土力学 期末复习指导.ppt

土力学 总复习 2 土力学总复习 第一部分土的基本物理性质第二部分土中应力及土体的变形第三部分土的抗剪强度及强度试验第四部分几个工程问题 承载力 土压力 3 第一部分土的基本物理性质 一 基本内容1 土的工程特点土 地表岩层经风化而形成的散体堆积物 由土颗粒 水和气体组成 土的工程特性 分散性 透水性 不均匀性 低强度 2 土的基本物理性质土的颗粒特征 粒径 粒径组成 粒径分布曲线 级配土的物理状态 砂土 密 中 稍 松 粘土 液 可 半固 固 4 土受力后的变化 砂土 密实与液化 粘土 结构性 触变性 渗透性 k决定土的物理性质的主要因素 颗粒特征 矿物成分 三相含量 沉积条件及年代衡量土的物理性质的主要指标 粒径分布特征 三相含量指标 物理状态指标 渗透系数3 土的工程分类粗粒土 细粒土 5 二 重点 1 粒径分布曲线的判读 粒组含量集中 粒组含量缺乏 2 砂土和粘土的物理状态 指标 测定方法 3 三相指标的计算 基本指标 几个常用的重度 容重 指标 指标间的相互换算 熟练运用三相图 4 达西定律和渗透系数 定义 要点 6 三 例题1 用某种土填筑路堤 每层填土的厚度为0 5m 已知填土的土粒比重Gs 2 67 夯实前土的天然重度为 16kN m3 含水量w 15 现要求夯实后土的干重度达到18kN m3 试求每层土夯实后的厚度 解 基本出发点 压缩前后 s w和hs均不变 设夯实前后的孔隙比分别是e1和e2 则有 于是有 7 由题目给出的资料 可以求得各指标 由 s 1 w 1 e 得 e1 s 1 w 1 2 67 10 1 0 15 16 1 0 919由 d s 1 e 得e2 s d 1 26 7 18 1 0 483所以 8 2 截面积相同的土样1 2置于渗透仪中进行渗透试验 两土样的长度分别为l1和l2 如已知水流经土样1的水力梯度为i1 流经土样2的水力梯度为i2 试求水流经两个土样的平均水力梯度i 解 9 第二部分土中应力及土体的变形 一 基本内容1 土中应力的种类自重应力与附加应力 总应力 孔隙水压力与有效应力 渗透压力 毛细水压力和超静水压力有效应力 作用在土骨架上并能使土骨架产生变形的压力 有效压力大致有 有效自重 荷载产生的压力 渗透压力 毛细压力 2 基底压力的计算基底压力的分布规律 刚性基础基底压力的简化算法 10 3 土中应力的分布及计算自重应力 附加应力 总应力 孔隙水压力 有效应力的计算 有效应力原理 应力系数法计算地基中的附加应力4 土的变形性质弹性变形性质 压缩性 压缩试验 原位试验 固结变形5 地基变形计算弹性理论法 分层总和法 固结沉降计算二 重点1 熟练运用摩尔应力圆一点应力状态的表示 应力面之间的夹角 11 2 刚性基础基底压力的简化算法基底压力的分布形状 矩形与条形基础的核心半径 基底不产生拉应力的条件 3 地基中的应力计算自重应力与附加应力的分布规律 简单条件下的自重应力计算 应力系数法计算矩形与条形均匀分布荷载作用下地基中一点的附加应力4 土的变形性质与地基沉降计算变形模量与压缩模量 分层总和法计算总沉降 固结沉降计算 固结度 12 三 例题1 某条形扩大基础的宽度为4m 受图示偏心线荷载V 600kN m作用 试按刚性基础基底压力的简化算法求基底压力分布 13 0 5b pmax 600 pmax 600 2 3 6 333 3kPa压力分布如图 解 根据已知条件 偏心距e 0 8m 先判断基底是否出现拉力 b 6 4 6 0 67m e所以基础一边有脱离现象 应力会重分布 c 2 0 8 1 2m b 3c 3 1 2 3 6m由力的平衡关系 有 14 2 某粘土层的厚度为3m 已测得土层的平均压缩模量为Es 10MPa 试求在突加满布均布荷载p 250kPa的作用下粘土层的最终沉降量s 解 由于是满布均布荷载 地基土又是均匀的 可以不分层 直接利用压缩模量计算 提示 满布均布荷载作用下的地基应力沿深度无变化 15 3 某饱和粘土层的厚度为4m 其下为基岩 在土层中部取厚度为2cm的土样进行固结试验 2小时后固结度达到U0 试计算当土层顶面作用有满布均布荷载时 固结度达到U0时所需的时间 解 由于U和Tv之间有着一一对应的关系 故当土样和土层的固结度相同时 两者的时间因数Tv也相同 故有 得到 16 第三部分土的抗剪强度及强度试验 一 基本内容1 摩尔 库仑强度理论抗剪强度与法向压应力的关系 强度线 库仑的简化公式 摩尔圆的引入 应力圆与强度线的相互关系 判断土体的状态 2 土中一点应力极限平衡充要条件 应力圆与强度线相切 数学表达式 3 抗剪强度试验常用的试验方法 直剪 单轴 三轴 试验的基本情况 试验适用条件 17 4 应力路径概念二 重点1 土中一点应力的极限平衡熟练运用摩尔应力圆与强度线的关系进行判断 剪破面 一对 与最大剪应力面 2 直剪与固结快剪试验仪器 方法 特点 结果分析三 例题分析 18 1 对某砂土样进行直剪试验 已知在剪破面上有 f 100kPa f 250kPa 求 max 解 砂土 c 0 于是可作出强度线 如图 19 求出 又因已经剪破 故摩尔圆与强度线相切 由图示关系 得 提示 最大剪应力并不发生在剪破面上 20 2 取含水量较低的某粘性土样做单轴压缩试验 测得垂直极限压力为200kPa 破裂面与大主应力面的夹角为52 试求其内摩擦角 和粘聚力c 解 单轴压缩时 3 0 又有 1 200kPa 可作出应力圆 由 45 2 52 得到 14 于是可作出强度线如图 21 因为OD DB AB OA AD AD 故三角形ABD和三角形AOD全等 所以有 c OD 0 5 1 3 tan 45 2 于是得到 c 0 5 200 tan 45 14 2 78 1kPa 22 3 某砂土样进行三轴试验 液压为200kPa 如已知 30 问该土样破坏时的大主应力应为多少 解 砂土 c 0 强度线过原点 根据强度线与摩尔圆的关系 如图 23 1 3 tan2 45 2 2c tan 45 2 200 tan2 45 30 2 600kPa 由图有 CAD 60 于是有 CDO 30 AOD 所以三角形OCD是等腰三角形 故 DCA 2 AOD 60 于是三角形CAD是等边三角形 可写出下列关系式 1 3 2CA 3 2CD 3 2 OC 3 2 3 600kPa也可根据极限时大小主应力之间的关系确定 24 第四部分几个工程问题 承载力 土压力 一 基本内容1 地基的破坏形态与承载力的概念三种基本破坏形态 临塑荷载 极限荷载 容许承载力 极限承载力 2 地基的临塑荷载与浅基础的地基极限承载力塑性区分布与发展的规律 极限平衡法 临塑荷载与浅基础地基极限承载力的理论计算方法 3 求解地基容许承载力 承载力设计值 的常用方法 25 1 限制塑性区开展深度的方法 2 极限承载力除以安全系数 分项系数 3 规范提供的经验公式 4 原位测试方法 其它方法 邻近建筑物调查 4 土压力的概念定义 与墙体变位的关系 特定状态下的土压力 5 静止土压力的计算计算公式 土压力系数K0 沿深度的分布规律 26 6 朗肯土压力理论半无限体的内切面假设 主动与被动极限状态时的应力特点 简单情况下的主动与被动土压力 破裂面的形状与倾角 几种常见情况下的主动土压力计算 7 库仑土压力理论假设 极大极小原理 数解法 库尔曼图解法 二 重点1 几个概念天然地基 临塑荷载 极限荷载 容许承载力 极限承载力 主动土压力 静止土压力 被动土压力 27 地基的三种基本破坏形态 土压力与挡墙位移的关系 2 计算地基承载力的经验公式桥规公式 建规公式3 几种常见情况下的主动土压力计算熟练运用朗肯理论计算填土水平 墙背竖直光滑条件下 墙后为分层填土 填土面作用有均布荷载和填土为粘性土等常见情况的墙后主动土压力的计算 三 例题1 已知某扩大基础的平面尺寸为3m 5m 埋深H 4m 地下水位在地面处 地层资料已示于附图中 试用 桥规 公 28 式计算地基容许承载力 和用 建规 公式计算地基承载力设计值 f 0 95 解 a 按桥规计算 持力层为粘土 Sr wGs e 1w e w s 0 7 10 26 5 26 4 29 IL w wP wL wP 0 356查表6 3 得根据持力层的情况 由表6 9查得 k1 0 k1 2 5 由附图知 2 sat s e w 1 e 19 41kN m3所以由公式 6 33 得 0 k1 1 b 2 k2 2 H 3 319 0 2 5 19 41 4 3 368kPa 30 b 按建规计算 由前述数据 查表6 11得 所以 fk ff0 0 95 282 3 268 2kPa根据持力层的情况 由表6 22查得 b 0 3 d 1 6 由附图的参数算得 s w 1 e 9 7kN m3所以 0 9 41kN m3由公式 6 39 得 f fk b b 3 d 0 d 0 5 268 2 0 1 6 9 41 4 0 5 321kPa 31 2 挡土墙高5m 墙背垂直 填土面水平 土与墙背间的摩擦可忽略不计