最新土力学-04ppt课件PPT课件 73页

'土力学-04ppt课件 第一节概述地基强度条件在建筑物的上部荷载作用下，确保地基的稳定性，不发生地基剪切破坏或滑动破坏。1.地基强度的意义为了建筑物的安全可靠，建筑地基必须满足两个条件：地基变形条件、地基强度条件 本节完 第二节土的极限平衡条件极限平衡状态当土体的剪应力τ等于土的抗剪强度τf时的临界状态称为极限平衡状态极限平衡条件指土体处于极限平衡状态时土的应力状态和土的抗剪强度指标之间的关系式，即σ1、σ3与内摩擦角φ、粘聚力c之间的数学表达式。 1.土体中任一点的应力状态（1）土体内一点处不同方位的截面上应力的集合（剪应力和法向应力）331131dldlcosdlsin地面Mzγ （2）任意斜面上的应力任意截面上的法向应力σ与剪应力τ根据楔体静力平衡条件dl31dlcosdlsin 莫尔应力圆方程O13(1+3)/22A(,)圆心坐标[(1+3)/2，0]应力圆半径r＝(1-3)/2（3）用莫尔应力圆表示斜面上的应力 2.莫尔一库仑破坏理论(1)莫尔一库仑破坏理论由此函数关系所确定的曲线称为莫尔破坏包线。莫尔一库仑破坏理论认为材料破坏是剪切破坏，在破坏面上的剪应力τf是法向应力σ的函数：0στf 库仑通过一系列土的强度实验，于1776年总结出土的抗剪强度规律：(2)库仑抗剪强度定律τσNTστ砂土粘性土cφ c——土的内聚力。φ——土的内摩擦角。砂土τf＝σ·tanφ粘性土τf＝c+σ·tanφ这种以库仑定律表示莫尔破坏包线的理论称为莫尔一库仑破坏理论库仑抗剪强度破坏包线为一条直线，即τf＝f(σ)＝c+σ·tanφ 应力圆与强度线相离：强度线应力圆与强度线相切：应力圆与强度线相割：τ<τf稳定状态τ=τf极限平衡状态τ>τf已破坏3.土的极限平衡条件(1)地基中任意平面上的应力状态 31cf2fAccot(1+3)/2无粘性土c=0粘性土(2)极限平衡方程 土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为f说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大主应力面成45o+φ/2的夹角，土的剪切破坏并不是由最大剪应力所控制f2f31cAccot(1+3)/2max τf=c+σ·tanφτσcφσ1σ3σ1σ3τfσfσfτfσf＝(σ1＋σ3)/2－(σ1－σ3)/2·sinφτf＝(σ1－σ3)/2·cosφ2αf=90o+φ2βαβαf=45o+φ/2β=45o－φ/2 ⑶判断土体是否发生剪切破坏τf=c+σ·tanφτσcφσ1σ3相离：未破坏相切：破坏方法1应力圆与强度线的关系相割：破坏τ<τfτ=τfτ>τf τf=c+σ·tanφτσcφσ1σ3方法2应力圆心到强度线的距离1/2(σ1-σ3)≥1/2(σ1+σ3)·sinφ+c·cosφ破坏1/2(σ1-σ3)<1/2(σ1+σ3)·sinφ+c·cosφ未破坏σ1σ3 τf=c+σ·tanφτσcφσ1σ3σ*3σ*1σ*1＝σ3·tan2(45o+φ/2)+2c·tan(45o+φ/2)σ1<σ*1:未破坏σ1≥σ*1:破坏方法3比较实际最大主应力σ1和用最小主应力计算的对应破坏的最大主应力σ*1 例题分析【例】某粘性土地基的φ=45o，c=24kPa,若地基中某点的大主应力σ1=140kPa，小主应力σ3=30kPa，问该点是否破坏？【解答】为了加深对本节内容的理解，下面用三种方法求解。1.方法一在剪切面上 τ<τf：未破坏库仑定律 1/2(σ1-σ3)<1/2(σ1+σ3)·sinφ+c·cosφ未破坏2.方法二τf=c+σ·tanφτσcφσ1σ31/2(σ1-σ3)=55kPa1/2(σ1+σ3)sinφ+c·cosφ=57.67kPa 3.方法三σ1<σ*1:未破坏σ3＞σ*3:未破坏或者 本节完 1.直接剪切试验⑴试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）第三节抗剪强度指标的确定 直剪仪 剪应力τ⑶试验成果法向应力制备试样⑵试验步骤安装试样测记初始读数施加竖向压力施加水平剪切荷载终止试验（测定剪切后试样含水量）重复步骤2~7 在不同的垂直压力下进行剪切试验，得相应的抗剪强度τf，绘制τf－σ曲线，得该土的抗剪强度包线 ⑷直剪试验优缺点优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作缺点①剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，不一定是土样的最薄弱面。②试验中不能严格控制排水条件，不能量测土样的孔隙水压力。③上下盒错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀 应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成应力控制式三轴仪⑵试验步骤333333△△②施加周围压力③施加竖向压力①装样2.三轴剪切试验⑴试验仪器：三轴仪（应力控制式，应变控制式） 三轴仪 应变控制式三轴仪：压力室，量测系统 分别在不同的周围压力3作用下进行剪切，得到3～4个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线c⑶试验成果抗剪强度包线 不固结不排水剪（UU）施加周围压力3、轴向压力△直至剪破的整个过程都关闭排水阀门，不允许试样排水固结333333△△⑷三种试验方法固结不排水剪（CU）固结排水剪（CD）施加周围压力3时，试样充分排水固结，施加轴向压力△直至剪破的过程中关闭排水阀门，不允许试样排水固结整个试验过程中都打开阀门排水 ⑸三轴试验优缺点①试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂②试验在2=3的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符①试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力，了解土中有效应力变化情况②试样中的应力分布比较均匀缺点优点 ququ加压框架量表量力环升降螺杆无侧限压力仪试样3.无侧限抗压强度试验⑴试验仪器：无侧限压力仪 无侧限压力仪 无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度⑵试验原理⑶适用土质：饱和粘性土根据试验结果只能作出一个极限应力圆，其坐标为（3=0，1=qu）。因此对一般粘性土，无法作出强度包线 对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验成果，其强度包线近似于一水平线，即u=0，因此无侧限抗压强度试验适用于测定饱和软粘土的不排水强度qucuu=0无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度στ ⑷灵敏度粘性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值根据灵敏度将饱和粘性土分类：低灵敏度土14反映土的结构受扰动对强度的影响程度 3.十字板剪切试验⑴试验仪器：十字板剪切仪⑵适用条件：适用于地基为软弱粘性土⑶试验方法：①打入套管②将十字板插入套管③施加扭矩，直至土体破坏 ⑷成果计算柱体上下平面的抗剪强度产生的抗扭力矩：柱体侧面剪应力产生的抗扭力矩： 本节完 1.抗剪强度的来源无粘性土：抗剪强度来源于内摩擦力。⑴滑动摩擦⑵咬合摩擦粘性土：抗剪强度来源于内摩擦力与粘聚力两部分。⑴内摩擦力⑵粘聚力：①范德华力②库仑力③土中天然胶结物质第四节影响抗剪强度指标的因素 2.影响抗剪强度指标的各种因素（1）土的物理化学性质的影响土粒的矿物成分（2）孔隙水压力的影响三轴固结排水剪抗剪强度最大，三轴固结不排水剪居中，三轴不固结不排水剪最小。土的颗粒形状与级配土的原始密度土含水率土的结构 本节完 1.地基的临塑荷载⑴定义第五节地基的临塑荷载和临界荷载地基的临塑荷载是指在外荷载作用下，地基中刚开始产生塑性变形时基础底面单位面积上所承受的荷载。⑵临塑荷载计算公式 2.地基的临界荷载⑴定义当地基中的塑性变形区最大深度为：⑵临界荷载计算公式中心荷载基础Zmax=b/4偏心荷载基础Zmax=b/3与此相对应的基础底面压力，分别以P1/4或P1/3表示，称为临界荷载 ⑶公式推导根据弹性理论，地基中任意点由条形均布压力所引起的附加大、小主应力塑性区的发展范围zzbdq=dpβ0△σ1△σ3M 假定在极限平衡区土的静止侧压力系数K0=1，M点土的自重应力所引起的大小主应力均为(d＋z)M点达到极限平衡状态，大、小主应力满足极限平衡条件塑性区边界方程总应力 塑性区最大深度zmax当zmax＝0，地基所能承受的基底附加压力为临塑荷载当zmax＝b/4，b/3时，地基所能承受的基底附加压力分别为界限荷载P1/4，P1/3中心荷载偏心荷载 本节完 ⑴定义⑵极限荷载计算公式地基的极限荷载指地基在外荷载作用下产生的应力达到极限平衡时的荷载。太沙基公式适用于条形基础、方形基础和圆形基础斯凯普顿公式适用于饱和软土地基，内摩擦力角φ=0的浅基础汉森公式适用于倾斜荷载的情况1.地基的极限荷载概念第六节地基的极限荷载 地基极限荷载的一般计算公式：⑴适用范围：⑵太沙基极限承载力理论假定适用于基础底面粗糙的条形基础；并推广应用于方形基础和圆形基础条形基础，均布荷载作用2.太沙基（K.Terzaghi)公式地基发生滑动时，滑动面的形状，两端为直线，中间为曲线，左右对称滑动土体分为三区 底面粗糙，基底与土之间有较大的摩擦力，能阻止基底土发生剪切位移，基底以下土不会发生破坏，处于弹性平衡状态Ⅰ区：弹性压密区(弹性核)Ⅱ区：普朗特尔区边界是对数螺线Ⅲ区：被动朗肯区1水平向，破裂面与水平面成45o－/2 ⑶公式条形基础（较密实地基）—整体剪切破坏条形基础（松软地基）—局部剪损方形基础圆形基础地基承载力 ⑴适用条件⑵极限荷载公式3.斯凯普顿（Skempton)公式饱和软土地基，内摩擦角φ=0浅基础，基础埋深d≤2.5b矩形基础半经验公式：⑶地基承载力公式式中：c—地基土的粘聚力，取基础底面以下0.7b深度范围内的平均值，kPa ⑴适用条件⑵极限荷载公式倾斜荷载作用基础形状基础埋深：适用于d＜b的情况，并考虑d/b的影响4.汉森（HansenJ.B.)公式式中：Sr、Sq、Sc——基础的形状系数ir、iq、ic——荷载倾斜系数 ⑶地基承载力公式dr、dq、dc——深度修正系数gr、gq、gc——地面倾斜系数br、bq、bc——基底倾斜系数Nr、Nq、Nc——承载力系数说明：相关系数均可以有相关公式进行计算 ⑴地基的破坏形式整体剪切破坏5.影响极限荷载的因素局部剪切破坏冲切剪切破坏极限荷载大极限荷载小 ⑵地基土的指标土的内摩擦角φ土的粘聚力c土的重度γ地基土的φ，c和重度γ越大，则极限荷载相应也越大由极限承载力公式： ⑶基础尺寸基础宽度基础埋深⑷荷载作用方向荷载为倾斜方向荷载为竖直方向荷载长时期作用荷载作用时间短暂⑸荷载作用时间倾斜角越大，极限荷载越小极限荷载可提高 五、按规范确定地基承载力1.铁路桥涵地基基础设计规范Hb地基容许承载力基本承载力宽度修正系数深度修正系数局部冲刷线 2.建筑地基基础设计规范db地基承载力特征值宽度修正系数深度修正系数修正后的承载力特征值 本节完 1.土的强度是抗剪强度2.库仑抗剪强度定律小结砂土τf＝σ·tanφ粘性土τf＝c+σ·tanφτ<τf稳定状态τ=τf极限平衡状态τ<τf已破坏抗剪强度不是定值，随法向应力的增大而增大 小结1.临塑荷载用于地基承载力偏于安全2.临界荷载用于地基承载力又安全，又经济3.极限荷载用于地基承载力要除以大于1的安全系数K地基承载力可由临塑荷载、临界荷载、极限荷载确定： 结束语谢谢大家聆听！！！73'