付红梅《土力学与地基基础》PPT

土力学与地基基础刘晶2014-2015学年第二学期自我介绍刘晶2000-2004沈阳建筑大学理学学士2004-2007重庆大学工学硕士，2008－2012英国雷丁大学（UNIVERSITYOFREADING）工学博士2012-2013英国雷丁大学（UNIVERSITYOFREADING）芬兰阿尔托大学（AALTOUNIVERSITY）联合博士后英国皇家建筑设备工程师协会（CIBSE）会员三峡库区生态环境教育部重点实验室客座研究员（VisitingFellow）中国绿色建筑与节能委员会青年委员会会员课程介绍1、内容土力学部分：任务1-任务7土力学的基本原理地基基础部分：任务8-任务15桥涵基础的类型、设计和施工2、教学安排1-18周，72学时，理论＋实验／实训3、考试出勤20%、平时作业30%、考试50%任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识1.土的形成地壳表面完整坚硬的岩石经过风化、剥蚀等外力作用而瓦解的碎块或矿物颗粒，在经过水流、风力、重力和冰川等作用的搬运，在适当的条件下，沉积成各种类型的土。土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识1.土的形成风化作用（1）物理风化：量变；不改变土的矿物成分，产生颗粒较粗的土，颗粒间无黏结作用，为无黏性土；（2）化学风化：质变；土的矿物成分发生改变，长生颗粒较细的土，颗粒间有黏结作用，为黏性土；（3）生物风化：同时具有物理风化和化学风化的作用。任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识2.土的组成土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒（固相）、水（液相）和气（气相）所组成的三相体系。任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识3.土中的固体颗粒指标：固体颗粒粒径大小；各粒径颗粒在土中所占的百分比；固体颗粒的矿物成分；颗粒的形状任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识3.土中的固体颗粒（1）颗粒大小分析的相关概念a）自然界中土粒粒径：0.005mm－200mmb）原因：土的矿物成分；土所经历的风化和搬运过程任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识3.土中的固体颗粒（1）颗粒大小分析的相关概念c）重要概念：i）粒度：颗粒粒径的大小；引起土的物理性质变化ii）粒组：粒度相近的颗粒合为一组；同粒组的土，物理性质相近iii）颗粒级配：各粒组的质量占干土土样总质量的百分比。土中各粒组的相对含量影响土（特别是无黏性土）的工程性质（主因）常用来作为土的分类和定名的标准任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识3.土中的固体颗粒（1）颗粒大小分析的相关概念土中颗粒大小分析方法：a）筛析法b）密度计法c）移液管法任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识3.土中的固体颗粒（2）筛析法介绍重点掌握操作步骤分析筛与振筛机任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识3.土中的固体颗粒（2）筛析法分析土粒大小举例风干土质量＝1000g小于小于0.1mm的土质量百分数＝1.8%2mm筛上土质量＝403g小于2mm的土质量百分数＝59.7%2mm筛下土质量＝597g细筛分析时所取土样质量＝100g编号孔径／mm累计留筛土质量／g小于该孔径的土质量／g小于该孔径的土质量百分数／％小于该孔径的土占总质量百分数／％11010090090.090.02719580580.580.53528072072.072.04240359759.759.75128.371.771.742.860.560.739.339.323.570.2592.37.77.74.680.1973.03.01.8底盘总计3某土样颗粒大小分析试验的筛析结果纪录任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识3.土中的固体颗粒b.颗粒级配曲线法i）横坐标－粒径（用对数比例尺）纵坐标－小于某粒径的土质量百分比（普通比例尺）ii）曲线平缓－土中各种粒径的土粒都有，颗粒不均匀，级配良好；曲线陡峭－土粒较均匀，级配不良任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识3.土中的固体颗粒c.级配指标i）不均匀系数：当Cu=5且Cc=/1~3，则级配良好；当Cu5或Cc=1~3，则级配不良ii）曲率系数：d10——有效粒径；d60——限定粒径；d30——连续粒径任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识3.土中的水a）存在形式i）液态；ii）固态；iii）气态任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识3.土中的水a）结合水任务1土的物理与工程性质的认知任务1-1土的形成与组成一、理论知识3.土中的水a）自由水i）重力水对土中的应力状态、开挖基槽、基坑、修筑地下构筑物ii）毛细水对路基冻害影响较大任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识1.土的三相图任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识1.土的三相土的物理性质指标分为两类：i）试验指标：通过试验测定的指标；ii）换算指标：通过试验指标换算得到的任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识2.试验指标（3个）a）土的密度：i）测定方法：环刀法；灌水法ii）单位：g／cm3；常见值1.6～2.2g／cm3任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识2.试验指标（3个）b）土粒比重Gs：i）测定方法：比重瓶；经验法ii）单位：Gs无量纲任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识2.试验指标（3个）c）土的含水率w：i）测定方法：烘干法；酒精燃烧法ii）单位：w无量纲一般砂土天然含水率不超过40%；一般黏土含水率不超过80％任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识3.换算指标（8个）d）土的重度：单位体积土的重量ii）单位：kN/m3任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识3.换算指标（8个）d）土粒密度：单位体积土粒的质量i）单位：g/cm3ii）与组成土粒的矿物密度有关；与土的空隙大小和含水多少无关。是土中各种矿物密度的加权平均值任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识3.换算指标（8个）e）土粒重度：单位体积土粒的重量f）干密度：固体颗粒的质量与土的总体积之比土的干密度一般在1.4～1.7g／cm3作为评定土体紧密程度的标志任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识3.换算指标（8个）g）干重度：固体颗粒的重量与土的总体积之比h）饱和密度：土的空隙完全被水充满时土的密度任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识3.换算指标（8个）i）浮重度：土体受水的浮力作用时单位体积的有效重量同一种土在体积不变的情况下，它的各种密度在数值上的关系：任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识3.换算指标（8个）j）土的孔隙率：土体中的孔隙体积与总体积之比k）空隙比：土体中的孔隙体积与土颗粒体积之比任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识3.换算指标（8个）l）饱和度：土中水的体积与孔隙体积之比，用百分数表示一般将St大于95%的天然黏性土视为完全饱和土；砂土St大于80%就视为已达到饱和状态任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识4.土的各物理性质指标之间的换算关系（本节重点！）i）孔隙比与孔隙率的关系设土体内土粒的体积为1，由e＝Vv/Vs可知，孔隙的体积Vv为e，土体的体积V为（1+e），于是有任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识4.土的各物理性质指标之间的换算关系（本节重点！）ii）干密度与湿密度及含水量之间的关系设土体的体积V为1，由pd=ms/V可知，土体中土粒的质量ms＝pd。由w＝mw／ms可知，土体中水的质量mw＝wms＝wpd。于是有任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识4.土的各物理性质指标之间的换算关系（本节重点！）ii）干密度与湿密度及含水量之间的关系设土体的体积V为1，由pd=ms/V可知，土体中土粒的质量ms＝pd。由w＝mw／ms可知，土体中水的质量mw＝wms＝wpd。于是有任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识4.土的各物理性质指标之间的换算关系（本节重点！）其它换算关系见表1-7，p12任务1土的物理与工程性质的认知任务1-2土的物理性质指标一、理论知识4.土的各物理性质指标之间的换算关系例题：经实验测得某原状土样的天然重度r＝18.3kN/m3,ds=2.70,w=20%，求rd，rsat，r’，e，n，St.解：rd=r/(1+w)=18.3/(1+0.2)=15.25kN/m3rsat＝{[r(ds-1)]/[ds(1+w)]}+rw=18.3(2.7-1)/2.7(1+0.2)=19.6kN/m3r’=rsat-rw=19.6-10=9.60kN/m3e=[ds(1+w)pw]/p={[2.70(1+0.2)10]/18.3}-1=0.77n=e/(1+e)=0.77/(1+0.77)=43.5%St=wds/e=0.2*2.7/0.77=0.70任务1土的物理与工程性质的认知任务1-3土的物理状态指标一、理论知识土的物理状态分为i）无黏性土：密实程度和潮湿度ii）粉土：密实程度和潮湿度iii）黏性土：软硬程度任务1土的物理与工程性质的认知任务1-3土的物理状态指标一、理论知识1.无黏性土的物理状态i）种类：碎石类土；砂类土（1）砂类土的密实程度指标：i）孔隙比e：孔隙比越大，土越松散相对密度Dr：标准贯入捶击数N63.5任务1土的物理与工程性质的认知任务1-3土的物理状态指标一、理论知识1.无黏性土的物理状态i）种类：碎石类土；砂类土（1）砂类土的密实程度指标：ii）相对密度Dr：根据Dr数值，可将砂类土划分为：密实、中密和松散三种任务1土的物理与工程性质的认知任务1-3土的物理状态指标一、理论知识1.无黏性土的物理状态i）种类：碎石类土；砂类土（1）砂类土的密实程度指标：ii）相对密度Dr（实用表达式）：Dr的工程应用：a）评价砂类土地基的容许承载力；b）评价地震区砂类土液化程度；c）评价砂类土的强度稳定性.任务1土的物理与工程性质的认知任务1-3土的物理状态指标一、理论知识1.无黏性土的物理状态i）种类：碎石类土；砂类土（1）砂类土的密实程度指标：ii）标准贯入捶击数N63.5：a）用来划分砂类土的密实度b）贯入捶击数反映了土层的松密和软硬程度任务1土的物理与工程性质的认知标准贯入试验一、理论知识1.无黏性土的物理状态i）种类：碎石类土；砂类土（1）砂类土的密实程度指标：任务1土的物理与工程性质的认知任务1-3土的物理状态指标一、理论知识1.无黏性土的物理状态i）种类：碎石类土；砂类土（1）砂类土的密实程度指标：ii）标准贯入捶击数N63.5：a）用来划分砂类土的密实度b）贯入捶击数反映了土层的松密和软硬程度密实程度相对密实度Dr标准贯入击数N63.5密实程度相对密实度Dr标准贯入击数N63.5密实Dr=0.6730~50松散稍松0.33=Dr＝0.25~9中密0.67Dr0.3310~29极松Dr0.22任务1土的物理与工程性质的认知任务1-3土的物理状态指标一、理论知识1.粉土的物理状态i）空隙比（反映密实度）：密实、中密合稍密孔隙比e密实度e0.75密实0