地基基础课件：土的有效应力原理
合集下载
土的有效应力原理
土的有效应力原理
土的有效应力原理是指土体中的颗粒间受到的有效应力，是土体内部颗粒之间的相互作用所产生的结果。
有效应力是指土体中颗粒间的相互作用所产生的应力，它是影响土体力学性质的重要因素之一。
有效应力原理对于土体的稳定性、变形特性以及工程设计和施工具有重要的指导意义。
土体中的有效应力与孔隙水压力有着密切的关系。
在土体中存在着孔隙水，当外部施加荷载时，孔隙水会受到挤压，从而产生孔隙水压力。
有效应力原理指出，土体中的有效应力等于总应力减去孔隙水压力。
也就是说，有效应力是指土体颗粒间的实际受力情况，而不包括孔隙水的影响。
因此，有效应力是影响土体内部力学行为的关键因素。
在工程实践中，理解土体的有效应力原理对于地基工程、边坡稳定性分析、地下水压力计算等方面具有重要意义。
在地基工程中，有效应力原理可以帮助工程师合理设计地基承载力，保证建筑物的稳定性和安全性。
在边坡稳定性分析中，有效应力原理可以帮助工程师评估边坡的稳定性，预测可能发生的滑坡和坍塌等灾害。
在地下水压力计算中，有效应力原理可以帮助工程师准确计算地下水对结构物的影响，保证工程的安全运行。
总之，土的有效应力原理是土力学中的重要概念，对于工程实践具有重要的指导意义。
理解土体中的有效应力原理，可以帮助工程师更好地设计和施工工程，保证工程的安全性和稳定性。
因此，深入研究土的有效应力原理，对于提高工程质量和安全性具有重要意义。
第5.0土的有效应力原理ppt课件
24
§5.1 土的有效应力原理
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 2.附加应力作用情况
(1) 侧限应力状态及一维渗流固结
▪ 实践背景：大面积均布荷载 p
p
饱和压缩层 不透水岩层
σz=p
侧限应力状态
25
§5.1 土的有效应力原理
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 2.附加应力作用情况
(1) 侧限应力状态及一维渗流固结
1 3
体积V
孔隙流体的体积变化
V1 Cf uA nV
3(1 2) Cs E
土骨架的体积变化 暂时假定土骨架为线弹性体
uA
V2 v V (1 2 3 )V
总应力增量 有效附加应力
应变增量
轴向 1 3 1 3 uA [(1 3 uA ) 2(uA )]/ E
侧向
0
uA
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 1.自重应力情况
(1) 静水条件 毛细饱和区
总应力 － 孔隙水压力 ＝ 有效应力
H
毛细饱
和区 sat hc
ht
hw
whc -
H whc
H satht
+
whw H satht whw 20
§5.1 土的有效应力原理
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 1.自重应力情况
u
u w (H h) satH w (H h)
H wh 渗透压力: wh
22
§5.1 土的有效应力原理
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 1.自重应力情况
取土骨架为隔离体
向上渗流: Δh
向下渗流:
H
粘土层 γsat
H wh
简述土的有效应力原理
简述土的有效应力原理
1 土的有效应力概念
土有效应力指的是土的静力学参量，表征了土内部构建强度。
土
有效应力概念对于土力学分析是必不可少的，只有正确地认识了土有
效应力，才能准确地说明土中分布并存的挤压和剪切作用。
2 土的有效应力原理
土的有效应力原理是指，由于土的特性，当作用于土体的力引起
的应力变化，其介观的影响只发生在有效应力的范围内。
土的有效应力可以用正的和负的两部分来说明。
正的有效应力可
以把土体放大；而负的有效应力可以把土体压缩。
有效应力比较小时，可以被视为土体处于弹性范围；而当有效应力达到一定值，土体则可
以产生塑性现象，并可能引起岩土体完整破坏。
有效应力的大小，主要由土体的结构及强密度的因素决定，在工
程上强度水平设定一般为在某特定区间内。
同样的负载，由于土体结
构及强密度的变化，有效应力会发生变化，也就是说，有效应力是可
变的。
3 土有效应力的应用
土有效应力的研究应用于土体力学分析，主要是为了评价工程结构质量，确定设计和施工所必需的抗侧测试以及预知可能发生的地质灾害。
土有效应力也为土体延性和剪切模量的试验提供参考，帮助研究者从室内研究获得有实际意义的结果，为比较土体的强度性能和工程的稳定性提供基础数据。
4 总结
土的有效应力原理是土力学分析中重要的概念，其分为正有效应力和负有效应力。
它可以有效地用来评价工程结构质量和预知可能发生的地质灾害，为土体延性和剪切模量的研究提供参考，从而确定合理的设计及施工方法。
土的渗透性及土的有效应力原理.ppt
U (t) 1
1
2H
udz
2Hp 0
2H
U (z,t)dz
2H ( p u) dz
0
0 p
1
1
2H
udz U (t)
2H
2H
2Hp 0
U
1 2
m0
1 M2
exp(M 2Tv )
U
1
8
2
exp( 2
4
Tv )
(U (t) 30%)
• 适用范围
a. 双面排水
2H
b. 单面排水且附加应力 沿深度均匀分布
四、饱和粘土的渗透固结理论
在土粒静水或缓慢流水环境中沉积，并经化学作用 形成的粘性土或粉土。
consolidate
压缩
渗透
固结
饱和粘土：渗透性差，变形持续时间长。
t
砂土
饱和粘土
S
1. Terzaghi一维（单向）固结理论
• 固结模型 孔隙 孔隙水
土骨架
• 固结过程
p
u
t0
u p
0
p
u
t0
0u p 0 p
h
h1
b-b
h2
i w
a-a
a
z
b-b截面 b 0
a-a截面 a wh1 sath2 ua w (h1 h2 h)
a a ua h2 wh ( i w)h 2
b-b
i w
a-a
z
a
i
a
i w 0 a 0
ic
w
临界水力梯度
i w 渗透力
（1）影响因素
• 土颗粒的粒径、级配和矿物成分 • 孔隙比或孔隙率 • 土的结构和构造 • 土的饱和度 • 水的动力粘滞度
土力学第二章有效应力.ppt
成层 H
• 轴线附近应力扩散，σz减小
H
• 应力扩散程度与土层刚度比有关
成层
• 随H/B的增大，应力扩散增强
B
均匀 E1
硬层 E2>E1
B
硬层E1 均匀
E2<E1
影响土中应力分布的因素
§3.3 附加应力
非线性和弹塑性
• 对竖直应力计算值的影响不大 • 对水平应力有显著影响
变形模量随深度增大的地基
应力状态及应力应变关系
自重应力 附加应力
• 水平地基中的 自重应力
基底压力计算
有效应力原理
常规三轴压缩试验
§3.2 自重应力
定义：在修建建筑物以前，地基中由土体本身 的有效重量而产生的应力
目的：确定土体的初始应力状态 假定：水平地基 半无限空间体 半无限弹性体
有侧限应变条件 一维问题
二维应力状态（平面应变状态）
o
y
z
x
y
z zx xy
yz x
z zx xz
x
垂直于y轴断面的几何形状与应力状态相同 沿y方向有足够长度，L/B≧10 在x, z平面内可以变形，但在y方向没有变形
y 0 yx yz 0
地基中的应力状态（2）
§3.1 应力状态及应力应变关系
有效应力原理
土体中的应力计算
第二章：土体中的应力计算
§2.1 §2.2 §2.3 §2.4 §2.5 §2.6
应力状态及应力应变关系 自重应力 附加应力 基底压力计算 有效应力原理 常规三轴压缩试验
§3.1 应力状态及应力应变关系
zx z+
-
材料力学
有效应力原理课件
总应力=有效应力+孔隙水压力。
有效应力与破坏的关系
剪切破坏
土体在剪切力作用下发生的破坏，表 现为土体出现裂缝或滑动面。
压缩破坏
土体在垂直压力作用下发生的破坏， 表现为土体压缩变形过大或产生侧向 挤出。
有效应力的计算方法
01
通过实测土体内孔隙水压力和总 应力，计算得到有效应力。
02
常用计算公式：有效应力=总应 力-孔隙水压力。
有效应力原理的发展趋势 与展望
REPORTING
有效应力原理的局限性
仅适用于均质、连续 、各向同性的介质
未考虑应力与应变的 关系
未考虑应力状态对渗 透性的影响
未来发展方向与趋势
拓展到非均质、非连续、各向异 性介质
研究应力状态对渗透性的影响机 制
发展基于有效应力原理的数值模 拟方法
对实际工程的指导意义与价值
VS
详细描述
通过有效应力原理，可以分析水流对河床 的冲刷、水库的淤积等问题，为水利工程 的规划、设计和运行提供科学依据。同时 ，有效应力原理在水力学、流体动力学等 领域也有广泛的应用。
PART 04
有效应力原理的实验验证
REPORTING
实验设备与材料
01
02
03
04
压力传感器
用于测量土壤压力。
环境工程中的有效应力原理
总结词
在环境工程中，有效应力原理广泛应用于水力学、土壤侵蚀 和污染物迁移等领域。
详细描述
通过有效应力原理，可以研究水流对河床、海岸线的冲刷作 用，分析土壤侵蚀的机制，以及预测污染物的迁移规律。这 有助于环境保护和治理措施的制定。
水利工程中的有效应力原理
总结词
在水利工程中，有效应力原理是研究水 流与河床、水库等相互作用的重要理论 基础。
有效应力与破坏的关系
剪切破坏
土体在剪切力作用下发生的破坏，表 现为土体出现裂缝或滑动面。
压缩破坏
土体在垂直压力作用下发生的破坏， 表现为土体压缩变形过大或产生侧向 挤出。
有效应力的计算方法
01
通过实测土体内孔隙水压力和总 应力，计算得到有效应力。
02
常用计算公式：有效应力=总应 力-孔隙水压力。
有效应力原理的发展趋势 与展望
REPORTING
有效应力原理的局限性
仅适用于均质、连续 、各向同性的介质
未考虑应力与应变的 关系
未考虑应力状态对渗 透性的影响
未来发展方向与趋势
拓展到非均质、非连续、各向异 性介质
研究应力状态对渗透性的影响机 制
发展基于有效应力原理的数值模 拟方法
对实际工程的指导意义与价值
VS
详细描述
通过有效应力原理，可以分析水流对河床 的冲刷、水库的淤积等问题，为水利工程 的规划、设计和运行提供科学依据。同时 ，有效应力原理在水力学、流体动力学等 领域也有广泛的应用。
PART 04
有效应力原理的实验验证
REPORTING
实验设备与材料
01
02
03
04
压力传感器
用于测量土壤压力。
环境工程中的有效应力原理
总结词
在环境工程中，有效应力原理广泛应用于水力学、土壤侵蚀 和污染物迁移等领域。
详细描述
通过有效应力原理，可以研究水流对河床、海岸线的冲刷作 用，分析土壤侵蚀的机制，以及预测污染物的迁移规律。这 有助于环境保护和治理措施的制定。
水利工程中的有效应力原理
总结词
在水利工程中，有效应力原理是研究水 流与河床、水库等相互作用的重要理论 基础。
土力学二章 有效应力课件
土力学二章 有效应力
•
建筑物
•
基础
• 桩端持力层
地基
土力学二章 有效应力
• 基础：建筑物的下部结构，它将整个建筑物 （包括基础）的重量及荷重传递给地基。
• 地基：建筑物修建后，使土体中一定范围内应 力状态发生了变化，这部分由建筑物荷载引起 土体内应力变化的土层叫地基。
• 持力层：直接与基础接触，并承受压力的土层。
土力学二章 有效应力
地基中常见的应力状态
1.一般应力状态——三维问题
z
zx
xy
x
y yz
o x
z y
ij =
x xy xz
yx y yz zx zy z
ij =
土力学二章 有效应力
x xy xz yx y yz
zx zy z
地基中常见的应力状态
轴对称三维问题
ij =
土力学二章 有效应力
x 0xy xz 0yx y 0yz zx 0zy z
3.侧限应力状态
▪应变条件
y x 0;
xyyzzx0
▪应力条件
xyyzzx0; x y;
x E xE yz 0;
xy1zK0z;
▪独立变量 z,z F(z)
K0：侧压力系数
ij =
0 x 0xy 0xz
土力学二章 有效应力
第一节 概述
• 研究地基土中应力的目的 • 1.定量的预测土体变形（如地基沉降）、稳定
性（如地基、边坡、洞室）等。 • 2.选择合理的基础形式、结构形式 • 3.确定建筑物地基勘探的深度和范围
土力学二章 有效应力
几个基本概念
• 地基与基础 • 自重应力与附加应力 • 有效应力
•
建筑物
•
基础
• 桩端持力层
地基
土力学二章 有效应力
• 基础：建筑物的下部结构，它将整个建筑物 （包括基础）的重量及荷重传递给地基。
• 地基：建筑物修建后，使土体中一定范围内应 力状态发生了变化，这部分由建筑物荷载引起 土体内应力变化的土层叫地基。
• 持力层：直接与基础接触，并承受压力的土层。
土力学二章 有效应力
地基中常见的应力状态
1.一般应力状态——三维问题
z
zx
xy
x
y yz
o x
z y
ij =
x xy xz
yx y yz zx zy z
ij =
土力学二章 有效应力
x xy xz yx y yz
zx zy z
地基中常见的应力状态
轴对称三维问题
ij =
土力学二章 有效应力
x 0xy xz 0yx y 0yz zx 0zy z
3.侧限应力状态
▪应变条件
y x 0;
xyyzzx0
▪应力条件
xyyzzx0; x y;
x E xE yz 0;
xy1zK0z;
▪独立变量 z,z F(z)
K0：侧压力系数
ij =
0 x 0xy 0xz
土力学二章 有效应力
第一节 概述
• 研究地基土中应力的目的 • 1.定量的预测土体变形（如地基沉降）、稳定
性（如地基、边坡、洞室）等。 • 2.选择合理的基础形式、结构形式 • 3.确定建筑物地基勘探的深度和范围
土力学二章 有效应力
几个基本概念
• 地基与基础 • 自重应力与附加应力 • 有效应力
土力学教学PPT第三章 地基中的应力
一、孔隙水应力的概念 孔隙水应力：饱和土体中由孔隙水来承担 或传递的应力定义为孔隙水应力，常用u表示。
u w hw
孔隙水应力的特性与通常的静水压力一样， 方向始终垂直于作用面，任一点的孔隙水应力 在各个方向是相等的。
二、有效应力概念
有效应力：通过粒间接触面传递的应力 称为有效应力，只有有效应力才能使得土体 产生压缩（或固结）和强度。 把研究平面内所有粒间接触面上接触力 的法向分力之和除以所研究平面的总面积所 得的平均应力来定义有效应力
说明：只讨论静荷载引起的地基附加应力。 动载由土动力学研究。
2. 基本假定 • 地基土是各向同性、均质、线性变形体 • 地基土在深度和水平方向都是无限的
地 表 临 空 地基：均质各向同性线性变形半空间体
应用弹性力学关于弹性半空间的理论解答
3.附加应力的扩散作用
二、竖向集中力作用下地基附加应力——布辛 尼斯克解 P
Ns A
三、有效应力原理 对饱和土体内某一研究平面
A Ns A As u
1 a u
Ns A
u
静水条件下水平面上的孔隙水应力和有 效应力 w h1 sat h2
u w hw w h1 h2
2．偏心荷载下的基底压力
pmax pmin N G M A W
bl 2 W 6
M ( N G )e
pmax pmin
e
N G lb
6e (1 ) l
M N G
l e 6
l e 6
pmax 2( N G ) 3bk
l k e 2
l e 6
• 荷载沿长度方向均布条形基础 • 避免出现Pmin小于0的情况
u w hw
孔隙水应力的特性与通常的静水压力一样， 方向始终垂直于作用面，任一点的孔隙水应力 在各个方向是相等的。
二、有效应力概念
有效应力：通过粒间接触面传递的应力 称为有效应力，只有有效应力才能使得土体 产生压缩（或固结）和强度。 把研究平面内所有粒间接触面上接触力 的法向分力之和除以所研究平面的总面积所 得的平均应力来定义有效应力
说明：只讨论静荷载引起的地基附加应力。 动载由土动力学研究。
2. 基本假定 • 地基土是各向同性、均质、线性变形体 • 地基土在深度和水平方向都是无限的
地 表 临 空 地基：均质各向同性线性变形半空间体
应用弹性力学关于弹性半空间的理论解答
3.附加应力的扩散作用
二、竖向集中力作用下地基附加应力——布辛 尼斯克解 P
Ns A
三、有效应力原理 对饱和土体内某一研究平面
A Ns A As u
1 a u
Ns A
u
静水条件下水平面上的孔隙水应力和有 效应力 w h1 sat h2
u w hw w h1 h2
2．偏心荷载下的基底压力
pmax pmin N G M A W
bl 2 W 6
M ( N G )e
pmax pmin
e
N G lb
6e (1 ) l
M N G
l e 6
l e 6
pmax 2( N G ) 3bk
l k e 2
l e 6
• 荷载沿长度方向均布条形基础 • 避免出现Pmin小于0的情况
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《九江大堤今年又见“豆腐渣”》
《解放军报》 2000年08月14日
“豆腐脑”
需要的土力学知识： 有效应力原理 渗流固结理论 土的强度理论
《羊城晚报》2000年07月31日
有效应力原理的基本概念
土体是由固体颗粒骨架、孔隙流体（水和气）三相构成的碎散 材 料，受外力作用后，总应力由土骨架和孔隙流体共同承受
有效应力原理的基本概念
饱和土是由固体颗粒骨架和充 满 其间的水组成的两相体。受 外力 后，总应力分为两部分承
担由：土骨架承担，并通过颗粒之间
的接触面进行应力的传递，称 为 粒间应力。
由孔隙水来承担，通过连通的孔
隙水传递，称为孔隙水压力。孔 隙水不能承担剪应力，但能承 受 法向应力。
外荷载 总应力
有效应力原理的基本概念
饱和土体所承受的总应力σ为有效应力σ’与孔隙水压力u之和
A
饱和土中的应力形态
a-a断面通过土
颗粒的接触点
A： 土单元的断面积
As： 颗粒接触点的面积 A AS Aw
Aw：孔隙水的断面积
a
u：孔隙
a
a-a断面竖向力平衡：
水压力
A s As uAw
s As Aw u AA
'u
①变形的原因 颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动—与 σ’ 有
关；
结论： 孔隙水压力在各个方向
接触点处应力过大而破碎—与 σ’ 有关。
上 的大小相等；
②强度的成因
有效应力作用使孔隙体
凝聚力和摩擦—与σ’ 有关
积 发生改变,土体发生压缩
③孔隙水压力的作用 对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有
； 有效应力控制了土体的
贡 献，并且水不能承受剪应力，因而
变 形及强度。
孔隙 水压力对土的强度没有直接的影
响；
它在各个方向相等，只能使土颗粒本身
受到等向压力，由于颗粒本身压缩模量
很大，故土粒本身压缩变形极小。因而
孔隙水压力对变形也没有直接的影响，
土体不会因为受到水压力的作用而变得
密实。
附加应力情况
外荷载
附加应力z 土骨架＋孔隙水
地基基础
土的压缩性与地基沉降计算
内容
1. 土的压缩性 2. 土的有效应力原理 3. 地基土的应力分布
土层自重应力 基底压力(接触压力和附加压力) 地基附加应力
4. 地基最终沉降量计算 5. 地基变形与时间的关系(了解)
1998年 九江大堤决口
“豆腐渣”工程 “王╳ ╳”工程
2000年 30公里 双钟圩堤身滑坡
PS
PSV
土骨架承担 土骨架传递
有效应力σ’
Aw 1 A
'u
已知或易知 测定或计算
PS
分析：
As很小，第2项中As/A可略去不计； 但第1项不能略去； 局限性，如煤层。
通常, 总应力已知或易知 'u
孔隙水压测定或算定 （2）土的变形与强度都只取决于有效应力
有效应力
非饱和土的有效应力公式还处于探索阶段！ 代表人物有：陈正汉，中国人民解放军后勤工程学院
土骨架 有效应力
孔隙水 孔隙压力u
超静孔隙 水压力
孔隙流体
三相体系
土＝ 固体颗粒骨架 + 孔隙水 + 孔隙气体
受外荷载作用 总应力由土骨架和孔隙流体共同承受 对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？ 它们如何传递和相互转化？ 它们对土的变形和强度有何影响？
总应力
有效应力原理 K. V.Terzaghi(1923)
土力学从一般固体力学中分离出 来，成为一门独立的分支学科。
《解放军报》 2000年08月14日
“豆腐脑”
需要的土力学知识： 有效应力原理 渗流固结理论 土的强度理论
《羊城晚报》2000年07月31日
有效应力原理的基本概念
土体是由固体颗粒骨架、孔隙流体（水和气）三相构成的碎散 材 料，受外力作用后，总应力由土骨架和孔隙流体共同承受
有效应力原理的基本概念
饱和土是由固体颗粒骨架和充 满 其间的水组成的两相体。受 外力 后，总应力分为两部分承
担由：土骨架承担，并通过颗粒之间
的接触面进行应力的传递，称 为 粒间应力。
由孔隙水来承担，通过连通的孔
隙水传递，称为孔隙水压力。孔 隙水不能承担剪应力，但能承 受 法向应力。
外荷载 总应力
有效应力原理的基本概念
饱和土体所承受的总应力σ为有效应力σ’与孔隙水压力u之和
A
饱和土中的应力形态
a-a断面通过土
颗粒的接触点
A： 土单元的断面积
As： 颗粒接触点的面积 A AS Aw
Aw：孔隙水的断面积
a
u：孔隙
a
a-a断面竖向力平衡：
水压力
A s As uAw
s As Aw u AA
'u
①变形的原因 颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动—与 σ’ 有
关；
结论： 孔隙水压力在各个方向
接触点处应力过大而破碎—与 σ’ 有关。
上 的大小相等；
②强度的成因
有效应力作用使孔隙体
凝聚力和摩擦—与σ’ 有关
积 发生改变,土体发生压缩
③孔隙水压力的作用 对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有
； 有效应力控制了土体的
贡 献，并且水不能承受剪应力，因而
变 形及强度。
孔隙 水压力对土的强度没有直接的影
响；
它在各个方向相等，只能使土颗粒本身
受到等向压力，由于颗粒本身压缩模量
很大，故土粒本身压缩变形极小。因而
孔隙水压力对变形也没有直接的影响，
土体不会因为受到水压力的作用而变得
密实。
附加应力情况
外荷载
附加应力z 土骨架＋孔隙水
地基基础
土的压缩性与地基沉降计算
内容
1. 土的压缩性 2. 土的有效应力原理 3. 地基土的应力分布
土层自重应力 基底压力(接触压力和附加压力) 地基附加应力
4. 地基最终沉降量计算 5. 地基变形与时间的关系(了解)
1998年 九江大堤决口
“豆腐渣”工程 “王╳ ╳”工程
2000年 30公里 双钟圩堤身滑坡
PS
PSV
土骨架承担 土骨架传递
有效应力σ’
Aw 1 A
'u
已知或易知 测定或计算
PS
分析：
As很小，第2项中As/A可略去不计； 但第1项不能略去； 局限性，如煤层。
通常, 总应力已知或易知 'u
孔隙水压测定或算定 （2）土的变形与强度都只取决于有效应力
有效应力
非饱和土的有效应力公式还处于探索阶段！ 代表人物有：陈正汉，中国人民解放军后勤工程学院
土骨架 有效应力
孔隙水 孔隙压力u
超静孔隙 水压力
孔隙流体
三相体系
土＝ 固体颗粒骨架 + 孔隙水 + 孔隙气体
受外荷载作用 总应力由土骨架和孔隙流体共同承受 对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？ 它们如何传递和相互转化？ 它们对土的变形和强度有何影响？
总应力
有效应力原理 K. V.Terzaghi(1923)
土力学从一般固体力学中分离出 来，成为一门独立的分支学科。