土力學(xué)基本知識

緒論24土力學(xué)需要研究和解決的工程中的三大類問題：土體：穩(wěn)定或強度問題土體：變形問題滲流：滲透變形與滲透穩(wěn)定強度問題變形問題滲透問題土力學(xué)作為一門系統(tǒng)的學(xué)科是以太沙基的1925年出版的《土力學(xué)》為標(biāo)志。1精選ppt第1章土的組成

土是松散顆粒的堆積物，是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物1.1土的形成

母巖物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化生物風(fēng)化原生礦物：石英、云母長石等次生礦物：粘土礦物、無定形氧化物膠體、可溶鹽等散粒體結(jié)晶作用膠結(jié)作用生物化學(xué)2精選ppt1.1土的形成物理風(fēng)化：巖石經(jīng)受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，或受波浪的沖擊、地震等引起各種力的作用，溫度的變化、凍脹等因素使整體巖石產(chǎn)生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑的過程?；瘜W(xué)風(fēng)化：巖體（或巖塊、巖屑）與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質(zhì)相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用，使這些巖石或巖屑逐漸產(chǎn)生化學(xué)變化，分解為極細(xì)顆粒的過程。特征：物理風(fēng)化：量變過程，形成的土顆粒較粗；化學(xué)風(fēng)化：質(zhì)變過程，形成的土顆粒很細(xì)。

對一般的土而言，通常既經(jīng)歷過物理風(fēng)化，又有化學(xué)風(fēng)化，只不過哪種占優(yōu)而已。3精選ppt1.2土的特點大量孔隙非連續(xù)介質(zhì)巖石風(fēng)化的產(chǎn)物

一、土具有碎散性二、土是三相體系固相—土骨架液相—水氣相—空氣多相介質(zhì)三、土有自然變異性土是自然界的產(chǎn)物，性質(zhì)復(fù)雜4精選ppt1.3土的三相組成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱土為三相系。土的顆粒、粒間膠結(jié)物土體孔隙中的水孔隙中的空氣5精選ppt當(dāng)土骨架的孔隙全部被水占滿時，這種土稱為飽和土；當(dāng)土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為干土；一般在地下水位以上地面以下一定深度內(nèi)的土的孔隙中兼含空氣和水，此時的土體屬三相系，稱為濕土。根據(jù)土的粘性分：粘性土：顆粒很細(xì)； 無粘性土：顆粒較粗，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石（直徑幾十cm甚至1m）6精選ppt①

顆粒大小粒度土粒的大小，通常以粒徑表示粒組

按粗細(xì)進行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑劃分粒組的分界尺寸1.4土中固體顆粒d(mm)d(mm)礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗

中

細(xì)粗

中

細(xì)

極細(xì)粗粒細(xì)粒0.0757精選ppt

粒徑級配確定方法

篩分法：適用于粗粒土

(>0.075mm)

水分法：適用于細(xì)粒土

(<0.075mm)——各粒組的相對含量(土樣各粒組的質(zhì)量占土?？傎|(zhì)量的百分?jǐn)?shù))，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示表述方法

粒徑級配累積曲線1.4土中固體顆粒8精選ppt粒徑級配累積曲線粒徑級配累積曲線表示土的顆粒級配橫坐標(biāo)為粒徑，用對數(shù)坐標(biāo)表示縱坐標(biāo)為小于(或大于)某粒徑的土重(累計百分)含量特點：

定量指標(biāo)，級配好與差的比較曲線較陡粒徑相差不多，土粒較均勻，級配不良曲線平緩粒徑相差懸殊，土粒不均勻，級配良好1009080706050403020100105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)9精選ppt1.5

土中水（液相）和土中氣

廣義的水：結(jié)晶水礦物內(nèi)部的水石膏Ca〔SO4〕·2H2O

蘇打Na2〔CO3〕·10H2O土中水結(jié)合水吸附在土顆粒表面的水自由水電場引力作用范圍之外的水土中冰由自由水凍成，凍脹融陷10精選ppt自由水重力水毛細(xì)水在重力或水位差作用下可在土中自由流動

存在于液氣之間在重力與表面張力作用下可在土粒間空隙中自由移動

結(jié)合水

強結(jié)合水

弱結(jié)合水

11精選ppt1.6黏土顆粒與水的相互作用粘土礦物:

由各種硅酸鹽礦物分解形成的水鋁硅酸鹽礦物。其結(jié)構(gòu)可分為晶體和非晶體，以晶體礦物為主。實際上是一種鋁—硅酸鹽晶體，由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組合而成。

硅片(硅氧晶體)的結(jié)構(gòu)：基本單元是硅－氧四面體鋁片(鋁氫氧硅片)：鋁（鎂）－氫氧（氧）八面體12精選ppt高嶺石（氫鍵聯(lián)結(jié)）粘土礦物的晶格構(gòu)造蒙脫石伊利石粒徑脹縮性滲透性強度壓縮性大小大大小中中中中中小大小小大13精選ppt1.7土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)蜂窩狀結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)14精選ppt第2章土的物理性質(zhì)及分類

2.1土的三相比例指標(biāo)

土的物理性質(zhì)指標(biāo)可分為兩類：一類是必須通過試驗測定的，如含水量、密度和土粒相對密度，稱為直接指標(biāo)；另一類是根據(jù)直接指標(biāo)換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標(biāo)。15精選ppt

室內(nèi)測定的三個物理性質(zhì)指標(biāo)WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積－土的密度、土粒的相對密度、土的含水量

土的密度

單位:kg/m3

或g/cm3定義:單位體積土的質(zhì)量有時也稱土的天然密度表達式:土的密度常用環(huán)刀法測定

土的重度

單位:kN/m3

土的重度亦稱為容重，定義為單位體積土的重量.16精選pptWaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土粒相對密度

s

土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量單位:無量綱4?C時純蒸餾水的密度，1g/cm3

土粒相對密度在數(shù)值上等于土粒的密度

定義:土粒質(zhì)量與同體積4?C時純蒸餾水的質(zhì)量的比值表達式:土粒相對密度(也稱為土粒比重)常用比重瓶法測定17精選pptWaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積

土的含水量

定義:土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比用百分?jǐn)?shù)表示注意:其實是含水比,可達到或超過100％表達式:

測定含水率常用的方法是烘干法，先稱出天然土的質(zhì)量，然后放在烘箱中，在100℃～105℃常溫下烘干，稱得干土質(zhì)量，按上式可算得18精選ppt天然密度

干密度

天然重度干重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

定義:

土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量表達式:表示土的密度和容重的指標(biāo)

土的干密度或干重度也是評定土密實程度的指標(biāo)，干密度或干重度愈大表明土愈密實，反之愈疏松。19精選ppt飽和密度

浮重度

有效重度飽和重度表示土的密度和容重的指標(biāo)

定義:

土孔隙中充滿水時的單位體積質(zhì)量

式中ρw

為水的密度，近似等于1g/cm3

WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積浮密度

定義:

在地下水位以下，土單位體積中土粒的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差

20精選ppt各種密度與重度之間的大小關(guān)系天然密度干密度飽和密度天然重度干重度浮重度飽和重度浮密度單位:kg/m3

或g/cm3

單位:kN/m3

21精選ppt表示土中孔隙含量的指標(biāo)

孔隙比孔隙率(孔隙度)關(guān)系:某種程度上反映土的松密定義:土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,無量綱表達式:WaterAirSolidVaVwVsVvV體積定義:土中孔隙體積與總體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示表達式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid體積22精選ppt飽和度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積表達式:定義:土中水的體積與孔隙體積的比值

飽和度表示孔隙中充滿水的程度Sr=0:干土Sr=1:飽和土常用的土的物理指標(biāo)共有九個土的密度土粒相對密度

土的含水量干密度飽和密度浮密度孔隙比孔隙率飽和度23精選ppt【例題】某一塊試樣在天然狀態(tài)下的體積為60cm3，稱得其質(zhì)量為108g，將其烘干后稱得質(zhì)量為96.43g，根據(jù)試驗得到的土粒相對密度ds為2.7，試求試樣的濕密度、干密度、飽和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和飽和度。【解】（1）已知V＝60cm3，m=108g，得ρ=m／v=108／60=1.8g/cm3

（2）已知ms=96.43g，則mw=m－ms=108－96.43=11.57g

于是w=mw

／ms＝11.57／96.43=12%24精選ppt（3）已知ds=2.7，則

Vs=ms／ρs=96.43／2.7＝35.7cm3

Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3

于是e=Vv／Vs＝24.3／35.7=0.68（4）n=Vv／V＝24.3／60=40.5％（5）根據(jù)ρw的定義

Vw=mw

／ρw=11.57／1＝11.57cm3

于是St=Vw／Vv=11.57／24.3＝48％25精選ppt

粘性土的軟硬狀態(tài)也稱稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)2.3黏性土的物理特征塑限wp液限wL稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)半固態(tài)塑態(tài)

流態(tài)

強結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水強結(jié)合水弱結(jié)合水自由水稠度狀態(tài)含水量w吸附弱結(jié)合水的能力塑性指數(shù)縮限WS26精選ppt

粘性土四種物理狀態(tài)狀態(tài)：固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動狀態(tài)界限含水率粘性土從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)，可用某一界限含水率來區(qū)分，這種界限含水率稱為稠度界限或阿太堡界限

液限（WL）——從流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的上限含水率；

塑限（Wp）——從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的下限含水率；

縮限（Ws）——從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)的界限含水率，亦即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變時的含水率。27精選ppt第3章土的滲透性及滲流

3.1土的滲透性

水在土中的滲流是由水頭差或水力梯度引起的。水頭的定義為：

式中：h為總水頭，v為流速，u水壓(kPa),z為基準(zhǔn)面高程水在土中滲流時，速度很慢，由速度引起的水頭項可以忽略。28精選ppt3.2滲透試驗與達西定律

3.2.1

達西定律(滲透定律)

在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度v與水力坡降i的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)。k:反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)單位：mm/s,cm/s,m/s,m/day

適用條件：

層流（線性流）巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，包括砂土或一般粘土，均屬層流范圍29精選ppt（1）粗粒土：①礫石類土中的滲流常不符合達西定律②砂土中滲透速度vcr=0.3-0.5cm/sivoi0

兩種特例：（2）粘性土：致密的粘土

i>i0,v=k(i-i0)ivovcr30精選ppt3.2.2滲透系數(shù)的測定及影響因素室內(nèi)試驗測定方法野外試驗測定方法常水頭試驗法變水頭試驗法井孔抽水試驗井孔注水試驗1.測定方法

適用透水性較大的砂性土適適用透水性較小的粘性土31精選pptH1H2H3HΔhk1k2k3xzq1xq3xq2xL1122不透水層(1)水平滲流條件:層狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù):qx=vxH=kxiHΣqmx=ΣkmimHm32精選ppt層狀地基的等效滲透系數(shù)(2)豎直滲流H1H2H3HΔhk1k2k3xzv承壓水條件:

等效滲透系數(shù):33精選ppt算例

按層厚加權(quán)平均，由較大值控制倒數(shù)按層厚加權(quán)平均，由較小值控制34精選ppt3.4

滲透力與滲透變形

一滲透力的性質(zhì)

物理意義：單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是體積力j=γwi大?。悍较颍号ci方向一致（均質(zhì)土與滲流方向一致）作用對象：土骨架滲透力與浮力有何區(qū)別？

35精選ppt基本類型二.滲透變形（滲透破壞）流土

管涌土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞形成條件

防治措施

36精選ppt1.流土

流土

在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發(fā)生懸浮移動的現(xiàn)象粘性土k1<<k2砂性土k2壩體滲流原因：i<icr:土體處于穩(wěn)定狀態(tài)

i=icr:土體處于臨界狀態(tài)

i>icr:土體發(fā)生流土破壞

37精選ppt在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細(xì)小顆粒，通過較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動，最終在土中形成與地表貫通的管道。2.管涌管涌

原因：內(nèi)因——有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒徑的孔隙通道外因——滲透力足夠大

管涌管涌破壞38精選ppt流土與管涌的比較

流土土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移動管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中破壞過程短導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等現(xiàn)象位置土類歷時后果土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土破壞過程相對較長導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口防治延長滲徑，增加透水蓋重設(shè)反濾層等，減小滲透坡降39精選ppt第4章土中應(yīng)力強度問題變形問題地基中的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系土力學(xué)中應(yīng)力符號的規(guī)定應(yīng)力狀態(tài)自重應(yīng)力附加應(yīng)力基底壓力計算建筑物修建以后，建筑物重量等外荷載在地基中引起的應(yīng)力，所謂的“附加”是指在原來自重應(yīng)力基礎(chǔ)上增加的應(yīng)力。建筑物修建以前，地基中由土體本身的有效重量所產(chǎn)生的應(yīng)力。40精選ppt4.1

地基中自重應(yīng)力

水平地基中的自重應(yīng)力定義：在修建建筑物以前，地基中由土體本身的有效重量而產(chǎn)生的應(yīng)力。

計算：地下水位以上用天然重度，地下水位以下用浮重度

土體在自重作用下，在漫長的地質(zhì)歷史時期，已經(jīng)壓縮穩(wěn)定，因此，土的自重應(yīng)力不再引起土的變形。但對于新沉積土層或近期人工充填土應(yīng)考慮自重應(yīng)力引起的變形。41精選ppt天然地面11zzσcz

σcz=

z

(1)、豎向自重應(yīng)力

土體中任意深度處的豎向自重應(yīng)力等于單位面積上土柱的有效重量cz=zcz沿水平面均勻分布，且與z成正比，即隨深度按直線規(guī)律分布42精選ppt成層土的自重應(yīng)力計算說明：1.地下水位以上土層采用天然重度，地下水位以下土層采用浮重度2.非均質(zhì)土中自重應(yīng)力沿深度呈折線分布3.不透水層中不存在水的浮力，所以層面及層面以下的自重應(yīng)力應(yīng)按上覆土層的水土總重計算天然地面h1h2h33

2

1

水位面

1h1

1h1+2h2

1h1+2h2+3h3

43精選ppt(2)、水平向自重應(yīng)力式中，K0為土的靜止側(cè)壓力系數(shù)，為泊松比天然地面z靜止側(cè)壓力系數(shù)44精選ppt(4)、例題分析

【例】一地基由多層土組成，地質(zhì)剖面如下圖所示，試計算并繪制自重應(yīng)力σcz沿深度的分布圖

45精選ppt57.0kPa80.1kPa103.1kPa150.1kPa194.1kPa46精選ppt4.2基底壓力計算基底壓力：基礎(chǔ)底面?zhèn)鬟f給地基表面的壓力，也稱基底接觸壓力?；讐毫Ω郊討?yīng)力地基沉降變形基底反力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的外荷載上部結(jié)構(gòu)的自重及各種荷載都是通過基礎(chǔ)傳到地基中的。影響因素計算方法分布規(guī)律上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基建筑物設(shè)計暫不考慮上部結(jié)構(gòu)的影響，使問題得以簡化；用荷載代替上部結(jié)構(gòu)。47精選pptBLPBP’BP’BLPBP’荷載條件豎直中心豎直偏心傾斜偏心基礎(chǔ)形狀矩形條形P’—單位長度上的荷載BLPoxy4.2.1基底壓力簡化計算假定基底壓力按直線分布的材料力學(xué)方法

48精選pptexeyBLxyxyBLPP矩形面積中心荷載

矩形面積偏心荷載

49精選ppte<B/6:梯形e=B/6:三角形xyBLeexyBLPP矩形面積單向偏心荷載

50精選ppte>B/6:出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)exyBLK3KP土不能承受拉應(yīng)力基底壓力合力與總荷載相等壓力調(diào)整K=B/2-eexyBLK3KPK=B/2-e形心

51精選ppt4.2.3基底附加應(yīng)力的計算

基底附加應(yīng)力——基底凈壓力概念：作用在基礎(chǔ)底面的壓力與該處原來的自重應(yīng)力之差?；A(chǔ)總是埋置在天然地面以下一定的深度，勢必要進行基坑開挖，這樣一來就意味著加了一個負(fù)荷載。因此，應(yīng)在基底壓力中扣除基底標(biāo)高處原有土的自重應(yīng)力，才是基礎(chǔ)底面下真正施加于地基的壓力，稱為基底附加應(yīng)力或基底凈壓力。計算公式：p0=psz=p0d

0—基底以上土的重度；d—基底埋深52精選ppt4.3地基中附加應(yīng)力的計算豎直集中力矩形面積豎直均布荷載矩形面積豎直三角形荷載水平集中力矩形面積水平均布荷載豎直線布荷載條形面積豎直均布荷載圓形面積豎直均布荷載特殊面積、特殊荷載主要討論豎直應(yīng)力荷載方向荷載分布作用面53精選ppt矩形面積豎直均布荷載作用下的附加應(yīng)力計算1.角點下的豎直附加應(yīng)力矩形豎直向均布荷載角點下的應(yīng)力分布系數(shù)

pMm=L/B,n=z/B

a.矩形面積內(nèi)b.矩形面積外兩種情況：54精選ppt矩形面積三角形分布荷載作用下的附加應(yīng)力計算

矩形面積豎直三角分布荷載角點下的應(yīng)力分布系數(shù)ptM55精選ppt第5章土的壓縮性一、基本概念土在壓力作用下，體積縮小的現(xiàn)象稱為土的壓縮性。土體壓縮主要來自孔隙水和土中孔隙氣體的排出?？紫吨兴蜌怏w向外排出要有一個時間過程。因此土的壓縮亦要經(jīng)過一段時間才能完成。我們把這一與時間有關(guān)的壓縮過程稱為固結(jié)。二、固結(jié)試驗

試驗室測定土的壓縮性的主要裝置為固結(jié)儀。在這種儀器中進行試驗，由于試樣不可能產(chǎn)生側(cè)向變形，只有豎向壓縮。于是，我們把這種條件下的壓縮試驗稱為單向壓縮試驗或側(cè)限壓縮試驗。土的壓縮是由于孔隙體積的減小，所以土的變形常用孔隙比e表示。56精選ppt三、壓縮曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律土樣在壓縮前后變形量為△Hi，整個過程中土粒體積和底面積不變土樣受壓前后高度之比等于體積之比整理Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eVs＝1H1/(1+e)pH1△Hip57精選ppt

根據(jù)不同壓力p作用下，達到穩(wěn)定的孔隙比e，繪制e-p曲線，為壓縮曲線

(a)e-p曲線(b)e-logp曲線

壓縮曲線

58精選ppt四、壓縮性指標(biāo)根據(jù)壓縮曲線可以得到壓縮性指標(biāo)：(1)壓縮系數(shù)a

(2)壓縮指數(shù)CC(3)壓縮模量Es

(4)變形模量E0(1).壓縮系數(shù)a

土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓應(yīng)力增量的比值(MPa-1)p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線△p△e59精選ppt《規(guī)范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa對應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評價土的壓縮性在壓縮曲線中，實際采用割線斜率表示土的壓縮性

(2).壓縮指數(shù)Cc

土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與有效壓應(yīng)力常用對數(shù)值增量的比值。60精選ppt五、應(yīng)力歷史對壓縮性的影響

先期固結(jié)應(yīng)力

pc：土在歷史上曾受到過的最大有效應(yīng)力。超固結(jié)比OCR

：前期固結(jié)應(yīng)力與現(xiàn)有有效應(yīng)力之比，即

OCR＝pc/p

正常固結(jié)土：先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時的土壓力pc＝p0OCR=1

超固結(jié)土：先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時的土壓力pc>p0OCR>1,OCR愈大，土受到的超固結(jié)作用愈強，在其他條件相同的情況下，其壓縮性愈低。欠固結(jié)土

：先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時的土壓力pc<p0OCR<1,土在自重作用下還沒有完全固結(jié)，土的固結(jié)應(yīng)力末全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，即尚有一部分由孔隙水所承擔(dān)。61精選ppt第6章地基變形沉降的三個部分：a、瞬時沉降：根據(jù)彈性理論公式估算。b、主固結(jié)沉降：采用分層總和法計算。c、次固結(jié)沉降：由土顆粒之間的蠕變及重新排列產(chǎn)生。62精選ppt

地基沉降是隨時間而發(fā)展的。地基的最終沉降量是指地基土在外荷作用下壓縮穩(wěn)定后的沉降量。對一般粘性土來講，固結(jié)沉降是基礎(chǔ)沉降或地基沉降的主要部分，通常所說的基礎(chǔ)沉降一般都是指固結(jié)沉降。地基最終沉降量的計算常用方法有(傳統(tǒng)的)分層總和法和規(guī)范推薦的分層總和法。分層總和法

在地基沉降計算深度范圍內(nèi)將地基土劃分為若干分層來計算各分層的壓縮量，然后求其總和。每個分層壓縮量的計算方法與無側(cè)向變形條件下的壓縮量計算方法相同。6.3地基的最終沉降量計算63精選ppt地基沉降計算深度基礎(chǔ)底面向下需要計算壓縮變形所達到的深度。沉降計算深度的下限(應(yīng)力比法)

一般取地基附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的20%,即z＝0.2c處；在該深度以下如有高壓縮性土，則應(yīng)繼續(xù)向下計算至z＝

0.1c處各分層沉降量：

最終沉降量：

64精選ppt6.2.3

計算步驟1選擇沉降計算剖面，在每一個剖面上選擇若干計算點（通常為基礎(chǔ)的中心點）。

2地基分層。天然土層的交界面和地下水位面必為分層面，在同一類土層中分層厚度不宜過大。一般取分層厚hi≤0.4b或hi=1~2m，b為基礎(chǔ)寬度。

3求出計算點垂線上各分層層面處的豎向自重應(yīng)力c(從地面起算)。d

地基沉降計算深度

σc線

σz線

4求出計算點垂線上各分層層面處的豎向附加應(yīng)力z，取z

＝0.2c(低壓縮性土)或z

＝0.1c(高壓縮性土)處的土層深度為地基沉降計算深度。65精選ppt5求出各分層的平均自重應(yīng)力p1i

和平均附加應(yīng)力pi6由各分層的平均自重應(yīng)力p1i

和平均自重應(yīng)力p1i

與平均附加應(yīng)力pi

之和(p1i+

pi),在壓縮曲線上查出相應(yīng)的初始孔隙比和壓縮穩(wěn)定后的孔隙比7計算各分層土的壓縮量si

8地基最終沉降量s

的分層總和法d地面基底pp0d自重應(yīng)力附加應(yīng)力沉降計算深度sziziHi自重應(yīng)力從地面算起附加應(yīng)力是由基底附加應(yīng)力

p-γd

引起的66精選ppt6.4

飽和土中的有效應(yīng)力把飽和土體中由孔隙水來承擔(dān)或傳遞的應(yīng)力定義為孔隙水應(yīng)力，常以u表示。把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。土的變形與強度都只取決于有效應(yīng)力有效應(yīng)力原理

飽和土中任意點的總應(yīng)力σ總是等于有效應(yīng)力σ′加上孔隙水壓力u67精選ppt固結(jié)的力學(xué)機理1整個滲流固結(jié)過程中u和

σ′都是在隨時間t而不斷變化．滲流固結(jié)過程的實質(zhì)就是土中兩種不同應(yīng)力形態(tài)的轉(zhuǎn)化過程。2超靜孔隙水壓力，是由外荷載引起，超出靜水位以上的那部分孔隙水壓力。它在固結(jié)過程中隨時間不斷變化，固結(jié)完成應(yīng)等于零，飽水土層中任意時刻的總孔隙水壓力應(yīng)是靜孔隙水壓力與超靜孔隙水壓力之和。3側(cè)限條件下t＝0時，飽和土體的初始超靜孔隙水壓力u0數(shù)值上就等于施加的外荷載強度σ(總應(yīng)力).飽和土的滲流固結(jié)就是超孔隙水壓力的消散和有效應(yīng)力相應(yīng)增加的過程68精選ppt6.5地基變形與時間的關(guān)系6.5.1

一維固結(jié)理論固結(jié)系數(shù)

或時間因數(shù)

H土層最遠(yuǎn)的排水距離，當(dāng)土層為單面(上面或下面)排水時，H取土層厚度；雙面排水時，水由土層中心分別向上下兩方向排出，此時H應(yīng)取土層厚度之半。69精選ppt6.5.2地基固結(jié)度

一點M：地層：一層土的平均固結(jié)度1、基本概念地基固結(jié)度是指地基土層在某一壓力作用下，經(jīng)歷時間t所產(chǎn)生的固結(jié)變形量與最終固結(jié)變形量之比值，或土中超孔隙水壓力消散程度在時刻t的沉降量與最終沉降量之比70精選ppt3)常見計算條件雙面排水時無論哪種情況，均按情況1計算；壓縮土層深度H取1/2值透水邊界應(yīng)力分布：12534基本情況：透水邊界H71精選ppt

求某一時刻t的固結(jié)度與沉降量

tTv=Cvt/H2St=UtSUt=St/S從Ut查表確定Tv求達到某一沉降量(固結(jié)度)

所需要的時間

72精選ppt[例2]

某飽和黏土層的厚度為10m，在大面積荷載p0=120kPa作用下，設(shè)該土層的初始孔隙比e0=1，壓縮系數(shù)α=0.3MPa-1,壓縮模量ES=6.0MPa，滲透系數(shù)k=5.7×10-8cm/s。對黏土層在單面排水或雙面排水條件下分別求(1)加荷后一年時的變形量；(2)變形量156cm所需的時間[解](1)加荷后一年時的變形量黏土層中附加應(yīng)力沿深度是均布的，σz=p0=120kPa黏土層的最終變形量s=σzH/ES=120×10000/6000=200mm黏土層的豎向固結(jié)系數(shù)

CV=k(1+e0)/(γW

α)=5.7×10-8(1+1)/(10×10-6×3)=3.8×10-3cm2/s=1.2×105cm2/年對于單向排水條件下：豎向固結(jié)時間因數(shù)

TV=CVt/H2=1.2×105×1/10002=0.12由UZ–TV曲線(1)查的相應(yīng)的固結(jié)度UZ=0.39；則得t=1年時的變形量st=UZs=0.39×200=78mm73精選ppt在雙面排水條件下仍用UZ–TV曲線(1)，但壓縮土層厚度取半數(shù)：豎向固結(jié)時間因數(shù)

TV=CVt/H2=1.2×105×1/5002=0.48查的相應(yīng)的固結(jié)度UZ=0.75；則得t=1年時的變形量st=UZs=0.75×200=150mm(2)求變形量達156cm所需的時間平均固結(jié)度將為UZ=st/s=156/200=0.78，由UZ–TV曲線(1)查的相應(yīng)的時間因素TV=0.53在單向排水條件下：

t=TVH2/CV=0.53×10002/1.2×105=4.4年在雙向排水條件下：

t=TVH2/CV=0.53×5002/1.2×105=1.1年74精選ppt第7章土的抗剪強度

土的抗剪強度是指土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。土的破壞主要是由于剪切所引起的，剪切破壞是土體破壞的重要特點。1.庫侖定律庫侖定律：土的抗剪強度是剪切面上的法向總應(yīng)力

的線性函數(shù)

c:土的粘聚力:土的內(nèi)摩擦角75精選ppt2.土的極限平衡條件和莫爾－庫侖破壞準(zhǔn)則應(yīng)力圓與強度線相離：應(yīng)力圓與強度線相切：應(yīng)力圓與強度線相割：

強度線極限應(yīng)力圓τ<τf

τ=τf

τ>τf

破壞狀態(tài)

彈性平衡狀態(tài)

極限平衡狀態(tài)

莫爾應(yīng)力圓與庫侖強度線相切的應(yīng)力狀態(tài)作為土的破壞準(zhǔn)則

(目前判別土體所處狀態(tài)的最常用準(zhǔn)則)

76精選ppt上式即為土的極限平衡條件。當(dāng)土的強度指標(biāo)c，為已知，若土中某點的大小主應(yīng)力σ1和σ3滿足上列關(guān)系式時，則該土體正好處于極限平衡或破壞狀態(tài)。1f3Oc77精選ppt

土體處于極限平衡狀態(tài)時，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為

f

f2

f31cAcctg1/2(1+3)說明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成

/2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力τmax所控制

max78精選ppt4.破壞判斷方法σ1<σ1f

彈性平衡狀態(tài)σ1=σ1f

極限平衡狀態(tài)σ1>σ1f

破壞狀態(tài)Oc1f3113=常數(shù)：根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計算出大小主應(yīng)力σ1、σ3，由σ3計算σ1f，比較σ1與σ1f79精選ppt1=常數(shù)：根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計算出大小主應(yīng)力σ1、σ3，由σ1計算σ3f，比較σ3與σ3fOc13f33σ3>σ3f

彈性平衡狀態(tài)σ3=σ3f

極限平衡狀態(tài)σ3<σ3f

破壞狀態(tài)80精選ppt【例】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為430kPa，小主應(yīng)力為200kPa。通過試驗測得土的抗剪強度指標(biāo)c=15kPa，

=20o。試問①該單元土體處于何種狀態(tài)？【解答】已知1=430kPa，3=200kPa，c=15kPa，

=20o

1.計算法計算結(jié)果表明：1f大于該單元土體實際大主應(yīng)力1，實際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

5.例題分析81精選ppt計算結(jié)果表明：

3f小于該單元土體實際小主應(yīng)力

3，實際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑

，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

在剪切面上

庫侖定律

由于τ<τf

，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

82精選ppt7.3土的抗剪強度試驗一、室內(nèi)試驗二、野外試驗

直剪試驗、三軸壓縮試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗等制樣（重塑土）或現(xiàn)場取樣缺點：擾動優(yōu)點：應(yīng)力條件清楚，易重復(fù)

十字板扭剪試驗等原位試驗缺點：應(yīng)力條件不易掌握優(yōu)點：原狀土的原位強度83精選ppt一、室內(nèi)試驗1.直剪試驗直剪試驗可分為固結(jié)慢剪、固結(jié)快剪和快剪2.三軸剪切試驗三軸壓縮試驗也稱三軸剪切試驗，是測定土抗剪強度較為完善的方法。三軸壓縮試驗測定，按剪切前的固結(jié)狀態(tài)和剪切時的排水條件分為三種固結(jié)排水試驗、固結(jié)不排水試驗和不固結(jié)不排水試驗。3.無側(cè)限抗壓強度試驗三軸壓縮試驗的特殊情況（3=0），又稱單軸試驗84精選ppt第8章土壓力土壓力通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力根據(jù)墻的位移情況和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，土壓力可分為以下三種：靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。

1.靜止土壓力

擋土墻在壓力作用下不發(fā)生任何變形和位移(靜止不動)，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)時，土體作用在擋土墻上的土壓力稱為靜止土壓力，用E0表示。

85精選ppt2.主動土壓力

在土壓力作用下，擋土墻離開土體向前位移至一定數(shù)值，墻后土體達到主動極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力稱為主動土壓力，用Ea表示。

3.被動土壓力

在外力作用下，擋土墻推擠土體向后位移至一定數(shù)值，墻后土體達到被動極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力稱為被動土壓力，用Ep表示。

對同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下有以下規(guī)律：Ea

＜Eo

＜＜Ep86精選ppt5、靜止土壓力計算作用在擋土結(jié)構(gòu)背面的靜止土壓力可視為天然土層自重應(yīng)力的水平分量

K0h

hzK0zzh/3靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力強度

靜止土壓力分布

土壓力作用點三角形分布

作用點距墻底h/3

87精選ppt8.3朗肯土壓力理論8.3.1朗肯土壓力基本理論1.擋土墻背垂直、光滑2.填土表面水平3.墻體為剛性體σz=zσx＝K0zzf=0pa＝Kazpp＝Kpz增加減小45o-