土力学与基础工程复习资料ppt课件VIP

土力学与基础工程复习资料 2011年度制作人张兵2011年5月30号 第二章土的性质及工程分类 1 土的三相体系 固相 固体颗粒 液相 土中水 气相 气体 饱和土为二相体 固相 液相 2 1概述2 2土的三相组成及土的结构2 2 1土的固体颗粒 固相 1 高岭石 水稳性好 可塑性低 压缩性低 亲水性差 稳定性最好 2 1 土的颗粒级配曲线 横坐标 土的粒径 mm 为对数坐标 纵坐标 小于某粒径的土粒质量百分数 常数指标 2 由曲线的形态可评定土颗粒大小的均匀程度 曲线平缓则表示粒径大小相差悬殊 颗粒不均匀 级配良好 反之 颗粒均匀 级配不良 3 工程中用不均匀系数CU和曲率系数CC来反映土颗粒级配的不均匀程度CU d60 d10 CC d30 2 d10 d60 d60 小于某粒径的土粒质量占土总质量60 的粒径 称限定粒径 d10 小于某粒径的土粒质量占土总质量10 的粒径 称有效粒径 d30 小于某粒径的土粒质量占土总质量30 的粒径 称中值粒径 2 2 2土中水和气1 土中液态水分为结合水和自由水两大类 2 土中气体 粗颗粒中常见与大气相连通的空气 它对土的工程性质影响不大 在细颗粒中则存在与大气隔绝的封闭气泡 使土在外力作用下压缩性提高 透水性降低 对土的工程性质影响较大 2 2 3土的结构和构造1土的构造最主要特征就是成层性 即层理构造 2 3土的物理性质指标 都很重要 建议整节复习 不赘述 会做P19例2 12 4无黏性土的密实度1 影响砂 卵石等无黏性土工程性质的主要因素是密实度 2 相对密实度 1 Dr emax e emax emin e天然空隙比 emax最大空隙比 土处于最松散状态的e emin最小空隙比 土处于最紧密状态的e 2 相对密实度的值介于0 1之间 值越大 表示越密实 2 5黏性土的物理特性2 5 1黏性土的界限含水量1 黏性土从一种状态转变为另一种状态的分界含水量称为界限含水量 掌握上图 2 5 2黏性土的塑性指数和液性指数1 1 塑性指数Ip wL wp wL 液限 wp塑限 2 塑性指数习惯上用不带 的百分数表示 3 Ip越大 表明土的颗粒越细 土的黏粒或亲水矿物 如蒙脱石 含量越高 土处在可塑状态的含水量变化范围就越大 判断题 4 塑性指数常作为工程上对黏性土进行分类的依据 2 1 液性指数IL w wp wL wp w wp Ip 用小数表示 w为天然含水量 2 可以利用IL来表示黏性土所处的软硬状态 判断题 2 5 3黏性土的灵敏度和触变性1 天然状态下的黏性土 由于地质历史作用常具有一定的结构性 工程上常用灵敏度St来衡量黏性土结构性对强度的影响 St qu qu qu qu 分别为原状土和重塑土式样的无侧限抗压强度 2 土的灵敏度越高 其结构性越强 受扰动后土的强度降低就越明显 3 与结构性相反的是土的触变性 黏性土结构遭到破坏 强度降低 但随时间发展土体强度恢复的胶体化学性质称为土的触变性 2 6土的渗透及渗流1 水透过土空隙流动的现象 称为渗透或渗流 而土被水透过的的性质 称为土的渗透性 2 6 1土的渗透性1 达西定律v ki得到的结论 渗透速度 土的渗透系数 水力梯度或水力坡降2 6 3动水力及渗流破坏1 流砂或流土 当动水力的数值等于或大于土的浮重度时 即向上的动水力克服了土粒向下的重力时 土体发生浮起而随水流动的现象 名词解释 2 管涌 当地下水流动的水力坡降i很大时 水流由层流变为紊流 此时渗流力将土体粗粒孔隙中充填的细粒土带走 最终导致土体内形成贯通的渗流管道 造成土体塌陷 这种现象称为管涌 名词解释 2 7土的压实性及动力特性2 7 1土的压实原理1 在一定的压实功 能 下使土最容易压实 并能达到最大密实度的含水量称为土的最优 或最佳 含水量 用wop表示 与其相对应的干密度则成为最大干密度 以 dmax表示 2 7 2击实试验及其影响因素1 击实曲线的特点 结合P33图2 40理解记忆 峰值 只有当土的含水量达到最优含水量时 才能达到这个峰值 dmax击实曲线位于理论饱和曲线左边 击实曲线的形态 2 只有在适当含水量的情况下 土才能达到比较好的压实效果 2 7 3土的振动液化1 土体液化是指饱和状态砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出类似液体性质而完全丧失承载力的现象 可能名词解释 2 8地基土 岩 的工程分类2 8 7特殊土 必考 1 软土的特性 孔隙比大 e 1 天然含水量高 w wL 压缩性高 强度低和具有灵敏性 结构性 为不良地基 包括淤泥 淤泥质黏性土 淤泥质粉土等 2 淤泥和淤泥质土是工程建设中经常遇到的软土 当黏性土的w wL e 1 5时称为淤泥 当w wL 1 5 e 1 0时称为淤泥质土 是非题若土的颗粒级配曲线较平缓 则表示粒径相差悬殊 土粒级配良好 当某土样的含水量在缩限和塑限之间时 土处于可塑状态 土的相对密实度越大 表示该土越密实 黏性土的塑性指数越大 说明黏性土处于可塑状态的含水量变化范围越大 液性指数是指无黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比 甲土的饱和度大于乙土的饱和度 则甲土的含水量就一定高于乙土的含水量 颗粒级配曲线平缓 表明粒径大小相差较多 土粒不均匀 曲线较陡 表明土粒大小相差不多 土粒较均匀 土的灵敏度越高 其结构性越强 工程性质就越好 土的灵敏度定义为 原状土的无侧限抗压强度与经重塑后的土体无侧线抗压强度之比 天然孔隙比大于或等于1 5的黏性土称为淤泥质土 选择题 填空题形式 若甲乙两种图的不均匀系数相同 则两种土限定粒径与有效粒径之比值相同 黏性土的塑性指数越大 表示土的黏粒含量越高 下列黏土矿物中 亲水性最强的是蒙脱石 土的三个基本试验指标是天然密度 含水量和土粒相对密度 若土的颗粒级配曲线很陡 则表示土粒较均匀 不同状态下同一种土的重度由大到小的排列顺序 sat d 某砂土的天然孔隙比与其所能达到的最大空隙比相等 则该土处于最松散状态 对无黏性土的工程性质影响最大的因素是密实度 无黏性土 随着孔隙比的增大 它的物理状态是趋向松散 黏性土以塑限指数Ip的大小来进行分类时 当Ip大于17为黏土 超了 应该不会考 书上没有 百度知道 10到17之间为粉质黏土 对黏性土进行分类定名的依据是塑性指数 第三章 土中应力计算 无计算 1 土体因自身重力产生的竖向应力 cz即为自重应力 3 1 1均质土的自重应力1 对于均质土 土的重度为常数 在地表以下深度z处自重应力为 cz z3 1 2 成层土的自重应力1 各土层厚度为hi 重度为 i 则深处z处土的自重应力可通过对各土层自重应力求和得到 即 3 2基地压力1 基础底面传递给地基表面的压力 称为基底压力 3 2 2基底压力的简化计算1 中心荷载作用时其中 公式G GAd需掌握 考 3 3地基附加应力3 3 1竖向集中力下的地基附加应力 1 在工程实践中应用最多的是竖向法向应力 z 有 z 选择 判断 称为集中力作用下的地基竖向应力系数 是r z的函数 由表3 1查取 2 P52例3 2不要求掌握 但图会出选择或判断需知道r 1m处竖直面上附加应力是先大后小 z 3m处水平面上是向四周渐变小的 3 3 2分布荷载作用下地基附加应力 填空 判断 选择 1 需会做P55的例3 3与例3 4 在此不赘述 2 应用角点法时尚须注意 要使角点M 位于所划分的每一个矩形的公共角点 划分矩形的总面积应等于原有的受荷面积 查表时 所有分块矩形都是长边为l 短边为b 3 4有效应力原理1 u称为饱和土的有效应力原理 其中 为有效应力 为总应力 U为孔隙水压力 第四章 土的变形性质及地基沉降计算 4 1土的压缩性4 1 1基本概念1 土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性 4 1 2压缩试验及压缩性指标1 评价土体压缩性通常有 压缩系数 压缩指数 压缩模量2 压缩系数a e p曲线上任一点的切线斜率a表示相应于压力p作用下的压缩性如图4 4所示 压力由p1增至p2 所对应的点为M1 M2 则土的压缩性可用图中割线M1M2斜率表示由上式可知 只有附加应力才会引起地基的变形 为了统一标准 通常采用压力间隔由p1 100kPa 0 1MPa 增加到p2 200kPa 0 2MPa 时所得到的压缩系数a1 2来评定土的压缩性高低 3 压缩指数Cc 1 用e lgp曲线求得 图4 5 2 压缩指数越大 土的压缩性越高 压缩系数也是一样 4 压缩模量Es 压缩模量越小 土的压缩性越高 由此可见 压缩模量Es与压缩系数a成反比 Es越大 a就越小 土的压缩性越低 Es 1 e1 a4 1 3土的荷载试验及变形模量1 土的变形模量是指土体在无侧限条件下单轴受压时的应力与应变之比 用符号E0表示 考 4 2地基最终沉降量计算4 2 1分层总和法1 分层 从基础底面开始将地基土分为若干薄层 分层原则 厚度hi 0 4b b为基础宽度 天然土层分界处 地下水位处 2 确定沉降深度zn 按 应力比 法确定 即一般土 zn czn 0 2软土 zn czn 0 13 按公式计算每一分层土的变形量 Si 该式即为 E 的变形其中 ESi表示第i层土的侧限压缩模量 MPa 4 计算地基最终沉降量sS s1 s2 sn Si4 2 2 建筑地基基础设计规范方法 1 地基沉降计算深度zn 规范法通过 变形比 试算确定 4 3应力历史对地基沉降的影响4 3 1天然土层应力历史 会有判断 选择 填空 1 黏性土在形成及存在过程中所经受的地质作用和应力变化不同 所产生的压密过程及固结状态亦不同 根据土的先 前 期固结压力pc 天然土层在历史上所承受过的最大固结压力 与现有土层自重应力p1 z之比 即pc p1 称为 超固结比 OCR 可把天然土层划分为三种固结状态 1 超固结状态 pc p1 即OCR 1 其可能由于地面上升或河流冲刷将其上部的一部分土体剥蚀掉 或古冰川下的土层曾经受过冰荷载 荷载强度为pc 的压缩 后来由于气候转暖 冰川融化以致使上覆压力减小等 2 正常固结状态 pc p1 z OCR 1 土层沉积后厚度无大变化 以后也无其他荷载的继续作用 3 欠固结状态 土层逐渐沉积到现在地面 但没有达到固结稳定状态 如新近沉积黏性土 人工填土等 pc p1 这里pc hc hc代表固结完成后地面下的计算深度 4 4地基变形与时间的关系4 4 1饱和土的渗透固结1 饱和粘土在压力作用下 孔隙水将随时间的迁延而逐渐被排除 同时孔隙体积也随之缩小 这一过程称为饱和土的渗透固结 2 如图 弹簧 活塞模型 外力 Z 弹簧承担的压力为 水承担的压力为孔隙水压力u 则有 Z u 实为饱和土的有效应力原理 可见 饱和土的渗透固结也就是孔隙水压力逐渐消散和有效应力相应增长的过程 可见 饱和土的渗透固结也就是孔隙水压力逐渐消散和有效应力相应增长的过程 4 4 2太沙基一维固结理论1 Cv 土的竖向固结系数k a e0分别为渗透系数 压缩系数和土的初始孔隙比2 不记公式 需知道字母的含义 式中 uz t 深度z处某一时刻t的孔隙水压力H 压缩土层最远的排水距离 当土层为单面排水时 H取土层的厚度 双面排水时 水由土层中心分别向上下两方向排出 此时H应取土层厚度之半 Tv 竖向固结时间因素式中 t 时间 变换形式则为由上式及H的定义可得 达同一固结度时 双面排水所需时间仅为单面排水的1 4 3 固结度 地基荷载作用下 时间t的沉降量与最终沉降量之比 即Ut sct sc4 可知固结度是时间因数的函数 给公式需会转化 5 P95例4 3 注意单位 P79习题4 1 土的抗剪强度 5 1 2莫尔 库伦强度理论1 当土体中某点任一平面上的剪应力等于土的抗剪强度时 将该点即濒于破坏的临界状态称为 极限平衡状态 2 此图为 微单元体上的应力 图上的 与 1 3的关系可用莫尔应力圆表示 知道即可 3 左图为 极限平衡状态时的莫尔圆与抗剪强度包线 圆周上各点的坐标即表示该点在相应平面上的法向应力 和剪应力 圆与横轴分别相交于 3 小主应力 和 1 大主应力 5 1土的抗剪强度概述 计算题 1 土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力 5 1 1库伦公式1 沙土的抗剪强度表达式 f tan式中 f 土的抗剪强度 kPa 作用在剪切面上的法向应力 kPa 沙土的内摩擦角 2 1 粘性土的抗剪强度表达式 f c tan式中c 土的黏聚力 kPa 2 由上式可知 黏性土的 f包括摩阻力 tan 和黏聚力 c 两个组成部分 3 土的抗剪强度指标即为c 4 便于理解 上图左 砂土右 黏性土 4 黏性土的极限平衡条件 或上式公式必须记 会考 无黏性土的黏聚力 c 等于零 即没有后项 例 已知 1 400kPa 3 200kPa c 10kPa 20 问是否会剪破 由 1求 3f 若 3f 3 则破坏 反之 由 3求 1f 若 1 1f 则破坏 反之 不要死记 可画图理解 题目难度会超过此题 如作业题 5 2抗剪强度的测定方法 只考直剪 三轴试验的优缺点 选择 判断 5 2 1直接剪切试验 直剪仪 优点 构造简单 操作方便缺点 剪切过程中试样内的剪应变和剪应力分布不均匀 人为限制的剪切面并非是试样抗剪最弱的剪切面 剪切面在剪切过程中逐渐减小 且垂直荷载发生偏心 但计算抗剪强度时却按受剪面积不变和剪应力均匀分布来计算 不能严格控制排水条件 因而不能量测试样中的孔隙水压力 中主应力 2无法确定 5 2 2三轴压缩试验 与直剪仪的优缺点对比记忆 优点 严格控制试样的排水条件 准确测定试样在剪切过程中孔隙水压力变化 从而可定量获得土中有效应力的变化情况 与直剪试验对比起来 试样中的应力状态相对地较为明确和均匀 不硬性指定破裂面位置 除抗剪强度外 还可测定如土的灵敏度 侧压力系数 孔隙水压力系数等力学指标缺点 试样制备和试验操作比较复杂 试样中的应力与应变仍然不够均匀注 分清谁是谁的优缺点 不要记混淆了 P104图5 8三轴仪比较复杂 比较精密5 4土的抗剪强度指标 选择 填空 判断 1 三种标准试验方法 1 固结不排水剪 又称固结快剪 以符号CU表示 围压时排水 轴压时不排水 2 不固结不排水剪 又称快剪 以符号UU表示 围压时不排水 轴压时不排水 3 固结排水剪 又称慢剪 以符号CD表示 围压时排水 轴压时排水 注 理解记忆 先围压 后轴压 2 固结不排水剪强度指标 P111 sorry老师没把我教会 3 不固结不排水剪强度指标 1 这里的 不固结 意思是 只在实验过程中不固结 并非试样从未固结过 2 抗剪强度包线为一条水平线 4 固结排水剪强度指标 5 4 3无黏性土的抗剪强度指标 选择 判断 1 密砂受剪时体积膨胀 剪胀 孔隙比变大 剪切过程中有明显的峰值强度和变形较大的终值强度 应变软化型 2 松砂受剪时体积减小 剪缩 孔隙比变小 剪切过程中无明显的峰值强度 应变硬化型 3 对一定侧限压力下的同种砂土来说 密砂和松砂的强度最终趋于同一数值 孔隙比也趋于某一稳定值ecr 该值称为临界孔隙比 在这一孔隙比下 砂土在不排水条件下受荷至破坏时 其体积变化为零 5 4 4抗剪强度指标的选择 选择 1 三种试验方法的适用范围UU试验 地基为透水性差的饱和黏性土或排水不良 且建筑物施工速度快 常用于施工期的强度与稳定性验算CU试验 建筑物竣工后较长时间 突遇荷载增大 如房屋加层 天然土坡上堆载等CD试验 地基透水性较佳 如砂土等低塑性土 和排水条件良好 如黏土层中夹有砂层 而建筑物施工速度又较慢注 P121习题5 3 5 4要会做 土压力 地基承载力和土坡稳定 6 1概述1 挡土墙的结构形式 重力式 悬臂式 扶壁式等 2 挡土墙的土压力 挡土墙后填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力 3 地基承载力指地基单位面积上承受荷载的能力 6 2作用在挡土墙上的土压力1 根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态 可将土压力分为三种 1 主动土压力 当挡土墙向离开土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时 作用在墙背上的土压力称为主动土压力 一般用Ea表示 2 被动土压力 当挡土墙在外力作用下 向土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时 作用在墙背上的土压力称为被动土压力 一般用Ep表示 3 静止土压力 当挡土墙不动 墙后土体处于弹性平衡状态时 作用在墙背上的土压力称为静止土压力 用E0表示 三种土压力考名词解释 2 在相同的墙高和填土条件下 主动土压力小于静止土压力 而静止土压力又小于被动土压力 亦即 Ea E0 Ep 判断 6 3朗金土压力6 3 2主动土压力1 基本假设 挡土墙墙背竖直 光滑 填土面水平 考 2 朗金主动土压力强度黏性土 a zKa 2c 6 4 无黏性土土 a zKa式中 Ka 主动土压力系数 无黏性土 黏性土 c 填土的黏聚力 kPa 3 取单位墙长计算 无黏性土的主动土压力为 Ea 1 2h hKa 1 2 h Ka且Ea通过三角形形心 即作用在离墙底h 3处 4 取单位墙长计算 黏性土的主动土压力 Ea 1 2 h z0 hKa 2c 注 以上公式结合上图对比理解记忆式中 z0 临界深度 a点离填土面的深度 a点即为图上应力 a 为零的点 所以 当填土面无荷载时 可令上式 6 4 等于零求得 即 故临界深度黏性土主动土压力Ea通过三角形压力分布图abc的形心 见上页右图 即作用在离墙底 h z0 3处 6 3 3被动土压力 公式跟主动土压力差不多 1 被动土压力强度 p为2 被动土压力取单位墙长计算 则总被动土压力为 非重点 可不记 3 无黏性土的被动土压力Ep通过三角形形心 即作用在离墙底h 3处黏性土的被动土压力Ep将右图的梯形分为矩形和三角形 对墙底求矩得到 不懂的去问钱老师 6 3 4其他几种情况下的土压力计算6 3 4 1填土表面有连续均布荷载 书上比较详细 且结合P128例6 2看效果更佳 在此不赘述 只给公式 黏性土均布荷载 两层土压力 第一层填土的土压力强度 第二层填土的土压力强度 注 理解记忆无黏性土时 只需令上述各式中c1 c2 0即可 此外尚需注意 在两土层交界处因各土层土质指标不同 其压力大小亦不同 故此时土压力强度曲线将出现突变 6 4库伦土压力1 基本假定 墙后填土是理想的散粒体 黏聚力c 0 滑动破裂面为通过墙踵的平面 考 注 墙踵即墙背的最下面2 朗金理论与库伦理论比较 考 建立在不同的假设基础上 用不同的分析方法计算 只有在最简单的情况下 两种计算结果才相同 朗金理论是库伦理论的特殊情况 6 5挡土墙设计1 常用挡土墙形式 重力式 悬臂式 扶壁式等 2 重力式挡土墙根据墙背倾斜方向可分为仰斜 直立 俯斜3 挡土墙的计算 1 稳定性验算 包括抗倾覆稳定性验算和抗滑动稳定性验算 2 地基承载力验算 3 墙身强度验算4 重力式挡土墙的构造措施 判断题 1 挡土墙中主动土压力以仰斜最小 直立居中 俯斜最大 2 对于重要的 高度较大的挡土墙不宜采用黏性土 黏性土干缩湿胀 3 墙后填土应分层夯实 以提高填土质量 6 7地基破坏形式及地基承载力1 地基破坏形式 整体剪切破坏 局部剪切破坏 冲剪破坏2 整体剪切破坏的特征 有两个明显的拐点 其中A点的荷载称为临塑荷载 B点的荷载称为极限荷载 3 一般紧密的砂土 硬黏性土地基常属整体剪切破坏中等密实的砂土地基常发生局部剪切破坏松砂及软土地基常发生冲剪破坏 浅基础设计 7 1地基基础设计的基本原则1 地基分为天然地基和人工地基 基础分为浅基础和深基础 2 浅基础是相对深基础而言的 其差别主要在施工方法和设计原则上 3 建筑地基规范 将地基基础设计分为甲级 乙级和丙级三个设计等级 其中丙级可不做地基变形验算 判断 7 2浅基础的类型1 无筋扩展基础系指用砖 毛石 混凝土 毛石混凝土 灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础 名词解释 2 无筋扩展基础设计时 必须规定基础材料强度及质量 限制台阶高宽比 控制建筑物层高和一定的地