土力学课件(清华大学)第八章
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土力学课件清华大学变形与强度工管
pmax F G M
pmin
bl
W
M (N G)e
W bl2 6
e M N G
pmax pmin
F G bl
1
6e l
土力学与地基基础
若 pmin 0
pmax
2(F G) 3ab
3 土的压缩性与地基沉降计算
土力学与地基基础
3.5.3 基础底面附加压力
础自重计算的基底均布压力为140kPa。试求基础中心O点下
及A点下、H点下z＝1m深度处的竖向附加应力。
【解】 （1）先求基底净压力（基底附加压力） pn，由已知条件知
pn=p－γod＝140－18×0.5＝131kPa
（2）求O点下1m深处地基附加应力σzo。 O点是矩形面积OGbE，OGaF，OAdF，
OAcE的共同角点。这四块面积相等，长
度l、宽度b均相同，故其附加应力系数αc 相同。根据l，b，z的值可得
土力学与地基基础
3 土的压缩性与地基沉降计算
l/b=2 /1=2；z /b=1/1=1；查表得
Ks=0.1999，所以σzo=4 αcpn
=4×0.1999 ×131＝104.75kPa
（3）求A点下1m深处竖向附加应力σzA
3.3 侧限条件下土的压缩性
3.3.1 侧限压缩试验
（1）试验仪器
——压缩仪（Oedometer）
（2）试验方法 （3）试验结果
●变形在各级荷载下都可趋于稳定 ●变形随荷载的增大而逐渐增大 ●孔隙比随荷载的增大而逐渐减小
土力学与地基基础
3 土的压缩性与地基沉降计算
（4）垂直压缩变形量（Vertical compression deformation）
土力学课件清华大学.ppt
二. 地基中常见的应力状态 4.侧限应力状态——一维问题
▪应变条件
y x 0;
xy yz zx 0
▪应力条件
xy yz zx 0;
x y;
x
x E
E
y z
0;
x y 1 z K0z;
▪独立变量 z , z F(z)
K0：侧压力系数
ij =
0 x 0xy 0xz 0yx 0 y 0yz
第三章
土体中的应力计算
§3 土体中的应力计算
地基中的应力状态 应力应变关系 土力学中应力符号的规定
强度问题 变形问题
应力状态及应力应变关系
自重应力 附加应力
建筑物修建以前，地基 中由土体本身的有效重 量所产生的应力。
基底压力计算 有效应力原理
建筑物修建以后，建筑物 重量等外荷载在地基中引 起的应力，所谓的“附加” 是指在原来自重应力基础 上增加的压力。
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
应力应变关系－以某种粘土为例
•与围压有关
•非线性
•剪胀性
v
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
应力应变关系－以某种粘土为例
u
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
施加围压，排水阀门始终打开， 充分固结
施加(1 -)时，排水阀门始终 打开，速度慢足以使孔压消散
▪应变条件
y x 0;
xy yz zx 0
▪应力条件
xy yz zx 0;
x y;
x
x E
E
y z
0;
x y 1 z K0z;
▪独立变量 z , z F(z)
K0：侧压力系数
ij =
0 x 0xy 0xz 0yx 0 y 0yz
第三章
土体中的应力计算
§3 土体中的应力计算
地基中的应力状态 应力应变关系 土力学中应力符号的规定
强度问题 变形问题
应力状态及应力应变关系
自重应力 附加应力
建筑物修建以前，地基 中由土体本身的有效重 量所产生的应力。
基底压力计算 有效应力原理
建筑物修建以后，建筑物 重量等外荷载在地基中引 起的应力，所谓的“附加” 是指在原来自重应力基础 上增加的压力。
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
应力应变关系－以某种粘土为例
•与围压有关
•非线性
•剪胀性
v
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
应力应变关系－以某种粘土为例
u
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
施加围压，排水阀门始终打开， 充分固结
施加(1 -)时，排水阀门始终 打开，速度慢足以使孔压消散
清华大学《土力学与地基基础》 PPT课件
地下水在土中的渗透速度一般可按达西 Darcy)根据实验得到的直线渗透定律计算，其
v 公式如下(图1—25)： ki
粘性土的达西定律
v k(i i' )
2—8 地基土(岩)的分类
地基土(岩)分类的任务是根据分类用途和土 (岩)的各种性质的差异将其划分为一定的类别。
土(岩)的合理分类具有很大的实际意义，例 如根据分类名称可以大致判断土(岩)的工程特性、 评价土(岩)作为建筑材料的适宜性以及结合其他 指标来确定地基的承载力等等。阅读33-39页内容。
··········································171 第八章 桩基础设计··········································
第一章 绪 论
一、 土力学、地基及基础的有关概念 1.地基—支撑建筑物荷载、且受建筑物荷载影响的那
一部分地层称为地基。地基有天然地基和人工地基之分。 2.基础--建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础。
第三章 土中应力计算
概述
研究地基的应力和变 形，必须从土的应力与应 变的基本关系出发来研究。 当应力很小时，土的应 力·应变关系曲线就不是 一根直线(图2—1)，亦即 土的变形具有明显的非线 性特征。
假设
地基土为均匀、连续、 各向同性的半空间线性变 形体。
3—1 土的自重应力
一、单层土中自重应力的计算
称为界限粒径。 表l-8提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。
表中根据界限粒径200、20、2、0．05和0．005mm把土 粒分为六大粒组：漂石<块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、 圆砾(角砾)颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。
土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组 的相对含量(各粒组占土粒总量的百 分数)来表示， 称为土的颗粒级配。
v 公式如下(图1—25)： ki
粘性土的达西定律
v k(i i' )
2—8 地基土(岩)的分类
地基土(岩)分类的任务是根据分类用途和土 (岩)的各种性质的差异将其划分为一定的类别。
土(岩)的合理分类具有很大的实际意义，例 如根据分类名称可以大致判断土(岩)的工程特性、 评价土(岩)作为建筑材料的适宜性以及结合其他 指标来确定地基的承载力等等。阅读33-39页内容。
··········································171 第八章 桩基础设计··········································
第一章 绪 论
一、 土力学、地基及基础的有关概念 1.地基—支撑建筑物荷载、且受建筑物荷载影响的那
一部分地层称为地基。地基有天然地基和人工地基之分。 2.基础--建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础。
第三章 土中应力计算
概述
研究地基的应力和变 形，必须从土的应力与应 变的基本关系出发来研究。 当应力很小时，土的应 力·应变关系曲线就不是 一根直线(图2—1)，亦即 土的变形具有明显的非线 性特征。
假设
地基土为均匀、连续、 各向同性的半空间线性变 形体。
3—1 土的自重应力
一、单层土中自重应力的计算
称为界限粒径。 表l-8提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。
表中根据界限粒径200、20、2、0．05和0．005mm把土 粒分为六大粒组：漂石<块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、 圆砾(角砾)颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。
土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组 的相对含量(各粒组占土粒总量的百 分数)来表示， 称为土的颗粒级配。
【精品课件】土力学与地基基础完整版 全套ppt
1925年，太沙基归纳发展了以往的成就，发表了《土 力学》一书，接着，于1929年又与其他作者一起发表了 《工程地质学》这些比较系统完整的科学著作的出现， 带动了各国学者对本学科各个方面的探索。从此，土力 学及地基基础就作为独立的科学而取得不断的进展。时 至今日，土建，水利、桥梁、隧道、道路、港口、海洋 等有关工程中，以岩土体的利用、改造与整治问题为研 究对象的科技领域，因其区别于结构工程的特殊性和各 专业岩土问题的共同性，已融合为一个自成体系的新专 业—“岩土工程”。 它的工作方法就是：调查勘察、试验测定、分析计算、 方案论证，监测控制、反演分析，修改定案；
“第四纪沉积物(层)”或“土”。 五、第四纪沉积物(层) 不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律 和工程地质特征，以下分别介绍其中主要的几种成因类型。 (一)残积物、坡积物和洪积物 1、残积物 残积物是残留在原地未被搬运的那 一部分原岩风化剥蚀后的产物，而 另一部分则被风和降水所带走。 2、坡积物 坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢 地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡 上而形成的沉积物。
Байду номын сангаас
为地壳的上拱和下拗，形成大 型的构造隆起和拗陷：水平运 动表现为地壳岩层的水平移动，使岩层产生各种形态的褶皱 和断裂．地壳运动的结果，形成了各种类型的地质构造和地 球表面的基本形态。 3)变质作用：在岩浆活动和地壳运动过程中，原岩 (原来生 成的各种岩石)在高温、高压下及挥发性物质的渗入下，发生 成分、结构、构造变化的地质作用。 (2)外力地质作用： 由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用。它 包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、 生物等的作用。 1)风化作用：外力(包括大气、水、生物)对原岩发生机械破 碎和化学变化的作用。 2)沉积岩和土的生成：原岩风化产物（碎屑物质），在雨雪 水流、山洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等
清华大学版土力学(课堂PPT)
u(tz )4 ,πp i 1si n m 2πH π ex p m 2 π 4 2 T v m＝1，3，5，7······
Tv
Cv H2
t
时间因数
反映孔隙水压力的消散程度－固结程度
固结度
固结度
0.0 0.2 0.4
1
0.6 0.8 1.0
0.001
2
3 透水边界
渗 流
不透水边界
孔压系数
土体在不排水和不排气条件下，由外荷载 引起的孔隙压力增量与应力增最的比值。
固结过程孔压系数的变化
外荷载 附加应力σz
土骨架：有效应力
孔隙水：孔隙水压力
应力历史
土在其形成的地质年代中所经受的应力变 化情况称为应力历史。
土的压缩性的地基沉降计算
固结
饱和土压缩的全过程叫做土的固结
土的固结状态
土力学重点知识点
土的三相性
土的物理性质指标
1）土的密度、重度 2）土粒的比重 3）土的饱和度 4）土的含水量 5）土的孔隙比和空隙率
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
（1）层状构造；（2）分散构造；（3）裂 隙构造（4）结核状构造
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
2
2
1f
450+/2
450+/2
c O 3
1f
图5-7 土的破裂面确定
挡土结构物上土压力
三种土压力的大小关系
静止土压力对应于图中A点，墙位移为0，墙后土体处于弹性 平衡状态 主动土压力对应于图中B点，墙向离开填土的方向位移，墙 后土体处于主动极限平衡状态 被动土压力对应于图中C点，墙向填土的方向位移，墙后土 体处于被动极限平衡状态
清华大学版土力学ppt课件
土力学重点知识点
土的三相性
土的物理性质指标
1）土的密度、重度 2）土粒的比重 3）土的饱和度 4）土的含水量 5）土的孔隙比和空隙率
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
（1）层状构造；（2）分散构造；（3）裂 隙构造（4）结核状构造
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
时间因数
曲线1 曲线2 曲线3
1
沉降与时间的关系
t
Tv
Cv H2
t
U t＝1
8
2
e
4
2
Tv
（ 1)
St UtS
沉降与时间的关系
Ut
St S
从 Ut 查表（计算）确定 Tv
t Tv H 2 Cv
土的抗剪强度
莫尔库伦破坏理论要点
1．破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。
f f ( )
流砂与管涌
当动水力足够大时，会将土体冲起，造成 破坏。当动水力梯度大于土的浮重度时， 土体被水冲起的现象，称为流土
当土体颗粒级配不连续时，水流可将土体 粗粒孔隙中充填的细粒土冲走，破坏土的 结构，这种作用称作管涌。
流土与管涌的区别
土体中的应力计算
地基中的自重应力及分布规律
地面
z
σsz=γz
地面
(d)确定计算深度zn
自重应力
(e)地基分层Hi
(f)计算每层沉降量Si
p
d p0
szi zi
d
基底
Hi
附加应力
(g) 各层沉降量叠加
沉降计算深度
30
用e-p曲线计算
地面
p
土的三相性
土的物理性质指标
1）土的密度、重度 2）土粒的比重 3）土的饱和度 4）土的含水量 5）土的孔隙比和空隙率
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
（1）层状构造；（2）分散构造；（3）裂 隙构造（4）结核状构造
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
时间因数
曲线1 曲线2 曲线3
1
沉降与时间的关系
t
Tv
Cv H2
t
U t＝1
8
2
e
4
2
Tv
（ 1)
St UtS
沉降与时间的关系
Ut
St S
从 Ut 查表（计算）确定 Tv
t Tv H 2 Cv
土的抗剪强度
莫尔库伦破坏理论要点
1．破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。
f f ( )
流砂与管涌
当动水力足够大时，会将土体冲起，造成 破坏。当动水力梯度大于土的浮重度时， 土体被水冲起的现象，称为流土
当土体颗粒级配不连续时，水流可将土体 粗粒孔隙中充填的细粒土冲走，破坏土的 结构，这种作用称作管涌。
流土与管涌的区别
土体中的应力计算
地基中的自重应力及分布规律
地面
z
σsz=γz
地面
(d)确定计算深度zn
自重应力
(e)地基分层Hi
(f)计算每层沉降量Si
p
d p0
szi zi
d
基底
Hi
附加应力
(g) 各层沉降量叠加
沉降计算深度
30
用e-p曲线计算
地面
p
土力学课件清华大学绪论工管
土力学与地基基础
0 绪论
0.1.2 地基和基础 （1）建筑物组成：上部结构、基础和地基，是一整体
上部结构 基础
（a）水闸
（b）柱子
地基
土力学与地基基础
0 绪论
阿联酋迪拜全 球最高的“哈 利法塔 －迪拜 大厦”，162层， 高818m。
土力学与地基基础
0 绪论
918米长的马格德堡水桥位于德国柏林附近的马格德堡，历时6 年，花费5亿欧元建成。确切说它是一座跨越易北河的渠道桥，
0.2.2 国内外工程事故示例
0.2.2.1 变形
Ref：《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》
地基变形特征： ●沉降量
●沉降差
●倾斜
●局部倾斜
0 绪论
土力学与地基基础
（1）倾斜
比萨斜塔
0 绪论
8层55m 直径16m 偏离中心5.27m 倾斜5.5度 修建时间: 1173～1370
●高耸结构 ●地基持力层为 粉砂、下面为粉 土和粘性土；粘 土由南向北变薄
（2）适用范围：砂土、一般粘性土
土力学与地基基础
1.5.4.2 动水力（渗透力）
（1）土颗粒对水流的阻力 F whA
（2）总渗透力为渗透水流
作用在土颗粒上的力，大 小为
J F whA
（3）渗流作用于土骨架单位
体积上的力（单位体积 渗流
力GD、j）为
●大小：
j
J V
whA
●地基的下卧层：持 力层下受荷载影响较 小的土层。
基础
基础底面
附加应力分布 地基持力层 影响深度 地基
地基下卧层 附加应力大小
●天然地基和人工地基
土力学与地基基础
土力学课件(清华大学)-习题与思考题PPT资料29页
6 0 1 2 3 1 2 3 c o s 2 A 3 5 0 2 5 0 c o s 1 2 0 2 2 5 k P a
7
土力学与地基基础
习题与思考题
习题4.5
解：（1）受力示意图如右图所示，
0
其中σ0=170kPa、 θ=37°。
0 s i n 1 7 0 s i n 3 7 1 0 2 k P a
土力学与地基基础
习题与思考题
习题1.7 解：
k v q A Q A t 5 5 1 0 4 1 0 2 c m /s
i h L h L5 0 2 0
习题1.8 解：
k v q A Q A t 3 5 1 0 4 .5 1 0 2 c m /s
8
土力学与地基基础
习题与思考题
习题4.9
（1）由题意知，σz=250kPa、 σx=100kPa和τ=40kPa，有
1 3z 2x z 2x 22 1 7 5 8 5 2 9 6 0 0 k k P P a a
（2）
1 f 3 t a n 2 4 5 2 9 0 3 2 7 0 k P a
习题与思考题
1
土力学与地基基础
习题与思考题
习题2.1
解：
m95.151.90g/cm 3
V 50
dm V s75 5.0 051.50g/cm 3
eV V v sG sdw11 2..5 60 710.78
w m w 1 0 0 % 9 5 .1 5 7 5 .0 5 1 0 0 % 2 6 .8 %
故二条形基础基底附加压力相同，此时附加应力取决于
7
土力学与地基基础
习题与思考题
习题4.5
解：（1）受力示意图如右图所示，
0
其中σ0=170kPa、 θ=37°。
0 s i n 1 7 0 s i n 3 7 1 0 2 k P a
土力学与地基基础
习题与思考题
习题1.7 解：
k v q A Q A t 5 5 1 0 4 1 0 2 c m /s
i h L h L5 0 2 0
习题1.8 解：
k v q A Q A t 3 5 1 0 4 .5 1 0 2 c m /s
8
土力学与地基基础
习题与思考题
习题4.9
（1）由题意知，σz=250kPa、 σx=100kPa和τ=40kPa，有
1 3z 2x z 2x 22 1 7 5 8 5 2 9 6 0 0 k k P P a a
（2）
1 f 3 t a n 2 4 5 2 9 0 3 2 7 0 k P a
习题与思考题
1
土力学与地基基础
习题与思考题
习题2.1
解：
m95.151.90g/cm 3
V 50
dm V s75 5.0 051.50g/cm 3
eV V v sG sdw11 2..5 60 710.78
w m w 1 0 0 % 9 5 .1 5 7 5 .0 5 1 0 0 % 2 6 .8 %
故二条形基础基底附加压力相同，此时附加应力取决于
土力学第八章课件
三、量测设备
载荷试验精度由量测设备控制。量测设备按量测对象 分力和位移量测两种：按深度分表层量测和地下量测两种。 1.承载板受力量测：承载板上受到的竖向力需要准确量测， 规范规定竖向力量测精度要高于95%。常用量测方法有： 力传感器法和压力表量测。 2.载荷板的沉降量量测：规范 要求精度达到0.1mm。
8.1.2 试验步骤、资料整理、成果应用
一、试验步骤
4.设备安装：首先安装反力荷载及其支撑设备。反力荷载 大小按试验最大荷载大小加安全储备计算，要求满足相应 试验规范。然后安装千斤顶（千斤顶中心和承载板的中心 一致）、力传感器、位移量测传感器（位移传感器支架固 定点设在不受变形影响的位置上，位移观测点应对称设置） 等；
8－1 概述
地基承载力不足而使地基破坏的根本原因是由 于荷载过大，使地基中的剪p 应力达到或超过了地 基土的抗剪强度。
地基承载力不足而使地基破坏的实质是基础下 持力层土的剪切破坏。
地基中剪切破坏的型式有
滑裂面
▪ 整冲剪破坏
地基
8-1 概 述
载荷试验可用于确定岩土地基的承载力和变形特性。 试验时，用一定面积的承载板向地基施加竖向荷载，观察 地基变形和破坏现象。
深层平板载荷试验可适用于确定深部地基土层（埋深大于等 于3m和地下水位以上）及大直径桩桩端土层在承压板下应力 主要影响范围内的承载力。
螺旋板载荷试验可适用于确定深部地基或地下水位以下的地 基土承载力。
8.1.1 平板载荷试验仪器设备
承载板、加荷装置、量测设备
千 斤 顶
荷载板
8.1.1 平板载荷试验仪器设备
8.1.1 平板载荷试验仪器设备
二、加载设备
载荷试验中，加载设备通常是试验中心，也是费用中的 主要部分。加载方式分为两类：(１)以重物为荷载源；(２) 油压千斤顶反力加荷法。
载荷试验精度由量测设备控制。量测设备按量测对象 分力和位移量测两种：按深度分表层量测和地下量测两种。 1.承载板受力量测：承载板上受到的竖向力需要准确量测， 规范规定竖向力量测精度要高于95%。常用量测方法有： 力传感器法和压力表量测。 2.载荷板的沉降量量测：规范 要求精度达到0.1mm。
8.1.2 试验步骤、资料整理、成果应用
一、试验步骤
4.设备安装：首先安装反力荷载及其支撑设备。反力荷载 大小按试验最大荷载大小加安全储备计算，要求满足相应 试验规范。然后安装千斤顶（千斤顶中心和承载板的中心 一致）、力传感器、位移量测传感器（位移传感器支架固 定点设在不受变形影响的位置上，位移观测点应对称设置） 等；
8－1 概述
地基承载力不足而使地基破坏的根本原因是由 于荷载过大，使地基中的剪p 应力达到或超过了地 基土的抗剪强度。
地基承载力不足而使地基破坏的实质是基础下 持力层土的剪切破坏。
地基中剪切破坏的型式有
滑裂面
▪ 整冲剪破坏
地基
8-1 概 述
载荷试验可用于确定岩土地基的承载力和变形特性。 试验时，用一定面积的承载板向地基施加竖向荷载，观察 地基变形和破坏现象。
深层平板载荷试验可适用于确定深部地基土层（埋深大于等 于3m和地下水位以上）及大直径桩桩端土层在承压板下应力 主要影响范围内的承载力。
螺旋板载荷试验可适用于确定深部地基或地下水位以下的地 基土承载力。
8.1.1 平板载荷试验仪器设备
承载板、加荷装置、量测设备
千 斤 顶
荷载板
8.1.1 平板载荷试验仪器设备
8.1.1 平板载荷试验仪器设备
二、加载设备
载荷试验中，加载设备通常是试验中心，也是费用中的 主要部分。加载方式分为两类：(１)以重物为荷载源；(２) 油压千斤顶反力加荷法。
土力学课件(清华大学)土力学绪论
什么是土？
土及土力学有哪些特点？ 为什么要学习土力学？ 土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？
一般固体： 液体： 土体（散粒体）：
可保持固定的形状
不具有特定的形状
具有一定但不固 定的形状
土体的特点
碎散性
岩石风化或破 碎的产物，是 非连续体
• 受力以后易变形，强度低 • 体积变化主要是孔隙变化 • 剪切变形主要由颗粒相对 位移引起
连续墙并对塔周围与塔基进行钻 孔注浆和打设树根桩加固塔身。
1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营 面积：4370m×1250m
填筑量：180×106m3
平均厚度：33m
世界最大的人工岛
日本 关西机场
关西机场
问题：沉降大且不均匀
• 设计沉降：5.7-7.5 m
• 完成时(1990年)实际沉降： 8.1 m，5cm/月 • 预测主固结需：20年 • 比设计多超填：3m
可归结为与土有关的 渗透问题
案例总结（三）
土工结构物或地基
强度问题 变形问题 渗透问题
土
强度特性 变形特性 渗透特性
土力学可以解决工程实践问题，这正是土力学存 在的价值以及我们学习土力学的目的。
学习土力学的目的
课程绪论：土力学及其特点
什么是土？
土及土力学有哪些特点？ 为什么要学习土力学？ 土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？
土壤在自然界的位置
土壤带 腐殖质层 淀积层 母质层
土壤有非常复杂的形成过程，并具有独特 的层状构造。土壤剖面一般包含枯枝落叶 层、腐殖质层、淀积层和母质层四个基本 层次。 传统岩土工程的范畴 风化、搬运、沉积 土壤 地质大循环：岩石 地质成岩作用 生物小循环： 生物活动所造成的土壤 有机质的循环
土力学全套课件
§1.1 土的生成
土从其堆积或沉积的条件来看可分为：
残积土 河流冲积土 风积土 土 运积土 冰碛土 沼泽土 残积土 冲积土 无机土运积土风积土 土 冰碛土 有机土(沼泽土)
化学风化：岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种 气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化 作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为极细颗 粒的过程。 特征：
物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗； 化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。 对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风 化，只不过哪种占优势而已。
d 60 Cu d10
（1－2）
§1.2 土的三相组成
2 d30
Cc
d10 d 60
(1－3)
式中：d10，d30和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分 别为10％，30％和60％时所对应的粒径。d10称为有效粒径； d60称为限制粒径。 土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状 来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀系数和曲 率系数来衡量。 Cu小，曲线陡； Cu大，易压密；Cc过大，台阶在d10~d30间； Cc过小，台阶在d30~d60间； 规范：纯净砾、砂，Cu>=5，且Cc=1~3时，级配良好，否则， 不良。
0.005 10
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配累积曲线
§1.2 土的三相组成
2.密度计法 用于分析粒径小于0.1mm（0.075mm）的土，根据粗
颗粒下沉速度快，细颗粒下沉速度慢的原理，可以把
土力学全套课件
不同类型的土
§1.2 土的三相组成
一、土的固相 土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成
土的骨架最基本的物质，称为土粒生矿物
原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英 、长石、云母等。
次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物 ，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿 物以及碳酸盐等。
绪论
比萨斜塔是意大利 比萨城大教堂的独 立式钟楼，位于比 萨大教堂的后面
钟楼始建于1173年， 设计为垂直建造，但 是在工程开始后不久 便由于地基不均匀和 土层松软而倾斜
绪论
比萨 (Pisa) 斜塔
绪论
墨 西 哥 城 的 下 沉
该城市人口密集。1850年开始抽取地下水，1891－1973年，整个 老城下沉达8.7m造成地面道路、建筑及其他建筑设施的破坏。 土层中地下水位的下降，使有效应力增加，使地基进一步固结沉降。
残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。 特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；
寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定 。
§1.1 土的生成
运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离 开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、 冰碛土和沼泽土等。
冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑
对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风 化，只不过哪种占优势而已。
土从其堆积或沉积的条件来看可分为：
§1.1 土的生成
残积土
河流冲积土
土运积土
风积土 冰碛土 沼泽土
残积土
土无机有土机运土积(沼土泽冰 风 冲土)碛 积 积土 土 土
72 水分法
土的粒径级配累积曲线
§1.2 土的三相组成
一、土的固相 土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成
土的骨架最基本的物质，称为土粒生矿物
原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英 、长石、云母等。
次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物 ，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿 物以及碳酸盐等。
绪论
比萨斜塔是意大利 比萨城大教堂的独 立式钟楼，位于比 萨大教堂的后面
钟楼始建于1173年， 设计为垂直建造，但 是在工程开始后不久 便由于地基不均匀和 土层松软而倾斜
绪论
比萨 (Pisa) 斜塔
绪论
墨 西 哥 城 的 下 沉
该城市人口密集。1850年开始抽取地下水，1891－1973年，整个 老城下沉达8.7m造成地面道路、建筑及其他建筑设施的破坏。 土层中地下水位的下降，使有效应力增加，使地基进一步固结沉降。
残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。 特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；
寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定 。
§1.1 土的生成
运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离 开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、 冰碛土和沼泽土等。
冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑
对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风 化，只不过哪种占优势而已。
土从其堆积或沉积的条件来看可分为：
§1.1 土的生成
残积土
河流冲积土
土运积土
风积土 冰碛土 沼泽土
残积土
土无机有土机运土积(沼土泽冰 风 冲土)碛 积 积土 土 土
72 水分法
土的粒径级配累积曲线
清华大学版土力学课件ppt
1）土的密度、重度 2）土粒的比重 3）土的饱和度 4）土的含水量 5）土的孔隙比和空隙率
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
量为各层沉降量之和：
SSi
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计算步骤
(a)计算原地基中自重应力分布 (b)基底附加压力p0 (c)确定地基中附加应力分布
地面
(d)确定计算深度zn
自重应力
(e)地基分层Hi
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土的工程特性
（1）压缩性高； （2）强度低； （3） 透水性大
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孔压系数
土体在不排水和不排气条件下，由外荷载 引起的孔隙压力增量与应力增最的比值。
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固结过程孔压系数的变化
外荷载 附加应力σz
土骨架：有效应力
孔隙水：孔隙水压力
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土的抗剪强度
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土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
量为各层沉降量之和：
SSi
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计算步骤
(a)计算原地基中自重应力分布 (b)基底附加压力p0 (c)确定地基中附加应力分布
地面
(d)确定计算深度zn
自重应力
(e)地基分层Hi
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土的工程特性
（1）压缩性高； （2）强度低； （3） 透水性大
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孔压系数
土体在不排水和不排气条件下，由外荷载 引起的孔隙压力增量与应力增最的比值。
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固结过程孔压系数的变化
外荷载 附加应力σz
土骨架：有效应力
孔隙水：孔隙水压力
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土的抗剪强度
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地基勘探 穿心锤
锤垫
触探杆
SPT Standard Penetration Test
标准贯入试验
贯入器头
出水孔
贯入器身
贯入器靴
地基勘探
地基勘探
4 触探
动力触探和静力触探
(1) 动力触探 管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm 落距，贯入深度30cm的击数, N 63.5 SPT用测得的标准贯入垂击数N，判定砂 土的密实度或粘性土的密度，确定地基和 单桩的承载力；还可评定砂土的震动液化 势。标准贯入试验适用于砂性土与粘性土。
xz
x
x
xz
0
z
（1）
zx
x
x
z
（2）
x
极限平衡条件
1 3 Sin （3） 1 3 2cctg
z
普朗特(Prandtl)的基本假设
1. 基础底面是绝对光滑的（， 保证竖直荷载是主应力 2. 无重介质的假设：即在式（1） 中=0：
如何满足地基设计的条件？
承载力？ 变形？ 确定承载力的三种方法 载荷试验 理论公式计算 经验方法
二 地基承载力的理论公式
2 极限状态定义
1 极限状态Limit state 结构或结构的一部分超过某一特定状态 而不能 满足设计规定的某一功能要求时 这一特定状态 称为结构对于该功能的极限状态 承载能力极限状态 一般是结构的内力超过其承 载能力 正常使用极限状态 一般是以结构的变形、裂缝 和振动参数超过设计允许的限值为依据
根据承载能力极限状态确定地基的承载力
二 地基承载力－理论公式法 普朗特-瑞斯纳承载力公式
一. 极限平衡理论： 1.平衡方程： D D 2.极限平衡条件 3. 假设与边界条件 二.普朗特-瑞斯纳承载力公式 1. 条形基础地基的滑裂面形状 2. 极限承载力pu
平面问题的平衡方程
z
z
地基勘探
载荷试验
地基破坏的判定 (1)明显侧向挤出或发生裂纹 (2)荷载增量很小,沉降急剧 增加, (3)某级荷载增量下,24小时 内沉降不能稳定 (4)s/b>0.06的荷载作为破 坏荷载
pcr
pu
荷载沉降曲线
S
地基勘探
现场载荷试验
地基勘探
承载力的特征值fak
比例界限pcr 当pu<1.5 pcr时，取极限承载力一半 渐变型曲线 s/b = 0.01—0.015低压缩性土 s/b = 0.02高压缩性土
杂填 泥炭
粉质粘土
粘土
砂砾石
地基勘探
杂填
泥炭 粉质粘土
粘土 砂砾石
地基勘探
二、勘探方法
物探－地球物理勘探 坑探－明挖 钻探－钻孔 触探 现场测试－原位试验
地基勘探
1 物探Geophysical Exploration
地球物理勘探 方法:重力场,磁电场,声,弹性波,放射性勘探,地 震勘探(规范,剪切波速)
优点:简单迅速
缺点:间接判断,
较大范围.
地基勘探
2 坑探 trial pits
优点:直观, 取原状样，兰旗营9m坑 缺点: 一般3~4m, 地下水以下危险,
地基勘探
3钻探
Exploration Drilling
最常用的办法, 可达100m以 下 划分地层 确定地下水 取样 可以进行触探 及原位试验
地基勘探
思考题
在建筑物场地上勘探,一般要做 哪些项目的勘探? 对于重要建筑物一般要采用什么 试验方法确定承载力？ 如何确定砂土地基的密实度？
第8章 地基承载力
Bearing Capacity of Foundation Soil
第1节 地基承载力
1 建筑物地基设计的基本要求 2 地基在外荷载作用下的破坏形式 3 极限平衡理论求地基极限承载力 4 其他求极限承载力的方法 5 地基的临塑荷载、临界荷载与容 许承载力
地基勘探
深度宽度修正的特征值
f a f ak b (b 3) d m (d 0.5) 2 pb E0 I（ ） 0 1 s
I0形状影响系数, 圆：079；方：088
地基勘探
旁压试验
水箱
量测
Ph puh pcr poh
钻孔内进行横 向载荷试验, 用以测定较深 处土层的变形 模量和承载力
密实砂土，坚硬粘土，浅埋 土质较软 软粘土，深埋
饱和松砂
2)竖直和水平荷载下地基破坏形式
表面滑动 水平力大 深层滑动 竖直荷载大
1.整体破坏 General shear failure 土质坚实,基础埋深浅； 曲线开始近直线，随 后沉降陡增，两侧土 1.整体破坏 体隆起。 2.局部剪切 松软地基，埋深较大； 曲线开始就是非线性， 没有明显的骤降段。
D
D
根据公式（1）、（2）和（3）以及边界条件，利用塑性力 学中的滑移线法可以求解条形基础的地基承载力 Pu
这一假定下的精确解或解析解.
1. 极限平衡区与滑裂面的形状
B p 实际地面
D B E F
C
无重介质地基的滑裂线网
地基中的极限平衡区 B
p I 实际地面 B F
D
r0 r
C
III II E
3= D 1 kpD
破裂面与水平方向夹角
45- 2
Ⅱ区： 过度区：
极限平衡 第二区：
r0
r
r=r0e tg
作用在隔离 隔离体 体上的力： pu pu 、 D 、 pa 、 pp 、 c、R 所有力对A r0 pa 点力矩平衡
1.朗肯主动区： pu为大主应力，与水
平方向夹角452 2. 过度区：r=r0e tg 3.朗肯被动区：水平方向为大主应力， 与水平方向夹角45- 2
I 区
垂直应力pu为大主应力，
破裂面与水平方向夹角 452
Pu
=pu kapu
III 区
q=D
水平方向为大主应力，
一、地基承载力定义
极限承载力
Ultimate bearing capacity 承载地基在发生剪切破坏时的 荷载强度
The intensity of bearing pressure at which the supporting ground is expected to fail in shear
单桥探头 双桥探头
地基勘探
示意图
F F
动画贯入
静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化 划分土层, 承载力、 压缩性、不排水抗剪强度、砂土密实度等 静力触探适用于粘性土和砂类土
地基勘探
5 现场试验 In situ testing
十字板 Vane Shear－饱和软粘土 载荷板试验Loading Plate－深浅均可 旁压仪 Pressuremeter －较深地基
地基勘探
十字板
F F Mmax=F×D
M max
f
D D
2
H 2 3
H D
地基勘探
现场载荷试验
地基勘探
现场载荷试验
千 斤 顶
荷载板
地基勘探
平板载荷试验要点
0.5 0.5m, 0.71 0.71m, 1.0 1.0m 不少于3点 8-10级 每级稳定的标准 承载力的特征值
回转式钻机
地基勘探
4 触探
动力触探和静力触探 Dynamic Penetration, Static Cone Penetration
(1) 动力触探Dynamic Penetration 管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm 距,贯入深度30cm的击数, N 63.5 锥状探头 轻型10 kg, 50cm落距,贯入深度30cm 中型 28kg 重型 63.5kg 碎石,砾石地层 特重型 120kg
Local shear failure
P
S P
2.局部剪切
S
P 表 面 土 深 土 层
3.冲剪破坏 Punching shear failure 松软地基，埋深较大； 荷载板几乎垂直下切， 3.冲剪破坏 两侧无土体隆起。
S
某谷仓的地基整体破坏
1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆
水泥仓地基 整体破坏
地基液化引起的建筑物破坏
3 竖直荷载和水平荷载下建筑 物地基破坏的形式
Ph Pv
表层滑动
Pv f cA Fs Ph
Ph
深层滑动
Pv
4 地基的变形
1 建筑物地基设计的基本要求
1）稳定要求：荷载小于承载力（抗力） p pu /Fs =f
2)变形要求：变形小于设计允许值 S [S] (1)沉降量 (2)沉降差相邻柱基 (3)倾斜砌体承重结构 (4)局部倾斜
墨西哥的沉降问题是世界著名的
某宫殿，左部 分建于1709年； 右部分建于 1622年。沉降 达2.2米，存 在明显的沉降 差。
比萨斜塔-不均匀沉降的典型
始建于1173 年，60米高。 1271年建成 平均沉降2米， 最大沉降4米。 倾斜5.5，顶 部偏心2.1米
日本1995年 1月17日阪 神大地震
地基承载力
ห้องสมุดไป่ตู้
第八章
主要内容 －本课程重点
地基勘探 Site investigation
地基承载力
Bearing Capacity of Foundation Soil
第一节 地基勘探 Site investigation
一、勘探要求： 了解地基的工程地质和水文条件，为 确定地基承载力和进行基础设计提 供依据 1 资料：平面图和地形图 建筑物的形式和荷载 管线，地下室