岩土工程第二讲土力学性质

基马式渗Байду номын сангаас仪
南55渗透仪
2 渗透力及渗透破坏类型
渗流所引起的稳定问题： （1） 土体的局部稳定问题，又称为渗透变形问题； （2） 整体稳定问题。
1）渗透力的概念
在饱和土体中水的渗流分析中，把土颗粒骨架视为不可变 形的刚体，发生渗流时，受到土粒的阻力，引起水头损失 ，同时水也对土颗粒施加渗流作用力，单位体积土骨架所 受到的渗流作用力称为渗透力(seepage force or seepage pressure)或动水压力，用J表示。
左右
对一般地基K0 ＝0.5
3 基底压力与基底附加压力
基底（接触）压力指上部结构荷载和基础自重通过基础 传递，在基础底面 处施加于地基上的单位面积压力。 地基反向施加于基础底面上的压力称为基底反力。
基底附加应力是指基底压力扣除因基础埋深所开挖的自 重应力之后在基底处施加于地基上的单位面积压力。
pn pd
v k h ki L
或 渗流量为：qvAkiA
式中：υ--水在土中的渗透速度， cm/s。
它不是地下水的实际流速，而是 在一单位时间（sec） 内流过一单位 土截面（cm2）的水量（cm3）； i--水头梯度，即土中两点的水头差（ h1-h2）(对右图，为H1-H2)与两点间 的流线长度（L）之比；
当基础尺寸不太大，荷载也较小时，可假定基底压力为 直线分布。
2）基底附加压力
基底净压力 基底压力中扣除基底标高处原有土的自重应力，才是基础底 面下真正施加于地基的压力，称为基底附加压力或基底净压 力。 对于基底压力p为均布情况
p
d
rd
二、土的渗透性
渗透：由于土体本身具有连续的孔隙，如果存在水位差 的作用，水就会透过土体孔隙而发生孔隙内的流动。
按土体中土骨架和土中孔隙（水、气）的应力承 担作用原理或应力传递方式可分为有效应力和孔 隙应力。 有效应力——由土骨架传递（或承担）的应力。 孔隙应力——由土中孔隙流体（水和气体）传递 的应力。
土中任意一点的应力状态用六个独立分量表示：
x y z xy yz zx
土力学中应力符号的规定
- zx
2）渗透破坏类型
根据渗透破坏的机理将破坏形式分为流土、管涌、接 触流失和接触冲刷四种形式，称为土的渗透破坏的四种 模式。
1）基底压力
影响基底压力分 布和大小的因素
•大小 •方向 •分布
荷载条件
基础条件
•刚度 •形状 •大小 •埋深
地基条件
•土类 •密度 •土层结构等
柔性基础与刚性基础 柔性基础：刚度较小，基底压力与其上的荷载大小及分 布相同；
刚性基础：刚度较大，基底压力分布随上部荷载的大小、 基础的埋深及土的性质而异。
（ watertight ）
w=15.6% e=0.57 γs=26.6kN/m3
w=22% wL=32% wp=23% γs=27.3kN/m3
a σz=0 b σz(upper)=γ’1h1=9.9×2=19.8kPa
σz(Down)=γ’1h1+ γw(h1+hw)=9.9×2+10×(2+1.2)=51.8kPa c σz=γ’1h1+ γw(h1+hw)+ γsat2h2
岩土工程第二讲土力学性质
土的力学性质包括：
• 一、土体中的应力 • 二、土的渗透性 • 三、土的压缩、固结与沉降 • 四、土的抗剪强度
一、土体中的应力
支承建筑物荷载的土层称为地基。 与建筑物基础底面直接接触的土层称为持力层。 将持力层下面的土层称为下卧层。
土体的应力按引起的原因分为自重应力和附加应力； 自重应力——由土体自身重量所产生的应力。 附加应力——由外荷（静的或动的）引起的土中应力。
土具有被水透过的性能称为土的渗透性。
土的问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状态的变 化或土体、地基本身的结构、强度等状态的变化，从而 影响建筑物或地基的稳定性或产生有害变形的问题。
1 土的渗流理论
一、达西渗透定律 由于土体中的孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的 粘滞阻力很大、流速缓慢，因此，其流动状态大多属于 层流。 著名的达西(Darcy)渗透定律： 渗透速度：
= 9.9×2+10×(2+1.2)+20.8×3=114.2kPa
2 侧向应力
无侧向变形（侧限）条件下：
chcxcyK 0 cz
K0
1
K0——静止侧压力系数，它是土体在侧限条件下有效小 主应力σ’3与有效大主应力σ’1 之比， K0与土层的应力历史 及土的类型有关。
正常固结粘土： K0 ＝1－sin
线弹性体 卸载
加载
εp
ε
ε
e
土的非线性弹塑性应力应变曲线
1 地基中的自重应力
竖向应力
cz z
地下水位以下，用有效容 重；不同土层的重量可以 叠加
cz 1 h 12h 23 h 3
pw wh3
分布规律 ▪自重应力在等容重地基中随深度呈直线分布； ▪自重应力在成层地基中呈折线分布； ▪在土层分界面处和地下水位处发生转折。
对粘性土： vk(iib)
k--土的渗透系数，cm/s，与土的 渗透性质有关的待定系数。
土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来测定。 各种土的渗透系数参考值（cm/s）
土名 致密粘土 粉质粘土 粉土、裂隙粘土 粉砂、细砂
中砂 粗砂、砾石
渗透系数k (cm/s) <10-7
10-6－10-7 10-4－10-6 10-3－10-4 10-1－10-2 102－10-1
均质地基
1 (1 2) 2 2
成层地基
The stratum’s conditions and the related physical characteristics parameters of a foundation are shown in Fig below. Calculate the stress due to self-weight at a,b,c. Draw the stress distribution.
z
+
材料力学
xz x
- zx
z
+
土力学
xz x
正应力
剪应力
拉为正 顺时针为正 压为负 逆时针为负
压为正 逆时针为正 拉为负 顺时针为负
土中应力的研究方法（研究假定）
实际
假定
Δσ
碎散体
①连续介质 （宏观平均）
非线性
②线弹性体
弹塑性 （应力较小时）
成层土
③均匀一致各向同性体
各向异性 （土层性质变化不大时）