土力学期末复习指导.pptx

土力学土力学 期末复习期末复习(fx)指导指导第一页，共35页。2 2土力学总复习土力学总复习(fx)第一部分第一部分第一部分第一部分 土的基本物理性质土的基本物理性质土的基本物理性质土的基本物理性质 第二部分第二部分第二部分第二部分 土中应力及土体的变形土中应力及土体的变形土中应力及土体的变形土中应力及土体的变形第三第三第三第三(d sn)(d sn)(d sn)(d sn)部分部分部分部分 土的抗剪强度及强度试验土的抗剪强度及强度试验土的抗剪强度及强度试验土的抗剪强度及强度试验第四部分第四部分第四部分第四部分 几个工程问题（承载力、土压力）几个工程问题（承载力、土压力）几个工程问题（承载力、土压力）几个工程问题（承载力、土压力）第1页/共35页第二页，共35页。3 3第一部分第一部分第一部分第一部分(b fen)(b fen)(b fen)(b fen)土的基本物理性质土的基本物理性质土的基本物理性质土的基本物理性质 一基本内容一基本内容 1 1土的工程特点土的工程特点 土土地表岩层地表岩层(yncng)(yncng)经风化而形成的散体堆积物，由土颗粒、水和气体组成。经风化而形成的散体堆积物，由土颗粒、水和气体组成。土的工程特性：分散性，透水性，不均匀性，低强度。土的工程特性：分散性，透水性，不均匀性，低强度。2 2土的基本物理性质土的基本物理性质 土的颗粒特征：粒径，粒径组成，粒径分布曲线，级配土的颗粒特征：粒径，粒径组成，粒径分布曲线，级配 土的物理状态：砂土（密、中、稍、松），粘土（液、可、半固、固）土的物理状态：砂土（密、中、稍、松），粘土（液、可、半固、固）第2页/共35页第三页，共35页。4 4土土 受受 力力 后后 的的 变变 化化：砂砂 土土(sh t)（密密 实实 与与 液液 化化），粘粘 土土（结结 构性，触变性）构性，触变性）渗透性：渗透性：k 决定土的物理性质的主要因素：决定土的物理性质的主要因素：颗粒特征，矿物成分，三相含量，沉积条件及年代颗粒特征，矿物成分，三相含量，沉积条件及年代 衡量土的物理性质的主要指标：衡量土的物理性质的主要指标：粒径分布特征，三相含量指标，物理状态指标，渗透系数粒径分布特征，三相含量指标，物理状态指标，渗透系数 3土的工程分类土的工程分类 粗粒土，细粒土粗粒土，细粒土 第3页/共35页第四页，共35页。5 5二重点二重点（1）粒径分布曲线的判读：粒组含量集中，粒组含量缺乏）粒径分布曲线的判读：粒组含量集中，粒组含量缺乏（2）砂土和粘土的物理状态：指标，测定方法）砂土和粘土的物理状态：指标，测定方法（3）三相指标的计算）三相指标的计算(j sun)：基本指标，几个常用的重度（容重）指标，指标间的相互换算，熟练运用三相图：基本指标，几个常用的重度（容重）指标，指标间的相互换算，熟练运用三相图（4）达西定律和渗透系数：定义，要点）达西定律和渗透系数：定义，要点 第4页/共35页第五页，共35页。6 6三例题三例题 1用某种土填筑路堤，每层填土的厚度为用某种土填筑路堤，每层填土的厚度为0.5m，已知填土的土粒比重，已知填土的土粒比重Gs=2.67，夯实，夯实(hn sh)前土的天然重度为前土的天然重度为=16kN/m3，含水量，含水量w=15%，现要求夯实，现要求夯实(hn sh)后土的干重度达到后土的干重度达到18kN/m3，试求每层土夯实，试求每层土夯实(hn sh)后的厚度。后的厚度。解：基本出发点：压缩前后解：基本出发点：压缩前后 s、w和和hs均不变。均不变。设夯实设夯实(hn sh)前后的孔隙比分别是前后的孔隙比分别是e1和和e2，则有：，则有：于是有：于是有：第5页/共35页第六页，共35页。7 7由题目给出的资料，可以由题目给出的资料，可以(ky)(ky)求得各指标。求得各指标。由：由：=s s（1+w1+w）/（1+e1+e），得：），得：e1=e1=s s（1+w1+w）/-1=-1=（2.67102.6710）（）（1+0.151+0.15）/16-1=0.919/16-1=0.919 由：由：d=d=s/s/（1+e1+e），得），得e2=e2=s/s/d-1=26.7/18-1=0.483 d-1=26.7/18-1=0.483 所以：所以：第6页/共35页第七页，共35页。8 82 2截面积相同的土样截面积相同的土样1 1、2 2置于渗透仪中进行渗透试验，两土样的长度分别为置于渗透仪中进行渗透试验，两土样的长度分别为l1l1和和l2l2，如已知水流经土样，如已知水流经土样1 1的水力梯度为的水力梯度为i1i1，流经土样，流经土样2 2的水力梯度为的水力梯度为i2i2，试求水流经两个，试求水流经两个(lin)(lin)土样的平均水力梯度土样的平均水力梯度i=?i=?。解：解：第7页/共35页第八页，共35页。9 9第二部分第二部分第二部分第二部分 土中应力土中应力土中应力土中应力(yngl)(yngl)(yngl)(yngl)及土体的变形及土体的变形及土体的变形及土体的变形一基本内容一基本内容 1土中应力的种类土中应力的种类 自重应力与附加应力，总应力、孔隙水压力与有效应力，渗透压力、毛细水压力和超静水压力自重应力与附加应力，总应力、孔隙水压力与有效应力，渗透压力、毛细水压力和超静水压力 有效应力有效应力作用在土骨架上并能使土骨架产生变形的压力。有效压力大致有：有效自重，荷载产生的压力，渗透压力，毛细压力。作用在土骨架上并能使土骨架产生变形的压力。有效压力大致有：有效自重，荷载产生的压力，渗透压力，毛细压力。2基底压力的计算基底压力的计算 基底压力的分布规律基底压力的分布规律(gul)，刚性基础基底压力的简化算法，刚性基础基底压力的简化算法 第8页/共35页第九页，共35页。10103土中应力的分布及计算土中应力的分布及计算 自重应力，附加应力，总应力，孔隙水压力，有效应力的计算，有效应力原理，应力系数法计算地基中的附加应力自重应力，附加应力，总应力，孔隙水压力，有效应力的计算，有效应力原理，应力系数法计算地基中的附加应力 4土的变形土的变形(bin xng)性质性质 弹性变形弹性变形(bin xng)性质，压缩性，压缩试验，原位试验，固结变形性质，压缩性，压缩试验，原位试验，固结变形(bin xng)5地基变形地基变形(bin xng)计算计算弹性理论法，分层总和法，固结沉降计算弹性理论法，分层总和法，固结沉降计算二重点二重点 1熟练运用摩尔应力圆熟练运用摩尔应力圆 一点应力状态的表示，应力面之间的夹角一点应力状态的表示，应力面之间的夹角 第9页/共35页第十页，共35页。11112刚性基础基底刚性基础基底(j d)压力的简化算法压力的简化算法 基底基底(j d)压力的分布形状，矩形与条形基础的核心半径，基底压力的分布形状，矩形与条形基础的核心半径，基底(j d)不产生拉应力的条件。不产生拉应力的条件。3地基中的应力计算地基中的应力计算 自重应力与附加应力的分布规律，简单条件下的自重应力计算，应力系数法计算矩形与条形均匀分布荷载作用下地基中一点的附加应力自重应力与附加应力的分布规律，简单条件下的自重应力计算，应力系数法计算矩形与条形均匀分布荷载作用下地基中一点的附加应力 4土的变形性质与地基沉降计算土的变形性质与地基沉降计算 变形模量与压缩模量，分层总和法计算总沉降，固结沉降计算，固结度变形模量与压缩模量，分层总和法计算总沉降，固结沉降计算，固结度 第10页/共35页第十一页，共35页。1212三例题三例题 1某条形扩大基础的宽度为某条形扩大基础的宽度为4m，受图示偏心线荷载，受图示偏心线荷载V=600kN/m作用，试按刚性基础基底压力的简化算法作用，试按刚性基础基底压力的简化算法(sun f)求基底压力分布。求基底压力分布。第11页/共35页第十二页，共35页。13130.5bpmax=600 pmax=60023.6=333.3kPa 压力压力(yl)分布如图。分布如图。解：根据已知条件，偏心距解：根据已知条件，偏心距 e=0.8m，先判断基底是否出现拉力，先判断基底是否出现拉力 =b/6=4/6=0.67me所以基础所以基础(jch)一边有脱离现象，应力会重分布。一边有脱离现象，应力会重分布。c=20.8=1.2m b=3c=31.2=3.6m 由力的平衡关系，有：由力的平衡关系，有：第12页/共35页第十三页，共35页。14142某粘土层的厚度为某粘土层的厚度为3m，已测得土层的平均压缩模量为，已测得土层的平均压缩模量为Es=10MPa，试求在突加满布均布荷载，试求在突加满布均布荷载p=250kPa的作用下粘土层的最终沉降量的作用下粘土层的最终沉降量s。解：由于是满布均布荷载，地基土又是均匀的，可以不分层，直接利用压缩模量计算。解：由于是满布均布荷载，地基土又是均匀的，可以不分层，直接利用压缩模量计算。提示：满布均布荷载作用下的地基应力沿深度提示：满布均布荷载作用下的地基应力沿深度(shnd)无变化。无变化。第13页/共35页第十四页，共35页。15153某饱和粘土层的厚度为某饱和粘土层的厚度为 4m，其下为基岩，在土层中部取厚度为，其下为基岩，在土层中部取厚度为 2cm的土样进行固结试验，的土样进行固结试验，2小时后固结度达到小时后固结度达到U0，试计算当土层顶面作用有满布均布荷载时，固结度达到，试计算当土层顶面作用有满布均布荷载时，固结度达到 U0时所需的时间。时所需的时间。解：由于解：由于U和和Tv之间有着之间有着(yu zhe)一一对应的关系，故当土样和土层的固结度相同时，两者的时间因数一一对应的关系，故当土样和土层的固结度相同时，两者的时间因数 Tv也相同，故有：也相同，故有：得到：得到：第14页/共35页第十五页，共35页。1616第三部分第三部分第三部分第三部分(b fen)(b fen)(b fen)(b fen)土的抗剪强度及强度试验土的抗剪强度及强度试验土的抗剪强度及强度试验土的抗剪强度及强度试验一基本一基本(jbn)内容内容 1摩尔摩尔库仑强度理论库仑强度理论 抗剪强度与法向压应力的关系，强度线，库仑的简化公式，摩尔圆的引入，应力圆与强度线的相互关系（判断土体的状态）。抗剪强度与法向压应力的关系，强度线，库仑的简化公式，摩尔圆的引入，应力圆与强度线的相互关系（判断土体的状态）。2土中一点应力极限平衡土中一点应力极限平衡 充要条件（应力圆与强度线相切），数学表达式。充要条件（应力圆与强度线相切），数学表达式。3抗剪强度试验抗剪强度试验常用的试验方法：直剪，单轴，三轴。试验的基本常用的试验方法：直剪，单轴，三轴。试验的基本(jbn)情况，试验适用条件。情况，试验适用条件。第15页/共35页第十六页，共35页。17174应力路径应力路径 概念概念 二重点二重点 1土中一点应力的极限平衡土中一点应力的极限平衡 熟熟练练运运用用摩摩尔尔(m r)应应力力圆圆与与强强度度线线的的关关系系进进行行判判断断，剪剪破面（一对）与最大剪应力面。破面（一对）与最大剪应力面。2直剪与固结快剪试验直剪与固结快剪试验 仪器，方法，特点，结果分析仪器，方法，特点，结果分析 三例题分析三例题分析 第16页/共35页第十七页，共35页。18181对某砂土样进行直剪试验，已知在剪破面上有：对某砂土样进行直剪试验，已知在剪破面上有：f=100kPa，f=250kPa，求，求 max=?解：砂土，解：砂土，c=0，于是，于是(ysh)可作出强度线，如图可作出强度线，如图第17页/共35页第十八页，共35页。1919求出：求出：又因已经剪破，故摩尔圆与强度又因已经剪破，故摩尔圆与强度(qingd)线相切，由图示关系，得：线相切，由图示关系，得：提示：最大剪应力并不发生在剪破面上。提示：最大剪应力并不发生在剪破面上。第18页/共35页第十九页，共35页。20202取取含含水水量量较较低低的的某某粘粘性性土土样样做做单单轴轴压压缩缩试试验验，测测得得垂垂直直极极限限压压力力为为200kPa，破破裂裂面面与与大大主主应应力力面面的的夹夹角角为为52，试试求求其其内内(q ni)摩摩擦擦角角 和粘聚力和粘聚力c。解解：单单轴轴压压缩缩时时，3=0，又又有有 1=200kPa，可可作作出出应应力力圆圆，由由=45+/2=52，得到：，得到：=14，于是可作出强度线如图：，于是可作出强度线如图：第19页/共35页第二十页，共35页。2121因为因为OD=DB，AB=OA，AD=AD，故三角形，故三角形ABD和三角形和三角形AOD全等，所以有：全等，所以有：c=OD=0.5（1+3）tan（45-/2）于是于是(ysh)得到：得到：c=0.5200tan（45-14/2）=78.1kPa 第20页/共35页第二十一页，共35页。22223某某砂砂土土样样进进行行三三轴轴试试验验，液液压压为为200kPa，如如已已知知=30，问问该该土样破坏时的大主应力应为多少？土样破坏时的大主应力应为多少？解解：砂砂土土，c=0，强强度度线线过过原原点点，根根据据(gnj)强强度度线线与与摩摩尔尔圆圆的的关系（如图）：关系（如图）：第21页/共35页第二十二页，共35页。2323 1=3tan2（45 /2）2ctan（45 /2）=200tan2（45 30/2）=600 kPa 由图有：由图有：CAD=60，于是有，于是有CDO=30=AOD，所以三角形，所以三角形OCD是等腰三角形，故是等腰三角形，故DCA=2AOD=60，于是三角形，于是三角形CAD是等边三角形，可写出下列是等边三角形，可写出下列(xili)关系式：关系式：1=3+2CA=3+2CD=3+2OC=3+2 3=600 kPa 也可根据极限时大小主应力之间的关系确定：也可根据极限时大小主应力之间的关系确定：第22页/共35页第二十三页，共35页。2424第四部分第四部分第四部分第四部分 几个工程几个工程几个工程几个工程(gngchng)(gngchng)(gngchng)(gngchng)问题问题问题问题（承载力、土压力）（承载力、土压力）一基本内容一基本内容 1 1地基的破坏形态与承载力的概念地基的破坏形态与承载力的概念 三种基本破坏形态，临塑荷载三种基本破坏形态，临塑荷载(hzi)(hzi)，极限荷载，极限荷载(hzi)(hzi)，容许承载力，极限承载力。，容许承载力，极限承载力。2 2地基的临塑荷载地基的临塑荷载(hzi)(hzi)与浅基础的地基极限承载力与浅基础的地基极限承载力 塑性区分布与发展的规律，极限平衡法，临塑荷载塑性区分布与发展的规律，极限平衡法，临塑荷载(hzi)(hzi)与浅基础地基极限承载力的理论计算方法。与浅基础地基极限承载力的理论计算方法。3 3求解地基容许承载力（承载力设计值）的常用方法求解地基容许承载力（承载力设计值）的常用方法 第23页/共35页第二十四页，共35页。2525（1）限制塑性区开展深度的方法；）限制塑性区开展深度的方法；（2）极限承载力除以安全系数（分项系数）；）极限承载力除以安全系数（分项系数）；（3）规范提供的经验公式；）规范提供的经验公式；（4）原位测试方法；）原位测试方法；其它方法。（邻近其它方法。（邻近(ln jn)建筑物调查）建筑物调查）4土压力的概念土压力的概念定义，与墙体变位的关系，特定状态下的土压力。定义，与墙体变位的关系，特定状态下的土压力。5静止土压力的计算静止土压力的计算 计算公式，土压力系数计算公式，土压力系数K0，沿深度的分布规律。，沿深度的分布规律。第24页/共35页第二十五页，共35页。26266朗肯土压力朗肯土压力(yl)理论理论 半半无无限限体体的的内内切切面面假假设设，主主动动与与被被动动极极限限状状态态时时的的应应力力特特点点，简简单单情情况况下下的的主主动动与与被被动动土土压压力力(yl)，破破裂裂面面的的形形状状与与倾角，几种常见情况下的主动土压力倾角，几种常见情况下的主动土压力(yl)计算。计算。7库仑土压力库仑土压力(yl)理论理论假设，极大极小原理，数解法，库尔曼图解法。假设，极大极小原理，数解法，库尔曼图解法。二重点二重点 1几个概念几个概念 天天然然地地基基，临临塑塑荷荷载载，极极限限荷荷载载，容容许许承承载载力力，极极限限承承载载力，主动土压力力，主动土压力(yl)，静止土压力，静止土压力(yl)，被动土压力，被动土压力(yl)第25页/共35页第二十六页，共35页。2727地基的三种基本破坏形态，土压力与挡墙位移的关系地基的三种基本破坏形态，土压力与挡墙位移的关系(gun x)。2计算地基承载力的经验公式计算地基承载力的经验公式 桥规公式，建规公式桥规公式，建规公式 3几种常见情况下的主动土压力计算几种常见情况下的主动土压力计算 熟熟练练运运用用朗朗肯肯理理论论计计算算填填土土水水平平、墙墙背背竖竖直直光光滑滑条条件件下下，墙墙后后为为分分层层填填土土、填填土面作用有均布荷载和填土为粘性土等常见情况的墙后主动土压力的计算。土面作用有均布荷载和填土为粘性土等常见情况的墙后主动土压力的计算。三例题三例题 1已已知知某某扩扩大大基基础础的的平平面面尺尺寸寸为为3m5m，埋埋深深H=4m，地地下下水水位位在在地地面面处处，地层资料已示于附图中。试用桥规公地层资料已示于附图中。试用桥规公第26页/共35页第二十七页，共35页。2828细砂：s=26kN/m3 4m e=0.7粘土：s=26.5kN/m3wL=38%，wP=20%e=0.7式计算地基容许承载力式计算地基容许承载力 和用建规公式和用建规公式(gngsh)计算地基承载力设计值（计算地基承载力设计值（f=0.95）。）。解：解：a)按桥规计算：按桥规计算：持力层为粘土：持力层为粘土：Sr=wGs/e=1 w=e w/s=0.710/26.5=26.4%第27页/共35页第二十八页，共35页。2929IL=(wwP)/(wLwP)=0.356查表查表6-3，得，得 根据持力层的情况根据持力层的情况(qngkung)，由表，由表6-9查得：查得：k1=0，k1=2.5，由附图知：，由附图知：2=sat=(s+e w)/(1+e)=19.41 kN/m3 所以由公式（所以由公式（6-33）得：）得：=0+k1 1(b2)+k2 2(H3)=319+0+2.519.41(43)=368kPa 第28页/共35页第二十九页，共35页。3030b）按建规计算：）按建规计算：由前述数据，查表由前述数据，查表6-11得：得：所以所以(suy)：fk=f f0=0.95282.3=268.2 kPa 根根据据持持力力层层的的情情况况，由由表表6-22查查得得：b=0.3，d=1.6，由由附附图图的参数算得的参数算得=（s w）/（1+e）=9.7 kN/m3 所以所以(suy)：0=9.41 kN/m3 由公式（由公式（6-39），得：），得：f=fk+b(b-3)+d 0(d-0.5)=268.2+0+1.69.41(4-0.5)=321kPa 第29页/共35页第三十页，共35页。31312挡挡土土墙墙高高5m，墙墙背背垂垂直直(chuzh)，填填土土面面水水平平，土土与与墙墙背背间间的的摩摩擦擦可可忽忽略略不不计计，填填土土分分层层及及相相关关土土性性指指标标如如图图示示。土土面面作作用用有有大大面面积积均均匀匀堆堆载载q，试求该墙墙背土压力沿墙高的分布。试求该墙墙背土压力沿墙高的分布。第30页/共35页第三十一页，共35页。3232解：第一层土：解：第一层土：1=20，故有：，故有：第二层土：第二层土：2=30，故有：，故有：所以，地面处：所以，地面处：于是于是(ysh)地面处开裂，深度为：地面处开裂，深度为：第31页/共35页第三十二页，共35页。3333分层面上：分层面上：分层面下，分层面下，c=0：注注意意分分层层面面处处的的土土压压力力只只与与上上层层(shngcng)土土的的竖竖向向压压力力有有关。关。墙踵处：墙踵处：由此画出土压力的分布图。由此画出土压力的分布图。第32页/共35页第三十三页，共35页。3434第33页/共35页第三十四页，共35页。3535 答答 疑疑 时时 间间：待定：待定 上午上午(shngw)：9:0012:00 下午：下午：3:006:00 答答 疑疑 地地 点点：犀浦校区：犀浦校区 室室第34页/共35页第三十五页，共35页。