工程岩土 土的力学性质压缩性和固结理论抗剪性
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
可分为两部分σ’ 和u，
'u
通常, 总应力已知或易知 孔隙水压测定或算定
通过 'u 求得有效应力
（2）土的变形与强度都只取决于有效应力
二）、饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算
自重应力情况 （侧限应变条件） 静水条件
地下水位 海洋土 毛细饱和区
自重应力情况
(1) 静水条件 地下水位
H1
sat H2
A Psv uAw
a
PS
PSV
a
所以
∴ Psv Aw u
AA
因为 A AS Aw
其中 A为土单元的断面积； Aw为孔隙水的断面积； As为颗粒接触点的面积且接近于0
Aw 1 并且令有效应力σ′=∑Psv/A A
得出有效应力原理为： 'u
PS
2.饱和土的有效应力原理 （1）饱和土体内任一平面上受到的总应力
γwH1
wH1 satH2
wH
σ’=σ-u
=γwH1+γsatH2-γwH =γsatH2-γw(H-H1) =(γsat-γw)H2 =γ’H2 H2
(1)静水条件
毛细饱和区
总应力 －孔隙水压力 ＝ 有效应力
H
毛细饱
和区 sat hc
ht
hw
whc
-
H whc
H h sat t
+
whw H h sat t whw
压缩曲线 e
再压缩曲线
地下水位上升 土层剥蚀 冰川融化
引起卸载， 使土处于回弹状态
原状土的原位压缩曲线： 客观存在的，无法直接得到
回弹曲线
lgP
课堂作业题
❖ 1.土样试验成果如下，计算a1-2和Es1-2，并评价土 的压缩性（e0=0.8）。
土样编号
各级压力下e值 P1=0.10MPa P2=0.20MPa
σ’=σ-u u=γwH2 H1 satH2
σ’=σ-u
=γH1+γsatH2-γwH2 =γH1+(γsat-γw)H2 =γH1+γ’H2
Leabharlann Baiduu=γwH2
地下水位下降会引起 σ′增大，土会产生压 缩，这是城市抽水引 起地面沉降的一个主 要原因。
(1)静水条件
海洋土
H1
H sat H2
γwH1
0.9
0.8 e '
0.7
0.6 0 100 200 300 400 p(kPa)
e
z
1 e0
Es
1 e0 a
a e '
称为压缩系数，KPa-1
a1-2常用作 比较土的压 缩性大小
土的类别 高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
a1-2 (MPa-1) ≥0.5
0.1-0.5 <0.1
单向压缩试验的各种参数的关系
E0
Es
1
2 2 1
变形模量 土的类型 泥炭 塑性粘土 硬塑粘土
较硬粘土
变形模量(kPa) 土的类型
100－500
松砂
500－4000 密实砂
4000－8000 密实砂砾 石
8000－15000
变形模量(kPa) 10000－20000
50000－80000 100000－200000
二）、原始压缩曲线、回弹曲线及再压缩曲线
原因：坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生不均匀沉降。
处理：在塔四周建造一圈桩排式地下 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，效果良好。
土的压缩性概述
土体的压缩性，以及荷载的作用，使得地基发生沉降。
影响因素：
一致沉降 （沉降量）
荷载大小； 土的压缩特性； 地基厚度；
地基沉降
差异沉降 （沉降差）
一、土的压缩性测试方法及压缩性指标
1.土的压缩性测试方法
侧限压缩试验
测定：轴向应力
百分表
轴向变形
透水石
传压板 水槽 环刀 内环
试样
*施加荷载， 静置至变形稳定
*逐级加大荷载
土变形的物理机制（原因）
▪ 弹性变形
▪ 塑性变形
❖ 体应变主要是由于孔隙体积变化引起的； ❖ 剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引
三、土的前期固结压力对压缩性的影响
前期固结压力：在历史上曾受到过的最大固结 压力称为前期固结应力。
固结状态： Pc=P0 Pc>P0 Pc<P0
超固结比(OCR ):前期固结压力与目前所受上覆 土层的自重压力之比以OCR表示。
卡萨格兰德图解法求前期固结压力
土的抗剪性
主要内容：
§ 1、 概述 § 2、土的抗剪强度理论 § 3、土的抗剪强度测定试验
修建新建筑物：引起原有建筑物 开裂
高层建筑物由于不均匀沉降而被 爆破拆除
建筑物立面高差过大
建筑物过长
虎丘塔
概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成 于宋太祖建隆二年（公元961年）。全 塔7层，高47.5m，塔的平面呈八角形。
问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达2.31m，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。
§ 1、概述
土工结构物或地基
▪渗透问题 ▪变形问题 ▪强度问题
▪渗透特性
土
▪变形特性
▪强度特性
一、土的抗剪强度
起的。
2 .土的压缩性及其指标
一）、e –p 曲线、e – lgP 曲线及土 的压缩性指标
二）、原始压缩曲线、回弹再压缩曲 线
一）、e - p曲线
ei e0 (1 e0 )Si / H0
a e '
压缩系数，KPa-1，MPa-1
e
1.0
Es
' z
侧限压缩模量,KPa ,MPa 弹性模量？
压缩系数 a1-2
压缩模量 Es1-2
土的压缩 性
1
0.660
0.655
2
0.710
0.690
二、 饱和土有效应力原理
三相体系
土＝ 固体颗粒骨架+ 孔隙水 + 孔隙气体
受外荷载作用 总应力
总应力由土骨架和孔隙流 体共同承受
一）、有效应力原理的基本概念
1.饱和土中的应力形态
A
a-a断面竖向力平衡：
导致结果：建筑物上部结构产生附加应力，影 响结构物的安全和正常使用
土的压缩性——土体在压力的作用下体积缩小 的特性
压缩性测试
室内试验 室外试验
侧限压缩 三轴压缩
荷载试验 旁压试验
土的压缩性主要学习内容
一、土的压缩性测试方法及压缩性指标
1. 土的压缩性测试方法 2 .土的压缩性及其指标
二、饱和土中的有效应力 三、土的前期固结压力
a= mv(1+e0) Es= (1+e0)/a Mv=1/Es
e - lgP曲线
e-lgP曲线：压缩曲线的
另一种表达方式
特点：有一段较长的直线段
指标：
Cc
e (lg ')
压缩指数
Ce 回弹指数（再压缩指数）
Ce << Cc， 一般Ce≈0.1-0.2Cc
其它压缩性指标
广义虎克定律：
泊松比：0.3~0.4，饱和土在不排水条件下接近0.5 变形模量与压缩模量之间的关系：
'u
通常, 总应力已知或易知 孔隙水压测定或算定
通过 'u 求得有效应力
（2）土的变形与强度都只取决于有效应力
二）、饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算
自重应力情况 （侧限应变条件） 静水条件
地下水位 海洋土 毛细饱和区
自重应力情况
(1) 静水条件 地下水位
H1
sat H2
A Psv uAw
a
PS
PSV
a
所以
∴ Psv Aw u
AA
因为 A AS Aw
其中 A为土单元的断面积； Aw为孔隙水的断面积； As为颗粒接触点的面积且接近于0
Aw 1 并且令有效应力σ′=∑Psv/A A
得出有效应力原理为： 'u
PS
2.饱和土的有效应力原理 （1）饱和土体内任一平面上受到的总应力
γwH1
wH1 satH2
wH
σ’=σ-u
=γwH1+γsatH2-γwH =γsatH2-γw(H-H1) =(γsat-γw)H2 =γ’H2 H2
(1)静水条件
毛细饱和区
总应力 －孔隙水压力 ＝ 有效应力
H
毛细饱
和区 sat hc
ht
hw
whc
-
H whc
H h sat t
+
whw H h sat t whw
压缩曲线 e
再压缩曲线
地下水位上升 土层剥蚀 冰川融化
引起卸载， 使土处于回弹状态
原状土的原位压缩曲线： 客观存在的，无法直接得到
回弹曲线
lgP
课堂作业题
❖ 1.土样试验成果如下，计算a1-2和Es1-2，并评价土 的压缩性（e0=0.8）。
土样编号
各级压力下e值 P1=0.10MPa P2=0.20MPa
σ’=σ-u u=γwH2 H1 satH2
σ’=σ-u
=γH1+γsatH2-γwH2 =γH1+(γsat-γw)H2 =γH1+γ’H2
Leabharlann Baiduu=γwH2
地下水位下降会引起 σ′增大，土会产生压 缩，这是城市抽水引 起地面沉降的一个主 要原因。
(1)静水条件
海洋土
H1
H sat H2
γwH1
0.9
0.8 e '
0.7
0.6 0 100 200 300 400 p(kPa)
e
z
1 e0
Es
1 e0 a
a e '
称为压缩系数，KPa-1
a1-2常用作 比较土的压 缩性大小
土的类别 高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土
a1-2 (MPa-1) ≥0.5
0.1-0.5 <0.1
单向压缩试验的各种参数的关系
E0
Es
1
2 2 1
变形模量 土的类型 泥炭 塑性粘土 硬塑粘土
较硬粘土
变形模量(kPa) 土的类型
100－500
松砂
500－4000 密实砂
4000－8000 密实砂砾 石
8000－15000
变形模量(kPa) 10000－20000
50000－80000 100000－200000
二）、原始压缩曲线、回弹曲线及再压缩曲线
原因：坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生不均匀沉降。
处理：在塔四周建造一圈桩排式地下 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，效果良好。
土的压缩性概述
土体的压缩性，以及荷载的作用，使得地基发生沉降。
影响因素：
一致沉降 （沉降量）
荷载大小； 土的压缩特性； 地基厚度；
地基沉降
差异沉降 （沉降差）
一、土的压缩性测试方法及压缩性指标
1.土的压缩性测试方法
侧限压缩试验
测定：轴向应力
百分表
轴向变形
透水石
传压板 水槽 环刀 内环
试样
*施加荷载， 静置至变形稳定
*逐级加大荷载
土变形的物理机制（原因）
▪ 弹性变形
▪ 塑性变形
❖ 体应变主要是由于孔隙体积变化引起的； ❖ 剪应变主要是由于土颗粒的大小和排列形态变化引
三、土的前期固结压力对压缩性的影响
前期固结压力：在历史上曾受到过的最大固结 压力称为前期固结应力。
固结状态： Pc=P0 Pc>P0 Pc<P0
超固结比(OCR ):前期固结压力与目前所受上覆 土层的自重压力之比以OCR表示。
卡萨格兰德图解法求前期固结压力
土的抗剪性
主要内容：
§ 1、 概述 § 2、土的抗剪强度理论 § 3、土的抗剪强度测定试验
修建新建筑物：引起原有建筑物 开裂
高层建筑物由于不均匀沉降而被 爆破拆除
建筑物立面高差过大
建筑物过长
虎丘塔
概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成 于宋太祖建隆二年（公元961年）。全 塔7层，高47.5m，塔的平面呈八角形。
问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达2.31m，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。
§ 1、概述
土工结构物或地基
▪渗透问题 ▪变形问题 ▪强度问题
▪渗透特性
土
▪变形特性
▪强度特性
一、土的抗剪强度
起的。
2 .土的压缩性及其指标
一）、e –p 曲线、e – lgP 曲线及土 的压缩性指标
二）、原始压缩曲线、回弹再压缩曲 线
一）、e - p曲线
ei e0 (1 e0 )Si / H0
a e '
压缩系数，KPa-1，MPa-1
e
1.0
Es
' z
侧限压缩模量,KPa ,MPa 弹性模量？
压缩系数 a1-2
压缩模量 Es1-2
土的压缩 性
1
0.660
0.655
2
0.710
0.690
二、 饱和土有效应力原理
三相体系
土＝ 固体颗粒骨架+ 孔隙水 + 孔隙气体
受外荷载作用 总应力
总应力由土骨架和孔隙流 体共同承受
一）、有效应力原理的基本概念
1.饱和土中的应力形态
A
a-a断面竖向力平衡：
导致结果：建筑物上部结构产生附加应力，影 响结构物的安全和正常使用
土的压缩性——土体在压力的作用下体积缩小 的特性
压缩性测试
室内试验 室外试验
侧限压缩 三轴压缩
荷载试验 旁压试验
土的压缩性主要学习内容
一、土的压缩性测试方法及压缩性指标
1. 土的压缩性测试方法 2 .土的压缩性及其指标
二、饱和土中的有效应力 三、土的前期固结压力
a= mv(1+e0) Es= (1+e0)/a Mv=1/Es
e - lgP曲线
e-lgP曲线：压缩曲线的
另一种表达方式
特点：有一段较长的直线段
指标：
Cc
e (lg ')
压缩指数
Ce 回弹指数（再压缩指数）
Ce << Cc， 一般Ce≈0.1-0.2Cc
其它压缩性指标
广义虎克定律：
泊松比：0.3~0.4，饱和土在不排水条件下接近0.5 变形模量与压缩模量之间的关系：