土的变形特性

地面
xy ij 0 0 0
yy
0
0 0 zz
z y
z x
图3-5 侧限应力状态
约定二：土力学中应力符号规定 法向应力：压为正，拉为负。 **与材料力学中的法向应力，拉应力为正，压应力为负相反。 原因：土力学研究对象中绝大多数都是压应力。 剪应力：剪应力以逆时针为正。 **材料力学中的顺时针为正。
饱和土体压缩过程 饱和土区别其它建筑材料如混凝土、钢材等，其压缩性与土孔隙中水的挤出， 是同时发生的。 由于土的颗粒很细，孔隙更细，土中的水从很细的弯弯曲曲的孔隙中挤出需 要相当长的时间，这个过程称为土的渗流固结过程。---------特性之一
蠕变的影响 粘性土实际上是一种粘弹塑性材料。粘土在长期荷载作用下，变形随时 间而缓慢持续的现象称为蠕变。------又一特性。
约定三：材料性质
（1）材料力学研究理想的均匀连续材料
（2）土力学将土体宏观上视为均匀连续材料。 （从工程的角度，土的颗粒很细小，比土样尺寸小得多。可以采用材料力学的应力 概念）
土体的自重应力计算 一、地基自重应力 1．假设岩体为均匀连续介质，并为半无限空间体，在距地表 深度z处，土体的自重应力为
sz = z sx = sy = K0 sz
3 土的变形和地基沉降计算
（重点内容）
根据建筑地基土层的分布、厚度、物理力学性质和上部结 合的荷载，计算地基的变形值
基本内容：
这是本课程的重点。在学习土的压缩性指标确定方法的基础上， 掌握地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分析计算方法。
学习要求：
◆掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法； ◆掌握地基最终沉降量计算方法； ◇熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法； ◇掌握太沙基一维固结理论； ◇掌握地基沉降随时间变化规律。
1 3
u
=
3
u B
uA
3 1
图2-3 轴对称应力状态下孔隙压力
若岩体视为各向同性的弹性体，x =y = 0， sx = sy 由广义虎克定律
x=1/E[x -（ y + z ）]=0
y=1/E[y - （ x + z ）]=0
由此得：
x = y = /（1- ） z = /（1- ）H
概述…1
如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本身的自重应力，而 且要承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附加应力作用，这都将导致 地基土体的变形。 土体变形可分为：体积变形和形状变形。 本章只讨论由正应力引起的体积变形，即由于外荷载导致地基内正应力增加， 使得土体体积缩小。 在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而引起建筑物基础的竖直方向 的位移（或下沉）称为沉降。
为什么研究沉降？
基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将影响上部建筑物的正常使用， 甚至会危及建筑物的安全。
概述…2
地基土层发生变形的主要因素 内因：土具有压缩性 固相矿物本身压缩 土中液相水的压缩 土中孔隙的压缩 在外力作用下，土颗粒重 新排列，土体体积缩小的现象 称为压缩。通常，均认为土体 压缩完全是由于土中孔隙体积 减小的结果。 土的压缩随时间增长的过 程称为土的固结。 外因：主要是建筑物荷载的作用 建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素 地下水位大幅度下降 施工影响，基槽持力层土的结构扰动 振动影响，产生震沉 温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉
式中：z——岩体单元的深度（m）
地面 H1
——上覆土体的容重（kN/m3）
K0——侧压力系数
地下水位
sz sx
若为成层土，则有
H2
地下水位以下应采用浮容重
sz 1H1 2 H百度文库2 i H i
i 1
n
sy
2 . 轴对称三维应力状态
（1）等向压缩应力状态— 孔压系数B uB = B 3 （2）偏差应力状态— 孔压系数A uA=BA(1-3) u= uA + uB 3 3 1-3 3 + 3 1-3
所以，侧压力系数K0= /（1- ） K0和与土的种类、密度有关，可由试验确定，或查表3-1
（3-5）
4）主应力 在剪应力τ=0平面上的法向应力称为主应力σ，此平面称为主平面
5）摩尔圆/莫尔圆 在τ-σ直角坐标系中，在横坐标上点出最大主应力σ1和最小主应力σ3 ，再 以为直径作圆σ1 -σ 3，此圆称为摩尔圆。（在土的极限平衡条件里详细介绍）
3.1.2 土的应力应变关系
应力—应变关系假设
目前在计算地基中的应力时，常假设土体为连 续体、线弹性及均质各向同性体。实际上土是 各向异性的、弹塑性体。
线弹性体

几个约定
约定一：土体中的任一点的应力状态，直角坐 标中用3个法向应力和三对剪应力，一共6个应 力分量来表示。
p e

土的应力—应变关系
1、三维（空间）应力状态
xy xy xz ij yz yy yz zx zy zz 2、二维（空间）应力状态
0 xz xy 3、侧限应力状态 ij 0 0 yy 0 zz zx
土的应力与应变关系及测定方法 1.单轴压缩试验 区别于脆性材料（钢材、玻璃等），土体的应力应变关系为非线线。 E=σ/ε 2.侧限压缩试验 侧限压缩模量 残留变形（塑性变形）： 弹性变形：
z Es z
e0 ei' ei' ei
3.直剪试验 主要测土样的剪应力、剪切变形和抗剪强度（土的极限平衡条件） 4.三轴压缩试验 三轴压缩仪，施加周围压力和偏差压力直至土样破坏，由此测得土样的应 力应变关系和土的抗剪强度.
3.1 土的变形特性
土的压缩性大：三相组成，具有碎散性。
地基土产生压缩的原因 外因： 1） 建筑物的重量及其分布情况； 2）地下水位大幅度下降，相当于施加大面积荷载； 3）施工影响，基槽持力层土的结构扰动； 4）振动影响，产生震沉； 5）温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化。 内因（地基土层的种类、各土层的厚度以及土的压缩性的大小）： 1）固相矿物颗粒本身压缩，极小，无工程意义。 2）液相水的压缩，很小，可忽略。 3）孔隙压缩，土中水和气体受压后挤出，使孔隙减小。 外因通过内因起作用： 地基基础沉降 上部结构产生附加应力影响建筑物的安全和其正常使用计算沉 降量、沉降差 控制在容许范围内
概述…3
即在自重应力或附加应力作用下，地基土要产生附加变形，包 括体积变形和形状变形。对于土来说，体积变形通常表现为体积 缩小。我们把这种在外力作用下土体积缩小得特性称为土的压缩 性。 ◇土的压缩性主要有两个特点： ☆土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的； ☆由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来说需要 时间，将土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。 ◇在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖直方 向的位移称为沉降。研究建筑物沉降包含两方面的内容： ☆绝对沉降量的大小，亦即最终沉降； ☆沉降与时间的关系，主要介绍太沙基的一维固结理论。