土力学及数值方法：土的基本力学特性79页PPT
合集下载
《土力学课件》课件
土的渗透性：土的渗透性是指水在土中的流动能力，是影响土的排 水性能和抗渗性能的重要因素
土的工程分类
岩石：坚硬、不易变形，常用于建 筑基础和道路工程
砂土：颗粒较大，易变形，常用于 填筑工程
黏土：颗粒较小，易变形，常用于 防渗工程
粉土：颗粒极小，易变形，常用于 地基处理和防渗工程
淤泥：颗粒极小，易变形，常用于 地基处理和防渗工程
剪切破坏：地基在荷载作用 下产生的剪切破坏
地基承载力计算方法
荷载效应： 计算地基 承受的荷 载效应
地基承载 力：计算 地基的承 载力
地基变形： 计算地基 的变形量
地基稳定 性：计算 地基的稳 定性
地基承载 力与变形 的关系： 分析地基 承载力与 变形之间 的关系
地基承载 力与变形 的计算方 法：介绍 地基承载 力与变形 的计算方 法
数值模拟目的：通过计算机模拟，预测土的变形、强度等特性，为工程设计提供依据
实验操作流程与注意事项
实验准备：确保 实验器材齐全， 包括土样、仪器、 工具等
实验步骤：按照 实验指导书进行， 包括土样制备、 测试、数据处理 等
注意事项：确保 实验环境安全， 遵守实验室规定， 注意操作规范， 避免实验误差
端承桩：适用 于坚硬、密实 的土层，如岩
石、砂土等
摩擦桩：适用 于软土层，如 淤泥、黏土等
端承摩擦桩： 适用于坚硬、 密实的土层和 软土层交界处
复合桩：适用 于多种土层， 如岩石、砂土、 淤泥、黏土等
桩基设计需要 考虑的因素： 土层性质、桩 基类型、桩基 长度、桩基直
径等
桩基设计原则与步骤
确定桩基类型：根据工程地质条件、建筑物荷载、场地条 件等因素选择合适的桩基类型。
实验结果分析： 根据实验数据， 分析土力学特性， 得出结论，撰写 实验报告
土的工程分类
岩石：坚硬、不易变形，常用于建 筑基础和道路工程
砂土：颗粒较大，易变形，常用于 填筑工程
黏土：颗粒较小，易变形，常用于 防渗工程
粉土：颗粒极小，易变形，常用于 地基处理和防渗工程
淤泥：颗粒极小，易变形，常用于 地基处理和防渗工程
剪切破坏：地基在荷载作用 下产生的剪切破坏
地基承载力计算方法
荷载效应： 计算地基 承受的荷 载效应
地基承载 力：计算 地基的承 载力
地基变形： 计算地基 的变形量
地基稳定 性：计算 地基的稳 定性
地基承载 力与变形 的关系： 分析地基 承载力与 变形之间 的关系
地基承载 力与变形 的计算方 法：介绍 地基承载 力与变形 的计算方 法
数值模拟目的：通过计算机模拟，预测土的变形、强度等特性，为工程设计提供依据
实验操作流程与注意事项
实验准备：确保 实验器材齐全， 包括土样、仪器、 工具等
实验步骤：按照 实验指导书进行， 包括土样制备、 测试、数据处理 等
注意事项：确保 实验环境安全， 遵守实验室规定， 注意操作规范， 避免实验误差
端承桩：适用 于坚硬、密实 的土层，如岩
石、砂土等
摩擦桩：适用 于软土层，如 淤泥、黏土等
端承摩擦桩： 适用于坚硬、 密实的土层和 软土层交界处
复合桩：适用 于多种土层， 如岩石、砂土、 淤泥、黏土等
桩基设计需要 考虑的因素： 土层性质、桩 基类型、桩基 长度、桩基直
径等
桩基设计原则与步骤
确定桩基类型：根据工程地质条件、建筑物荷载、场地条 件等因素选择合适的桩基类型。
实验结果分析： 根据实验数据， 分析土力学特性， 得出结论，撰写 实验报告
土力学课件PPT课件
第15页/共139页
(三)其它沉积物 除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物
(Q”)、 湖泊沉积物(Q‘)、 冰川沉积物(Q”)及风积物(Q”‘)等，它们是分别由海洋， 湖泊、冰川及风等的地质作用形成的．
第16页/共139页
1-3 土 的 组 成
一 土的固体颗粒 · 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、 矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性 质的重要因素。
第13页/共139页
(二)冲积物(Q) 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖 的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地 带形成的沉积物。
第14页/共139页
1平原河谷冲积物 平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元 (图1—7)。
2．山区河谷冲积层 在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地(图1-8)。
形成电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离
子(如Na’、Ca”、A1”等)一起吸附在土粒表面。因为水分
子是极性分子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)，
它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列
(图1—13)。
双电子层
第22页/共139页
第23页/共139页
(1)强结合水 强结合水是指紧靠土粒表面的结合水 (2)弱结合水 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。 2自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它 的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0℃，有 溶解能力。 自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水 和毛细水。 (1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水， 它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮 力作用。
三 地质年代的概念 地质年代--地壳发展历史与地壳运动，沉积环境 及生物演化相对应的时代段落。 相对地质年代--根据古生物的演化和岩层形成的 顺序，所划分的地质年代。 在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地 质相对年代划分为五大代(太古代、元古代、古生代、 中生代和新生代)，每代又分为若干纪，每纪又细分为 若干世及期。在每一个地质年代中，都划分有相应的地 层（参见表1-6） 在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩 风化产物（碎屑物质），经各种外力地质作用(剥蚀、 搬运、沉积)形成尚未胶结硬化的沉积物(层)，通称
(三)其它沉积物 除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物
(Q”)、 湖泊沉积物(Q‘)、 冰川沉积物(Q”)及风积物(Q”‘)等，它们是分别由海洋， 湖泊、冰川及风等的地质作用形成的．
第16页/共139页
1-3 土 的 组 成
一 土的固体颗粒 · 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、 矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性 质的重要因素。
第13页/共139页
(二)冲积物(Q) 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖 的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地 带形成的沉积物。
第14页/共139页
1平原河谷冲积物 平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元 (图1—7)。
2．山区河谷冲积层 在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地(图1-8)。
形成电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离
子(如Na’、Ca”、A1”等)一起吸附在土粒表面。因为水分
子是极性分子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)，
它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列
(图1—13)。
双电子层
第22页/共139页
第23页/共139页
(1)强结合水 强结合水是指紧靠土粒表面的结合水 (2)弱结合水 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。 2自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它 的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0℃，有 溶解能力。 自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水 和毛细水。 (1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水， 它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮 力作用。
三 地质年代的概念 地质年代--地壳发展历史与地壳运动，沉积环境 及生物演化相对应的时代段落。 相对地质年代--根据古生物的演化和岩层形成的 顺序，所划分的地质年代。 在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地 质相对年代划分为五大代(太古代、元古代、古生代、 中生代和新生代)，每代又分为若干纪，每纪又细分为 若干世及期。在每一个地质年代中，都划分有相应的地 层（参见表1-6） 在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩 风化产物（碎屑物质），经各种外力地质作用(剥蚀、 搬运、沉积)形成尚未胶结硬化的沉积物(层)，通称
土质土力学土的物理性质优秀PPT
土质土力学土的物 理性质
物理性质分为基本物理性质和水理性质：
土的固、液（水）、气三相在质量和体积 之间的相互比例关系称为土的基本物理性 质，主要反映在土的密实程度和干湿状况 等。
液相（水）水与固相之间的相互作用所表 现出来的性质称为土的水理性质，主要研 究土的稠度与塑性、土的膨胀性与收缩性、 土的透水性和毛细性等。
为土的天然密度（通常所说的密度 即指天然密度），相应的重度为天 然重度，以区别于其他条件下的密 度。
土的密度是实测指标，可采用环刀法、蜡封法、灌水法和灌
砂法等方法测定。 环刀法适用于细粒土，蜡封法适用于易破裂土和形状不规则
的坚硬土，灌水法和灌砂法适用于现场测定粗粒土的密度。
环刀
（3）饱和密度(重度)
[无量纲]
ms
S
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图
土粒比重与土粒密度在数值上是相 等的。
一般土的土粒密度值见下表：
土名
砂土 砂质粉土 粘质粉土 粉质黏土 黏土
s(g/cm3) 2.65~2.69 2.70
2.71 2.72~2.73 2.74~2.76
土粒密度是实测指标，小于5mm的
用小数表示
A ma(0)
mw
W
m
Va Vv
Vw V
计算指标
孔隙比常用以表示土的密实 程度，并用于计算地基沉降 量。e越大，孔隙越发育，结 构越松散。 粉土按孔隙比e的分类： 密实（e<0.75）； 中密（0.75e<0.90）； 稍密（e0.90）。
ms
S
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图
(1) 孔隙度（孔
隙率） n Vv 100%
物理性质分为基本物理性质和水理性质：
土的固、液（水）、气三相在质量和体积 之间的相互比例关系称为土的基本物理性 质，主要反映在土的密实程度和干湿状况 等。
液相（水）水与固相之间的相互作用所表 现出来的性质称为土的水理性质，主要研 究土的稠度与塑性、土的膨胀性与收缩性、 土的透水性和毛细性等。
为土的天然密度（通常所说的密度 即指天然密度），相应的重度为天 然重度，以区别于其他条件下的密 度。
土的密度是实测指标，可采用环刀法、蜡封法、灌水法和灌
砂法等方法测定。 环刀法适用于细粒土，蜡封法适用于易破裂土和形状不规则
的坚硬土，灌水法和灌砂法适用于现场测定粗粒土的密度。
环刀
（3）饱和密度(重度)
[无量纲]
ms
S
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图
土粒比重与土粒密度在数值上是相 等的。
一般土的土粒密度值见下表：
土名
砂土 砂质粉土 粘质粉土 粉质黏土 黏土
s(g/cm3) 2.65~2.69 2.70
2.71 2.72~2.73 2.74~2.76
土粒密度是实测指标，小于5mm的
用小数表示
A ma(0)
mw
W
m
Va Vv
Vw V
计算指标
孔隙比常用以表示土的密实 程度，并用于计算地基沉降 量。e越大，孔隙越发育，结 构越松散。 粉土按孔隙比e的分类： 密实（e<0.75）； 中密（0.75e<0.90）； 稍密（e0.90）。
ms
S
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图
(1) 孔隙度（孔
隙率） n Vv 100%
土质土力学教学PPT
❖ 土的粒径范围宽，分布曲线缓， d10和d60 相距远，土的不均匀系数大，表示土粒 不均匀。
❖ C压u大密度大 不均匀
有细粒土填空
曲率系数:
土的粒径级配累积曲线
小于某粒径之土质量百分数 （％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
Vw Vv
100 %
❖ 土的基本物理指标
三项测定值, 其余可进行指标换算。
例：某工程地基勘探中，取原状50cm3,重95.15g,烘干后重
75.05g,土粒比重为2.67。求： , d , sat， '，，e，n，Sr
解：绘制三相比例图：
m 95.15g V 50cm3 ms 75.05g
wP
缩限 半固体状态与固体状态的界限含水率，即粘性土随 着含水率的减小而体积开始不变的含水率。
ws
❖ 粘性土从一种状态转变为另外一种状态 是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前 工程上只是根据某些通用的试验方法测 定这些界限含水率。
塑性指数
❖ 液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号） 成为塑性指I数p
三、土的气相
与大气相通
无影响，易挤出
与大气不相通（空气、水气、天然气）
压力作用下可压缩或融解
封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小， 弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程 。
第三节、土的三项比例指 标
土的三相组成示意图
三个实验指标
❖ 1、天然密度和天然重
度
❖ （1）天然密度 （ g/cm3或t/m3)
固体状态
含水率减小,丧失可塑 性，在外力作用下， 易于发生破裂
❖ C压u大密度大 不均匀
有细粒土填空
曲率系数:
土的粒径级配累积曲线
小于某粒径之土质量百分数 （％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
Vw Vv
100 %
❖ 土的基本物理指标
三项测定值, 其余可进行指标换算。
例：某工程地基勘探中，取原状50cm3,重95.15g,烘干后重
75.05g,土粒比重为2.67。求： , d , sat， '，，e，n，Sr
解：绘制三相比例图：
m 95.15g V 50cm3 ms 75.05g
wP
缩限 半固体状态与固体状态的界限含水率，即粘性土随 着含水率的减小而体积开始不变的含水率。
ws
❖ 粘性土从一种状态转变为另外一种状态 是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前 工程上只是根据某些通用的试验方法测 定这些界限含水率。
塑性指数
❖ 液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号） 成为塑性指I数p
三、土的气相
与大气相通
无影响，易挤出
与大气不相通（空气、水气、天然气）
压力作用下可压缩或融解
封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小， 弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程 。
第三节、土的三项比例指 标
土的三相组成示意图
三个实验指标
❖ 1、天然密度和天然重
度
❖ （1）天然密度 （ g/cm3或t/m3)
固体状态
含水率减小,丧失可塑 性，在外力作用下， 易于发生破裂
土力学课件ppt
环境工程中的土力学
总结词
环境保护、土壤修复
详细描述
在环境工程中，土力学主要关注土壤污染和修复、土壤保持和土地复垦等方面。它研究土壤污染物的 迁移转化规律，提出土壤修复和改良的方法和技术，为环境保护和土地资源可持续利用提供科学依据 。
地质工程中的土力学
总结词
岩土工程、地质灾害防治
详细描述
地质工程中的土力学主要研究岩土体的稳定性、变形和渗流 等问题，涉及到边坡工程、地下工程、地基处理等方面的应 用。同时，它也涉及到地质灾害的防治，如滑坡、泥石流等 自然灾害的预测和治理。
04
渗流基本概念
渗流
土中水流在土壤孔隙中的流动现象。
孔隙压力
土壤孔隙中的流体压力。
渗透力
水流在土壤孔隙中流动时对土壤颗粒产生的动水 压力。
达西定律
达西定律描述了水在土壤孔隙中流动 时的速度与压力梯度之间的关系，即 水流的速率与孔隙压力梯度成正比。
达西定律是渗流理论的基本定律，适 用于描述土壤和岩石等连续介质的渗 流。
的数学模型。
常见的固结方程有太沙 基固结方程、剑桥固结
方程等。
土力学在工程中的
07
应用
土木工程中的土力学
总结词
基础建设、建筑安全
详细描述
土力学在土木工程中主要用于研究和解决地基与基础的问题，确保建筑物的安 全性和稳定性。它涉及到土的强度、变形、渗透等基本特性，以及如何进行合 理的地基设计、基础选型和施工方法选择。
土压力理论
02
静止土压力
静止土压力是指土体在无外力作用或外力作用平衡时产生的土压力，通常表现为 土体内部的应力状态。
静止土压力的大小与挡土墙的刚度和位移有关，计算公式为：P = K * γ * H，其 中K为静止土压力系数，γ为土的容重，H为挡土墙高度。
土力学PPT课件
土力学
.
1
绪论
土力学是评价土的工程性质，分析与解决土的工
程技术问题的基础，它是土木类学科的理论基础，也
是国家有关注册工程师考试必须掌握的内容。它主要
阐述土的物理性质和力学性质，以及两者之间的相关
性。虽然物理性质对力学性质的影响目前还停留在定
性分析水平上，但掌握这些因素，可以提高技术人员
的判断能力。
了贡献，如沈珠江院士；
▪ 近年来，土力学获得了较大的发展
o “Geotechnical and Geoenvironmental Engineering”(美国) o “Geotechnique”（英国） o “Canadian Geotechnical Journal”（加拿大） o “Soils and Foundations”（日本） o “岩土工程学报”（中国） o 岩石力学与工程学报。
▪ Terzaghi(1923)建立饱和土的有效应力原理，标志 着土力学学科的建立；
K arl Terzaghi(1883-1963) 土力学的奠基人
创立土的有效应力原理，饱和 土的渗透固结理论 出 版 “理 论 土 力 学 ”、 “工 程 实 用 土 力 学 ”等 专 著 。
▪ Biot建立土骨架压缩和渗透耦合理论； ▪ 黄文熙院士对我国土力学学科发展作出重要贡献； ▪ 我国的高等学校、科研院所以及一大批学者也作出
.
12
.
13
.
14
.
15
目的：
用土力学的理论指导土工结构物 的计算分析、设计、施工与维护，以 保证它的安全和正常使用。
.
16
2 土力学研究的内容
研究土体在荷载作用下，土中应力、应 变（变形）、强度（和稳定性），以及渗流规 律的一门学问。
.
1
绪论
土力学是评价土的工程性质，分析与解决土的工
程技术问题的基础，它是土木类学科的理论基础，也
是国家有关注册工程师考试必须掌握的内容。它主要
阐述土的物理性质和力学性质，以及两者之间的相关
性。虽然物理性质对力学性质的影响目前还停留在定
性分析水平上，但掌握这些因素，可以提高技术人员
的判断能力。
了贡献，如沈珠江院士；
▪ 近年来，土力学获得了较大的发展
o “Geotechnical and Geoenvironmental Engineering”(美国) o “Geotechnique”（英国） o “Canadian Geotechnical Journal”（加拿大） o “Soils and Foundations”（日本） o “岩土工程学报”（中国） o 岩石力学与工程学报。
▪ Terzaghi(1923)建立饱和土的有效应力原理，标志 着土力学学科的建立；
K arl Terzaghi(1883-1963) 土力学的奠基人
创立土的有效应力原理，饱和 土的渗透固结理论 出 版 “理 论 土 力 学 ”、 “工 程 实 用 土 力 学 ”等 专 著 。
▪ Biot建立土骨架压缩和渗透耦合理论； ▪ 黄文熙院士对我国土力学学科发展作出重要贡献； ▪ 我国的高等学校、科研院所以及一大批学者也作出
.
12
.
13
.
14
.
15
目的：
用土力学的理论指导土工结构物 的计算分析、设计、施工与维护，以 保证它的安全和正常使用。
.
16
2 土力学研究的内容
研究土体在荷载作用下，土中应力、应 变（变形）、强度（和稳定性），以及渗流规 律的一门学问。
土力学与数值方法：土的本构理论完整ppt课件
εx
σx Eh
νhh
σy Eh
νvh
σz Ev
，
1
γ xy
Gh
τ xy
εy
σy Eh
νhh
σx Eh
νvh
σz ，
Ev
γ yz
1 Gv
τ yz
εz
σz Ev
νhv
σx Eh
νhv
σy ，
Eh
γzpxpt精G选1v版τ zx
Gh2(1E h νhh )，νhvE Eh vνvh
(σ1σ3)f 2cc1 o ss2iσ n 3sin
代入Et公式中后，得到：
包含5个参数：KE、n、c、φ、Rf
E tK Ep a σ p 3 a n 1R 2 fc (1 cs o i s2 )n σ σ 3 (1 sσ i3 n ) 2
ppt精选版
20
k、n为试验常数，正常固结粘性土，n=10，一般情况下 在0.2~1.0之间；k值随土类变化大，可能小于100，也可 能大于数千。
00，G(1Eν)(12ν)
称
G 0
2(1ν)
G
对于各向同性材料，独立的弹性常数只有2个，另外，剪 应变不引起体积应变。
ppt精选版
5
• B-G形式的本构关系
为了将应力和应变的球张量与偏张量分开，将三个正应
力公式相加：
体积弹性模量
， σ m λ 3 2 G ε v B ε εvv = 3ε3 mB ε m
B4G/3 0 0 0
对
G 0 0
称
G 0
G
同样，独立的弹性常数只有2个，相互可以换算。
ppt精选版
7
• 弹性常数
土力学基本知识ppt课件
稠度状态与含水量有关
稠度状态 固态 半固态
强结合水 含水量
塑态 弱结合水
流态 自由水
w
稠度界限 缩限WS 塑限wp
液限wL Ip wl wp
强结合水膜最大
出现自由水
粘性土的稠度反映土中水的形态
吸附弱结合 水的能力
塑性指数
粘性土四种物理状态状态：固态、半固态、可塑状 态及流动状态
界限含水率
粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水 率来区分，这种界限含水率称为稠度界限或阿太堡界限
h hm
Δh x
z k1
v
k2
H1 H2 H
H Hm
等效渗透系数:
hm
vHm km
vm
km
hm Hm
vH h
kz
vH kz
vHm km
k3
H3
承压水
H
1
kz
Hm H
1 km
kz
Hm km
H1 1.0m, k1 0.01m / day
算例
H2 1.0m, k 2 1m / day
(1) 水平渗流
1
2 Δh
x
条件:
im
i h L
qx qmx
q1x
z k1
H1
q2x
k2
H2 H
q3x
k3
H3
H Hm
等效渗透系数:
qx=vxH=kxiH Σqmx=ΣkmimHm
1
L
2 不透
水层
1
kx H
Hmkm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Hm H
km
层状地基的等效渗透系数