土力學(xué)-復(fù)習(xí)2011.ppt

土力學(xué),主講：朱明,第一章 土的物理性質(zhì)及工程分類,1.1土的組成與土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造 1.2土的物理性質(zhì)指標(biāo) 1.3土的物理狀態(tài)指標(biāo) 1.4土(巖)的工程分類 1.5土的壓實(shí)性,主要內(nèi)容,顆粒級(jí)配的描述,工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級(jí)配的不均勻程度,d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、 30%和60%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑,Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu5的土視為級(jí)配不良的土； Cu10的土視為級(jí)配良好的土,曲率系數(shù)Cc描述顆粒級(jí)配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況,對(duì)于礫類土或砂類土，同時(shí)滿足Cu5和Cc=13時(shí)，定名為良好級(jí)配砂或良好級(jí)配礫,土的物理性質(zhì)指標(biāo),一、土的三相圖,質(zhì)量m,體積V,二、直接測(cè)定指標(biāo),1.土的密度：?jiǎn)挝惑w積土的質(zhì)量,工程中常用重度來(lái)表示單位體積土的重力,重力加速度，近似取10m/s2,2.土粒相對(duì)密度Gs（土粒比重）：土粒質(zhì)量與同體積的4時(shí)純水的質(zhì)量之比,土粒相對(duì)密度變化范圍不大：細(xì)粒土（粘性土）一般2.702.75；砂土一般為2.65左右。土中有機(jī)質(zhì)含量增加，土粒相對(duì)密度減小,3.土的含水量：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示,土的含水量是標(biāo)志土含水程度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。天然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。,測(cè)定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法,三、換算指標(biāo),1.孔隙比e和孔隙率n,孔隙比e ：土中孔隙體積與土粒體積之比,2.土的飽和度Sr ：土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示,飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土Sr=0,飽和土Sr=100%。砂土根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài):,孔隙率n ：土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示,Sr50%稍濕； 50Sr80%很濕； Sr80%飽和,3.不同狀態(tài)下土的密度和重度,飽和密度sat ：土體中孔隙完全被水充滿時(shí)的土的密度,干密度d ：?jiǎn)挝惑w積中固體顆粒部分的質(zhì)量,浮密度 ：土單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差,土的三相比例指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)共有4個(gè)，土的密度，飽和密度sat，干密度d，浮密度 (kg/m3),相應(yīng)的重度指標(biāo)也有4個(gè)，土的重度，飽和重度sat，干重度d，浮重度 (kN/m3),四、指標(biāo)間的換算,質(zhì)量m,體積V,土的三相指標(biāo)中，土粒比重Gs ，含水量和密度是通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定的，可以根據(jù)三個(gè)基本指標(biāo)換算出其余各指標(biāo),推導(dǎo)：,換算關(guān)系式：,土的物理狀態(tài)指標(biāo),一、無(wú)粘性土的密實(shí)度,土的密實(shí)度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松散的不同物理狀態(tài)。無(wú)粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切關(guān)系,1.孔隙比e,孔隙比e可以用來(lái)表示砂土的密實(shí)度。對(duì)于同一種土，當(dāng)孔隙比小于某一限度時(shí)，處于密實(shí)狀態(tài)。孔隙比愈大，土愈松散,2.相對(duì)密實(shí)度Dr,砂土在天然狀態(tài)下孔隙比,砂土在最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比,砂土在最松散狀態(tài)時(shí)的孔隙比,當(dāng)Dr=0時(shí)， e=emin，表示土處于最疏松狀態(tài);當(dāng)Dr=1.0時(shí)， e=emax，表示土體處于最密實(shí)狀態(tài),3.按動(dòng)力觸探確定無(wú)粘性土的密實(shí)度,Dr1/3,疏松狀態(tài),1/3Dr2/3,中密狀態(tài),2/3Dr1,密實(shí)狀態(tài),天然砂土的密實(shí)度，可按原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的錘擊數(shù)N進(jìn)行評(píng)定。天然碎石土的密實(shí)度，可按原位重型圓錐動(dòng)力觸探的錘擊數(shù)N63.5進(jìn)行評(píng)定(GB50007-2002),二、粘性土的稠度,1.粘性土的稠度狀態(tài),稠度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,是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征,0,固態(tài)或半固態(tài),可塑狀態(tài),流動(dòng)狀態(tài),塑限P,液限L,粘性土由某一種狀態(tài)過(guò)渡到另一狀態(tài)的界限含水量稱為土的稠度界限,液塑限測(cè)定根據(jù)土工試驗(yàn)規(guī)程(SL237-007-1999)規(guī)定，采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。,2.粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù),塑性指數(shù)IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍,說(shuō)明：塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的能力,即與土中粘粒含量有關(guān)。粘粒含量越多,塑性指數(shù)就越高,說(shuō)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(duì)關(guān)系。當(dāng)IL0時(shí),P,土處于堅(jiān)硬狀態(tài);當(dāng)IL1時(shí),L,土處于流動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)IL值可以直接判定土的軟硬狀態(tài),液性指數(shù)IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比,第二章 土的滲透性與滲透問(wèn)題,2.1達(dá)西定律 2.2滲透系數(shù)及其確定方法 2.3滲透力與滲透變形 2.4滲流工程問(wèn)題與處理措施,主要內(nèi)容,達(dá)西定律,達(dá)西分析了大量實(shí)驗(yàn)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(xiāng) 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(shí)水的滲透速度，cm/s 。,滲透力與滲透變形,一、滲透力和臨界水力坡降,1.滲透力滲透水流施加于單位土粒上的拖曳力,沿水流方向放置兩個(gè)測(cè)壓管，測(cè)壓管水面高差h,水流流經(jīng)這段土體，受到土顆粒的阻力，阻力引起的水頭損失為h,土粒對(duì)水流的阻力應(yīng)為,土樣面積,根據(jù)牛頓第三定律，試樣的總滲流力J和土粒對(duì)水流的阻力F大小相等，方向相反,滲流作用于單位土體的力,說(shuō)明：滲透力j是滲流對(duì)單位土體的作用力，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kN/m3,滲透力方向與重力一致，促使土體壓密、強(qiáng)度提高，有利于土體穩(wěn)定,滲流方向近乎水平，使土粒產(chǎn)生向下游移動(dòng)的趨勢(shì)，對(duì)穩(wěn)定不利,滲流力與重力方向相反，當(dāng)滲透力大于土體的有效重度，土粒將被水流沖出,2.臨界水力坡降使土體開(kāi)始發(fā)生滲透變形的水力坡降,當(dāng)土顆粒的重力與滲透力相等時(shí)，土顆粒不受任何力作用，好像處于懸浮狀態(tài)，這時(shí)的水力坡降即為臨界水力坡降,或,在工程計(jì)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i。設(shè)計(jì)時(shí)，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i內(nèi),二、滲透變形,滲透水流將土體的細(xì)顆粒沖走、帶走或局部土體產(chǎn)生移動(dòng)，導(dǎo)致土體變形滲透變形問(wèn)題（流土，管涌）,1.流土在滲流作用下，局部土體表面隆起，或某一范圍內(nèi)土 粒群同時(shí)發(fā)生移動(dòng)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(nèi)部。開(kāi)挖基坑或渠道時(shí)常遇到的流砂現(xiàn)象，屬于流土破壞。細(xì)砂、粉砂、淤泥等較易發(fā)生流土破壞,2.管涌在滲流作用下，無(wú)粘性土中的細(xì)小顆粒通過(guò)較大顆粒的孔隙，發(fā)生移動(dòng)并被帶出的現(xiàn)象,土體在滲透水流作用下，細(xì)小顆粒被帶出，孔隙逐漸增大，形成能穿越地基的細(xì)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(nèi)部，也可以發(fā)生在滲流出口處，發(fā)展一般有個(gè)時(shí)間過(guò)程，是一種漸進(jìn)性的破壞,基坑突涌,當(dāng)基坑下部有承壓水層時(shí)，開(kāi)挖基坑減小了底板隔水層的厚度，當(dāng)隔水層較薄經(jīng)受不住承壓水頭壓力，承壓水頭壓力就會(huì)沖毀基坑底板，這種現(xiàn)象稱為基坑突涌,第三章 土中應(yīng)力計(jì)算,主要內(nèi)容,1.土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài),2.有效應(yīng)力原理,3.土中自重應(yīng)力（水平，豎直）,4.與基礎(chǔ)接觸的基底壓力,5.外荷載作用下地基土的附加應(yīng)力,有效應(yīng)力原理,飽和土中總應(yīng)力與孔隙水壓力、有效應(yīng)力之間存在如下關(guān)系：,=,+u,：總應(yīng)力 ,：有效應(yīng)力 u ：孔隙水壓力,地基中的應(yīng)力計(jì)算假定,地 基,地 基假設(shè)為:,半無(wú)限體,彈 性,均 質(zhì),各項(xiàng)同性,自重應(yīng)力,自重應(yīng)力：由于土體本身自重引起的應(yīng)力,確定土體初始應(yīng)力狀態(tài),成層土的自重應(yīng)力計(jì)算,1 h1,1 h1 + 2h2,1 h1 + 2h2 + 3h3,說(shuō)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,毛細(xì)壓力,毛細(xì)壓力是一種有效壓力。,毛細(xì)水位的上升，將會(huì)提高土層的自重壓力，對(duì)支擋結(jié)構(gòu)或土坡穩(wěn)定不利。,由于毛細(xì)壓力的作用，在地下水位以上時(shí)，u（靜水壓力）為負(fù)值，在地下水位以下時(shí)，u（靜水壓力）為正值。,基底壓力,基底壓力：建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載和基礎(chǔ)自重通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給地基，作用于基礎(chǔ)底面?zhèn)髦恋鼗膯挝幻娣e壓力,影響基底壓力的因素,影響基底壓力的因素:基礎(chǔ)的形狀、大小、剛度，埋置深度，基礎(chǔ)上作用荷載的性質(zhì)（中心、偏心、傾斜等）及大小、地基土性質(zhì),中心荷載作用下的基底壓力,若是條形基礎(chǔ)，F(xiàn),G取單位長(zhǎng)度基底面積計(jì)算,G= GAd,取室內(nèi)外平均埋深計(jì)算,偏心荷載作用下的基底壓力,作用于基礎(chǔ)底面形心上的力矩 M=(F+G)e,基礎(chǔ)底面的抵抗矩；矩形截面W=bl2/6,討論,當(dāng)e0，基底壓力呈梯形分布,當(dāng)e=l/6時(shí)，pmax0，pmin=0，基底壓力呈三角形分布,當(dāng)el/6時(shí)，pmax0，pmin0，基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，基底壓力重分布,基底壓力重分布,偏心荷載作用在基底壓力分布圖形的形心上,基底附加壓力(基底凈壓力),基底附加壓力：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(dǎo)致地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力的那部分基底壓力,基底附加壓力在數(shù)值上等于基底壓力扣除基底標(biāo)高處原有土體的自重應(yīng)力,基底附加壓力計(jì)算,基底壓力呈梯形分布時(shí)，基底附加壓力,基底附加壓力,自重應(yīng)力,地基中的附加應(yīng)力,附加應(yīng)力：新增外加荷載在地基土體中引起的應(yīng)力,計(jì)算基本假定：,地基土是連續(xù)、均勻、各向同性的半無(wú)限完全彈性體,不同地基中應(yīng)力分布各有其特點(diǎn),平面問(wèn)題,空間問(wèn)題,豎向集中荷載作用下的地基附加應(yīng)力分布規(guī)律,距離地面越深，附加應(yīng)力的分布范圍越廣 在集中力作用線上的附加應(yīng)力最大，向兩側(cè)逐漸減小 同一豎向線上的附加應(yīng)力隨深度而變化 在集中力作用線上，當(dāng)z0時(shí)，z，隨著深度增加，z逐漸減小 豎向集中力作用引起的附加應(yīng)力向深部向四周無(wú)限傳播，在傳播過(guò)程中，應(yīng)力強(qiáng)度不斷降低（應(yīng)力擴(kuò)散）,角點(diǎn)法計(jì)算地基附加應(yīng)力,I,II,III,IV,角點(diǎn)法計(jì)算地基附加應(yīng)力,計(jì)算點(diǎn)在基底邊緣,計(jì)算點(diǎn)在基底邊緣外,角點(diǎn)法計(jì)算地基附加應(yīng)力,計(jì)算點(diǎn)在基底角點(diǎn)外,I,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(chǔ)的剛度和地基的變形條件。,對(duì)柔性基礎(chǔ)，地基反力分布與上部荷載分布基本相同，而基礎(chǔ)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。,對(duì)剛性基礎(chǔ)（如箱形基礎(chǔ)或高爐基礎(chǔ)等），在外荷載作用下，基礎(chǔ)底面基本保持平面，即基礎(chǔ)各點(diǎn)的沉降幾乎是相同的，但基礎(chǔ)底面的地基反力分布則不同于上部荷載的分布情況。,剛性基礎(chǔ)在中心荷載作用下，開(kāi)始的地基反力呈馬鞍形分布；荷載較大時(shí)，邊緣地基土產(chǎn)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(huì)繼續(xù)發(fā)展呈鐘形分布。,目前根據(jù)什么假設(shè)計(jì)算地基中的附加應(yīng)力？設(shè)是否合理可行？,目前計(jì)算土中應(yīng)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(wú)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(shí)際情況有差別，不過(guò)其計(jì)算結(jié)果尚能滿足實(shí)際工程的要求。,在雙層地基中，堅(jiān)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(huì)發(fā)生應(yīng)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(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象，這些情況目前的附加應(yīng)力計(jì)算方法都還無(wú)法考慮進(jìn)去。,第四章 土的壓縮性和地基沉降計(jì)算,主要內(nèi)容,4.1 土的壓縮性 4.2 地基沉降計(jì)算 4.3 飽和土滲流固結(jié)理論 4.4 沉降觀測(cè)與地基容許變形,土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性.,壓縮量的組成 固體顆粒的壓縮 土中水的壓縮 空氣的排出 水的排出,占總壓縮量的1/400不到，忽略不計(jì),壓縮量主要組成部分,說(shuō)明：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果,透水性好，水易于排出,壓縮穩(wěn)定很快完成,透水性差，水不易排出,壓縮穩(wěn)定需要很長(zhǎng)一段時(shí)間,土的固結(jié)：土體在壓力作用下，壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程,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,p1,p2,e1,e2,M1,M2,e0,e-p曲線,p,e,利用單位壓力增量所引起得孔隙比改變表征土的壓縮性高低,在壓縮曲線中，實(shí)際采用割線斜率表示土的壓縮性,規(guī)范用p1100kPa、 p2200kPa對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評(píng)價(jià)土的壓縮性,a1-20.1MPa-1低壓縮性土 0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中壓縮性土 a1-20.5MPa-1高壓縮性土,2.壓縮模量Es,土在側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或稱為側(cè)限模量,說(shuō)明：土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數(shù)a成反比， Es愈大， a愈小，土的壓縮性愈低,3.變形模量E0,土在無(wú)側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值。,變形模量與壓縮模量之間關(guān)系,其中,土的泊松比，一般00.5之間,第二節(jié) 地基沉降計(jì)算,一、分層總和法,地基最終沉降量：地基變形穩(wěn)定后基礎(chǔ)底面的沉降量,1.基本假設(shè) 地基是均質(zhì)、各向同性的半無(wú)限線性變形體，可按彈性理論計(jì)算土中應(yīng)力 在壓力作用下，地基土不產(chǎn)生側(cè)向變形，可采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo),2.單一壓縮土層的沉降計(jì)算 在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布荷載，豎向應(yīng)力增加，孔隙比相應(yīng)減小，土層產(chǎn)生壓縮變形，沒(méi)有側(cè)向變形。,一、分層總和法,可壓縮土層,土層豎向應(yīng)力由p1增加到p2，引起孔隙比從e1減小到e2，豎向應(yīng)力增量為p,由于,所以,3.單向壓縮分層總和法 分別計(jì)算基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中各個(gè)分層土的壓縮變形量si,基礎(chǔ)的平均沉降量s等于si的總和,ei第i層土的壓縮應(yīng)變,計(jì)算步驟,4.單向壓縮分層總和法計(jì)算步驟,e1i由第i層的自重應(yīng)力均值從土的壓縮曲線上得到的相應(yīng)孔隙比 e2i由第i層的自重應(yīng)力均值與附加應(yīng)力均值之和從土的壓縮曲線上得到的相應(yīng)孔隙比,ei土的壓縮應(yīng)變,1.繪制基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中自重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布曲線 2.確定地基沉降計(jì)算深度 3.確定沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)的分層界面 4.計(jì)算各分層沉降量 5.計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量,繪制基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中自重應(yīng)力和附加應(yīng)力分布曲線,確定基礎(chǔ)沉降計(jì)算深度,一般取附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值為20處，即z=0.2c處的深度作為沉降計(jì)算深度的下限,確定地基分層,1.不同土層的分界面與地下水位面為天然層面 2.每層厚度hi 0.4b,計(jì)算各分層沉降量,根據(jù)自重應(yīng)力、附加應(yīng)力曲線、e-p壓縮曲線計(jì)算任一分層沉降量,對(duì)于軟土，應(yīng)該取z=0.2c處，若沉降深度范圍內(nèi)存在基巖時(shí)，計(jì)算至基巖表面為止,計(jì)算基礎(chǔ)最終沉降量,二、規(guī)范法,由建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500072002）提出 分層總和法的另一種形式 沿用分層總和法的假設(shè)，并引入平均附加應(yīng)力系數(shù)和地基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù),均質(zhì)地基土，在側(cè)限條件下，壓縮模量Es不隨深度而變，從基底至深度z的壓縮量為,附加應(yīng)力面積,深度z范圍內(nèi)的附加應(yīng)力面積,附加應(yīng)力通式z=K p0,引入平均附加應(yīng)力系數(shù),因此附加應(yīng)力面積表示為,因此,利用附加應(yīng)力面積A的等代值計(jì)算地基任意深度范圍內(nèi)的沉降量，因此第i層沉降量為,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,第n層,第i層,Ai,Ai-1,地基沉降計(jì)算深度zn應(yīng)該滿足的條件,zi、zi-1基礎(chǔ)底面至第i層土、第i-1層土底面的距離(m),當(dāng)確定沉降計(jì)算深度下有軟弱土層時(shí)，尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計(jì)算沉降量也滿足上式，若計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖，zn可取至基巖表面為止,當(dāng)無(wú)相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在130m范圍內(nèi)，基礎(chǔ)中點(diǎn)的地基沉降計(jì)算深度可以按簡(jiǎn)化公式計(jì)算,為了提高計(jì)算精度，地基沉降量乘以一個(gè)沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ys，可以查有關(guān)系數(shù)表得到,地基最終沉降量修正公式,三、地基沉降計(jì)算中的有關(guān)問(wèn)題,1.分層總和法在計(jì)算中假定不符合實(shí)際情況 假定地基無(wú)側(cè)向變形 計(jì)算結(jié)果偏小 計(jì)算采用基礎(chǔ)中心點(diǎn)下土的附加應(yīng)力和沉降 計(jì)算結(jié)果偏大 兩者在一定程度上相互抵消誤差，但精確誤差難以估計(jì),2.分層總和法中附加應(yīng)力計(jì)算應(yīng)考慮土體在自重作用下的固結(jié)程度，未完全固結(jié)的土應(yīng)考慮由于固結(jié)引起的沉降量 相鄰荷載對(duì)沉降量有較大的影響，在附加應(yīng)力計(jì)算中應(yīng)考慮相鄰荷載的作用,3.當(dāng)建筑物基礎(chǔ)埋置較深時(shí)，應(yīng)考慮開(kāi)挖基坑時(shí)地基土的回彈，建筑物施工時(shí)又產(chǎn)生地基土再壓縮的情況,沉降分析中的若干問(wèn)題,a,d,b,1.土的卸荷回彈曲線不與原壓縮曲線重合，說(shuō)明土不是完全彈性體，其中有一部分為不能恢復(fù)的塑性變形 2.土的再壓縮曲線比原壓縮曲線斜率要小得多，說(shuō)明土經(jīng)過(guò)壓縮后，卸荷再壓縮時(shí)，其壓縮性明顯降低,2.粘性土沉降的三個(gè)組成部分,1.sd 瞬時(shí)沉降 2.sc 固結(jié)沉降 3. ss 次固結(jié)沉降,土的應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性的影響,土的應(yīng)力歷史：土體在歷史上曾經(jīng)受到過(guò)的應(yīng)力狀態(tài),先期固結(jié)壓力pc ：土在其生成歷史中曾受過(guò)的最大有效固結(jié)壓力,討論：對(duì)試樣施加壓力p時(shí)，壓縮曲線形狀,ppc,再壓曲線，曲線平緩,ppc,正常壓縮曲線，斜率陡，土體壓縮量大,1.正常固結(jié)土,先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0,2.超固結(jié)土,先期固結(jié)壓力大于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0,3.超固結(jié)土,先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)時(shí)的土壓力pcp0,飽和土的一維固結(jié)理論基本假定,1.土層是均質(zhì)的、完全飽和的 2.土的壓縮完全由孔隙體積減小引起，土體和水不可壓縮 3.土的壓縮和排水僅在豎直方向發(fā)生 4.土中水的滲流服從達(dá)西定律 5.在滲透固結(jié)過(guò)程中，土的滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)a視為常數(shù) 6.外荷一次性施加,微分方程及解析解,根據(jù)水流連續(xù)性原理、達(dá)西定律和有效應(yīng)力原理，建立固結(jié)微分方程,cv土的固結(jié)系數(shù)，m/年,滲透固結(jié)前土的孔隙比,其中：k土的滲透系數(shù)，m/年,地基固結(jié)度,地基固結(jié)度：地基固結(jié)過(guò)程中任一時(shí)刻t的固結(jié)沉降量sct與其最終固結(jié)沉降量sc之比,說(shuō)明： 在壓縮應(yīng)力、土層性質(zhì)和排水條件等已定的情況下，U僅是時(shí)間t的函數(shù) 豎向排水情況，固結(jié)沉降與有效應(yīng)力成正比，因此在某一時(shí)刻有效應(yīng)力圖面積和最終有效應(yīng)力圖面積之比值即為豎向排水的平均固結(jié)度Uz,各種情況下地基固結(jié)度的求解,地基固結(jié)度基本表達(dá)式中的Uz隨地基所受附加應(yīng)力和排水條件不同而不同，因此在計(jì)算固結(jié)度與時(shí)間的關(guān)系時(shí)也應(yīng)區(qū)別對(duì)待,1.適用于地基土在其自重作用下已固結(jié)完成，基底面積很大而壓縮土層又較薄的情況 2.適用于土層在其自重作用下未固結(jié)，土的自重應(yīng)力等于附加應(yīng)力 3.適用于地基土在自重作用已固結(jié)完成，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(yīng)力已接近于零 4.視為1、2種附加應(yīng)力分布的疊加 5.視為1、3種附加應(yīng)力分布的疊加,二、地基的容許變形值,地基變形按其變形特征劃分 1.沉降量一般指基礎(chǔ)中點(diǎn)的沉降量 2.沉降差相鄰兩基礎(chǔ)的沉降量之差 3.傾斜基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差與其距離之比 4.局部?jī)A斜承重砌體沿縱墻610m內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)的沉降差與其距離之比,地基容許變形值的確定方法,1.理論分析方法 實(shí)質(zhì)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)與地基相互作用分析，計(jì)算上部結(jié)構(gòu)中由于地基差異沉降可能引起的次應(yīng)力或拉應(yīng)力，然后在保證其不超過(guò)結(jié)構(gòu)承受能力的前提下，綜合考慮其它方面的要求，確定地基容許變形值,飽和土的大沙基一維固結(jié)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(jié)時(shí)間等因素。,太沙基的有效應(yīng)力原理與實(shí)際情況差別有多大？,實(shí)際工程中的土中滲流問(wèn)題一般都是三維問(wèn)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(jié)問(wèn)題中采用三維固結(jié)理論考慮滲流的空間效應(yīng)非常重要。但三維固結(jié)理論計(jì)算方法復(fù)雜，計(jì)算參數(shù)也很難獲得，給實(shí)際使用帶來(lái)了困難。在通常的地基固結(jié)中，按一維有側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)考慮采用太沙基的有效應(yīng)力原理進(jìn)行分析計(jì)算雖然有誤差，但在目前條件下借助一定經(jīng)驗(yàn)判斷還是非常有效的。,固結(jié)度的物理意義是什么？,地基土的固結(jié)度是指土中超孔隙水壓力隨著時(shí)間的推移而消散的程度,固結(jié)度越大，超孔隙水壓力減小越多而土層中的有效應(yīng)力增加越多。故將其定義為土層在固結(jié)過(guò)程中， t時(shí)刻土層各點(diǎn)土骨架承擔(dān)的有效應(yīng)力圖面積與起始超孔隙水壓力（或附加應(yīng)力）圖面積之比。,土的應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性有何影響,在同等壓力下，欠固結(jié)土的壓縮性最大，而土層的超固結(jié)程度越高，土層的壓縮性越小。,為何有了壓縮系數(shù)還要定義壓縮模量？,壓縮系數(shù)是室內(nèi)驗(yàn)算試驗(yàn)中最直接得到的指標(biāo)，是土力學(xué)所特有的指標(biāo)之一。壓縮模量的定義主要是為了利用虎克定律而設(shè)置，工程中也比較習(xí)慣使用這一指標(biāo)。,計(jì)算地基最終沉降量的分層總和法與應(yīng)力面積法的主要區(qū)別有那些？二者的實(shí)用性如何？,（1）分層總和法與應(yīng)力面積法的分層原則不同。,分層總和法采用盡可能小的薄層而應(yīng)力面積法則一般采用土層的天然分層（地下水位處也有分層）。,（2）使用的變形參數(shù)（壓縮模量或壓縮系數(shù)）有區(qū)別。,分層總和法一般取對(duì)應(yīng)薄層的荷載下的變形參數(shù)，而應(yīng)力面積法采用的則是平均壓力下的計(jì)算參數(shù)（工程中通常使用E12）。,（3）地基沉降計(jì)算壓縮層深度的確定不同。,分層總和法采用附加應(yīng)力與自重應(yīng)力比值確定，而應(yīng)力面積法則采用試算方法確定。,由于應(yīng)力面積法在工程實(shí)踐中已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，故在實(shí)際工程較多采用應(yīng)力面積法。 。,1.土的強(qiáng)度是抗剪強(qiáng)度,2.庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度定律,第五章 土的抗剪強(qiáng)度,砂 土 f tan 粘性土 f c +tan, f 穩(wěn)定狀態(tài), = f 極限平衡狀態(tài), f 已破壞,抗剪強(qiáng)度不是定值，隨法向應(yīng)力的增大而增大,3.摩爾應(yīng)力圓表示土中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài),4.極限平衡方程,剪破面不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大主應(yīng)力面成45o+ /2的夾角。,5.判斷土體是否發(fā)生剪切破壞,方法1 應(yīng)力圓與強(qiáng)度線的關(guān)系,方法2 應(yīng)力圓心到強(qiáng)度線的距離,方法3 比較實(shí)際最大主應(yīng)力1和用最小主應(yīng)力計(jì)算的對(duì)應(yīng)破壞的最大主應(yīng)力*1,方法1 應(yīng)力圓與強(qiáng)度線的關(guān)系,相離：未破壞,相切：破壞,相割：破壞,f,=f,f,方法2 應(yīng)力圓心到強(qiáng)度線的距離,1/2(1 - 3 ) 1/2(1+3) sin+ccos 破 壞,1/2(1 -3 ) 1/2(1+3) sin+ccos 未破壞,*1 3 tan2(45o+/2) +2c tan (4