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(清华大学土力学1)PPT课件-第四章-土的压缩性与地基沉降计算

(清华大学土力学1)PPT课件-第四章-土的压缩性与地基沉降计算

§4.2 土的压缩性测试方法
室内试验
• 侧限压缩试验 • 三轴压缩试验 • 其他特殊试验
现场试验
• 荷载试验 • 旁压试验
一维问题 三轴应力状态
土的变形特性测定方法
§4.2 土的压缩性测试方法
常用试验类型
类型
固结 排水
施加 3
固结
固结 不排水
固结
不固结 不排水
不固结
施加 1-3 排水
不排水
不排水
压缩曲线上
过D点作斜率为Ce的直线DB,
DB为原位再压缩曲线
以0.42e0在压缩曲线上确定C
点,BC为原位初始压缩曲线
DBC即为所求的原位再压缩和
压缩曲线
超固结土原位再压缩曲线的推求
§4.3 一维压缩性及其指标
- p(或)曲线 e – p(或)曲线 e – lgp(或lg)曲线
由侧限压缩试 验整理得到的 三条常用曲线
d
d
客观存在的,无法直接得到
超固结土: 水位上升
土层剥蚀
引起卸载, 使土处于
冰川融化 回弹状态
f
p(lg)
原状土的原位再压缩曲线: 客观存在的,无法直接得到
原位压缩及原位再压缩曲线
§4.3 一维压缩性及其指标
基本假定: 取样后不回弹,即土样取出后孔隙比保持不 变,(e0,s)点位于原状土初始压缩或再压缩 曲线上 压缩指数Cc和回弹指数Ce为常数 试验曲线上的0.42e0点不受到扰动影响,未 受扰动的原位初始压缩曲线也应相交于该点
1 3
1
1
Et
Ei
p e
1
固结排水试验
§4.2 土的压缩性测试方法
固结容器:
环刀、护环、导环、透水 石、加压上盖和量表架等

土力学课件清华大学.ppt

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二. 地基中常见的应力状态 4.侧限应力状态——一维问题
▪应变条件
y x 0;
xy yz zx 0
▪应力条件
xy yz zx 0;
x y;
x
x E
E
y z
0;
x y 1 z K0z;
▪独立变量 z , z F(z)
K0:侧压力系数
ij =
0 x 0xy 0xz 0yx 0 y 0yz
第三章
土体中的应力计算
§3 土体中的应力计算
地基中的应力状态 应力应变关系 土力学中应力符号的规定
强度问题 变形问题
应力状态及应力应变关系
自重应力 附加应力
建筑物修建以前,地基 中由土体本身的有效重 量所产生的应力。
基底压力计算 有效应力原理
建筑物修建以后,建筑物 重量等外荷载在地基中引 起的应力,所谓的“附加” 是指在原来自重应力基础 上增加的压力。
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
应力应变关系-以某种粘土为例
•与围压有关
•非线性
•剪胀性
v
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
应力应变关系-以某种粘土为例
u
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
施加围压,排水阀门始终打开, 充分固结
施加(1 -)时,排水阀门始终 打开,速度慢足以使孔压消散

清华大学《土力学与地基基础》 PPT课件

清华大学《土力学与地基基础》 PPT课件
地下水在土中的渗透速度一般可按达西 Darcy)根据实验得到的直线渗透定律计算,其
v 公式如下(图1—25): ki
粘性土的达西定律
v k(i i' )
2—8 地基土(岩)的分类
地基土(岩)分类的任务是根据分类用途和土 (岩)的各种性质的差异将其划分为一定的类别。
土(岩)的合理分类具有很大的实际意义,例 如根据分类名称可以大致判断土(岩)的工程特性、 评价土(岩)作为建筑材料的适宜性以及结合其他 指标来确定地基的承载力等等。阅读33-39页内容。
··········································171 第八章 桩基础设计··········································
第一章 绪 论
一、 土力学、地基及基础的有关概念 1.地基—支撑建筑物荷载、且受建筑物荷载影响的那
一部分地层称为地基。地基有天然地基和人工地基之分。 2.基础--建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础。
第三章 土中应力计算
概述
研究地基的应力和变 形,必须从土的应力与应 变的基本关系出发来研究。 当应力很小时,土的应 力·应变关系曲线就不是 一根直线(图2—1),亦即 土的变形具有明显的非线 性特征。
假设
地基土为均匀、连续、 各向同性的半空间线性变 形体。
3—1 土的自重应力
一、单层土中自重应力的计算
称为界限粒径。 表l-8提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。
表中根据界限粒径200、20、2、0.05和0.005mm把土 粒分为六大粒组:漂石<块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、 圆砾(角砾)颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。
土粒的大小及其组成情况,通常以土中各个粒组 的相对含量(各粒组占土粒总量的百 分数)来表示, 称为土的颗粒级配。

土力学课件(清华大学)_第1章

土力学课件(清华大学)_第1章

粒径级配曲线和指标的应用
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
原生矿物 - 石英、长石、云母等
矿物质
固体成分 有机质
无定形氧化物胶体
次生矿物
可溶盐
粘土矿物
具有和原生矿物很不相同的特性 对粘土性质的影响很大
固体颗粒 - 矿物成分
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体,颗粒呈片状,是由硅 片和铝片构成的晶包所组叠而成,可分成高岭石、伊利石和 蒙特石三种类型。

上升高度
T
2T cos hc r
毛细升高与孔径成反比
hc
2r
粘土 粉土 砂土 砾石
土中毛细水上升高度
§1.2 土的三相组成 – 土中水
T
毛细管中的 负静水压力
T
张力T
T
uc= -hcw hc 2r
uc
水压
2πrTcosα+ucπr2 = 0
+

则毛细压力:
uc hc
§1.2 土的三相组成 – 土中水
自由水:不受颗粒电场引 力作用的孔隙水
- 毛细水:由于土体孔隙的毛细作 用升至自由水面以上的水。毛细 水承受表面张力和重力的作用。 - 重力水:自由水面以下的孔隙自 由水,在重力作用下可在土中自 由流动。
毛细水
hc
重力水
土中水 – 自由水
§1.2 土的三相组成 – 土中水
§1.2 土的三相组成 – 土中气
自由气体:与大气连通的气体对土的性
质影响不大
封闭气体:被土颗粒和水封闭的气体
其体积与压力有关。会增加土的弹性; 阻塞渗流通道,降低渗透性
溶解在水中的气体 吸附于土颗粒表面的气体

土力学课件(清华大学)

土力学课件(清华大学)
SPT用测得的标准贯入垂击数N,判定砂土的 密实度或粘性土的密度,确定地基和单桩的承
载力;还可评定砂土的震动液化势。标准贯 入试验适用于砂性土与粘性土。
第十二页,共102页。
地基4勘触探 探 动力触探和静力触探
(1) 动力触探
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距,贯入深度
30cm的击数, N 63.5
(1) 动力触探Dynamic Penetration
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距, 贯入深度30cm的击数, N 63.5
锥状探头
轻型10 kg, 50cm落距,贯入深度30cm
中型 28kg 重型 63.5kg 碎石,砾石地层
特重型 120kg
第九页,共102页。
• 单桥探头 端部Ps=Q/A 比贯入阻力
双桥探头 端部和侧壁
• 土的密实度
• 压缩性
• 强度
• 桩和地基的承载力
电缆 传感器
传感器 传感器
单桥探头
第十五页,共102页。
双桥探头
地基勘探
示意图
静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化 划分土层, 承载力、 压缩性、不排水抗剪强度、砂土密实度等 静力触探适用于粘性土和砂类土
第十六页,共102页。
地基勘探
5 现场试验 In situ testing
十字板 Vane Shear-饱和软粘土 载荷板试验Loading Plate-深浅均可 旁压仪 Pressuremeter -较深地基
第十七页,共102页。
地基勘探
十字板
F
F Mmax=F×D
f
Mmax D2 D
H
2. 极限承载力pu

清华大学版土力学(课堂PPT)

清华大学版土力学(课堂PPT)

u(tz )4 ,πp i 1si n m 2πH π ex p m 2 π 4 2 T v m=1,3,5,7······
Tv
Cv H2
t
时间因数
反映孔隙水压力的消散程度-固结程度
固结度
固结度
0.0 0.2 0.4
1
0.6 0.8 1.0
0.001
2
3 透水边界
渗 流
不透水边界
孔压系数
土体在不排水和不排气条件下,由外荷载 引起的孔隙压力增量与应力增最的比值。
固结过程孔压系数的变化
外荷载 附加应力σz
土骨架:有效应力
孔隙水:孔隙水压力
应力历史
土在其形成的地质年代中所经受的应力变 化情况称为应力历史。
土的压缩性的地基沉降计算
固结
饱和土压缩的全过程叫做土的固结
土的固结状态
土力学重点知识点
土的三相性
土的物理性质指标
1)土的密度、重度 2)土粒的比重 3)土的饱和度 4)土的含水量 5)土的孔隙比和空隙率
土的结构与构造
(1)单粒结构;(2)蜂窝结构;(3)絮 状结构
(1)层状构造;(2)分散构造;(3)裂 隙构造(4)结核状构造
土的结构与构造
(1)单粒结构;(2)蜂窝结构;(3)絮 状结构
2
2
1f
450+/2
450+/2
c O 3
1f
图5-7 土的破裂面确定
挡土结构物上土压力
三种土压力的大小关系
静止土压力对应于图中A点,墙位移为0,墙后土体处于弹性 平衡状态 主动土压力对应于图中B点,墙向离开填土的方向位移,墙 后土体处于主动极限平衡状态 被动土压力对应于图中C点,墙向填土的方向位移,墙后土 体处于被动极限平衡状态

土力学课件(清华大学)土力学绪论

土力学课件(清华大学)土力学绪论


什么是土?

土及土力学有哪些特点? 为什么要学习土力学? 土力学包括哪些内容? 如何学好土力学?
一般固体: 液体: 土体(散粒体):
可保持固定的形状
不具有特定的形状
具有一定但不固 定的形状
土体的特点
碎散性
岩石风化或破 碎的产物,是 非连续体
• 受力以后易变形,强度低 • 体积变化主要是孔隙变化 • 剪切变形主要由颗粒相对 位移引起
连续墙并对塔周围与塔基进行钻 孔注浆和打设树根桩加固塔身。
1986年:开工 1990年:人工岛完成 1994年:机场运营 面积:4370m×1250m
填筑量:180×106m3
平均厚度:33m
世界最大的人工岛
日本 关西机场
关西机场
问题:沉降大且不均匀
• 设计沉降:5.7-7.5 m
• 完成时(1990年)实际沉降: 8.1 m,5cm/月 • 预测主固结需:20年 • 比设计多超填:3m
可归结为与土有关的 渗透问题
案例总结(三)
土工结构物或地基
强度问题 变形问题 渗透问题

强度特性 变形特性 渗透特性
土力学可以解决工程实践问题,这正是土力学存 在的价值以及我们学习土力学的目的。
学习土力学的目的
课程绪论:土力学及其特点

什么是土?

土及土力学有哪些特点? 为什么要学习土力学? 土力学包括哪些内容? 如何学好土力学?
土壤在自然界的位置
土壤带 腐殖质层 淀积层 母质层
土壤有非常复杂的形成过程,并具有独特 的层状构造。土壤剖面一般包含枯枝落叶 层、腐殖质层、淀积层和母质层四个基本 层次。 传统岩土工程的范畴 风化、搬运、沉积 土壤 地质大循环:岩石 地质成岩作用 生物小循环: 生物活动所造成的土壤 有机质的循环

土力学课件(清华大学)-第10章:特殊土地基

土力学课件(清华大学)-第10章:特殊土地基

❖ 溶盐溶解假设:黄土中存在大量可溶水溶性盐,土中水 分减少,溶于水中的盐集中到粗颗粒表面聚合起来,可溶 盐逐渐浓缩沉淀成为胶结物,形成以粗颗粒为主体骨架的 多孔性构造。在天然状态下,胶结物的粘聚和结晶作用, 其骨架被牢固地粘结,使黄土地基具有较高的强度。当受 水浸入,易溶盐溶解,胶结作用消失,骨架强度降低,土 体结构破坏产生湿陷; ❖ 结构学说:黄土是由粗粉粒为主体骨架的多孔质结构, 粗粒间分布有大的空隙及胶凝物质,其连接是在干旱或半 干旱条件下形成的,在水的作用下该体系受到损害,使整 个结构发生破坏,引起湿陷。
• 对结构破坏的敏感性:软土的灵敏度较高,受挠动后土结 构受破坏,土的强度有明显的下降。 •流变性:软土在剪应力作用下发生缓慢而长期的剪切变形 (不同于排水固结),对地基沉降有较大影响,对斜坡、 堤岸、码头等地基稳定不利。
软土地基的承载力、沉降和稳定性计算 • 软土地基承载力
软土地区浅基础的地基承载力受变形控制,要综合考 虑地基土、基础和上部结构的相互作用,理论与地区经验 相结合确定地基承载力。 根据极限承载力理论公式确定
湿陷性黄土地基的评价
评价黄土的湿陷性主要根据从以下三个方面进行:
黄土在一定的压力作用下是否具有湿陷性;
❖ 湿陷类型(自重湿陷或非自重湿陷);
判断黄土地基的湿陷程度(强弱)。
• 湿陷系数δs
湿陷系数δs利用室内压缩试验得到。在压缩仪中将原
状土样逐级加压的规定的压力pi,待变形稳定后测得试样
高度hp,然后加水浸湿,测得下沉稳定后的高度hp’,按下
δs
0.015
ps
p
h
❖ 湿陷类型的划分 计算自重湿陷量Δzs
建筑场地的湿陷类型,按自重湿陷量判断。现场实测 自重湿陷量可利用试坑浸水试验得到。试坑边长不小于 10m,并大于湿陷土层的厚度。该方法比较符合实际,但 实际上限于现场条件(如水源,工期等)而较难于实施, 在一般建筑物中可按计算自重湿陷量进行划分湿陷类型。
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p
d 基底
e
S

zH

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
vH

e1 e2 1 e1
H
自重应力
d p0
szi zi
Hi
附加应力
e1i
沉降计算深度
e2i
szi
zi
p2i
Si

ai 1 e1i
( p2i

p1i )Hi

ai 1 e1i
ziHi
p
Si

ziHi
Esi


ziHi
Ei
31
用e-p曲线计算
地基中的自重应力及分布规律
地面
z
σsz=γz
地面地面
γ1 γ1
h1 h1
γ2 γ2
h2 h2
γ3' γ3'
h3 h3
σsz=σγs1zz=+γγ1h21z++γγ23'hz2+γ'3h3
应力概念
自重应力 附加应力 有效应力 孔隙水应力 超静水孔隙应力
布辛内斯克公式
竖直集中力作用下半无限空间弹性体内任一 点应力的解析解。
(1)单粒结构;(2)蜂窝结构;(3)絮状 结构
(1)层状构造;(2)分散构造;(3)裂隙 构造(4)结核状构造
土的工程特性
(1)压缩性高; (2)强度低; (3)透 水性大
土的渗透性和渗流问题
水力坡降 i
单位渗流长度上的水头损失
渗流压密
向下渗流使得有效应力增加,导致土层发生 压密变形,称渗流压密
有效应力:由土骨架传递(或承 担)的应力
孔隙应力:由土中孔隙流体水和 气体传递(或承担)的应力
孔压系数
土体在不排水和不排气条件下,由外荷载引 起的孔隙压力增量与应力增最的比值。
固结过程孔压系数的变化
外荷载 附加应力σz
土骨架:有效应力
孔隙水:孔隙水压力
应力历史
土在其形成的地质年代中所经受的应力变化 情况称为应力历史。
沉降与时间的关系
t
Tv

Cv H2
t
U t=1
8
2
2
e 4
Tv
( 1)
St UtS
沉降与时间的关系
Ut

St S
从 Ut 查表(计算)确定 Tv
t Tv H 2 Cv
土的抗剪强度
莫尔库伦破坏理论要点
1.破坏面上,材料的抗剪强度是法向应力的函数。
f f ( )

S Si
29
计算步骤
(a)计算原地基中自重应力分布 (b)基底附加压力p0 (c)确定地基中附加应力分布
地面
(d)确定计算深度zn
自重应力
(e)地基分层Hi
(f)计算每层沉降量Si
p
d p0
szi zi
d
基底
Hi
附加应力
(g) 各层沉降量叠加
沉降计算深度
30
用e-p曲线计算
地面
土力学重点知识点
土的三相性
土的物理性质指标
1)土的密度、重度 2)土粒的比重 3)土的饱和度 4)土的含水量 5)土的孔隙比和空隙率
土的结构与构造
(1)单粒结构;(2)蜂窝结构;(3)絮状 结构
(1)层状构造;(2)分散构造;(3)裂隙 构造(4)结核状构造
土的结构与构造
Si

ai 1 e1i
( p2i

p1i )Hi

ai 1 e1i
zi Hi
Si
ai 1 e1i
Ai
Ai p0 (zii zi1i1)
i 平均附加应力系数
规范法
p0
0z(i1)
zi-1 zi
Ai
0zi
附加应力
32
沉降计算分层总和法注意问题
固结过程
p
h p
达西定律
渗透速度与水力梯度呈线性关系的运动规律
流砂与管涌
当动水力足够大时,会将土体冲起,造成破 坏。当动水力梯度大于土的浮重度时,土体 被水冲起的现象,称为流土
当土体颗粒级配不连续时,水流可将土体粗 粒孔隙中充填的细粒土冲走,破坏土的结构 ,这种作用称作管涌。
流土与管涌的区别
土体中的应力计算
p
w
h h
h 0
p
基本假定
①土层均匀且完全饱和; ②土颗粒与水不可压缩; ③变形是单向压缩(水的渗出和土层压缩是单向的); ④荷载均布且一次施加; ⑤渗流符合达西定律且渗透系数保持不变; ⑥压缩系数a是常数。
固结微分方程的解析解
u(z, t)

4p π
i1
sin
mππ 2H
土的压缩性的地基沉降计算
固结
饱和土压缩的全过程叫做土的固结
24
土的固结状态
先期固结压力:土体在固结过程中所受的最 大竖向有效应力
正常固结土:先期固结压力等于现时的土压 力pc=p1
超固结土:先期固结压力大于现时的土压力 pc>p1
欠固结土:先期固结压力小于现时的土压力 pc<p1
exp
m2

π2 4
Tv


m=1,3,5, 7······
Tv

Cv H2
t
时间因数
反映孔隙水压力的消散程度-固结程度
固结度
固结度
0.0 0.2 0.4
1
0.6 0.8 1.0
0.001
2
3 透水边界
渗 流
不透水边界
0.01
0.1
时间因数
曲线1 曲线2 曲线3
1
e1
压缩后
p2 cz z
e2
S zH vH
e1
e e2
Vs 1 Vs 1
z

v

e 1 e1

e1 e2 1 e1
S

zH

vH

e1 e2 1 e1
H
基本假定和基本原理
(a)假设基底压力为线性分布 (b)附加应力用弹性理论计算 (c)只发生单向沉降:侧限应力状态 (d)只计算固结沉降,不计瞬时沉降和次固结沉降 (e)将地基分成若干层,认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和
角点法
有效应力原理
A: 土单元的断面积 As: 颗粒接触点的面积 Aw: 孔隙水的断面积
a-a断面竖向力平衡:
A AS Aw
u:孔隙水 a 压力
A Psv uAw
Psv Aw u
AA
有效应力σ’
Aw 1 A
'u
a
PS
PSV
PS
有效应力
2.当法向应力不很大时,抗剪强度可简化为法向应力的线性
函数
f c tg
3.土单元体中,任何一个面上的剪应力大于该面上土的抗剪度 ,土单元体即发生破坏,用破坏准则表示
41
库仑定律
固结度
固结度(Ut):土的固结过程中某一时间t的 固结沉降量s1与固结稳定的最终沉降量s之比
沉降计算分层总和法基本原理
分别计算基础中心点下地基各个分层土的压 缩变形量,求和
一维问题
均匀土层压缩基本课题
H/2
cz

H 2
H/2
p
γ,e1 σz=p H
侧限条件
压缩前
p1 cz
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