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pc p1超固结土 先期固结压力大于现时的土压力pc p1欠固结土 先期固结压力小于现时的土压力pc p1 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 m 1 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 Pa P0 Pp 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