河南理工大学土力学总复习.

土力学总复习掌握土的三相组成及换算掌握土的结构和构造。熟练掌握土的物理性质指标和土的物理状态指标。熟悉土的胀缩性、湿陷性及冻胀性。掌握土的工程分类原则，了解土的分类标准。第一章土的物理性质及工程分类土有三个组成部分：固相、液相和气相1.固体颗粒2.土中水3.土中气体粒径级配矿物成分颗粒形状结合水(强结合水、弱结合水)自由水(重力水、毛细水)自由气体封闭气体土的三相组成粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：Cu≥5,不均匀土；Cu5,均匀土3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：Cc=1~3,级配连续土；Cc3或Cc1,级配不连续土4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：如果Cu≥5且Cc=1~3，级配良好的土；如果Cu5或Cc3或Cc1,级配不良的土§1.2土的三相组成三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积sawvawVVVVVVVswaa已知关系五个:共有九个参数:VVvVsVaVw/msmwmam剩下三个独立变量ms、Vw、Va三相草图法物性指标是比例关系:可假设任一参数为1（Vs）对于饱和土,Va=0剩下两个独立变量实验室测定其它指标是一种简单而实用的方法§1.4土的物理性质指标awswsVVVmmVmssssdVmssswmmmmm(%)wγ=ρgsvVVeVV(%)nvvwrVV(%)SVmsdVVmvwssat常用物理性质指标的实用计算公式1ρω)ρ(1de,eωds,e1en,ω1ρρwssrdwssatρe1edρωsρe11dρwsatρρρ塑限wp液限wl稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形态固态或半固态塑态流态强结合水膜最大出现自由水强结合水弱结合水自由水稠度状态含水量土中水的形态w土颗粒强结合水弱结合水土颗粒强结合水土颗粒自由水弱结合水强结合水plpIww吸附弱结合水的能力塑性指数1.6粘性土的物理状态三.塑性指数和液性指数1.塑性指数塑性指数：液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）。pLpwwI塑性指数越高，吸着水含量可能高，土的粘粒含量越高。17I10P17IP01I3PwSWpWL液态固态塑态半固态0常作为细粒土工程分类的依据粘土粉质粘土粉土相对稠度pLlpwwIww液性指数定义：wpwwlIL0IL=0–1IL1坚硬状态可塑状态流态0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑软塑uutqqS反映粘性土结构性的指标03uquq相同含水量、密度1.粘性土的灵敏度—St=原状土结构性相同含水量密度、组成粉碎重塑重塑土强度降低St11-22-44-88-1616粘性土不灵敏低灵敏中等灵敏灵敏很灵敏流动原状土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度土的压实性：指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土能够压实到某种密实度的性质.击实方法：室内击实试验现场试验:夯打、振动、碾压§1.7土的压实性研究击实性的目的：以最小的能量消耗获得最大的压实密度2.理论分析压实机理：颗粒被击碎，土粒定向排列;粒团破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;空气被挤出或被压缩等•弱结合水，水膜润滑作用效果最佳;•尚没有形成封闭气泡，气体易于排出;•颗粒表面水膜很薄，强结合水，相对移动困难•水膜润滑作用不明显;•封闭气泡难以排出;•增加水的相对含量ωωop,ρdρdmaxωωop,ρdρdmaxωωop,ρdρdmax0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)dmax=1.86wop=12.1§1.7土的压实性14土的渗透性和渗流问题第二章地下水的分类以及流砂、潜蚀的概念熟练掌握达西定律的物理概念和动水力的概念以及相关计算原理理解土的渗透系数的概念渗流量渗透变形渗水压力渗流滑坡土的渗透性及渗透规律二维渗流及流网渗透力与渗透变形土坡稳定分析挡水建筑物集水建筑物引水结构物基坑等地下施工多雨地区边坡概述土的渗透性和渗流问题162.达西定律ikv渗透定律在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关。二.渗透试验与达西定律ivk:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day§2.4土的渗透性与渗透规律§2土的渗透性和渗流问题2.达西定律适用条件：层流（线性流）§2.4土的渗透性与渗透规律§2土的渗透性和渗流问题二.渗透试验与达西定律岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土、粉土或砂性粘土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断：00.51.01.52.02.5达西定律适用范围2.01.51.00.50水力坡降流速(m/h)h10dvReRe＜5时层流Re＞200时紊流200＞Re＞5时为过渡区2.达西定律（1）粗粒土：①砾石类土中的渗流常不符合达西定律②砂土中渗透速度vcr=0.3-0.5cm/sivovcrivoi0两种特例：（2）粘性土：致密的粘土ii0,v=k(i-i0))1m(kivm§2.4土的渗透性与渗透规律§2土的渗透性和渗流问题二.渗透试验与达西定律流土：在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏criie11Giscr原因：与土的密实度有关粘性土k1k2砂性土k2坝体渗流2.形成条件scrFiiiFs:安全系数1.5～2.0[i]:允许坡降iicr:i=icr:iicr:土体处于稳定状态土体发生流土破坏土体处于临界状态流土经验判断：无压重时：坝体原因内因—有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙通道外因—渗透力足够大管涌：在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道渗流过程演示1.在渗透水流作用下，细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流失2.孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗颗粒也相继被水带走3.形成贯穿的渗流通道，造成土体塌陷hD12.24m2m例开挖基坑，土体为均质各向同性的粉质粘土厚14.24m，底部为砂土。地下水在地表以下2m处。粉质粘土的孔隙比e为0.62，比重为2.7。那么基坑开挖多深可以避免发生流土。ωcrγγihΔHiiicrhh12.241.055.97mh5.9714.241.05e11Gs2.7110.62hh12.24hhHh2)(12.24D8.27mhD12.24m2m第三章地基中的应力计算熟练掌握土中自重应力的计算及分布熟练掌握基底压力的计算及分布熟练掌握矩形均布荷载作用下的附加应力计算及分布规律掌握有效应力原理了解其他荷载作用下附加应力计算1.均质地基竖直向：0εεyxyxσσ水平向：土单元无侧向位移属于有侧限应变条件：根据弹性力学中广义虎克定律：cz0cycxσKσσAWσczAγzAγzzyxxσσυσE1ε0zxσν1νσz0σkszsysx地下水位以上用天然容重γ,地下水位以下用浮容重γ’2.计算点在地下水位以下地面H1H2szsy地下水位sx2'1czHγγHσwsat'γγγn1inn2211czihiγhγ......hγhγσ3.成层土中自重应力Z1H3Hγ2γ3γ12H均质地基2H1H1γH2'Hγ123成层地基2H1H3H22Hγ11Hγ33Hγ自重应力分布曲线σ为作用于任意面上的全部应力（自重应力与附加应力）；σ′为有效应力，作用于同一平面的土的骨架上，也称粒间应力；u为孔隙水压力u/土的变形与强度都只取决于有效应力,只有有效应力才能使土体产生固结和强度的改变有效应力总应力已知或易知孔隙水压测定或算定通常,u'一、有效应力原理1、静水条件下的有效应力计算21γhAγhAAWσsz2'21w2sat1hγ)h(hγhhσwuσσ)h(hγhγh(hγ21w2'21w)2hγ有效应力与土面以上静水位的高低无关。不同条件下的有效应力和孔隙水压力的计算有效应力原理的应用2、稳定渗流作用下的有效应力hhhγhγu212'21whγh(hγσ)向下渗流，存在水位差，总应力不变，孔隙水压力减少，有效应力增加uσσh)-h(hγhγh(hγ21w2'21w)hγhγw22、稳定渗流作用下的有效应力hhhγhγu21向上渗流-总应力不变，孔隙水压力增加，有效应力减少2'21whγ)h(hγσ2hhi2hihuσσh)h(hγhγh(hγ21w2'21w)hγhγw22w2ihγhγ流砂临界条件1、中心荷载下的基底压力BLP矩形基础:BLxyPLBAAGFAPpGFPF为上部结构传至基础顶面的垂直荷载，KNG为基础自重和基础台阶上的土重AdrGG3G20kN/mr集中力2、偏心荷载下的基底压力对于单向偏心荷载作用下的矩形面积基底压力xyLBePyMFGpAW(yMFG)e矩形基础底面的抵抗矩max,minP6ep(1)BLLFG6e(1)BLL21WLB6γdLBGFσppsz0建筑物荷载在地基中增加的应力。地基只有基底附加应力才能引起地基的附加应力和变形。三、基础底面附加应力(p0)dpp0dpcontactpressure基底压力基底附加应力d注：d=0时，地面，无埋深要减少建筑物沉降，需加大埋深pp03.5地基中的附加应力计算一、竖向集中力作用下的附加应力计算－布辛尼斯克(Boussinesq)解答假定：①地基是半无限空间弹性体；②地基土是均匀连续的，即变形模量E和侧膨胀系数μ各处相等；③地基土是等向的，即各向同性的，同一点的E和μ各个方向相等。§地基中附加应力的分布规律3.在同一水平面上，附加应力随r的增大而减少。1.集中力作用线上（r=0）附加应力随深度的增加而递减。r2、r不为0时，在地表处的附加应力为0，随着深度的增加，应力逐渐递增，，但到一定深度后，又随着深度的增加而减少。z2Pσz25/2312[1(/)]rz一、矩形基底受竖向均布荷载作用时的竖向附加应力zcσpcLzF(B,L,z)F(,)F(m,n)BBt53tzPRz2π3PσtcLBdxdyx00二、矩形基底受三角形分布荷载时的附加应力tcLzF(,)F(m,n)BB三、圆形面积均布荷载作用时的附加应力计算四、条形基底三角形分布荷载作用下地基附加应力五、条形基底三角形分布荷载作用下地基附加应力受荷面积一点矩形面积条形面积坐标原点集中力作用点角点中点地基中计算点的位置任意点①角点下②任意点任意点集中力作用竖向均布荷载竖向三角形荷载2zPzzrPcz),(bzblc01Ptz0Pszz),(bzbxsztstzP),(bzbxst),(1bzblt第四章土的压缩性和地基沉降计算1土的压缩性2地基最终沉降量计算3地基沉降与时间的关系•施加荷载，静置至变形稳定•逐级加大荷载百分表加压上盖试样透水石护环环刀压缩容器侧限压缩试验P1s1e1e0ptest测定：•轴向压缩应力•轴向压缩变形P2s2e2P3s3e301002003004000.60.70.80