《土的力学性质》PPT课件(同名0).ppt

1、土的力学性质PPT课件(同名0)先例上海市展览馆比萨斜塔Transcona谷仓地基上海展览馆650mme=1.8,w=60%Es=1.45MPa 521mm比萨斜塔Transcona谷仓地基建筑物基础与地基相互作用可能出现的工程地质问题1 强度问题（剪切破坏、承载力问题）2 变形问题（过度沉陷、不均匀沉陷）3 倾覆、滑移问题（水平力、近水平力作用）决定因素1.地基土本身的力学性质2.建筑物、地基对土体的作用力地基土变形的三个阶段压密变形阶段局部剪切阶段整体破坏阶段压密变形阶段压密变形阶段OaO p（kPa）aS（mm）基础 地面 p s局部剪切阶段abO p（kPa）a b S（mm）基础 地

2、面 p p整体破坏阶段bcO p（kPa）a b cS（mm）基础 地面 p两种不同性质的变形压密变形计算地基的压缩变形量，即地基沉降量剪切变形（剪切破坏）土体强度和稳定性问题两种研究途径将土体变形和强度分开研究简化估算法将土体变形和强度统一研究严格分析法建立在土体研究的基础上本构关系应力应变关系的数学表达式（一）土的压缩性定义：土的压缩性是指在压力作用下体积压缩变小的性能定义：土的压缩性是指在压力作用下体积压缩变小的性能压缩变形的本质压缩变形的本质土的三相组成决定了土的压缩变形由三部分组成1)土粒本身的压缩变形2)孔隙中水和气的压缩变形3)孔隙中水和气被挤出，土颗粒相互靠拢，孔隙体积缩小土的

3、压缩主要原因是由于孔隙中水和气被挤出，土颗粒相互靠拢，致使孔隙体积减小而引起的。压力作用下作为三相组成的土各相之间的力是怎样分担的？怎样转化的？思考一下思考一下饱和土受力模型1、有效应力原理 s su受力平衡方程受力平衡方程设s 为颗粒间的接触应力，颗粒间的接触面积为Fsuw为孔隙水压力，水的面积Fw=F-Fs则有：F=sFs+uw（F-Fs）F=1设设一般情况下 Fs/F=0.01-0.03则有=+u uF=1FFFuFFswss)1()1(FFuFFswssFFsswuu=+u饱和土的有效应力原理饱和土的有效应力原理（TerzaghiTerzaghi，19201920）总应力总应力 有效应

4、力有效应力u u 孔隙水压力孔隙水压力 uF=1 uF=1 有效应力有效应力受压时，使土粒间发生位移受压时，使土粒间发生位移受剪时，全部剪应力由粒间受剪时，全部剪应力由粒间应力造成的摩擦作用来承受应力造成的摩擦作用来承受 对土的位移和变形是对土的位移和变形是有效的有效的或者说起控制作用或者说起控制作用1u u 孔隙水压力孔隙水压力由孔隙水承担和传递的那部分压力。由孔隙水承担和传递的那部分压力。为静水压力为静水压力不引起颗粒的位移，不能承受剪应力不引起颗粒的位移，不能承受剪应力不直接引起土体变形和强度变化，故又称中性压力。不直接引起土体变形和强度变化，故又称中性压力。由泰沙基在1920年提出的这

5、一表面上很简单的概念，标志着从理性上认识许多土力学现象的开始。Terzaghi，1936：所有可测得的应力变化效应，例如压缩形变以及抗剪强度的变化，无一不是由于有效应力变化所引起的 =+u+u饱和土的有效应力原理的完整表述：（1）土的有效应力等于总应力减去孔隙水压力；（2）土的有效应力控制了土的变形和强度性能。=+u+u =+u u 3 h h 2 h=0 1 =0，=0，=u=u=0 u=0饱和土的力学模型用有效应力原理解释土体承受和传递附加应力几个基本概念饱和土压缩变形过程的实质是超静孔隙水压力随饱和土压缩变形过程的实质是超静孔隙水压力随着水的渗流排出而逐渐消散和有效应力逐渐增长着水的渗流

6、排出而逐渐消散和有效应力逐渐增长的过程，即超静孔隙水压力向有效应力转移的过的过程，即超静孔隙水压力向有效应力转移的过程程。超静孔隙水压力：超静孔隙水压力：由附加应力作用引起的孔隙水压力超由附加应力作用引起的孔隙水压力超出静水压力水头，称为出静水压力水头，称为超静孔隙水压力超静孔隙水压力。土的渗透固结土的渗透固结：这种由孔隙水的渗流而引起的压缩过程。这种由孔隙水的渗流而引起的压缩过程。非饱和土的有效应力原理)1(FFFFuFFuFFasawwssFFuuuFFuaawawa)()(waauuuFFw2.土的压缩性与变形指标1）室内压缩试验与压缩定律2）压缩模量、变形模量3）体积压缩系数4）侧压力

7、系数、泊松比1）室内压缩试验与压缩定律P1,.1）室内压缩试验与压缩定律p21.室内压缩试验与压缩定律p3,.h可以测量高度的变化，如何转变成孔隙比的变化VsoVvoF=1Vs1Vv1F=1 h0 h1h加压前 e0000svVVe000eVVsv000FhVVsv总体积000)1(FhVeS0001ehVs加压后 e1111svVVe111eVVsv111FhVVsv总体积111)1(FhVeS1111ehVs0001ehVs1111ehVs0001ehVs1111ehVs001eh111eh010111eehh001001010100111111eeeeeeehhhhhhh)1(00ehh

8、e)1(00001ehheeee)1(000ehheeii一般地，p1，p2，p3，h1，h2，h3，e1，e2，e3，.ee1e2p1p2ppeppeea1221taniiiiiippeea111a称为压缩系数称为压缩系数（coefficiennt of compression），单位），单位1/KPa，或，或1/MPa压缩定律在压力不大的情况下，孔隙比的变化与压力的变化成正比。)(11iiiippaee3.压缩模量、变形模量压缩模量（有侧限 ）zzEszzE变形模量（无侧限）4.体积压缩系数 土压缩时竖向应变增量与竖向应力增量之比，5.侧压力系数、泊松比泊松比无侧限条件下，侧向膨胀应变与竖

9、向压缩应变之比yx侧压力系数侧限条件下侧向压力与竖向压力之比10zxK（二）土的抗剪性材料的强度理论最大正应力理论最大正应变理论最大拉应力理论最大剪应力理论最大剪应力理论认为，材料破坏的原因是材料中的最大剪应力造成的231max试验和观察表明岩体、混凝土、土体的破坏主要是剪切破坏。试验和观察表明岩体、混凝土、土体的破坏主要是剪切破坏。在最大剪应力理论的基础上发展了符合土体破坏的莫尔在最大剪应力理论的基础上发展了符合土体破坏的莫尔库仑强度理论库仑强度理论大地的局部化开裂多之形雁形锯齿形桥梁支敦中出现的局部化剪切破坏桥梁支敦中出现的局部化剪切破坏 岩土工程材料中的局部化现象实验室发现的剪胀带和剪缩

10、带（实验室发现的剪胀带和剪缩带（Lin,2002），），花岗岩花岗岩o 粘土的拉伸和压缩试验与局部化条带（粘土的拉伸和压缩试验与局部化条带（Desrues&Chambon,2002）左：拉伸左：拉伸 右：压缩右：压缩 岩土工程材料中的局部化现象试验和观察表明岩体、混凝土、土体的破坏主要是剪切破坏。试验和观察表明岩体、混凝土、土体的破坏主要是剪切破坏。在最大剪应力理论的基础上发展了符合土体破坏的莫尔在最大剪应力理论的基础上发展了符合土体破坏的莫尔库仑强度理论库仑强度理论1.库仑定律在一定载荷范围内，土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系。其中C、被称为土的抗剪强度指标。tgcf粘性土tgcfcC

11、称为土的粘聚力 称为土的内摩擦角2.莫尔库仑强度理论莫尔认为土中某点达到该点的抗剪强度时，即土发生破坏。f莫尔库仑强度理论莫尔认为 f=f（）为曲线f=f（）用直线（库仑定律 ）代替，故称为莫尔库仑强度理论tgcf =C+tg 1 破坏 2临界状态（极限平衡状态）3安全（弹性平衡状态）=c+tg莫尔圆与破坏线的关系不相交不相交：表明通过该点的任意平面上的剪应力小于f，土体处于弹性状态相割相割：表明通过该点的任意平面上的剪应力大于f，土体已经破坏，不存在相切相切：表明通过该点的任意平面上的剪应力等于f，土体处于极限平衡状态极限平衡状态下的莫尔圆称为极限应力圆极限应力圆，根据极限应力圆可以得出在极

12、限平衡状态下主应力的关系极限平衡条件极限平衡条件在极限平衡状态下主应力之间的关系，叫做极限平衡条件ccotc31tgcf2AOOOOOAsincot223131ccos2)sin1()sin1(31c)245tan(2)245(tan00231c)245tan(2)245(tan00213c注意：只有当土中某点处于极限平衡条件时，才满足上式，并非任何情况均满足。即只有A点才满足。直剪仪直剪预压仪 直剪试验直剪试验 直剪试验直剪试验 直剪试验直剪试验 直剪试验直剪试验直剪试验的三种类型1.快剪（Q）2.固结快剪（CQ）3.慢剪（S）直剪试验直剪试验实验室（法国）实验室（法国）实验室实验室Loca

13、l Strain MeasurementMid-Plane PWP MeasurementTriaxialHollow CylinderBender ElementsSmall StrainSoftwareUnsaturated SoilDynamic Triaxial局部的应变测量局部的应变测量中平面孔隙水压力测量中平面孔隙水压力测量GDSTAS 北方交通大学北方交通大学 5Hz/60kN 100/150mm动三轴系统动三轴系统（中国科学院成都山地所）（中国科学院成都山地所）GDSTAS 大连理工大学大连理工大学 STDTTS 成都理工大学成都理工大学 1Pc2.三轴剪切试验 31 Pc2.

14、三轴剪切试验 31 Pc2.三轴剪切试验 34.砂土液化日本新泻日本新泻19641964年地震时砂土液化引起震陷。这些设计为抗震的建筑年地震时砂土液化引起震陷。这些设计为抗震的建筑物倾斜而未受损坏。物倾斜而未受损坏。加州沃森维尔附近的野外涌沙唐山地造成的喷水冒砂区分布图砂土液化（横向移动）系因地震时球粒（理想砂粒）的重新堆集。地震振动造成这种固体颗粒堆集更加有效，这会占据少量体积。一部分覆盖层荷载由水来支撑，这就无法阻止水体横向运移。砂土液化（Liquefaction of sand）饱和砂土受震动时颗粒间趋于紧密，使孔隙水压力增大，有效应力减小。当有效应力趋于零时，砂土的抗剪强度消失，从而引

15、起地面沉陷、斜坡失稳或者地基失效的现象称为砂土液化。常伴随又喷水冒砂。震动来源：机械震动（局部场地）、地震（区域性）砂土液化的影响因素内因土类及其颗粒级配土的密实程度、饱水特性土结构的抗剪强度外因地震作用特征地震强度（震级、烈度）地震频率和周期震动历时环境条件场地地貌单元饱水砂土的埋藏条件地下水条件建筑物类型、基础特性砂土液化评价步骤：判别、分级、建议措施液化可能性判定经验判定法标贯试验判定法剪切波速判定法静力触探判定法液化等级划分：液化指数抗液化措施液化等级划分存在液化土层的地基应进一步探明各液化土层的深度和厚度，计算液化指数iinicriiwdNNI1le)1(液化等级液化指数地面喷水冒砂

16、情况对建筑物的危害程度轻微0Ile5地面无喷水冒砂或在洼地、河边有零星喷冒点液化危害程度小，一般不致引起明显的震害中等515一般喷水冒砂都很严重，地面变形很明显液化危害性大，一般可产生大于200mm的不均匀沉陷，高重心结构可能产生不容许的倾斜重锤法:采用80400kN的重锤，从很高处(820m)自由落下，对土体进行强力夯实的方法。这是在的基础上发展起来的一项技术。强夯法是用很大的冲击能，使土体中出现冲击波和很大的应力，致使孔隙被压缩，土体局部液化，夯实点周围产生裂隙，形成良好排水通道，土体迅速固结。最大加固深度可达1112m或更大。此法不仅能加固陆上土层，也能加固水中土层；适用于多种土类：粗粒土、低饱和度的细粒土、杂填土、素填土、湿陷性黄土；不仅能提高地基承载力，也可防止地基液化。对于饱和细粒土，要慎用。青藏铁路压实路基广州白云机场扩建工程京福高速公路感谢下感谢下载载