與時間的關(guān)系 飽和土是由土顆粒和孔隙水組

14、成的兩相體。當荷載作用在飽和土體時，這些荷載是由土顆粒和孔隙飽和土是由土顆粒和孔隙水組成的兩相體。當荷載作用在飽和土體時，這些荷載是由土顆粒和孔隙水共同承擔的。我們把通過土粒接觸點傳遞的粒間應(yīng)力稱為有效應(yīng)力，通過孔隙水傳遞的應(yīng)力稱為孔隙水共同承擔的。我們把通過土粒接觸點傳遞的粒間應(yīng)力稱為有效應(yīng)力，通過孔隙水傳遞的應(yīng)力稱為孔隙水應(yīng)力。水應(yīng)力。 飽和土的壓縮變形過程飽和土的壓縮變形過程- -即飽和土的滲透固結(jié)過程，我們可以借助力學模型來說明土的骨架和孔隙水即飽和土的滲透固結(jié)過程，我們可以借助力學模型來說明土的骨架和孔隙水分擔外力的情況以及相互轉(zhuǎn)移的過程。分擔外力的情況以及相互轉(zhuǎn)移的過程。 水水-

15、-彈簧彈簧- -活塞力學模型活塞力學模型0t t0 twph pphh 0h p附加應(yīng)力附加應(yīng)力:超靜孔壓超靜孔壓: u = 有效應(yīng)力有效應(yīng)力:0附加應(yīng)力附加應(yīng)力:超靜孔壓超靜孔壓: u 0附加應(yīng)力附加應(yīng)力:超靜孔壓超靜孔壓: u =0有效應(yīng)力有效應(yīng)力:土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目六項目六 地基變形與時間的關(guān)系地基變形與時間的關(guān)系土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目六項目六 地基變形與時間的關(guān)系地基變形與時間的關(guān)系 飽和土的壓縮主要是由于土的外荷作用下孔隙水被擠出，以致孔隙體積減小所引起的。飽和土的壓縮主要是由于土的外荷作用下孔隙水被擠出，以致孔隙體積減小所引起的。 飽和土孔隙中自由水的擠出速

16、度，主要取決于土的滲透性和土的厚度。飽和土孔隙中自由水的擠出速度，主要取決于土的滲透性和土的厚度。 孔隙水壓力孔隙水壓力u u是指外荷是指外荷p p在土孔隙水中所引起的超靜水壓力。在土孔隙水中所引起的超靜水壓力。模型演示得到：模型演示得到： 飽和土的滲透固結(jié)過程就是孔隙水壓力向有效力應(yīng)力轉(zhuǎn)化的過程，在任一時刻，有效應(yīng)力飽和土的滲透固結(jié)過程就是孔隙水壓力向有效力應(yīng)力轉(zhuǎn)化的過程，在任一時刻，有效應(yīng)力和孔隙和孔隙水壓力水壓力u u之和始終等于飽和土體的總應(yīng)力之和始終等于飽和土體的總應(yīng)力土體中由孔隙水所傳遞的土體中由孔隙水所傳遞的壓力壓力u飽和土體有效應(yīng)力原飽和土體有效應(yīng)力原理理土力學相關(guān)知識土力學相

17、關(guān)知識項目六項目六 地基變形與時間的關(guān)系地基變形與時間的關(guān)系一、一維固結(jié)理論一、一維固結(jié)理論H巖層巖層puz z有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理zzupu0起始孔隙水壓力在可壓縮層厚度為在可壓縮層厚度為H H的飽和土層上面施加無限的飽和土層上面施加無限均布荷載均布荷載p p，土中附加應(yīng)力沿深度均勻分布，土中附加應(yīng)力沿深度均勻分布，土層只在豎直方向發(fā)生滲透和變形土層只在豎直方向發(fā)生滲透和變形. .這種條件這種條件相當于荷載分布面積很廣，靠近地表的薄層粘相當于荷載分布面積很廣，靠近地表的薄層粘性土的滲流固結(jié)情況。性土的滲流固結(jié)情況。1.1.土層是均質(zhì)的、完全飽和的土層是均質(zhì)的、完全飽和的2.2.土的壓縮完

18、全由孔隙體積減小引起，土體和水不可壓縮土的壓縮完全由孔隙體積減小引起，土體和水不可壓縮5.5.在滲透固結(jié)過程中，土的滲透系數(shù)在滲透固結(jié)過程中，土的滲透系數(shù)k k和壓縮系數(shù)和壓縮系數(shù)a a視為常數(shù)視為常數(shù) 該理論計算簡便，并該理論計算簡便，并能符合工程實踐要求。能符合工程實踐要求。一維理論計算假定一維理論計算假定u0微分方程及解析解微分方程及解析解根據(jù)水流連續(xù)性原理、達西定律和有效應(yīng)力原理，建立飽和粘性土單向滲透固結(jié)微分方程根據(jù)水流連續(xù)性原理、達西定律和有效應(yīng)力原理，建立飽和粘性土單向滲透固結(jié)微分方程tuzucv22土的固結(jié)系數(shù)，m2/年aekcv)1 (1滲透固結(jié)前土的滲透固結(jié)前土的孔隙比孔隙

19、比其中：其中：k土的滲透系數(shù)，土的滲透系數(shù)，年年土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目六項目六 地基變形與時間的關(guān)系地基變形與時間的關(guān)系求解分析求解分析tuzucv22固結(jié)微分方程固結(jié)微分方程0，0zH 時，uz 0t，z0時， 00t ，zH時，u0，0zH時，u0 邊界條件邊界條件采用分離變量法，求得單向滲透固結(jié)微分方程的特解為采用分離變量法，求得單向滲透固結(jié)微分方程的特解為)4/exp(2sin142212,vmztzTmHmmu式中：式中：表示時間因素表示時間因素tHcTvv2 m正奇整數(shù)1，3，5； H待固結(jié)土層最長排水距離(m)，單面排水土層取土層厚度，雙面排水土層取土層厚度一半土力學相

20、關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目六項目六 地基變形與時間的關(guān)系地基變形與時間的關(guān)系 有了孔隙水應(yīng)力隨時間和深度變化的函數(shù)解，我們可以據(jù)此求得地基在任意時間的固結(jié)沉降。一般我們有了孔隙水應(yīng)力隨時間和深度變化的函數(shù)解，我們可以據(jù)此求得地基在任意時間的固結(jié)沉降。一般我們要用到地基的固結(jié)度這個指標。地基的固結(jié)度是指地基固結(jié)的程度，是地基在一定壓力下，經(jīng)某段時間產(chǎn)生要用到地基的固結(jié)度這個指標。地基的固結(jié)度是指地基固結(jié)的程度，是地基在一定壓力下，經(jīng)某段時間產(chǎn)生的變形量與地基最終變形量的變形量與地基最終變形量S S的比值。的比值。SSUt土力學相關(guān)知識土力學相關(guān)知識項目六項目六 地基變形與時間的關(guān)系地基變形與時間的

21、關(guān)系 我們可以根據(jù)飽和粘性土中附加應(yīng)力為不同分布情況下的固結(jié)度和時間因數(shù)之間的關(guān)系曲線來求出一我們可以根據(jù)飽和粘性土中附加應(yīng)力為不同分布情況下的固結(jié)度和時間因數(shù)之間的關(guān)系曲線來求出一段時間的沉降量或者地基達到某一沉降量所需要的時間。段時間的沉降量或者地基達到某一沉降量所需要的時間。二、建筑物沉降觀測二、建筑物沉降觀測觀測工作主要內(nèi)容觀測工作主要內(nèi)容1 1、收集資料和編寫計劃、收集資料和編寫計劃2 2、水準基點設(shè)置、水準基點設(shè)置3 3、觀測點的設(shè)置、觀測點的設(shè)置4 4、水準測量、水準測量5 5、觀測資料的整理、觀測資料的整理 反映地基的實際變形以及地基變形對建筑物的影響程度反映地基的實際變形以及