土的力学性质(压缩性和固结理论抗剪性).ppt
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1、第五章土的力学性质第五章土的力学性质(mechanic properties)5.1 土的压缩性土的压缩性5.2 土的抗剪性土的抗剪性5.3 土抗剪强度指标的确定土抗剪强度指标的确定5.4 土的击实性土的击实性工程实例:修建新建筑物:引起原有工程实例:修建新建筑物:引起原有建筑物开裂建筑物开裂高层建筑物由于不均匀沉降而被高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除爆破拆除建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大建筑物过长建筑物过长意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔 不均匀变形较大不均匀变形较大虎丘塔虎丘塔不均匀变形较大不均匀变形较大5050多年来,主体建筑下沉最多之处约多年来,主体建筑下沉最多之处约1.91.9
2、米,地面高低落差米,地面高低落差4040多厘米。由于地基严重多厘米。由于地基严重下沉,房屋结构变形、裂缝随处可见,建筑下沉,房屋结构变形、裂缝随处可见,建筑物内外连接的水、电管道断裂。物内外连接的水、电管道断裂。上海展览中心馆上海展览中心馆 概况:地基为高压缩性淤泥质软土概况:地基为高压缩性淤泥质软土,19541954年年5 5月开工,当年底实测地基平均沉降量为月开工,当年底实测地基平均沉降量为60cm60cm。19571957年年6 6月,中央大厅四周的沉降量最大达月,中央大厅四周的沉降量最大达146.55cm146.55cm,最小为,最小为122.8cm122.8cm。到。到1979197
3、9年,累计年,累计平均沉降量为平均沉降量为160cm.160cm.(墨西哥城)地基的沉降及不均匀沉降5.15.1土压缩性概述土压缩性概述(compression properties)(compression properties)地基沉降地基沉降一致沉降一致沉降(沉降量)(沉降量)差异沉降差异沉降(沉降差)(沉降差)导致结果:导致结果:建筑物上部结构产生附加应力建筑物上部结构产生附加应力,影,影 响结构物的安全和正常使用响结构物的安全和正常使用土体的压缩性,以及荷载的作用,使得地基发生沉降。土体的压缩性,以及荷载的作用,使得地基发生沉降。影响因素:影响因素:荷载大小;荷载大小;土的压缩特性;
4、土的压缩特性;地基厚度;地基厚度;Uniformity settlement;differential settlementSubsoil settlementuniform settlementunequal settlement土的压缩性土的压缩性在压力的作用下土体体积缩在压力的作用下土体体积缩小的特性小的特性室外试验室外试验室内试验室内试验压缩性测试压缩性测试侧限压缩侧限压缩三轴压缩三轴压缩载荷试验载荷试验旁压试验旁压试验一、室内压缩试验及一、室内压缩试验及压缩性指标压缩性指标 1.1.土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法 2.2.土的压缩性及其指标土的压缩性及其指标二、二、饱和土中的有
5、效应力饱和土中的有效应力(effective stress)三、土的前期固结压力三、土的前期固结压力(pre-consolidation pressure)土的压缩性主要学习内容土的压缩性主要学习内容一、一、土的压缩性测试及土的压缩性测试及压缩性指标压缩性指标1.1.土的压缩性测试方法土的压缩性测试方法侧限压缩试验侧限压缩试验(confined compression test)(confined compression test)试样试样水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石传压板传压板百分表百分表测定:测定:轴向应力轴向应力 轴向变形轴向变形*施加荷载,施加荷载,静置至变形稳定静置至变形稳定
6、*逐级加大荷载逐级加大荷载土变形的物理机制(原因)土变形的物理机制(原因)弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形v体应变主要是由于孔隙体积变化引起的体应变主要是由于孔隙体积变化引起的;v剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引起的。起的。(Elastic deformation)(plastic deformation)一)、一)、e p e p 曲线、曲线、e lgP e lgP 曲线及曲线及土的压缩性指标土的压缩性指标二)、原始压缩曲线、回弹再压缩曲线二)、原始压缩曲线、回弹再压缩曲线2.2.土的压缩性及其指标土的压缩性及其指标一)、一)、e-p
7、e-p曲线曲线压缩系数,压缩系数,KPKPa a-1-1,MPMPa a-1-1侧限压缩模量侧限压缩模量,KP,KPa a,MP,MPa a弹性模量?弹性模量?(elastic modulus)(elastic modulus)0100200 3004000.60.70.80.91.0e ep(kPa)p(kPa)Compression coefficient;compression modulus称为压缩系数,称为压缩系数,KPKPa a-1 1a a1-21-2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a a1-21-2(MP(MPa a-1-1)高压缩性土高压缩性土
8、0.50.5中压缩性土中压缩性土0.1-0.50.1-0.5低压缩性土低压缩性土0.10.1单向压缩试验的各种参数的关系单向压缩试验的各种参数的关系a=mv(1+e0)Es=(1+e0)/aMv=1/Ese-lgPe-lgP曲线曲线压缩指数压缩指数Ce回弹指数(再压缩指数)回弹指数(再压缩指数)C Ce e C P0,超固结超固结(over consolidation soil)PcP0,欠固结欠固结(under-consolidation soil)超固结比超固结比(OCR(OCR ):):前期固结压力与目前所受上覆土层前期固结压力与目前所受上覆土层的自重压力之比以的自重压力之比以OCROC
9、R表示。表示。四、土的受力历史和前期固结压力四、土的受力历史和前期固结压力建筑物荷重与建筑物荷重与pc比较比较卡萨格兰德图解法求前期固结压力卡萨格兰德图解法求前期固结压力五、压缩性影响因素五、压缩性影响因素土压缩变形量的大小:土的密实度(土压缩变形量的大小:土的密实度(n、e)、土的连结力、土)、土的连结力、土的内摩擦力;的内摩擦力;压缩过程快慢:受压缩过程快慢:受K的影响,的影响,K大,透水性强,过程快;大,透水性强,过程快;土本身:粒度成分、矿物成分、含水量、结构、构造土本身:粒度成分、矿物成分、含水量、结构、构造影响影响因素因素外力:受压历史、增荷率及加荷速度外力:受压历史、增荷率及加荷
10、速度(一)粒度成分和矿物成分(一)粒度成分和矿物成分1.细粒土:塑态下,随着粘粒的增多,可能形成的结合水膜厚,细粒土:塑态下,随着粘粒的增多,可能形成的结合水膜厚,孔隙比增大、压缩量增高,过程慢。孔隙比增大、压缩量增高,过程慢。亲水性矿物越多,能形成厚的结合水膜,压缩量大,过程慢亲水性矿物越多,能形成厚的结合水膜,压缩量大,过程慢矿物,含蒙脱石、有机质多的土,压缩量大,过程慢。矿物,含蒙脱石、有机质多的土,压缩量大,过程慢。可溶盐:固体时有胶结可溶盐:固体时有胶结压缩性低压缩性低 溶解时破坏连接,孔隙增大,压缩高溶解时破坏连接,孔隙增大,压缩高2.粗粒土:粒愈粗大,表面越粗糙,压缩阻力大,压缩
11、量小而压缩过程快。粗粒土:粒愈粗大,表面越粗糙,压缩阻力大,压缩量小而压缩过程快。(二)含水量(二)含水量1.细粒土:细粒土:w和和IL反映土的连结力,随着反映土的连结力,随着w和和IL的增大,连结力减弱,土粒间的增大,连结力减弱,土粒间距离增大,压缩量大,过程慢。距离增大,压缩量大,过程慢。2.粗粒土:压缩时起润滑剂的作用,增大变形量。粗粒土:压缩时起润滑剂的作用,增大变形量。(三)密度(三)密度(四)结构状态(四)结构状态(五)构造特征(五)构造特征(六)受力历史(六)受力历史(七)增荷率和加荷速度(七)增荷率和加荷速度(八)动载荷(八)动载荷5 5.2 .2 土的抗剪土的抗剪性性Shea
12、ring resistance加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓地基土可能的滑动方向地基土可能的滑动方向某建筑地基某建筑地基整体破坏整体破坏基坑坍塌基坑坍塌基坑坍塌基坑坍塌垮塌的护坡挡墙垮塌的护坡挡墙发生坍塌的缘故?发生坍塌的缘故?CBO113Ocf 1 1、概述、概述 2 2、土抗剪强度理论、土抗剪强度理论 3 3、土的抗剪强度指标测定、土的抗剪强度指标测定Content:土工结构物或地基土工结构物或地基土土渗透渗透问题问题变形问题变形问题强度强度问题问题渗透渗透特性特性变形特性变形特性强度强度特性特性 1 1、概述、概述permeability1.1.碎散性:碎散性:强度不是颗粒矿物本身
13、的强度,而强度不是颗粒矿物本身的强度,而是颗粒间相互作用是颗粒间相互作用主要是抗剪强度与剪主要是抗剪强度与剪切破坏,颗粒间粘聚力与摩擦力;切破坏,颗粒间粘聚力与摩擦力;2.2.三相体系:三相体系:三相承受与传递荷载三相承受与传递荷载有效应力有效应力原理;原理;3.3.自然变异性:自然变异性:土的强度的结构性与复杂性。土的强度的结构性与复杂性。一、土的抗剪强度一、土的抗剪强度(shear strength)二、土的强度特点:二、土的强度特点:Cohesive force;friction force基坑支护基坑支护(1 1).挡土结构物的破坏挡土结构物的破坏(三)、工程中土体的破坏类型(三)、工
14、程中土体的破坏类型挡土墙挡土墙滑裂面滑裂面平移滑动平移滑动2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡崩塌崩塌旋转滑动旋转滑动流滑流滑地基地基(groundwork)p3.3.地基的破坏地基的破坏一、直剪试验和库仑公式一、直剪试验和库仑公式二、土强度机理二、土强度机理三、摩尔三、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论2 2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论主要内容:主要内容:一、直剪试验和库仑公式一、直剪试验和库仑公式直剪试验直剪试验库仑(库仑(17761776)施加施加 (=P/AP/A)量测量测 (=T/AT/A)上盒上盒下盒下盒PSTA试验原理试验原理(direct shear test)Oc c c
15、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 tg: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-与所受压力无关与所受压力无关强度指标强度指标Cohesive force;angle of internal frictionNT=NT二、土的强度的机理二、土的强度的机理1.1.摩擦强度摩擦强度 tgtg(1 1)滑动摩擦)滑动摩擦(2 2)咬合摩擦引起的剪胀咬合摩擦引起的剪胀(3 3)颗粒的破碎与重排列)颗粒的破碎与重排列NTFriction strength粘聚强度机理粘聚强度机理 2.2.凝聚
16、强度凝聚强度c c静电引力(库仑力)静电引力(库仑力)范德华力范德华力颗粒间胶结颗粒间胶结假粘聚力(毛细力等)假粘聚力(毛细力等)cohesive strength三、摩尔三、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论1.1.库仑公式库仑公式2.2.应力状态与摩尔圆应力状态与摩尔圆3.3.极限平衡应力状态极限平衡应力状态4.4.摩尔摩尔-库仑强度理论库仑强度理论5.5.破坏判断方法破坏判断方法6.6.滑裂面的位置滑裂面的位置1.1.库仑公式库仑公式砂土:砂土:粘性土:粘性土:c c 粘聚力粘聚力 内摩擦角内摩擦角 c无粘性土无粘性土(cohesionless soil)粘性土粘性土抗剪强度曲线莫尔莫尔库仑
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- 关 键 词:
- 力学 性质 压缩性 固结 理论 抗剪性
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