中南大学高等2021土力学课件__基本概念回顾
《土力学教学课件》课件
实例五：某水利工程土石坝渗漏问题
实例三：某桥梁桩基承载力问题
实例六：某港口码头地基承载力问题
实际工程中土力学应用
地基处理：利用土力学原理进 行地基加固和稳定
边坡稳定：利用土力学原理进 行边坡稳定分析和设计
隧道工程：利用土力学原理进 行隧道设计和施工
地下工程：利用土力学原理进 行地下工程设计和施工
THEME TEMPLATE
土的稳定性分析
土的强度：包括抗压强度、抗剪 强度、抗拉强度等
影响因素：土的性质、结构、应 力状态、地下水等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
土的稳定性：包括抗滑移稳定性、 抗倾覆稳定性等
稳定性分析方法：包括极限平衡 法、有限元法、数值模拟法等
滑坡治理措施
监测预警：建立滑坡监测系统， 实时监测滑坡动态
土力学工程应用 ：包括地基处理 、边坡稳定、隧 道工程等
土力学实验：包 括土的物理性质 实验、土的力学 性质实验、土的 工程性质实验等
课件结构
引言：介绍土力学的基本概念和重要性
案例分析：通过案例分析加深对土力 学的理解
理论部分：介绍土力学的基本原理和 理论
总结：总结土力学的核心内容和学习 要点
实践部分：介绍土力学在实际工程中的 应用
粉土：颗粒极小，易于流动，常用 于地基处理和填筑
淤泥：颗粒极小，易于流动，常用 于地基处理和填筑
冻土：在低温下冻结，常用于地基 处理和道路建设
土压力理论
章节副标题
静止土压力
概念：土压力是指土体对挡土墙或其他建筑物产生的压力 产生原因：土体自重、土体变形、土体渗透等因素 计算方法：静止土压力的计算方法包括朗肯土压力理论、库仑土压力理论等 应用：静止土压力理论在土力学、岩土工程等领域有广泛应用
土力学第二章(中南大学)
透力 j：体积力
贮水器 hw
土粒
0
L
土样
滤网
渗
流
渗透力j 渗透力 j ： 单位土体内土 所受到的渗透水流的拖曳
水整体受力分析水整体受力分析-静水
P1 = γwhw W = L γsat ＝L(γ ′ + γw) γ P2 = γwh2 R=?
0 贮水器 hw L
a
b
W
土样
滤网
R + P2 = W + P1 R + γwh2 = L(γ′ γw) + γwhw γ′+ γ′
对粘性土， 对粘性土，影响颗粒的表面
粒径大小及级配
孔隙比
不同粘土矿物之间渗透系数 极大， 极大，其渗透性大小的次序 岭石>伊里石 伊里石>蒙脱石 岭石 伊里石 蒙脱石 ；当粘
矿物成分
结构
中含有可交换的钠离子越多 其渗透性将越低
的性质
塑性指数Ip综合反映土的颗 塑性指数 综合反映土的颗 小和矿物成份， 小和矿物成份，常是渗透系 参数
滤网
Gs −1 icr = 1+ e
icr取 的物
土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或 破坏称为渗透变形或渗透破坏。 破坏称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形是土工 建筑物发生破坏的常见类型 基本类型： 基本类型： • 管涌 • 流土 • 接触流土 • 接触冲刷
单一土层渗透变形 的两种基本型式
向上的渗透作用下 的渗透作用下， 土：在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体 群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土， 群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只 坡降达到一定的大小， 坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏
高等土力学第一章 课件
高等土力学第一章课件
汇报人：
目录
CONTENTS
01 添加目录标题 03 土的应力与应变
02 土力学基本概念 04 土的强度与稳定性
05 土压力与挡土墙设 计
06 地基承载力与沉降 计算
07 特殊土工程性质与 处理方法
添加章节标题
土力学基本概念
土的气组成的自然体
黄土的工程分类：根据黄土的工程性质，可 以将黄土分为不同的类型，不同类型的黄土 在工程中的处理方法也有所不同。
黄土的处理方法：包括排水固结法、强夯 法、换填法等，这些方法可以有效地改善 黄土的工程性质，提高工程的稳定性和安 全性。
膨胀土工程性质与处理方法
膨胀土的定义与分类
膨胀土的工程性质
膨胀土的膨胀机理
土的应变：土体变形的大小 和方向
土的应力-应变关系曲线：描述 土的应力与应变之间关系的曲 线
土的应力：土体受到的力，包 括压应力、剪应力和弯应力等
土的应力-应变关系特点：非 线性和弹塑性等
土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力 土的强度分类：天然强度、残余强度、有效强度等 影响土强度的因素：土的成分、结构、应力历史、环境条件等 土的强度试验方法：直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压试验等
稳定的能力。
地基承载力的影响 因素：包括土的物 理性质、力学性质、 地质条件、地下水 位、荷载大小和分
布等。
添加标题
添加标题
地基承载力与沉降 计算的关系：地基 承载力是影响建筑 物沉降的重要因素 之一，通过合理的 地基设计和沉降计 算，可以确保建筑 物的稳定性和安全
性。
添加标题
地基承载力与建筑 物安全性的关系： 地基承载力不足可 能导致建筑物沉降、 倾斜甚至倒塌，因 此在进行建筑设计 时，必须充分考虑 地基承载力的要求。
中南大学土力学与基础工程课件 土力学1-第六章
0
p1/ 4
说明：当地下水位上升时，地基的承载力将降低
第六章 地基承载力
§6.1 概述 √ §6.2 地基临塑压力 √ §6.3 地基极限承载力的理论近似解 §6.4 按《规范》确定地基承载力 §6.5 原位测试确定地基承载力
§6.3 地基极限承载力的近似解
一、普朗特—维西克理论
45o＋ / 2 45o－ / Ⅰ 2 Ⅱ Ⅱ
铁路桥涵地基基础设计规范
TB10002.5—2005
J464—2005
建筑地基基础设计规范
GB50007—2002
铁路桥涵地基基础设计规范
一、基本容许承载力 指基础宽度b≦2m，埋置深度H≦3m 时的承载力，一般以σ0表示
Q4年代：液性指数和孔隙比，表6-3
粘性土
Q3年代：压缩模量，表6-4 残积土：压缩模量，表6-5
§6.5 按原位测试确定地基承载力
一、载荷试验法 二、静力触探试验法 三、动力触探试验法 四、标准贯入试验法 五、旁压试验法 六、十字板试验法
本章作业 P191 6-7,6-8
c.计算内摩擦角和粘聚力 的标准值
k ck c c
2.确定地基承载力特征值
当e≤0.033b，根据土的抗 剪强度指标确定地基承载力
f a M bb M d m d M c征值
Mb、Md、Mc ——承载力系数（可根据k查表得到)
P
d Ⅲ
c
b
Ⅲ c
d
Ⅰ区：主动朗肯 区， 1竖直向， 破裂面与水平面 成45o＋/2
Ⅱ区：普朗特区， 边界是对数螺线
Ⅰ： 将无限长，底面光滑的荷载 板至于无质量的土(＝0)的表面上， 荷载板下土体处于塑性平衡状态时， 塑性区分成五个区
中南大学土力学内容总结说课材料
中南大学土力学教学安排二、课程的基本要求学完“土力学”后，应达到以下基本要求：①认识土为松散体这一特点，并以此解释土的变形规律、渗透性质、强度特性；②掌握土的物理性质及其基本指标，土的分类，确定土的物理状态和土的定名，以及土的物理性质指标和土的强度和变形的关系；③掌握土中应力分布，地基变形，一维渗透固结理论，库仑——莫尔强度理论；④要求掌握库仑、朗金土压力计算理论及适用范围，以及几种常见情况的土压力计算；⑤掌握土坡稳定的一些基本概念和土坡稳定计算的条分法，了解摩擦圆法和增加土坡稳定的一些措施。
三、课程的基本内容以及重点难点绪论介绍“土力学”的主要内容、任务和工程应用成就。
第一章土的物理力学性质讲授内容：土的生成，土的粒径组成和矿物成分，土中的水和气体，土的三相含量指标，土的物理状态及指标，土的工程分类。
自学内容：土的结构及其联结，土的膨胀、收缩及冻胀。
重点：土的组成，三相含量指标和物理状态指标的计算，土的分类。
上述实验方法和资料整理。
难点：认识土的物理指标和状态指标的变化对土性质的影响。
第二章土的渗透性及水的渗流、第三章土中应力和地基应力分布讲授内容：土中一点的应力状态和应力平衡方程，土的渗透性，饱和土的有效压力和孔隙水压力，在简单受力条件下地基中应力分布，基底的接触应力，刚性基础基底压力简化算法，弹性半无限体内的应力分布。
自学内容：部分饱和土的孔隙压力及有效压力，孔隙压力系数。
重点：土的渗透性和有效压力的概念，饱和土的有效压力和孔隙水压力计算，弹性半无限体内的应力分布计算。
难点：在渗透条件下，土的有效压力和孔隙水压力计算。
第四章土的变形性质及地基沉降计算讲授内容：土的弹性变形性质，土的压缩性，饱和粘土的渗透固结和太沙基一维固结理论，试验方法测定土的变形模量，地基沉降计算，沉降差与倾斜，饱和粘土的沉降过程。
自学内容：太沙基一维固结方程的详细推导和固结度公式的推导。
重点：土的压缩性和压缩性指标，土的固结概念，地基沉降的计算。
中南大学土力学与基础工程课件 土力学1-第四章概要
Es
p
e e0 e 孔隙 固体 颗粒
e a p
1 e0 Es a
1 a mv Es 1 e 0
e 1 e0
体积压缩系数
1
压缩指标间的关系
e
0.9
1
Cc
特点：在压力较大部分， 接近直线段 反映了土的应力历史
0.8
0.7 0.6
1 Cs
侧限压缩试验指标汇总
先期固结压力：土层历史上所经受到的最大压力p
如土层当前 承受的自重 压力为s
p= s：正常固结土 p> s：超固结土
p< s：欠固结土
超固结比： OCR
p s
OCR=1：正常固结 OCR>1：超固结 OCR<1：欠固结
相同s 时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小
压力 Pf 破坏荷载 P极限荷载 k P l 比例极限
沉 降 曲 线
S
D S 沉降量
五、旁压试验
自学
第四章：土的压缩性与地基沉降计算
§4.1 概述 §4.2 土的压缩性测试方法 §4.3 一维压缩性及其指标 §4.4 地基的最终沉降量计算 §4.5 饱和土体的渗流固结理论
§4.3 一维压缩性及其指标
常规三轴：
• 存在破坏应力
z=p
侧限压 缩试验 常规三 轴试验
侧限压缩试验：
• 不存在破坏应力 • 存在体积压缩极限
e0 ( 1 e0 )
z
变形模量 E 与侧限变形模量 Es间的关系 虎 克 定 律
z x y E E x x y z E E y y z x E E z
土力学基本知识PPT课件
-
6
1.4 土中固体颗粒
① 颗粒大小
•粒度 土粒的大小，通常以粒径表示 •粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 •界限粒径 划分粒组的分界尺寸
d
(mm)
砾石
粗粒
砂粒
0.075
细粒
粉粒 粘粒
胶粒
粗 中 细 粗 中 细 极细
20
60
5 2 0.5 0.25
0.075
0.005 0.002
-
7
1.4 土中固体颗粒
粒径级配累积曲线 100
90
粒径级配累积曲线
80 70
60
表示土的颗粒级配
50
40
横坐标为粒径，用对数坐标表示
30 20
纵坐标为小于(或大于)某粒径的
10 0
土重(累计百分)含量
特点：
定量指标，级配好与差的比较
粒径(mm)
曲线较陡 粒径相差不多，土粒较均匀，级配不良 曲线平缓 粒径相差悬殊，土粒不均匀，级配良好
ma=0 Air
mw m
Water
ms Solid
质量
Va Vw Vv V
Vs
体积
土的重度
W mg g
VV
单位: kN/m3
土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量.
-
16
土粒相对密度
定义: 土粒质量与同体积4˚C时纯蒸馏水的质量的比值
表达式:
ds
ms
Vs w1
s w1
单位: 无量 纲
重要影响
次要作用
土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系。
-
5
当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土； 当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土； 一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中 兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土。
土力学第二章中南大学
土样
Δh h1
h2
0 滤网
渗透力j：单位土体内土骨架所受到旳渗透水流旳拖曳力
j = J/V = wh /L = wi
土水隔离受力分析
• 土骨架受力分析：
P1
有效重量：W=L
总渗透力：J=Lj
滤网旳反力：R
• 孔隙水受力分析：
水压力：P1= whw
P2 R
P2 = wh1
总渗透力：J=J
水重+浮力反力：
水旳性质
对粘性土，影响颗粒旳表面力
不同粘土矿物之间渗透系数相差 极大，其渗透性大小旳顺序为高 岭石>伊里石>蒙脱石 ；当粘土 中具有可互换旳钠离子越多时， 其渗透性将越低
塑性指数Ip综合反应土旳颗粒大 小和矿物成份，常是渗透系数旳 参数
土旳性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 矿物成份 • 构造
k1 0.01m / day k2 1m / day k3 100m / day
k1 z k2 k3
x
H1 H2 H H3
kx
kiHi 33.67m / day H
按层厚加权平均，由较大值控制
kz
H 0.03m / day Hi
ki
层厚倒数加权平均，由较小值控制
第二章：土旳渗透性和渗流问题
W
＝L( + w)
P2 = wh2 R=?
R + P2 = W + P1 R + wh2 = L(+ w) + whw
ab
贮水器
hw
L 土样
h2
0
0
滤网
R = L
ab
土水整体受力分析-渗流
截面积 A=1
土力学重点概念总结讲课稿
土力学重点概念总结讲课稿土力学重点概念总结土力学1.土的主要矿物成分：原生矿物：石英、长石、云母次生矿物：主要是粘土矿物，包括三种类型高岭石、伊里石、蒙脱石2.粒径：颗粒的大小通常以直径表示。
称为粒径（mm）或粒度。
3.粒组：粒径大小在一定范围内、具有相同或相似的成分和性质的土粒集合。
4.粒组的划分：巨粒(>200mm)粗粒(0.075~200mm) 卵石或碎石颗粒 (20~200mm)圆砾或角砾颗粒 (2~20mm)砂 (0.075~2mm)细粒(<0.075mm)粉粒(0.005~0.075mm)粘粒(<0.005mm)5.土的颗粒级配：土由不同粒组的土颗粒混合在一起所形成，土的性质主要取决于不同粒组的土粒的相对含量。
土的颗粒级配就是指大小土粒的搭配情况。
6.级配曲线法：纵坐标：小于某粒径的土粒累积含量横坐标：使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相差上千倍的粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有主要影响的颗粒部分清楚地表达出来.7.不均匀系数：可以反映大小不同粒组的分布情况，Cu越大表示土粒大小分布范围广，级配良好。
8.曲率系数：描述累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状9.土中水-土中水是土的液体相组成部分。
水对无粘性土的工程地质性质影响较小，但粘性土中水是控制其工程地质性质的重要因素，如粘性土的可塑性、压缩性及其抗剪性等，都直接或间接地与其含水量有关。
13.表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为土的三相比例指标。
主要指标有：比重、天然密度、含水量（这三个指标需用实验室实测）和由它们三个计算得出的指标干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和度。
14.稠度：粘性土因含水量的不同表现出不同的稀稠、软硬状态的性质称为粘性土的稠度。
15.粘性土的界限含水量：同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。
由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量16.可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征，可塑性的大小用土处在可塑状态时的含水量的变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化范围越大，土的可塑性越好。
土力学几个概念问题.ppt
8 .土中渗流的作用力及渗透变形
• （1）渗透力的定义 • 水在土中流动的过程中将受到土阻力
的作用，使水头逐渐损失。 • 同时，水的渗透将对土骨架产生拖曳力，
导致土体中的应力与变形发生变化。这 种渗透水流作用对土骨架产生的拖曳力 称为渗透力。
•
(2). 渗透变形
• 渗透变形:当水力梯度超过一定的界 限值后，土中的渗流水流会把部分土体 或土颗粒冲出、带走，导致局部土体发 生位移，位移达到一定程度，土体将发 生失稳破坏，这种现象称为渗透变形。EsΒιβλιοθήκη p
p H / H1
（4-3）
式中Es—侧限压缩模量，MPa
(3). 土的侧限回弹曲线和再压缩曲线
• (4).关于三种模量的讨论
• 的，压为缩竖模向量正应Es是力土与在相完应全的侧正限应的变条的件比下值得。到该 参数将用于地基最终沉降量计算的分层总和法、 应力面积法等方法中。 它是变指形土模在量侧向E0是自根由据膨现胀场条载件荷下试正验应得力到与的相，应 的正应变的比值。该参数将用于弹性理论法最 终沉降估算中，但载荷试验中所规定的沉降稳 定标准带有很大的近似性。 它是弹指性正模应量力Es与i可弹通性过（静即力可法恢或复动）力正法应测变定，的 比值。该参数常用于用弹性理论公式估算建筑 物的初始瞬时沉降。
的固结度又可表述为土层在固结过程中任一时
刻的压缩量st与最终压缩量sc之比，即
U
＝
t
st sc
（4-27）
为什么可以说土的压缩变形实 际上是土的孔隙体积的减小？
在常规的地基压力下土中颗粒本身的压 缩非常小，可以忽略，即只考虑土的孔 隙体积的减小。
为何有了压缩系数还要定义压 缩模量？
压缩系数是室内验算试验中最直接 得到的指标，是土力学所特有的指标之 一。压缩模量的定义主要是为了利用虎 克定律而设置，工程中也比较习惯使用 这一指标。
大学课件-土力学(完整)
n Vv 100% V
Sr
V Vv
100 %
饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土 Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态: Sr≤50%稍湿； 50％＜Sr≤80%很湿； Sr＞80%饱和
m ms mw Vs Vw Va
VV
质量m 气 水
体积V 3.不同状态下土的密度和重度
例：石英、云母、长石等 特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具
有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点
次生矿物：岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其
成分与母岩不相同
例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等
特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水
易膨胀的特点
• 二、土中的水
土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性土)。 土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗 粒的晶格内部外，还存在结合水和自由水 1.结合水
于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链 环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构
蜂窝结构
絮状结构
3.絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，
在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表
面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物
下沉，形成孔隙较大的絮状结构
• 五、土的构造
土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特 征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造， 二者都造成了土的不均匀性
固相 土 液相
气相
土中颗粒的大小、成分及三相 之间的相互作用和比例关系， 反映出土的不同性质
§1.1 土的组成及其结构与构造
• 一、土的固相
土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭配情况 对土的物理力学性质有明显影响 1.土的颗粒级配
土力学与数值方法：基本概念与原理
第一章：基本概念与原理
土力学的Байду номын сангаас本概念
• 土力学：利用力学的一般原理,研究土的物理, 化学和力学性质及土体在荷载,水,温度等外界 因素作用下的工程性质,包括土的应力,变形, 强度,稳定和土与结构物相互作用等规律的一 个力学分支。
土力学的发展简史
• 土力学是一门既古老、又 新兴的学科，人类很早就 懂得广泛利用土进行工程 建设（我国的长城、南北 大运河）直到十八世纪中 叶，人类对土在工程建设 方面的特性，尚停留在感 性认识阶段。
土体作为结构材料与力学介质，具有多相性、易 碎性、变异性，土的力学性质取决于地质成因、 物质组成、结构特征。
影响因素多，影响因素之间的相互作用，根 据土的组成与结构进行完全的定量分析是困难的， 需要借助工程经验、实验等手段进行分析。
1.2 土的结构与组成
土的固体颗粒
• 非粘土矿物颗粒：土中的原生矿物以石英为主， 含有少量长石、云母等。
• 近四十年来，由于尖端科学、生产发展的需要，土力学的 研究领域又有了明显的扩大
• 土动力学、冻土力学、海洋土力学、月球土力学 • 同时岩石力学也已与土力学分离而单独称为一门学科。
1.1 土体的基本特征
上
部
结
示 意 图
构 、 基 础
、
地
基
土 • 研究对象：
土的性状变化很大，土力学理论依靠较 多的简化假设，因此在处理工程中的土力学 问题时，不能单凭数学和力学的方法，我们 同时需要室内和野外的测试手段，实地观察 和经验判断。
• 风化：
物理风化：温度 应力 岩石开裂 水的冻胀 裂缝张开 岩石开裂 波浪冲击 地震 风 沙砾冲击 岩石破裂
化学风化：岩石与空气、水和各种溶液相接触经 氧化 炭化 作用 分解成细小的颗粒 致使岩石的矿物成分发生变化 水化