清华大学版土力学课件.

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z地面地面h2h3h1σsz=γ1z+γ2z+γ3zσsz=γzγ1γ2γ3''地面h2h3h1σsz=γ1h1+γ2h2+γ3h3γ1γ2γ3''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PSPSVaaPSA：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σ’1AAwu'wsvAuPAa-a断面竖向力平衡：wSAAAuAAAPwsv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σz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σz=ppHH/2H/2γ,e1e1sV1e1sV2e2Hczczp1zczp2HHSvz121111eeeeevzHeeeHHSvz1211e1e2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：iSS计算步骤d地面基底pp0自重应力附加应力沉降计算深度Hidszizi(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ed地面基底pp0自重应力附加应力沉降计算深度HipHeeeHHSvz1211iziiiiiiiiiHeaHppeaS11211)(1iizisiiziiEHEHSie1ie2sziziip2dszizi用e-p曲线计算Ai附加应力p0规范法zi-1zii平均附加应力系数)1(0izzi0iziiiiiiiiiHeaHppeaS11211)(1iiiiAeaS11)(110iiiiizzpA沉降计算分层总和法注意问题固结过程wphpphh0hp基本假定①土层均匀且完全饱和；②土颗粒与水不可压缩；③变形是单向压缩（水的渗出和土层压缩是单向的）；④荷载均布且一次施加；⑤渗流符合达西定律且渗透系数保持不变；⑥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v221iT4πmexp2Hmππsinπ4pt)u(z,tHCTvv2固结度0.00.20.40.60.81.00.0010.010.11时间因数固结度曲线1曲线2曲线3不透水边界透水边界渗流123沉降与时间的关系ttHCTvv2)181242（＝vTteUSUStt沉降与时间的关系从Ut查表（计算）确定TvSSUttvvCHTt2土的抗剪强度莫尔库伦破坏理论要点411．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)(fftgcf库仑定律42tgcf'tg)('''uctgcf确定土体中剪切破坏面的位置245,245即O450+/2450+/21f破裂面位置与最大主平面成31fc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墙位移与土压力位移墙向前移墙向后移土压力CBPpPPaA0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pap0v朗肯被动极限平衡状态Ppvp0朗肯主、被动土压力系数2452）（OatgK2452）（OptgK粘性土主动土拉应区aKcZ20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角与墙背的法线成土压力夹角为填土的内摩擦角面的法线的方向已知，与PRABCW)3(BC)2()1(HACRBWP-CRB180°-(+-)PWPR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sinTW沿坡滑动力：cosNW对坡面压力：(由于无限土坡两侧作用力抵消)cosRNtgWtg抗滑力：cossinsRWtgFtgTWtg抗滑力滑动力抗滑安全系数：WRNAWNT当=时，Fs=1.0，天然休止角无渗流的无限长土坡---讨论stgFtg•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：cosRNtgVtg(2)滑动力：(sinsin)sinwsatTJVV沿坡渗流无限长砂土坡安全系数(4)安全系数：'cos''sinssatsatRtgFtgTJtg(1)取微单元A的土骨架为隔离体作用力自重：渗透力：WVsinwwJjViVV底面支撑力N，底面抗滑力RW’RNJAlh•与无渗流比较Fs减小近一倍注：意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可能破坏0.5sat•与所选V大小无关，亦即在这种坡中各点安全系数相同•与容重有关tantan'satFsWRNJ有沿坡渗流情况—讨论1)瑞典圆弧法2)瑞典条分法3)简化Bishop条分法4)通用条分法(Janbu法)粘性土坡的稳定分析方法OR