岩土力学（水利水电工程师） .ppt.ppt

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1、岩土力学（水利水电工程师）.ppt Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望岩土力学岩土力学 主讲老师：主讲老师：郭莹郭莹电电 话：话：13704268216大连理工大学土木水利学院大连理工大学土木水利学院岩土工程研究所岩土工程研究所Email：dl-2岩土力学岩土力学基本内容基本内容2.1 2.1 土的组成和物理性质指标土的组成和物理性质指标2.2 2.2 土中应力土中应力 2.3 2.3 地基变形地基变形2.4 2.4 土的抗剪强度土的抗剪强度2.5 2

2、.5 特殊性土特殊性土2.6 2.6 土压力土压力2.7 2.7 土坡稳定土坡稳定2.8 2.8 地基承载力地基承载力2.9 2.9 岩石力学基础岩石力学基础31.土的组成与结构土的组成与结构颗粒级配分析颗粒级配分析2.土的三相比例指标土的三相比例指标3.土的物理状态指标土的物理状态指标4.土的击实特性土的击实特性5.土的工程分类土的工程分类2.1 土的组成和物理性质指土的组成和物理性质指标标 主要内容主要内容41.有效应力和有效应力原理有效应力和有效应力原理2.孔隙水压力孔隙水压力3.自重应力自重应力4.地基附加应力地基附加应力 基底压力，基底附加压力基底压力，基底附加压力2.2 土中应力土

3、中应力 主要内容主要内容51.土的压缩性土的压缩性试验与指标试验与指标2.基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算3.地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系2.3 地基变形地基变形 主要内容主要内容61.试验测定土的抗剪强度试验测定土的抗剪强度 直剪试验，三轴试验直剪试验，三轴试验2.土的极限平衡条件土的极限平衡条件2.4 土的抗剪强度土的抗剪强度 主要内容主要内容71.软土软土2.黄土黄土3.膨胀土膨胀土4.红粘土红粘土5.盐渍土盐渍土6.冻土冻土7.填土填土8.可液化土可液化土2.5 特殊性土特殊性土 主要内容主要内容81.土压力产生的条件和类型土压力产生的条件和类型2.朗肯土压力理论朗肯土

4、压力理论3.库仑土压力理论库仑土压力理论2.6 土压力土压力 主要内容主要内容91.土坡失稳破坏形式土坡失稳破坏形式2.均质土坡稳定计算均质土坡稳定计算3.圆弧滑动面条分法圆弧滑动面条分法2.7 土坡稳定土坡稳定 主要内容主要内容101.基本概念基本概念2.极限承载力计算方法极限承载力计算方法3.地基承载力影响因素地基承载力影响因素2.8 地基承载力地基承载力 主要内容主要内容111.岩石的基本物理性质岩石的基本物理性质2.岩石的强度和破坏机理岩石的强度和破坏机理3.岩体的工程分类岩体的工程分类4.围岩与岩坡的稳定性分析围岩与岩坡的稳定性分析2.9 岩石力学基础岩石力学基础 主要内容主要内容1

5、21.土的组成与结构土的组成与结构2.土的三相比例指标土的三相比例指标3.土的物理状态指标土的物理状态指标4.土的击实特性土的击实特性5.土的工程分类土的工程分类2.1 土的组成和物理性质指标土的组成和物理性质指标13土的形成渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性土的三相组成土的物理状态土的结构土的工程分类土的压实性 决定影响如何获得较好的土便于研究和应用2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质14土的成因土的成因物理风化物理风化化学风化化学风化量变量变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物质变质变粘性土粘性土次生矿物次生矿物残积土残积土无搬运运积土运积土有搬运土是土是岩石岩石经过经过

6、风化风化后在不同条件下形成的自然历史的产物后在不同条件下形成的自然历史的产物重力重力:坡积土坡积土流水流水:洪积土、冲积土、湖相土、海相土洪积土、冲积土、湖相土、海相土冰川冰川:冰积土冰积土风力：风力：风积土风积土2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质15气相固相液相+构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用土的三相组成土的三相组成2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质16 土有三个组成部分：固相、液相和气相土有三个组成部分：固相、液相和气相1.固相固相 固体颗粒固体颗粒2.液相液相 土中水土中水3.气相气相 土中气体土中气体 粒径级配粒径级

7、配 颗粒形状颗粒形状 矿物成分矿物成分结合水结合水 (强结合水、弱结合水强结合水、弱结合水)自由水自由水 (重力水、毛细水重力水、毛细水)自由气体自由气体封闭气体封闭气体 试验：试验：筛分、水筛分、水分分 曲线：曲线：形状，意形状，意义义 指标：指标：定义，应定义，应用用 评价、判断评价、判断 原生原生(成岩成岩)矿物：矿物：次生次生(粘土粘土)矿物矿物(高岭石、伊利石、高岭石、伊利石、蒙托石）蒙托石）2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质土的三相组成土的三相组成17颗粒大小颗粒大小粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径d(mm)d(mm)

8、砾粒砾粒砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒6020.0750.0050.075粗粒粗粒细粒细粒卵石卵石200漂石漂石2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质 土的三相组成土的三相组成土的固相土的固相巨粒巨粒18粒径级配粒径级配确定方法确定方法 筛分法：筛分法：适用于粗粒土适用于粗粒土 (0.075 mm)水分法：水分法：适用于细粒土适用于细粒土 (0.075mm)各粒组的相对含量，用质量百分数来表示各粒组的相对含量，用质量百分数来表示表述方法表述方法 粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质 土的三相组成土的三相组成土的固相土的固相19 土的三相组成土的三相组成土

9、的固相土的固相 土的颗粒级配曲线横、纵坐标分别代表什么？土的颗粒级配曲线上面的一点表示什么意思？一段呢？不均匀系数Cu定义和意义？什么是级配良好的土？满足一个条件是否可以称为级配良好？曲率系数Cc定义和意义？2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质20 土的三相组成土的三相组成土的固相土的固相1009080706050403020100小于某粒径之土质量占总质量的百分数小于某粒径之土质量占总质量的百分数（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的颗粒级配累积曲线土的颗粒级配累积曲线d60d50d10d30特征粒径特征粒径:d50:平均平均粒

10、径粒径d60:控制控制粒径粒径d10:有效有效粒径粒径d30 不均匀程度不均匀程度：Cu=d60/d10 连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀粗细程度粗细程度：用用d50 表示 2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质211009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的颗粒级配累积曲线土的颗粒级配累积曲线d60d10d30斜率斜率:某粒径范围内颗粒的含量某粒径范围内颗粒的含量 陡陡

11、相应粒组质量集中相应粒组质量集中 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数较大颗粒缺少较大颗粒缺少Cc 减小减小较小颗粒缺少较小颗粒缺少Cc 增大增大Cc =1 3,级配连续性好级配连续性好2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质 土的三相组成土的三相组成土的固相土的固相22粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的粒组含量用于土的分类定名分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的用于判定土的不均匀程度不均匀程度：Cu 5,不均匀土不均匀土；

12、Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土4）不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的用于判定土的级配优劣级配优劣：如果如果 Cu 5且且 C c =1 3，级配级配 良好的土良好的土；如果如果 Cu 3 或或 Cc 1,级配级配 不良的土不良的土2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质 土的三相组成土的三相组成土的固相土的固相23结构结构:土粒相互排列和联结方式土粒相互排列和联结方式成土过程自然形成成土过程自然形成颗粒大小颗粒大小,形状形状矿物成分矿物成分沉积条件沉积条件影响因素影响因素:类型类型:具体的土是复杂组合，以某种类型为主具体的土是复杂组合，以某种类型

13、为主.单粒结构单粒结构 蜂窝结构蜂窝结构 絮状结构絮状结构2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质土的三相组成土的三相组成土的结构土的结构241.土的组成与结构土的组成与结构2.土的三相比例指标土的三相比例指标3.土的物理状态指标土的物理状态指标4.土的击实特性土的击实特性5.土的工程分类土的工程分类2.1 土的组成和物理性质指标土的组成和物理性质指标252.土的三相比例指标土的三相比例指标基本基本物理性质指标物理性质指标换算换算物理性质指标物理性质指标（间接）（间接）天然密度天然密度 或天然重度或天然重度 含水量含水量w土粒比重土粒比重Gs试验确定试验确定孔隙比孔隙比e孔隙率孔隙率n饱和

14、度饱和度Sr干密度干密度 d 或干重度或干重度 d饱和密度饱和密度 sat或饱和重度或饱和重度 sat浮（有效）浮（有效）重度重度 2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质26 三相草图三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积2.土的三相比例指标土的三相比例指标2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质27三相草图三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积已知关系五个已知关系五个:共有九个参数共有九个参数:V Vv Vs Va Vw ms m w ma m剩下三个独立变量剩下三个独立变量三相草图法三相草图法

15、物性指标是比例关系物性指标是比例关系:可假设任一参数为可假设任一参数为1对于饱和土对于饱和土,Va=0剩下两个独立变量实验室测定实验室测定其它指标其它指标是一种简单而实用的方法是一种简单而实用的方法3.土的三相比例指标土的三相比例指标2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质m=ms+m w+mama0m w=wVwV =Vs +Va +Vw Vv =Va +Vw28土粒比重土粒比重单位单位:无量纲无量纲表达式表达式:土的含水率土的含水率表达式表达式:孔隙比孔隙比表达式表达式:孔隙率孔隙率表达式表达式:饱和度饱和度表达式表达式:2.土的三相比例指标土的三相比例指标三相图三相图物理性质指标定义

16、物理性质指标定义WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质测定方法测定方法:比重瓶法比重瓶法测定方法测定方法:烘干法烘干法29各种密度重度的定义和大小关系：各种密度重度的定义和大小关系：天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度天然重度天然重度干重度干重度浮重度浮重度饱和重度饱和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积单位单位:g/cm3单位单位:kN/m3 2.土的三相比例指标土的三相比例指标容重容重=重度重度

17、2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质测定方法测定方法:环刀法环刀法301）某土样的孔隙体积等于土粒体积的）某土样的孔隙体积等于土粒体积的0.95倍，倍，当孔隙为水充满时，土样的重度为多少（若当孔隙为水充满时，土样的重度为多少（若土粒比重为土粒比重为2.7）？（）？（）A.13.8 kN/m3B.16.3 kN/m3 C.18.7 kN/m3 D.1.87g/cm3 解解:设设Vs=1CWaterAirSolidVa=0VwVs=1Vv=0.95V=1.95ma=0mw=0.95ms=2.7m=3.65质量质量体积体积2.土的三相比例指标土的三相比例指标计算计算（单）（单）e=Vv/Vs

18、=0.95,Vv=0.95,V=Vs+Vv=1+e=1.95cm3ms=Gs=2.7gGs=ms/(Vs*w)=m/V=3.65/1.95=1.87g/cm3mw=Vw=0.95g（因为饱和）（因为饱和）m=ms+mw=2.7+0.95=3.65g=18.7kN/m32.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质313）在土体三相指标中，按质量比有）在土体三相指标中，按质量比有()。A.饱和度饱和度 B.含水率含水率 C.孔隙比孔隙比 D.重度重度BA2.土的三相比例指标土的三相比例指标（单）（单）2）单位体积土体中，土粒体积的表达式为（）单位体积土体中，土粒体积的表达式为（）.A.B.C.D.

19、WaterAirSolidVa=0VwVs=1Vv=eV=1+ema=0mw=VwMs=Gsm质量质量体积体积2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质321.土的组成与结构土的组成与结构2.土的三相比例指标土的三相比例指标3.土的物理状态指标土的物理状态指标4.土的击实特性土的击实特性5.土的工程分类土的工程分类2.1 土的组成和物理性质指标土的组成和物理性质指标333.土的物理状态指标土的物理状态指标砂土的砂土的物理状态指标物理状态指标 松密程度松密程度粘性土粘性土的物理状态指标的物理状态指标 软硬程度软硬程度标准贯入锤击数标准贯入锤击数N63.5 孔隙比孔隙比e相对密实度相对密实度Dr

20、塑限塑限wP试验试验确定确定液（流）限液（流）限wL塑性指数塑性指数IP液性指数液性指数IL定义、意义定义、意义2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质34砂土的砂土的物理状态指标物理状态指标相对密度相对密度 判别标准：判别标准：Dr=1 ,最密状态最密状态 Dr=0 ,最松状态最松状态 Dr 0.33,疏松状态疏松状态 0.33 0.67,密实状态密实状态3.土的物理状态指标土的物理状态指标2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质最大孔隙比试验方法最大孔隙比试验方法:漏斗法和量筒法漏斗法和量筒法振动锤击法振动锤击法最小孔隙比试验方法：最小孔隙比试验方法：35塑限塑限wp液限液限wL稠

21、度界限稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形态粘性土的稠度反映土中水的形态固态或固态或半固态半固态可塑态可塑态 流态流态 强结合水膜最大强结合水膜最大出现自由水出现自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水稠度状态稠度状态含水率含水率土中水的形态土中水的形态w吸附弱结合吸附弱结合水的能力水的能力塑性指数塑性指数3.土的物理状态指标土的物理状态指标粘性土的粘性土的物理状态指标物理状态指标2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质测定方法测定方法:液塑限联合测定液塑限联合测定36粘性土粘性土的物理状态指标的物理状态指标液性指数液性指数塑性指数塑性指数IL1坚硬状态坚硬状态可塑状态可塑状态流流

22、 塑塑0.00 0.250.25-0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑问题：仅适用于问题：仅适用于重塑土重塑土.去掉百去掉百分数分数3.土的物理状态指标土的物理状态指标吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小反映土体的软硬程度反映土体的软硬程度2.1 土的组成和物理性质土的组成和物理性质371.土的组成与结构土的组成与结构2.土的三相比例指标土的三相比例指标3.土的物理状态指标土的物理状态指标4.土的击实特性土的击实特性5.土的工程分类土的工程分类2.1 土的组成和物理性质指标土的组成和物理性质指标38土土针对扰动土针对

23、扰动土在一定击实功下确定干密度在一定击实功下确定干密度 d与含水率与含水率w关系关系求求最大干密度最大干密度 dmax和和 最优含水率最优含水率wop为工程设计和现场施工碾压为工程设计和现场施工碾压提供资料。提供资料。工程上常采用压实度控制（作为填方密度控制标准）工程上常采用压实度控制（作为填方密度控制标准）击实试验 4.土的压实性土的压实性2.1 土的组成与物性39击实曲线击实曲线 特点：特点：具有峰值具有峰值位于饱和曲线之下位于饱和曲线之下 粘性土渗透系数很小，粘性土渗透系数很小，压实过程中含水量几乎压实过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和不变，要想击实到饱和状态是不可能的状态是不可能的。

24、0 4 8 12 16 20 24 28含水量含水量w(%)2.01.81.61.4干密度干密度 d(g/cm3)饱和曲线饱和曲线 dmax=1.86wop=12.1 细粒土的压实性 最大干密度最大干密度最优含水量最优含水量4.土的压实性土的压实性2.1 土的组成与物性40影响因素影响因素a.击实功能击实功能b.土的级配土的级配 c.击实方式击实方式 夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适 E 细粒土的压实性 4.土的压实性土的压实性2.1 土的组成与物性41不存在最优含水量不存在最优含水量；在完全风干和饱和两种状态在完全风干和饱和两种状态 下易于击实下易于击

25、实；潮湿状态下潮湿状态下d明显降低明显降低。粗粒土的压实性 击实曲线击实曲线特点特点20%粗砂粗砂 =45%中砂中砂 =7%；时，干密度最小时，干密度最小 理论分析理论分析 对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出现对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出现的现象。的现象。在潮湿状态下，存在着在潮湿状态下，存在着假凝聚力假凝聚力，加大了阻力。，加大了阻力。压实标准压实标准 常用相对密度常用相对密度控制控制 Dr0.70.75 施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和。施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和。4.土的压实性土的压实性2.1 土的组成与物性421.

26、有效应力和有效应力原理有效应力和有效应力原理2.孔隙水压力孔隙水压力3.自重应力自重应力4.地基附加应力地基附加应力 基底压力，基底附加压力基底压力，基底附加压力2.2 土中应力土中应力432.2 土中应力土中应力1.有效应力和有效应力原理有效应力和有效应力原理饱和土的有效应力原理饱和土的有效应力原理土的变形与强度都只取决于有效应力土的变形与强度都只取决于有效应力有效应力有效应力总应力已知或易知总应力已知或易知孔隙水压测定或算定孔隙水压测定或算定通常通常,44孔隙水压力的作用孔隙水压力的作用l 对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有贡献，对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有贡献，并且水不能承受剪应力，因而孔

27、隙水压力并且水不能承受剪应力，因而孔隙水压力对土的对土的强度强度没有直接的影响；没有直接的影响；l 它在各个方向相等，只能使土颗粒本身它在各个方向相等，只能使土颗粒本身受到等向压力。因而孔隙水压力对受到等向压力。因而孔隙水压力对变形变形也也没有直接的影响，土体不会因为受到水压没有直接的影响，土体不会因为受到水压力的作用而变得密实。力的作用而变得密实。变形的原因变形的原因l 颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动与与 有关；有关；l 接触点处应力过大而破碎接触点处应力过大而破碎与与 有关。有关。试想：海底与土粒间的接触压力哪一种情况下大？1mz=u=0.01MPa104mz=u

28、=100MPa强度的成因强度的成因 凝聚力和摩擦凝聚力和摩擦与与 有有关关饱和土的有效应力原理（2 2）（1 1）土的变形与强度都只取决于有效应力土的变形与强度都只取决于有效应力一样大一样大2.2 土中应力土中应力1.有效应力和有效应力原理有效应力和有效应力原理45自重应力自重应力地基附加应力地基附加应力基底压力基底压力建筑物修建以后，建筑物重量等外建筑物修建以后，建筑物重量等外荷载在地基中引起的应力，所谓的荷载在地基中引起的应力，所谓的“附加附加”是指在原来自重应力基础是指在原来自重应力基础上增加的压力。上增加的压力。建筑物修建以前，地基中由土体本身的建筑物修建以前，地基中由土体本身的有效重

29、量所产生的应力有效重量所产生的应力基底附加压力基底附加压力基础底面传递给地基基础底面传递给地基表面的有效应力，也表面的有效应力，也称称基底接触压力基底接触压力基础底面增加的有效基础底面增加的有效应力应力2.2 土中应力土中应力461.有效应力和有效应力原理有效应力和有效应力原理2.孔隙水压力孔隙水压力3.自重应力自重应力4.地基附加应力地基附加应力 基底压力，基底附加压力基底压力，基底附加压力2.2 土中应力土中应力47静孔隙水压静孔隙水压力分布规律力分布规律水位在地面以下水位在地面以下水位在地面以上水位在地面以上2.2 土中应力土中应力2.孔隙水压力孔隙水压力从水位面开始起算；从水位面开始起

30、算；孔隙水压力越深越大；孔隙水压力越深越大；孔隙水压力分布线的斜率是水的重度孔隙水压力分布线的斜率是水的重度。481.有效应力和有效应力原理有效应力和有效应力原理2.孔隙水压力孔隙水压力3.自重应力自重应力4.地基附加应力地基附加应力 基底压力，基底附加压力基底压力，基底附加压力2.2 土中应力土中应力49自重应力的计算自重应力的计算水平地基中的自重应力水平地基中的自重应力假定：假定：水平地基水平地基半无限空间体半无限空间体半无限弹性体半无限弹性体 侧限应变条件侧限应变条件一维问题一维问题定义：定义：在修建建筑物以前，地基中由土体本身的有效重量而产生的应力。在修建建筑物以前，地基中由土体本身的

31、有效重量而产生的应力。目的：目的：确定土体的初始应力状态确定土体的初始应力状态计算：计算：地下水位以上用天然重度，地下水位以下用浮重度。地下水位以上用天然重度，地下水位以下用浮重度。2.2 土中应力土中应力3.自重应力自重应力50成层地基成层地基1 1）计算公式）计算公式均质地基均质地基竖直向：竖直向：水平向：水平向：竖直向：竖直向：水平向：水平向：重度：重度：地下水位以上用天然重度地下水位以上用天然重度 地下水位以下用浮重度地下水位以下用浮重度静止侧压力系数静止侧压力系数2 23 31 1一般自重应力产生的变形已稳定一般自重应力产生的变形已稳定2.2 土中应力土中应力3.自重应力自重应力51

32、2 2）竖向自重）竖向自重应力分布规应力分布规律律自重应力分布线的斜率是重度；自重应力分布线的斜率是重度；自重应力越深越大；自重应力越深越大；自重应力在等重度地基中随深度呈直线分布；自重应力在等重度地基中随深度呈直线分布；自重应力在成层地基中呈折线分布；自重应力在成层地基中呈折线分布；在土层分界面处和地下水位处发生转折。在土层分界面处和地下水位处发生转折。均质地基均质地基成层地基成层地基2.2 土中应力土中应力3.自重应力自重应力521.有效应力和有效应力原理有效应力和有效应力原理2.孔隙水压力孔隙水压力3.自重应力自重应力4.地基附加应力地基附加应力 基底压力，基底附加压力基底压力，基底附加

33、压力2.2 土中应力土中应力534.地基附加应力地基附加应力exeyBLxyxyBLPP矩形面积中心荷载矩形面积中心荷载矩形面积偏心荷载矩形面积偏心荷载线性分布线性分布有效接触应力有效接触应力单偏心单偏心2.2 土中应力土中应力基底压力基底压力54基底附加压力基底附加压力p p0 0=p p-d d地基中附加应力地基中附加应力 z z分布分布z从从基底基底算起；算起；z是由基底附加应力是由基底附加应力p0=p-d 引起的引起的d地面地面基底基底pp0 d 自重应力自重应力地基附加应力地基附加应力沉降计算深度沉降计算深度基底附加压力基底附加压力地基附加压力地基附加压力 z分布特点：分布特点：分布

34、荷载分布荷载范围内越向下、越远离荷载范围内越向下、越远离荷载作用位置，数值越小作用位置，数值越小扩散扩散假定：假定：连续介质连续介质 线弹性体线弹性体 均匀、各向同性体均匀、各向同性体2.2 土中应力土中应力4.地基附加应力地基附加应力55地基附加应力地基附加应力 z z分布分布地基附加压力地基附加压力 z分布特点：分布特点：分布荷载分布荷载作用基本相同，分布荷载范作用基本相同，分布荷载范围内越向下、越远离荷载作围内越向下、越远离荷载作用位置，数值越小用位置，数值越小扩散扩散P集中荷载作用集中荷载作用 z分布特点：分布特点：集中荷载集中荷载作用位置处越向下、越远离作用位置处越向下、越远离荷载作

35、用位置，数值越小荷载作用位置，数值越小扩散扩散差别：荷载作用位置差别：荷载作用位置的附加应力数值。的附加应力数值。2.2 土中应力土中应力4.地基附加应力地基附加应力56(1)(1)上层软弱，下层坚硬的成层地基上层软弱，下层坚硬的成层地基非均匀性非均匀性成层地基成层地基 中轴线附近中轴线附近z比均质时明显增大的现象比均质时明显增大的现象 应力集中；应力集中；(2)(2)上层坚硬，下层软弱的成层地基上层坚硬，下层软弱的成层地基 中轴线附近中轴线附近z z比均质时明显减小的现象比均质时明显减小的现象 应力扩散；应力扩散；H均匀均匀成层成层E1E2E1H均匀均匀成层成层E1E2E12.2 土中应力土

36、中应力地基附加压力地基附加压力4.地基附加应力地基附加应力571.土的压缩性土的压缩性试验与指标试验与指标2.基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算3.地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系2.3 地基变形地基变形58水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表施加荷载，静置至变形稳定施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载测定：测定：轴向压力轴向压力轴向变形轴向变形试验结果：试验结果：试验方法P1s1e1e0Pte stP2s2e2P3s3e3侧限压缩试验侧限压缩试验试验条件：试验条件：双面排双面排水；无侧向变形水；无侧向变形1.土的压缩性土的压缩性试验试验2

37、.3 地基变形地基变形590100200 3004000.60.70.80.91.0e ee e p p 曲线曲线e e lg lgp p 曲线曲线10010000.60.70.80.9e e1.土的压缩性土的压缩性试验曲线试验曲线压缩主支压缩主支膨胀曲线膨胀曲线再压缩曲线再压缩曲线2.3 地基变形地基变形lgp(kPa)p(kPa)p=600100200 3004000.60.70.80.91.0e e压缩系数压缩系数，kPa-1或或MPa-11e0侧限压缩侧限压缩模量模量，kPa 或或MPa固体颗粒固体颗粒孔隙孔隙e e 曲线曲线1.土的压缩性土的压缩性压缩性指标压缩性指标2.3 地基变形

38、地基变形610100200 3004000.60.70.80.91.0e e压缩系数压缩系数a1-2常用作比常用作比较土的压缩较土的压缩性大小性大小土的类别土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中压缩性土中压缩性土0.1-0.5低压缩性土低压缩性土0.110.1MPa20.2MPae e 曲线曲线2.3 地基变形地基变形1.土的压缩性土的压缩性压缩性指标压缩性指标62 e lgp 曲线曲线10010000.60.70.80.9eC Cc c1 11 1C Cs s压缩指数压缩指数Cs回弹指数（再压缩指数）回弹指数（再压缩指数）Cs cz：超固结土超固结土pc 1：超固结超固结

39、OCR1：欠固结欠固结相同相同cz时，一般时，一般OCR越越大，大，土越密实，压缩性越小土越密实，压缩性越小超固结比：超固结比：1.土的压缩性土的压缩性固结状态固结状态2.3 地基变形地基变形cpOCR=cz64e eABCDmrmin1 12 23 3先期固结压力先期固结压力pc的确定：的确定：Casagrande 法法(f)B点点横坐标横坐标对应于先期固结压力对应于先期固结压力pc(b)作水平线作水平线m1(c)作作m点切线点切线m2(d)作作m1，m2 的角分线的角分线m3(e)m3与试验曲线的直线段与试验曲线的直线段 的延长线的延长线DA交于点交于点B(a)在在e-lg压缩试验曲线压缩

40、试验曲线(b)上，找上，找曲率半径曲率半径最小点最小点 mp pc clg 1.土的压缩性土的压缩性先期固结压力确定先期固结压力确定2.3 地基变形地基变形651.土的压缩性土的压缩性试验与指标试验与指标2.基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算3.地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系2.3 地基变形地基变形66压缩前压缩前压缩后压缩后侧限条件侧限条件z=ppHH/2H/2,e1 1单一土层一维压缩问题单一土层一维压缩问题e e-曲线曲线2.基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算2.3 地基变形地基变形cz67ee1e2p1p2p最终沉降计算公式最终沉降计算公式采用采用e-p 曲线单一土层曲线

41、单一土层已知已知a时时已知已知Es时时分层总和法公式分层总和法公式2.3 地基变形地基变形2.基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算p681.土的压缩性土的压缩性试验与指标试验与指标2.基础最终沉降量计算基础最终沉降量计算3.地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系2.3 地基变形地基变形69Cv 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度固结速度；Cv 与渗透系数与渗透系数k成正比，与压缩系数成正比，与压缩系数a成反比；成反比；（cm2/s；m2/year，粘性土一般在，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量级）量级）固结系数固结系数：实验确定实验确定一维渗流

42、固结微分方程一维渗流固结微分方程时间因数时间因数m1，3，5，7微分方程的解微分方程的解孔压：孔压：H：土层最大排水距离：土层最大排水距离2.3 地基变形地基变形3.地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系70固结度的概念固结度的概念 一点一点M：地地 层：层：土层的平均固结度土层的平均固结度Uz,t=01：表征总应力中有效应力所占比例表征总应力中有效应力所占比例M2.3 地基变形地基变形3.地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系71t 时刻：时刻：确定确定St的关键是确定的关键是确定Ut 确定确定Ut的核心问题是确定的核心问题是确定uz.t在时间在时间t的沉降与最终沉降量之比的沉降与最终沉

43、降量之比固结度的计算固结度的计算2.3 地基变形地基变形3.地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系72求某一时刻求某一时刻t 的固结度与沉降量的固结度与沉降量S St ttTv=Cvt/H2St=Ut S 时间因数时间因数固结度固结度2.3 地基变形地基变形3.地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系73求达到某一沉降量求达到某一沉降量(固结度固结度)所需要的时间所需要的时间t tUt=St/S 从从 Ut 查图（计算）确定查图（计算）确定 Tv 2.3 地基变形地基变形3.地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系741.试验测定土的抗剪强度试验测定土的抗剪强度 直剪试验，三轴试验直剪试验，

44、三轴试验2.土的极限平衡条件土的极限平衡条件2.4 土的抗剪强度土的抗剪强度75施加竖向应力施加竖向应力 （=P/A）施加水平剪力施加水平剪力T，产生水平，产生水平位移位移 S量测量测 （=T/A）上盒上盒下盒下盒PSTA直接剪切仪试验方法试验方法=100kPa S=200kPa=300kPa2.4 土的抗剪强度土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度试验测定土的抗剪强度76 Oc c：粘聚力粘聚力 ：内摩擦角：内摩擦角 =100kPa S=200kPa=300kPa库仑公式库仑公式 f：土的抗剪强度土的抗剪强度 tan：摩擦强度摩擦强度-正比于压力正比于压力 c：粘聚强度粘聚强度试验结果试验结果

45、抗剪强度指标抗剪强度指标2.4 土的抗剪强度土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度试验测定土的抗剪强度直剪试验77通过控制剪切速率来通过控制剪切速率来近似模拟排水条件近似模拟排水条件PSTA(1)固结慢剪（固结慢剪（s）施加正应力施加正应力充分固结充分固结 慢慢施加剪应力慢慢施加剪应力小于小于0.02mm/分，分，以保证无超孔压以保证无超孔压(2)固结快剪（固结快剪（cq)施加正应力施加正应力充分固结充分固结 在在3-5分钟内剪切破坏分钟内剪切破坏(3)快剪（快剪（q）施加正应力后施加正应力后 立即剪切立即剪切3-5分钟内剪切破坏分钟内剪切破坏 只适于只适于k1-6cm/s的土。的土。cs、s

46、ccq、cq cq、q 直剪试验2.4 土的抗剪强度土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度试验测定土的抗剪强度78试试样样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽测定：测定：轴向应变轴向应变轴向应力轴向应力体积应变或孔压体积应变或孔压横梁量力环百分表量测体变或孔压量测体变或孔压试验方法2.4 土的抗剪强度土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度试验测定土的抗剪强度三轴试验79试试样样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽类型类型施加施加3 3时时施加施加1 13 3时时量测量测固结排水固结排水固结固结排水排水体变体变固结不排水固结不排水固结固结不排水不排水孔隙水

47、压力孔隙水压力不固结不排水不固结不排水不固结不固结不排水不排水孔隙水压力孔隙水压力量测体变或孔压量测体变或孔压可控制排水条件；可完整地描述试样受可控制排水条件；可完整地描述试样受力、变形和破坏的全过程；应力状态力、变形和破坏的全过程；应力状态明确；变形量测简单明确；变形量测简单2.4 土的抗剪强度土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度试验测定土的抗剪强度三轴试验80v固结排水剪切试验（CD试验）1 打打开开排排水水阀阀门门，施施加加围围压压 后后充充分分固固结结，超孔隙水压力完全消散；超孔隙水压力完全消散；2 打打开开排排水水阀阀门门，慢慢慢慢施施加加轴轴向向应应力力差差 以便充分排水，避免产生

48、超静孔压以便充分排水，避免产生超静孔压v固结不排水剪切试验（CU试验）1 打开排水阀门，打开排水阀门，施加围压施加围压 后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差 过程中不排水过程中不排水v不固结不排水剪切试验（UU试验）1 关闭排水阀门，关闭排水阀门，围压围压 下不固结；下不固结；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差 过程中不排水。过程中不排水。cd、d ccu、cu cu、u 试验类型试验类型 1-2.4 土的抗剪

49、强度土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度试验测定土的抗剪强度三轴试验81目的和适用条件：目的和适用条件：有侧向变形有侧向变形条件下的最大轴向压力条件下的最大轴向压力三轴试验特例，三轴试验特例，相当于三轴压缩试验不固结不排水相当于三轴压缩试验不固结不排水剪剪UU无侧向抗压强度无侧向抗压强度qu=2 f=2Cu确定抗剪强度和灵敏度；确定抗剪强度和灵敏度；适用于：饱和度高的粘性土，能够切成圆柱状。适用于：饱和度高的粘性土，能够切成圆柱状。qu=1f2.4 土的抗剪强度土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度试验测定土的抗剪强度无侧限压缩试验82cu=qu/2cuqu=f 3=0的三轴不固结不排水试验的三

50、轴不固结不排水试验 3=0 u=0qu=1f2.4 土的抗剪强度土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度试验测定土的抗剪强度无侧限压缩试验831.试验测定土的抗剪强度试验测定土的抗剪强度 直剪试验，三轴试验直剪试验，三轴试验2.土的极限平衡条件土的极限平衡条件2.4 土的抗剪强度土的抗剪强度84 O z+zx-xz x2 1 3rp+-1 大主应力：大主应力：小主应力小主应力:圆心：圆心：半径：半径：z按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转x x按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转莫莫 尔尔 圆：代表一个土单元的应力状态；圆：代表一个土单元的应力状态；圆上一点：代表一个面上的两个圆上一点：代表一个面上的两个