中南大学高等土力学课件__基本概念回顾
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中南大学土木工程材料 课件 土木工程材料课件 第一章
如硅酸钠玻璃是典型的玻璃 体结构，其结构中，Na、Si、 也称无定型结构。 和O离子无序堆积。 而石英玻璃是晶体，其结构 结构特点： 中Si、和O离子有序堆积。 质点排列无序，且无周
期性； 没有固定的几何外形。 胶体结构—只由微细的固体粒子和分散介质（液
体）组成的结构 种类：
针状晶体的微观结构
解答：
1）∵ V’o=10L, m’2=13.5kg; ρ0’ =（m’/V0’）= 13.5/10 = 1.35 g/cm3 ∵ m’=1000g, 吸水后质量=1036g. 设水的密度＝1。 则， Vo = 791－(1411－1036) = 416mL ∴ ρ0 =（m’/V0）= 1000/416 = 2.40 g/cm3 ∵ V=18.8mL, m=50g; ∴ ρ=(m/V)= 50/18.8=2.66 g/cm3 碎石在水中吸水的质量 2) P = [1－ρ0/ρ] ×100% =(1－2.40/2.66)=9.77% ＝开口孔隙体积 其中： P开= 36/416=8.65% P闭= 9.77%－8.65%=1.12% 3) D=1－P=90.23% P’=[1－ρ0’/ρ0] ×100% =(1－1.35/2.40)=43.8% D’=1－P’=1－43.8%=56.2%
单位体积的质量。
堆积密度ρ0’ ——松散堆积状态下
密度、表观密度和堆积密度测量方法
密度
表观密度 堆积密度
试样—颗粒；质量测量—固定体积法
堆积体积＝自然状态体 积＋堆积空隙体积
为什么要蜡封？ 试样— 粉末；体积测量—排液法。
排除任何孔隙后，材料的绝 对密实体积 自然状态下体积＝绝对密实体 积＋孔隙(开口与闭口)体积
V ×100% = 1－P V0
高等土力学第一章 课件
土的动应力-应 变关系
土的动力性质分 类
地震工程中的土动力学问题
土的动力性质：土的动剪切强度、动压缩强度和阻尼比等 地震工程中的土动力学问题：地震引起的土体液化、震陷、滑坡等 土的动力学模型：土的动力学本构模型、数值模拟方法等 抗震设计方法：基于土动力学原理的抗震设计方法、土体加固技术等
抗震设计方法与措施
土的应力-应变关系
土的应变：土体变形的程度
土的应力：土体受到的压力 或拉力
土的应力-应变关系曲线： 描述土的应力与应变之间的
关系
土的应力-应变关系的影响 因素：如土的种类、含水率、
温度等
04
土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力
土的强度分类：天然强度、有效强度、瞬时强度
地下水渗流 对工程的影 响
排水设计的 基本原则和 方法
排水设施的 种类和特点
排水设施的 布置和设计 要点
排水设施的 施工和维护
渗流对土体稳定性的影响
渗流现象及其产生原因 渗流对土体稳定性的影响 土体排水与加固措施 实际工程中的应用与案例分析
06
土的动力性质与地 震工程
土的动力性质
土的动强度
土的动变形
土力学的基本原理和概念 土力学在土木工程中的应用范围 土力学在土木工程中的具体应用案例 高等土力学在土木工程中的重要性
高等土力学在水利工程中的应用
水利工程中的土压力问题：介绍土压力的 产生、分类和计算方法，以及在水利工程 中的应用。
水利工程中的渗流问题：介绍渗流的基本 原理、计算方法和在水利工程中的应用， 包括堤坝、水库等。
土的物理性质
土的分类：根据土的颗粒大小、矿物成分、结构等特点进行分类 土的物理性质指标：包括密度、含水量、孔隙率、塑性指数等，用于描述土的物理性质 土的力学性质：包括抗剪强度、压缩性、渗透性等，用于描述土在力作用下的行为 土的工程分类：根据土的工程性质和特点，将土分为不同的类型，以便于工程设计和施工
高等土力学谢定义
高等土力学高等土力学是土木工程领域的一个重要分支，主要研究土壤的力学性质及其在土木工程中的应用。
土力学研究的对象是土壤的物理力学性质和土体在外力作用下的变形和破坏规律，帮助工程师能够正确地选择土壤基础和岩土工程结构设计，确保工程的安全性和可靠性。
土力学基本概念土壤是由固体颗粒、水和空气构成的多相体系，力学性质和结构会随着固体颗粒的类型、粒径和颗粒之间的相互作用、含水量等因素而变化。
土力学研究的基本概念包括以下几个方面：1. 土体力学性质土体的力学性质是指土壤在外力作用下的变形和破坏规律。
它包括土体的弹性性质、塑性性质、强度性质以及变形性质等。
土体在受到外力作用时，会发生弹性、塑性、粘塑性和黏塑性等不同类型的变形，并且会有一定的变形极限和破坏极限。
2. 土体结构土体的结构是指土壤颗粒之间的空隙状态和排列规律。
土壤颗粒之间的接触状态和排列规律会影响土体的力学性质和水力性质。
土体的结构包括颗粒间接触状况、颗粒间的连通性以及孔隙分布和孔隙比等参数。
不同的土体结构对于土体的刚度、渗透性和稳定性会产生重要影响。
3. 土体水力性质土体的水力性质是指土壤中水分的分布和运动规律。
水分含量对土壤的力学性质和稳定状态有重要影响。
土体中的水分可以分为吸附水、毛细水和重力水等不同形式。
高等土力学的应用高等土力学的研究结果将直接应用于土木工程中，确保工程的安全性和可靠性。
以下是高等土力学在工程实践中的一些应用：1. 土壤基础设计土壤基础是土木工程中的重要组成部分，包括建筑物、桥梁、道路等的基础和地基。
通过对土壤岩石的力学性质、结构和水力性质的研究，高等土力学可以对土壤基础进行设计和优化，确保基础的稳定性和承载能力。
2. 土壤侧向力设计土体在侧向力作用下会发生变形和破坏，特别是在边坡、挡墙和隧道施工等工程中。
高等土力学可以通过研究土体的强度性质和侧向变形规律，提供给工程师合理设计和施工，确保工程的稳定性和安全性。
3. 地基处理和加固在某些情况下，土壤的承载力和稳定性不足以满足工程的要求。
高等土力学
（7）.土体变形完全是由空隙水排出和超静水压力消散引起的
土的本构关系
太沙基方程：
2u u Cv 2 z t
k C v 其中：固结系数 mv
mv
k
为常数
关系。
1 x ( y x ) E 1 y y ( z x ) E 1 z z ( y x ) E 2(1 ) xy xy E 2(1 ) yz yz E 2(1 ) zx zx E
可写为：
3 I1 2 I 2 I3 0
土的本构关系
应力不变量： 第一应力不变量 第二应力不变量
I1 x y z
2 2 2 I 2 x y y z z x xy yz zx
第三应力不变量
f c tan
c:粘聚强度
tan
：摩擦强度
影响土强度的因素： 1.颗粒矿物成分的影响 2.粗粒土颗粒的几何性质 3.土的组成 4.土的状态
5.土的结构
土的强度
有效应力原理： 作用在饱和土体上的总应力由两种介质承担，一种是：孔隙水压力，
另一种是：土颗粒组成的骨架上的有效应力，而土的抗剪强度由：有效
y
1 zy 2
1 xz 2 1 yz 2 z
故有6个分量是独立的：
x y z xy yz zx
土的本构关系
三个应变不变量
I1 x y z 1 2 3 1 2 I 2 x y y z z x ( xy 2 yz 2 zx ) 1 2 2 3 31 4 I 3 1 2 3
高等土力学第一章 课件
添加副标题
高等土力学第一章课件
汇报人：
目录
CONTENTS
01 添加目录标题 03 土的应力与应变
02 土力学基本概念 04 土的强度与稳定性
05 土压力与挡土墙设 计
06 地基承载力与沉降 计算
07 特殊土工程性质与 处理方法
添加章节标题
土力学基本概念
土的气组成的自然体
黄土的工程分类：根据黄土的工程性质，可 以将黄土分为不同的类型，不同类型的黄土 在工程中的处理方法也有所不同。
黄土的处理方法：包括排水固结法、强夯 法、换填法等，这些方法可以有效地改善 黄土的工程性质，提高工程的稳定性和安 全性。
膨胀土工程性质与处理方法
膨胀土的定义与分类
膨胀土的工程性质
膨胀土的膨胀机理
土的应变：土体变形的大小 和方向
土的应力-应变关系曲线：描述 土的应力与应变之间关系的曲 线
土的应力：土体受到的力，包 括压应力、剪应力和弯应力等
土的应力-应变关系特点：非 线性和弹塑性等
土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力 土的强度分类：天然强度、残余强度、有效强度等 影响土强度的因素：土的成分、结构、应力历史、环境条件等 土的强度试验方法：直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压试验等
稳定的能力。
地基承载力的影响 因素：包括土的物 理性质、力学性质、 地质条件、地下水 位、荷载大小和分
布等。
添加标题
添加标题
地基承载力与沉降 计算的关系：地基 承载力是影响建筑 物沉降的重要因素 之一，通过合理的 地基设计和沉降计 算，可以确保建筑 物的稳定性和安全
性。
添加标题
地基承载力与建筑 物安全性的关系： 地基承载力不足可 能导致建筑物沉降、 倾斜甚至倒塌，因 此在进行建筑设计 时，必须充分考虑 地基承载力的要求。
高等土力学第一章课件
汇报人：
目录
CONTENTS
01 添加目录标题 03 土的应力与应变
02 土力学基本概念 04 土的强度与稳定性
05 土压力与挡土墙设 计
06 地基承载力与沉降 计算
07 特殊土工程性质与 处理方法
添加章节标题
土力学基本概念
土的气组成的自然体
黄土的工程分类：根据黄土的工程性质，可 以将黄土分为不同的类型，不同类型的黄土 在工程中的处理方法也有所不同。
黄土的处理方法：包括排水固结法、强夯 法、换填法等，这些方法可以有效地改善 黄土的工程性质，提高工程的稳定性和安 全性。
膨胀土工程性质与处理方法
膨胀土的定义与分类
膨胀土的工程性质
膨胀土的膨胀机理
土的应变：土体变形的大小 和方向
土的应力-应变关系曲线：描述 土的应力与应变之间关系的曲 线
土的应力：土体受到的力，包 括压应力、剪应力和弯应力等
土的应力-应变关系特点：非 线性和弹塑性等
土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力 土的强度分类：天然强度、残余强度、有效强度等 影响土强度的因素：土的成分、结构、应力历史、环境条件等 土的强度试验方法：直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压试验等
稳定的能力。
地基承载力的影响 因素：包括土的物 理性质、力学性质、 地质条件、地下水 位、荷载大小和分
布等。
添加标题
添加标题
地基承载力与沉降 计算的关系：地基 承载力是影响建筑 物沉降的重要因素 之一，通过合理的 地基设计和沉降计 算，可以确保建筑 物的稳定性和安全
性。
添加标题
地基承载力与建筑 物安全性的关系： 地基承载力不足可 能导致建筑物沉降、 倾斜甚至倒塌，因 此在进行建筑设计 时，必须充分考虑 地基承载力的要求。
中南大学土力学与基础工程课件 土力学1-第六章
0
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说明：当地下水位上升时，地基的承载力将降低
第六章 地基承载力
§6.1 概述 √ §6.2 地基临塑压力 √ §6.3 地基极限承载力的理论近似解 §6.4 按《规范》确定地基承载力 §6.5 原位测试确定地基承载力
§6.3 地基极限承载力的近似解
一、普朗特—维西克理论
45o＋ / 2 45o－ / Ⅰ 2 Ⅱ Ⅱ
铁路桥涵地基基础设计规范
TB10002.5—2005
J464—2005
建筑地基基础设计规范
GB50007—2002
铁路桥涵地基基础设计规范
一、基本容许承载力 指基础宽度b≦2m，埋置深度H≦3m 时的承载力，一般以σ0表示
Q4年代：液性指数和孔隙比，表6-3
粘性土
Q3年代：压缩模量，表6-4 残积土：压缩模量，表6-5
§6.5 按原位测试确定地基承载力
一、载荷试验法 二、静力触探试验法 三、动力触探试验法 四、标准贯入试验法 五、旁压试验法 六、十字板试验法
本章作业 P191 6-7,6-8
c.计算内摩擦角和粘聚力 的标准值
k ck c c
2.确定地基承载力特征值
当e≤0.033b，根据土的抗 剪强度指标确定地基承载力
f a M bb M d m d M c征值
Mb、Md、Mc ——承载力系数（可根据k查表得到)
P
d Ⅲ
c
b
Ⅲ c
d
Ⅰ区：主动朗肯 区， 1竖直向， 破裂面与水平面 成45o＋/2
Ⅱ区：普朗特区， 边界是对数螺线
Ⅰ： 将无限长，底面光滑的荷载 板至于无质量的土(＝0)的表面上， 荷载板下土体处于塑性平衡状态时， 塑性区分成五个区
土的基本性质高等土力学课件
Bazant ZP, Oh BH. Microplane model for creep of anisotropic clay. J Eng Mech, ASCE, 1983.
59
蠕变微观机理
9次2×21点在二十面上的非正交对称分布
60
蠕变微观机理
9次2×21点在球面上的正交对称分布
61
蠕变微观机理
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土 层，强度较低，变形较大。
1
2
3
4
1995年阪神地震大阪的街道路面液化
5
1999年台湾大地震中台中县由于液化引 起的楼房倒塌
6
赵洲桥
隋朝石工李春所建，他把石台砌筑于密 实的粗砂 层上，一千三百多年来估计沉 降仅几厘米。
7
提纲
土的构成 土的物理化学性质 土的基本力学性质 土的分类
11次2×33点在多面上的正交对称分布
62
变形
本构模型 固结理论
63
土的分类
64
塑性指数分类指标界限值及土类名称
0 13
7
国家建委TJ7-74规范 砂土
轻亚粘土
水利部土工实验6规范 砂土 砂壤土
10
17
亚粘土 粘土
壤土
粘土
交通部79规范 冶金部冶基规103-77
地质矿产部84规范
砂土 砂土 砂土
ij
f
.
(n)ds
.
ij ij
3
2
bijkm
s
1
.
k2 T
sh1
.
T
k1
f
(n)ds
. km
.
ij
57
蠕变微观机理
土力学与基础工程课件-绪论.
•学习中，必须牢牢抓住土的变形、强度和稳定性 这一重要线索，并特别注意认识土的多样性和易 变性等特点。同时还必须掌握有关的土工试验技 术及地基勘察知识。
•要求理解有关公式的意义及应用条件，不要把过 多的注意力放在公式推导上。
•学习必须理论联系实际。
绪论
一、关于“土”
土是矿物碎屑构成的松软集合体。 “土体”，soil mass
基本特征： 1.土是自然历史的产物
许多矿物，一定地质历史时期，复杂自然作用， 形成地点、时期、各种矿物数量与质量，排列，性质 土是自然漫长的地质年代内所形成的性质复杂、不均匀、各 向异性且随时间不断变化的材料。----土的自然变异性 2.土是三相体系
研究方法：工程地质原理出发，试验研究，力学分析
土力学内容: 基本内容：基本概念、基本原理-------土力学 工程应用-----基础工程 试验-----土工试验
基本组成部分： 物理性质 渗流 固结沉降理论 抗剪强度 地基承载力 土压力
三、本课的特点和学习要求
•土木专业的一门重要的主干课程。涉及领域广、 内容多、综合性、理论性和实践性都很强。
固、液、气相。不同组合，性质不同
3.碎散性 散体，孔隙，透水透气
土的复杂性和特殊性 复杂性：散体，颗粒之间移动性 特殊性：个体
二、土力学
采用力学原理，研究土的物理、化学和力学性质以及土 体在荷载、水、温度等外界因素作用下的工程性状的应 用科学。 研究对象：矿物颗粒组成的松散集合体 研究内容：土的物理、化学和力学性质，工程性质 物理性质：土粒大小、成分、三相比例、结构、构造 力学性质：荷载作用下的压缩沉降、剪切破坏 工程性质：建筑物作用下土体固结沉降、破坏特征
•要求理解有关公式的意义及应用条件，不要把过 多的注意力放在公式推导上。
•学习必须理论联系实际。
绪论
一、关于“土”
土是矿物碎屑构成的松软集合体。 “土体”，soil mass
基本特征： 1.土是自然历史的产物
许多矿物，一定地质历史时期，复杂自然作用， 形成地点、时期、各种矿物数量与质量，排列，性质 土是自然漫长的地质年代内所形成的性质复杂、不均匀、各 向异性且随时间不断变化的材料。----土的自然变异性 2.土是三相体系
研究方法：工程地质原理出发，试验研究，力学分析
土力学内容: 基本内容：基本概念、基本原理-------土力学 工程应用-----基础工程 试验-----土工试验
基本组成部分： 物理性质 渗流 固结沉降理论 抗剪强度 地基承载力 土压力
三、本课的特点和学习要求
•土木专业的一门重要的主干课程。涉及领域广、 内容多、综合性、理论性和实践性都很强。
固、液、气相。不同组合，性质不同
3.碎散性 散体，孔隙，透水透气
土的复杂性和特殊性 复杂性：散体，颗粒之间移动性 特殊性：个体
二、土力学
采用力学原理，研究土的物理、化学和力学性质以及土 体在荷载、水、温度等外界因素作用下的工程性状的应 用科学。 研究对象：矿物颗粒组成的松散集合体 研究内容：土的物理、化学和力学性质，工程性质 物理性质：土粒大小、成分、三相比例、结构、构造 力学性质：荷载作用下的压缩沉降、剪切破坏 工程性质：建筑物作用下土体固结沉降、破坏特征