土力学绪论总结课件.ppt
土力学 地基基础Soil Mechanics and Foundation,岩土与地下工程教研室,2,土，地之生万物者也。二象地之上，地之中；|物出形也。说文解字印第安人的神话：神用泥土造人中国传统文化中的五行：金木水火土,绪 论 Introduction,1 土,矿物或岩石碎屑构成的松软集合体,一 基本概念,3,土的形成过程,土由矿物和岩石碎屑构成的松软的集合体,绪 论,4,生物风化,物理风化,化学风化,量变,无粘性土,原生矿物,质变,粘性土,次生矿物,动植物的活动,风化,有 机 质,岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎,母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物,绪 论,5,搬运与沉积,残积土无搬运,运积土有搬运,土质较好,残积土强风化弱风化微风化母岩体,颗粒表面粗糙多棱角粗细不均无层理,母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物,风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物,绪 论,6,绪 论,7,土力学,连续介质力学的基本知识,描述碎散体特性的理论,土的变形、强度和渗透特性以及与此有关的工程问题,一般土力学；计算土力学；理论土力学；土塑性力学；损伤土力学；冻土力学；土动力学,2 土力学力学的一个分支，本课程的理论基础专业基础课,利用力学的一般原理，研究土的基本物理力学性质和土体在荷载、水、温度作用下的应力、应变、强度、稳定以及渗透等规律的力学特性,8,与其它力学的对比,学科特点实践性极强,研究方法注重测试与经验，与相关学科渗透,9,土力学发展的历史,土力学成为一门独立学科的重要标志Terzaghi是土力学的奠基人,我国颁布了较为系统的地基基础方面的规范，指导了工程实践,3 地基 基础专业课,地基：受上部结构荷载影响的一部分土层,基础：建筑物（构筑物）向下传递荷载的下部结构,为基础工程的设计和施工服务基础工程造价高；基础工程施工周期长；基础工程属隐蔽工程；基础工程事故危害性大,四 本课程的重要性,凝固的音乐隐藏的真理建筑工程,12,1、加拿大特朗斯康谷仓,事故：1913年9月装谷物，10月17日装了31822谷物时：1小时竖向沉降达30.5cm24小时倾斜2653西端下沉7.32m 东端上抬1.52m上部钢混筒仓完好无损,概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。1911年动工，1913年完工，自重20000T。,13,加拿大特朗斯康谷仓,处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其高程比原来降低了米。,原因：地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力小于破坏时的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。,14,2、香港宝城滑坡,15,Early 1972 滑坡前,16,2、香港宝城滑坡,1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡7人。,原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。,17,3、阪神大地震中地基液化,神户码头：地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤,液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变成流动状态的一种现象,18,阪神大地震中地基液化,神户码头：岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中,19,4、比萨斜塔,目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.51360：再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m1272：复工，经6年，至7层，高48m，再停工1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工1173：动工,原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，模量较低，变形较大。,1590:伽利略在此塔做落体实验,20,比萨斜塔,1838-1839：挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固1990年1月:封闭1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理目 前:已向游人开放。,处理措施,21,5、虎丘塔,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。,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。,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。,22,1986年：开工1990年：人工岛完成1994年：机场运营面积：4370m1250m填筑量：180106m3平均厚度：33m,设计时预测沉降：5.7-7.5 m目前实际沉降：已达十米以上。,问题：沉降大且有不均匀沉降,6、关西国际机场 世界最大人工岛,7、九江大堤决口,溃口原因：堤基管涌,1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口,又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。,长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图,砂环,管涌口,粘性土,砂性土,渗水,杂填土,管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。,堤基管涌,砂性土堤基管涌破坏示意图,管涌破坏,当管涌发生时，渗流将导致向源侵蚀，使堤防基础下部出现渗流通道,当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通道后极易引起溃决,26,第一章 土的物性与分类,27,本章目的:对土的特点进行详细解释和定量描述,本章特点:看起来零散,学习要点:各节间联系 各节内层次,第一章 土的物性与分类,28,1.1 土的三相组成,气相,固相,液相,+,+,构成土骨架，起决定作用,重要影响,土体,次要作用,1 土的物性与分类,29,一.固体颗粒,物理状态力学特性,粒径级配,1.1土的三相组成,矿物成分,颗粒形状,1 土的物性与分类,30,粒径级配,一.固体颗粒,颗粒大小,各粒径成分在土中占的比例,狭义的粒径级配,影响土性的主因,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,31,颗粒大小,粒组 按粒径大小进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径,一.固体颗粒,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,32,粒径级配,确定方法 筛分法：适用于粗粒土(0.075 mm)水分法：适用于细粒土(0.075 mm),各粒组的相对含量，用质量百分数来表示,表述方法 粒径级配累积曲线,一.固体颗粒,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,33,105.02.01.00.50.250.075,200g,10161824224466,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),P%958778665533,土的粒径级配累积曲线,水分法,一.固体颗粒,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,34,d60,d50,d10,d30,特征粒径:d50:平均粒径d60:控制粒径d10:有效粒径d30,不均匀程度：Cu=d60/d10,连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数,不均匀系数,Cu 5,级配不均匀,粗细程度：用d50 表示,一.固体颗粒,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,35,斜率:某粒径范围内颗粒的含量 陡相应粒组质量集中 缓-相应粒组含量少 平台-相应粒组缺乏,连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数,较大颗粒集中,Cc 增大,较大颗粒缺少,Cc减小,Cc=1 3,级配连续性好,一.固体颗粒,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,36,粒径级配,粒径级配累积曲线及指标的用途：,1）粒组含量用于土的分类定名；,2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：Cu 5,不均匀土；Cu 5,均匀土,3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：C c=1 3,级配连续土；Cc 3 或 Cc 1,级配不连续土,4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：如果 Cu 5且 C c=1 3，级配良好的土；如果 Cu 3 或 Cc 1,级配不良的土,一.固体颗粒,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,37,2.颗粒形状,原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状次生矿物 针状、片状、扁平状,一.固体颗粒,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,38,结晶水 矿物内部的水 结合水 吸附在土颗粒表面的水 自由水 电场引力作用范围之外的水 土中冰 由自由水冻成，冻胀融陷 水蒸气 气态水气,二.土中水（液相）,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,39,结合水,排列致密、定向性强 密度1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的特性 沸点680C,强结合水,位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性,弱结合水,二.土中水,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,40,自由水,重力水,毛细水,在重力作用下可在土中自由流动,存在于固气之间 在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动,二.土中水,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,41,三.土中气体,自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,42,土有三个组成部分：固相、液相和气相,小结,1.固体颗粒,2.土中水,3.土中气体,粒径级配 矿物成分 颗粒形状,结合水(强结合水、弱结合水)自由水(重力水、毛细水),自由气体封闭气体,1.1土的三相组成,1 土的物性与分类,43,粒径小于0.075mm的颗粒,物理学中，半径为r的球形物体，在粘滞系数为的流体中,以速度运动时，所受阻力为：,土粒（球体）以自重在水中匀速下沉时：,土粒自重,土粒受到的浮力,粘滞阻力,据此有：,1.2 水分法专题,1 土的物性与分类,44,20时水的粘滞系数：,=1.01*10-6 kPas,10时水的粘滞系数：,=1.31*10-6 kPas,45,在时间ti内，Li深度以上其最大颗粒为di，则该处的最大粒径为,试验时，用一个1升的量筒，装入一定质量的风干土样，制成1升的悬液，搅拌均匀后，让其下沉，,46,在Li处的悬液中，若粒径小于等于di的土粒重量为Wsi，则悬液的重度为：,据此有：,悬液中，粒径小于等于di重量为Wsi的土粒占土粒总重的百分比：,1、土的结构土颗粒之间的相互排列和连接形式,2、土结构的分类,3、工程性质,单粒结构蜂窝、絮状结构,强度低，压缩性高不可作为天然地基,1.3土的结构,1 土的物性与分类,48,土的工程性质土的物性指标定量表示,1.4三相体比例指标,1 土的物性与分类,49,1.4三相体比例指标,1 土的物性与分类,50,3、土的含水量：土中水的质量与固体 矿物质量的比值,1.4三相体比例指标,1 土的物性与分类,51,二、土的六项导出指标,1.4三相体比例指标,1 土的物性与分类,52,4、干密度:单位体积土颗粒的质量,工程应用：直接反应土体的密实度，定义压实系数,要求达到的干密度,试验室条件下能达到的最大干密度,压实系数工程允许值：0.940.95,干重度,1.4三相体比例指标,1 土的物性与分类,53,5、饱和密度：土中孔隙完全被水充满时，单位体积质量,6、有效密度：地下水位以下，土体受浮力作用时，单位体积的质量,饱和重度,有效重度,1.4三相体比例指标,1 土的物性与分类,54,1、密度,2、土粒比重,3、土的含水量,1、孔隙比,2、孔隙率,3、饱和度,4、干密度,5、饱和密度,6、有效密度,小 结,基本指标,导出指标,1.4三相体比例指标,1 土的物性与分类,55,三、指标间的换算导出指标与基本指标的关系,1.4三相体比例指标,1 土的物性与分类,56,解1：,解2：令土的体积为V=1m3，则,57,固态,半固态,塑态,液态,含水量变化后果,1.5粘性土界限含水量,1 土的物性与分类,58,固态,半固态,塑态,液态,1、液限：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水量,测定方法：,碟式液限仪,1.5粘性土界限含水量,1 土的物性与分类,59,固态,半固态,塑态,液态,1、液限：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水量,2、塑限：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水量,液塑限联合测定法,滚搓法,3、缩限：粘性土呈半固态与固态之间的分界含水量,测定方法：收缩皿法,4、塑性指数：粘性土与粉土的液限与塑限的差值，去掉百分数,物理意义：细颗粒土体处于可塑状态下，含水量的变化最大区间 其值大，表明该土粘粒含量高或矿物成分吸水能力强,建筑地基基础设计规范GB 50007-2011,IP17粘土；10IP17粉质粘土,1.5粘性土界限含水量,1 土的物性与分类,60,固态,半固态,塑态,液态,1、液限：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水量,2、塑限：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水量,3、缩限：粘性土呈半固态与固态之间的分界含水量,4、塑性指数：粘性土与粉土的液限与塑限的差值，去掉百分数,5、液性指数：粘性土天然含水量和塑限的差值与液塑限差值之比,建筑地基基础设计规范GB 50007-2011,物理意义：表明 靠近 还是靠近，反映土的软硬不同,1.5粘性土界限含水量,1 土的物性与分类,61,6、灵敏度：粘性土原状土无侧限抗压强度与结构完全破坏的重塑土 的无侧限抗压强度的比值,物理意义：灵敏度反映粘性土结构性的强弱。据其把土分为3类,高灵敏度土,1.5粘性土界限含水量,1 土的物性与分类,无粘性土密实,1、以孔隙比 为标准,工业与民用建筑地基基础设计规范1974，以孔隙比作为划分标准,缺点无法反应土的颗粒级配影响,2、以相对密度 为标准,缺点emin及emax不易准确测定,1.6砂土的密实度,1 土的物性与分类,3、以标准贯入试验锤击数N为标准,建筑地基基础设计规范2002，GB 50007-2012,1.6砂土的密实度,1 土的物性与分类,一、无粘性土密实,1、以孔隙比 为标准,2、以相对密度 为标准,3、以标准贯入试验锤击数N为标准,二、粘性土的物理特征,1、液限：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水量,2、塑限：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水量,3、缩限：粘性土呈半固态与固态之间的分界含水量,4、塑性指数：粘性土与粉土的液限与塑限的差值，去掉百分数,5、液性指数：粘性土天然含水量和塑限的差值与液塑限差值之比,6、灵敏度：粘性土原状土无侧限抗压强度与结构完全破坏的重塑土 的无侧限抗压强度的比值,固态,半固态,塑态,液态,土的物理状态指标小结,岩土的工程性质多样，差别很大,岩石，碎石土，砂土，粉土，粘性土，人工填土,1.7土的工程分类,1 土的物性与分类,工民建地基规范,一、岩石,1.定义：颗粒间牢固联接，呈整体或具有节理裂隙的岩体,2.分类,依据坚硬程度岩块的饱和单轴抗压强度 frk,岩石完整程度划分,按风化程度划分,微风化中等风化强风化,1.7土的工程分类,1 土的物性与分类,工民建地基规范,一、岩石,1.定义：土的粒径d 20mm的颗粒含量大于50%的土,2.分类依据:颗粒级配+颗粒形状,二、碎石土,1.7土的工程分类,1 土的物性与分类,工民建地基规范,一、岩石,1.定义：土的粒径d 20mm的颗粒含量大于50%的土,2.分类,二、碎石土,3.碎石土的密实度,4.常见碎石土的工程性质,强度高,渗透性大,压缩性低优良地基,1.7土的工程分类,1 土的物性与分类,工民建地基规范,一、岩石,1.定义：粒径d 20mm的颗粒含量不超过全重的50%，且d 0.075mm的 颗粒含量超过全重50%的土,2.分类,二、碎石土,三、砂土,1.7土的工程分类,1 土的物性与分类,工民建地基规范,3.砂土的密实度,4.工程性质,密实与中密优良地基,稍密良好地基,密实良好地基,饱和疏松不良地基,1.7土的工程分类,1 土的物性与分类,工民建地基规范,1.定义：塑性指数Ip 10，且d 0.075mm的颗粒含量不超过 全重50%的土。,2.工程性质,密实良好地基,饱和稍密地震时易液化不良地基,四、粉土,1.7土的工程分类,1 土的物性与分类,工民建地基规范,72,一、岩石,1.定义：塑性指数Ip 10的土,2.分类,二、碎石土,三、砂土,3.工程性质与含水量密切相关,密实、硬塑良好地基,疏松、流塑软弱地基,四、粉土,五、粘土,1.7土的工程分类,1 土的物性与分类,工民建地基规范,一、岩石,1.定义：由人类活动堆填形成的各类土,2.分类：以组成物质和堆积年代命名分类,二、碎石土,三、砂土,3.工程性质通常强度低，压缩性大，不均匀 压实土相对较好 杂填土最差,四、粉土,五、粘土,六、人工填土,1.7土的工程分类,1 土的物性与分类,工民建地基规范,一.淤泥和淤泥质土,1.定义：在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成,3.工程性质强度低，透水性低，压缩性大，为不良地基,2.物理性质：淤泥,二.红粘土和次生红粘土,1.定义：红粘土为碳酸盐系的岩石经红化作用形成的高塑性粘土 红粘土经再搬运后，仍操持其基本特征，称为次生红粘土,2.物理性质：强度高，压缩性低,淤泥质土,1.7土的工程分类,1 土的物性与分类,工民建地基规范,75,1.7土的工程分类,1 土的物性与分类,工民建地基规范,
