1,注册土木工程师（水利水电工程）资格考试,第二章 岩土力学,水利水电工程专业基础知识,2,岩土力学基本内容,2.1 土的组成和物理性质指标,2.2 土中应力,2.3 地基变形,2.4 土的抗剪强度,2.5 特殊性土,2.6 土压力,2.7 土坡稳定,2.8 地基承载力,2.9 岩石力学基础,3,1. 土的组成与结构颗粒级配分析 2. 土的三相比例指标 3. 土的物理状态指标 4. 土的击实特性 5. 土的工程分类,2.1 土的组成和物理性质指标 主要内容,4,1. 有效应力和有效应力原理 2. 孔隙水压力 3. 自重应力 4. 地基附加应力 基底压力，基底附加压力,2.2 土中应力 主要内容,5,1. 土的压缩性试验与指标 2. 基础最终沉降量计算 3. 地基变形与时间的关系,2.3 地基变形 主要内容,6,1. 试验测定土的抗剪强度 直剪试验，三轴试验 2. 土的极限平衡条件,2.4 土的抗剪强度 主要内容,7,1. 软土 2. 黄土 3. 膨胀土 4. 红粘土 5. 盐渍土 6. 冻土 7. 填土 8. 可液化土,2.5 特殊性土 主要内容,8,1. 土压力产生的条件和类型 2. 朗肯土压力理论 3. 库仑土压力理论,2.6 土压力 主要内容,9,1. 土坡失稳破坏形式 2. 均质土坡稳定计算 3. 圆弧滑动面条分法,2.7 土坡稳定 主要内容,10,1. 基本概念 2. 极限承载力计算方法 3. 地基承载力影响因素,2.8 地基承载力 主要内容,11,1. 岩石的基本物理性质 2. 岩石的强度和破坏机理 3. 岩体的工程分类 4. 围岩与岩坡的稳定性分析,2.9 岩石力学基础 主要内容,12,1. 土的组成与结构 2. 土的三相比例指标 3. 土的物理状态指标 4. 土的击实特性 5. 土的工程分类,2.1 土的组成和物理性质指标,13,土有三个组成部分：固相、液相和气相,固相 固体颗粒,2. 液相 土中水,3. 气相 土中气体,粒径级配 颗粒形状 矿物成分,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,试验：筛分、水分 曲线：形状，意义 指标：定义，应用 评价、判断,原生(成岩)矿物： 次生(粘土)矿物(高岭石、伊利石、蒙托石）,2.1 土的组成和物理性质,土的三相组成,14,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 (0.075mm),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,2.1 土的组成和物理性质,土的三相组成土的固相,15,土的三相组成土的固相, 土的颗粒级配曲线横、纵坐标分别代表什么？, 土的颗粒级配曲线上面的一点表示什么意思？一段呢？, 不均匀系数Cu定义和意义？, 什么是级配良好的土？满足一个条件是否可以称为级配良好？, 曲率系数Cc定义和意义？,2.1 土的组成和物理性质,16,结构:土粒相互排列和联结方式成土过程自然形成,颗粒大小, 形状 矿物成分 沉积条件,影响因素:,类型: 具体的土是复杂组合，以某种类型为主.,单粒结构 蜂窝结构 絮状结构,2.1 土的组成和物理性质,土的三相组成土的结构,17,1. 土的组成与结构 2. 土的三相比例指标 3. 土的物理状态指标 4. 土的击实特性 5. 土的工程分类,2.1 土的组成和物理性质指标,18,2. 土的三相比例指标,基本物理性质指标,换算物理性质指标 （间接）,天然密度 或天然重度,含水量w,土粒比重Gs,试验确定,孔隙比e,孔隙率n,饱和度Sr,干密度d 或干重度d,饱和密度sat或饱和重度sat,浮（有效）重度 ,2.1 土的组成和物理性质,19,3）在土体三相指标中，按质量比有( )。 A. 饱和度 B. 含水率 C. 孔隙比 D. 重度,B,A,2. 土的三相比例指标（单）,2）单位体积土体中，土粒体积的表达式为（）. A . B . C . D .,2.1 土的组成和物理性质,20,1. 土的组成与结构 2. 土的三相比例指标 3. 土的物理状态指标 4. 土的击实特性 5. 土的工程分类,2.1 土的组成和物理性质指标,21,3. 土的物理状态指标,砂土的物理状态指标 松密程度,粘性土的物理状态指标 软硬程度,标准贯入锤击数N63.5,孔隙比e,相对密实度Dr,塑限wP,试验确定,液（流）限wL,塑性指数IP,液性指数IL,定义、意义,2.1 土的组成和物理性质,22,砂土的物理状态指标,相对密度,判别标准： Dr = 1 , 最密状态 Dr = 0 , 最松状态 Dr 0.33 , 疏松状态 0.33 0.67 , 密实状态,3. 土的物理状态指标,2.1 土的组成和物理性质,最大孔隙比试验方法:,漏斗法和量筒法,振动锤击法,最小孔隙比试验方法：,23,粘性土的物理状态指标,液性指数,塑性指数,IL1,坚硬状态 可塑状态 流 塑,0.00 0.25 0.25 - 0.75 0.75 1.00,硬塑 可塑 软塑,问题：仅适用于重塑土.,去掉百分数,3. 土的物理状态指标,吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小,反映土体的软硬程度,2.1 土的组成和物理性质,24,1. 土的组成与结构 2. 土的三相比例指标 3. 土的物理状态指标 4. 土的击实特性 5. 土的工程分类,2.1 土的组成和物理性质指标,25,1. 有效应力和有效应力原理 2. 孔隙水压力 3. 自重应力 4. 地基附加应力 基底压力，基底附加压力,2.2 土中应力,26,2.2 土中应力,1. 有效应力和有效应力原理,饱和土的有效应力原理,土的变形与强度都只取决于有效应力,有效应力,总应力已知或易知,孔隙水压测定或算定,通常,27,孔隙水压力的作用 对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有贡献，并且水不能承受剪应力，因而孔隙水压力对土的强度没有直接的影响； 它在各个方向相等，只能使土颗粒本身受到等向压力。因而孔隙水压力对变形也没有直接的影响，土体不会因为受到水压力的作用而变得密实。,变形的原因 颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动与 有关； 接触点处应力过大而破碎与 有关。,试想： 海底与土粒间的接触压力哪一种情况下大？,1m,z=u=0.01MPa,104m,z=u=100MPa,强度的成因 凝聚力和摩擦与 有关,饱和土的有效应力原理,（2）,（1）,土的变形与强度都只取决于有效应力,一样大,2.2 土中应力,1. 有效应力和有效应力原理,28,1. 有效应力和有效应力原理 2. 孔隙水压力 3. 自重应力 4. 地基附加应力 基底压力，基底附加压力,2.2 土中应力,29,1. 有效应力和有效应力原理 2. 孔隙水压力 3. 自重应力 4. 地基附加应力 基底压力，基底附加压力,2.2 土中应力,30,自重应力的计算,水平地基中的自重应力,假定：水平地基半无限空间体半无限弹性体 侧限应变条件一维问题,定义：在修建建筑物以前，地基中由土体本身的有效重量而产生的应力。,目的：确定土体的初始应力状态,计算：地下水位以上用天然重度，地下水位以下用浮重度。,2.2 土中应力,3. 自重应力,31,成层地基,1）计算公式,均质地基,竖直向：,水平向：,竖直向：,水平向：,重度：地下水位以上用天然重度 地下水位以下用浮重度,静止侧压力系数,一般自重应力产生的变形已稳定,2.2 土中应力,3. 自重应力,32,1. 有效应力和有效应力原理 2. 孔隙水压力 3. 自重应力 4. 地基附加应力 基底压力，基底附加压力,2.2 土中应力,33,1. 土的压缩性试验与指标 2. 基础最终沉降量计算 3. 地基变形与时间的关系,2.3 地基变形,34,先期固结压力,历史上所经受到的最大竖向有效压力pc,cz= z：自重压力 pc= cz：正常固结土 pc cz：超固结土 pc cz：欠固结土,OCR=1：正常固结 OCR1：超固结 OCR1：欠固结,相同cz时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小,超固结比：,1. 土的压缩性固结状态,2.3 地基变形,35,1. 土的压缩性试验与指标 2. 基础最终沉降量计算 3. 地基变形与时间的关系,2.3 地基变形,36,1. 土的压缩性试验与指标 2. 基础最终沉降量计算 3. 地基变形与时间的关系,2.3 地基变形,37,Cv 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢固结速度； Cv 与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比； （cm2/s；m2/year，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量级）,固结系数：实验确定,一维渗流固结微分方程,2.3 地基变形,3. 地基变形与时间的关系,38,时间因数,m1，3，5，7,微分方程的解孔压：,H：土层最大排水距离,2.3 地基变形,3. 地基变形与时间的关系,39,固结度的概念,一点M：,地 层：,土层的平均固结度,Uz,t=01：表征总应力中有效应力所占比例,2.3 地基变形,3. 地基变形与时间的关系,40,t 时刻：,确定St的关键是确定Ut 确定Ut的核心问题是确定uz.t,在时间t的沉降与最终沉降量之比,固结度的计算,2.3 地基变形,3. 地基变形与时间的关系,41,求某一时刻t 的固结度与沉降量St,t,Tv=Cvt/H2,St=Ut S,时间因数,固结度,2.3 地基变形,3. 地基变形与时间的关系,42,求达到某一沉降量(固结度)所需要的时间t,Ut= St /S,从 Ut 查图（计算）确定 Tv,2.3 地基变形,3. 地基变形与时间的关系,43,1. 试验测定土的抗剪强度 直剪试验，三轴试验 2. 土的极限平衡条件,2.4 土的抗剪强度,44,cu = qu/2,cu,qu = f,3 =0的三轴不固结不排水试验,3=0,u=0,qu=1f,2.4 土的抗剪强度,1. 试验测定土的抗剪强度,无侧限压缩试验,45,1. 试验测定土的抗剪强度 直剪试验，三轴试验 2. 土的极限平衡条件,2.4 土的抗剪强度,46,1. 软土 2. 黄土 3. 膨胀土 4. 红粘土 5. 盐渍土 6. 冻土 7. 填土 8. 可液化土,2.5 特殊性土,47,特点：孔隙比大，e1.0 含水量大，wwL,2.5 特殊性土,1. 软土,在静水或缓慢流水环境中沉积，以细颗粒为主的近代粘性沉积土。常含有机质。,类型： 淤 泥： wwL ，e1.5 淤泥质土： wwL ，1.5e1.0,48,1）抗剪强度低,2.5 特殊性土,1. 软土,工程特性：,4）高灵敏度,2）压缩性高,3）透水性低,5）流变性,49,2.5 特殊性土,2. 黄土,一种在第四纪时期形成的黄色粉状土，在干旱或半干旱气候条件下形成。有的遇水产生显著的湿陷变形，称湿陷性黄土。,类型：非湿陷性 湿陷性：自重湿陷性 非自重湿陷性：自重应力受水不湿陷，自重和附加应力共同作用下受水湿陷。,50,2.5 特殊性土,2. 黄土,湿陷性判定： 湿陷系数： 式中： hp原状试样在p作用下压缩稳定后量得高度； 原状试样在p作用下压缩稳定后加水浸湿，下沉 稳定后的高度； h0原状试样的原始高度。,非湿陷性黄土 湿陷性黄土,51,2.5 特殊性土,2. 黄