辅导165岩土力学.pptx

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1、1岩土力学基本内容2.1 土的组成和物理性质指标2.2 土中应力 2.3 地基变形2.4 土的抗剪强度2.5 特殊性土2.6 土压力2.7 土坡稳定2.8 地基承载力2.9 岩石力学基础第1页/共164页21.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标 主要内容第2页/共164页31.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

2、力，基底附加压力2.2 土中应力 主要内容第3页/共164页41.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 主要内容第4页/共164页51.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 主要内容第5页/共164页61.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 主要内容第6页/共164页71.土压力产生的条件和类型土压力产

3、生的条件和类型2.朗肯土压力理论朗肯土压力理论3.库仑土压力理论库仑土压力理论2.6 土压力 主要内容第7页/共164页81.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 主要内容第8页/共164页91.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 主要内容第9页/共164页101.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

4、石力学基础 主要内容第10页/共164页111.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第11页/共164页12土的形成渗透特性变形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第12页/共164页13土的成因物理风化化学风化量变无粘性土原生矿物质变粘性土次生矿物残积土无搬运运积土有搬运土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物重力:坡积土流水:洪积土、冲积

5、土、湖相土、海相土冰川:冰积土风力：风积土2.1 土的组成和物理性质第13页/共164页14气相固相液相+构成土骨架，起决定作用重要影响土体次要作用土的三相组成2.1 土的组成和物理性质第14页/共164页15 土有三个组成部分：固相、液相和气相1.固相 固体颗粒2.液相 土中水3.气相 土中气体 粒径级配 颗粒形状 矿物成分结合水 (强结合水、弱结合水)自由水 (重力水、毛细水)自由气体封闭气体 试验：筛分、水分 曲线：形状，意义 指标：定义，应用 评价、判断 原生(成岩)矿物：次生(粘土)矿物(高岭石、伊利石、蒙托石）2.1 土的组成和物理性质土的三相组成第15页/共164页16颗粒大小粒

6、组 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)砾粒砂粒粉粒粘粒6020.0750.0050.075粗粒细粒卵石200漂石2.1 土的组成和物理性质 土的三相组成土的固相巨粒第16页/共164页17粒径级配确定方法 筛分法：适用于粗粒土 (0.075 mm)水分法：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表述方法 粒径级配累积曲线2.1 土的组成和物理性质 土的三相组成土的固相第17页/共164页18 土的三相组成土的固相 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

7、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第18页/共164页19 土的三相组成土的固相1009080706050403020100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(mm)土的颗粒级配累积曲线d60d50d10d30特征粒径:d50:平均粒径d60:控制粒径d10:有效粒径d30 不均匀程度：Cu=d60/d10 连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数 不均匀系数Cu 5,级配不均匀粗细程度：用d50 表示 2.1 土的组成和物理性质第19页/共164页

8、201009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的颗粒级配累积曲线d60d10d30斜率:某粒径范围内颗粒的含量 陡相应粒组质量集中 缓-相应粒组含量少 平台-相应粒组缺乏连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数较大颗粒缺少Cc 减小较小颗粒缺少Cc 增大Cc =1 3,级配连续性好2.1 土的组成和物理性质 土的三相组成土的固相第20页/共164页21粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：Cu 5,不均

9、匀土；Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：如果 Cu 5且 C c =1 3，级配 良好的土；如果 Cu 3 或 Cc 1,级配 不良的土2.1 土的组成和物理性质 土的三相组成土的固相第21页/共164页22结构:土粒相互排列和联结方式成土过程自然形成颗粒大小,形状矿物成分沉积条件影响因素:类型:具体的土是复杂组合，以某种类型为主.单粒结构 蜂窝结构 絮状结构2.1 土的组成和物理性质土的三相组成土的结构第22页/共164页231.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

10、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第23页/共164页242.土的三相比例指标基本物理性质指标换算物理性质指标（间接）天然密度 或天然重度 含水量w土粒比重Gs试验确定孔隙比e孔隙率n饱和度Sr干密度d 或干重度d饱和密度sat或饱和重度sat浮（有效）重度 2.1 土的组成和物理性质第24页/共164页25 三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积2.土的三相比例指标2.1 土的组成和物理性质第25页/共164页26三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积已知关系五个:共有

11、九个参数:V Vv Vs Va Vw ms m w ma m剩下三个独立变量三相草图法物性指标是比例关系:可假设任一参数为1对于饱和土,Va=0剩下两个独立变量实验室测定其它指标是一种简单而实用的方法3.土的三相比例指标2.1 土的组成和物理性质m=ms+m w+mama0m w=wVwV =Vs +Va +Vw Vv =Va +Vw第26页/共164页27土粒比重单位:无量纲表达式:土的含水率表达式:孔隙比表达式:孔隙率表达式:饱和度表达式:2.土的三相比例指标三相图物理性质指标定义WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土粒比重在数值上等于土粒的密度2.1 土

12、的组成和物理性质测定方法:比重瓶法测定方法:烘干法第27页/共164页28各种密度重度的定义和大小关系：天然密度干密度饱和密度天然重度干重度浮重度饱和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积单位:g/cm3单位:kN/m3 2.土的三相比例指标容重=重度2.1 土的组成和物理性质测定方法:环刀法第28页/共164页291）某土样的孔隙体积等于土粒体积的0.95倍，当孔隙为水充满时，土样的重度为多少（若土粒比重为2.7）？（）A.13.8 kN/m3B.16.3 kN/m3 C.18.7 kN/m3 D.1.87g/cm3 解:设Vs=1CWaterAirSol

13、idVa=0VwVs=1Vv=0.95V=1.95ma=0mw=0.95ms=2.7m=3.65质量体积2.土的三相比例指标计算（单）e=Vv/Vs=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）m=ms+mw=2.7+0.95=3.65g=18.7kN/m32.1 土的组成和物理性质第29页/共164页303）在土体三相指标中，按质量比有()。A.饱和度 B.含水率 C.孔隙比 D.重度BA2.土的三相比例指标（单）2）单位体积土体中，土粒体积的表达

14、式为（）.A.B.C.D.WaterAirSolidVa=0VwVs=1Vv=eV=1+ema=0mw=VwMs=Gsm质量体积2.1 土的组成和物理性质第30页/共164页311.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第31页/共164页323.土的物理状态指标砂土的物理状态指标 松密程度粘性土的物理状态指标 软硬程度标准贯入锤击数N63.5 孔隙比e相对密实度Dr塑限wP试验确定液（流）限wL塑性指数IP液性指数IL定义、意义2.1 土的组成和

15、物理性质第32页/共164页33砂土的物理状态指标相对密度 判别标准：Dr=1 ,最密状态 Dr=0 ,最松状态 Dr 0.33,疏松状态 0.33 0.67,密实状态3.土的物理状态指标2.1 土的组成和物理性质最大孔隙比试验方法:漏斗法和量筒法振动锤击法最小孔隙比试验方法：第33页/共164页34塑限wp液限wL稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形态固态或半固态可塑态 流态 强结合水膜最大出现自由水强结合水弱结合水自由水稠度状态含水率土中水的形态w吸附弱结合水的能力塑性指数3.土的物理状态指标粘性土的物理状态指标2.1 土的组成和物理性质测定方法:液塑限联合测定第34页/共164页35粘性土

16、的物理状态指标液性指数塑性指数IL1坚硬状态可塑状态流 塑0.00 0.250.25-0.750.75 1.00硬塑可塑软塑问题：仅适用于重塑土.去掉百分数3.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、粘性大小反映土体的软硬程度2.1 土的组成和物理性质第35页/共164页361.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第36页/共164页37土针对扰动土在一定击实功下确定干密度d与含水率w关系求最大干密度dmax和 最优含水率wop

17、为工程设计和现场施工碾压提供资料。工程上常采用压实度控制（作为填方密度控制标准）击实试验 4.土的压实性2.1 土的组成与物性第37页/共164页38击实曲线 特点：具有峰值位于饱和曲线之下 粘性土渗透系数很小，压实过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可能的。0 4 8 12 16 20 24 28含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)饱和曲线dmax=1.86wop=12.1 细粒土的压实性 最大干密度最优含水量4.土的压实性2.1 土的组成与物性第38页/共164页39影响因素a.击实功能b.土的级配 c.击实方式 夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适 E 细

18、粒土的压实性 4.土的压实性2.1 土的组成与物性第39页/共164页40不存在最优含水量；在完全风干和饱和两种状态 下易于击实；潮湿状态下d明显降低。粗粒土的压实性 击实曲线特点20%粗砂 =45%中砂 =7%；时，干密度最小 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的现象。在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。压实标准 常用相对密度控制 Dr0.70.75 施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和。4.土的压实性2.1 土的组成与物性第40页/共164页411.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

19、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 土中应力第41页/共164页422.2 土中应力1.有效应力和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有效应力总应力已知或易知孔隙水压测定或算定通常,第42页/共164页43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，并且水不能承受剪应力，因而孔隙水压力对土的强度没有直接的影响；l 它在各个方向相等，只能使土颗粒本身受到等向压力。因而孔隙水压力对变形也没有直接的影响，土体不会因为受到水压力的作用而变得密实。变形的原因l 颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动与 有关；l 接触点处应力过大而破碎与

20、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=100MPa强度的成因 凝聚力和摩擦与 有关饱和土的有效应力原理（2）（1）土的变形与强度都只取决于有效应力一样大2.2 土中应力1.有效应力和有效应力原理第43页/共164页44自重应力地基附加应力基底压力建筑物修建以后，建筑物重量等外荷载在地基中引起的应力，所谓的“附加”是指在原来自重应力基础上增加的压力。建筑物修建以前，地基中由土体本身的有效重量所产生的应力基底附加压力基础底面传递给地基表面的有效应力，也称基底接触压力基础底面增加的有效应力2.2 土中应力第44页/共164页451.有效应力和有效

21、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 土中应力第45页/共164页46静孔隙水压力分布规律水位在地面以下水位在地面以上2.2 土中应力2.孔隙水压力从水位面开始起算；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。第46页/共164页471.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 土中应力第47页/共164页48自重应力的计算水平地基中的自重应

22、力假定：水平地基半无限空间体半无限弹性体 侧限应变条件一维问题定义：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。目的：确定土体的初始应力状态计算：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3.自重应力第48页/共164页49成层地基1）计算公式均质地基竖直向：水平向：竖直向：水平向：重度：地下水位以上用天然重度 地下水位以下用浮重度静止侧压力系数231一般自重应力产生的变形已稳定2.2 土中应力3.自重应力第49页/共164页502）竖向自重应力分布规律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

23、折线分布；在土层分界面处和地下水位处发生转折。均质地基成层地基2.2 土中应力3.自重应力第50页/共164页511.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 土中应力第51页/共164页524.地基附加应力exeyBLxyxyBLPP矩形面积中心荷载矩形面积偏心荷载线性分布有效接触应力单偏心2.2 土中应力基底压力第52页/共164页53基底附加压力p0=p-d地基中附加应力z分布z从基底算起；z是由基底附加应力p0=p-d 引起的d地面基底pp0d自重应力地基附加

24、应力沉降计算深度基底附加压力地基附加压力z分布特点：分布荷载范围内越向下、越远离荷载作用位置，数值越小扩散假定：连续介质 线弹性体 均匀、各向同性体2.2 土中应力4.地基附加应力第53页/共164页54地基附加应力z分布地基附加压力z分布特点：分布荷载作用基本相同，分布荷载范围内越向下、越远离荷载作用位置，数值越小扩散P集中荷载作用z分布特点：集中荷载作用位置处越向下、越远离荷载作用位置，数值越小扩散差别：荷载作用位置的附加应力数值。2.2 土中应力4.地基附加应力第54页/共164页55(1)上层软弱，下层坚硬的成层地基非均匀性成层地基 中轴线附近z比均质时明显增大的现象 应力集中；(2)

25、上层坚硬，下层软弱的成层地基 中轴线附近z比均质时明显减小的现象 应力扩散；H均匀成层E1E2E1H均匀成层E1E2E12.2 土中应力地基附加压力4.地基附加应力第55页/共164页561.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 地基变形第56页/共164页57水槽内环环刀透水石试样传压板百分表施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载测定：轴向压力轴向变形试验结果：试验方法P1s1e1e0Pte stP2s2e2P3s3e3侧限压缩试验试验条件：双面排水；无侧向变形1.土的压缩性试验2.3 地基变形第57

26、页/共164页580100200 3004000.60.70.80.91.0ee p 曲线e lgp 曲线10010000.60.70.80.9e1.土的压缩性试验曲线压缩主支膨胀曲线再压缩曲线2.3 地基变形lgp(kPa)p(kPa)p=第58页/共164页590100200 3004000.60.70.80.91.0e压缩系数，kPa-1或MPa-11e0侧限压缩模量，kPa 或MPa固体颗粒孔隙e 曲线1.土的压缩性压缩性指标2.3 地基变形第59页/共164页600100200 3004000.60.70.80.91.0e压缩系数a1-2常用作比较土的压缩性大小土的类别土的类别a1-

27、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 曲线2.3 地基变形1.土的压缩性压缩性指标第60页/共164页61 e lgp 曲线10010000.60.70.80.9eCc11Cs压缩指数Cs回弹指数（再压缩指数）Cs cz：超固结土pc 1：超固结OCR1：欠固结相同cz时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小超固结比：1.土的压缩性固结状态2.3 地基变形cpOCR=cz第62页/共164页63eABCDmrmin123先期固结压力pc的确定：Casagrande 法(f)B点横坐标对应于先期固结压

28、力pc(b)作水平线m1(c)作m点切线m2(d)作m1，m2 的角分线m3(e)m3与试验曲线的直线段 的延长线DA交于点B(a)在e-lg压缩试验曲线 上，找曲率半径最小点 mpclg1.土的压缩性先期固结压力确定2.3 地基变形第63页/共164页641.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 地基变形第64页/共164页65压缩前压缩后侧限条件z=ppHH/2H/2,e1单一土层一维压缩问题e-曲线2.基础最终沉降量计算2.3 地基变形cz第65页/共164页66ee1e2p1p2p最终沉降计算

29、公式采用e-p 曲线单一土层已知a时已知Es时分层总和法公式2.3 地基变形2.基础最终沉降量计算p第66页/共164页671.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 地基变形第67页/共164页68Cv 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度；Cv 与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比；（cm2/s；m2/year，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量级）固结系数：实验确定一维渗流固结微分方程时间因数m1，3，5，7微分方程的解孔压：H：土层最大排水距离2.3 地基变形3.地基变形与时间的关系

30、第68页/共164页69固结度的概念 一点M：地 层：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M2.3 地基变形3.地基变形与时间的关系第69页/共164页70t 时刻：确定St的关键是确定Ut 确定Ut的核心问题是确定uz.t在时间t的沉降与最终沉降量之比固结度的计算2.3 地基变形3.地基变形与时间的关系第70页/共164页71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时间因数固结度2.3 地基变形3.地基变形与时间的关系第71页/共164页72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

31、的时间t tUt=St/S从 Ut 查图（计算）确定 Tv 2.3 地基变形3.地基变形与时间的关系第72页/共164页731.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 土的抗剪强度第73页/共164页74施加竖向应力 （=P/A）施加水平剪力T，产生水平位移 S量测 （=T/A）上盒下盒PSTA直接剪切仪试验方法=100kPaS=200kPa=300kPa2.4 土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度第74页/共164页75Occ：粘聚力 ：内摩擦角 =100kPaS=200kPa=300kPa库仑公式f：土的抗剪

32、强度tan：摩擦强度-正比于压力c：粘聚强度试验结果抗剪强度指标2.4 土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度直剪试验第75页/共164页76通过控制剪切速率来近似模拟排水条件PSTA(1)固结慢剪（s）施加正应力充分固结 慢慢施加剪应力小于0.02mm/分，以保证无超孔压(2)固结快剪（cq)施加正应力充分固结 在3-5分钟内剪切破坏(3)快剪（q）施加正应力后 立即剪切3-5分钟内剪切破坏 只适于k1-6cm/s的土。cs、s ccq、cq cq、q 直剪试验2.4 土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度第76页/共164页77试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

33、：轴向应变轴向应力体积应变或孔压横梁量力环百分表量测体变或孔压试验方法2.4 土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度三轴试验第77页/共164页78试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；应力状态明确；变形量测简单2.4 土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度三轴试验第78页/共16

34、4页79v固结排水剪切试验（CD试验）1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超孔隙水压力完全消散；2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，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，施加围压后充分固结，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，围压下不固结；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水。cd、d ccu、cu cu、u 试验类型1-2.4 土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度三轴试验第79页/共164页80目的和适用条件：有侧向变形条件下

35、的最大轴向压力三轴试验特例，相当于三轴压缩试验不固结不排水剪UU无侧向抗压强度qu=2f=2Cu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。qu=1f2.4 土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度无侧限压缩试验第80页/共164页81cu=qu/2cuqu=f 3=0的三轴不固结不排水试验3=0u=0qu=1f2.4 土的抗剪强度1.试验测定土的抗剪强度无侧限压缩试验第81页/共164页821.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 土的抗剪强度第82页/共164页83Oz+zx-xzx213r

36、p+-1大主应力：小主应力:圆心：半径：z按顺时针方向旋转x按顺时针方向旋转莫 尔 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应力与A面BB面A2.4 土的抗剪强度应力圆表示一点的应力状态2.土的极限平衡条件第83页/共164页84Occ：粘聚力 ：内摩擦角 库仑公式抗剪强度指标f强度包线以内：任何一个面上的一对应力与 都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：该面上的应力达到破坏状态极限平衡；与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。极限平衡应力状态破坏面为什么不在最大剪应力作用面上？2.4 土的抗剪强度2.土的极限平衡条件第84页/共164页85莫尔-库仑强

37、度理论表达式极限平衡条件13Oc2.4 土的抗剪强度2.土的极限平衡条件第85页/共164页86莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件13Oc2.4 土的抗剪强度2.土的极限平衡条件第86页/共164页87根据应力状态计算出大小主应力1、3判断破坏可能性由3计算1f比较1与1f11f 不可能状态，破坏Oc1f311破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）3=常数：2.4 土的抗剪强度2.土的极限平衡条件第87页/共164页88根据应力状态计算出大小主应力1、3判断破坏可能性由1计算3f比较3与3f33f 安全状态3=3f 极限平衡状态3wL2.5 特殊性土1.软土 在静水或缓慢流水环境中沉积，

38、以细颗粒为主的近代粘性沉积土。常含有机质。类型：淤 泥：wwL，e1.5 淤泥质土：wwL，1.5e1.0第91页/共164页921）抗剪强度低）抗剪强度低2.5 特殊性土1.软土工程特性：4）高灵敏度2）压缩性高3）透水性低5）流变性第92页/共164页932.5 特殊性土2.黄土 一种在第四纪时期形成的黄色粉状土，在干旱或半干旱气候条件下形成。有的遇水产生显著的湿陷变形，称湿陷性黄土。类型：非湿陷性 湿陷性：自重湿陷性 非自重湿陷性：自重应力受水不湿陷，自重和附加应力共同作用下受水湿陷。第93页/共164页942.5 特殊性土2.黄土湿陷性判定：湿陷系数：式中：hp原状试样在p作用下压缩稳

39、定后量得高度；原状试样在p作用下压缩稳定后加水浸湿，下沉 稳定后的高度；h0原状试样的原始高度。非湿陷性黄土湿陷性黄土 第94页/共164页952.5 特殊性土2.黄土湿陷性黄土特征：1）呈黄色，褐黄色、灰黄色；2）以粉粒为主（0.005-0.075mm）3）孔隙比在1.0左右或更大；4）含较多可溶盐类；5）竖直节理发育，能保持直立的天然边坡；6）具有大孔隙（大孔土）。第95页/共164页962.5 特殊性土3.膨胀土 土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有从显著的吸水膨胀软化和失水收缩开裂两种变形特征的粘性土.处于坚硬或硬塑状，强度高、压缩性地，极易误认为良好地基.裂隙发育是膨胀土的一个

40、重要特征；在旱季长出现地裂，长达数十米至百米，深数米，雨季闭合.危害：往复变形非常显著，膨胀土地基上的建筑物随季节变化不断出现不均匀的抬升和下沉，使建筑物破坏。第96页/共164页972.5 特殊性土4.红粘土 石灰岩、白云岩等碳酸盐类岩石，在亚热带红土华作用形成的高塑性粘土，其液限大于等于50%，具有表面收缩、上硬下软、裂隙发育的特征.天然含水率、孔隙比、饱和度、液性指数、塑性指数都很高.各种指标变化幅度很大，具有高分散性.问题：上硬下软，尽量浅埋；注意不均匀沉降。第97页/共164页982.5 特殊性土5.盐渍土 地表深度1m范围内已溶盐含量大于0.5%的土盐渍土.类型：氯盐、硫酸盐、碳酸

41、盐。呈现不同特点.特点：液限和塑限虽含盐量的增大而降低；含水率等于液限时，抗剪强度几乎为零.注意：高含盐量的盐渍土，含水率增大记忆丧失其强度。第98页/共164页992.5 特殊性土6.冻土 地层温度降低至零度以下，土中部分孔隙水冻结而形成冻土.类型：季节性冻土、多年冻土.原因：水冻结体积膨胀9%；结合水灾冻结过程中的迁移和积聚是主要原因.危害：冻胀和融沉都是非均匀的，建筑物产生不均匀沉降，引起倾斜、开裂。第99页/共164页1002.5 特殊性土7.填土 人工填土是人类活动而形成的堆积物，成份杂、均匀性差，按成份分类：素填土：碎石、砂、粘土、粉土组成，成分单 一，加密处理后良好地基.杂填土：

42、建筑垃圾、工业废料、生活垃圾杂物组 成，无规律，一般需经人工处理.冲填土：水力冲填泥沙形成，工程性质与颗粒组 成密切相关。第100页/共164页1012.5 特殊性土8.可液化土 天然形成的砂土可能处于饱和、松散或稍密状态，在振动荷载作用下，可能发生液化，这类土称为液化土.原因：松砂受振后趋于密实，但瞬时振动土体来 不及排水，导致土中孔隙水压力骤然上升，若等于外荷，有效应力为零，抗剪强度为 零，土颗粒悬浮在水中，呈现液体特征。第101页/共164页1022.5 特殊性土8.可液化土现象：地表喷砂冒水，建筑物沉陷或上浮.危害：地基承载力丧失，建筑物整体下沉，失稳破坏，轻型建筑物上浮.措施：改良土

43、质，增加密实度，地基处理。影响因素：土类，密实状态，荷载条件，排水条件.第102页/共164页1031.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压力理论3.库仑土压力理论库仑土压力理论2.6 土压力第103页/共164页104基本概念产生条件静止土压力E0主动土压力Ea被动土压力EP类型关系EP E0 Ea=H土压力PEpE0Ea-H15%15%o2.6 土压力1.土压力产生的条件和类型第104页/共164页1053.被动土压力1.静止土压力2.主动土压力岩石拱桥桥台2.6 土压力1.土压力产生的条件和类型第105页/共164页106可按土体处于侧限条件下的弹性平衡

44、状态进行计算。静止土压力计算Zvhhzv2.6 土压力对于侧限应力状态：p0=h=K0vK01-sin第106页/共164页107p0=h=K0z (kN/m2，kPa）静止土压力直线分布合力：E0=1/2 K0H2 (kN/m)作用点：底部以上1/3H处HH/3H K0p0=K0vv2.6 土压力静止土压力计算第107页/共164页1081.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压力理论3.库仑土压力理论库仑土压力理论2.6 土压力第108页/共164页109半无限土体中极限平衡应力状态和朗肯土压力半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极限平衡状态的条件pa

45、K0vv45o+/2vhz主动极限平衡状态2.6 土压力2.朗肯土压力理论第109页/共164页110被动极限平衡应力状态1fv=zh=K0v31f45-/2=pp2.6 土压力2.朗肯土压力理论第110页/共164页111朗肯土压力理论基本条件和假定朗肯土压力理论基本条件和假定条件墙背光滑墙背垂直填土表面水平假设墙后各点均处于极限平衡状态2.6 土压力2.朗肯土压力理论第111页/共164页112主动土压力2.6 土压力2.朗肯土压力理论HKaHKa-2c Kaz0Ea2c Ka(H-z0)/3HH/3 H Ka填土为砂土填土为粘性土pa=Kaz第112页/共164页113被动土压力2.6

46、土压力2.朗肯土压力理论HKp2c KpHH/3 H KpEpx填土为砂土填土为粘性土砂土：pp=h=Kpz (kN/m2，kPa）Kp=tan2(45+/2)直线分布总被动土压力：Ep=1/2 Kp H2 (kN/m)作用点：底部以上1/3H处滑裂面方向：与水平夹角45-/2 第113页/共164页114几种工程中常见的主动土压力计算填土上有均布荷载q朗肯土压力理论 1=z+qpa=3=qKa+zKaHZ13qKaHKazKa2.6 土压力2.朗肯土压力理论第114页/共164页115成层填土CBA1 1 c12 2 c2H2H11 在B点v相同2 在B点pa有突变B几种工程中常见的主动土压

47、力计算2.6 土压力2.朗肯土压力理论第115页/共164页1161=2 c1=c2=0 2 1 2 1 2 0 c2=0c1=0 c201=2 2=1CBA1 1 c12 2 c2H2H1B成层填土3几种工程中常见的主动土压力计算2.6 土压力2.朗肯土压力理论粘聚力不同，土层分界面有突变第118页/共164页119 KaH2KaH1wH2水压力土压力CBA H2H1B填土中有地下水几种工程中常见的主动土压力计算2.6 土压力2.朗肯土压力理论第119页/共164页1201.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压力理论3.库仑土压力理论库仑土压力理论2.6 土

48、压力第120页/共164页121EEa库仑主动土压力系数Ea特例:=0，即墙背垂直光滑，填土面水平，与朗肯理论等价 土压力分布：三角形分布2.6 土压力3.库仑土压力理论主动土压力合力第121页/共164页122土压力分布被动土压力HEpEpHKpH/32.6 土压力3.库仑土压力理论第122页/共164页1231.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 土坡稳定第123页/共164页1242.7 土坡稳定1.土坡失稳破坏形式第124页/共164页125造成滑坡的原因造成滑坡的原因降雨、蓄水、使岩土软化，坝背水坡浸润线存在

49、渗透力1)振动：地震、爆破2)土中含水量和水位变化3)水流冲刷：使坡脚变陡4)冻融：冻胀力及融化含水量升高5)人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口。2.7 土坡稳定1.土坡失稳破坏形式第125页/共164页1261.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 土坡稳定第126页/共164页127无粘性土土坡的稳定分析破坏形式：表面浅层滑坡强度参数：内摩擦角考察一无限长坡，坡角为分析一微单元AAWNT2.7 土坡稳定2.均质土坡稳定计算第127页/共164页128无渗流的无限长土坡无渗流的无限长土坡微微单元单元A自重自重:W=

50、V沿坡滑动力：对坡面压力：(由于无限土坡两侧作用力抵消)抗滑力：抗滑安全系数：WRNAWNT2.7 土坡稳定2.均质土坡稳定计算第128页/共164页129无渗流的无限长土坡讨论当当=时，Fs=1.0，天然休止角天然休止角可见安全系数与土重度无关与所选的微单元大小无关。即坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面上安全系数Fs都相等思考题 在干坡及静水下坡中，如不变，Fs有什么变化2.7 土坡稳定2.均质土坡稳定计算第129页/共164页130有沿坡渗流情况有沿坡渗流情况(3)抗滑力：(2)滑动力：沿坡渗流无限长砂土坡安全系数(4)安全系数：(1)取微单元A的土骨架为隔离体 作用力自重：渗透力：底面支撑