土力學復習總結

1、土力學部分知識復習第一章第一章 緒論緒論支承基礎的土體或巖體稱為地基。支承基礎的土體或巖體稱為地基。天然地基天然地基人工地基人工地基地基按是否進行人工處理分為地基按是否進行人工處理分為將結構所承受的各種作用傳遞到地基上的結構組成將結構所承受的各種作用傳遞到地基上的結構組成部分。部分。什么是地基？什么是地基？（subgrade)什么是什么是基礎基礎？ (foundation) 第二章第二章 土的性質及工程分類土的性質及工程分類2.1 土的組成與土的結構構造2.2 土的物理性質指標2.3 土的物理狀態(tài)指標2.4 土(巖)的工程分類2.5 土的滲透及滲流2.6 土的壓實性主要內容顆粒級配的描述顆粒級

2、配的描述 工程上常用不均勻系工程上常用不均勻系數(shù)數(shù)Cu描述顆粒級配的描述顆粒級配的不均勻程度不均勻程度 1060ddCud10、d30、d60小于某粒徑的小于某粒徑的土粒含量為土粒含量為10%、 30%和和60%時所對應的粒徑時所對應的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把勻。工程上把Cu5的土視的土視為級配不良的土；為級配不良的土； Cu10的土視為級配良好的土的土視為級配良好的土 曲率系數(shù)曲率系數(shù)Cc描述顆粒級描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況某粒組是否缺失情況 6010230dddCc對于礫類土或砂類土，同時滿對于礫類土或砂類土，同

3、時滿足足Cu5和和Cc= =13時，定名為時，定名為良好級配砂或良好級配礫良好級配砂或良好級配礫 土的物理性質指標土的物理性質指標 一、土的三相圖一、土的三相圖 氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVa質量質量m體積體積Vn二、直接測定指標二、直接測定指標 1.土的密度土的密度：單位體積土的質單位體積土的質量量 awswsVVVmmVm工程中常用重度工程中常用重度 來表示單位體來表示單位體積土的重力積土的重力 g重力加速度，重力加速度，近似取近似取10m/s2 2.土粒相對密度土粒相對密度d ds（土粒比重）：（土粒比重）：土粒質量與同體積的土粒質量與同體積的4時純水時純水的質量之比的質量之比

4、 sssswwmdV土粒相對密度變化范圍不大：細粒土（黏性土）一般土粒相對密度變化范圍不大：細粒土（黏性土）一般2.702.75；砂土一般為砂土一般為2.65左右。土中有機質含量增加，土粒相對密度減小左右。土中有機質含量增加，土粒相對密度減小Vv氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVa質量質量m體積體積V3.土的含水量土的含水量：土中水的土中水的質量與土粒質量之比，以百分質量與土粒質量之比，以百分數(shù)表示數(shù)表示%100%100sssmmmmm土的含水量是標志土含水程度的一個重要物理指標。天土的含水量是標志土含水程度的一個重要物理指標。天然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及然土層含水量

5、變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關。其所處的自然地理環(huán)境等有關。 測定方法：測定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法 三、換算指標三、換算指標 氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa質量質量m體積體積V1.孔隙比孔隙比e和孔隙率和孔隙率n孔隙比孔隙比e ：土中孔隙體積與土土中孔隙體積與土粒體積之比粒體積之比 2.土的飽和度土的飽和度Sr ：土中孔土中孔隙水的體積與孔隙總體積隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分數(shù)表示之比，以百分數(shù)表示飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土Sr= =0, ,飽

6、和土飽和土Sr= =100%。砂土砂土根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài)根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài): : svVVe孔隙率孔隙率n ：土中孔隙體積與總土中孔隙體積與總體積之比，以百分數(shù)表示體積之比，以百分數(shù)表示 %100VVnv%100vrVVSSr50%稍濕；稍濕； 50Sr80%很濕；很濕； Sr80%飽和飽和3.不同狀態(tài)下土的密度和重度不同狀態(tài)下土的密度和重度飽和密度飽和密度sat ：土體中孔隙完土體中孔隙完全被水充滿時的土的密度全被水充滿時的土的密度 干密度干密度d ：單位體積中固體單位體積中固體顆粒部分的質量顆粒部分的質量 VVmvssatVmsd浮密度浮密度 ：土單位體積內土土單位體積內土粒質量與

7、同體積水的質量之差粒質量與同體積水的質量之差 VVmss土的三相比例指標中的質量密度指標共有土的三相比例指標中的質量密度指標共有4個，土的密度個，土的密度，飽和密度飽和密度sat，干密度，干密度d，浮密度，浮密度 (kg/m3), ,相應的重度指標相應的重度指標也有也有4個，土的重度個，土的重度 ，飽和重度，飽和重度 sat，干重度，干重度 d，浮重度，浮重度 (kN/m3)氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa質量質量m體積體積V 四、指標間的換算四、指標間的換算氣氣水水土粒土粒dsw Vs11+1+e質量質量m體積體積V土的三相指標中，土的三相指標中，土粒比重土粒比重ds ，含水量含水

8、量和和密度密度是通是通過試驗測定的，可以根據(jù)三過試驗測定的，可以根據(jù)三個基本指標換算出其余各指個基本指標換算出其余各指標標Vv=edsw ds（1）w (1)1swdmVe 11sswdmdVe推導：推導：換算關系式：換算關系式：(1)11swswddde ()1sVwswsatmVdeVe(1)1swsatdeeeVVnV1wwsrVVWVmdSVVe土的物理狀態(tài)指標土的物理狀態(tài)指標 一、無黏性土的密實度一、無黏性土的密實度 土的密實度土的密實度指單位體積土中固體顆粒的含量。根據(jù)土指單位體積土中固體顆粒的含量。根據(jù)土顆粒含量的多少，天然狀態(tài)下的砂、碎石等處于從緊密到顆粒含量的多少，天然狀態(tài)下

9、的砂、碎石等處于從緊密到松散的不同物理狀態(tài)。無黏性土的密實度與其工程性質有松散的不同物理狀態(tài)。無黏性土的密實度與其工程性質有著密切關系。著密切關系。1.孔隙比孔隙比e 孔隙比孔隙比e可以用來表示砂土的密實度。對于同一種土，可以用來表示砂土的密實度。對于同一種土，當孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態(tài)?？紫侗扔?，當孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態(tài)?？紫侗扔?，土愈松散土愈松散 2.相對密實度相對密實度DrminmaxmaxeeeeDr砂土在天然狀砂土在天然狀態(tài)下孔隙比態(tài)下孔隙比砂土在最密實狀砂土在最密實狀態(tài)時的孔隙比態(tài)時的孔隙比砂土在最松砂土在最松散狀態(tài)時的散狀態(tài)時的孔隙比孔隙比當當Dr=0=

10、0時，時， e= =emin，表示土處于最疏松狀態(tài)，表示土處于最疏松狀態(tài); ;當當Dr= =1.0時，時， e= =emax，表示土體處于最密實狀態(tài)，表示土體處于最密實狀態(tài)3.按動力觸探確定無黏性土的密實度按動力觸探確定無黏性土的密實度Dr1/3疏松狀態(tài)疏松狀態(tài)1/3Dr2/3中密狀態(tài)中密狀態(tài)2/3Dr1密實狀態(tài)密實狀態(tài) 天然砂土的密實度，可按原位標準貫入試驗的錘擊數(shù)天然砂土的密實度，可按原位標準貫入試驗的錘擊數(shù)N進行評定。天然碎石土的密實度，可按原位重型圓錐進行評定。天然碎石土的密實度，可按原位重型圓錐動力觸探的錘擊數(shù)動力觸探的錘擊數(shù)N63.5進行評定進行評定(GB50007-2002) 密

11、實度密實度按按N評定砂石密實度評定砂石密實度 按按N63.5評定碎石土密實度評定碎石土密實度 松散松散稍密稍密中密中密密實密實N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.520 二、黏性土的稠度二、黏性土的稠度 1.黏性土的稠度狀態(tài)黏性土的稠度狀態(tài)稠度稠度是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力壞的抵抗能力, ,是黏性土最主要的物理狀態(tài)特征是黏性土最主要的物理狀態(tài)特征。0固態(tài)或半固態(tài)固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)流動狀態(tài)塑限塑限P液限液限L黏性土由某一種狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)的界限含水量稱為

12、黏性土由某一種狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)的界限含水量稱為土的稠度界限土的稠度界限液塑限測定根據(jù)液塑限測定根據(jù)土工試驗規(guī)程土工試驗規(guī)程(SL237-007-1999)規(guī)定，規(guī)定，采用液塑限聯(lián)合測定儀進行測定。采用液塑限聯(lián)合測定儀進行測定。2.黏性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)黏性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)塑性指數(shù)IP是液限和塑限的差值是液限和塑限的差值(省去省去%)，即土處在可塑狀態(tài)的，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍含水量變化范圍說明：說明：塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結合水的能力塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結合水的能力, ,即與即與土中黏粒含量有關。黏粒含量越多土中黏粒含量有關。黏粒含量越多, ,塑

13、性指數(shù)就越高塑性指數(shù)就越高 說明：說明：液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對關液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對關系。當系。當IL0時時, ,P, ,土處于堅硬狀態(tài)土處于堅硬狀態(tài); ;當當IL1時時, ,L, ,土處土處于流動狀態(tài)。根據(jù)于流動狀態(tài)。根據(jù)IL值可以直接判定土的軟硬狀態(tài)值可以直接判定土的軟硬狀態(tài) PLpI液性指數(shù)液性指數(shù)IL是黏性是黏性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比 PPLII狀態(tài)狀態(tài)液性指數(shù)液性指數(shù)堅硬堅硬硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑流塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1 達西定律達

14、西定律 達西分析了大量實驗資料，發(fā)現(xiàn)土中滲透的滲流量q與圓筒斷面積A及水頭損失h 成正比，與斷面間距L成反比，即 ：q=kAh/L=kAi 或v=q/A=ki式中i=h/L，稱為水力梯度，也稱水力坡降；k為滲透系數(shù)，其值等于水力梯度為1時水的滲透速度，cm/s 。 土的滲透問題土的滲透問題滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 一、滲透力和臨界水力坡降一、滲透力和臨界水力坡降1.滲透力滲透力滲透水流施加于單位土粒上的拖曳力滲透水流施加于單位土粒上的拖曳力h2h1h21L沿水流方向放置兩個測壓沿水流方向放置兩個測壓管，測壓管水面高差管，測壓管水面高差h水流流經這段土體，受水流流經這段土體，受到土顆粒的

15、阻力，阻力到土顆粒的阻力，阻力引起的水頭損失為引起的水頭損失為h土粒對水流土粒對水流的阻力應為的阻力應為 hAFw土樣土樣面積面積根據(jù)牛頓第三定律，試樣的根據(jù)牛頓第三定律，試樣的總滲流力總滲流力J和土粒對水流的阻和土粒對水流的阻力力F大小相等，方向相反大小相等，方向相反 hAFJw滲流作用于單位土體的力滲流作用于單位土體的力wwiALhAALJj說明：說明：滲透力滲透力j是滲流對是滲流對單位土體單位土體的作用力，是一種體積力，其大的作用力，是一種體積力，其大小與水力坡降成正比，作用方向與滲流方向一致，單位為小與水力坡降成正比，作用方向與滲流方向一致，單位為kN/m3 滲透力的存在，將使土體內部

16、受力發(fā)生變化，這種變化對滲透力的存在，將使土體內部受力發(fā)生變化，這種變化對土體穩(wěn)定性有顯著的影響土體穩(wěn)定性有顯著的影響abc滲透力方向與滲透力方向與重力一致，促重力一致，促使土體壓密、使土體壓密、強度提高，有強度提高，有利于土體穩(wěn)定利于土體穩(wěn)定滲流方向近乎水平，使?jié)B流方向近乎水平，使土粒產生向下游移動的土粒產生向下游移動的趨勢，對穩(wěn)定不利趨勢，對穩(wěn)定不利滲流力與重力方向相滲流力與重力方向相反，當滲透力大于土反，當滲透力大于土體的有效重度，土粒體的有效重度，土粒將被水流沖出將被水流沖出2.臨界水力坡降臨界水力坡降使土體開始發(fā)生滲透變形的水力坡降使土體開始發(fā)生滲透變形的水力坡降 GJ當土顆粒的重力

17、與滲透力相等時，土顆粒不受任何當土顆粒的重力與滲透力相等時，土顆粒不受任何力作用，好像處于懸浮狀態(tài)，這時的水力坡降即為力作用，好像處于懸浮狀態(tài)，這時的水力坡降即為臨界水力坡降臨界水力坡降JG crwiwcri11ssatwcrwdie或或 在工程計算中，將土的臨界水力坡降除以某一安全系數(shù)在工程計算中，將土的臨界水力坡降除以某一安全系數(shù)Fs(23)，作為允許水力坡降，作為允許水力坡降i。設計時，為保證建筑物的安。設計時，為保證建筑物的安全，將滲流逸出處的水力坡降控制在允許坡降全，將滲流逸出處的水力坡降控制在允許坡降i內內scrFiii 二、滲透變形二、滲透變形 滲透水流將土體的細顆粒沖走、帶走或

18、局部土體產生移動，滲透水流將土體的細顆粒沖走、帶走或局部土體產生移動，導致土體變形導致土體變形滲透變形問題（流土，管涌）滲透變形問題（流土，管涌） 1.流土流土在滲流作用下，局部土體表面隆起，或某一范圍內土在滲流作用下，局部土體表面隆起，或某一范圍內土 粒群同時發(fā)生移動的現(xiàn)象粒群同時發(fā)生移動的現(xiàn)象 流土發(fā)生于地基或土壩下游滲流出逸處，不發(fā)生于土體內部。開流土發(fā)生于地基或土壩下游滲流出逸處，不發(fā)生于土體內部。開挖基坑或渠道時常遇到的流砂現(xiàn)象，屬于流土破壞。細砂、粉砂、挖基坑或渠道時常遇到的流砂現(xiàn)象，屬于流土破壞。細砂、粉砂、淤泥等較易發(fā)生流土破壞淤泥等較易發(fā)生流土破壞 2.管涌管涌在滲流作用下，

19、無黏性土中的細小顆粒通過較大顆粒在滲流作用下，無黏性土中的細小顆粒通過較大顆粒的孔隙，發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象的孔隙，發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象 土體在滲透水流作用下，細小顆粒被帶出，孔隙逐漸增大，形成土體在滲透水流作用下，細小顆粒被帶出，孔隙逐漸增大，形成能穿越地基的細管狀滲流通道，掏空地基或壩體，使其變形或失能穿越地基的細管狀滲流通道，掏空地基或壩體，使其變形或失穩(wěn)。管涌既可以發(fā)生在土體內部，也可以發(fā)生在滲流出口處，發(fā)穩(wěn)。管涌既可以發(fā)生在土體內部，也可以發(fā)生在滲流出口處，發(fā)展一般有個時間過程，是一種漸進性的破壞展一般有個時間過程，是一種漸進性的破壞 基坑突涌基坑突涌 當基坑下部有承壓水層時，開挖

20、基坑減小了底板隔水層的厚當基坑下部有承壓水層時，開挖基坑減小了底板隔水層的厚度，當隔水層較薄經受不住承壓水頭壓力，承壓水頭壓力就會沖度，當隔水層較薄經受不住承壓水頭壓力，承壓水頭壓力就會沖毀基坑底板，這種現(xiàn)象稱為毀基坑底板，這種現(xiàn)象稱為基坑突涌基坑突涌wHh 各向同性土流各向同性土流 網(wǎng)的特征網(wǎng)的特征1. 1. 正交性：流線與等勢線（等水頭線）必須正交正交性：流線與等勢線（等水頭線）必須正交HH0lblb2. 2. 流網(wǎng)為曲邊正方形流網(wǎng)為曲邊正方形等間隔流線與等間隔等勢線形成的流網(wǎng)中，各個網(wǎng)格等間隔流線與等間隔等勢線形成的流網(wǎng)中，各個網(wǎng)格的長寬比應為常數(shù)。一般取的長寬比應為常數(shù)。一般取1 1，

21、即為曲邊正方形。，即為曲邊正方形。3. 3. 任意兩相鄰等勢線間的水頭損失相等。任意兩相鄰等勢線間的水頭損失相等。4. 4. 任意兩相鄰流線間的單位滲流量相等。任意兩相鄰流線間的單位滲流量相等。填土的擊實特性填土的擊實特性1.1.含水量的影響含水量的影響2.2.擊實功能的影響擊實功能的影響3.3.土類和級配的影響土類和級配的影響 當含水率較低時，擊實后的干密度隨含水量的增加而增大。而當干密度增大到某一值后，含水量的繼續(xù)增加反致干密度的減小。干密度的這一最大值稱為該擊數(shù)下的最大干密度，與它對應的含水量稱為最優(yōu)含水量。說明：說明：當擊數(shù)一定時，只有當擊數(shù)一定時，只有在某一含水量下才獲得最佳在某一含

22、水量下才獲得最佳的擊實效果的擊實效果 dmaxd0opmaxmax()dd填土要求的最大干密度壓實系數(shù)室內標準擊實試驗的最大干密度01020304050020406080100u/kPa nn液化：任何物質轉化為液體的行為或過程。就無黏性土而言，這種由固體狀態(tài)變?yōu)橐后w狀態(tài)的轉化是由于孔隙水壓力增大（超孔隙水壓力）和有效應 力 減 小 的 過 程 。（美國土木工程協(xié)會巖土工程分部土動力學委員會）砂土液化砂土液化孔隙水壓力應力循環(huán)次數(shù)N周期荷載下飽和砂土動強度與循環(huán)次數(shù)有關周期荷載下飽和砂土動強度與循環(huán)次數(shù)有關第三章第三章 土中應力計算土中應力計算1 土中一點的應力狀態(tài)2 有效應力原理3 土中自重

23、應力（水平，豎直）4 與基礎接觸的基底壓力5 外荷載作用下地基土的附加應力主要內容有效應力原理飽和土中總應力與孔隙水壓力、有效應力之間存在如下關系： 總應力：有效應力u ： 孔隙水壓力u 地基中的應力計算假定地基中的應力計算假定地 基地 基假設為:半無限體彈 性均 質各項同性自重應力自重應力 自重應力：自重應力：由于土體本身自重引起的應力由于土體本身自重引起的應力確定土體初始確定土體初始應力狀態(tài)應力狀態(tài) 土體在自重作用下，在漫長的地質歷史時期，已經土體在自重作用下，在漫長的地質歷史時期，已經壓縮穩(wěn)定，因此，土的自重應力壓縮穩(wěn)定，因此，土的自重應力不再引起土的變形。不再引起土的變形。但對于新沉積

24、土層或近期人工充填土應考慮自重應力但對于新沉積土層或近期人工充填土應考慮自重應力引起的變形。引起的變形。成層土的自重應力計算成層土的自重應力計算iniinnczhhhh12211天然地面天然地面h1h2h3 3 2 1 水位面水位面 1 h1 1 h1 + 2h2 1 h1 + 2h2 + 3h3 說明：說明：1.地下水位以上土層地下水位以上土層采用天然重度，地下采用天然重度，地下水位以下土層采用浮水位以下土層采用浮重度重度2.非均質土中自重應非均質土中自重應力沿深度呈折線分布力沿深度呈折線分布 毛細壓力毛細壓力毛細壓力是一種有效壓力。毛細水位的上升，將會提高土層的自重壓力，對支擋結構或土坡穩(wěn)

25、定不利。由于毛細壓力的作用，在地下水位以上時，u（靜水壓力）為負值，在地下水位以下時，u（靜水壓力）為正值?；讐毫讐毫?基底壓力基底壓力：建筑物上部結構荷載和基礎自重建筑物上部結構荷載和基礎自重通過基礎傳遞給地基，作用于基礎底面?zhèn)髦恋鼗ㄟ^基礎傳遞給地基，作用于基礎底面?zhèn)髦恋鼗膯挝幻娣e壓力的單位面積壓力F影響基底壓力的因素影響基底壓力的因素 影響基底壓力的因素影響基底壓力的因素: :基礎的形狀、大小、剛基礎的形狀、大小、剛度，埋置深度，基礎上作用荷載的性質（中心、度，埋置深度，基礎上作用荷載的性質（中心、偏心、傾斜等）及大小、地基土性質偏心、傾斜等）及大小、地基土性質 中心荷載作用下的

26、基底壓力中心荷載作用下的基底壓力AGFp若是條形基礎，若是條形基礎，F(xiàn), ,G取單位長度取單位長度基底面積計算基底面積計算G= GAd取室內外平取室內外平均埋深計算均埋深計算偏心荷載作用下的基底壓力偏心荷載作用下的基底壓力F+G eelbpmaxpmin作用于基礎底面作用于基礎底面形心上的力矩形心上的力矩M= =(F+G)e 基礎底面的抵基礎底面的抵抗矩；矩形截抗矩；矩形截面面W=bl2/6 WMAGFppminmaxleblGFpp61minmax討論討論pmaxpminel/6pmaxpmin0pmaxpmin=0基底壓力重分布基底壓力重分布leblGFpp61minmax當當e0，基底壓

27、力呈梯形分布，基底壓力呈梯形分布 當當e=l/6時，時，pmax0，pmin=0，基底壓力呈三角形分布，基底壓力呈三角形分布 當當el/6時，時，pmax0，pmin0，基底出現(xiàn)拉應力，基底壓力重分布，基底出現(xiàn)拉應力，基底壓力重分布 基底壓力重分布基底壓力重分布belpGF2321maxbelGFp232max偏心荷載作用在偏心荷載作用在基底壓力分布圖基底壓力分布圖形的形心上形的形心上 基底附加壓力基底附加壓力( (基底凈壓力基底凈壓力) ) 基底附加壓力：基底附加壓力：作用于地基表面，由于建造建筑物而作用于地基表面，由于建造建筑物而新增加的壓力稱為基底附加壓力，即導致地基中產生附新增加的壓力

28、稱為基底附加壓力，即導致地基中產生附加應力的那部分基底壓力。加應力的那部分基底壓力。FFd實際情況實際情況基底附加壓力在數(shù)基底附加壓力在數(shù)值上等于基底壓力值上等于基底壓力扣除基底標高處原扣除基底標高處原有土體的自重應力有土體的自重應力基底附加壓力計算基底附加壓力計算dpp00基底壓力呈梯形分布時，基底壓力呈梯形分布時，基底附加壓力基底附加壓力dpppp0minmaxmin0max0基底附加壓力基底附加壓力自重應力自重應力地基中的附加應力地基中的附加應力附加應力：附加應力：新增外加荷載在地基土體中引起的應力新增外加荷載在地基土體中引起的應力n計算基本假定：計算基本假定：地基土是連續(xù)、地基土是連續(xù)

29、、均勻、各向同性均勻、各向同性的半無限完全彈的半無限完全彈性體性體不同地基不同地基中應力分中應力分布各有其布各有其特點特點平面問題平面問題空間問題空間問題x,z的函數(shù)的函數(shù)x,y,z的函數(shù)的函數(shù)豎向集中荷載作用下的地基豎向集中荷載作用下的地基附加應力分布規(guī)律附加應力分布規(guī)律 距離地面越深，附加應力的分布范圍越廣距離地面越深，附加應力的分布范圍越廣 在集中力作用線上的附加應力最大，向兩側逐漸減在集中力作用線上的附加應力最大，向兩側逐漸減小小 同一豎向線上的附加應力隨深度而變化同一豎向線上的附加應力隨深度而變化 在集中力作用線上，當在集中力作用線上，當z z0 0時，時，z z，隨著深，隨著深度增

30、加，度增加，z z逐漸減小逐漸減小 豎向集中力作用引起的附加應力向深部向四周無限豎向集中力作用引起的附加應力向深部向四周無限傳播，在傳播過程中，應力強度不斷降低（傳播，在傳播過程中，應力強度不斷降低（應力擴應力擴散散）角點法計算地基附加應力角點法計算地基附加應力zMoIVIIIIIIo oIIIIIIIVp0pKKKKcccczcccc0角點法計算地基附加應力角點法計算地基附加應力IIIo oo oIIIIo oIVo oII計算點在基底邊緣計算點在基底邊緣計算點在基底邊緣外計算點在基底邊緣外pKKcczcc0pKKKKcccczcccc0角點法計算地基附加應力角點法計算地基附加應力計算點在基

31、底角點外計算點在基底角點外Io oo oIIIIIIVpKKKKcccczcccc0影響基底反力分布的因素有哪些？影響基底反力分布的因素有哪些？ 基底地基反力的分布規(guī)律主要取決于基礎的剛度和地基的變形條件。 柔性基礎，地基反力分布與上部荷載分布基本相同，而基礎底面的沉降分布則是中央大而邊緣小，如由土筑成的路堤，其自重引起的地基反力分布與路堤斷面形狀相同。 剛性基礎在中心荷載作用下，開始的地基反力呈馬鞍形分布；荷載較大時，邊緣地基土產生塑性變形，邊緣地基反力不再增加，使地基反力重新分布而呈拋物線分布，若外荷載繼續(xù)增大，則地基反力會繼續(xù)發(fā)展呈鐘形分布。 目前根據(jù)什么假設計算地基中的附加應力？目前根

32、據(jù)什么假設計算地基中的附加應力？設設是否合理可行？是否合理可行？ 目前計算土中應力的方法仍采用彈性理論公式，將地基土視作均勻的、連續(xù)的、各向同性的半無限體 由于土是三相體，具有明顯的各向異性和非線性特征，這種假定同土體的實際情況有差別，不過其計算結果尚能滿足實際工程的要求。 在雙層地基中，堅硬土層上覆蓋著不厚的可壓縮土層即薄壓縮層情況下，將會發(fā)生應力集中的現(xiàn)象，而軟弱土層上有一層壓縮性較低的土層即硬殼層情況中則將發(fā)生應力擴散現(xiàn)象，這些情況目前的附加應力計算方法都還無法考慮進去。 第四章第四章 土的壓縮性和地基沉降計算土的壓縮性和地基沉降計算主要內容n4.1 土的壓縮性n4.2 地基沉降計算n4

33、.3 飽和土滲流固結理論n4.4 沉降觀測與地基容許變形土的壓縮性土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性是指土在壓力作用下體積縮小的特性. .壓縮量的組成壓縮量的組成n固體顆粒的壓縮固體顆粒的壓縮n土中水的壓縮土中水的壓縮n空氣的排出空氣的排出n水的排出水的排出占總壓縮量的占總壓縮量的1/400不到，不到，忽略不計忽略不計壓縮量主要組成部分壓縮量主要組成部分說明：說明：土的壓縮被認為只是由于孔隙體積減小的結果土的壓縮被認為只是由于孔隙體積減小的結果無黏性土無黏性土黏性土黏性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出壓縮

34、穩(wěn)定需要很長一段時間壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間土的固結：土的固結：土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程 1.壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a土體在側限條件下孔隙比減少量與豎向壓土體在側限條件下孔隙比減少量與豎向壓應應力增量的比值力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe- -p曲線曲線pe利用單位壓力增量所引起利用單位壓力增量所引起得孔隙比改變表征土的壓得孔隙比改變表征土的壓縮性高低縮性高低pea d d在壓縮曲線中，實際采在壓縮曲線中，實際采用割線斜率表示土的壓用割線斜率表示土的壓縮性縮性1221 ppeepea規(guī)范規(guī)范用用p1100kPa、 p2200kPa

35、對應的壓縮系數(shù)對應的壓縮系數(shù)a1-2評價土的壓縮性評價土的壓縮性n a1-20.1MPa-1低壓縮性土低壓縮性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中壓縮性土中壓縮性土n a1-20.5MPa-1高壓縮性土高壓縮性土1221 ppeepea斜斜率率 2.壓縮模量壓縮模量Es土在土在側限側限條件下豎向壓應力與豎向總應變的比值，或稱為條件下豎向壓應力與豎向總應變的比值，或稱為側限模量側限模量aeEs11說明：說明：土的壓縮模量土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數(shù)與土的的壓縮系數(shù)a成反比，成反比， Es愈愈大，大， a愈小，土的壓縮性愈低愈小，土的壓縮性愈低n3.變形模量變形模量E0土在土在無側限

36、無側限條件下豎向壓應力與豎向總應變的比值。條件下豎向壓應力與豎向總應變的比值。變形模量與壓縮變形模量與壓縮模量之間關系模量之間關系sEE0其中其中1212土的泊松比，土的泊松比，一般一般00.5之間之間第二節(jié)第二節(jié) 地基沉降計算地基沉降計算一、分層總和法一、分層總和法地基最終沉降量：地基變形穩(wěn)定后基礎底面的沉降地基最終沉降量：地基變形穩(wěn)定后基礎底面的沉降量量1.基本假設基本假設n地基是均質、各向同性的半無限線性地基是均質、各向同性的半無限線性變形體，可按彈性理論計算土中應力變形體，可按彈性理論計算土中應力n在壓力作用下，地基土不產生側向變在壓力作用下，地基土不產生側向變形，可采用側限條件下的壓

37、縮性指標形，可采用側限條件下的壓縮性指標 為了彌補假定為了彌補假定所引起誤差，取所引起誤差，取基底中心點下的基底中心點下的附加應力進行計附加應力進行計算，以基底中點算，以基底中點的沉降代表基礎的沉降代表基礎的平均沉降的平均沉降2.單一壓縮土層的沉降計算單一壓縮土層的沉降計算n在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布荷載，豎向應力增加，孔隙比相應減荷載，豎向應力增加，孔隙比相應減小，土層產生壓縮變形，沒有側向變小，土層產生壓縮變形，沒有側向變形。形。單一壓縮土層的沉降計算單一壓縮土層的沉降計算n在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布荷載，豎向應力增加，在一定均勻厚度土層上施加連

38、續(xù)均布荷載，豎向應力增加，孔隙比相應減小，土層產生壓縮變形，沒有側向變形?？紫侗认鄳獪p小，土層產生壓縮變形，沒有側向變形。p可壓縮土層可壓縮土層H2H1s土層豎向應力由土層豎向應力由p1增加到增加到p2，引，引起孔隙比從起孔隙比從e1減小到減小到e2，豎向應，豎向應力增量為力增量為p1121211HeeeHHs 1221ppeep e a 111211HEpH)pp(eass 分層總和分層總和n分別計算基礎中心點下地基中各個分層土的壓縮變形量Si,基礎的平均沉降量S等于Si的總和1221111111_1()11nnnniiiiiiiiiiiiiiiisinziiisieeapppsshhhee

39、EhEe1i由第i層的自重應力均值從土的壓縮曲線上得到的相應孔隙比 e2i由第i層的自重應力均值與附加應力均值之和從土的壓縮曲線上得到的相應孔隙比11ziisiziieEa1221 iiiieeeappp 單向壓縮分層總和法計算步驟單向壓縮分層總和法計算步驟n1.1.繪制基礎中心點下地基中自重應力和附加應力分布曲繪制基礎中心點下地基中自重應力和附加應力分布曲線線n2.2.確定地基沉降計算深度確定地基沉降計算深度n3.3.確定沉降計算深度范圍內的分層界面確定沉降計算深度范圍內的分層界面n4.4.計算各分層沉降量計算各分層沉降量n5.5.計算基礎最終沉降量計算基礎最終沉降量繪制基礎中心點下地基中自

40、繪制基礎中心點下地基中自重應力和附加應力分布曲線重應力和附加應力分布曲線n確定基礎沉降計算深度確定基礎沉降計算深度 一般取附加應力與自重應力一般取附加應力與自重應力的比值為的比值為20處，即處，即z=0.2c處的深度作為沉降計算深度的處的深度作為沉降計算深度的下限下限n確定地基分層確定地基分層1.1.不同土層的分界面與地下水位不同土層的分界面與地下水位面為天然層面面為天然層面2.2.每層厚度每層厚度hi 0.4bn計算各分層沉降量計算各分層沉降量 根據(jù)自重應力、附加應力曲線、根據(jù)自重應力、附加應力曲線、e- -p壓縮曲線計算任一分層沉降量壓縮曲線計算任一分層沉降量 對于軟土，應該取對于軟土，應

41、該取z=0.2c處，若沉降深度范圍內存在基處，若沉降深度范圍內存在基巖時，計算至基巖表面為止巖時，計算至基巖表面為止n計算基礎最終沉降量計算基礎最終沉降量iiiiiheees1211niiss1d地基沉降計算深度地基沉降計算深度c線線z線線二、二、規(guī)范規(guī)范法法n由由建筑地基基礎設計規(guī)范建筑地基基礎設計規(guī)范（GB500072002）提出提出n分層總和法的另一種形式分層總和法的另一種形式n沿用分層總和法的假設，并引入平均附加應力系數(shù)和地沿用分層總和法的假設，并引入平均附加應力系數(shù)和地基沉降計算經驗系數(shù)基沉降計算經驗系數(shù) 均質地基土，在側限條件下，壓縮模量均質地基土，在側限條件下，壓縮模量Es不隨深

42、度而變，不隨深度而變，從基底至深度從基底至深度z的壓縮量為的壓縮量為szzszszEAdzEdzEs001附加應力面積附加應力面積深度深度z范圍內的范圍內的附加應力面積附加應力面積dzAzz0附加應力通附加應力通式式z=K p0代入代入引入平均附引入平均附加應力系數(shù)加應力系數(shù)zpAzKdzz00因此附加應力因此附加應力面積表示為面積表示為zpA0sEzps0因此因此zKdzp00利用附加應力面積利用附加應力面積A的等代值計算地基任意深度范圍內的的等代值計算地基任意深度范圍內的沉降量，因此第沉降量，因此第i層沉降量為層沉降量為)(11011iiiisisiiiiiizzEpEAAsss根據(jù)分層總

43、和法基本原理可得成根據(jù)分層總和法基本原理可得成層地基最終沉降量的基本公式層地基最終沉降量的基本公式zi-1地基沉降計算深度地基沉降計算深度znzizzi-153 4612b12345612ip0i-1p0p0p0第第n層層第第i層層zi)(11101iiiinisiniizzEpssAiAi-1地基沉降計算深度地基沉降計算深度zn應該滿足的條件應該滿足的條件)(1110iiiinisisszzEpsszi、zi-1基礎底面至第基礎底面至第i層土、第層土、第i-1層土底面的距離層土底面的距離(m)i、i-1基礎底面至第基礎底面至第i層土、第層土、第i-1層土底面范圍內平層土底面范圍內平均附加應力

44、系數(shù)均附加應力系數(shù)niinss1025.0 當確定沉降計算深度下有軟弱土層時，尚應向下繼續(xù)計當確定沉降計算深度下有軟弱土層時，尚應向下繼續(xù)計算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計算沉降量也滿足上算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計算沉降量也滿足上式，若計算深度范圍內存在基巖，式，若計算深度范圍內存在基巖，zn可取至基巖表面為止可取至基巖表面為止 當無相鄰荷載影響，基礎寬度在當無相鄰荷載影響，基礎寬度在130m范圍內，基礎中范圍內，基礎中點的地基沉降計算深度可以按簡化公式計算點的地基沉降計算深度可以按簡化公式計算)ln4 .05 .2(bbzn 為了提高計算精度，地基沉降量乘以一個沉降計算經驗為了提高

45、計算精度，地基沉降量乘以一個沉降計算經驗系數(shù)系數(shù)s，可以查有關系數(shù)表得到，可以查有關系數(shù)表得到地基最終沉降地基最終沉降量修正公式量修正公式沉降分析中的若干問題沉降分析中的若干問題pe彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形adbcb 壓縮曲線壓縮曲線回彈曲線回彈曲線再壓縮曲線再壓縮曲線n1.1.土的卸荷回彈曲線不與原土的卸荷回彈曲線不與原壓縮曲線重合，說明土不是壓縮曲線重合，說明土不是完全彈性體，其中有一部分完全彈性體，其中有一部分為不能恢復的塑性變形為不能恢復的塑性變形n2.2.土的再壓縮曲線比原壓縮土的再壓縮曲線比原壓縮曲線斜率要小得多，說明土曲線斜率要小得多，說明土經過壓縮后，卸荷再壓縮時，經過

46、壓縮后，卸荷再壓縮時，其壓縮性明顯降低其壓縮性明顯降低n2.黏性土沉降的三個組成部分黏性土沉降的三個組成部分scdssssn1.1.sd 瞬時沉降瞬時沉降n2.2.sc 固結沉降固結沉降n3.3. ss 次固結沉降次固結沉降土的應力歷史對土的壓縮性的影響土的應力歷史對土的壓縮性的影響土的應力歷史：土的應力歷史：土體在歷史上曾經受到過的應力狀態(tài)土體在歷史上曾經受到過的應力狀態(tài)先期固結壓力先期固結壓力pc ：土在其生成歷史中曾受過的最大有土在其生成歷史中曾受過的最大有效固結壓力效固結壓力討論：討論：對試樣施加壓力對試樣施加壓力p時，壓縮曲線形狀時，壓縮曲線形狀ppc正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量

47、大正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量大 土層的先期固結壓力對其固結程度土層的先期固結壓力對其固結程度和壓縮性有明顯的影響，用先期固結和壓縮性有明顯的影響，用先期固結壓力壓力pc與現(xiàn)時的土壓力與現(xiàn)時的土壓力p0的比值描述的比值描述土層的應力歷史，將黏性土進行分類土層的應力歷史，將黏性土進行分類超固結比超固結比OCROCRn1.1.正常固結土正常固結土先期固結壓力等于現(xiàn)時的土壓力先期固結壓力等于現(xiàn)時的土壓力pcp1，OCR=1n2.2.超固結土超固結土先期固結壓力大于現(xiàn)時的土壓力先期固結壓力大于現(xiàn)時的土壓力pcp1，OCR1 1n3.3.欠固結土欠固結土先期固結壓力小于現(xiàn)時的土壓力先期固結壓力小于現(xiàn)

48、時的土壓力pcp1，OCR1 1 土層的先期固結壓力對其固結程度和壓縮性有土層的先期固結壓力對其固結程度和壓縮性有明顯的影響，用明顯的影響，用先期固結壓力先期固結壓力pc與現(xiàn)時的土壓力與現(xiàn)時的土壓力p1的比值的比值描述土層的應力歷史，將黏性土進行分類描述土層的應力歷史，將黏性土進行分類飽和土的一維固結理論基本假定飽和土的一維固結理論基本假定n1.1.土層是均質的、完全飽和的土層是均質的、完全飽和的n2.2.土的壓縮完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n3.3.土的壓縮和排水僅在豎直方向發(fā)生土的壓縮和排水僅在豎直方向發(fā)生n4.4.土中水的滲流服

49、從達西定律土中水的滲流服從達西定律n5.5.在滲透固結過程中，土的滲透系數(shù)在滲透固結過程中，土的滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)和壓縮系數(shù)a視為常數(shù)視為常數(shù)n6.6.外荷一次性施加外荷一次性施加n微分方程及解析解微分方程及解析解根據(jù)根據(jù)水流連續(xù)性原理、達西定律和有效應力原理水流連續(xù)性原理、達西定律和有效應力原理，建立固，建立固結微分方程結微分方程tuzucv22cv土的固結系數(shù)，土的固結系數(shù)，m/ /年年aekcv)1 (1滲透固結前滲透固結前土的孔隙比土的孔隙比其中：其中：k土的土的滲透系數(shù)，滲透系數(shù)，m/ /年年地基固結度地基固結度地基固結度：地基固結度：地基固結過程中任一時刻地基固結過程中任一時刻t

50、的固結沉降量的固結沉降量sct與其最終固結沉降量與其最終固結沉降量sc之比之比cctssU說明：說明： n在壓縮應力、土層性質和排水條件等已定的情況下，在壓縮應力、土層性質和排水條件等已定的情況下，U僅是僅是時間時間t的函數(shù)的函數(shù)n豎向排水情況，固結沉降與有效應力成正比，因此在某一時豎向排水情況，固結沉降與有效應力成正比，因此在某一時刻有效應力圖面積和最終有效應力圖面積之比值即為豎向排水的刻有效應力圖面積和最終有效應力圖面積之比值即為豎向排水的平均固結度平均固結度UzHzHztZdzdzutU001)()(有有效效應應力力面面積積有有效效應應力力面面積積各種情況下地基固結度的求解各種情況下地基

51、固結度的求解地基固結度基本表達式中的地基固結度基本表達式中的Uz隨地基所受附加應力和排水條件不隨地基所受附加應力和排水條件不同而不同，因此在計算固結度與時間的關系時也應區(qū)別對待同而不同，因此在計算固結度與時間的關系時也應區(qū)別對待n1.1.適用于地基土在其自重作用下已固結完成，基底面積很大而壓縮適用于地基土在其自重作用下已固結完成，基底面積很大而壓縮土層又較薄的情況土層又較薄的情況n2.2.適用于土層在其自重作用下未固結，土的自重應力等于附加應力適用于土層在其自重作用下未固結，土的自重應力等于附加應力n3.3.適用于地基土在自重作用已固結完成，基底面積較小，壓縮土層適用于地基土在自重作用已固結完

52、成，基底面積較小，壓縮土層較厚，外荷在壓縮土層的底面引起的附加應力已接近于零較厚，外荷在壓縮土層的底面引起的附加應力已接近于零n4.4.視為視為1、2種附加應力分布的疊加種附加應力分布的疊加n5.5.視為視為1、3種附加應力分布的疊加種附加應力分布的疊加1 12 23 34 45 5H 利用壓縮層透水面上壓縮利用壓縮層透水面上壓縮應力與不透水面上壓縮應力應力與不透水面上壓縮應力之比，繪制固結度與時間因之比，繪制固結度與時間因素曲線，確定相應固結度素曲線，確定相應固結度透水面上的壓縮應力透水面上的壓縮應力不透水面上的壓縮應力不透水面上的壓縮應力飽和土的太沙基一維固結理論考慮的主要因素有那些飽和土

53、的太沙基一維固結理論考慮的主要因素有那些？ 主要有土層的厚度、排水條件、滲滲透系數(shù)和固結時間等因素。主要有土層的厚度、排水條件、滲滲透系數(shù)和固結時間等因素。太沙基的有效應力原理與實際情況差別有多大？太沙基的有效應力原理與實際情況差別有多大？ 實際工程中的土中滲流問題一般都是三維問題，而且土的滲實際工程中的土中滲流問題一般都是三維問題，而且土的滲透系數(shù)在豎向與水平方向的差別也比較大，故在地基固結問透系數(shù)在豎向與水平方向的差別也比較大，故在地基固結問題中采用三維固結理論考慮滲流的空間效應非常重要。但三題中采用三維固結理論考慮滲流的空間效應非常重要。但三維固結理論計算方法復雜，計算參數(shù)也很難獲得，給

54、實際使維固結理論計算方法復雜，計算參數(shù)也很難獲得，給實際使用帶來了困難。在通常的地基固結中，按一維有側限應力狀用帶來了困難。在通常的地基固結中，按一維有側限應力狀態(tài)考慮采用太沙基的有效應力原理進行分析計算雖然有誤差，態(tài)考慮采用太沙基的有效應力原理進行分析計算雖然有誤差，但在目前條件下借助一定經驗判斷還是非常有效的。但在目前條件下借助一定經驗判斷還是非常有效的。 固結度的物理意義是什么？固結度的物理意義是什么？ 地基土的固結度是指土中地基土的固結度是指土中超孔隙水壓力超孔隙水壓力隨著時間的推移隨著時間的推移而而消散消散的程度。的程度。 固結度越大，超孔隙水壓力減小越多而土層中的有效應固結度越大，超孔隙水壓力減小越多而土層中的有效應力增加越多。故將其定義為土層在固結過程中，力增加越多。故將其定義為土層在固結過程中，t t時刻時刻土層各點土骨架承擔的有效應力圖面積與起始超孔隙水土層各點土骨架承擔的有效應力圖面積與起始超孔隙水壓力（或附加應力）圖面積之比。壓力（或附加應力）圖面積之比。 土的應力歷史對土的壓縮性有何影響土的應力歷史對土的壓縮性有何影響 在同等壓力下，欠固結土的壓縮性最大，而土層的超在同等壓力下，欠固結土的壓