土力学复习95617省名师优质课赛课获奖课件市赛课百校联赛优质课一等奖课件.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,绪论,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,第一节：土力学研究对象,关于土基本概念,绪 论,土：,土是岩石风化后，产生崩解、破碎、变质，又经过各种自然力搬运，在新环境下堆积或沉积下来颗粒状,涣散物质,。,土层,：土含有成层性。物质组成、物理化学状态基本一致，工程性质大致相仿同一层土称为土层。,1/60,1,绪论,土体：,由若干厚度不等、性质各异、以一定上下层序组合在一起土层集合体称为土体。,土特征：,是一个涣散介质，土体含有不一样于普通连续固体特征,碎散性、压缩性、,固体颗粒之间,相对移动性,和,透水性、孔隙性,和,多相性,。,地基：,因为建筑物修建，使一定范围内地层应力状态发生改变，这一范围内地层称为地基。所以地基就是负担建筑物荷载土体或岩体。,基础：,与地基接触建筑物下部结构称为基础。,2/60,2,绪论,土力学研究两大问题,变形问题,稳定（强度）问题,第二节：土力学主要内容,物理性质及工程分类、土中渗流；,地基应力、地基变形；,土抗剪强度、地基承载力、土压力、土坡稳定,3/60,3,绪论,第一章 土物理性质与工程分类,土生成,土沉积类型：,第一节：土生成与特征,残积土,洪积土,坡积土,冲积土,土,运积土,土结构：,单粒结构、蜂窝结构、絮凝结构,土特征：,压缩性大；强度低；透水性大,4/60,4,绪论,第二节：土三相组成,概念：干土；湿土；饱和土。,土固体颗粒,粒组划分,界限粒径（,d,/,mm,）,0.005,0.075,2,60,200,粒组名称,粘粒,粉粒,砂粒,（细砂、中砂、粗砂）,圆砾（角砾）,（细砾、中砾、粗砾）,卵石（碎石）,漂石（块石）,土粒径级配,不均匀系数,C,u,（,表示颗粒不均匀程度）：,均匀土：,C,u,5；不均匀土：,C,u,5,曲率系数,C,c,（表示土颗粒径组成又一特征）：,，且,C,c,=1-3为级配良好。,5/60,5,绪论,土中水,土中气体：,自由气体；封闭气泡,第三节：土物理性质指标,土相对密度,d,s,基本指标：,(实测指标),土天然密度,土含水量,w,土孔隙度,n,土饱和密度,sat,换算指标：,土孔隙比,e,土饱和度,S,r,土干密度,d,土浮密度,6/60,6,绪论,第四节：土物理状态指标,无粘性土密实特征,1、孔隙比e：缺点：用一个指标,e,无法反应土粒径级配原因。,判别无粘性土密实度惯用方法有3种：,2、相对密实度,D,r,：,3、现场原位标准贯入试验锤击 数N（砂土）和重型圆锥动力锤击数N63.5（碎石土）,粘性土物理特征,粘性土呈液态与塑态之间分界含水量称为液限,w,L,（%）,即至液态时含水量；,粘性土呈塑态与半固态之间分界含水量称为塑限,w,p,（%）,即至塑态时含水量；,粘性土呈半固态与固态之间分界含水量称为缩限,w,s,（%）,即至半固态含水量。,7/60,7,绪论,塑性指数,I,p,和液性指数,I,L,塑性指数,I,p,液性指数,I,L,塑性指数：粘性土与粉土液限与塑限差值，去掉百分号。,液性指数，又称相对稠度，是用土含水量与塑限之差除以塑性指数。,反应粘性土天然状态,软硬程度,8/60,8,绪论,第五节：土工程分类,土（包含岩石）分类,岩石,碎石土,砂土,粘性土：,土塑性指数,I,P,10时土，称为粘性土。10,I,P,17为粉质粘土；,I,P,17为粘土。,粉土,人工填土,9/60,9,绪论,第二章 土渗透性及渗流问题,第一节：土渗透性,土渗透性：,在水位差作用下，从水位较高一侧透过土体孔隙流向水位较低一侧。,第二节：土水理性质,土体在水作用下，产生物理、力学性质改变以及对工程影响。,水理性质包含：,毛细水现象；粘土含水特征；黄土湿陷性；膨胀土特征；饱和松砂地震液化；流砂现象；粘性土夯(压)实土；土冻结；土冲刷性。,10/60,10,绪论,V,渗透速度，cm/s,不是真实流速,，而是单位时间流过单位面积流量；,i,无单位；,k,单位水力坡度(,i=,1,)渗透速度，,cm/s。它大小与土类别、土粒粗细、粒径级配、孔隙比、水温等原因相关。,达西渗透试验,测压管,k,取决于土渗透性-渗透系数,i,=,h,/,L-,水力坡度,第三节：达西定律,11/60,11,绪论,渗透系数测定,土渗透系数测定方法,常水头渗透试验,变水头渗透试验,现场抽水试验,第五节：渗流力、潜蚀和流沙危害及防治、及其防治,渗流力（渗透力）,渗流力就是指渗透水流施加于单位体积土粒上拖曳力，,即单位体积土颗粒所受到渗流作用力，也称为动水压力G,d,。,潜蚀（管涌）,在渗透水流作用下，土中细颗粒在粗颗粒形成孔隙中移动，以至流失；伴随土孔隙不停扩大，渗透流速不停增加，较粗颗粒也相继被水流逐步带走，最终造成土体内形成贯通渗流管道，掏空基础或坝体，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。,12/60,12,绪论,流土（流砂）,第六节,渗流情况下孔隙水压力和有效应力,把饱和土体中由孔隙水来负担或传递压力定义为,孔隙水压力,（单位面积上力应力），常以,u,表示。,土体中除孔隙水压力外，还有经过粒间接触面传递应力。,把经过粒间接触面传递应力称为有效应力。,只有有效应力才能使土体产生压缩（或固结）和变形。,13/60,13,绪论,第三章 地基中应力计算,要计算地基沉降量，分析土体稳定性（包含承载力、挡土墙上土压力及边坡稳定性），首先必须知道在原始场地自重应力及在各种外荷载作用后附加应力。本章任务是处理土体中,自重应力,及,附加应力,计算。,第一节自重应力,地基中应力种类,按产生原因划分,自重应力,附加应力,由建筑物荷载或其它外荷载（如车辆、堆放在地面材料重量、地震等）在地基内所产生,应力增量,总应力自重应力附加应力（引发变形）,土自重在地基内所产生应力,14/60,14,绪论,土体自重应力,竖向自重应力,15/60,15,绪论,地基土往往是成层，因而各层土含有不一样重度。地下水位也应作为分层界面。,地下水位以上土层普通取天然重度；,地下水位以下土层普通取有效重度。,在地下水位以下如埋藏有不透水层（如连续分布坚硬粘土层），因为不透水层不存在水浮力，所以,层面及层面以下,自重应力应按上覆层水土总重计算。,实际为有效应力,16/60,16,绪论,水平自重应力,土侧压力系数或静止土压力系数,基底压力（基底接触应力）,建筑物荷载经过,基础,传给地基压力，也是地基作用于基础底面反力。又称接触压力，kPa,第二节：基底接触应力分布及简化计算,(,b,),p,地面,F,d,G,17/60,17,绪论,l,p,0.0,F,d,G,1、中心荷载矩形基础,一、基底接触应力工程简化计算,p,基础底面处平均压力，kPa,F,上,部结,构传至基础顶面竖向力，kN,G,基,础,自重和基础上土重，kN；,G=,G,Ad,，,其中：,G,为基础及回填土平均重度，普通取20,kN/m,3,，,地下水位以下应扣除水浮力；,A,基,础,底面面积（,m,2,）；,A=lb,l,和,b,分别为基础长边与短边.,2、偏心荷载矩形基础,18/60,18,绪论,二、基础底面附加压力,基底附加压力,：因为修建建筑物在地基中增加压力，,用,p,0,表示。,（天然土层在自重作用下变形已经完成，只有附加压力才使地基产生附加变形。）,(,b,),P,地面,F,d,G,(,a,),P,0,=P,地面,F,（a）基础在地面上,（b）基础在地面下埋深为d,19/60,19,绪论,第三节：地基中附加应力计算,地基中附加应力计算,竖向集中荷载作用下地基中附加应力,矩形面积承受竖直均布荷载作用时附加应力,角点下附加应力,任意点附加应力,角点法,利用角点下附加应力和应力叠加原理，计算地基中任一点处应力计算方法。,在矩形面积受均布荷载作用时，不但在受荷面积垂直下方范围内产生附加应力，而且在荷载面积以外地基土中也会产生附加应力。,另外，在地基中同一深度处，离受荷面积中线愈远点，其附加应力值愈小，矩形面积中点处附加应力最大。,在受荷面积中线，附加应力随深度增加而减小（附加应力非线性扩散规律）。,20/60,20,绪论,第四章 土压缩性及地基沉降,土压缩性,是指土在压力作用下体积变小性能。,土粒与水本身微小变形可忽略不计，土压缩变形主要是因为孔隙中一部分水和气体被排出，封闭气泡被压缩。与此同时，土粒相互移动靠拢，致使土孔隙体积减小而引发。,压缩变形随时间增加过程，称为,土固结,。,土被压缩原因：,土中水与气体从孔隙中挤出，孔隙变小。,土中水及封闭气体被压缩。,固体颗粒被压缩。,土压缩试验及压缩定律,压缩试验：,侧限压缩试验,21/60,21,绪论,压缩性指标,在,土工试验方法标准,中要求，以,p,1,=0.1MPa，,p,2,=0.2MPa时对应压缩系数,a,1-2,作为判断土压缩性标准。,低压缩性土：,a,1-2,0.1MPa,-1,中等压缩性土：0.1MPa,-1,a,1-2,K,0,K,a,E,p,被动土压力协力,37/60,37,绪论,粘性土主动土压力,粘性土土压力,p,a,也称主动土压力强度；,K,a,主动土压力系数。,（与无粘性土区分：只是增加了与内聚力c相关一项）,p,p,也称被动土压力强度；,K,p,被动土压力系数。,粘性土被动土压力,38/60,38,绪论,填土表面作用均布荷载：,墙后填土分层：,填土中有地下水：,几个常见情况下主动土压力计算,p,a,=,（,q+,z,）,K,a,(c=0时),在分层界面处，土压力分布可能不连续。,土压力和水压力分开计算,39/60,39,绪论,第四节：库仑土压力理论,基本假设,（1）墙后填土是理想散粒体（无粘性土,c,=0）；,（3）土楔体ABC处于极限平衡状态，按理论力学刚性平衡法(力多边形法)分析力平衡关系。,（2）当墙背向前或向后到达极限平衡状态时，滑动破裂面为经过墙踵斜平面，在土体内部还形成一个滑动面，形成滑动楔体ABC；,40/60,40,绪论,适用条件,（1）挡土墙是刚性，墙背倾斜，倾角为；,（3）填土表面倾斜，坡角为。,（2）墙面粗糙，墙背与土体之间存在摩擦力，,墙、土摩擦角为；,无粘性土主动土压力协力,无粘性土被动土压力协力,41/60,41,绪论,一、挡土墙类型,二、重力式挡土墙结构设计,三、重力式挡土墙设计,第六节：挡土墙设计,挡土墙设计设计包含墙形选择、稳定性验算、地基承载力验算、墙身材料强度验算以及一些设计中结构要求和办法。,重力式挡土墙破坏形式：,沿基底滑动破坏,倾覆破坏,地基破坏,墙身破坏,抗滑稳定性验算,抗倾覆稳定性验算,地基承载力验算,42/60,42,绪论,第七章 地基承载力,第一节概述,几个惯用名词,1、当土中一点剪应力到达土抗剪强度时，,这一点土就处于,极限平衡状态,。,2、若土体中某一区域内各点都到达极限平衡状态，,这一区域就称为,极限平衡区,，或,塑性区,。,4、,地基承载力（也称允许承载力）：,地基在变形允许和维系稳定前提下，单位面积上承受荷载能力。,（有足够安全度）,3、,地基极限承载力：,地基即将丧失稳定性时承载能力。,43/60,43,绪论,1、基础埋深、宽度、形状,在用极限荷载理论公式计算地基承载力时是按,条形,基础考虑，对于非条形基础应考虑形状不一样对地基承载力影响。,影响地基承载力原因,2、荷载倾斜与偏心影响,在用理论公式计算地基承载力时，均是按,中心,受荷考虑。但荷载,倾斜,和,偏心,对地基承载力是有影响。,3、覆盖层抗剪强度影响,基底以上覆盖层抗剪强度越高，地基承载力显然越高，因而基坑开挖大小和施工回填质量好坏对地基承载力有影响。,4、地下水位影响,地下水位上升会降低土承载力。,44/60,44,绪论,第二节地基变形和失稳,整体剪切破坏（图（a）,地基破坏形式,局部剪切破坏（图（,b）,冲剪破坏（图（c）,第三节地基临塑荷载和有限塑性区深度承载力,临塑荷载,极限荷载,p,cr,p,u,也称百分比极限荷载、允许承载力、标准承载力,45/60,45,绪论,塑性区最大深度z,max,控制在基础宽度1/4和1/3时，对应临界荷载分别P,1/4,和P,1/3,：,（1）基本假定,介质是无重量；,外荷载为无限长条形荷载；,荷载板是光滑，即荷载板与介质是无摩擦接触。,第四节：,普朗特（,普朗特尔）,地基极限承载力,46/60,46,绪论,（2）普朗特极限承载力计算公式（,q,=0,),地基极限承载力系数,式中,c,为粘聚力，而,N,c,只与,相关，其表示式为,能够看出：,c,越大，极限承载力越大；,越大，,极限承载力也越大(需要分析)。,47/60,47,绪论,（3）赖斯纳（Reissner）地基极限承载力计算公式(,q,0,）,采取普朗特尔相同假定和物理模型，并考虑基础埋置深度，但仅把基础埋置深度范围内土体化成作用在基底水平面上垂直等效均布荷载。,能够看出：,q,越大，极限承载力越大；也就是说基础越深,，,极限承载力越大。,48/60,48,绪论,若考虑地基滑动范围内土体自重对地基承载力影响。许多学者研究结果，都采取了下述普通表示式：,49/60,49,绪论,第五节：太沙基地基极限承载力计算,（1）基本假定,基础底面是粗糙，有,摩擦,存在;,条形基础受均布荷载作用。,与普朗区分,（2）,太沙基地基,极限承载力计算公式,考虑地基土自重地基极限承载力系数,局部剪切破坏,地基土松软时:,图,6.5.2给出了不一样内摩擦角所对应,N,c,N,q,N,r,。,整体剪切破坏，比如地基较密实时:,50/60,50,绪论,（3）影响极限承载力原因,土内摩擦角,越大、粘聚力,c,和重度,越大，,P,u,越大。,基础底面宽度,b,增加，承载力增大。,基础埋深,d,增加（,q,），承载力提升。,地基承载力特征值,f,ak,，可由现场荷载试验和其它原位试验得到，也可由公式计算结合工程实践经验确定。表6.6.1-6.6.11都是工程实践经验结果，可供选择使用。,承载力特征值确定,第六节：按照规范确定地基极限承载力,承载力设计值(规范所指地基承载力)确定,51/60,51,绪论,第八章 土坡稳定分析,第一节：概述,土坡：,含有倾斜坡面土体。,土坡种类：天然土坡、人工土坡。,土坡作用力(堆放材料、建造建筑物、车辆行驶等)发生改变。,水压力作用(雨水注入，增加侧向压力)。,土体抗剪强度降低(土体中含水量或孔隙水压力增加)。,(4)振动：地震、爆破,(6)冻融：冻胀力及融化含水量升高,(5)水流冲刷：使坡脚变陡,影响土坡稳定性原因,(7),人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口,52/60,52,绪论,以上应是影响土坡稳定性外在原因，其内存原因有：,（,1）土坡坡度：坡角越小越稳定，但不经济。,（2）土坡高度：坡高越小越稳定。,（3）土性质：土重度和抗剪指标(,C,）值越大越稳定。,滑坡,根本,原因:,边坡中土体内部某个面上剪应力到达了它抗剪强度。,53/60,53,绪论,第二节 无粘性土土坡稳定,普通情况下(干坡或完全浸水条件下)无粘性土土坡稳定,K,s,=1.1-1.5，确保土坡安全。,极限平衡状态：,=,时,K,s,=1,为自然休止角,54/60,54,绪论,有渗流情况下无粘性土土坡稳定,55/60,55,绪论,第三节 粘性土土坡整体圆弧滑动,整体圆弧滑动稳定分析,稳定安全系数定义为：滑动面上平均抗剪强度与平均剪应力之比：,对均质土坡、圆弧滑动面：,稳定安全系数也可定义为：滑动面上最大抗滑力矩与滑动力矩之比；,无粘性土，只要坡表面不滑动，坡内部就不可能滑动。而粘性土则不一样，因为粘聚力存在，不像无粘性土沿坡表面滑动，其最危险滑动面深入土体内部。,56/60,56,绪论,第四节 瑞典条分法,条分法概念,将滑动曲面假定为圆弧。将滑动土体分成若干条块，分析每一条块上作用力，然后利用每一土条上力和力矩静力平衡条件，求出安全因数表示式。这种方法称为,条分法,。,瑞典条分法基本假定,不考虑土条侧面作用力。,滑动面为圆柱面；,滑动土体为不变形刚体；,57/60,57,绪论,若土条底面孔隙水压力已知时，可用有效应力法进行计算：,成层土和坡顶有荷载时,坡顶有荷载时,58/60,58,绪论,第五节 稳定数法,瑞典条分法因为忽略了土条,侧面作用力,，并不能满足全部平衡条件，由此算出稳定安全因数比其它严格方法可能偏低,l020，,这种误差伴随,滑弧圆心角,和,孔隙水压力,增大而增大，严重时可使算出安全因数比其它较严格方法小,二分之一,。,为降低土坡稳定分析计算工作量，尤其对高度在,10m,以下,均质土坡,，适宜采取泰勒Taytor,稳定数,图表法进行稳定分析、或采取俄国格巴索夫图解法。,59/60,59,绪论,简化毕肖普法特点：,（1）假设圆弧滑动面；,（2）满足整体力矩平衡条件；,（3）假设土条之间只有法向力而无切向力；,（4）因为考虑了土条间水平作用力，它安全系数比瑞典 条分法要高一些；,（,5）简化条分法即使不是严格（即满足全部静力平衡条件）极限平衡分析方法，但它计算结果却与严格方法很靠近。,第六节 毕肖普法,(考虑底面孔隙水压力和土条侧面作用力),60/60,60,绪论,