3 有效应力原理.pptx

1 3土体中的应力计算 3 1应力状态 3 2地基中自重应力的计算 3 3地基中附加应力的计算 3 4基底压力计算 3 6有效应力原理 3 5基底附加压力计算 2 3 5有效应力原理 土 孔隙水 固体颗粒骨架 三相体系 对所受总应力 骨架和孔隙流体如何分担 3土体中的应力计算 孔隙气体 总应力 总应力由土骨架和孔隙流体共同承受 它们如何传递和相互转化 它们对土的变形和强度有何影响 受外荷载作用 Terzaghi 1923 有效应力原理固结理论 土力学成为独立的学科 孔隙流体 李广信 有效应力原理能够推翻吗 岩土工程界 2007 07 22 26 3 1 饱和土中的应力形态 PS PSV a a 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 一 有效应力原理的基本概念 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 a a断面通过土颗粒的接触点 有效应力 a a断面竖向力平衡 u 孔隙水压力 土骨架承担土骨架传递 4 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 一 有效应力原理的基本概念 2 饱和土的有效应力原理 1 饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为两部分 和u 并且 2 土的变形与强度都只取决于有效应力 一般地 有效应力 总应力已知或易知 孔隙水压测定或算定 通常 5 孔隙水压力的作用它在各个方向相等 只能使土颗粒本身受到等向压力 由于颗粒本身压缩模量很大 故土粒本身压缩变形极小 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 对土颗粒间摩擦 凝聚力没有贡献 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 变形的原因颗粒间克服摩擦相对滑移 滚动 与 有关 接触点处应力过大而破碎 与 有关 试想 海底与土粒间的接触压力哪一种情况下大 1m z u 0 01MPa 104m z u 100MPa 强度的成因凝聚力和摩擦 与 有关 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 一 有效应力原理的基本概念 2 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 6 1 自重应力情况 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 1 静水条件 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 地下水位 海洋土 毛细饱和区 2 稳定渗流条件 2 附加应力情况 1 单向压缩应力状态 2 等向压缩应力状态 3 偏差应力状态 三轴应力状态 7 1 自重应力情况 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 1 静水条件 地下水位 地下水位下降引起 增大的部分 u u wH2 u wH2 u H1 satH2 wH2 H1 sat w H2 H1 H2 地下水位下降会引起 增大 土会产生压缩 这是城市抽水引起地面沉降的主要原因之一 8 1 自重应力情况 水下土 1 静水条件 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 wH1 wH1 u wH1 satH2 wH satH2 w H H1 sat w H2 H2 9 毛细饱和区 1 静水条件 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 1 自重应力情况 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 毛细饱和区 总应力 孔隙水压力 有效应力 10 H h 砂层 承压水 粘土层 sat H h 砂层 排水 sat 2 稳定渗流条件 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 1 自重应力情况 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 向上渗流 向下渗流 11 土水整体分析 A 向上渗流 向下渗流 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 1 自重应力情况 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 渗流压密 渗透压力 12 取土骨架为隔离体 A 向上渗流 向下渗流 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 1 自重应力情况 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 自重应力 渗透力 渗透力产生的应力 13 2 附加应力情况 几种简单的情形 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 外荷载 附加应力 土骨架 有效应力 2 三轴应力状态 1 侧限应力状态 孔隙水 孔隙水压力 超静孔隙水压力 14 1 侧限应力状态及一维渗流固结 实践背景 大面积均布荷载 p 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 不透水岩层 饱和压缩层 z p p 侧限应力状态 2 附加应力作用情况 15 1 侧限应力状态及一维渗流固结 2 附加应力作用情况 物理模型 光滑钢筒 侧限条件弹簧 土骨架水体 孔隙水带孔活塞 排水顶面活塞小孔 渗透性大小 初始状态 边界条件 渗流固结过程 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 p 一般方程 16 1 侧限应力状态及一维渗流固结 2 附加应力作用情况 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 p p 附加应力 z p超静孔压 u z p有效应力 z 0 渗流固结过程 附加应力 z p超静孔压 u0 附加应力 z p超静孔压 u 0有效应力 z p 17 孔压系数 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 2 附加应力作用情况 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 1 侧限应力状态及一维渗流固结 渗流固结过程 产生超静孔隙水压力u 随时间在变化不排水条件下 相当于t 0时刻 18 2 附加应力作用情况 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 三轴应力状态 等向压缩应力状态 偏差应力状态 封闭土样 19 2 附加应力作用情况 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 土体的体积土骨架的体积土颗粒的体积孔隙流体的体积 有何关系 土体的体积变化土骨架的体积变化土颗粒的体积变化孔隙流体的体积变化 有何关系 20 2 等向压缩应力状态 孔隙流体产生了超静孔隙压力 uB 土骨架的有效附加应力 孔隙流体的体积变化 孔隙流体的体积压缩系数为Cf 单位孔隙压力作用引起的体应变 土骨架的体积变化 设土骨架的体积压缩系数为Cs 体积V 土骨架的体变等于孔隙流体的体变 V1 V2 2 附加应力作用情况 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 孔压系数B 土骨架为线弹性体 21 饱和土 干土 非饱和土 B是一个反映土饱和程度的参数 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 孔隙流体的体积压缩系数为Cf 单位孔隙压力作用引起的体应变 设土骨架的体积压缩系数为Cs 2 附加应力作用情况 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 孔压系数B 2 等向压缩应力状态 22 孔隙流体产生了超静孔隙压力 uA 有效附加应力 孔隙流体的体积变化 土骨架的体积变化 土骨架的体变等于孔隙流体的体变 V1 V2 孔压系数A 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 2 附加应力作用情况 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 3 偏差应力状态 体积V 暂时假定土骨架为线弹性体 轴向 侧向 总应力增量 应变增量 0 23 孔压系数A 对饱和土 剪切作用引起的孔压响应 对于线弹性体 A 1 3 A不是常数 随加载过程而变化 A 1 3 A 1 3 剪胀 剪缩 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 2 附加应力作用情况 二 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 3 偏差应力状态 A是一个反映土剪胀性强弱的参数 其大小与土性有关 剪胀性 剪应力引起土的体积变化的特性 24 问题 能否对孔压系数A作进一步的解释 25 问题 能否对孔压系数A作进一步的解释 回答 26 偏差应力状态 等向压缩应力状态 纯剪应力状态 纯剪应力状态 27 3 5有效应力原理 3土体中的应力计算 三轴应力状态 等向压缩应力状态 偏差应力状态 2 附加应力作用情况