土力学与地基基础教学教案.docx

第一章土的物理性质与工程分类第一节土的物理性质一、士的但成（一）上的成因土是岩石风化后的产物，即股靛在地表上松散的、没有胶结或胶结很弱的煤粒堆积物.风化作用有物理风化和化学风化，土的沉积类型：残积、坡枳或崩枳、洪积、冲积、冰积、粉积、风积等.£公路桥涵地基和基础设计现范（JTJD6320072将士分为岩石、碎石土、砂土、粉土和豺性土。此外，还有软土、膨张土、红黏土、盐泄土和黄土等特殊土（二）士的蛆成±是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系。当孔隙完全被水充满时,土处于泡和状态.称为饱和土：当土中一部分被水占据，另一部分被气体占据时，称为非饱和匕当孔健完全被气体充满时，就称为干土.1. Ia体号啦固体颗粒构成上什架，它对土的物理力学性质起决定性的作用.研究固体颇粒就要分析粒径的大小及其在土中所占的百分比，称为上的粒径级配。（1）颗粒的矿物成分和颗粒分组颗粒粒径的大小称为粒度，把粒度相近的敕粒合为一组.称为粒组.（:公路桥涵地理和基础设计规范（JTG）63-2007）对粒组的划分见表1一2。1 2）用蜥析法作土的颗粒大小分析各粒加的质量占干±±样总贷瑙的百分数叫做颗粒级配。对土的颗粒大小分析试验成果，可刖下列两种方式表达：1）表格法列我说明土样中各粒组的士质Jit占土样总质ht的百分数.2）颗粒级配曲线法.在半对数坐标系上，纵坐标用普通比例尺表示小于某粒径的土筋戊百分数，横坐标用对数比例尺表示粒径，绘制颗粒大小级配曲践.若做粒级配曲战平缓，表示土中各种粒径的土粒都有，颗粒不均匀，娘配良好：若曲找舱岐，则表示土粒较均匀，级配不好.不均匀系数Ct=%<1-1>曲率系数C=-（1-2）4uxdu3不均匀系数CI意大,表示级配曲线意平援.级配良好.曲率系数c.用以描述颗粒大小分布的范阳,公路路施埴土压实技术观则¥规定，当C1135I1.Cr=I-3,可认为土的级配良好；当C,<5或C1-3,则认为上的级配不良.2 .土中的水（D结合水1）吸荷水（初结合水）.2>薄膜水（弱结合水）.（2）非结合水1）毛细水2）武力水3 .土中,体二、土的结构与构造（一）±的结构土粒或土粒集合体的大小、形状,相互排列与联结等综合特征.称为土的结构.通常土的结构可分为三种基本类型：总粒结构、蟀总结构和黑状结构.1 .单粒结构2 .蜂窝结构3 .架状结构（二）±的构造土的构造是指同一土层中物质成分和籁粒大小等相近的各部分之间的相互位置与果性指教表示黏性土处于可聚状态时含水收的变化范H九£公路桥涵地基和基础设计娩范2（JTJD63-2007>果用塑性指数作为黏性土的分类指标，<2）液性指数(1-28)£公路桥涵地基和基础设计规范（JTJ1.）63-2007）对黏性上的潮湿（软硬程度按液性指数划分。第三节土的工程分类公路地基的土（岩）可分为岩石、碎石土、砂土'粉土、拈性土和特殊性土等几大类.按£公路桥涵地施与坛础设计规范介绍对岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和特殊性岩土的分类。一、岩石岩石为瑕粒间具有连接牢固、呈整体或具有节理裂隙的地质体.作为公路桥涵地基，除应确定岩石的地质名称外,尚应按规定划分我坚硬程度、完整程度、节理发行程度、软化程度和特殊性岩石。1 .根掘强僮进行至理程度分级2 .根据完整程度分级3 .根据节理发行程度分类4 .岩石按物化系数分类二、碎石土碎石为粒径大于2mm的颗粒含辰超过总质量50%的土，1 .碎石土按颗粒粒形状与粒组含址分为6类.2 .碎石土按密实程度分类三、砂土砂上为粒径大于2mm的服粒含晶不超过总质50%、粒径大于0.075mm的颗粒合力En的方向水平，作用点在矩墙底/3高度处.第三节朗金土压力理论一、茶秋念朗金理论是从半无限土体的极限平衡应力状态出发，假定崎是刚性的.培背登直而光滑，即不考虑墙背与填土之间的摩擦力，墙后填土面为无眼延伸的平面，二、筒单情况下的士压力计*简单情况是指堵背短直(即墙背与登直面的倾斜角夕=0),填土面水平(即填土面与水平面的愉斜角=0),塔背光滑.不计堵背与土之间的蟀擦力(即堵背与填土之间的摩擦角5=0)。(一)主动土压力根据土的强度理论,当土体中某点处于极限平衡时,最大主应力与最小主应力之间的关系应满足：1,砂性土f0=ztan*(45o-)=Ka(6-5)Ea=-H2K(6-6)EI的作用点通过压力强度图的形心，距堵底/3处.方向为水平，破裂而与出大主应力作用平面(水平面)间的夹痢为<45q÷>.2.黏性土：1.=ztan",(45e,-)2ttan(450-)-yzK1.2cj,(67)黏性土的主动土压力强度由两部分组成：部分是由土体自引起的恻压力强度广K11,另一部分则是出黏聚力所引起的负(反向)偏长力强度2c.2cZ1.赤(6-8)这就是许多般崎的黏上坡不需支掾能直立不坍塌的原因。因此黏性土的侧压力强度图形仅是(力。部分，其总压力为z=3"-z0）（9K“一2。疸）（6-9）E1.jKa-2cHi+（6-10）%的作用点通过三角形分布图。加的形心，即作用在离墙底（H-Z0）/3处，（二）被动土压力1 .砂性土(611)e1.,=7ztan"(45o+)=殍KjtJ=%K（6T2）作用点M墙底/3处，方向水平，破裂面与最小主应力作用平面（水平面）成2 .粘性土%=尸K（613）由上式中可以看到,黏性土的被动土压力强度亦分别由土的自取和黏聚力两部分所引起的,强加后的恻压力强变为悌形分布，如图65（c）所示,总被动土压力为EF=别K1.,+2cH而（6-14）合力作用点通过压力强度图的形心在塔背上的投影点，距墙底的距离为：H汨3+6CjKZx=7=（615）3 川K1.,+4CQKIt方向水平，破裂面付置与水平面成45°-Z。2第四节库仑土压力理论屋仑士压力理论是库仑在1773年提出的计算上压力的一种经典理论.它是根据墙后土体所形成的滑动枳体的静力平衡条件建立的士J卡力计算方法.我国的土建类规范大多都规定.挡土墙、桥梁墩介所承受的士压力，应按圈仑十.压力理论计算，第五节常见情况下土压力的计算一、用用金理论计算几种常见情况的土压力工程中经常遇到燃土面有超成、分层填土、埴土中有地卜水的情况，当挡土墙酒足朗金上压力简单界面条件时，仍可应用朝行理论计算挡土墙的土压力.<-)填土面有满布超载当挡土墙后填土而有连续均布超我“作用时.通常上压力的计算方法是将均布荷我换算成作用在地面上的当债士由以无舜性土为例，其当以土层限度：2Y(6-28)填土面处的主动土压力：。="IK1.I=qK“(6-29)挡土墙墙底处土压力：%=汕K“+汨k“=q+汨)尤(6-30)压力分布如图610（八）所示.实际的土压力分布是梯形月即9部分，土压力方向水平，作用点位置在梯形的形心.，(二)分层塔土填土由不同性质的土分层加筑时,如图610(b),上层土按均匀的土质指标计算土压力.计算第二层十的士压力时，将上层土视为作用在第二层土上的均布荷战.换算成第二层土的性侦指标的当地土层，然后按第：层土的指标计算土压力，但只在第二层土层厚度范阳内有效。由于两种上的内摩擦角不同，因此上压力系数也不相同，所以在土层的分界面上，计算出的士压力强度有两个数位.多层土时计算方法相同(三)填土中有地下水在地下水位以上的土压力仍按土的原来指标计算,在地下水以下土的土的理度取浮无度，抗剪超度指标若无专门测定，则仍用原来的c、,此外由于地下水的存在，将有静水压力作用在塔背上，静水压力从地卜水面起算，这样挡土墙所受的总例压力为土压力和水压力之和.土压力和水压力的合力分别为各自分布图形的面积.它们的合力各自通过其分布图形的形心,方向水平,如图6T0(c).二、用率仑理论计算几种特殊情况的土压力工程上有时会遇到挡土墙并非直立、光滑、埴土面水平，而荷我条件或边界条件较为凝杂的情况，这时可以采用一或近似处理办法进行分析计(-填土而有连续均布荷我(二)成层地上(三)折战形墙背的土压力(四)黏性埴上所谓等侑内摩擦角就是将却聚力C折兑成内摩擦角，经折算后的内摩擦角称为等值内摩擦角,以eO表示.这里仅介绍几种常用的换制方法.1.半羟验数据，不管纵聚力的大小，9“都按3Q°35",地下水位以下化,都按253(T：这种方法荷便，墙高用小值，墙低用大值.2 .根据土的抗剪强度相等的原理计算例,值,如图614所示.<639)C1.i=arctan(tan(¢+)用<6-40)3 .根据两种土土压力相等的原理计算仍，tan(450-)=tan(450-22H求得,后就可按库伦公式计算舜性填土的主动土压力。第六节土坡稳定r4½二、砂性土的土坡定检*工程中称丁为滑动力，丁为抗滑力,以抗滑力与滑动力两者的比值来估计滑坡的可能性,即K_工_Wcos-an)+c/7Wsin夕对无整性±±坡，c=0,上式将简化成；K_二_卬cos夕Ian_Ian.T7-Uzsin?tan/?(6-42)为了确保土坡的枪定性，K值应大于k三、国孤滑面的条分法分析现场观察和调查资料表明.癌性±±坡滑塌时.其滑面成曲面，接近于一个网柱面.工程计算中华将它当作一个平面应变问腮，弁假设其断面成圆孤.用酸弧形滑面进行土坡税定分析的具体方法很多。常用的有瑞典即弧法(I.Fc1.icnius.1936),毕肖普法(.I.Bishop.1955).<-)瑞典即弧滑面法1.基本原理及假定该法假定土坡稳定分析於一个平面应变问盟.滑面成圆弧形.在具体计算中,弗伦纽斯将滑动土体月腼分成个土条，土条的宽度一皎取24m如用i表示上条的编号，则作用在第1上条上的力如图6-20(W所示.作用在土条上的力.<1)土第的自重叱<2)滑面上的抗滑力力T,(3)条间的作用力X,、匕、X1.,Ym如符上述各力对滑向的同心。取矩.可得滑动力矩M,和抗潜力矩M,为IZM,=RE(Ch+叱CoSa,tane)I故稳定系数A'为.,Z(叱cos,tan<+CIJK=%=2M112-Wsina1.I=I(643)当8=0时H",K=-ri=J(6-44)£IVSinair-1.K值应大于1.2.如何确定最危险的滑面工程中将最危险的回弧滑面称之为临界&!Bk其相应的圆心为整界圆心，忸伦纽斯通过大量的试售工作总结出下面两条经裟；(1) Q=O的均版黏土,宜城边坡的钻界暝孤一般通过坡脚，其圆心位置U1.用表65给出的数值用图解法确定.图621中的a和b两角的交点O即为临界掰心的位置.(2) 0工0时，随着伊角的增大，具圆心位置从e=0的明心。沿OE.线的上方移动，可用来去示圆心的轨迹线。E点的确定方法如图6-22所示。E点距离坡脚4的水平距离为4.5，1.直距离为。具体试算时，可在。E线上。点以外选择适当的点Q，。,作为可能的滑面圆心，从这些点作泡过坡脚A的阳退6、G.-C,然后按式(7-34)计算相应于各圆弧滑面的检定系数K1.、K.K,伯，并在它们的圆心处垂在于OE戏按比例画出各K1值的长度，然