土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)-第五六七章公開課教案課件

2024年1月2日

第5章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算

5.1

概述１.土在受壓時(shí)體積減小的特性叫土的壓縮性；２.土粒和土中水不能壓縮，土的壓縮性是指孔隙體積的壓縮；３.土的壓縮性由壓縮性指標(biāo)反映，一般通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)。

5.2土的壓縮性試驗(yàn)及指標(biāo)一、室內(nèi)壓縮試驗(yàn)及壓縮曲線室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)采用分級(jí)加荷，測(cè)讀各級(jí)荷載作用下土樣的穩(wěn)定壓縮變形量。根據(jù)

：2024年1月2日

１.土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)

壓縮系數(shù)

工程中常用的壓縮系數(shù)評(píng)價(jià)土的壓縮性：壓縮指數(shù)

２.土的壓縮模量

當(dāng)現(xiàn)有壓力增大至?xí)r，相應(yīng)的壓縮模量為：

３.土的回彈曲線和再壓縮曲線

土樣在某級(jí)壓力下逐級(jí)卸荷，可測(cè)得回彈曲線。并可繼續(xù)加荷得到再壓縮曲線。在回彈曲線上可定義出回彈系數(shù)、回彈指數(shù)、回彈模量。2024年1月2日

二、現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)及變形模量現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)也采用分級(jí)加荷，測(cè)讀各級(jí)荷載作用下地基土的穩(wěn)定壓縮變形量。整理試驗(yàn)結(jié)果可得載荷試驗(yàn)結(jié)果曲線。當(dāng)壓力較小時(shí)，曲線近似成比例變化，可按彈性力學(xué)公式反求地基的變形模量：

根據(jù)理論推導(dǎo)，壓縮模量與變形模量有如下關(guān)系：

理論上值小于1，但實(shí)際上許多土的大于1，見表5-2。三、應(yīng)力歷史對(duì)壓縮性的影響１、沉積土層的應(yīng)力歷史先期固結(jié)壓力的定義：天然土層在歷史上經(jīng)受過(guò)的最大固結(jié)壓力（最大豎向有效應(yīng)力）稱為先期固結(jié)壓力。根據(jù)應(yīng)力歷史土層可分為三種類型：正常固結(jié)土——在歷史上所經(jīng)受過(guò)的先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)有覆蓋土重；超固結(jié)土——?dú)v史上曾經(jīng)受過(guò)大于現(xiàn)有覆蓋土重的先期固結(jié)壓力,超固結(jié)土壓縮性小;欠固結(jié)土——其先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)有覆蓋土重，欠固結(jié)土壓縮性大。通常將先期固結(jié)壓力與現(xiàn)有覆蓋土重之比定義為超固結(jié)比：2024年1月2日

２、由原始?jí)嚎s曲線確定土的壓縮性指標(biāo)

a前期固結(jié)壓力的確定

b原始?jí)嚎s曲線與室內(nèi)壓縮曲線的關(guān)系正常固結(jié)土：超固結(jié)土：2024年1月2日

5.3地基沉降實(shí)用計(jì)算方法一、彈性理論法計(jì)算沉降

由布辛奈斯克解，在集中力Q

作用下，地表面r處的沉降為：

均布矩形荷載角點(diǎn)下的沉降為：均布矩形荷載中點(diǎn)下的沉降為：

均布矩形荷載下的平均沉降為：

式中系數(shù)查表5-3。二、分層總和法計(jì)算最終沉降（一）基本公式

2024年1月2日

5.3地基沉降實(shí)用計(jì)算方法一、彈性理論法計(jì)算沉降

由布辛奈斯克解，在集中力Q

作用下，地表面r處的沉降為：

均布矩形荷載角點(diǎn)下的沉降為：均布矩形荷載中點(diǎn)下的沉降為：

均布矩形荷載下的平均沉降為：

式中系數(shù)查表5-3。二、分層總和法計(jì)算最終沉降（一）基本公式

2024年1月2日

（二）按分層總和法計(jì)算１、基本假設(shè)（1）地基土沉降時(shí)無(wú)側(cè)向變形；（2）以基底中心點(diǎn)下一定范圍內(nèi)的單位面積小土柱的壓縮量作為基礎(chǔ)的平均沉降量；２、計(jì)算步驟與規(guī)定（1）地基分層：一般?。?/p>

，在土質(zhì)分層處和地下水位處也作為分層面；（2）計(jì)算基底中心點(diǎn)下自重應(yīng)力的分布；（3）計(jì)算基底附加壓力p0和基底中心點(diǎn)下附加應(yīng)力的分布；（4）確定壓縮層厚度：一般取處（軟土取0.1）作為壓縮層下限；（5）計(jì)算各層平均初始?jí)毫推骄倝毫Σ⒉榍€得和;（6）累計(jì)各層壓縮量３、算例某基礎(chǔ)底面尺寸，埋深１m，基礎(chǔ)底面荷載，地基為均質(zhì)粉質(zhì)黏土，，壓縮試驗(yàn)曲線如圖所示，試計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量。

2024年1月2日三、按規(guī)范法計(jì)算最終沉降

1、規(guī)范法的概念：（1）按土質(zhì)分層（2）經(jīng)驗(yàn)修正：

2、計(jì)算步驟：（1）初步計(jì)算沉降對(duì)均質(zhì)地基：

對(duì)分層地基：

（2）按經(jīng)驗(yàn)修正沉降（3）確定沉降計(jì)算深度2024年1月2日四、按應(yīng)力歷史法計(jì)算最終沉降

1、正常固結(jié)土的沉降計(jì)算由及

得

2、欠固結(jié)土的沉降計(jì)算

3、超固結(jié)土的沉降計(jì)算當(dāng)

當(dāng)

2024年1月2日

5.4飽和黏性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系一、飽和土的滲流固結(jié)飽和土在荷載作用下會(huì)出現(xiàn)超靜孔隙水壓力，并隨時(shí)間而滲流消散，土孔隙隨之壓縮變形直至穩(wěn)定，這一過(guò)程稱為固結(jié)。土單元的受力變形過(guò)程可借助活塞彈簧力學(xué)模型描述，根據(jù)有效應(yīng)力原理：

當(dāng)當(dāng)當(dāng)二、太沙基一維滲流固結(jié)理論１、基本假設(shè)(1)土是均質(zhì)各向同性和完全飽和的,土粒和水不可壓縮；(2)荷載沿水平面無(wú)限均勻分布，土只沿豎向壓縮滲流；(3)土中水的滲流服從達(dá)西定律；(4)在滲透固結(jié)過(guò)程中，土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)不變；(5)外荷是一次驟然施加的，在固結(jié)過(guò)程中保持不變；(6)土體變形完全是超靜孔隙水壓力消散引起的。2024年1月2日

２、固結(jié)微分方程的建立單位時(shí)間流入單元水量：?jiǎn)挝粫r(shí)間流出單元水量：由滲流連續(xù)條件：代入連續(xù)條件

得

由側(cè)限壓縮試驗(yàn)：和得或３、微分方程的解析解2024年1月2日

２、固結(jié)微分方程的建立單位時(shí)間流入單元水量：?jiǎn)挝粫r(shí)間流出單元水量：由滲流連續(xù)條件：代入連續(xù)條件

得

由側(cè)限壓縮試驗(yàn)：和得或３、微分方程的解析解2024年1月2日

4、固結(jié)度(1)地基固結(jié)度的概念

其中和代入上式得地基平均固結(jié)度：

(2)地基平均固結(jié)度由太沙基一維固結(jié)理論：

得：當(dāng)可取第一項(xiàng)其中三、任意時(shí)刻的地基沉降量

1、已知地基及荷載條件，求某時(shí)刻的地基沉降：

2、已知地基及荷載條件，求達(dá)到某一固結(jié)度所需的時(shí)間：2024年1月2日四、飽和黏性土地基沉降的三個(gè)階段根據(jù)飽和黏性土地基的試驗(yàn)分析，地基沉降變形量可分為三部分：

第5章作業(yè)：5-1、5-3、5-62024年1月2日第6章土的抗剪強(qiáng)度

6.1

概述

(1)定義：土體抵抗剪切破壞的極限能力稱為土的抗剪強(qiáng)度。

(2)在工程中不僅加載能引起土體剪切破壞，卸載也能引起土體剪切破壞。

(3)土體中法向應(yīng)力偏差的增大是引起土體剪切破壞的主要原因。例如：滑坡、地基破壞等都是由于豎向應(yīng)力與水平應(yīng)力偏差過(guò)大所致。6.2

土的抗剪強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)一、抗剪強(qiáng)度的庫(kù)侖定律

砂性土：

黏性土：

有效應(yīng)力表示法：

式中2024年1月2日

二、土的強(qiáng)度理論——極限平衡理論

1、土中應(yīng)力表示方法應(yīng)力單元法公式法莫爾圓法

2、莫爾圓與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系

3、莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論及極限平衡條件

6.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)試驗(yàn)方法及應(yīng)用一、直接剪切試驗(yàn)1、試驗(yàn)裝置及加載方法2、優(yōu)點(diǎn)3、缺點(diǎn)2024年1月2日

二、三軸壓縮試驗(yàn)1、試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)原理2、加載方法三、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)四、十字板剪切試驗(yàn)當(dāng)?shù)?024年1月2日

二、三軸壓縮試驗(yàn)1、試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)原理2、加載方法三、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)四、十字板剪切試驗(yàn)當(dāng)?shù)?024年1月2日五、孔隙壓力系數(shù)A和B

在有效應(yīng)力原理中

斯肯普頓提出：

1、應(yīng)力狀態(tài)的分解

2、各向均等應(yīng)力作用下的孔隙壓力

根據(jù)試驗(yàn)研究和理論分析：

3、偏應(yīng)力作用下的孔隙壓力

由試驗(yàn)研究:

得

或以全量表示：

不固結(jié)不排水試驗(yàn):

固結(jié)不排水試驗(yàn)：

固結(jié)排水試驗(yàn):

2024年1月2日

六、

應(yīng)力路徑概念在加荷過(guò)程中，土中某點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的變化在應(yīng)力坐標(biāo)圖中以應(yīng)力點(diǎn)的移動(dòng)軌跡表示。這種軌跡稱為應(yīng)力路徑。1、應(yīng)力路徑的表示方法1)直角坐標(biāo)系統(tǒng)2)直角坐標(biāo)系統(tǒng)2、幾種典型條件下的應(yīng)力路徑1)直接剪切試驗(yàn)：2)三軸壓縮試驗(yàn)：3、按應(yīng)力路徑法求有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)1)做應(yīng)力路徑強(qiáng)度包線，可得：，2)按應(yīng)力路徑強(qiáng)度包線與庫(kù)侖強(qiáng)度包線關(guān)系計(jì)算：

第6章作業(yè)：6-1

6-26-3

6-46-5

2024年1月2日第7章土壓力計(jì)算7.1概述土壓力是指作用在擋土結(jié)構(gòu)上的側(cè)向壓力。它是擋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須確定的條件。按擋土結(jié)構(gòu)的變形情況，土壓力分為三類。1、靜止土壓力定義：當(dāng)擋土墻靜止不動(dòng)，土體處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，土對(duì)墻體的壓力稱為靜止土壓力。以表示。其中2、主動(dòng)土壓力定義：擋土墻受土壓力作用向離開土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻上的土壓力稱為主動(dòng)土壓力。以表示。

3、被動(dòng)土壓力定義：擋土墻受外力作用向土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻上的土壓力稱為被動(dòng)土壓力。以表示。

三種土壓力的關(guān)系：7.2靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力等于半無(wú)限土體中的水平向自重應(yīng)力：靜止土壓力的合力：，可取2024年1月2日7.3朗金土壓力理論一、基本原理二、朗金主動(dòng)土壓力三、朗金被動(dòng)土壓力四、幾種特殊情況下的朗金土壓力計(jì)算1、填土表面有均布荷載２、成層填土３、填土中有地下水五、朗金土壓力理論的適用條件1、擋土墻墻背垂直、(光滑)；2、填土表面水平。2024年1月2日8.4庫(kù)侖土壓力理論基本假設(shè)：(1)墻后的填土是理想的散體；(2)滑動(dòng)破壞面為一平面。一、主動(dòng)土壓力分析土楔體受力：重力W：垂直向下；土反力R：向斜上方；墻反力E：向斜上方。由正弦定理：整理得：202