付红梅土力学与地基基础PPT.pptx

土力学与地基基础土力学与地基基础刘晶刘晶2014-20152014-2015学年第二学期学年第二学期自我介自我介绍绍刘晶2000-2004 沈阳建筑大学 理学学士2004-2007 重庆大学 工学硕士，20082012 英国雷丁大学（UNIVERSITY OF READING）工学博士2012-2013 英国雷丁大学（UNIVERSITY OF READING）芬兰阿尔托大学（AALTO UNIVERSITY）联合博士后英国皇家建筑设备工程师协会（CIBSE）会员三峡库区生态环境教育部重点实验室客座研究员（Visiting Fellow）中国绿色建筑与节能委员会青年委员会会员课课程介程介绍绍1、内容、内容 土力学部分土力学部分：任务1-任务7 土力学的基本原理 地基基地基基础础部分部分：任务8-任务15 桥涵基础的类型、设计和施工2、教学安排、教学安排 1-18周，72学时，理论实验实训3、考、考试试 出勤20%、平时作业30%、考试50%任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识1.土的形成地壳表面完整坚硬的岩石经过风风化、剥化、剥蚀蚀等外力作用而瓦解的碎块或矿物颗粒，在经过水流、风力、重力和冰川等作用的搬运，在适当的条件下，沉积成各种类型的土。土体是土体是岩石岩石风风化化的的产产物，是一种松散的物，是一种松散的颗颗粒堆粒堆积积物。物。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识 任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识1.土的形成 风风化作用化作用（1）物理）物理风风化：化：量量变变；不改不改变变土的矿物成分，产生颗颗粒粒较较粗粗的土，颗粒间无黏无黏结结作用作用，为无黏性土无黏性土；（2）化学）化学风风化化：质变质变；土的矿物成分发生改改变变，长生颗颗粒粒较细较细的土，颗粒间有黏有黏结结作用作用，为黏性土黏性土；（3）生物）生物风风化化：同时具有物理物理风风化化和化学化学风风化化的作用。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识2.土的组成土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒（固固相相）、水（液液相相）和气（气气相相）所组成的三相体系。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识3.土中的固体颗粒 指指标标：固体固体颗颗粒粒径大小；各粒径粒粒径大小；各粒径颗颗粒在土中所占的百分比粒在土中所占的百分比；固体 颗粒的矿物成分；颗粒的形状 任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识3.土中的固体颗粒（1）颗粒大小分析的相关概念 a）自然界中土粒粒径：0.005mm200mm b）原因：土的矿物成分；土所经历的风化和搬运过程 任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识3.土中的固体颗粒（1）颗粒大小分析的相关概念 c）重要概念：i）粒度粒度：颗粒粒径的大小；引起土的物理性质变化 ii）粒粒组组：粒度相近的颗粒合为一组；同粒组的土，物理性质相近 iii）颗颗粒粒级级配配：各粒组的质量占干土土样总质量的百分比。土中各粒组的相对含量 影响土（特别是无黏性土）的工程性质（主因）常用来作为土的分分类类和定名定名的标准 任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识3.土中的固体颗粒（1）颗粒大小分析的相关概念 土中颗粒大小分析方法：a）筛析法 b）密度计法 c）移液管法 任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识3.土中的固体颗粒（2）筛析法介绍 重点掌握操作步重点掌握操作步骤骤 分析分析筛筛与振与振筛筛机机任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识3.土中的固体颗粒（2）筛析法分析土粒大小举例 风干土质量1000g 小于 小于0.1mm的土质量百分数1.8%2mm筛上土质量403g 小于2mm的土质量百分数59.7%2mm筛下土质量597g 细筛分析时所取土样质量100g编号孔径mm累计留筛土质量g小于该孔径的土质量g小于该孔径的土质量百分数小于该孔径的土占总质量百分数11010090090.090.02719580580.580.53528072072.072.04240359759.759.75128.371.771.742.860.560.739.339.323.570.2592.37.77.74.680.1973.03.01.8底盘总计3某土某土样颗样颗粒大小分析粒大小分析试验试验的的筛筛析析结结果果纪录纪录任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识3.土中的固体颗粒b.颗粒级配曲线法i）横坐标粒径（用对对数比例尺数比例尺）纵坐标小于某粒径的土质量 百分比（普通比例尺普通比例尺）ii）曲线平平缓缓土中各种粒径的土粒 都有，颗粒不不均匀，级级配配良好良好；曲线陡峭土粒较均匀均匀，级级配配不良不良 任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-1 土的形成与土的形成与组组成成 一、理论知识3.土中的固体颗粒c.级配指标i）不均匀系数：当Cu=5且且Cc=/13，则级配良好良好；当Cu=0.673050松散稍松0.33=Dr0.259中密0.67Dr0.331029极松Dr0.22任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-3 土的物理状土的物理状态态指指标标 一、理论知识1.粉土的物理状态i）空隙比（反映密实度）：密实、中密合稍密 孔隙比e密实度e0.75密实0.75=e0.9稍密任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-3 土的物理状土的物理状态态指指标标 一、理论知识1.粉土的物理状态i）含水率（反映湿度）：稍湿、湿和很湿 含水率w密实度w20%稍湿20%=w30%很湿任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-3 土的物理状土的物理状态态指指标标 一、理论知识1.黏性土的物理状态黏性土最重要的物理状态特征是它的稠度稠度。稠度是指土的软软硬程度硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力抵抗能力。黏性土的随着含水率的增大增大强度明显降低降低。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-3 土的物理状土的物理状态态指指标标 一、理论知识1.黏性土的物理状态（1）界限含水率a）按其含水率的不同，黏性土的状态分别为：固固态态、半固、半固态态、可塑状、可塑状态态和流和流动动状状态态。b）黏性土由一种状态转入另一种状态时的分界含水率称为界限含水率。界限含水率。c）可塑状可塑状态转为态转为流流动动状状态态的界限含水率称为液限液限，用wl表示d）由半固由半固态转为态转为可塑状可塑状态态的界限含水率称为塑限塑限，用wp表示 缩限ws流动状态可塑状态半固态固态含水率w液限wl塑限wp任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-3 土的物理状土的物理状态态指指标标 一、理论知识1.黏性土的物理状态（2）液限与塑限的测定a）塑限：搓条法b）液限：平行锥式液限仪c）液、塑限：液、塑限联合测定仪 任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-3 土的物理状土的物理状态态指指标标 一、理论知识1.黏性土的物理状态（3）液性指数与塑性指数a）塑性指数描述黏性土可塑程度可塑程度的指标。用含水率含水率变变化范化范围围来衡量。这个范围（从液限到塑限）称为塑性指数塑性指数。塑性指数越大越大，土的可塑性越好。越好。塑性指数是黏性土分类的重要标注之一。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-3 土的物理状土的物理状态态指指标标 一、理论知识1.黏性土的物理状态（3）液性指数与塑性指数b）液性指数土的天然含水率与塑限的差除以塑性指数称为液性指数。液性指数是划分黏性土软软硬程度硬程度的物理性质指标。液性指数越大越大，土质越越软软。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-3 土的物理状土的物理状态态指指标标 一、任务实施任务1:某砂土试样，试验测定土粒相对密度Gs=2.7，含水率w9.43%，天然密度p1.66gcm3。已知砂样求此砂土的相对密度Dr，并判断砂土所处的密实状态。解1:砂土在天然状态下的空隙比砂土最小空隙比砂土最大空隙比相对密实度经查表1-8可知：该砂土处于中密状态任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-4 土的土的结结构与构造构与构造 一、理论知识1.土的结构a）土的结构是指土粒（或团粒）的大小、形状、互相排列及联结的特征。b）土的特征是在成土过程中逐渐形成的。c）土的结构对土的工程性质有重要影响。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-4 土的土的结结构与构造构与构造 一、理论知识1.土的结构入的结构按其颗粒的排列排列和联结联结可分为三种类型。（1）单粒结构a）碎石土和砂土的结构特征。b）特点：土粒间没有联结存在，或连结非常微弱，可以忽略不计。c）单粒结构的紧密程度取决于矿矿物成分、物成分、颗颗粒形状、粒度成分粒形状、粒度成分和和级级配的均匀程度配的均匀程度。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-4 土的土的结结构与构造构与构造 一、理论知识1.土的结构入的结构按其颗粒的排列排列和联结联结可分为三种类型。（2）蜂窝结构a）粉粒为主的土的结构特征。b）土粒的引力相对自重而言 已经足够大。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-4 土的土的结结构与构造构与构造 一、理论知识1.土的结构入的结构按其颗粒的排列排列和联结联结可分为三种类型。（3）絮状结构a）黏性土颗粒特有的结构。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-4 土的土的结结构与构造构与构造 一、理论知识1.土的结构以密实的单粒结构土的工程性质最好，蜂蜂窝窝状状其次，絮状絮状结构最差。强度低，压缩性大，不可用作天然地基。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-4 土的土的结结构与构造构与构造 一、理论知识1.土的构造a）指土体中各结结构构单单元之元之间间的关系；b）分类：层层理构造；分散构造；理构造；分散构造；结结核状构造；裂隙构造核状构造；裂隙构造；c）层理构造：细细粒土粒土的一个重要特征；分散结构：土层中土粒分布均匀，性质相近；结核状构造：细粒土中掺有粗颗粒或各种结核；裂隙构造：因土体被各种成因形成的不连续的小裂隙切割而成的一种构造。裂隙将破坏土的整体性，增大透水性，对工程不利。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-4 土的土的结结构与构造构与构造 一、理论知识1.土的特性易易压缩压缩、易被水渗透、易被水渗透、颗颗粒粒间间易易发发生相生相对对剪切位移剪切位移等特性。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-5 土的工程分土的工程分类类 一、理论知识1.岩石a）按其坚硬程度、软化度和抗风化能力分类；b）当岩石中所含的特殊成分影响岩石的工程地质性质时，应定为特殊性岩石；c）岩石坚硬程度的定量划分，采用岩石单轴饱和抗压强度（Rc）指标。岩石单轴饱和抗压强度RcMpaRc6060=Rc30 30=Rc15 15=Rc5 Rc=5坚硬程度极硬岩硬岩较软岩软岩极软岩岩石的划分任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-5 土的工程分土的工程分类类 一、理论知识2.碎石类土a）指粒径大于2mm的、颗粒质量超过全部质量50%的非黏性土非黏性土；b）根据碎石类土的粒径大小粒径大小和含量含量进行分类；c）先按表1-16的粒径将颗粒分组，然后再按表中排列次序由上自下核对，最先符合条件者，即为这种土的名称。土的名称颗粒形状土的颗粒级配漂石土浑圆或圆棱状为主 粒径大于200mm的颗粒超过总质量的50%块石土尖棱状为主卵石土浑圆或圆棱状为主粒径大于20mm的颗粒超过总质量的50%碎石土尖棱状为主圆砾土浑圆或圆棱状为主 粒径大于2mm的颗粒超过总质量的50%角砾土尖棱状为主碎石类土的划分任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-5 土的工程分土的工程分类类 一、理论知识3.砂类土a）指干燥时呈松散状态、粒径大于2mm的、颗粒质量不不超过全部质量50%、塑性指数Ip不大于3的土；b）根据砂类土的粒径大小粒径大小和含量含量进行分类；c）先按表1-17的粒径将颗粒分组，然后再按表中排列次序由上自下核对，最先符合条件者，即为这种土的名称。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-5 土的工程分土的工程分类类 一、理论知识4.粉土a）塑性指数Ip10且粒径大于0.075mm的颗粒质量不不超过全部质量50%的土；b）性质介于砂土和黏性土之间。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-5 土的工程分土的工程分类类 一、理论知识5.黏性土a）按照土的塑性指数Ip进行划分土的名称塑性指数Ip粉质黏土10Ip17黏性土的划分任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-5 土的工程分土的工程分类类 一、理论知识6.特殊土a）黄土；b）红黏土；c）膨胀土；d）软土；e）盐渍土；f）冻土；g）填土。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-5 土的工程分土的工程分类类 二、任务实施任务：任取烘干后的5kg土样筛析，其结果如下，确定土样的名称。筛孔直径20.50.250.10.1(底盘)总计留在每层筛上土粒质量kg0.300.851.501.550.805.00留在筛上土粒重占全部土质量的百分数617303116100大于某粒径土粒重占全部土质量的百分数6235384100/任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-6 土的土的现场鉴别现场鉴别 一、理论知识1.碎石类土的鉴别碎石类土应描述碎屑物的成分：a）当碎石类土有填充物时，描述填充物的成分，确定填充物的土类、估计其含量的百分比；b）没有填充物，研究孔隙的大小，颗粒间的接触是否稳定任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-6 土的土的现场鉴别现场鉴别 一、理论知识1.砂类土的鉴别砂类土按其颗粒的粗细和干湿程度可分为：a）砾砂；b）粗砾；c）中砂；d）细砂；e）粉砂。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-6 土的土的现场鉴别现场鉴别 一、理论知识2.砂类土的鉴别砂类土应描述其粒径和含量的百分比；颗粒的主要矿物成分及有机质和包含物，当含大量有机质时，土呈黑色，含量不多时呈灰色；含多量氧化铁时，土呈红色，含少量时呈黄色或橙黄色。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-6 土的土的现场鉴别现场鉴别 一、理论知识2.黏性土的鉴别黏性土可按其湿润时状态、人手捏的感觉、黏着程度和搓条的粗细，分为：a）黏土；b）亚黏土；c）亚砂土。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-7 土的土的击实击实性性 一、理论知识1.研究土击实性的意义a）未经压实的填土，压缩量大，强度低，抗水性能差；b）目的：为了改善填土的工程性质，提高土的强度、降低土的压缩性和渗透性，必须按一定的标准，采用重锤夯实、机械碾压或振动等方法将方法将土压实到一定标准，以达到工程的质量标准。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-7 土的土的击实击实性性 一、理论知识1.研究土击实性的意义土的击实性用两种方法确定：a）现场填筑试验：查明填筑条件与填筑效果的关系；b）室内击实试验（目前研究填土目前研究填土击实击实性的重要方法性的重要方法）：在一定条件下用锤击法将土击实，以研究土在不同击实功下的击实性，为工程设计提供初步的击实标准。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-7 土的土的击实击实性性 一、理论知识2.土工击实试验a）仪器：击实仪；b）方法：测定土样在一定击实功的作用下达到最大密度时的含水率（最优含水率）和此时的干密度（最大干密度）。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-7 土的土的击实击实性性 一、理论知识2.土工击实试验c）压实度：工地压实质量控制指标。K越接近100%，则压实质量越高。对于受力主受力主层层或者重要工程或者重要工程，K要求大大些；对于非受力主非受力主层层或次要工程或次要工程，K值可小小些任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-7 土的土的击实击实性性 一、理论知识3.土工击实试验曲线a）在同一击实功作用下，一定范围内增加含水率，土的干密度增大，但含水率增加到一定程度后，土的干密度就变小；b）一般情况下细粒土的试验曲线呈抛物线型，曲线峰值点的干密度就是最大干密度pdmax，相应含水率为最优含水率wo；c）曲线峰值为最大干密度与最佳含水率交叉点，准确的确定该点是击实试验的关键。注：如曲线不能给出峰值，应进行补点试验。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-7 土的土的击实击实性性 一、理论知识3.土工击实试验曲线任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-7 土的土的击实击实性性 一、理论知识4.最优含水率估算a）可从土的液塑限液塑限值值及筛筛分分试验试验中估算最佳含水率和最大干密度最佳含水率和最大干密度；b）一般无黏性土无黏性土的最优含水率小于黏性土，最大干密度大于黏粒土；c）细粒土的最优含水率一般在塑限附近，为液限的0.550.65倍。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-7 土的土的击实击实性性 一、实施任务4.细粒土的室内击实试验5.粗粒土的室内击实试验任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识1.基本概念a）渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象。b）渗透性：土允许水透过的性能。c）渗透的影响：i）造成水量损失；ii）引起土体内部应力状态的变化，改变水土建筑物或地基的稳定条件。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识2.达西定律（也称为层流渗透定律）水的渗透速度与试样两断面间的水水头头差差成正比正比，而与相应的渗透路径渗透路径成反比反比。式中：v渗透速度，ms；h试样两端水头差，m；L渗透路径，m；i水力梯度，ihL;k渗透系数，ms（物理意义：当水力梯度i1时的渗透速度）；q渗流量，m3/s；A试样截面积，m2任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识2.达西定律（也称为层流渗透定律）水的渗透速度与试样两断面间的水水头头差差成正比正比，而与相应的渗透路径渗透路径成反比反比。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识2.达西定律（也称为层流渗透定律）a）渗透系数k的大小反映了土渗透性的强弱：k值越大越大，土的渗透性也越大越大。b）土的颗粒越粗越粗，k值也越大越大。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识3.测定渗透系数的室内试验（1）常水头试验a）定义：在试验过程中水头保持不变（h不变）b）适用对象：透水性较大的土（无黏性土）c）任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识3.测定渗透系数的室内试验（1）变水头试验a）定义：在试验过程中水头是变化的（h改变）b）适用对象：透水性较差的土c）设玻璃细管过水截面积为a，土样截面积为A，长度为L，试验开始后任一时刻土样的水头差为h，经dt时间，管内水位下落dh，则在dt时间内流经试样的水量为：dQ=-adh任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识4.渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部局部稳稳定定问题；整体整体稳稳定定问题。（1）渗透力a）定义：渗透水流施于单位土体内土粒上的拖拽力称为渗透力（j）rw水的重度；i水力梯度 任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识4.渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部局部稳稳定定问题；整体整体稳稳定定问题。（2）渗透变形a）定义：土工建筑及地基由于渗透作用而出现的破坏称为渗透变形或渗透破坏。b）基本形式：流土；管涌任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识4.渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部局部稳稳定定问题；整体整体稳稳定定问题。（2）渗透变形a）流土i）定义：指在向上向上渗流作用下，局部土体表面隆起，或者颗粒群同时移动而流失的现象；ii）主要发生在地基地基或土土坝坝下游下游渗流溢出处；iii）常见形式：流砂现象（基坑或渠道开挖时）任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识4.渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部局部稳稳定定问题；整体整体稳稳定定问题。（2）渗透变形a）流土iv）任何类型的土，只要临临界坡降界坡降达到一定程度，都会发生流土破坏；v）临界水力坡降：当竖向渗透力等于土体的有效重量时，即rj，土体就处于流土的临界状态。若设这时的水力坡降为ict，则可求得：任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识4.渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部局部稳稳定定问题；整体整体稳稳定定问题。（2）渗透变形a）流土vi）应用：通过比较临界水力坡度和在渗流的溢出处的水力坡降来判别是否有流土的可能性当iict，土体处于流土流土状态。任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识4.渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部局部稳稳定定问题；整体整体稳稳定定问题。（2）渗透变形b）管涌i）定义：在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙道中发生移动并被带走的现象；ii）形成因素：土本身的性质；iii）管用破坏是一个渐进渐进性性质质的过程；iv）一般发生在无粘性无粘性土中，粘性土中则不会；任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识4.渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部局部稳稳定定问题；整体整体稳稳定定问题。（2）渗透变形b）管涌v）形成条件（两个）几何条件（必要条件）：土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于大于细颗粒的直径；对于无黏性土是否发生管涌的几何条件可用下列准则判别：cu10较不均匀的土可分为以下两种情况：情况一：级配不连续的土，细料含量大于35%非管涌土 细料含量小于25%管涌土 细料含量25%35%过渡型土任任务务1 1 土的物理与工程性土的物理与工程性质质的的认认知知任任务务1-8 土的渗透性土的渗透性 一、理论知识4.渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部局部稳稳定定问题；整体整体稳稳定定问题。（2）渗透变形b）管涌v）形成条件（两个）情况二：级配连续的土：cud3管涌土 cud5-d3过渡型土水力条件：渗透力可用管涌的水力坡降来表示。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-1 与土中的与土中的应应力有关的基力有关的基础础知知识识 一、理论知识1.研究土中应力的目的a）稳定问题b）变形问题任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-1 与土中的与土中的应应力有关的基力有关的基础础知知识识 一、理论知识2.土中的应力状态 三种情况。（1）三维应力状态（空间应变问题）任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-1 与土中的与土中的应应力有关的基力有关的基础础知知识识 一、理论知识2.土中的应力状态 三种情况。（2）二维应变状态（平面应变问题）任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-1 与土中的与土中的应应力有关的基力有关的基础础知知识识 一、理论知识2.土中的应力状态 三种情况。（3）侧向应力状态（一维应变状态）任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-1 与土中的与土中的应应力有关的基力有关的基础础知知识识 一、理论知识3.土中应力的种类 自重自重应应力和附加力和附加应应力力a）地基中一点总应总应力力为为自重自重应应力与附加力与附加应应力之和力之和；b）附加附加应应力力才是引起地基变变形形和失去失去稳稳定性定性的原因；c）附加应力的大小除了取决于基底压力的大小、分布大小、分布状况外，还与计计算点的位置算点的位置有关。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-2 土中的自重土中的自重应应力力计计算与分布算与分布 一、理论知识1.均质土的自重应力等于单位面积上土柱的重力w。在深度z处土的自重应力为：自重应力随着深度z线性增加，乘三角形分布图形。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-2 土中的自重土中的自重应应力力计计算与分布算与分布 一、理论知识2.成层土的自重应力设各土层的厚度为hi，重度为ri，则在深度z处土的自重应力为：即由多层土组成的地基，自重应力由每层土的重度和厚度之重度和厚度之积积累加得到。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-2 土中的自重土中的自重应应力力计计算与分布算与分布 一、理论知识2.成层土的自重应力任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-2 土中的自重土中的自重应应力力计计算与分布算与分布 一、理论知识3.土层中有地下水时的自重应力（难难点点）a）在地下水位以下地下水位以下，土体的重度采用土的浮重度浮重度r或饱饱和重度和重度rsat计算；b）采用浮重度浮重度r计算的自重应力在地下水地下水位位处处发生转折；c）采用饱饱和重度和重度rsat计算的自重应力在不透水不透水层顶层顶面面要加上静水加上静水压压力力。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-3 基底基底压压力的分布与力的分布与计计算算 一、理论知识1.基底压力的分布a）基底压力是指上部结构荷载和基础自重通过基础传递给地基、作用于基础地面并传至地基的单位面积压力。又称为接触压力或基底应力；b）基底反力是地基土层反向施加于基础地面上的力；c）a）和b）是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，且作用在同一直线上；d）基底压力大小和分布的影响因素：i）基础（大小、刚度）；ii）荷载（大小、分布）；iii）地基土性质；iv）基础的埋深任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-3 基底基底压压力的分布与力的分布与计计算算 一、理论知识1.基底压力的分布d）基底压力大小和分布的影响因素：i）刚性很小的基础和柔性基础：与作用在基础上的荷载大小和分布情况相同。在垂直荷载作用下，随地基一起变形。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-3 基底基底压压力的分布与力的分布与计计算算 一、理论知识1.基底压力的分布d）基底压力大小和分布的影响因素：ii）刚性基础：随上部荷上部荷载载的大小，基的大小，基础础的埋置深度和土的性的埋置深度和土的性质质而变化。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-3 基底基底压压力的分布与力的分布与计计算算 一、理论知识2.中心荷载下的基底应力a）简化计算：P-基底竖向荷载，KN；G-基础自重及上回填土总重，G=rgAdrg-平均重度，取20kN/m3；d-基础埋深，m；A-基底面积，m2.条件：条件：基础宽度不太大，荷载较小任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-3 基底基底压压力的分布与力的分布与计计算算 一、理论知识3.偏心荷载下的基底应力单向偏心荷载荷载下的矩形基础，设计时通常取基底长边方向与偏心方向一致，此时两短边边缘最大压应力与最小压应力计算公式为M-竖向荷载对形心主轴偏心距e引起的力矩，kNm；W-基础地面的抵抗矩，W=ab2/6,m3；e=偏心距，eM/(P+G)任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-3 基底基底压压力的分布与力的分布与计计算算 一、理论知识3.偏心荷载下的基底应力单向偏心荷载荷载下基底应力的分布情况：任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-3 基底基底压压力的分布与力的分布与计计算算 一、理论知识3.偏心荷载下的基底应力单向偏心荷载荷载下基底应力的分布情况：a）eb6，如果计算的基底基底压压力小于零力小于零，表明基底出现拉应力，此时，基底与地基间局部脱落，而使基底压力重新分布，有任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-3 基底基底压压力的分布与力的分布与计计算算 一、理论知识4.基底附加应力只有超出基底处原有自重应力的那部分应力才使地基产生附加变形，使地基产生附加变形的基底应力成为基底附加应力。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识1.集中力作用下土中应力计算在均匀的、各向同性的半无限弹性体表面作用一竖向集中力P时，半无限体内任意点M的应力可由布西奈斯克解计算。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识1.集中力作用下土中应力计算在均匀的、各向同性的半无限弹性体表面作用一竖向集中力P时，半无限体内任意点M的应力可由布西奈斯克解计算。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识1.集中力作用下土中应力计算若干个竖向集中力时，分别求出各集中力对该点所引起的附加应力，然后进行叠加，即 分别表示集中力P1,P2,Pn作用下的土中集中应力系数。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识1.集中力作用下土中应力计算集中荷载作用下，土中附加应力的分布规律：a）在集中应力作用线上，附加应力随着深度随着深度z的增加而的增加而递递减减；b）离集中力作用线某一距离r时，在地表处的附加应力随着深度z的增加逐逐渐递渐递增增，但是到一定深度后，附加应力又随着深度又随着深度z的增加而的增加而减小减小；c）当z一定时，附加应力随着随着r的增大而减小的增大而减小。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识1.集中力作用下土中应力计算工程实际中，分布荷载作用时的土中应力计算方法：a）荷载分布不不规则规则时，把分布荷载分割为许多集中力，然后用布西奈斯克公式和叠加原理计算；b）基础底面形状形状和分布荷分布荷载载有有规则规则时，即面积分布荷载作用时的土中应力则可以通过积分求解得到。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识2.矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（1）中心点中心点下的附加应力在矩形地面上作用着均布荷载P 时，承载面积中心点下深z处M点上的竖向附加应力为a0应力系数，根据比值a/b,z/b查表得到。a和b分别为矩形面积的长边和短边，z为荷载作用面到计算点的距离。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识2.矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（2）角点角点下的附加应力在矩形地面上作用着均布荷载P 时，承载面积角点下深z处M点上的竖向附加应力为ad应力系数，根据比值a/b,z/b查表得到。任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识2.矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（3）任意点任意点下的附加应力角点法在矩形地面上作用着均布荷载P 时，承载面积任意点N下深z处M点上的竖向附加应力，依N点的不同相对位置，可分为四种情况。a）N点位于矩形承载面积的边界上附加应力为两个矩形面积abeN,ecdN角点下附加应力之和，即任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识2.矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（3）任意点任意点下的附加应力角点法b）N点位于矩形承载面积内附加应力为四个矩形面积角点下附加应力之和，即任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识2.矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（3）任意点任意点下的附加应力角点法c）N点位于矩形承载面积之外，但在一组对边延长线范围内附加应力为面积gbeN,echN角点下应力之和，再减去面积gafN,fdhN角点下的应力任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识2.矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（3）任意点任意点下的附加应力角点法d）N点位于矩形承载面积之外，也不在一组对边延长线范围内附加应力为面积echN,fagN角点下应力之和，再减去面积ebgN,fdhN角点下的应力任任务务2 2 土中的土中的应应力分布与力分布与计计算算任任务务2-4 土中的附加土中的附加应应力分布与力分布与计计算算 一、理论知识3.条形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力在地面上，一均布荷载作用在宽度为b，