土力学课件第4章 土压力和土坡稳定-63页文档资料
合集下载
土力学与地基基础——土压力及土坡稳定
1.填土表面有均布荷载（以无粘性土为例）
q
填土表面深度z处竖向应力为(q+z)
h
z
A
相应主动土压力强度
z＋q
pa (z＋q)Ka
A点土压力强度
B点土压力强度
paA qKa
paB (h＋q)Ka
B
若填土为粘性土，c＞0 临界深度z0
z0 2c /( Ka )－q /
z0 ＞0说明存在负侧压力区，计算中应不考 虑负压力区土压力 z0 ≤0说明不存在负侧压力区，按三角形或 梯形分布计算
静止土压力 E0：坚硬地基上，断面较大 主动土压力 Ea：一般挡土墙 被动土压力 Ep: 桥台
桥面
E
拱桥桥台
4.三种土压力之间的关系
-△ +△
E
挡土墙所受土压力的大小
并不是一个常数，而是随
位移量的变化而变化。
静止土压力 E0 主动土压力 Ea 被动土压力 Ep
Ep
Eo
Ea
o
-△ △a
△p
对学同性一质挡相土同墙的，条在件填下有土以的下物规理律力：1. Ea ＜Eo ＜＜Ep
1.粘性土主动土压力强度存在负侧压力区（计 算中不考虑）
2.合力大小为分布图形的面积（不计负侧压力 部分）
3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底 (h-z )/3处
h
z
三、被动土压力
z(σ3)
pp(σ1)
三 挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土
体，产生位移，竖向应力保持不变，
、 水平应力逐渐增大，位移增大到△p，
K p tg2 (45 f / 2)
1 sin f 1 sin f
K0 1 sinf
新版精品土压力和土坡(ppt资料)
第十九页，共58页。
f c tg
0
a K0 z
z
p
三种(sān zhǒnɡ)状态时的莫尔圆
第二十页，共58页。
朗肯土压力(yālì)计算
一、土体的极限平衡(pínghéng)状态
1
3tg2 (45
2
)
或
3
1tg2(45
2
)
或
1 3 sin 1 3
第二十一页，共58页。
1
3tg2 (45
2
cos( ) cos( ) sin( cos2 sin( ) sin(
) )
第三十五页，共58页。
dE 0
d
Emax所对应的挡土墙后填土的破坏角 cr，即为真正(zhēnzhèng)滑动面的倾
角。
库伦主动土压力(yālì)的一般表达式：
Ea
1 H 2
2
cos2
cos(
朗肯土压力类型
f c tg
0
K0 z
z
自重(zìzhòngz)应力 z
竖直(shùzhí)截面上的法向x应力K0 z
弹性(tánxìng)平衡状态时的莫尔圆
第十七页，共58页。
1.土体在水平方向伸展
单元体在水平截面上的法向应力 z不变，
而竖直截面上的法向应力 x却逐渐减小，直至
满足极限平衡条件（称为主动(zhǔdòng)朗肯
土压力(yālì)类型
土压力
主动土压力
被动土压力
静止压力
第十四页，共58页。
H E0
H 3
静止(jìngzhǐ)土压力 的分布
第十五页，共58页。
朗肯土压力(yālì)理论
朗肯土压力(yālì)简介
f c tg
0
a K0 z
z
p
三种(sān zhǒnɡ)状态时的莫尔圆
第二十页，共58页。
朗肯土压力(yālì)计算
一、土体的极限平衡(pínghéng)状态
1
3tg2 (45
2
)
或
3
1tg2(45
2
)
或
1 3 sin 1 3
第二十一页，共58页。
1
3tg2 (45
2
cos( ) cos( ) sin( cos2 sin( ) sin(
) )
第三十五页，共58页。
dE 0
d
Emax所对应的挡土墙后填土的破坏角 cr，即为真正(zhēnzhèng)滑动面的倾
角。
库伦主动土压力(yālì)的一般表达式：
Ea
1 H 2
2
cos2
cos(
朗肯土压力类型
f c tg
0
K0 z
z
自重(zìzhòngz)应力 z
竖直(shùzhí)截面上的法向x应力K0 z
弹性(tánxìng)平衡状态时的莫尔圆
第十七页，共58页。
1.土体在水平方向伸展
单元体在水平截面上的法向应力 z不变，
而竖直截面上的法向应力 x却逐渐减小，直至
满足极限平衡条件（称为主动(zhǔdòng)朗肯
土压力(yālì)类型
土压力
主动土压力
被动土压力
静止压力
第十四页，共58页。
H E0
H 3
静止(jìngzhǐ)土压力 的分布
第十五页，共58页。
朗肯土压力(yālì)理论
朗肯土压力(yālì)简介
新版精品土压力、地基承载力和土坡稳定性(ppt资料)
19
第十九页，共112页。
此时， x达到(dá dào)最低限值 a，
a是小主应力， z是大主应力，
莫尔圆与抗剪强度包线（破坏包线）相切。剪切
破坏面与水平面的夹角为
。 45
2
20
第二十页，共112页。
f c tg
0
a
K0 z
z
主动(zhǔdòng)朗肯状态时的莫尔圆
21
第二十一页，共112页。
第五十一页，共112页。
1.土楔体的自重W ABC ； R； E；
37
第三十七页，共112页。
1. 无粘性(zhān xìnɡ)土
p
ztg 2 (45
2
)
或
p zK p
2. 粘性(zhān xìnɡ)土
p
ztg 2 (45
2
)
2c
tg(45
2
)
或
p zK p 2c K p
38
第三十八页，共112页。
从以上公式(gōngshì)可知：无粘性土 的被动土压力强度呈三角形分布； 粘性土的被动土压力强度呈梯形分布。如取单位 墙长计算，则被动土压力可由下式计算：
土坡
天然
(tiānrán)
人土工坡
(réngōng)
土坡
5
第五页，共112页。
由于内在或外在因素的影响， 土坡可能发生局部土体的滑动失 稳，造成事故(shìgù)并危及人身安全。因此， 应验算边坡的稳定性，必要时应采取适当的工 程措施来保证边坡的稳定性。
6
第六页，共112页。
第2节 挡土墙上的 土压力(yālì)
15
第十五页，共112页。
在离地表为z深度处取一单 元体，单元体水平(shuǐpíng)截面上的法 向应力等于该处土的自重应力，即
第十九页，共112页。
此时， x达到(dá dào)最低限值 a，
a是小主应力， z是大主应力，
莫尔圆与抗剪强度包线（破坏包线）相切。剪切
破坏面与水平面的夹角为
。 45
2
20
第二十页，共112页。
f c tg
0
a
K0 z
z
主动(zhǔdòng)朗肯状态时的莫尔圆
21
第二十一页，共112页。
第五十一页，共112页。
1.土楔体的自重W ABC ； R； E；
37
第三十七页，共112页。
1. 无粘性(zhān xìnɡ)土
p
ztg 2 (45
2
)
或
p zK p
2. 粘性(zhān xìnɡ)土
p
ztg 2 (45
2
)
2c
tg(45
2
)
或
p zK p 2c K p
38
第三十八页，共112页。
从以上公式(gōngshì)可知：无粘性土 的被动土压力强度呈三角形分布； 粘性土的被动土压力强度呈梯形分布。如取单位 墙长计算，则被动土压力可由下式计算：
土坡
天然
(tiānrán)
人土工坡
(réngōng)
土坡
5
第五页，共112页。
由于内在或外在因素的影响， 土坡可能发生局部土体的滑动失 稳，造成事故(shìgù)并危及人身安全。因此， 应验算边坡的稳定性，必要时应采取适当的工 程措施来保证边坡的稳定性。
6
第六页，共112页。
第2节 挡土墙上的 土压力(yālì)
15
第十五页，共112页。
在离地表为z深度处取一单 元体，单元体水平(shuǐpíng)截面上的法 向应力等于该处土的自重应力，即
土力学第四章课件
土力学第四章课件一、压缩性四、地基压缩变形量指在竖向附加应力作用下，地基土层产四、本章主要内容一、固结试验（一）室内压缩试验土的室内压缩试验，是研究土压缩性的最基本的方法。
室内压缩试验采用的试验。
试验时将切有土样的环刀置于刚性护环常规压缩试验通过逐级加荷进行试验，常V v＝e0HiV v＝e i（二）压缩曲线e二、压缩性指标1、压缩系数aαtan =a eΔ=e压缩系数数值越大，土的压缩性越高压缩系数a 值与土所受的荷载大小有关。
工程中一般采用100～200 kPa 压力区间内2、压缩指数C c当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧e Δe e ?e3、压缩模量E s根据e -p 曲线，可以得到另一个重要V ＝e ?Hp 2V ＝ee e ?∴1121（e ΔH Δ例4-1一饱和粘性土样进行室内压缩试验，已知土样的原始高度为20mm，初始e e 解：（1）计算孔隙比及（2）计算压缩系数并评价该土的压缩性21?a 土在完全侧限的条件下体积应变?4、体积压缩系数m v反压重物三、土的变形模量（一）浅层平板载荷试验及应力变形曲线1－载荷板2－千斤顶3－百分表4－平台反力梁千斤顶基准梁荷载板百分表地基土现场载荷试验p -s 曲线（二）变形模量变形模量计算公式：由于土体不是完全弹性体，加上二种试验*一、分层总和法（二）假设1、每一薄层的附加应力为直线分布；（三）计算公式pσΔppEΔΔQ（四）计算步骤1.地基土分层；4.计算各分层界面处基底中心下竖向附加应力及每一薄层平均附加应力；7.确定地基沉降计算深度（或压缩层下限）；8.计算各薄层土的压缩量s i； Hp1i—第i层土自重应力平均值；p—第i层土自重应力平均值与附加应力例题4-2尺寸为4m×2m，上部结构的荷载F=1168kN，地基基础剖面及有关计算指标如图4-12及图4-13所示，试用分层总和法计算地基最终沉降量。
（P132）解：（1）地基分层：粘土与粉质粘土的分界面及地下水位面须作为计算分层面，同时各分层土（3）地基附加应力的计算①计算基底附加压力nzσσ（4）确定地基沉降计算深度一般按≤0.2的要求确定沉降计算深度。
rAAA土质土力学07土压力与土坡稳定【PPT】
(4) 挡土墙的建筑材料
如挡土墙的材料采用素混凝土和钢筋混凝土，可认为 墙的表面是光滑的，不计墙土间的摩擦力；若为砌石 挡土墙，就必须计算摩擦力，因而土压力的大小和方 向都不同。
7 土压力与土坡稳定
3．静止土压力计算
作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应
力的水平分量
静止土压力强度
po Koz
静止土压力系数测 定方法：
1)通过侧限条件下的 试验测定
z
z
Po
1 2
K oH
2
K0z
静止土压力
H H/3
2)采用经验公式K0 = 1-sinφ’ 计算， ’—
系数
土的有效内摩擦角 3)经验值：砂土取
K0H
0.35-0.41；粉质粘土 取0.50-0.70；粘土取
静止土压力分布
三角形分布
Mohr圆与强度 圆在强度曲线以 圆内移与强度曲 圆外移并与强度
曲线的关系 下，弹性状态
线相切
曲线相切
Rankine状态
主动土压力
被动土压力
7 土压力与土坡稳定
z
σz=z
pp＝Kpz
增加
σx＝K0z
减小
pa＝Kaz
主动 伸展
被动 压缩
大主应力方向 小主应力方向
7 土压力与土坡稳定 f
摩尔圆 外移
坡 高
坡趾
坡体 坡角
7 土压力与土坡稳定
(1)天然土坡
• 江、河、湖、海岸坡
7 土压力与土坡稳定
• 山、岭、丘、岗、天然坡
贵州洪家渡
7 土压力与土坡稳定
(2)人工土坡
挖方：沟、渠、坑、池
露 天 矿
7 土压力与土坡稳定
如挡土墙的材料采用素混凝土和钢筋混凝土，可认为 墙的表面是光滑的，不计墙土间的摩擦力；若为砌石 挡土墙，就必须计算摩擦力，因而土压力的大小和方 向都不同。
7 土压力与土坡稳定
3．静止土压力计算
作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应
力的水平分量
静止土压力强度
po Koz
静止土压力系数测 定方法：
1)通过侧限条件下的 试验测定
z
z
Po
1 2
K oH
2
K0z
静止土压力
H H/3
2)采用经验公式K0 = 1-sinφ’ 计算， ’—
系数
土的有效内摩擦角 3)经验值：砂土取
K0H
0.35-0.41；粉质粘土 取0.50-0.70；粘土取
静止土压力分布
三角形分布
Mohr圆与强度 圆在强度曲线以 圆内移与强度曲 圆外移并与强度
曲线的关系 下，弹性状态
线相切
曲线相切
Rankine状态
主动土压力
被动土压力
7 土压力与土坡稳定
z
σz=z
pp＝Kpz
增加
σx＝K0z
减小
pa＝Kaz
主动 伸展
被动 压缩
大主应力方向 小主应力方向
7 土压力与土坡稳定 f
摩尔圆 外移
坡 高
坡趾
坡体 坡角
7 土压力与土坡稳定
(1)天然土坡
• 江、河、湖、海岸坡
7 土压力与土坡稳定
• 山、岭、丘、岗、天然坡
贵州洪家渡
7 土压力与土坡稳定
(2)人工土坡
挖方：沟、渠、坑、池
露 天 矿
7 土压力与土坡稳定
土力学课件-第四章：土的压缩性与固结理论
u wh 9.81 6 58.86KPa ' A A u A 18.9 (10 H ) 58.86
解得H 6.89m
4.4 土的单向固结理论 一、饱和土的渗透固结
渗透固结：饱和土在附加压力作用下，孔隙中相应的 一些自由水将随时间而逐渐被排出，同时孔隙体积也 随着缩小，这个过程称为饱和土的渗透固结。
第四章
土的压缩性与固结理论
Compressibility of soils and consolidation theory
§4.1 概述
§4.2 土的压缩性
§4.3 饱和土中有效应力 §4.4 土的单向固结理论
学习要求
1. 掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法
2．掌握有效应力原理 3．掌握太沙基一维固结理论 4．掌握地基沉降随时间变化规律
2、压缩性指标
压缩系数a、压缩性指数Cc、压缩模量Es、体积模量Mv
（1）压缩系数a
是土体在侧限条件下孔隙比减
小量与竖向有效压应力增量的比值，
即e-p曲线中某一段的割线斜率。
de a dp
e e1 e2 a tan p p2 p1
a1-2<0.1MPa-1时， 低压缩性土； 0.1≤a1-2<0.5MPa-1时，中压缩性土； a1-2>0.5MPa-1时， 高压缩性土
孔隙压力：通过土中孔隙传递
的压应力称为孔隙压力。
A s As uw Aw ua Aa
对于饱和土
ua 0 Aa 0
A s As uw Aw s As uw ( A As )
s As
A As u w 1 A
形。
土力学 第四章.ppt
变形体，可按弹性理论计算土中应力 基底中心点下的
在压力作用下，地基土不产生侧向变 形，可采用侧限条件下的压缩性指标
2.单一压缩土层的沉降计算
附加应力进行计 算，以基底中点 的沉降代表基础 的平均沉降
在一定均匀厚度土层上施加连续均布
荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减
小，土层产生压缩变形，没有侧向变
形。
深度
0 0.4 1.4 2.4 3.2 4.0 4.8 5.6 6.4 7.2
分层厚度
自重应 力/kPa
14.6
0.4
22.0
1.0
30.5
1.0
38.7
0.8
45.2
0.8
51.7
0.8
58.2
0.8
64.6
0.8
71.1
0.8
77.9
附加应 力/kPa
54.6
平均自重 应力/kPa
平均附加 应力/kPa
量
Es
1 e1 a
e-lgp曲线lgp1 lgp2 lgp
斜率Cc
e ＝ lgp lg
e1 e2 p2 lg
p1
Cc越大，压缩性越高
说明：土的压缩模量Es与土的 的压缩系数a成反比， Es愈大， a愈小，土的压缩性愈低
Es＜4MPa 高压缩性土 4MPa~15MPa 中压缩性土
Cc＜0.2 低压缩性土 Es >15MPa 低压缩性土
一般取附加应力与自重应力
的比值为20％处，即σz=0.2σc
σc线
处的深度作为沉降计算深度的
下限,称为应力比方法
scz(i-1)
对于软土，应该取σz=0.1σc处， sczi
p1i
土力学课件 第四章 土的压缩与固结
一.弹性理论法 （２）
二、地基沉降的实用计算方法（１）
1.分层总和法 （1）计算原理 分层总和法一般取基底中心点下地基附加应力来计算各分层土的竖向压缩量，认为基础的平均沉降量s为各分层上竖向压缩量Dsi之和。在计算出Dsi时，假设地基土只在竖向发生压缩变形，没有侧向变形，故可利用室内侧限压缩试验成果进行计算。
a1－2≥0.5 MPa-1 属高压缩性土。
二.压缩性指标（３）
根据e～p曲线，可以得到另一个重要的侧限压缩指标—侧限压缩模量，简称压缩模量，用Es来表示。其定义为土在完全侧限的条件下竖向应力增量Δp（如从pl增至p2 ）与相应的应变增量Δε的比值，根据这个定义参见图4-5可得到：
式中Es—侧限压缩模量，MPa
压缩模量ES
二.压缩性指标（４）
二.压缩性指标（５）
图 4-2 侧限条件下土样高度变化与孔隙比变化的关系
在无侧向变形，即横截面积不变的情况下，同样根据土粒所占高度不变的条件，ΔH可用相应的孔隙比的变化Δe＝e1- e2来表示：
得到
将式(4-4b)代人式(4-3)得：
02
4.1概述（２）
土的压缩性主要有两个特点： １．土的压缩主要是由于孔隙体积减少而引起的。对于饱和土，土是由固体颗粒和水组成的，在工程上一般的压力(100~600kPa)作用下，固体颗粒和水本身的体积压缩量非常微小，可不予考虑，但由于土中水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩； ２．由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘性土来说是需要时间的，土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。这是由于粘性土的透水性很差，土中水沿着孔隙排出速度很慢。
单向固结仪
土样与压力室
01
根据压缩过程中土样变形与土的三相指标的关系，可以导出试验过程孔隙比e与压缩量DH 的关系，即