土力學教學課件

第一章工程地質概述內容：地質作用、地質年代；巖石和土的成因類型及工程性質；不良地質條件；水文地質等。1.1概述一、地質作用定義：引起地殼成分（巖石和土）變化和構造變化的作用。根據(jù)能量來源不同，分為內力地質作用和外力地質作用。內力地質作用：由地球自轉產生的旋轉能等引起的地質作用。外力地質作用：由太陽輻射能和地球重力位能引起的地質作用。二、地質年代地殼發(fā)展歷史與地殼運動、沉積環(huán)境及生物演化相應的時代段落。從古到今，地質年代分為五代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代。1.2礦物與巖石一、主要造巖礦物礦物：是地殼中具有一定化學成分和物理性質的自然元素和化合物。造巖礦物：組成造巖的礦物稱為造巖礦物。分類：按生成條件分為原生礦物和次生礦物。原生礦物：一般由巖漿冷凝生成；次生礦物：一般由原生礦物經(jīng)化學風化而產生的另一種礦物。二、礦物的主要性質幾個物理性質：光澤：礦物表面反射光線的強弱程度；硬度：巖石抵抗外力刻劃的能力；解理：礦物受外力后沿一定方向裂開成光滑平面的性能。斷口：礦物受外力打擊破裂時斷開面的形態(tài)；三、巖石的類型和性質巖石按成因分為三大類：（1）巖漿巖成因：由地球內部的巖漿侵入地殼或噴出地面冷凝而成巖漿巖。（2）沉積巖成因：巖石經(jīng)風化、剝蝕成碎屑，經(jīng)水流、風力或冰川搬運至下游處沉積，再經(jīng)長時代的壓緊或化學作用硬結而成沉積巖。（3）變質巖成因：地殼外殼的原巖因地殼運動、巖漿活動‘在高溫、高壓和化學性活潑的物質作用下，改變了原巖的結構、構造和成分，形成一種新的巖石，稱為變質巖。1.3第四紀沉積層第四紀沉積層：原巖受風化作用生成的碎屑物，經(jīng)剝蝕、搬運、沉積而未結硬的松散沉積物，稱為第四紀沉積層。分類：殘積層、坡積層、洪積層、沖積層、海相沉積層、湖沼沉積層。1.6不良地質條件常見的不良地質條件：（1）斷層（2）巖層節(jié)理發(fā)育（3）山坡滑動（4）河岸沖淤（5）岸坡失穩(wěn)（6）河溝側向位移1.5地下水一、地下水對建筑工程的影響二、地下水（1）地下水的埋藏條件定義：存在于地表下面土和巖石的孔隙、裂隙或溶洞中的水稱為地下水。按其埋藏條件分為上層滯水、潛水和承壓水。上層滯水：存在于局部隔水層上的水；潛水：埋藏在地表以下第一個連續(xù)分布的隔水層之上，具有自由水面的重力水；潛水面的標高稱為地下水位。承壓水：充滿于兩個穩(wěn)定隔水層之間含水層中的地下水。三、土的滲透性定義：土體可讓水透過的性質稱為土的滲透性；達西定律：水在土中的滲透速度與其水力坡度成正比，可表示為：V=k×i動水力Gd：水流對單位體積土的骨架作用力；公式為Gd=I×γw，動力水是體積力。流砂：當動力水的大小等于或大于土的浮重度時，土體失重，隨水流動，稱為流砂。潛蝕：當水流的水力坡降很大，降引起絮流，水流可把土體粗顆粒孔隙重所充填的細粒土帶走，破壞土的結構，這種作用稱為潛蝕。第二章土的物理性質一、土的組成土的三相組成為：固體顆粒、水和氣體。1.土的固體顆粒（1）土固體顆粒的礦物成分，顆粒大小、形狀及組成決定土的物理力學性質。（2）土的顆粒級配粒組定義：把土顆粒按性質相近為原則，歸為一組稱為粒組。級配定義:土中各粒組相對含量百分數(shù)之比稱為土的顆粒級配。級配曲線:曲線平緩，表示粒徑相差懸殊，土粒不均勻，級配良好；反之，曲線較陡，表示粒徑均勻，級配較差。工程上采用不均勻系數(shù)Cu或曲率系數(shù)Cc進行定量分析：不均勻系數(shù)：Cu=d60/d10曲率系數(shù)：Cc=d302/d60×d10工程上把Cu≥5，且Cc＝1－3的土稱為級配良好的土。2.土中水土中液態(tài)水主要有結合水和自由水兩類。結合水:土粒表面由電分子吸附的土中水，分為強結合水和弱結合水;自由水:在電場影響范圍以內的水,根據(jù)移動所受作用力不同分為重力水和毛細水。重力水：一般存在于地下水位以下，對土粒產生浮力，流動時產生動水力。施工時，對基坑開挖，排水等方面產生影響；毛細水：一般存在于地下水位以下。對建筑物底層的防潮、地基土的浸濕以及動脹等有重要影響。二、土的工程特性a.土的壓縮性大b.強度低c.滲透性大三、土的結構和構造1.土的結構定義：土顆粒之間相互排列和聯(lián)結形式稱為土的結構。2.土的構造定義：同一土層中，土顆粒之間相互關系的特征稱為土的構造。2.2朽土的物親理性質指郵標在建筑策地基基督礎設計歷中，首渠先要確梳定地基針土承載封力的大敘小，確廚定地基復承載力籍的方法拆，就是剛土的物測理性質帶指標。土的三運項基本基指標：土的天趙然密度后、含水味量和土偽的顆粒摔比重。（1）涂土的天蓋然密度密度定義濃：土單位暴體積的慎質量，產稱為土臥的天然運密度，心記為ρ公式：爛ρ=m乘/v重度定義株：土的天然磁重力密度冒，記為γ公式：冠γ=W織/v=輸ρg=韻9.8默ρ（2）狼土顆粒丟的比重定義：查土顆粒聽質量和相爬同體積4網(wǎng)℃時的蒸悔餾水的質葬量之比，委記為ds暴；公式：d翁s=ms/mw(4℃)（3）仔土的含患水量定義：土在1莖05－磨110檢℃下烘寺干到恒滴量時所導失去的乏水質量雹和達到孕恒量后糞干土質寸量的比技值，記遺為W;公式：構w=饑mw/ms×100喂％注：粘候性土的青含水量廟越大，棵土的壓艷縮性越劃大，強摩度越低墻。（4）土慮的孔隙比定義:土中孔隙塞體積與土仆固體顆粒僵體積之比枯，以小數(shù)炒表示，記孝為e;公式：或e=Vv續(xù)/Vs注：孔糠隙比是徑土的一蜻個重要漫物理性架質指標層，它反派映土的期密實度由。(5)裹土幣的孔隙赤率定義：土中孔隙伯體積與總兵體積之比銳，或單位體體積中孔粗隙的體積疏，用百分子數(shù)表示，扭記為n;公式：銷N=Vv洞/V×1爺00％注：它陷表示土枕中孔隙折大小的簽程度，頌一般土潤孔隙率魚的范圍午為30派％忌－50屠％。（6）藏飽蓬和度定義：土中被水雷充填的孔挪隙體積與擺孔隙總體刮積之比，昌記為Sr島;公式：虛So=V痰w/Vv×100銷％注：飽仗和度反竭映土中夸的孔隙販被水充姿滿的程林度，當橋孔隙中謊沒有水種存在時冤Sr=圈0；孔落隙中充豈滿水時憂，Sr浩=1.(7)霉干朗密度定義：單位體積獲中固體顆碧粒的質量吸，記為ρd;公式：熟ρd=Ms/獄V干重度婆：γd＝9.沖8ρd注：ρd越大，土擴體越密實值，工程質弦量越好，押但發(fā)費也攤大。（8）飽斑和密溉度定義：讀土的受孔隙中躁充滿水著時的單徑位體積吉質量，助即土的徐飽和度顯Sr=尺1時的正土的密包度，記為ρsat公式：ρsat＝(ms+Vv×朗ρw)/V飽和重級度：痛γsat＝9.8弱ρsat（9）有牛效密災度定義：盒單位體旁積中土粒壤的質量與室相同體積贏水的質量傻之差，即心在地下水眼位以下，鄰單位土體絲式積中的有然效質量，搶記為ρ｀公式：咽ρ｀=ρsat-ρw浮重度賞：γ’爭=9.津8ρsat-9.鐘8ρw2.3纏土的物費理狀態(tài)特攜征指標一、無副粘性土識的密實惱度1.用童孔隙比露e作為幕劃分密呆實度；2.以相密對密實度險作密實度姓標準；3.用濁標準貫歐入實驗虹劃分密粥實度；二、粘性土的滿稠度粘性土叔的物理問狀態(tài)指毀標為軟吃硬程度江，稱為深稠度。脾粘性土跡隨含水房誠量的不辣同，分澇別處于耀固態(tài)、半固態(tài)、可塑性困態(tài)及流丈塑狀態(tài)由，反映欄粘性土處物理特燭征的指勉標是一塔組特征擊含水量艷及其構招成的指增標。液限wl屋:粘性土話由流動仗狀態(tài)轉極變?yōu)榭社R塑狀態(tài)氣的界限醋含水量堤,一般爹用錐式線液限儀芬測定。塑限w奔p:粘性土托由可塑雖狀態(tài)轉撒變?yōu)榘牖韫虘B(tài)的倍界限，趕一般用重搓條法璃測定?？s限w營s:粘性土敲的固態(tài)漂與半固揪態(tài)的分古界含水肉量，一領般用收叨縮皿法錫測定。塑性指數(shù)頓Ip:液限與牛塑限的我差值，薯用去掉掩百分號計的數(shù)值朝表示。液性指數(shù)暗Il:細粒土抹的天然圈含水量語和塑限迷的差值默與液限明和塑限便的差值硬之比即議為液性創(chuàng)指數(shù)；活動度暮A:塑性指數(shù)凡與土中膠譯粒含量百漠分數(shù)之比往；靈敏度愈St侮:指土的密駐度和含水農量不變條忽件下，原蜜狀土的無犯側限抗壓均強度與重態(tài)塑土的無瘦側限抗壓越強度的比臉值；2.4朋地基土鉛的工程分燦類地基土的篩合理分類江具有很大稅的實際意謠義，根據(jù)小分類名稱艙可以大致誓判斷地基廟土的工程臉特性，評丸價土（巖園石）作為排建筑材料犬的適宜性職以及結合礙其它指標金來確定地聽基土的承溫載力等?！兑?guī)范扯》把土盈按工程勉性質分庭為巖石很、碎石剖土、砂腦土、粉鄭土、粘扒性土和丈人工填昨土六大擊類。第三章群地謹基的應建力和變尼形（一）法幾個基混本概念1.土的栗變形特性a.土帝的變形駕比其它揪建材大b.土的助變形主要蹤蝶由孔隙減且小產生c.飽碑和土的常壓縮變取形需一獅定的時仿間2.土的逮應力、應變的關襯系a.土耐力學中瘋規(guī)定以篩壓應力勻為正值擇，拉應隔力為負陵值；b.土嚼體受荷黃時，其踏應力與懶應變的因關系是巷非線性瓜的；3.有撤效應力譯原理土體中存佳在兩種性賴質的力。送由土的固景體骨架傳鎮(zhèn)遞的應力畫，稱為有饅效應力；滅由孔隙水陶傳遞的應挽力，稱為態(tài)孔隙水壓堤力。σ=雄σ’+u3.2犯地基中乳的應力一、土層自戴重應力定義：在已未修建筑奏物之前，壩由土體本箏身的自重竄引起的應匙力，稱為也土層自重早應力。公式：σcz=γ1h1+γ2h2+γ3h3+…+憤γnhn=∑核γihi注：γ為賭第i層土燦的天然重米度，對地印下水位以箏下的土層宅取有效重翻度γ’二、基礎月底面接坦觸壓力基底接觸問壓力的分者布規(guī)律主恩要取決于罰基礎的剛厚度和地基虧土的變形譯性質，是冰兩者共同牛作用的結艘果。在工采程上采用蹲簡化的方恒法進行計甜算。（1）中幕心荷載矩哪形基礎公式：p惠=(N+未G)/A注1：殊G為基廚礎自重撞及上回郊填土重雕的總量諸；G=猾γGAd為基恐礎及回填夢土之平均偵重度，一量般取20叮KN/m3，但在地怠下水位以對下部分應廈扣去浮力督；d為基心礎埋深，妥必須從設哲計地面或咸室內外平菜均設計地聚面算起2.如基森礎為條形扇，可沿基敗礎長度方關向取1m譽計算。（2）偏心褲荷載矩形疑基礎公式：質pmaxmin=R/A畫(1±6融e/l)三、基闊底附加鍛壓力定義：急因修建戰(zhàn)建筑物象，在地姓基重增護加的壓餃力稱為勢附加壓拾力。公式：將p0=p－呼γ0d注：1.岔γ0為基礎底結面標高以能上天然土腰層的加權亮平均重度銜，γ0＝（幟γ1h1+γ2h2+…）/右(h1+h2+…)，喂其中地下蔽水位下的咬重度取有冤效重度；2.d基剖礎埋深，慣必須從天窩然地面算因起，對于慮新填土場騾地則從老余天然地面僑算起；四、地基中的懷附加應力定義：印由建筑擦物荷載筐在地基判中產生中的應力斗，稱為薪地基中糖的附加弓應力。（1）抹集中力屈荷載作穗用下，碎任意點參：σz=α×農P/z2注：α由江r/z查爭教材表3關.1確定（2）矩仁形面積受餓豎向均布慌荷載作用（3）矩潔形面積受腹三角形分忌布的豎向媽荷載作用（4）健條形面懷積受豎初向均布蚊荷載作聯(lián)用（5）太條形面娃積受豎祖向三角毒形分布鈴荷載作待用3.3絕地基土腳的壓縮性地基土的媽壓縮性指悠標確定：（1）希室內試推驗生(房誠2)原源位測試幾個基本獄概念：1.壓縮迅系數(shù)a:a反映土買的壓縮性本高低，a節(jié)值越大，咽土的壓縮貍性越大；土的壓貍縮標準《規(guī)范預》規(guī)定帶取p1=10臣0KP火a至P2=20縣0KP威a相應答的壓縮摔系數(shù)a1-2作為土售的壓縮糕性高低著的判別米標準。影響土唉的壓縮角性高低遲的因素番：（1）土匪的類別星（2繪）土的原孔始密度（3）瘡土的結孫構2.沈側限壓結縮模量定義：創(chuàng)土在側貞限條件纖下，應稻力增量受與其應衡變的比挎值，稱閃為土的邊側限壓彎縮模量臉，以E償s表示再。Es奏越大，侍土的壓廊縮性越侍小。側限壓反縮模量德與壓縮究系數(shù)的伶關系：Es=(六1+e)刊/a3.胃土的唐變形模第量定義：騙指土在妄無側限啄條件下置，單軸悶受壓時眠的應力作與應變寬之比值管，用E0表示。土的變癢形模量灰與壓縮星模量的折關系：E0＝β×E帖s3.4殖地基的蕉最終沉和降量地基的第最終沉訓降量是摔指地基作壓縮穩(wěn)傲定后的似沉降量吧。地基拘最終沉適降量的搭計算方禁法很多潔，本課嘗程主要任介紹分徹層總和衡法和《延規(guī)范》請法。分層總抬和法計奴算假定直：（1）頭地基土扭是一均甚勻、等慎向的半抽無限空倉間彈性宏體；（2）地英基沉降量融按基礎中焦心點下土態(tài)樁所受的忙附加應力丹進行計算未；（3）泊地基土盜層受荷值載作用鋤下只產疫生豎向憐壓縮變想形，側記向不能莫膨脹，僑即在側木限條件糾下發(fā)生鮮變形；（4）鐵地基沉趕降量等助于基礎扁底面下離某一深所度范圍年內各土售層壓縮策量的總宏和。3.5建筑物地甩基變形允測許值一、地基葬變形特征（1）圈沉降量呀（2）帖沉降查（3）料傾斜浪（4完）局部研傾斜二、防厘止地基仁有害變轎形的措孔施1.減刑小沉降欄量的措狼施2.減小無沉降差的評措施3.6蘭地經(jīng)基變形謎與時間寸的關系一、飽和洋土滲流固渠結飽和土省的固結裳包括荷閱載作用準下：（1）土心體孔隙中村的自由水米逐漸排出尤；（2）土針體孔隙的師體積逐漸若縮??；（3）孔燈隙水壓力來逐漸轉移青到土骨架胖來承受外后力，成為拖有效應力帝。故：飽且和土的摟固結作場用是上聞述排水岡壓縮和朱壓力轉睜移三者啞同時進測行的一壁個過程艱。第四章鐮土的抗照剪強度及目地基承載兩力土的強度閃問題實質免上是土的封抗剪強度樣。本章主辜要介紹土努的抗剪強上度定律；己土的極限田平衡條件斯；抗剪強橋度指標的謊測定和取腔值方法；匠及地基承牽載力的確量定。4.2抗土的極酒限平衡條近件一、土野的抗剪佳強度及礦定律土的抗剪拌強度是指卻土體抵抗晝剪切破壞柴的極限能吐力，用τf表示。當土體中匆某點的剪倡力τ＜τf土體處于嫌彈性平衡閉狀態(tài)τ＝τf土體處于旁極限平衡晴狀態(tài)τ＞τf土體發(fā)罪生剪切證破壞土體中任諒一點的應眾力狀態(tài)公式：墨σ=(寄σ1+σ3)/2軍+(σ1－σ3)/2艘cos近2ατ=(假σ1－σ3)/2s畢in2嗎α土的抗剪似強度規(guī)律朽用庫侖定謝律表示：砂土:贏τf＝σt埋gφ粘性土宜:廳τf＝σt杯gφ＋削c三、土另的極限歡平衡條炕件定義：到欣達極限平壁衡時土的膀應力狀態(tài)謹和土的抗獲剪強度指縱標之間的劑關系稱為次土的極限擺平衡條件糾。無粘性土嘩的極限平考衡條件：σ1=σ3tg2(45+敵φ/2)σ3=σ1tg2(45富－φ/完2)粘性土擴的極限封平衡條扒件公式：σ1=σ3tg2(45假+φ/蝕2)＋姻2ct犧g(病45+陶φ/2咸)σ3=σ1tg2(45淋－φ/雪2)－慚2ct任g(權45－丑φ/2針)4.3斷抗診剪強度秩指標的廊確定國內外霜常用的扣儀器有潮：直接采剪切儀要、無側諒限壓力爪儀、三堂軸壓縮誤儀和十統(tǒng)字板剪故切儀。直接剪攏切儀：獲分應力戴控制式叮和應變書控制式產兩種。三軸壓粗縮實驗潮中三種掙方法：不固結炊不排水細、固結列不排水北和固結寧排水。4.4歇影吧響抗剪端強度指恩標的因撿數(shù)一、抗設剪強度投的來源1.無粘贏性土（1）影內摩擦層力疤（2）貫咬合力2.粘速性土（1）內宏摩擦力趁（2暈）黏聚力二、影響級抗剪強度甩的因數(shù)1.物哭理化學陸性質的飄影響（1）于土粒的波礦物成紛分、顆晶粒形狀找與級配（2）土成的原始密糖度（幼3）土的湖含水量(4)雷土的結惹構2.孔儲隙水壓胡力的影馬響（1）肌固結排枕水剪裕（2驚）不固硬結不排作水剪挨（3）緞固結不柄排水剪4.5柄地籌基的臨門塑荷載澇和臨界瞧荷載一、地紛基的臨童塑荷載定義：正是指在極外荷載鹽作用下境，地基慮剛開始咐產生塑若性變形孤時，基搶礎底面葡單位面筑積上所堪承受的意荷載。公式：補Pcr隸=Ndγd+氏NcC二、地誦基的臨鼓界荷載定義：對采用塑腔性區(qū)最好大深度瞧為b/阿4,b尚/3，甲與此相蜻應的基章礎底面住壓力為逐臨界荷穩(wěn)載。公式：P1/4=N1/4γb+燒Ndγd+隱NcCP1/3=N1/3γb+帖Ndγd+貞NcC注：第一獲個γ為土鴿的天然重價度；第二蓄個γ為地酷基埋深范盾圍內土的招加權平均毅重度。4.6收地國基的極逢限荷載定義：地輩基的極限競荷載指地乏基在外荷采載作用下涉產生的應節(jié)力達到極抱限平衡時純的荷載，公式：Pu=1/扭2Nrγb+N苗cC+q捏Nq注：q檔為基礎尾埋深范栗圍內的語土的自耐重壓力檢即γd太沙基公愛式（書上贏154頁藥）二、影響喝極限荷載惠的因數(shù)1.地基塞的破壞形視式2.地基該土的指標3.基礎飄設計的尺管寸4.荷載舞作用方向第五章糊土剖壓力與肚土坡穩(wěn)并定一、擋土蹈墻分類：遠重力式亡、懸臂心式、扶跑壁式錨握桿式及美加筋擋哥土墻。二、土馳壓力的招種類a.靜止餡土壓力銷b甲.主動土泄壓力c.被動奧土壓力影響土壓倍力的因數(shù)1.主澡要因數(shù)慌是擋土眠墻的位義移方向身和位移愁量的大燙??；2.擋妙土墻的傍形狀、交墻背的勇光滑程乎度和結按構形式忠；3.填土釋的性質，睛如填土的盾含水量、疾重度、內長摩擦角和衣黏聚力的甜大小及填緊土的表面譜形狀；4.擋鄭土墻的槽建筑材欣料；5.2嘆靜吳止土壓力產生條件悲：擋土墻覺固定不動為時，作用哈在墻上的壤土壓力為心靜止土壓玩力。計算公式映：P0=1/吐2γH2K0注：K0為土的截側壓力駛系數(shù)；雙合力的隙作用點孫在距離弦墻底H作/3處懼