工程流体力学总复习.ppt

土 力 学 （总复习）,2,土力学总复习,第一部分 土的基本物理性质 第二部分 土中应力及土体的变形 第三部分 土的抗剪强度及强度试验 第四部分 几个工程问题（承载力、土压力）,3,第一部分 土的基本物理性质,一基本内容 1土的工程特点 土地表岩层经风化而形成的散体堆积物，由土颗粒、水和气体组成。 土的工程特性：分散性，透水性，不均匀性，低强度。 2土的基本物理性质 土的颗粒特征：粒径，粒径组成，粒径分布曲线，级配 土的物理状态：砂土（密、中、稍、松），粘土（液、可、半固、固）,4,土受力后的变化：砂土（密实与液化），粘土（结 构性，触变性） 渗透性：k 决定土的物理性质的主要因素： 颗粒特征，矿物成分，三相含量，沉积条件及年代 衡量土的物理性质的主要指标： 粒径分布特征，三相含量指标，物理状态指标，渗透系数 3土的工程分类 粗粒土，细粒土,5,二重点 （1）粒径分布曲线的判读：粒组含量集中，粒组含量缺乏 （2）砂土和粘土的物理状态：指标，测定方法 （3）三相指标的计算：基本指标，几个常用的重度（容重）指标，指标间的相互换算，熟练运用三相图 （4）达西定律和渗透系数：定义，要点,6,三例题 1用某种土填筑路堤，每层填土的厚度为0.5m，已知填土的土粒比重Gs=2.67，夯实前土的天然重度为=16kN/m3，含水量w=15%，现要求夯实后土的干重度达到18kN/m3，试求每层土夯实后的厚度。 解：基本出发点：压缩前后s、w和hs均不变。 设夯实前后的孔隙比分别是e1和e2，则有： 于是有：,7,由题目给出的资料，可以求得各指标。 由： =s（1+w）/（1+e），得： e1=s（1+w）/ -1=（2.6710）（1+0.15）/16-1=0.919 由：d =s/（1+ e），得 e2=s/d-1=26.7/18-1=0.483 所以：,8,2截面积相同的土样1、2置于渗透仪中进行渗透试验，两土样的长度分别为l1和l2，如已知水流经土样1的水力梯度为i1，流经土样2的水力梯度为i2，试求水流经两个土样的平均水力梯度i=?。 解：,9,第二部分 土中应力及土体的变形,一基本内容 1土中应力的种类 自重应力与附加应力，总应力、孔隙水压力与有效应力，渗透压力、毛细水压力和超静水压力 有效应力作用在土骨架上并能使土骨架产生变形的压力。有效压力大致有：有效自重，荷载产生的压力，渗透压力，毛细压力。 2基底压力的计算 基底压力的分布规律，刚性基础基底压力的简化算法,10,3土中应力的分布及计算 自重应力，附加应力，总应力，孔隙水压力，有效应力的计算，有效应力原理，应力系数法计算地基中的附加应力 4土的变形性质 弹性变形性质，压缩性，压缩试验，原位试验，固结变形 5地基变形计算 弹性理论法，分层总和法，固结沉降计算 二重点 1熟练运用摩尔应力圆 一点应力状态的表示，应力面之间的夹角,11,2刚性基础基底压力的简化算法 基底压力的分布形状，矩形与条形基础的核心半径，基底不产生拉应力的条件。 3地基中的应力计算 自重应力与附加应力的分布规律，简单条件下的自重应力计算，应力系数法计算矩形与条形均匀分布荷载作用下地基中一点的附加应力 4土的变形性质与地基沉降计算 变形模量与压缩模量，分层总和法计算总沉降，固结沉降计算，固结度,12,三例题 1某条形扩大基础的宽度为4m，受图示偏心线荷载V=600kN/m作用，试按刚性基础基底压力的简化算法求基底压力分布。,13,0.5bpmax=600 pmax=60023.6=333.3kPa 压力分布如图。,解：根据已知条件，偏心距e=0.8m，先判断基底是否出现拉力 =b/6=4/6=0.67me 所以基础一边有脱离现象，应力会重分布。 c=20.8=1.2m b=3c=31.2=3.6m 由力的平衡关系，有：,14,2某粘土层的厚度为3m，已测得土层的平均压缩模量为Es=10MPa，试求在突加满布均布荷载p=250kPa的作用下粘土层的最终沉降量s。 解：由于是满布均布荷载，地基土又是均匀的，可以不分层，直接利用压缩模量计算。 提示：满布均布荷载作用下的地基应力沿深度无变化。,15,3某饱和粘土层的厚度为4m，其下为基岩，在土层中部取厚度为2cm的土样进行固结试验，2小时后固结度达到U0，试计算当土层顶面作用有满布均布荷载时，固结度达到U0时所需的时间。 解：由于U和Tv之间有着一一对应的关系，故当土样和土层的固结度相同时，两者的时间因数Tv也相同，故有： 得到：,16,第三部分 土的抗剪强度及强度试验,一基本内容 1摩尔库仑强度理论 抗剪强度与法向压应力的关系，强度线，库仑的简化公式，摩尔圆的引入，应力圆与强度线的相互关系（判断土体的状态）。 2土中一点应力极限平衡 充要条件（应力圆与强度线相切），数学表达式。 3抗剪强度试验 常用的试验方法：直剪，单轴，三轴。试验的基本情况，试验适用条件。,17,4应力路径 概念 二重点 1土中一点应力的极限平衡 熟练运用摩尔应力圆与强度线的关系进行判断，剪破面（一对）与最大剪应力面。 2直剪与固结快剪试验 仪器，方法，特点，结果分析 三例题分析,18,1对某砂土样进行直剪试验，已知在剪破面上有： f=100kPa，f=250kPa，求max=? 解：砂土，c=0，于是可作出强度线，如图,19,求出： 又因已经剪破，故摩尔圆与强度线相切，由图示关系，得： 提示：最大剪应力并不发生在剪破面上。,20,2取含水量较低的某粘性土样做单轴压缩试验，测得垂直极限压力为200kPa，破裂面与大主应力面的夹角为52，试求其内摩擦角和粘聚力c。 解：单轴压缩时，3=0，又有1=200kPa，可作出应力圆，由=45+/2=52，得到：=14，于是可作出强度线如图：,21,因为OD=DB，AB=OA，AD=AD，故三角形ABD和三角形AOD全等，所以有： c=OD= 0.5（1+3）tan（45-/2） 于是得到： c=0.5200tan（45-14/2）=78.1kPa,22,3某砂土样进行三轴试验，液压为200kPa，如已知=30，问该土样破坏时的大主应力应为多少？ 解：砂土，c=0，强度线过原点，根据强度线与摩尔圆的关系（如图）：,23,1=3tan2（45/2）2ctan（45/2） =200tan2（4530/2） =600 kPa,由图有：CAD=60，于是有CDO = 30= =AOD，所以三角形OCD是等腰三角形，故DCA=2AOD=60，于是三角形CAD是等边三角形，可写出下列关系式： 1=3+2CA=3+2CD=3+2OC= 3+23=600 kPa 也可根据极限时大小主应力之间的关系确定：,24,第四部分 几个工程问题,（承载力、土压力） 一基本内容 1地基的破坏形态与承载力的概念 三种基本破坏形态，临塑荷载，极限荷载，容许承载力，极限承载力。 2地基的临塑荷载与浅基础的地基极限承载力 塑性区分布与发展的规律，极限平衡法，临塑荷载与浅基础地基极限承载力的理论计算方法。 3求解地基容许承载力（承载力设计值）的常用方法,25,（1）限制塑性区开展深度的方法； （2）极限承载力除以安全系数（分项系数）； （3）规范提供的经验公式； （4）原位测试方法； 其它方法。（邻近建筑物调查） 4土压力的概念 定义，与墙体变位的关系，特定状态下的土压力。 5静止土压力的计算 计算公式，土压力系数K0，沿深度的分布规律。,26,6朗肯土压力理论 半无限体的内切面假设，主动与被动极限状态时的应力特点，简单情况下的主动与被动土压力，破裂面的形状与倾角，几种常见情况下的主动土压力计算。 7库仑土压力理论 假设，极大极小原理，数解法，库尔曼图解法。 二重点 1几个概念 天然地基，临塑荷载，极限荷载，容许承载力，极限承载力，主动土压力，静止土压力，被动土压力,27,地基的三种基本破坏形态，土压力与挡墙位移的关系。 2计算地基承载力的经验公式 桥规公式，建规公式 3几种常见情况下的主动土压力计算 熟练运用朗肯理论计算填土水平、墙背竖直光滑条件下，墙后为分层填土、填土面作用有均布荷载和填土为粘性土等常见情况的墙后主动土压力的计算。 三例题 1已知某扩大基础的平面尺寸为3m5m，埋深H=4m，地下水位在地面处，地层资料已示于附图中。试用桥规公,28,式计算地基容许承载力和用建规公式计算地基承载力设计值（ f=0.95）。 解：a) 按桥规计算： 持力层为粘土： Sr=wGs/e=1 w=ew/s=0.710/26.5=26.4%,29,IL=(wwP)/ (wLwP)=0.356 查表6-3，得 根据持力层的情况，由表6-9查得：k1=0，k1=2.5，由附图知： 2=sat=(s +ew)/(1+e)=19.41 kN/m3 所以由公式（6-33）得： =0+ k11(b2)+ k22(H3) =319+0+2.519.41(43) =368kPa,30,b）按建规计算： 由前述数据，查表6-11得： 所以： fk=f f0=0.95282.3=268.2 kPa 根据持力层的情况，由表6-22查得：b=0.3，d=1.6，由附图的参数算得 = =（sw）/（1+e）=9.7 kN/m3 所以： 0=9.41 kN/m3 由公式（6-39），得： f =fk+b(b-3)+d0 (d-0.5)= 268.2+0+1.69.41(4-0.5) =321kPa,31,2挡土墙高5m，墙背垂直，填土面水平，土与墙背间的摩擦可忽略不计，填土分层及相关土性指标如