土力学考点ppt课件.ppt

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1、考点： 土的三相指标：指土的固体、液体和气体的三相组成。 土的密度：单位体积土的质量。单位： Mg/m3, g/cm3 土的重度:单位体积土的重量，是重力的函数。单位：kN/m3 土粒相对密度：土粒密度与4时纯水密度之比。 土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，用w表示，以百分数计。 土的基本指标：土的密度r、土粒比重ds和土的含水量w。 土的孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比，以小数记。 土的孔隙率：土中孔隙体积与土总体积之比，以百分数计。 土的饱和度：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。,土的饱和密度:土中孔隙被水充满时土的密度，单位：Mg/m3, g/cm3 土的干密度：单位土体积

2、中土粒的质量 ，单位： Mg/m3, g/cm3 土的有效重度： 对于地下水位以下的土体，由于受到水的浮力作用，将扣除水浮力后单位体积土所受的重力称为土的有效重度。 土的物理状态：对粗粒土是指土的密实程度，对细粒土是指粘性土的粘稠度。 水力坡降：由于渗流过程中存在能量损失，测管水头线沿渗流方向下降。两点间的水头损失，可用一无量纲的形式来表示，即i=h/L，i 称为水力坡降，L为两点间的渗流路径，水力坡降的物理意义:单位渗流长度上的水头损失。 达西定律：达西根据对不同尺寸的圆筒和不同类型及长度的土样所进行的试验发现，渗出量Q与圆筒断面积A和水力坡降i成正比，且与土的透水性质有关。 渗透力：渗流必

3、然对每个土颗粒有推动、摩擦和拖曳的作用力，称之为渗透力，可定义为每单位土体内土颗粒所受的渗流作用力，用 j表示。渗透力是一种体积力，量纲与w相同。渗透力的大小和水力坡降成正比，其方向与渗流方向一致。,自重应力（K0）： K0 为比例系数，称为土的侧压力系数或静止土压力系数。它是侧限条件下土中水平向有效应力与竖直向有效应力之比。 基底附加应力概念：如果基础砌置在天然地面上，那末全部基底压力就是新增加于地基表面的基底附加压力。实际上，建筑物建造后的基底压力中应扣除基底标高处原有的土中自重应力后，才是基底平面处新增加于地基的基底附加压力。 基底附加应力假定：(1) 地基土是均质、各向同性的半无限空间

4、线弹性体。(2) 直接采用弹性力学理论解答。(3) 基底压力是柔性荷载，不考虑基础刚度的影响。 基底附加应力影响：地基附加应力是指建筑物荷重在土体中引起的附加于原有应力之上的应力。它是使地基发生变形，引起建筑物沉降的主要原因。 应力集中和应力扩散现象：研究表明，与通常假定的均质各向同性地基比较，若水平向变形模量E0h大于竖向变形模量E0v，则在各向异性地基中将出现应力扩散现象；若水平向变形模量E0h小于竖向变形模量E0v，地基中将出现应力集中现象。 室内压缩试验：试验室测定土的压缩性的主要装置为固结仪。在这种仪器中进行试验，由于试样不可能产生侧向变形，只有竖向压缩。于是，我们把这种条件下的压缩

5、试验称为单向压缩试验或侧限压缩试验。土的压缩是由于孔隙体积的减小，所以土的变形常用孔隙比e表示。 压缩试验成果：1: 各级压力与其相应的稳定孔隙比的关系曲线，简称ep曲线。2: elogp曲线。 3: elnp曲线。,压缩试验曲线特征：1卸荷时，试样不是沿初始压缩曲线，而是沿曲线bc回弹，可见土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形两部份组成。2 回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环，土体不是完全弹性体的又一表征；3 回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。4 当再加荷时的压力超过b点，再压缩曲线就趋于初始压缩曲线的延长线。 压缩系数：曲线上任一点的切线斜率。 压缩指数：elogp座标系统中

6、压缩曲线的斜率 压缩模量：土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比值（MPa)。 变形模量：土在自由侧胀条件下竖向压缩应力与竖向应变之比；一般由现场静载荷试验测得。 土的抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的主要力学性质之一。 抗剪强度指标：c 土的粘聚力， 土的内摩擦角。称为抗剪强度指标或抗剪强度参数。 摩尔库伦强度理论：当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，并提出在破坏面上的剪应力f 是该面上法向应力 的函数，即f f ()称为莫尔包线，莫尔包线通常近似地用直线代替，该直线方程就是库伦公式。由库伦公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔库伦强度理论。 直剪

7、试验：直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，前者是等速推动试样产生位移测定相应的剪应力，后者则是对试件分级施加水平剪应力测定相应的位移，目前我国普遍采用的是应变控制式直剪仪。 直剪试验过程：直接剪切试验可分为快剪、固结快剪和慢剪三个过程。快剪试验：在试样施加垂直压力 后立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。固结快剪；在试样施加垂直压力 后，允许试样充分排水，待固结完成后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。慢剪试验：在试样施加垂直压力 后，允许试样充分排水，待固结完成后，以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。 直剪试验优缺点：直接剪切仪具有构造简单，操作方使等优点，但它存在若干缺点，主

8、要有： 剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏 剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象 在剪切过程中， 土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时却是按土样的原截面积计算 试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力、在进行不排水剪切时，试件仍有可能排水，特别对于饱和粘粘性土。 由于土的抗剪强度受排水条件的影响显著。故试验结果不够理想。但由于它具有的优点，故仍为一般工程广泛采用。,三轴压缩试验：三轴压缩试验也称三轴剪切试验，是测定土抗剪强度较为完善的方法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加围压系统、孔隙水压力量测系统等组成。 三轴压

9、缩试验方法：(1) 不固结不排水试验：试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。(2) 固结不排水试验：试样在施加周围压力3 后打并排水阀门，允许排水固结，稳定后关闭排水阀门，再施加竖向压力、使试样在不排水的条件下剪切破坏。(3) 固结排水试验：试样在施加周围压力3时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试样剪切破坏。 三轴压缩试验优缺点：三轴压缩仪的突出优点是能较为严格地控制排水条件，量测试件中孔隙水压力的变化。此外，试件中的应力状态也比较明确，破裂面是在最弱处，而不象直接剪切仪那样限定在上下盒之间。一般说来，三轴压

10、缩试验的结果比较可靠。三轴压缩试验的缺点是试样的中主应力2 3 。而实际上土体的受力状态未必都属于这类轴对称情况。真三轴仪中的试样可在不同的三个主应力(1 2 3 )作用下进行试验。 土压力大小分布的影响因素：作用在挡土墙上的土压力是个非常复杂的问题。土压力的大小不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关，而且与挡土墙的刚度、位移的大小和方向等因素有关。由于土压力是挡土墙的主要荷载。因此，设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。 朗肯土压力理论：理论基础：半空间体的应力状态和土的极限平衡理论。基本假设: 墙背直立、光滑，墙后填土面水平；先做墙后填土。 库伦土压力理论：根据墙后土体处于极

11、限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。基本假设 ： 墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力c0)； 墙背倾斜、粗糙、墙后填土面倾斜； 滑动破坏面为一平面； 刚体滑动。不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件； 楔体ABC整体处于极限平衡状态。在AB和BC滑动面上，抗剪强度均巳充分发挥。即剪应力均已达抗剪强度f。 地基承载力：地基承受荷载的能力。 地基的极限承载力：地基即将丧失稳定性时的承载力。 容许承载力：地基稳定有足够的安全度并且变形控制在建筑物容许范围内时的承载力。 影响地基极限承载力的因素：地基土的性质，基础的埋置深度、宽度、形状等因素有关。,地基破坏形式：试验研究

12、表明，在荷载作用下，建筑物地基的破坏通常是由于承载力不足而引起的剪切破坏。地基剪切破坏的型式：整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏。 地基的临界荷载和临塑荷载：在中心垂直荷载作用下，塑性区的最大发展深度ZmaxB/4或B/3时的荷载称为临界荷载。当荷载p增大时，塑性区发展，该区的最大深度也随而增大，若Zmax 0，表示地基中刚要出现但尚未出现塑性区，相应的荷载 p 即为临塑荷载 pcr。 无黏性土土坡稳定性：由粗粒土所堆筑的土坡称无粘性土坡，1.均质干坡和水下坡：均质干坡和水下坡指由一种土组成、完全在水位以上或完全在水位以下，没有渗透水流作用的无粘性土坡。稳定条件：只要坡面上的土颗粒在重力作用

13、下能够保持稳定，整个土坡就处于稳定状态。2.有渗透水流的均质土坡 ：挡水土堤内形成渗流场，如果浸润线在下游坡面逸出，这时在浸润线以下，下游坡内的土体除受重力作用外，还受渗透力的作用，会降低下游边坡的稳定性。在坡面上渗流逸出处取一单元土体v的土骨架为隔离体，土体除受重力作用外，还受渗透力的作用。 黏性土土坡稳定性：粘性土由于粘聚力的存在，粘性土坡不像无粘性土坡一样仅沿坡面表面滑动。研究表明，均质粘性土坡的滑动面为对数螺线曲面，形状近似于圆柱面，在工程设计中常假定滑动面为圆弧面。建立在这一假定基础上的土坡稳定分析方法称为圆弧滑动法。 简答题考点： 1.影响土中附加应力分布的因素：(1)双层地基：天

14、然形成的双层地基有二种可能的情况:一种是岩层上覆盖着不厚的可压缩土层；另一种则是上层坚硬、下层软弱的双层地基。前者在荷载作用下将发生应力集中现象，而后者则将发生应力扩散现象。(2)变形模量随深度增大：土体的非均质和各向异性对土中附加应力分布产生影响土体在沉积过程中的受力条件使土的变形模量E0随深度逐渐增大。与假定的均质地基相比较，沿荷载中心线下，前者的地基附加应力z将发生应力集中。(3)薄交互层地基 ：天然沉积形成的水平薄交互层地基,影响土层中的附加应力分布。研究表明，与通常假定的均质各向同性地基比较，若水平向变形模量E0h大于竖向变形模量E0v，则在各向异性地基中将出现应力扩散现象；若水平向

15、变形模量E0h小于竖向变形模量E0v，地基中将出现应力集中现象。,2.饱和土的有效应力原理和概念：有效应力原理 u，1 整个渗流固结过程中u和 都是在随时间t而不断变化渗流固结过程的实质就是土中两种不同应力形态的转化过程。2 超静孔隙水压力，是由外荷载引起，超出静水位以上的那部分孔隙水压力。它在固结过程中随时间不断变化，固结完成应等于零， 饱水土层中任意时刻的总孔隙水压力应是静孔隙水压力与超静孔隙水压力之和。3 侧限条件下t0时，饱和土体的初始超静孔隙水压力u0数值上就等于施加的外荷载强度 (总应力). 3.土的抗剪强度指标的测定方法：总应力指标：c， ，有效应力指标 ：c，。 土的抗剪强度是

16、土的一个重要力学性能指标在计算承载力、评价地基的稳定性以及计算挡土墙的土压力时，都要用到土的抗剪强度指标，因此，正确地测定土的抗剪强度在工程上具有重要意义。抗剪强度的试验方法有多种，在实验室内常用的有直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压试验、在现场原位测试的有十字板剪切试验，大型直接剪切试验等。 4.朗肯土压力理论和库伦土压力理论异同点：（1）两者均属于极限状态土压力理论。它们计算出的土压力都是墙后土体处于极限乎衡状态下的主动与被动土压力。（2）两种分析方法上存在的较大差别，主要表现在研究的出发点和途径的不同。朗肯理论是从研究土中一点的极限平衡应力状态出发，首先求出的是作用在土中竖直面上的土

17、压力强度a或p及其分布形式，然后再计算出作用在墙背上的总土压力Ea和Ep，因而朗肯理论属于极限应力法。库伦理论则是根据墙背和滑裂面之间的土楔，整体处于极限平衡状态，用静力乎衡条件，先求出作用在墙背上的总土压力Ea或Ep，需要时再算出土压力强度a或p及其分布形式，因而库伦理论属于滑动楔体法。（3）上述两种研究途径中，朗肯理论在理论上比较严密，但只能得到理想简单边界条件下的解答，在应用上受到限制。库伦理论显然是一种简化理论，但由于其能适用于较为复杂的各种实际边界条件，且在一定范围内能得出比较满意的结果，因而应用广泛。（4）朗肯理论的应用范围：墙背垂直、光滑、墙后填土面水平，即 = 0， = 0， = 0。无粘性土与粘性土均可用。库伦理论的应用于包括朗肯条件在内的各种倾斜墙背的陡墙，填土面不限，即 ， 可以不为零或等于零，故较朗肯公式应用范围更广。数解法一般只用于无粘性土，图解法则对于无粘性土或粘性土均可方便应用。（5）计算误差：朗肯和库伦土压力理论都是建立在某些人为假定的基础上，朗肯假定墙背为理想的光滑面，忽略了墙与土之间的摩擦对土压力的影响，库伦理论虽计及墙背与填土的摩擦作用，但却假定土中的滑裂面是通过墙锺的平面，与比较严格的挡土墙土压力解，计算结果都有一定的误差。,