1、,土力學(xué)幾個(gè)概念問(wèn)題,1.土力學(xué)內(nèi)容,三方面： 滲流 固結(jié)（變形） 強(qiáng)度（破壞） 一條主線：有效應(yīng)力原理,2.土與土性定義,（1）.粘粒 (0.005) 粉粒（0.0750.005） 砂粒 (20.075) （2）砂性土、粉性土、粘性土 （3）砂土、粉土、粘土,3.水對(duì)土的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)的影響,結(jié)合水： 強(qiáng)結(jié)合水 弱結(jié)合水 自由水: 毛細(xì)水 重力水 土的物理性質(zhì)：重度、界限含水量、相對(duì)密度等 土的力學(xué)性質(zhì)：滲透破壞、強(qiáng)度、變形,重力水對(duì)砂性土物理力學(xué)性質(zhì)的影響（浮力、滲透力） 毛細(xì)水對(duì)粉細(xì)砂物理性質(zhì)的影響 重力水對(duì)粉細(xì)砂力學(xué)性質(zhì)的影響（滲透破壞、液化）,結(jié)合水對(duì)粘性土物理性質(zhì)的影響（塑性指

2、數(shù)IP) 重力水對(duì)粘性土物理性質(zhì)的影響(液性指數(shù)IL) 結(jié)合水對(duì)粘性土力學(xué)性質(zhì)的影響（強(qiáng)度) 重力水對(duì)粘性土力學(xué)性質(zhì)的影響(強(qiáng)度值),6.滲流和固結(jié)的聯(lián)系與區(qū)別,(1).作用力: 滲流:地下水壓力差 固結(jié):外力引起的超孔隙水壓力 (2) 對(duì)象: 滲流: 主要考慮土中水的流動(dòng),不考慮 土的變形(除了滲透破壞) 固結(jié): 應(yīng)力轉(zhuǎn)移,超孔隙水壓力消散,有 效應(yīng)力增加引起土骨架變形 (3) 相同點(diǎn):有水流動(dòng)(壓力差) (4) 不同點(diǎn):有無(wú)應(yīng)力轉(zhuǎn)移,7.達(dá)西定律的適用范圍,達(dá)西定律是由砂質(zhì)土體實(shí)驗(yàn)得到的，后來(lái)推廣應(yīng)用于其他土體如粘土和具有細(xì)裂隙的巖石等。進(jìn)一步的研究表明，在某些條件下，滲透并不一定符合達(dá)西

3、定律，因此在實(shí)際工作中我們還要注意達(dá)西定律的適用范圍。,8 .土中滲流的作用力及滲透變形,（1）滲透力的定義 水在土中流動(dòng)的過(guò)程中將受到土阻力的作用，使水頭逐漸損失。 同時(shí)，水的滲透將對(duì)土骨架產(chǎn)生拖曳力，導(dǎo)致土體中的應(yīng)力與變形發(fā)生變化。這種滲透水流作用對(duì)土骨架產(chǎn)生的拖曳力稱為滲透力。,(2). 滲透變形,滲透變形:當(dāng)水力梯度超過(guò)一定的界限值后，土中的滲流水流會(huì)把部分土體或土顆粒沖出、帶走，導(dǎo)致局部土體發(fā)生位移，位移達(dá)到一定程度，土體將發(fā)生失穩(wěn)破壞，這種現(xiàn)象稱為滲透變形。,滲透變形主要有二種形式: 流土:滲流水流將整個(gè)土體帶走的現(xiàn)象 管涌:滲流中土體大顆粒之間的小顆粒被沖出的現(xiàn)象,a.流土,滲流

4、方向與土重力方向相反時(shí)，滲透力的作用將使土體重力減小，當(dāng)單位滲透力j等于土體的單位有效重力（有效重度） g 時(shí)，土體處于流土的臨界狀態(tài)。如果水力梯度繼續(xù)增大，土中的單位滲透力將大于土的單位有效重力，此時(shí)土體將被沖出而發(fā)生流土。據(jù)此，可得到發(fā)生流土的條件為： （234） 或 （235）,流土的臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的水力梯度ic可用下式表示： （235） 這里s為地基土的土粒密度，g/cm3。,（2）管涌,產(chǎn)生管涌的條件比較復(fù)雜，從單個(gè)土粒來(lái)看，如果只計(jì)土粒的重量，則當(dāng)土粒周界上水壓力合力的垂直分量大于土粒的重量時(shí)，土粒即可被向上沖出。實(shí)際上管涌可能在水平方向發(fā)生，土粒之間還有摩擦力等的作用，它們很難計(jì)算

5、確定。 因此，發(fā)生管涌的臨界水力梯度i。一般通過(guò)試驗(yàn)確定。,9.點(diǎn)、線、面荷載與地基的破壞與沉降,圖314 雙層地基中界面上附加應(yīng)力的分布規(guī)律 (a) 應(yīng)力集中 (b) 應(yīng)力擴(kuò)散,E1E2,E1E2,10.土的壓縮性 土的壓縮主要是由于孔隙體積減少而引起的。 由于孔隙水的排出而引起的壓縮對(duì)于飽和粘性土來(lái)說(shuō)是需要時(shí)間的,壓縮性指標(biāo),（1）壓縮系數(shù)a 通?？蓪⒊Ｒ?guī)壓縮試驗(yàn)所得的ep 數(shù)據(jù)采用普通直角坐標(biāo)繪制成ep 曲線，如圖41所示。：,圖41 ep 曲線確定壓縮系數(shù),（2）壓縮模量E 根據(jù)e-p曲線，可以得到另一個(gè)重要的側(cè)限壓縮指標(biāo)側(cè)限壓縮模量，簡(jiǎn)稱壓縮模量，用E9來(lái)表示。其定義為土在完全側(cè)限的

6、條件下豎向應(yīng)力增量p（如從Pl增至P2）與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽康谋戎?，根?jù)這個(gè)定義參見(jiàn)圖4-5可得到： （4-3） 式中Es側(cè)限壓縮模量，MPa,(3). 土的側(cè)限回彈曲線和再壓縮曲線,(4).關(guān)于三種模量的討論 壓縮模量Es是土在完全側(cè)限的條件下得到的，為豎向正應(yīng)力與相應(yīng)的正應(yīng)變的比值。該參數(shù)將用于地基最終沉降量計(jì)算的分層總和法、應(yīng)力面積法等方法中。 變形模量E0是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)得到的，它是指土在側(cè)向自由膨脹條件下正應(yīng)力與相應(yīng)的正應(yīng)變的比值。該參數(shù)將用于彈性理論法最終沉降估算中，但載荷試驗(yàn)中所規(guī)定的沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)帶有很大的近似性。 彈性模量Ei可通過(guò)靜力法或動(dòng)力法測(cè)定，它是指正應(yīng)力s與彈性（即可恢

7、復(fù)）正應(yīng)變e的比值。該參數(shù)常用于用彈性理論公式估算建筑物的初始瞬時(shí)沉降。,10. 地基沉降計(jì)算,1. 彈性理論法 2. 實(shí)用計(jì)算方法 1）分層總和法 2）應(yīng)力面積法,簡(jiǎn)單討論 (1)分層總和法假設(shè)地基土在側(cè)向不能變形，而只在豎向發(fā)生壓縮，這種假設(shè)在當(dāng)壓縮土層厚度同基底荷載分布面積相比很薄時(shí)才比較接近。如當(dāng)不可壓縮巖層上壓縮土層厚度H不大于基底寬度之半（即b/2)時(shí)，由于基底摩阻力及巖層層面阻力對(duì)可壓縮土層的限制作用，土層壓縮只出現(xiàn)很少的側(cè)向變形。 (2)假定地基土側(cè)向不能變形引起的計(jì)算結(jié)果偏小，取基底中心點(diǎn)下的地基中的附加應(yīng)力來(lái)計(jì)算基礎(chǔ)的平均沉降導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏大，因此在一定程度上得到了相互彌補(bǔ)

8、。,11. 飽和土的有效應(yīng)力原理,飽和土中總應(yīng)力與孔隙水壓力、有效應(yīng)力之間存在如下關(guān)系： (4-23) （1）飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力等于有效應(yīng)力加孔隙水壓力之和； （2）土的強(qiáng)度的變化和變形只取決于土中有效應(yīng)力的變化,12太沙基的一維滲流固結(jié)理論,太沙基（KTerzaghi，1925）一維固結(jié)理論可用于求解一維有側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)下，飽和粘性土地基受外荷載作用發(fā)生滲流固結(jié)過(guò)程中任意時(shí)刻的土骨架及孔隙水的應(yīng)力分擔(dān)量，如大面積均布荷載下薄壓縮層地基的滲流固結(jié)等。,（1）基本假設(shè),l）土是均質(zhì)的、完全飽和的； 2）土粒和水是不可壓縮的； 3）土層的壓縮和土中水的滲流只沿豎向發(fā)生，是單向（一維）的

9、； 4）土中水的滲流服從達(dá)西定律，且土的滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)a在滲流過(guò)程中保持不變； 5）外荷載是一次瞬時(shí)施加的。,單面排水情況 雙面排水情況 (點(diǎn)擊圖片觀看動(dòng)畫）,（2）一維固結(jié)微分方程,太沙基一維固結(jié)微分方程可表示為如下形式： （4-24） 式中 CV稱為土的豎向固結(jié)系數(shù)，cm2/s，其值為：,上述固結(jié)微分方程可以根據(jù)土層滲流固結(jié)的初始條件與邊界條件求出其特解,當(dāng)附加應(yīng)力sz沿土層均勻分布時(shí)孔隙水壓力u(z,t)的解答如下： 式中 （4-25） m 奇正整數(shù)（1，3，5，）； TV 時(shí)間因數(shù)，即 H 孔隙水的最大滲徑，單面排水條件下為土層厚度，雙面排水條件下為土層厚度之半。,（3）固結(jié)度,

10、（1）固結(jié)度基本概念 土層在固結(jié)過(guò)程中，t 時(shí)刻土層各點(diǎn)土骨架承擔(dān)的有效應(yīng)力圖面積與起始超孔隙水壓力（或附加應(yīng)力）圖面積之比，稱為 t 時(shí)刻土層的固結(jié)度，用 Ut 表示，即 (4-26) 由于土層的變形取決與土中有效應(yīng)力，故土層的固結(jié)度又可表述為土層在固結(jié)過(guò)程中任一時(shí)刻的壓縮量st與最終壓縮量sc之比，即 （4-27）,為什么可以說(shuō)土的壓縮變形實(shí)際上是土的孔隙體積的減??？,在常規(guī)的地基壓力下土中顆粒本身的壓縮非常小，可以忽略，即只考慮土的孔隙體積的減小。,為何有了壓縮系數(shù)還要定義壓縮模量？,壓縮系數(shù)是室內(nèi)驗(yàn)算試驗(yàn)中最直接得到的指標(biāo)，是土力學(xué)所特有的指標(biāo)之一。壓縮模量的定義主要是為了利用虎克定律

11、而設(shè)置，工程中也比較習(xí)慣使用這一指標(biāo)。,飽和土的大沙基一維固結(jié)理論考慮的主要因素有那些？,主要有土層的厚度、排水條件、滲滲透系數(shù)和固結(jié)時(shí)間等因素。,太沙基的有效應(yīng)力原理與實(shí)際情況差別有多大？,實(shí)際工程中的土中滲流問(wèn)題一般都是三維問(wèn)題，而且土的滲透系數(shù)在豎向與水平方向的差別也比較大，故在地基固結(jié)問(wèn)題中采用三維固結(jié)理論考慮滲流的空間效應(yīng)非常重要。但三維固結(jié)理論計(jì)算方法復(fù)雜，計(jì)算參數(shù)也很難獲得，給實(shí)際使用帶來(lái)了困難。在通常的地基固結(jié)中，按一維有側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)考慮采用太沙基的有效應(yīng)力原理進(jìn)行分析計(jì)算雖然有誤差，但在目前條件下借助一定經(jīng)驗(yàn)判斷還是非常有效的。,固結(jié)度的物理意義是什么？,地基土的固結(jié)度是指土

12、中超孔隙水壓力隨著時(shí)間的推移而消散的程度，固結(jié)度越大，超孔隙水壓力減小越多而土層中的有效應(yīng)力增加越多。故將其定義為土層在固結(jié)過(guò)程中， t時(shí)刻土層各點(diǎn)土骨架承擔(dān)的有效應(yīng)力圖面積與起始超孔隙水壓力（或附加應(yīng)力）圖面積之比。,土的應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性有何影響？,在同等壓力下，欠固結(jié)土的壓縮性最大，而土層的超固結(jié)程度越高，土層的壓縮性越小。,13.土的強(qiáng)度概念,強(qiáng)度值 強(qiáng)度 破壞,圖5-2a 砂土的試驗(yàn)結(jié)果 圖5-2b 粘性土的試驗(yàn)結(jié)果,圖58 剪應(yīng)力t 與剪切位移 Dl 關(guān)系曲線,圖510 三軸試驗(yàn)基本原理 (a)試樣圍壓 (b)破壞時(shí)試樣主應(yīng)力 (c)應(yīng)力圓與強(qiáng)度包線,（圖5-la）,（圖5-1b

13、）,（圖5-1c）,土中達(dá)到極限平衡狀態(tài)是否地基已經(jīng)破壞？,不一定。地基破壞是在土中形成了一定范圍的滑動(dòng)區(qū)域（連續(xù)滑動(dòng)面）或一定區(qū)域的土層進(jìn)入塑性狀態(tài)，具有一個(gè)從量變到質(zhì)變的過(guò)程，土中許多點(diǎn)達(dá)到極限平衡狀態(tài)后才能引起地基破壞。,14.土的強(qiáng)度與有效應(yīng)力,直接剪切試驗(yàn) （1）快剪 （2）固結(jié)快剪 （3）慢剪 三軸壓縮試驗(yàn) （1）不固結(jié)不排水剪 （2）固結(jié)不排水剪 （3）固結(jié)排水剪,為什么直剪試驗(yàn)要分快剪，固結(jié)快剪及慢剪？這三種試驗(yàn)結(jié)果有何差別？,主要是模擬實(shí)際工程中的不固結(jié)不排水、固結(jié)不排水和固結(jié)排水三種條件，一般來(lái)說(shuō)，快剪，固結(jié)快剪和慢剪得出的強(qiáng)度值是依次遞增的,土的抗剪強(qiáng)度為什么既有總應(yīng)力表

14、示法又有有效應(yīng)力表示法？哪一種方法比較合理？為什么？,由于土中應(yīng)力可分別用總應(yīng)力和有效應(yīng)力表示，與此對(duì)應(yīng)的土的抗剪強(qiáng)度就既有總應(yīng)力表示法又有有效應(yīng)力表示法。從理論上講，土的抗剪強(qiáng)度的有效應(yīng)力表示法更為合理，但由于實(shí)際地基中孔隙水壓力的測(cè)定存在較大困難，其應(yīng)用受到很大限制。,土的抗剪強(qiáng)度是不是一個(gè)定值？,不是定值條件： 土層的加荷方式（動(dòng)、靜、循環(huán)與否）、加荷速度（快慢）、土層的應(yīng)力歷史等 定值條件： 有效應(yīng)力強(qiáng)度與土層的排水條件無(wú)關(guān),飽和軟粘土不固結(jié)結(jié)不排水剪切試驗(yàn)為什么只有Cu的結(jié)果？,飽和軟粘土在不固結(jié)結(jié)不排水的條件下剪切時(shí)，由于土粒表面完全被水包裹，表面摩擦力和土粒之間的咬合力都非常小，

15、土粒相對(duì)滑動(dòng)時(shí)幾乎不產(chǎn)生摩擦力，試驗(yàn)得到的內(nèi)摩擦角ju0，故其試驗(yàn)結(jié)果只有Cu值。,圖512 土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果,15. 土壓力與位移之間的關(guān)系,-,+,對(duì)同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下有以下規(guī)律：,1. Ea Eo Ep 2. p a,16. 土坡穩(wěn)定分析中有關(guān)問(wèn)題,一、挖方邊坡與天然邊坡,天然地層的土質(zhì)與構(gòu)造比較復(fù)雜，這些土坡與人工填筑土坡相比，性質(zhì)上所不同。對(duì)于正常固結(jié)及超固結(jié)粘土土坡，按上述的穩(wěn)定分析方法，得到安全系數(shù)，比較符合實(shí)測(cè)結(jié)果。但對(duì)于超固結(jié)裂隙粘土土坡，采用與上述相同的分析方法，會(huì)得出不正確的結(jié)果,二、關(guān)于圓弧滑動(dòng)條分法,計(jì)算中引入的計(jì)算假定： 滑動(dòng)面為圓弧

16、不考慮條間力作用 安全系數(shù)用滑裂面上全部抗滑力矩與滑動(dòng)力矩之比來(lái)定義,三、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值的選用,土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值選用應(yīng)合理： 指標(biāo)值過(guò)高，有發(fā)生滑坡的可能 指標(biāo)值過(guò)低，沒(méi)有充分發(fā)揮土的強(qiáng)度，就工程而言，不經(jīng)濟(jì) 實(shí)際工程中，應(yīng)結(jié)合邊坡的實(shí)際加荷情況，填料的性質(zhì)和排水條件等，合理的選用土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 如果能準(zhǔn)確知道土中孔隙水壓力分布，采用有效應(yīng)力法比較合理。重要的工程應(yīng)采用有效強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行核算。對(duì)于控制土坡穩(wěn)定的各個(gè)時(shí)期，應(yīng)分別采用不同試驗(yàn)方法的強(qiáng)度指標(biāo),四、安全系數(shù)的選用,影響安全系數(shù)的因素很多，如抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用，計(jì)算方法和計(jì)算條件的選擇等。工程等級(jí)愈高，所需要的安全系數(shù)愈大。 目

17、前，對(duì)于土坡穩(wěn)定的安全系數(shù)，各個(gè)部門有不同的規(guī)定。 同一邊坡穩(wěn)定分析，選用不同的試驗(yàn)方法、不同的穩(wěn)定分析方法，會(huì)得到不同的安全系數(shù)。根據(jù)結(jié)果綜合分析安全系數(shù)，得到比較可靠的結(jié)論,17、地基承載力有關(guān)問(wèn)題 pu 與 tf,a.線性變形階段,塑性變形區(qū),連續(xù)滑動(dòng)面,oa段，荷載小，主要產(chǎn)生壓縮變形，荷載與沉降關(guān)系接近于直線，土中f,地基處于彈性平衡狀態(tài),b.彈塑性變形階段,ab段，荷載增加，荷載與沉降關(guān)系呈曲線，地基中局部產(chǎn)生剪切破壞，出現(xiàn)塑性變形區(qū),c.破壞階段,bc段，塑性區(qū)擴(kuò)大，發(fā)展成連續(xù)滑動(dòng)面，荷載增加，沉降急劇變化,地基的破壞形式,1.整體剪切破壞,a. p-s曲線上有兩個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可區(qū)分地基變形的三個(gè)階段,b. 地基內(nèi)產(chǎn)生塑性變形區(qū)，隨著荷載增加塑性變形區(qū)發(fā)展成連續(xù)的滑動(dòng)面,c. 荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)急劇下沉，并可能向一側(cè)傾斜，基礎(chǔ)兩側(cè)地面明顯隆起,2.局部剪切破壞,a. p-s曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯，沒(méi)有明顯的直線段,b. 塑性變形區(qū)不延伸到地面，限制在地基內(nèi)部某一區(qū)域內(nèi),c. 荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起,3. 沖剪破壞,b.地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動(dòng)面,c. 荷載達(dá)到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面不隆起，而是下陷,a. p-s曲線沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn),考慮