《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》PPT課件

1、 土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié)第一節(jié) 土的物理性質(zhì)及分類土的物理性質(zhì)及分類 1 11 1 概概 述述1 1土的定義：土的定義： 土是連續(xù)，堅(jiān)固的巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸土是連續(xù)，堅(jiān)固的巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒，經(jīng)過(guò)不同的搬運(yùn)方式，在各種自然環(huán)境中殊的顆粒，經(jīng)過(guò)不同的搬運(yùn)方式，在各種自然環(huán)境中生成的沉積物。生成的沉積物。2 2 土的三相組成：土的三相組成： 土的物質(zhì)成分包括有作為土骨架的固態(tài)礦物顆粒、土的物質(zhì)成分包括有作為土骨架的固態(tài)礦物顆粒、孔隙中的水及其溶解物質(zhì)以及氣體。因此，土是由顆孔隙中的水及其溶解物質(zhì)以及氣體。因此，土是由顆粒粒( (固相固相) )、水、水( (

2、液相液相) )和氣和氣( (氣相氣相) )所組成的三相體系。所組成的三相體系。 一一 土的固體顆粒土的固體顆粒 土中的固體顆粒土中的固體顆粒( (簡(jiǎn)稱土粒簡(jiǎn)稱土粒) )的大小和形狀、礦物成分的大小和形狀、礦物成分及其組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。及其組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。 ( (一一) ) 土的顆粒級(jí)配土的顆粒級(jí)配 在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒組成在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒組成的。的。 土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí)，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí)，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化，例如土的性質(zhì)隨著粒徑的變細(xì)可由無(wú)粘性變生變化，例如土

3、的性質(zhì)隨著粒徑的變細(xì)可由無(wú)粘性變化到有粘性?；接姓承?。 將土中各種不同粒徑的土粒，按適當(dāng)?shù)牧椒秶?，分將土中各種不同粒徑的土粒，按適當(dāng)?shù)牧椒秶?，分為若干粒組，各個(gè)粒組隨著分界尺寸的不同而呈現(xiàn)出為若干粒組，各個(gè)粒組隨著分界尺寸的不同而呈現(xiàn)出一定質(zhì)的變化。劃分粒組的分界尺一定質(zhì)的變化。劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。寸稱為界限粒徑。 表表2-12-1提提供的是一種常用的土粒粒組的劃分方法。供的是一種常用的土粒粒組的劃分方法。表中根據(jù)界限粒徑表中根據(jù)界限粒徑200200、2020、2 2、0 00505和和0 0005mm005mm把把土粒分為六大粒組：漂石土粒分為六大粒組：漂石 塊石塊石) )

4、顆粒、卵石顆粒、卵石( (碎石碎石) )顆粒、圓礫顆粒、圓礫( (角礫角礫) )顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。 土粒的大小及其組成情況，通常以土中各個(gè)粒土粒的大小及其組成情況，通常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量組的相對(duì)含量( (各粒組占土?？偭康陌俑髁＝M占土?？偭康陌?分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)) )來(lái)表來(lái)表示，稱為土的顆粒級(jí)配。示，稱為土的顆粒級(jí)配。 顆粒分析試驗(yàn)：篩分法顆粒分析試驗(yàn)：篩分法；沉重分析法；沉重分析法 顆粒分析實(shí)驗(yàn)顆粒分析實(shí)驗(yàn)n篩分法試驗(yàn)是將風(fēng)干、分散的代表性土樣通過(guò)一篩分法試驗(yàn)是將風(fēng)干、分散的代表性土樣通過(guò)一套自上而下孔徑由大到小的標(biāo)準(zhǔn)篩（例如套自上而下孔徑由大到小的標(biāo)準(zhǔn)篩（例如6

5、0mm60mm、20mm20mm、0.5mm0.5mm、0.25mm0.25mm、 0.1mm0.1mm、0.075mm0.075mm ），），稱出留在各個(gè)篩子上的土干重，即可求得各個(gè)粒稱出留在各個(gè)篩子上的土干重，即可求得各個(gè)粒組的相對(duì)含量。組的相對(duì)含量。n根據(jù)顆粒大小分析試驗(yàn)成果，可以繪制顆粒級(jí)根據(jù)顆粒大小分析試驗(yàn)成果，可以繪制顆粒級(jí)配累積曲線配累積曲線n由曲線的坡度可判斷土的均勻程度；有效粒徑；由曲線的坡度可判斷土的均勻程度；有效粒徑；限定粒徑。限定粒徑。 利用顆粒級(jí)配累積曲線可以確定土粒的級(jí)配指標(biāo)，利用顆粒級(jí)配累積曲線可以確定土粒的級(jí)配指標(biāo)，如與的比值稱為不均勻系數(shù)：如與的比值稱為不均勻

6、系數(shù)： 又如曲率系數(shù)用下式表示：又如曲率系數(shù)用下式表示： 不均勻系數(shù)不均勻系數(shù) 反映大小不同粒組的分布情況，越反映大小不同粒組的分布情況，越大表示土粒大小的分布范圍越大，其級(jí)配越良好，作大表示土粒大小的分布范圍越大，其級(jí)配越良好，作為填方工程的土料時(shí)，則比較容易獲得較大的密實(shí)為填方工程的土料時(shí)，則比較容易獲得較大的密實(shí)度曲率系數(shù)描寫(xiě)的是累積曲線的分布范圍，反映曲度曲率系數(shù)描寫(xiě)的是累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。線的整體形狀。 顆粒級(jí)配可在一定程度上反映土的某些性質(zhì)。顆粒級(jí)配可在一定程度上反映土的某些性質(zhì)。1060ddCu6010230dddCc沉降分析法n沉降分析法有密度法（比重計(jì)法）

7、、移液管法等。n密度計(jì)法，是將一定量的土樣（粒徑0.075mm）放在量筒中，然后加蒸餾水，經(jīng)過(guò)攪拌，使土的大小顆粒在水中均勻分布，當(dāng)土粒在液體中靠自重下沉?xí)r，較大的顆粒下沉較快，而較小的顆粒下沉則較慢。讓土粒沉降過(guò)程中，用密度計(jì)測(cè)出在懸液中對(duì)應(yīng)于不同時(shí)間的不同懸液密度，根據(jù)密度計(jì)讀數(shù)和土粒的下沉?xí)r間，就可計(jì)算出粒徑小于某一粒徑d（mm）的顆粒占土樣的百分?jǐn)?shù)。 ( (二二) )土粒的礦物成分土粒的礦物成分 土粒的礦物成分主要決定于母巖的成分及其所經(jīng)受的土粒的礦物成分主要決定于母巖的成分及其所經(jīng)受的風(fēng)化作用。不同的礦物成分對(duì)土的性質(zhì)有著不同的影響，風(fēng)化作用。不同的礦物成分對(duì)土的性質(zhì)有著不同的影響，

8、其中以細(xì)粒組的礦物成分尤為重要其中以細(xì)粒組的礦物成分尤為重要 。 1 1、六大粒組的礦物成分、六大粒組的礦物成分 漂石、卵石、圓礫等粗大顆粒；砂粒；粉粒；粘粒。漂石、卵石、圓礫等粗大顆粒；砂粒；粉粒；粘粒。 2 2、粘土礦物的比表面粘土礦物的比表面 由于粘土礦物是很細(xì)小的扁平顆粒，顆粒表面具有很由于粘土礦物是很細(xì)小的扁平顆粒，顆粒表面具有很強(qiáng)的與水相互作用的能力，表面積愈大，這種能力就愈強(qiáng)。強(qiáng)的與水相互作用的能力，表面積愈大，這種能力就愈強(qiáng)。粘土礦物表面積的相對(duì)大小可以用單位體積粘土礦物表面積的相對(duì)大小可以用單位體積( (或質(zhì)量或質(zhì)量) )的顆的顆?？偙砻娣e?？偙砻娣e( (稱為比表面稱為比表面

9、) )來(lái)表示。來(lái)表示。 由于土粒大小不同而造成比表面數(shù)值上的巨大變化，由于土粒大小不同而造成比表面數(shù)值上的巨大變化，必然導(dǎo)致土的性質(zhì)的突變，所以，土粒大小對(duì)土的性質(zhì)起必然導(dǎo)致土的性質(zhì)的突變，所以，土粒大小對(duì)土的性質(zhì)起著重要的作用。著重要的作用。 二、土中的水和氣二、土中的水和氣 (一一)土中水土中水 在自然條件下，土中總是含水的。土中水可以處于液在自然條件下，土中總是含水的。土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)。態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)。 存在于土中的液態(tài)水可分為結(jié)合水和自由水兩大類：存在于土中的液態(tài)水可分為結(jié)合水和自由水兩大類： 1結(jié)合水結(jié)合水 結(jié)合水是指受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。結(jié)合水是指受電

10、分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。這種電分子吸引力高達(dá)幾千到這種電分子吸引力高達(dá)幾千到 幾萬(wàn)個(gè)大氣壓，使水分子幾萬(wàn)個(gè)大氣壓，使水分子和土粒表面牢固地粘結(jié)在一起。和土粒表面牢固地粘結(jié)在一起。 由于土粒由于土粒(礦物顆粒礦物顆粒)表面一般帶有負(fù)電荷，圍繞土粒表面一般帶有負(fù)電荷，圍繞土粒形成電場(chǎng)，在土粒電場(chǎng)范圍內(nèi)的水分子和水溶液中的陽(yáng)離形成電場(chǎng)，在土粒電場(chǎng)范圍內(nèi)的水分子和水溶液中的陽(yáng)離子子(如如Na、Ca”、A1”等等)一起吸附在土粒表面。因?yàn)樗忠黄鹞皆谕亮１砻?。因?yàn)樗肿邮菢O性分子子是極性分子(氫原子端顯正電荷，氧原子端顯負(fù)電荷氫原子端顯正電荷，氧原子端顯負(fù)電荷)，它被土粒表面電荷或水溶液中離

11、子電荷的吸引而定向排列它被土粒表面電荷或水溶液中離子電荷的吸引而定向排列(圖圖113)。 雙電子層雙電子層 (1)強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水 強(qiáng)結(jié)合水是指緊靠土粒表面的結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水是指緊靠土粒表面的結(jié)合水 (2)弱結(jié)合水弱結(jié)合水 弱結(jié)合水緊靠于強(qiáng)結(jié)合水的外圍形成一層結(jié)合弱結(jié)合水緊靠于強(qiáng)結(jié)合水的外圍形成一層結(jié)合水膜。水膜。 2自由水自由水 自由水是存在于土粒表面電場(chǎng)影響范圍以外的自由水是存在于土粒表面電場(chǎng)影響范圍以外的水。它的性質(zhì)和普通水一樣，能傳遞靜水壓力，冰水。它的性質(zhì)和普通水一樣，能傳遞靜水壓力，冰點(diǎn)為點(diǎn)為0，有溶解能力。，有溶解能力。 自由水按其移動(dòng)所受作用力的不同，可以分為自由水按其移動(dòng)所受作

12、用力的不同，可以分為重力水和毛細(xì)水。重力水和毛細(xì)水。 n(1)重力水重力水n 重力水是存在于地下水位以下的透水層中的地下重力水是存在于地下水位以下的透水層中的地下水，它是在重力或壓力差作用下運(yùn)動(dòng)的自由水，對(duì)土水，它是在重力或壓力差作用下運(yùn)動(dòng)的自由水，對(duì)土粒有浮力作用。粒有浮力作用。n (2)毛細(xì)水毛細(xì)水n 毛細(xì)水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自毛細(xì)水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自n由水。毛細(xì)水存在于地下水位以上的透水土層中。毛由水。毛細(xì)水存在于地下水位以上的透水土層中。毛細(xì)水按其與地下水面是否聯(lián)系可分為毛細(xì)懸掛水細(xì)水按其與地下水面是否聯(lián)系可分為毛細(xì)懸掛水(與與地下水無(wú)直接聯(lián)系地下

13、水無(wú)直接聯(lián)系)和毛細(xì)上升水和毛細(xì)上升水(與地下水相連與地下水相連)兩種。兩種。 當(dāng)土孔隙中局部存在毛細(xì)水時(shí)，毛細(xì)水的彎液當(dāng)土孔隙中局部存在毛細(xì)水時(shí)，毛細(xì)水的彎液面和土粒接觸處的表面引力反作用于土粒上，使土面和土粒接觸處的表面引力反作用于土粒上，使土粒之間由于這種毛細(xì)壓力而擠緊粒之間由于這種毛細(xì)壓力而擠緊(圖圖114)，土因而，土因而具有微弱的粘聚力，稱為毛細(xì)粘聚力。具有微弱的粘聚力，稱為毛細(xì)粘聚力。 (二二)土中氣土中氣 土中的氣體存在于土孔隙中未被水所占據(jù)的部位。土中的氣體存在于土孔隙中未被水所占據(jù)的部位。 三三 、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 土的結(jié)構(gòu)是指由土粒單元的大小、形狀、相互排土

14、的結(jié)構(gòu)是指由土粒單元的大小、形狀、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。一般分為列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。一般分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)三種基本類型單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)三種基本類型。 在同一土層中的物質(zhì)成分和顆粒大小等都相近在同一土層中的物質(zhì)成分和顆粒大小等都相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征稱為土的構(gòu)造，土的各部分之間的相互關(guān)系的特征稱為土的構(gòu)造，土的構(gòu)造最主要特征就是成層性即層理構(gòu)造。土的構(gòu)的構(gòu)造最主要特征就是成層性即層理構(gòu)造。土的構(gòu)造的另一特征是土的裂隙性。造的另一特征是土的裂隙性。 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)土土的三相比例指標(biāo)的三相比例指標(biāo) 上節(jié)介紹了土的組上節(jié)介紹了土

15、的組成，特別是土顆粒的成，特別是土顆粒的粒組和礦物成分，是粒組和礦物成分，是從本質(zhì)方面了解土的從本質(zhì)方面了解土的性質(zhì)的根據(jù)。但是為性質(zhì)的根據(jù)。但是為了對(duì)土的基本物理性了對(duì)土的基本物理性質(zhì)有所了解，還需要質(zhì)有所了解，還需要對(duì)土的三相對(duì)土的三相土粒土粒(固相固相)、土中水、土中水(液相液相)和土中氣和土中氣(氣相氣相)的組成的組成情況進(jìn)行數(shù)量上的研情況進(jìn)行數(shù)量上的研究。究。土的三相比例指標(biāo)：土粒比重、含水量、密度、干密度、土的三相比例指標(biāo)：土粒比重、含水量、密度、干密度、飽和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、飽和度。飽和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、飽和度。n某飽和土體，重度=20KN/M3,土粒

16、比重Gs=2.6.求干重度。n 土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo) 無(wú)粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切無(wú)粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，呈密實(shí)狀態(tài)時(shí)，強(qiáng)度較大，可作為良的關(guān)系，呈密實(shí)狀態(tài)時(shí)，強(qiáng)度較大，可作為良好的天然地基，呈松散狀態(tài)時(shí)，則是不良地好的天然地基，呈松散狀態(tài)時(shí)，則是不良地基。基。 以下介以下介紹幾種判別無(wú)粘性土的密實(shí)度的方紹幾種判別無(wú)粘性土的密實(shí)度的方法：法： 1 1、按天然孔隙比、按天然孔隙比e e判別。判別。 2 2、按標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)、按標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N N劃分劃分 3 3、碎石土密實(shí)度按重型動(dòng)力觸探擊數(shù)劃分、碎石土密實(shí)度按重型動(dòng)力觸探擊數(shù)劃分 4 4、碎石土密實(shí)度的野外

17、鑒別、碎石土密實(shí)度的野外鑒別n標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種在現(xiàn)場(chǎng)用63.5KG的穿心錘，以76cm的落距自由落下，將一定規(guī)格的帶有小型取土筒的標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中，記錄打入30cm的錘擊數(shù)（即標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N），以此評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)的原位試驗(yàn)粘粘性土的物理特征性土的物理特征 一一 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量 粘性土由于其含水量的不同，而分別處于固態(tài)、粘性土由于其含水量的不同，而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動(dòng)狀態(tài)半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動(dòng)狀態(tài) 粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，叫做界限含水量。量，叫做界限含水量。 我國(guó)目前以聯(lián)合法測(cè)定液限和塑限我國(guó)

18、目前以聯(lián)合法測(cè)定液限和塑限 二、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)二、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù) 1 1、塑性指數(shù)是指液限和塑限的差值、塑性指數(shù)是指液限和塑限的差值( (省去符號(hào)省去符號(hào)) )，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。 plpIww 塑性指數(shù)的大小與土中結(jié)合水的含量有關(guān)塑性指數(shù)的大小與土中結(jié)合水的含量有關(guān) 2、液性指數(shù)是指粘性土的天然含水量和塑限的差液性指數(shù)是指粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比。值與塑性指數(shù)之比。 ppllppwwwwIwwI 用用液性指數(shù)可表示粘性土的軟硬狀態(tài)，見(jiàn)液性指數(shù)可表示粘性土的軟硬狀態(tài)，見(jiàn)表表2-8和和2-9地基土的工程

19、分類一、建筑地基土的分類1、按地質(zhì)成因，土可分為：殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、湖積土、海積土、淤積土、風(fēng)積土和冰積土等。2、按顆粒級(jí)配和塑性指標(biāo)劃分 土按顆粒級(jí)配和塑性指數(shù)分為碎石土、砂土、粉土和黏性土四大類。具體見(jiàn)表2-10,2-11, 2-12。3、其他劃分方法。二、公路橋涵地基土的分類。土中應(yīng)力土中應(yīng)力 概述概述 土體在自身重力或外部荷載的作用下均產(chǎn)生土中應(yīng)力。土體在自身重力或外部荷載的作用下均產(chǎn)生土中應(yīng)力。 土中應(yīng)力按其起因可分為自重應(yīng)力和附加應(yīng)力兩種。土中應(yīng)力按其起因可分為自重應(yīng)力和附加應(yīng)力兩種。自重應(yīng)力是指土體在自身重力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力，土自重應(yīng)力是指土體在自身重力作用下產(chǎn)生的

20、應(yīng)力，土中附加應(yīng)力是引起土體變形甚至破壞的主要原因。中附加應(yīng)力是引起土體變形甚至破壞的主要原因。 2 22 2 土中自重應(yīng)力土中自重應(yīng)力 在計(jì)算土中自重應(yīng)力時(shí)，假設(shè)天然地面是一個(gè)無(wú)限在計(jì)算土中自重應(yīng)力時(shí)，假設(shè)天然地面是一個(gè)無(wú)限大的水平面，因而在任意豎直面和大的水平面，因而在任意豎直面和 水平面上均無(wú)剪水平面上均無(wú)剪應(yīng)力存在。可取作用于該水平面上任一單位面積的土應(yīng)力存在。可取作用于該水平面上任一單位面積的土柱體自重計(jì)算柱體自重計(jì)算( (圖圖2 22)2)，即：，即： 地地基中除有作用于水平面上的豎向自重應(yīng)力外，在基中除有作用于水平面上的豎向自重應(yīng)力外，在豎直面上還作用有水平向的側(cè)向自豎直面上還作

21、用有水平向的側(cè)向自 重應(yīng)力。由于沿重應(yīng)力。由于沿任一水平面上均勻地?zé)o限分布，所以地基土在自重作任一水平面上均勻地?zé)o限分布，所以地基土在自重作用下只能產(chǎn)生豎用下只能產(chǎn)生豎 向變形，而不能有側(cè)向變形和剪切向變形，而不能有側(cè)向變形和剪切形。形。 czz 必須指出，只有通過(guò)土粒接觸點(diǎn)傳遞必須指出，只有通過(guò)土粒接觸點(diǎn)傳遞的粒間應(yīng)力，才能使土粒彼此擠緊，從而的粒間應(yīng)力，才能使土粒彼此擠緊，從而引起土體的變形，而且粒間應(yīng)力又是影響引起土體的變形，而且粒間應(yīng)力又是影響土體強(qiáng)度的土體強(qiáng)度的個(gè)重要因素，所以粒間應(yīng)力個(gè)重要因素，所以粒間應(yīng)力又稱為有效應(yīng)力。因此，土中自重應(yīng)力可又稱為有效應(yīng)力。因此，土中自重應(yīng)力可定義

22、為土自身有效重力在土體中引起的應(yīng)定義為土自身有效重力在土體中引起的應(yīng)力。土中豎向和側(cè)向的自重應(yīng)力一般均指力。土中豎向和側(cè)向的自重應(yīng)力一般均指有效自重應(yīng)力。有效自重應(yīng)力。 地基土往往是成層的，成層土自重應(yīng)力的計(jì)算公式：地基土往往是成層的，成層土自重應(yīng)力的計(jì)算公式：1nciiih 自然界中的天然土層，一般形成至今已有很長(zhǎng)的地自然界中的天然土層，一般形成至今已有很長(zhǎng)的地質(zhì)年代，它在自重作用下的變形早巳穩(wěn)定。但對(duì)于近期質(zhì)年代，它在自重作用下的變形早巳穩(wěn)定。但對(duì)于近期沉積或堆積的土層，應(yīng)考慮它在自應(yīng)力作用下的變形。沉積或堆積的土層，應(yīng)考慮它在自應(yīng)力作用下的變形。此外，地下水位的升降會(huì)引起土中自重應(yīng)力的變

23、化此外，地下水位的升降會(huì)引起土中自重應(yīng)力的變化( (圖圖2 24)4)。 n某建筑場(chǎng)地天然地面以下第一層為粉質(zhì)黏土，厚5m，重度為18KN/M3,Gs=2.72，w=35%；第二層為黏土層重度為19KN/M3,Gs=2.75，w=34%；地下水位在地下3m處。請(qǐng)計(jì)算2m、4m、6m、各深度處的土中豎向自重應(yīng)力。地下水位3m。試計(jì)算2m，4m，6m各深處的土中豎向自重應(yīng)力。2-32-3基底壓力基底壓力( (接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力) ) 建筑物荷載通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給地基，在基礎(chǔ)底面與建筑物荷載通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給地基，在基礎(chǔ)底面與地基之間便產(chǎn)生了接觸應(yīng)力。它既是基礎(chǔ)作用于地基地基之間便產(chǎn)生了接觸應(yīng)力。它既是基礎(chǔ)作

24、用于地基的基底壓力，同時(shí)又是地基反用于基礎(chǔ)的基底反力。的基底壓力，同時(shí)又是地基反用于基礎(chǔ)的基底反力。 對(duì)于具有一定剛度以及尺寸較小的柱下單獨(dú)基礎(chǔ)對(duì)于具有一定剛度以及尺寸較小的柱下單獨(dú)基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)等，其基底壓力可近似地按直線分布和墻下條形基礎(chǔ)等，其基底壓力可近似地按直線分布的圖形計(jì)算，即按下述材料力學(xué)公式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。的圖形計(jì)算，即按下述材料力學(xué)公式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。 2 25 5 土的壓縮性土的壓縮性 一基本概念一基本概念 土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。試驗(yàn)研土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。試驗(yàn)研究表明，在一般壓力（究表明，在一般壓力（100600kN)作用下，土粒

25、和水的壓縮作用下，土粒和水的壓縮與土的總壓縮量之比是很微小的，因此完全可以忽略不計(jì)，與土的總壓縮量之比是很微小的，因此完全可以忽略不計(jì)，所以把土的壓縮看作為土中孔隙體積的減小。此時(shí)，土粒調(diào)所以把土的壓縮看作為土中孔隙體積的減小。此時(shí)，土粒調(diào)整位置，重行排列，互相擠緊。飽和土壓縮時(shí)，隨著孔隙體整位置，重行排列，互相擠緊。飽和土壓縮時(shí)，隨著孔隙體積的減少土中孔隙水則被排出。積的減少土中孔隙水則被排出。 在荷載作用下，透水性大的飽和無(wú)粘性土，其壓縮過(guò)程在在荷載作用下，透水性大的飽和無(wú)粘性土，其壓縮過(guò)程在短時(shí)間內(nèi)就可以結(jié)束。相反短時(shí)間內(nèi)就可以結(jié)束。相反 地，粘性土的透水性低，飽和粘地，粘性土的透水性低

26、，飽和粘性土中的水分只能慢慢排出，因此其壓縮穩(wěn)定所需的時(shí)間要性土中的水分只能慢慢排出，因此其壓縮穩(wěn)定所需的時(shí)間要比砂土長(zhǎng)得多。土的壓縮隨時(shí)間而增長(zhǎng)的過(guò)程，稱為土的固比砂土長(zhǎng)得多。土的壓縮隨時(shí)間而增長(zhǎng)的過(guò)程，稱為土的固結(jié)，對(duì)于飽和粘性土來(lái)說(shuō)，土的固結(jié)問(wèn)題是十分重要的。結(jié)，對(duì)于飽和粘性土來(lái)說(shuō)，土的固結(jié)問(wèn)題是十分重要的。 計(jì)算地基沉降量時(shí)，必須取得土的壓縮性指標(biāo)，壓縮性指標(biāo)常采用室內(nèi)試驗(yàn)或原位測(cè)試來(lái)測(cè)定他們。在一般工程中，常用不允許土樣產(chǎn)生側(cè)向變形(側(cè)限條件)的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)來(lái)測(cè)定土的壓縮性指標(biāo) 。 二、壓縮曲線和壓縮性指標(biāo) (一)壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線(二二)土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)

27、 壓縮性不同的土，其壓縮性不同的土，其 曲線的形狀是不一樣的。曲線的形狀是不一樣的。曲線愈陡，說(shuō)明隨著壓力的增加，曲線愈陡，說(shuō)明隨著壓力的增加， 土孔隙比的減小愈顯土孔隙比的減小愈顯著，因而土的壓縮性愈高，所以，曲線上任一點(diǎn)的切線斜著，因而土的壓縮性愈高，所以，曲線上任一點(diǎn)的切線斜率率a就表示了相應(yīng)于壓力就表示了相應(yīng)于壓力p作用下土的壓縮性：作用下土的壓縮性： pe deadp 土土的壓縮性可用圖中割線的壓縮性可用圖中割線 的斜率表示設(shè)割線的斜率表示設(shè)割線 與橫座標(biāo)的夾角為與橫座標(biāo)的夾角為 ，則，則， 21MM1221tanppeepea 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

28、較，通常采用壓力間隔由 增加到增加到 時(shí)所得的壓縮系數(shù)時(shí)所得的壓縮系數(shù) 來(lái)評(píng)定土的壓來(lái)評(píng)定土的壓縮性?？s性。kPap1001kPap200221a (三三)壓縮模量壓縮模量(側(cè)限壓縮模量側(cè)限壓縮模量) 根據(jù)根據(jù) 曲線，可以求算另一個(gè)壓縮性指標(biāo)曲線，可以求算另一個(gè)壓縮性指標(biāo)壓壓縮模量。它的定義是土在完全側(cè)限條件下的豎向附加壓應(yīng)縮模量。它的定義是土在完全側(cè)限條件下的豎向附加壓應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恐戎?。土的壓縮模量可根據(jù)下式計(jì)力與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恐戎?。土的壓縮模量可根據(jù)下式計(jì)算：算： 亦稱側(cè)限壓縮模量，以便與一般材料在無(wú)側(cè)限條件亦稱側(cè)限壓縮模量，以便與一般材料在無(wú)側(cè)限條件下簡(jiǎn)單拉伸或壓縮時(shí)的彈性模

29、量相區(qū)別。下簡(jiǎn)單拉伸或壓縮時(shí)的彈性模量相區(qū)別。pe aeHHpES111sE土土的抗剪強(qiáng)度的抗剪強(qiáng)度 土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一。工程土的重要力學(xué)性質(zhì)之一。工程中的中的地基承載力，擋土墻土地基承載力，擋土墻土壓力、土坡穩(wěn)定等問(wèn)題都與土的抗剪強(qiáng)度直接相關(guān)。壓力、土坡穩(wěn)定等問(wèn)題都與土的抗剪強(qiáng)度直接相關(guān)。 建筑物地基在外荷載作用下將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，建筑物地基在外荷載作用下將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，土具有抵抗這種剪應(yīng)力的土具有抵抗這種剪應(yīng)力的能力能力，并隨剪應(yīng)力的增加而增大，并隨剪應(yīng)力的增加而增大，當(dāng)這種剪阻力達(dá)

30、到某一極限值時(shí)，土就要發(fā)生剪切當(dāng)這種剪阻力達(dá)到某一極限值時(shí)，土就要發(fā)生剪切破壞，破壞，這這個(gè)極限值就是土的抗剪強(qiáng)度。如果土體內(nèi)某一部分的剪個(gè)極限值就是土的抗剪強(qiáng)度。如果土體內(nèi)某一部分的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度，在該應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度，在該部分部分就開(kāi)始出現(xiàn)剪切破壞，就開(kāi)始出現(xiàn)剪切破壞，隨著荷載的隨著荷載的增加，剪增加，剪切破壞的范圍逐漸擴(kuò)大，最終在土體切破壞的范圍逐漸擴(kuò)大，最終在土體中形中形成連成連續(xù)的滑動(dòng)面，地基發(fā)生整體剪切破壞而喪失穩(wěn)定續(xù)的滑動(dòng)面，地基發(fā)生整體剪切破壞而喪失穩(wěn)定性。性。 32 庫(kù)倫公式和莫爾庫(kù)倫公式和莫爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論庫(kù)倫強(qiáng)度理論 一、庫(kù)倫公式一、庫(kù)倫公式 1773年年CA庫(kù)

31、倫庫(kù)倫(Coulomb)根據(jù)砂土的試驗(yàn)，將根據(jù)砂土的試驗(yàn)，將土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)為滑動(dòng)面上法向總應(yīng)力的函數(shù)，即土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)為滑動(dòng)面上法向總應(yīng)力的函數(shù)，即tanf 以后又提出了適合以后又提出了適合粘性土的更普遍的形式粘性土的更普遍的形式tanfc 由庫(kù)倫公式可以看出，無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度與由庫(kù)倫公式可以看出，無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度與剪切面上的法向應(yīng)力成正比，其本質(zhì)是由于顆粒之剪切面上的法向應(yīng)力成正比，其本質(zhì)是由于顆粒之間的滑動(dòng)摩擦以及間的滑動(dòng)摩擦以及”凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的摩阻摩阻力，力，其大小決定于顆粒表面的粗糙度、密實(shí)度、土其大小決定于顆粒表面的粗糙度、密實(shí)度、土顆粒

32、的大小以及顆粒級(jí)配等因素。粘性土的抗顆粒的大小以及顆粒級(jí)配等因素。粘性土的抗剪強(qiáng)度由兩部分組成：一部分是摩剪強(qiáng)度由兩部分組成：一部分是摩擦力，另一擦力，另一部分是土粒之間的粘結(jié)力，它是由于粘性土顆部分是土粒之間的粘結(jié)力，它是由于粘性土顆粒之間的膠結(jié)作用和靜電引力效應(yīng)等因素引起粒之間的膠結(jié)作用和靜電引力效應(yīng)等因素引起的。的。 抗抗剪強(qiáng)剪強(qiáng)度試驗(yàn)度試驗(yàn) 抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)方法有多種，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的有直抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)方法有多種，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的有直接剪切試驗(yàn)，三軸壓縮試驗(yàn)和接剪切試驗(yàn)，三軸壓縮試驗(yàn)和無(wú)側(cè)無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)，限抗壓試驗(yàn)，在原在原位測(cè)位測(cè)試的有十字板剪切試驗(yàn)，大型直接剪切試驗(yàn)等。本節(jié)著重試的有

33、十字板剪切試驗(yàn)，大型直接剪切試驗(yàn)等。本節(jié)著重介紹幾種常用的試驗(yàn)方法。介紹幾種常用的試驗(yàn)方法。 一、直接剪切試驗(yàn)一、直接剪切試驗(yàn)直接剪切儀分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，試驗(yàn)時(shí)，直接剪切儀分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，試驗(yàn)時(shí)，由杠桿系統(tǒng)通過(guò)加壓活塞和透水石對(duì)試件施加某一垂直壓由杠桿系統(tǒng)通過(guò)加壓活塞和透水石對(duì)試件施加某一垂直壓力力，然后等速轉(zhuǎn)動(dòng)手輪對(duì)下盒施加水平推力，使試樣在，然后等速轉(zhuǎn)動(dòng)手輪對(duì)下盒施加水平推力，使試樣在上下盒的水平接觸面上產(chǎn)生剪切變形，直至破壞，剪應(yīng)力上下盒的水平接觸面上產(chǎn)生剪切變形，直至破壞，剪應(yīng)力的大小可借助與上盒接觸的量力環(huán)的變形值計(jì)算的大小可借助與上盒接觸的量力環(huán)的變形

34、值計(jì)算 確定。確定。在剪切過(guò)程中，隨著上下盒相對(duì)剪切變形的發(fā)展，土樣中在剪切過(guò)程中，隨著上下盒相對(duì)剪切變形的發(fā)展，土樣中的抗剪強(qiáng)度逐漸發(fā)揮出來(lái)，直到剪應(yīng)力等于土的抗剪強(qiáng)度的抗剪強(qiáng)度逐漸發(fā)揮出來(lái)，直到剪應(yīng)力等于土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土樣剪切破壞，所以土樣的抗剪強(qiáng)度可用剪切破壞時(shí)時(shí)，土樣剪切破壞，所以土樣的抗剪強(qiáng)度可用剪切破壞時(shí)的剪應(yīng)力來(lái)量度。的剪應(yīng)力來(lái)量度。 對(duì)同一種土至少取對(duì)同一種土至少取4個(gè)試樣，分別在不同垂直壓力下個(gè)試樣，分別在不同垂直壓力下剪切破壞，一般可取垂直壓力為剪切破壞，一般可取垂直壓力為100、200、300、400kPa，將試驗(yàn)結(jié)果繪制成如圖，將試驗(yàn)結(jié)果繪制成如圖37(b)所示的抗剪

35、強(qiáng)所示的抗剪強(qiáng)度度 和垂直壓力和垂直壓力之間關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于粘性之間關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于粘性土土 基本上成直線關(guān)系，該直線與橫軸的夾角為內(nèi)摩擦基本上成直線關(guān)系，該直線與橫軸的夾角為內(nèi)摩擦角角 ，在縱軸上的截距為粘聚力，在縱軸上的截距為粘聚力c，直線方程可用庫(kù)倫，直線方程可用庫(kù)倫公式公式(32)表示，對(duì)于無(wú)粘性土，表示，對(duì)于無(wú)粘性土， 之間關(guān)系則是之間關(guān)系則是通過(guò)原點(diǎn)的一條直線，可用式通過(guò)原點(diǎn)的一條直線，可用式(3-1)表示。表示。fff 為了近似模擬土體在現(xiàn)場(chǎng)受剪的排水條件，直接剪為了近似模擬土體在現(xiàn)場(chǎng)受剪的排水條件，直接剪切試驗(yàn)可分為快剪、固結(jié)快剪和慢切試驗(yàn)可分為快剪、固結(jié)快剪和

36、慢 剪三種方法。快剪試剪三種方法?？旒粼囼?yàn)是在試樣施加豎向壓力后，立即快速施加水平剪應(yīng)力驗(yàn)是在試樣施加豎向壓力后，立即快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞，固結(jié)快剪是允許試樣在豎向壓力下充使試樣剪切破壞，固結(jié)快剪是允許試樣在豎向壓力下充分排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，再快速施加水平剪應(yīng)力使試樣分排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，再快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。慢剪試驗(yàn)則是允許試樣在豎向壓力下排水，剪切破壞。慢剪試驗(yàn)則是允許試樣在豎向壓力下排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，以緩慢的速率施加水平剪應(yīng)力使試樣剪待固結(jié)穩(wěn)定后，以緩慢的速率施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。切破壞。 二、三軸壓縮試驗(yàn)二、三軸壓縮試驗(yàn) 三軸壓縮試驗(yàn)是測(cè)定土抗剪強(qiáng)度

37、的三軸壓縮試驗(yàn)是測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的種較為完善的種較為完善的方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統(tǒng)、施加周圍方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統(tǒng)、施加周圍壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)等組成，如圖壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)等組成，如圖3-8所示所示 常規(guī)試驗(yàn)方法的主要步驟如下：將土切成圓柱體套常規(guī)試驗(yàn)方法的主要步驟如下：將土切成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)，放在密封的壓力室中，然后向壓力室內(nèi)壓入在橡膠膜內(nèi)，放在密封的壓力室中，然后向壓力室內(nèi)壓入水，使試件在各向受到周圍壓力水，使試件在各向受到周圍壓力 ，并使液壓在整個(gè)試，并使液壓在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持不變，這時(shí)試件內(nèi)各向的三個(gè)主應(yīng)力都相等，驗(yàn)過(guò)程中保持不變，

38、這時(shí)試件內(nèi)各向的三個(gè)主應(yīng)力都相等，因此不發(fā)生剪應(yīng)力因此不發(fā)生剪應(yīng)力圖圖39(a)。然后再通過(guò)傳力桿對(duì)試。然后再通過(guò)傳力桿對(duì)試 件施加豎向壓力，這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力，件施加豎向壓力，這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力，當(dāng)水平向主應(yīng)力保持不變，而當(dāng)水平向主應(yīng)力保持不變，而 豎向主應(yīng)力逐漸增大時(shí)，豎向主應(yīng)力逐漸增大時(shí)，試件終于受剪而破壞試件終于受剪而破壞圖圖39(b)。設(shè)剪切破壞時(shí)由傳力桿。設(shè)剪切破壞時(shí)由傳力桿加在試件加在試件 上的豎向壓應(yīng)力為上的豎向壓應(yīng)力為 ，則試件上的大主應(yīng)力，則試件上的大主應(yīng)力為為 ，而小主應(yīng)力為，而小主應(yīng)力為 ，以，以( )為直徑可畫(huà)出一個(gè)極限應(yīng)力圓，如圖為直

39、徑可畫(huà)出一個(gè)極限應(yīng)力圓，如圖39(c)中的圓中的圓I，用，用同一種土樣的若干個(gè)試件同一種土樣的若干個(gè)試件 (三個(gè)以上三個(gè)以上)按以上所述方法分別按以上所述方法分別進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)試件施加不同的周圍壓力進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)試件施加不同的周圍壓力 ，可分別得出，可分別得出剪切破壞時(shí)的大主應(yīng)力剪切破壞時(shí)的大主應(yīng)力 ，將這些結(jié)果繪成一組極限，將這些結(jié)果繪成一組極限應(yīng)力圓，如圖應(yīng)力圓，如圖39(c)中的圓中的圓I、和和。 3113133131 由于這些試件都剪切至破壞，根據(jù)莫爾由于這些試件都剪切至破壞，根據(jù)莫爾庫(kù)倫理論，庫(kù)倫理論，作一組極限應(yīng)力圓的公共切線，作一組極限應(yīng)力圓的公共切線， 即為土的抗剪強(qiáng)度包線即為

40、土的抗剪強(qiáng)度包線(圖圖39c)，通?？山迫橐粭l直線，該直線與橫座標(biāo)，通?？山迫橐粭l直線，該直線與橫座標(biāo)的夾角即土的內(nèi)摩擦角的夾角即土的內(nèi)摩擦角 ，直線與縱座標(biāo)的截距即為土，直線與縱座標(biāo)的截距即為土的粘聚力的粘聚力c 如要量測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中的孔隙水壓力，可以打開(kāi)孔隙如要量測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中的孔隙水壓力，可以打開(kāi)孔隙水壓力閥，在試件上施加壓力以后，由于土中孔隙水壓力水壓力閥，在試件上施加壓力以后，由于土中孔隙水壓力增加迫使零位指示器的水銀面下降，為量測(cè)孔隙水壓力，增加迫使零位指示器的水銀面下降，為量測(cè)孔隙水壓力，可用調(diào)壓筒調(diào)整零位指示器的水銀面始終保持原來(lái)的位置，可用調(diào)壓筒調(diào)整零位指示器的水銀面始終保持原來(lái)的位置，這樣，孔隙水壓力表中的讀數(shù)就是孔隙水壓力值。如要量這樣，孔隙水壓力表中的讀數(shù)就是孔隙水壓力值。如要量測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中的排水量，可打開(kāi)排水閥門，讓試件中的水測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中的排水量，