土质土力学习题.pptx

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1、四、土的基本物理性质指标间关系1第1页/共32页作业二1.什么是累计曲线，它的形态表明了什么，如何在累积曲线上确定有效粒径、平均粒径、限制粒径和各粒组的含量？答：常用的粒度成分的表示方法是累积曲线法，它是一种图示的方法，通常用半对数纸绘制，横坐标（按对数比例尺）表示某一粒径，纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量。2.为什么说结合水对细粒土的性质影响最大？因为结合水膜有着抗剪性，因此使得细粒土具有一定的内聚力；结合水膜与固体颗粒间的静电应力，使得细粒土排水困难，降低土的渗透性。2第2页/共32页3.粗粒土和细粒土在结构上有什么不同特点？不同结构特征对土的性质有何影响？4.土的密度分为哪几种？他

2、们的大小与土中哪些成分有关？5.含水率与饱和度的概念有何不同？土的饱和度值的大小说明了什么？6.土的孔隙率和孔隙比的概念有何不同？他们的大小与哪些因素有关？3作业二第3页/共32页4 1、某地基土测试中，测得土的干密度为1.57g/cm3、含水率19.3、土粒密度2.7g/cm3，求此土的孔隙率、孔隙比、饱和度。已知液限为28.0、塑限为16.7,求此土的塑性指数、液性指数，并根据计算结果描述土的稠度状态。2、已知一组直剪试验结果为作业三p,kPa100200300400f,kPa67119161215求：用作图法求此土的抗剪强度指标c、值；作用在此土中某平面上的正应力p=220 kPa，剪应

3、力=100 kPa，试问是否会剪坏？第4页/共32页5导出指标求得方法1、实测指标：土粒密度 天然密度 含水率导出指标：干密度 饱和度 孔隙率 孔隙比第5页/共32页6硬塑第6页/共32页7由图可以测定得到内聚力c=19kpa，=26p,kPa100200300400f,kPa671191612152、利用上面的数据，在直角坐标系上作图，横坐标为p，纵坐标为fp Oc 作用在此土中某平面上的正应力p=220 kPa，剪应力=100 kPa，可以求的f=ptan +c=220*tan26+19=126.8（kpa）100,不会滑动第7页/共32页作业四1某粘土单向压缩试验结果为P,kpa0501

4、00150200250300350400e0.8150.791 0.773 0.758 0.747 0.737 0.730 0.724 0.720求：绘e-p曲线和 e-lgp曲线；各级压力区间的压缩系数和压缩模量。2.什么是土的压缩性？土产生压缩的原因是什么？答：土的压缩性是指土在压力作用下体积压缩变小的性能。当土受压时，土孔隙中的水分和气体被挤出时，土粒相互移动靠拢，致使土的孔隙体积减小，而引起土体积减小。第8页/共32页4.什么是压缩曲线？压缩定律说明了什么？答：以孔隙比e为纵坐标，以压应力为横坐标，将试验过程中所得各数据绘制成一条曲线，即为压缩曲线。压缩定律表明在压力范围不大时，孔隙比

5、的减小值与压力的增加值成正比。5.饱和砂土与饱和细粒土相比，在压缩速度、压缩量上有什么不同？原因是什么？答：饱和砂土：单个孔隙大 透水性好 排水快 压缩速度快 孔隙总体积小 可压缩空间少 压缩量小饱和细粒土：单个孔隙小 透水性弱 排水慢 压缩速度慢 孔隙总体积大 可压缩空间多 压缩量大6.随着压力增加，压缩曲线逐渐变缓的原因是什么？答：随着压力的增加，土的结构变动较密实，孔隙中的水和气体不易被挤出，土颗粒相互靠拢较困难，所以压缩量也随之变小。3.什么是渗透固结？如何用有效应力原理解释饱和土的压缩过程？答：饱和土体在一定荷载作用下的渗透压缩过程即为渗透固结。作用在土上的荷载由孔隙中的孔隙水压力和

6、颗粒间接触的力共同承担，其中孔隙水压力不能引起土体压缩变形，只有颗粒间的接触力才能引起土体压缩变形，称为有效应力。随着孔隙水的排出，孔隙水压力逐渐转化为有效应力，从而引起土体压缩变形。第9页/共32页1.根据岩石中空隙类型，岩石空隙率可分为哪几种？答：总空隙率、大开空隙率、小开空隙率、总开孔隙率、闭空隙率2.为什么根据岩石吸水率可以求出岩石大开空隙率，怎样求？答：吸水率答：吸水率(W(Wa a)：岩石试件在大气压力和室温（常温常压）条件下自由吸入水的：岩石试件在大气压力和室温（常温常压）条件下自由吸入水的质量质量(m(mw1w1)与岩样烘干质量与岩样烘干质量(m(ms s)之比，用百分数表示：

7、之比，用百分数表示：作业五第10页/共32页3.为什么饱水系数能反映岩石中大开空隙与小开空隙的相对含量？答：岩石的饱和吸水率答：岩石的饱和吸水率(W Wp p)亦称饱水率，是指岩石试件在高压亦称饱水率，是指岩石试件在高压(一般压力为一般压力为15MPa)15MPa)或真空条件下吸入水的质量或真空条件下吸入水的质量(m(mw2w2)与岩样烘干质量与岩样烘干质量(m(ms s)之比，用百分数之比，用百分数表示，即表示，即岩石的吸水率岩石的吸水率(W Wa a)与饱和吸水率与饱和吸水率(W Wp p)之比，称为饱水系数，以百分率表示。它之比，称为饱水系数，以百分率表示。它反映了岩石中大、小开空隙的相

8、对比例关系：反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系：第11页/共32页4.什么是岩石的软化性，为什么说亲水矿物多、易溶矿物多、大开空隙多的岩石易软化？答：岩石浸水后岩石浸水后强度降低强度降低的性质，称为软化性的性质，称为软化性.亲水矿物越多，遇水后易吸水膨胀、降低强度；易容矿物越多，亲水矿物越多，遇水后易吸水膨胀、降低强度；易容矿物越多，遇水后溶解流失，使得岩石结构疏松，降低强度；大开空隙多，遇水后溶解流失，使得岩石结构疏松，降低强度；大开空隙多，使得水更加容易进入到岩石内部，造成矿物吸水、溶解、风化使得水更加容易进入到岩石内部，造成矿物吸水、溶解、风化等现象，从而降低岩石强度。等现象，从而降

9、低岩石强度。第12页/共32页5.坚硬岩石在单向逐级连续加荷情况下的变形过程大致可分为哪几个阶段？每个阶段的特点是什么？答：孔隙裂隙压密阶段孔隙裂隙压密阶段（OAOA段段）：即试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，）：即试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形，岩石被压密，形成早期的非线性变形，-曲线呈上凹型。此阶段试件横向膨胀较曲线呈上凹型。此阶段试件横向膨胀较小，试件小，试件体积体积随荷载增大而随荷载增大而减小减小。弹性变形（弹性变形（ABAB段）段）：该阶段的：该阶段的-曲线成近似直线型。相应于曲线成近似直线型。相应于B B点的应力值称为比点的应力值称为

10、比例极限（例极限（弹性极限弹性极限）。）。非线性变形阶段非线性变形阶段，或称，或称微裂隙稳定发展阶段微裂隙稳定发展阶段（BCBC段段）：应力）：应力-应变曲线开始偏离直线，应变曲线开始偏离直线，特别是应力特别是应力-体积应变曲线，其斜率随应力的增大而变陡，直至相反，岩石体积由压缩体积应变曲线，其斜率随应力的增大而变陡，直至相反，岩石体积由压缩转为膨胀，相应于转为膨胀，相应于C C点的应力值点的应力值称称屈服极限屈服极限。C C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点，该点的应力为屈服应力（屈服极限），其值约为峰值强度的三分之二。屈服点，该点的应力为屈服应力

11、（屈服极限），其值约为峰值强度的三分之二。非稳定破裂发展阶段非稳定破裂发展阶段，或称，或称累进性破裂阶段累进性破裂阶段（CDCD段）段）：进入本阶段后，微破裂的发展出现了：进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏。质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏。试件由体积压缩试件由体积压缩转为扩容转为扩容，轴向应变和体积应变，轴向应变和体积应变速率迅速增大。本阶段的上界应力称为速率迅速增大。本阶段的上界应力称为峰值强度峰值强度。破裂后阶段（破裂后阶段（D D点以后段）点以后段）：岩块承载力达到峰值强：岩块承载力达到峰值强度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。

12、度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面，此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块裂面，此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载力，称为到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载力，称为残余残余强度强度。第13页/共32页作业六1、什么是岩体？岩体通常指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的应力状态，被各种结构面分割。2、什么是结构面？所谓所谓结构面结构面，指岩体

13、中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地，指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称为质界面（或带）。由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称为不连续面不连续面3、列举若干个岩体结构特征。块体状块体状（或称整体状）（或称整体状）结构结构、块状结构块状结构、层状结构层状结构、碎块状结碎块状结构构和和散体状结构散体状结构等类型。等类型。4、列举三种岩体工程分类方法。RMRRMR系统、系统、Q Q系统和系统和Z Z系统等系统等第14页/共32页作业七1、闪长岩组成的某露天矿边坡如图所示，AC为控制

14、边坡稳定性的软弱结构面，后援张裂隙有水渗入，并岩AD面渗透，潜在滑动面的抗剪强度指标：C=0.5MPa，=40，滑体岩石容重=2.7*103kN/m3.若考虑地震的影响，设地震系数=0.92，试分别用平面破坏计算法与简化Janbu法计算边坡的稳定性。（25分）第15页/共32页第16页/共32页第17页/共32页18例题例题 某建筑场地的地质柱状图某建筑场地的地质柱状图和土的有关指标列于右图中。试计和土的有关指标列于右图中。试计算地面以下算地面以下18.2m18.2m范围内的自重应范围内的自重应力，并绘出分布图。力，并绘出分布图。解解 本例天然地面下第一层本例天然地面下第一层粉土厚粉土厚6m6

15、m，其中地下水位以上和以，其中地下水位以上和以下的厚度分别为下的厚度分别为3.6 m3.6 m和和2.4m2.4m，第，第二层为饱和砂土，厚度为二层为饱和砂土，厚度为3m3m，第三，第三层为粉质粘土层，厚度为层为粉质粘土层，厚度为9.2m 9.2m。依次计算依次计算3.6m3.6m、6m6m、9m 9m、18.2m18.2m各深度处的土中竖向自重应力各深度处的土中竖向自重应力第18页/共32页19第19页/共32页20第20页/共32页21第21页/共32页22例题例题：已知某建筑荷载为2158KN，基础为矩形，L=10m，B=6m，基础埋深2m，基础平均容重为20kN/m3，分别计算中心荷载

16、（e=0）和不同偏心距e=0.5；e=1；e=1.5时的基底压力？第22页/共32页23均布荷载梯形分布荷载三角形分布荷载最小应力为拉应力第23页/共32页24n【例】某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸为某厂房柱下单独方形基础，已知基础底面积尺寸为4m4m，埋深，埋深d1.0m，地基为粉质粘土，地下水位距天然，地基为粉质粘土，地下水位距天然地面地面3.4m。上部荷重传至基础顶面。上部荷重传至基础顶面F1440kN,土的天然容土的天然容重重 16.0kN/m,饱和容重饱和容重 sat17.2kN/m，有关计算资料，有关计算资料如下图。试分别用分层总和法计算基础最终沉降如下图。试分别用分层

17、总和法计算基础最终沉降3.4md=1mb=4mF=1440kN50 1002003000.900.920.940.96e第24页/共32页25【解答解答】n分层总和法计算方法与步骤分层总和法计算方法与步骤3.4md=1mF=1440kNb=4m（1）按比例尺绘制地基土层剖面图和基础剖面图；（2）地基土的分层。分层厚度一般取0.4b或1-2m，每层厚度hi 0.4b=1.6m，地下水位以上分两层，各1.2m，地下水位以下按1.6m分层1.6m1.2m第25页/共32页26（3 3）计算地基土的自重应力）计算地基土的自重应力自重应力从天然地面起算，自重应力从天然地面起算，z的取的取值从基底面起算值

18、从基底面起算z(m)c(kPa)01.22.44.05.67.21635.2 54.4 65.9 77.4 89.03.4md=1mF=1440kNb=4m自重应力曲线自重应力曲线把自重应力计算结果按比例绘制在中心线左侧，如图所示。地下水位以上用天然密度，地下水位以下用浮密度。计算结果如下表：65.9kpa89.0kpa第26页/共32页272 2）计算基底附加应力）计算基底附加应力1 1）计算基底压力）计算基底压力（4 4）计算地基附加应力）计算地基附加应力第27页/共32页283 3）计算基础中点下地基中附加应力）计算基础中点下地基中附加应力用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长

19、用角点法计算，过基底中点将荷载面四等分，计算边长l=b=2m，z=4Kcp0,Kc由表确定由表确定z(m)z/bKcz z(kPa)c c(kPa)z /czn(m)01.22.44.05.67.200.61.22.02.83.60.25000.22290.15160.08400.05020.032694.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.00.240.147.23.4md=1mF=1440kNb=4m自重应力曲线自重应力曲线附加应力曲线附加应力曲线57.0kpa12.3kpa第28页/共32页29（5）计算地基各分层自重应力平均值p1i和自重

20、应力平均值与附加应力平均值之和p2i；3.4md=1mF=1440kNb=4m自重应力曲线自重应力曲线附加应力曲线附加应力曲线2层12.3kpa1层5层p13p23（6）由土的压缩曲线确定孔隙比50 1002003000.900.920.940.96eP13对应e13=0.956P23对应e23=0.9403层3层4层第29页/共32页30（7 7）确定沉降计算深度）确定沉降计算深度zn根据根据z=0.2c的确定原则，由计算结果，取的确定原则，由计算结果，取zn=7.2m(注意，这是由基底算起的）（8 8）计算各层最终沉降计算）计算各层最终沉降计算依据已知条件，本题选用下式计算各层沉降量则：第

21、30页/共32页31z(m)z(kPa)01.22.44.05.67.294.083.857.031.618.912.31635.254.465.977.489.0c(kPa)h(mm)12001200160016001600c(kPa)25.644.860.271.783.2z(kPa)88.970.444.325.315.6z+c(kPa)114.5115.2104.597.098.8e10.9700.9600.9540.9480.944e20.9370.9360.9400.9420.940e1i-e2i1+e1i0.06180.01220.00720.00310.0021si(mm)20.214.611.55.03.4(9)(9)地基最终沉降计算地基最终沉降计算各层参数与沉降量计算结果第31页/共32页感谢您的观看。第32页/共32页