土力学复习.pptx

1土力学总复习土力学总复习 第一部分第一部分 土的基本物理性质土的基本物理性质 第二部分第二部分 土中应力及土体的变形土中应力及土体的变形第三部分第三部分 土的抗剪强度及强度试验土的抗剪强度及强度试验第四部分第四部分 几个工程问题（承载力、土压力）几个工程问题（承载力、土压力）2第一部分第一部分 土的基本物理性质土的基本物理性质 一基本内容一基本内容 1土的工程特点土的工程特点 土土地地表表岩岩层层经经风风化化而而形形成成的的散散体体堆堆积积物物，由由土土颗颗粒粒、水和气体组成。水和气体组成。土的工程特性：土的工程特性：分散性，透水性，不均匀性，低强度。分散性，透水性，不均匀性，低强度。2土的基本物理性质土的基本物理性质 土的颗粒特征：土的颗粒特征：粒径，粒径组成，粒径分布曲线，级配粒径，粒径组成，粒径分布曲线，级配 土土的的物物理理状状态态：砂砂土土（密密、中中、稍稍、松松），粘粘土土（液液、可可、半固、固）半固、固）3土土 受受 力力 后后 的的 变变 化化：砂砂 土土（密密 实实 与与 液液 化化），粘粘 土土（结结 构性，触变性）构性，触变性）渗透性：渗透性：k 决定土的物理性质的主要因素：决定土的物理性质的主要因素：颗粒特征，矿物成分，三相含量，沉积条件及年代颗粒特征，矿物成分，三相含量，沉积条件及年代 衡量土的物理性质的主要指标：衡量土的物理性质的主要指标：粒粒径径分分布布特特征征，三三相相含含量量指指标标，物物理理状状态态指指标标，渗渗透系数透系数 3土的工程分类土的工程分类 粗粒土，细粒土粗粒土，细粒土 4二重点二重点（1）粒粒径径分分布布曲曲线线的的判判读读：粒粒组组含含量量集集中中，粒粒组组含含量缺乏量缺乏（2）砂土和粘土的物理状态：）砂土和粘土的物理状态：指标，测定方法指标，测定方法（3）三三相相指指标标的的计计算算：基基本本指指标标，几几个个常常用用的的重重度度（容重）指标，指标间的相互换算，熟练运用三相图（容重）指标，指标间的相互换算，熟练运用三相图（4）达西定律和渗透系数：）达西定律和渗透系数：定义，要点定义，要点 5三例题三例题 1用用某某种种土土填填筑筑路路堤堤，每每层层填填土土的的厚厚度度为为0.5m，已已知知填填 土土 的的 土土 粒粒 比比 重重 Gs=2.67，夯夯 实实 前前 土土 的的 天天 然然 重重 度度 为为=16kN/m3，含含水水量量w=15%，现现要要求求夯夯实实后后土土的的干干重重度度达达到到18kN/m3，试求每层土夯实后的厚度。，试求每层土夯实后的厚度。解：解：基本出发点：压缩前后基本出发点：压缩前后 s、w和和hs均不变。均不变。设夯实前后的孔隙比分别是设夯实前后的孔隙比分别是e1和和e2，则有：，则有：于是有：于是有：6由题目给出的资料，可以求得各指标。由题目给出的资料，可以求得各指标。由：由：=s（1+w）/（1+e），得：），得：e1=s（1+w）/-1=（2.6710）（）（1+0.15）/16-1=0.919 由：由：d=s/（1+e），得），得e2=s/d-1=26.7/18-1=0.483 所以：所以：72截截面面积积相相同同的的土土样样1、2置置于于渗渗透透仪仪中中进进行行渗渗透透试试验验，两两土土样样的的长长度度分分别别为为l1和和l2，如如已已知知水水流流经经土土样样1的的水水力力梯梯度度为为i1，流流经经土土样样2的的水水力力梯梯度度为为i2，试试求求水水流流经经两两个个土样的平均水力梯度土样的平均水力梯度i=?。解：解：8第二部分第二部分 土中应力及土体的变形土中应力及土体的变形一基本内容一基本内容 1土中应力的种类土中应力的种类 自自重重应应力力与与附附加加应应力力，总总应应力力、孔孔隙隙水水压压力力与与有有效效应应力，渗透压力、毛细水压力和超静水压力力，渗透压力、毛细水压力和超静水压力 有有效效应应力力作作用用在在土土骨骨架架上上并并能能使使土土骨骨架架产产生生变变形形的的压压力力。有有效效压压力力大大致致有有：有有效效自自重重，荷荷载载产产生生的的压压力力，渗透压力，毛细压力。渗透压力，毛细压力。2基底压力的计算基底压力的计算 基底压力的分布规律，刚性基础基底压力的简化算法基底压力的分布规律，刚性基础基底压力的简化算法 93土中应力的分布及计算土中应力的分布及计算 自自重重应应力力，附附加加应应力力，总总应应力力，孔孔隙隙水水压压力力，有有效效应应力力的计算，有效应力原理，应力系数法计算地基中的附加应力的计算，有效应力原理，应力系数法计算地基中的附加应力 4土的变形性质土的变形性质 弹弹性性变变形形性性质质，压压缩缩性性，压压缩缩试试验验，原原位位试试验验，固固结结变变形形 5地基变形计算地基变形计算弹性理论法，分层总和法，固结沉降计算弹性理论法，分层总和法，固结沉降计算二重点二重点 1熟练运用摩尔应力圆熟练运用摩尔应力圆 一点应力状态的表示，应力面之间的夹角一点应力状态的表示，应力面之间的夹角 102刚性基础基底压力的简化算法刚性基础基底压力的简化算法 基基底底压压力力的的分分布布形形状状，矩矩形形与与条条形形基基础础的的核核心心半半径径，基底不产生拉应力的条件。基底不产生拉应力的条件。3地基中的应力计算地基中的应力计算 自自重重应应力力与与附附加加应应力力的的分分布布规规律律，简简单单条条件件下下的的自自重重应应力力计计算算，应应力力系系数数法法计计算算矩矩形形与与条条形形均均匀匀分分布布荷荷载载作作用用下地基中一点的附加应力下地基中一点的附加应力 4土的变形性质与地基沉降计算土的变形性质与地基沉降计算 变变形形模模量量与与压压缩缩模模量量，分分层层总总和和法法计计算算总总沉沉降降，固固结结沉降计算，沉降计算，固结度固结度 11三例题三例题 1某某条条形形扩扩大大基基础础的的宽宽度度为为4m，受受图图示示偏偏心心线线荷荷载载V=600kN/m作作用用，试试按按刚刚性性基基础础基基底底压压力力的的简简化化算算法法求求基基底底压力分布。压力分布。120.5bpmax=600 pmax=60023.6=333.3kPa 压力分布如图。压力分布如图。解解：根根据据已已知知条条件件，偏偏心心距距e=0.8m，先先判判断断基基底底是是否否出出现拉力现拉力 =b/6=4/6=0.67me所以基础一边有脱离现象，应力会重分布。所以基础一边有脱离现象，应力会重分布。c=20.8=1.2m b=3c=31.2=3.6m 由力的平衡关系，有：由力的平衡关系，有：132某某粘粘土土层层的的厚厚度度为为3m，已已测测得得土土层层的的平平均均压压缩缩模模量量为为Es=10MPa，试试求求在在突突加加满满布布均均布布荷荷载载p=250kPa的的作作用用下下粘土层的最终沉降量粘土层的最终沉降量s。解解：由由于于是是满满布布均均布布荷荷载载，地地基基土土又又是是均均匀匀的的，可可以以不不分层，直接利用压缩模量计算。分层，直接利用压缩模量计算。提示：提示：满布均布荷载作用下的地基应力满布均布荷载作用下的地基应力沿深度无变化。沿深度无变化。143某某饱饱和和粘粘土土层层的的厚厚度度为为4m，其其下下为为基基岩岩，在在土土层层中中部部取取厚厚度度为为2cm的的土土样样进进行行固固结结试试验验，2小小时时后后固固结结度度达达到到U0，试试计计算算当当土土层层顶顶面面作作用用有有满满布布均均布布荷荷载载时时，固固结结度度达达到到U0时所需的时间。时所需的时间。解解：由由于于U和和Tv之之间间有有着着一一一一对对应应的的关关系系，故故当当土土样样和和土层的固结度相同时，两者的时间因数土层的固结度相同时，两者的时间因数Tv也相同，故有：也相同，故有：得到：得到：15第三部分第三部分 土的抗剪强度及强度试验土的抗剪强度及强度试验一基本内容一基本内容 1摩尔摩尔库仑强度理论库仑强度理论 抗抗剪剪强强度度与与法法向向压压应应力力的的关关系系，强强度度线线，库库仑仑的的简简化化公公式式，摩摩尔尔圆圆的的引引入入，应应力力圆圆与与强强度度线线的的相相互互关关系系（判判断断土体的状态）。土体的状态）。2土中一点应力极限平衡土中一点应力极限平衡 充要条件（应力圆与强度线相切），数学表达式。充要条件（应力圆与强度线相切），数学表达式。3抗剪强度试验抗剪强度试验常常用用的的试试验验方方法法：直直剪剪，单单轴轴，三三轴轴。试试验验的的基基本本情情况，试验适用条件。况，试验适用条件。164应力路径应力路径 概念概念 二重点二重点 1土中一点应力的极限平衡土中一点应力的极限平衡 熟练运用摩尔应力圆与强度线的关系进行判断，剪熟练运用摩尔应力圆与强度线的关系进行判断，剪破面（一对）与最大剪应力面。破面（一对）与最大剪应力面。2直剪与固结快剪试验直剪与固结快剪试验 仪器，方法，特点，结果分析仪器，方法，特点，结果分析 三例题分析三例题分析 171对对某砂土样进行直剪试验，已知在剪破面上有：某砂土样进行直剪试验，已知在剪破面上有：f=100kPa，f=250kPa，求，求 max=?解：解：砂土，砂土，c=0，于是可作出强度线，如图，于是可作出强度线，如图18求出：求出：又又因因已已经经剪剪破破，故故摩摩尔尔圆圆与与强强度度线线相相切切，由由图图示示关关系，得：系，得：提示：最大剪应力并不发生在剪破面上。提示：最大剪应力并不发生在剪破面上。192取取含含水水量量较较低低的的某某粘粘性性土土样样做做单单轴轴压压缩缩试试验验，测测得得垂垂直直极极限限压压力力为为200kPa，破破裂裂面面与与大大主主应应力力面面的的夹夹角角为为52，试求其内摩擦角，试求其内摩擦角 和粘聚力和粘聚力c。解解：单单轴轴压压缩缩时时，3=0，又又有有 1=200kPa，可可作作出出应应力力圆圆，由由=45+/2=52，得得到到：=14，于于是是可可作作出出强强度度线线如图：如图：20因因为为OD=DB，AB=OA，AD=AD，故故三三角角形形ABD和和三三角形角形AOD全等，所以有：全等，所以有：c=OD=0.5（1+3）tan（45-/2）于是得到：于是得到：c=0.5200tan（45-14/2）=78.1kPa 213某某砂砂土土样样进进行行三三轴轴试试验验，液液压压为为200kPa，如如已已知知=30，问该土样破坏时的大主应力应为多少？，问该土样破坏时的大主应力应为多少？解解：砂砂土土，c=0，强强度度线线过过原原点点，根根据据强强度度线线与与摩摩尔尔圆的关系（如图）：圆的关系（如图）：22 1=3tan2（45 /2）2ctan（45 /2）=200tan2（45 30/2）=600 kPa 由由图图有有：CAD=60，于于是是有有 CDO=30=AOD，所所以以三三角角形形OCD是是等等腰腰三三角角形形，故故 DCA=2 AOD=60，于于是是三角形三角形CAD是等边三角形，可写出下列关系式：是等边三角形，可写出下列关系式：1=3+2CA=3+2CD=3+2OC=3+2 3=600 kPa 也可根据极限时大小主应力之间的关系确定：也可根据极限时大小主应力之间的关系确定：23第四部分第四部分 几个工程问题几个工程问题（承载力、土压力）（承载力、土压力）一基本内容一基本内容 1地基的破坏形态与承载力的概念地基的破坏形态与承载力的概念 三三种种基基本本破破坏坏形形态态，临临塑塑荷荷载载，极极限限荷荷载载，容容许许承承载载力，极限承载力。力，极限承载力。2地基的临塑荷载与浅基础的地基极限承载力地基的临塑荷载与浅基础的地基极限承载力 塑塑性性区区分分布布与与发发展展的的规规律律，极极限限平平衡衡法法，临临塑塑荷荷载载与与浅基础地基极限承载力的理论计算方法。浅基础地基极限承载力的理论计算方法。3求解地基容许承载力（承载力设计值）的常用方法求解地基容许承载力（承载力设计值）的常用方法 24（1）限制塑性区开展深度的方法；）限制塑性区开展深度的方法；（2）极限承载力除以安全系数（分项系数）；）极限承载力除以安全系数（分项系数）；（3）规范提供的经验公式；）规范提供的经验公式；（4）原位测试方法；）原位测试方法；其它方法。（邻近建筑物调查）其它方法。（邻近建筑物调查）4土压力的概念土压力的概念定义，与墙体变位的关系，特定状态下的土压力。定义，与墙体变位的关系，特定状态下的土压力。5静止土压力的计算静止土压力的计算 计算公式，土压力系数计算公式，土压力系数K0，沿深度的分布规律。，沿深度的分布规律。256朗肯土压力理论朗肯土压力理论 半半无无限限体体的的内内切切面面假假设设，主主动动与与被被动动极极限限状状态态时时的的应应力力特特点点，简简单单情情况况下下的的主主动动与与被被动动土土压压力力，破破裂裂面面的的形形状状与倾角，几种常见情况下的主动土压力计算。与倾角，几种常见情况下的主动土压力计算。7库仑土压力理论库仑土压力理论假设，极大极小原理，数解法，库尔曼图解法。假设，极大极小原理，数解法，库尔曼图解法。二重点二重点 1几个概念几个概念 天天然然地地基基，临临塑塑荷荷载载，极极限限荷荷载载，容容许许承承载载力力，极极限限承载力，主动土压力，静止土压力，被动土压力承载力，主动土压力，静止土压力，被动土压力 26地基的三种基本破坏形态，土压力与挡墙位移的关系。地基的三种基本破坏形态，土压力与挡墙位移的关系。2计算地基承载力的经验公式计算地基承载力的经验公式 桥规公式，建规公式桥规公式，建规公式 3几种常见情况下的主动土压力计算几种常见情况下的主动土压力计算 熟熟练练运运用用朗朗肯肯理理论论计计算算填填土土水水平平、墙墙背背竖竖直直光光滑滑条条件件下下，墙墙后后为为分分层层填填土土、填填土土面面作作用用有有均均布布荷荷载载和和填填土土为为粘粘性性土土等等常常见情况的墙后主动土压力的计算。见情况的墙后主动土压力的计算。三例题三例题 1已已知知某某扩扩大大基基础础的的平平面面尺尺寸寸为为3m5m，埋埋深深H=4m，地地下下水水位位在在地地面面处处，地地层层资资料料已已示示于于附附图图中中。试试用用桥桥规规公公27细砂：s=26kN/m3 4m e=0.7粘土：s=26.5kN/m3wL=38%，wP=20%e=0.7式式计计算算地地基基容容许许承承载载力力 和和用用建建规规公公式式计计算算地地基基承承载力设计值（载力设计值（f=0.95）。）。解：解：a)按桥规计算：按桥规计算：持力层为粘土：持力层为粘土：Sr=wGs/e=1 w=e w/s=0.710/26.5=26.4%28IL=(wwP)/(wLwP)=0.356查表查表6-3，得，得 根根据据持持力力层层的的情情况况，由由表表6-9查查得得：k1=0，k1=2.5，由由附附图知：图知：2=sat=(s+e w)/(1+e)=19.41 kN/m3 所以由公式（所以由公式（6-33）得：）得：=0+k1 1(b2)+k2 2(H3)=319+0+2.519.41(43)=368kPa 29b）按建规计算：）按建规计算：由前述数据，查表由前述数据，查表6-11得：得：所以：所以：fk=f f0=0.95282.3=268.2 kPa 根根据据持持力力层层的的情情况况，由由表表6-22查查得得：b=0.3，d=1.6，由附图的参数算得由附图的参数算得=（s w）/（1+e）=9.7 kN/m3 所以：所以：0=9.41 kN/m3 由公式（由公式（6-39），得：），得：f=fk+b(b-3)+d 0(d-0.5)=268.2+0+1.69.41(4-0.5)=321kPa 302挡挡土土墙墙高高5m，墙墙背背垂垂直直，填填土土面面水水平平，土土与与墙墙背背间间的的摩摩擦擦可可忽忽略略不不计计，填填土土分分层层及及相相关关土土性性指指标标如如图图示示。土土面面作作用用有有大大面面积积均均匀匀堆堆载载q，试试求求该该墙墙墙墙背背土土压压力力沿沿墙墙高高的的分布。分布。31解：解：第一层土：第一层土：1=20，故有：，故有：第二层土：第二层土：2=30，故有：，故有：所以，地面处：所以，地面处：于是地面处开裂，深度为：于是地面处开裂，深度为：32分层面上：分层面上：分层面下，分层面下，c=0：注意分层面处的土压力只与上层土的竖向压力有关。注意分层面处的土压力只与上层土的竖向压力有关。墙踵处：墙踵处：由此画出土压力的分布图。由此画出土压力的分布图。3334 答答 疑疑 时时 间间：待定待定 上午：上午：9:0012:00 下午：下午：3:006:00 答答 疑疑 地地 点点：犀浦校区犀浦校区 室室