(段)土力学第五章.ppt Microsoft PowerPoint 演示文稿
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5土力学-土的压缩与固结-演示
p0= z：自重压力 pc= p0：正常固结土 pc> p0：超固结土 pc< p0：欠固结土
OCR =1：正常固结 OCR >1：超固结 OCR <1：欠固结
超固结比： OCR pC p0
相同p0 时，一般OCR 越大，
土越密实，压缩性越小
§5土的压缩与固结
§5.3应力历史对土的压缩性的影响
S Si
理论上不够完备，缺乏统一理论； 单向压缩分层总和法是一个半径验性方法。
§5土的压缩与固结
§5.4 地基最终变形量计算 二、地基最终沉降量分层总和法
2、计算步骤
情况1
地面
•不考虑地基回弹的情形： •沉降量从原基底算起； •适用于基础底面积小，埋深浅，施工快。
d
基底
情况2
•考虑地基回弹的情形： •沉降量从回弹后的基底算起； •基础底面大，埋深大，施工期长。
e2
S mvpH mvA
S pH pH
Es
E
p1 p
p
p2
§5土的压缩与固结
§5.4 地基最终变形量计算 一、单一土层一维压缩问题
2、计算公式
S
zH
vH
e1 e2 1 e1
H
（b）e-lgp曲线
优点: •可使用推定的原状土压缩曲线； •可以区分正常固结土和超固结土 并分别进行计算。
② 过e0 作水平线与pc作用线交于B。由假定①
知，B点必然位于原状土的初始压缩曲线上；
③ 以0.42e0 在压缩曲线上确定C点，由假定② 知，C点也位于原状土的初始压缩曲线上；
④ 通过B、C两点的直线即为所求的位压缩曲线。
pc p0
土力学 第5章 土的压缩与固结
地下水 位
持力层
下卧层
工程事故——建筑物倾斜、严重下沉、墙体开裂和地基断裂
地基变形值——沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜 地基变形要求：地基变形值＜规范允许值
土具有变形特性
荷载作用
荷载大小
地基发生沉降 一致沉降 （沉降量） 差异沉降 （沉降差）
土的压缩特性 地基厚度
建筑物上部结构产生附加应力
影响建筑物的安全和正常使用
a △ p s H 1 e1 △p s H Es
△e e1 e2 压缩系数 a △p △p
压缩模量 E S
1 e1 a
此三个公式都可以计算压缩量、沉降量
a △ p s H 1 e1
△p s H Es
F
填土
一层土的沉降量是这样 计算，
地下水位
黏土
多层土的总沉降量如何 计算呢？
工程实例 墨西哥某宫殿 存在问题： 沉降2.2米 ，且左右两 部分存在明 显的沉降差 。 地基：20多米厚的黏土
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
基坑开挖，引起地面、阳台裂缝
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除
47m
39
150 194 199 175 87
0.9 0.8 0.7 0.6 0
△e
△p
100
200 300 400
p (kPa)
为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由 p1 100kPa 增加 到 p 2 200kPa 时所得的压缩系数 a12 来评价土的压缩性。
（课本第77页）
压缩模量——是土在无侧向变形条件下，竖向应力 与应变的比值。 土的压缩模量可根据下式计算：
第五章土力学
固结不排水试验
若实际情况介于以上两种情况之间，可以采用固结不排水试验。 三轴固结不排水试验确定的有效应力强度参数宜用于分析地基的长 期稳定性，例如，土坡的长期稳定分析，挡土墙的长期土压力，位 于软土地基上结构物的地基长期稳定分析等。
例题5
某饱和粘性土无侧限抗压强度试验得到不排水抗剪试验强度cu＝
不固结不排水试验
在试样施加周围压力之前，将试样的排水阀 关闭，在不固结的情况下即施加轴向力进行剪切，剪切过程中排 水阀始终关闭，试样中产生孔隙水压力。 加应力仅仅由孔隙水压力承担，“弹簧”没有变形，故有效应力圆
饱和粘土不固结不排水剪强度包线为一水平线，只有粘聚力。附
只有一个的原因。弹簧不变形，抗剪强度不变，半径不变。
第5章 土的抗剪强度
5.1 抗剪强度概述 5.3 土的抗剪强度及 破坏理论 5.5 粘性土的抗剪强度特征
5.2 土的抗剪强度试验
5.4 砂类土的抗剪强度特征 5.6 特殊粘性土的抗剪 强度特征 5.8 土的动力强度特性
5.7 粘性土的流变特性
§5.1 抗剪强度概述（一）
抗剪强度概念：
土体抵抗剪切破坏的极限能力，数值上等于土体
(σ1-σ3) / [σ1+σ3+2c×cotυ] > sinυ；已破坏
破坏时的倾角：cr= 45°+υ/2
例题1
例题5-1 一饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结不排水试验，施加围 压σ3＝200kPa，试样破坏时主应力差σ1-σ3＝280kPa。测得孔隙水压力 uf＝180kPa，整理试验结果得：有效内摩擦角υ’ =24°，有效粘聚力c’ =80kPa ，试求破坏面上的σf 和τf 及试样中的τmax 。 解：已知 σ3＝200kPa，σ1=280+200=480kPa，
若实际情况介于以上两种情况之间，可以采用固结不排水试验。 三轴固结不排水试验确定的有效应力强度参数宜用于分析地基的长 期稳定性，例如，土坡的长期稳定分析，挡土墙的长期土压力，位 于软土地基上结构物的地基长期稳定分析等。
例题5
某饱和粘性土无侧限抗压强度试验得到不排水抗剪试验强度cu＝
不固结不排水试验
在试样施加周围压力之前，将试样的排水阀 关闭，在不固结的情况下即施加轴向力进行剪切，剪切过程中排 水阀始终关闭，试样中产生孔隙水压力。 加应力仅仅由孔隙水压力承担，“弹簧”没有变形，故有效应力圆
饱和粘土不固结不排水剪强度包线为一水平线，只有粘聚力。附
只有一个的原因。弹簧不变形，抗剪强度不变，半径不变。
第5章 土的抗剪强度
5.1 抗剪强度概述 5.3 土的抗剪强度及 破坏理论 5.5 粘性土的抗剪强度特征
5.2 土的抗剪强度试验
5.4 砂类土的抗剪强度特征 5.6 特殊粘性土的抗剪 强度特征 5.8 土的动力强度特性
5.7 粘性土的流变特性
§5.1 抗剪强度概述（一）
抗剪强度概念：
土体抵抗剪切破坏的极限能力，数值上等于土体
(σ1-σ3) / [σ1+σ3+2c×cotυ] > sinυ；已破坏
破坏时的倾角：cr= 45°+υ/2
例题1
例题5-1 一饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结不排水试验，施加围 压σ3＝200kPa，试样破坏时主应力差σ1-σ3＝280kPa。测得孔隙水压力 uf＝180kPa，整理试验结果得：有效内摩擦角υ’ =24°，有效粘聚力c’ =80kPa ，试求破坏面上的σf 和τf 及试样中的τmax 。 解：已知 σ3＝200kPa，σ1=280+200=480kPa，
土力学教学课件第五章土的抗剪强度
dlsin
dlcos
1
楔体静 力平衡
3dl sin dl sin dl cos 0
1dl cos dl cos dl sin 0
斜面上的应力
1 1 1 3 1 3 cos 2 2 2
3
1 1 3 sin 2 2
dlcos
1
dlsin
莫尔应力圆方程
1 1 2 1 3 3 2 1 2
2 2
A(, )
O
3
2 1/2(1 +3 )
由最大剪应力τmax所控制。
七、例题分析 【例】地基中某一单元土体上的大主应力为430kPa，小主 应力为200kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=15 kPa， =20o。试问①该单元土体处于何种状态？②单元土体最
大剪应力出现在哪个面上，是否会沿剪应力最大的面发生 剪破？
【解答】 已知1=430kPa，3=200kPa，c=15kPa， =20o
库仑定律：土的抗剪强
度是剪切面上的法向总应 力 的线性函数
f
砂土
f tan
后来，根据粘性土剪切试验得出
f
c 粘土
f tan c
库伦公式
c:土的粘聚力
f c tg
(无粘性土：c=0)
:土的内摩擦角
抗剪强度指标
f
c
二、土体抗剪强度影响因素
摩擦力的两个来源 1.滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙 所产生的摩擦。 2.咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的 咬合力。 粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子 引力等因素形成。
dlcos
1
楔体静 力平衡
3dl sin dl sin dl cos 0
1dl cos dl cos dl sin 0
斜面上的应力
1 1 1 3 1 3 cos 2 2 2
3
1 1 3 sin 2 2
dlcos
1
dlsin
莫尔应力圆方程
1 1 2 1 3 3 2 1 2
2 2
A(, )
O
3
2 1/2(1 +3 )
由最大剪应力τmax所控制。
七、例题分析 【例】地基中某一单元土体上的大主应力为430kPa，小主 应力为200kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=15 kPa， =20o。试问①该单元土体处于何种状态？②单元土体最
大剪应力出现在哪个面上，是否会沿剪应力最大的面发生 剪破？
【解答】 已知1=430kPa，3=200kPa，c=15kPa， =20o
库仑定律：土的抗剪强
度是剪切面上的法向总应 力 的线性函数
f
砂土
f tan
后来，根据粘性土剪切试验得出
f
c 粘土
f tan c
库伦公式
c:土的粘聚力
f c tg
(无粘性土：c=0)
:土的内摩擦角
抗剪强度指标
f
c
二、土体抗剪强度影响因素
摩擦力的两个来源 1.滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙 所产生的摩擦。 2.咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的 咬合力。 粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子 引力等因素形成。
第5章完成(改2土力学精品PPT课件
由σ3计算σ1p 比较σ1与σ1p
判断破坏可能性
σ1<σ1p 弹性平衡状态 σ1=σ1p 极限平衡状态 σ1>σ1p 破坏状态
核心
§5.2 土体抗剪强度的库仑定律
1. 库仑公式
无粘性土 粘性土
f tan
c -- 粘聚力
f ctan -- 内摩擦角
P
f ：
土的抗剪强度
A
tg：
S
摩擦强度-正比于压力
T
c：
粘聚强度-与所受压力无关
图5.2 抗剪强度与法向压应力之间的关系 （a）无粘性土 （b）粘性土
2. 抗剪强度的来源
1) 无粘性土的抗剪强度仅由内摩 2) 擦力组成 * 内摩擦力的来源： (1)由剪切面上颗粒与颗粒粗糙面产
绘抗剪强度曲线； ② 由已知点的应力σ1、σ3
绘摩尔应力圆；
③ 若应力圆位于f曲线下
方，则不破坏；若应力
圆与f曲线相切或相割
则破坏。
f
2）解析法 * 方法1:
3= 常数
根据应力状态计算出 大小主应力σ1、σ3
1,3x 2z x 2z24x2z
1 p3 ta 2 (4 n 5 2 ) 2 c ta 4 n 5 2 )(
办公楼 外墙
黄色粘土
青色粘土
地基土可能的滑动方向
石头和粘土
岩石
大阪的港口码头档土墙由于液化前倾
阪 神 地 震 中 新 干 线 的 倾 覆
日本新泻1964年地震引起大面积液化
土的抗剪强度研究在工程上的应用,归结起来主要有三方面:
地基承载力及稳定性 挡土墙上的土压力 边坡的稳定性
地基的破坏 挡土结构物破坏 各种类型的滑坡
r
3 x
土力学--土的抗碱强度 ppt课件
莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件
1 3
sin
1
3
2
c ctg
1
1 3 3 2c ctg
2
1 3
2
f c tan
c
O
3
1
c ctg 1 3
2 ppt课件
36
§5 土的抗剪强度 §5.1 土体破坏与强度理论
12
§5 土的抗剪强度 §5.1 土体破坏与强度理论
二、工程中土体的破坏类型 2. 各种类型的滑坡
2000年西藏易贡巨型滑坡
湖水每天上涨
50cm ?
天然坝 坝高290 m
滑坡堰塞湖 库容15亿方 10个月后溃坝
ppt课件
13
§5 土的抗剪强度 §5.1 土体破坏与强度理论
二、工程中土体的破坏类型 2. 各种类型的滑坡
σz按顺时针方向旋转α
小主应力: 3 p r
σx按顺时针方向旋转α
圆心： p ( x z ) / 2
半径：
r
(
x
z
)
/
22
2 xz
莫 尔 圆：代表一个单元的应力状态； 圆上一点：代表一个面上的两个应力与
p (1 3) / 2
q (1 3) / 2 r
三、土的强度机理
3、粘聚强度
粘聚强度机理
粘聚强度影响因素
静电引力（库仑力） 范德华力 颗粒间胶结 假粘聚力（毛细力等）
地质历史 粘土颗粒矿物成分 密度 离子价与离子浓度
--
+
- - ppt课件
25
§5 土的抗剪强度
1 3
sin
1
3
2
c ctg
1
1 3 3 2c ctg
2
1 3
2
f c tan
c
O
3
1
c ctg 1 3
2 ppt课件
36
§5 土的抗剪强度 §5.1 土体破坏与强度理论
12
§5 土的抗剪强度 §5.1 土体破坏与强度理论
二、工程中土体的破坏类型 2. 各种类型的滑坡
2000年西藏易贡巨型滑坡
湖水每天上涨
50cm ?
天然坝 坝高290 m
滑坡堰塞湖 库容15亿方 10个月后溃坝
ppt课件
13
§5 土的抗剪强度 §5.1 土体破坏与强度理论
二、工程中土体的破坏类型 2. 各种类型的滑坡
σz按顺时针方向旋转α
小主应力: 3 p r
σx按顺时针方向旋转α
圆心： p ( x z ) / 2
半径：
r
(
x
z
)
/
22
2 xz
莫 尔 圆：代表一个单元的应力状态； 圆上一点：代表一个面上的两个应力与
p (1 3) / 2
q (1 3) / 2 r
三、土的强度机理
3、粘聚强度
粘聚强度机理
粘聚强度影响因素
静电引力（库仑力） 范德华力 颗粒间胶结 假粘聚力（毛细力等）
地质历史 粘土颗粒矿物成分 密度 离子价与离子浓度
--
+
- - ppt课件
25
§5 土的抗剪强度
西南交通大学-土力学课件-第五章
=18.43º
5-4 =20º c=31.5kPa
第四节
一. 砂土的强度试验
砂土的抗剪强度
砂土——颗粒较粗且无粘聚力的土。强度试验多采用直剪 仪或三轴仪进行，其强度线的特征为一过原点的斜直线，即 c=0，有效内摩擦角一般在28～42。 二. 砂土强度的构成
1．滑动摩擦；
2．颗粒之间的机械咬合，剪胀； 3．颗粒受扰动后的重新排列，高压下颗粒破碎。
两式联立，解得
ccu=9.32 kPa，cu =16.6
（2）确定有效应力强度指标
相应的强度准则可写为
1 1 ( '1 '3 ) c' cos ' ( '1 '3 ) sin ' 2 2
有效应力与总应力的关系为 ' u 因为两组试验的孔隙水压分别为63、110kPa，相应的
超固结——试验时的固结压力小于土样的前期固结压力。
重塑土 ——结构彻底破坏的土。其特点是在任何固结压力下
均为正常固结，其强度线的特征为一过原点的斜直线，
即c=0。
一. 粘土的强度试验
粘土除了可以采用直剪和单轴试验外，主要的试验方式为
三轴剪切试验。原因在于三轴试验可以控制排水条件，而土的 抗剪强度受控于土中的有效应力，此点对于粘性土尤为重要。 1．不排水剪（快剪） 饱和土样在施加围压及竖向荷载的过程中，排水管阀门始
1 1 （1 3） （1 3） sin c cos 2 2
将两组试验值分别代入，得到
1 1 (205 100) (205 100) sincu ccu cos cu 2 2
1 1 (385 200) (385 200) sincu ccu coscu 2 2
第5章 土的抗剪强度与地基承载力(3)39页PPT文档
0
2
（5-25） （5-26）
把它代入式（5-24）得zmax的表达式：
zm ap xm d (c o t2 ) 1 (c co tm d ) （5-27）
临塑荷载是指基础边缘地基中刚要出现塑性区时基底单位面积上所
承担的荷载，即zmax=0时的荷载：
当荷载偏心距e 小于或等于0.033倍基础底面宽度时，可根据土的抗剪强
度指标确定地基承载力特征值，并应满足变形要求。
3）根据地基承载力理论公式确定地基承载力
①由土体极限平衡条件导出的临塑荷载和临界荷载计算公式。 ②另一种是根据地基土刚塑性假定而导得的极限承载力计算公式。 工程实践中，可以根据建筑物不同要求，用临塑荷载或临界荷载作为地 基承载力。也可以用极限承载力计算公式计算极限承载力除以一定安全系 数作为地基承载力。
担的荷载，它相当于地基土中应力状态从压缩阶段过渡到剪切阶段时的界 限荷载。
格尔谢万诺夫根据 载荷试验结果，提出 了地基破坏的过程经 历三个发展阶段。
a）压密阶段；b）剪切阶段；c）隆起破坏阶段
1）压密阶段。 对应p-s曲线的oa段。在这个阶段外加荷载较小，p-s曲线接近于直 线，地基中的应力尚处在弹性平衡阶段，地基中任一点的剪应力均小于 土的抗剪强度，该阶段沉降主要是土的压密变形引起的。 2）剪切阶段。 又称塑性变形阶段，对应p-s曲线的ab段。在这一阶段，地基中局 部范围内（首先在基础边缘）土的剪应力达到土的抗剪强度，这部分土 体发生剪切破坏，土体处于塑性区。随着荷载的增大，土中塑性区的范 围逐步扩大，但塑性区并未在地基中连成一片，地基基础仍有一定的稳 定性，地基的安全度则随着塑性区的扩大而降低。 3）破坏阶段。 又称塑性流动阶段，对应p-s曲线的bc段。该阶段基础以下两侧的 地基塑性区贯通并连成一片，基础两侧土体隆起，很小的荷载增量都会 引起基础大的沉陷。这时变形主要不是由土的压缩引起，而是由地基土 的塑性流动引起，是一种随时间不稳定的变形，其结果是基础向比较薄 弱的一侧倾倒，地基发生整体剪切破坏。
土力学第五章-土的压缩性.
压缩稳定状态和侧限条件
• 土的压缩稳定状态： 指土体在压力作用下，压缩变形量达到最大值时的状态。 • 有侧限条件： 土体侧向受到限制，受压前后的横截面积保持不变，则 体积变化量实际上就是由土体厚度的变化引起。 • 无有侧限条件： 土体侧向没有限制，土体可以侧向变形，受压后的横截 面积发生变化。
土的压缩试验
z 1 e1 Es z av
• 关系：
z E0 z
2 E0 E s E s (1 ) 1
2
体积压缩系数
• 体积压缩系数： 指土体在有侧限条件下，垂直方向的应变与垂直方向 应力之比，与压缩模量互成倒数。
av z 1 mv z E s 1 e1
压缩定律(e-p曲线)
• 压缩定律： 就是反映压缩曲线的陡缓程度，它实际上就是压缩曲 线的斜率。在压力变化并不大时，土体孔隙比的变化与 压力的变化成反比。
e1 e2 e av p 2 p1 p
• e-p曲线的斜率就是压缩系数av，随曲线不同点而变化， 单位是kPa-1。
压缩定律(e-logp曲线)
先期固结压力的确定
• 土的先期固结压力可由e-lgp曲线确定。 • 方法： 1）在e-lgp曲线上，找到曲率最大点； 2）过最大点作水平线和切线； 3）作水平线和切线的角平分线； 4）反向延长e-lgp曲线的直线段； 5）直线段与角平分线的交点所对应的压力就是所求的 先期固结压力。
侧压力系数和侧膨胀系数
• 土的压缩定律也可用e-lgp曲线的斜率来表示：
e1 e2 Cc log p2 log p1
• e-lgp曲线的斜率就是压缩指数，它是一个基本不变的值。 • 压缩系数和判断
• 一般以压力在100~200kPa范围内的压缩系数作为划分 土体压缩性的标准。
土力学第5章-土的渗透性及固结理论讲解
yz z
u y
0
zx
yz
z
u
x y z z
式中
u , u , u 为各个方向的单位渗透力。 x y z
编辑ppt
（2）
线弹性条件下，有效应力与土体应变之间的关系服从虎克定律：
式中，
x
2G
1
2
v
x
y
2G
1
2
v
y
z
2G
1
2
v
z
yz
G
yz , zx
基本假设：
（1）粘土层均质、饱和。 （2）土粒和水不可压缩。 （3）水的渗透和土的压缩只沿竖向发生。（一维固结） （4）渗透服从Darcy定律，且k保持不变。 （5）压缩系数av保持不变。 （6）外荷载一次瞬时施加。
编辑ppt
p
砂
dh 1 u dz
w z
饱 和
H
z
粘
1
土
H dz
砂
z
编辑ppt
155 20
编辑ppt
四、饱和粘土的渗透固结理论
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
编辑ppt
1. Terzaghi一维（单向）固结理论
• 固结模型 孔隙 孔隙水 土骨架
编辑ppt
• 固结过程
p
u
t0
u p
0
p
u
t0
0u p
0 p 编辑ppt
p
t
u0
p
• 一维固结方程
UQ U rz(1Q )U z (1)
式中 U rz
U
z