清华大学版土力学课件.ppt

土力学重点知识点,土的三相性,1）土的密度、重度 2）土粒的比重 3）土的饱和度 4）土的含水量 5）土的孔隙比和空隙率,土的物理性质指标,（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮状结构 （1）层状构造；（2）分散构造；（3）裂隙构造（4）结核状构造,土的结构与构造,（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮状结构 （1）层状构造；（2）分散构造；（3）裂隙构造（4）结核状构造,土的结构与构造,（1）压缩性高； （2）强度低； （3）透水性大,土的工程特性,土的渗透性和渗流问题,单位渗流长度上的水头损失,水力坡降 i,向下渗流使得有效应力增加，导致土层发生压密变形，称渗流压密,渗流压密,渗透速度与水力梯度呈线性关系的运动规律,达西定律,当动水力足够大时，会将土体冲起，造成破坏。当动水力梯度大于土的浮重度时，土体被水冲起的现象，称为流土 当土体颗粒级配不连续时，水流可将土体粗粒孔隙中充填的细粒土冲走，破坏土的结构，这种作用称作管涌。,流砂与管涌,流土与管涌的区别,土体中的应力计算,地基中的自重应力及分布规律,自重应力 附加应力 有效应力 孔隙水应力 超静水孔隙应力,应力概念,竖直集中力作用下半无限空间弹性体内任一点应力的解析解。,布辛内斯克公式,角点法,有效应力原理,PS,PSV,a,a,PS,A：,Aw：,As：,土单元的断面积,颗粒接触点的面积,孔隙水的断面积,有效应力,a-a断面竖向力平衡：,u：孔隙水压力,有效应力,有效应力：由土骨架传递（或承担）的应力,孔隙应力：由土中孔隙流体水和气体传递(或承担）的应力,土体在不排水和不排气条件下，由外荷载引起的孔隙压力增量与应力增最的比值。,孔压系数,固结过程孔压系数的变化,外荷载,附加应力z,土骨架：有效应力,孔隙水：孔隙水压力,土在其形成的地质年代中所经受的应力变化情况称为应力历史。,应力历史,土的压缩性的地基沉降计算,饱和土压缩的全过程叫做土的固结,固结,24,先期固结压力：土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力 正常固结土：先期固结压力等于现时的土压力pcp1 超固结土：先期固结压力大于现时的土压力pcp1 欠固结土：先期固结压力小于现时的土压力pcp1,土的固结状态,固结度（Ut）：土的固结过程中某一时间t的固结沉降量s1与固结稳定的最终沉降量s之比,固结度,分别计算基础中心点下地基各个分层土的压缩变形量，求和 一维问题,沉降计算分层总和法基本原理,均匀土层压缩基本课题,压缩前,压缩后,侧限条件,z=p,p,e1,基本假定和基本原理,（a）假设基底压力为线性分布 （b）附加应力用弹性理论计算 （c）只发生单向沉降：侧限应力状态 （d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降 （e）将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和：,计算步骤,Hi,(a)计算原地基中自重应力分布,(b)基底附加压力p0,(c)确定地基中附加应力分布,(d)确定计算深度zn,(e)地基分层Hi,(g) 各层沉降量叠加,(f)计算每层沉降量Si,用e-p曲线计算,e,p,用e-p曲线计算,Ai,规范法,zi-1,zi,平均附加应力系数,沉降计算分层总和法注意问题,固结过程,p,p,基本假定,土层均匀且完全饱和； 土颗粒与水不可压缩； 变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）； 荷载均布且一次施加； 渗流符合达西定律且渗透系数保持不变； 压缩系数a是常数。,固结微分方程的解析解,时间因数,m1，3，5，7,反映孔隙水压力的消散程度固结程度,固结度,沉降与时间的关系,t,沉降与时间的关系,从 Ut 查表（计算）确定 Tv,土的抗剪强度,莫尔库伦破坏理论要点,41,1破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。 2当法向应力不很大时，抗剪强度可简化为法向应力的线性 函数 3.土单元体中，任何一个面上的剪应力大于该面上土的抗剪度 ，土单元体即发生破坏，用破坏准则表示,库仑定律,42,确定土体中剪切破坏面的位置,O,450+/2,450+/2,1f,图5-7 土的破裂面确定,挡土结构物上土压力,45,三种土压力的大小关系,静止土压力对应于图中A点，墙位移为0，墙后土体处于弹性平衡状态 主动土压力对应于图中B点，墙向离开填土的方向位移，墙后土体处于主动极限平衡状态 被动土压力对应于图中C点，墙向填土的方向位移，墙后土体处于被动极限平衡状态,PaP0Pp,朗肯理论的基本假设：,1.墙本身是刚性的，不考虑墙身的变形； 2.墙后填土延伸到无限远处，填土表面水平； 3.墙背垂直光滑。,朗肯主动极限平衡状态,朗肯被动极限平衡状态,p0,朗肯主、被动土压力系数,粘性土主动土拉应区,库仑土压力基本假定,1.墙后的填土是理想散粒体 2.滑动破坏面为通过墙踵的平面 3.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形,无粘性土主动土压力,朗肯、库仑土压力异同,相同点：都属于极限状态土压力理论 不同点：朗肯理论从土体中一点的极限平衡状 态出发，由处于极限平衡状态时的大 小主应力关系求解（极限应力法）； 库伦理论根据墙背与滑裂面之间的土 楔处于极限平衡，用静力平衡条件求 解（滑动楔体法） 。,土坡稳定性分析,土坡稳定性分析,造成滑坡的原因,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,微单元A自重: W=V,无渗流的无限长土坡,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：,当=时，Fs=1.0，天然休止角,无渗流的无限长土坡-讨论,可见安全系数与土容重无关,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,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：,与无渗流比较Fs减小