土體中的應(yīng)力計(jì)算和原理講解

1、土體中的應(yīng)力計(jì)算和原理講解22022/8/5第三章：土體中的應(yīng)力計(jì)算3.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系3.2 自重應(yīng)力3.3 附加應(yīng)力3.4 基底壓力計(jì)算3.5 有效應(yīng)力原理32022/8/53.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定 材料力學(xué)+-正應(yīng)力剪應(yīng)力拉為正壓為負(fù)順時(shí)針為正逆時(shí)針為負(fù)+- 土力學(xué)壓為正拉為負(fù)逆時(shí)針為正順時(shí)針為負(fù)42022/8/5（1）三維應(yīng)力狀態(tài)（一般應(yīng)力狀態(tài)）yyzxyzxxzyxoz52022/8/5 （2）三維應(yīng)力狀態(tài)（三軸應(yīng)力狀態(tài)）試樣水壓力c軸向力F 應(yīng)變條件 應(yīng)力條件 獨(dú)立變量62022/8/5 （3）二維應(yīng)力狀態(tài)（平面應(yīng)變狀態(tài)）yyzxyzxxzy

2、xozzxzxzx 垂直于y軸斷面的幾何形狀與應(yīng)力狀態(tài)相同 沿y方向有足夠長(zhǎng)度，L/B10 在x, z平面內(nèi)可以變形，但在y方向沒(méi)有變形72022/8/5 應(yīng)變條件 應(yīng)力條件 獨(dú)立變量82022/8/5 （4）側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)：側(cè)向應(yīng)變?yōu)榱愕膽?yīng)力狀態(tài)yxoz水平地基半無(wú)限空間體半無(wú)限彈性地基內(nèi)的自重應(yīng)力只與Z有關(guān)土質(zhì)點(diǎn)或土單元不可能有側(cè)向位移側(cè)限應(yīng)變條件任何豎直面都是對(duì)稱(chēng)面應(yīng)變條件92022/8/5 應(yīng)變條件 應(yīng)力條件 獨(dú)立變量側(cè)壓力系數(shù)E、與位置和方向無(wú)關(guān) 理論：彈性力學(xué)解求解“彈性”土體中的應(yīng)力 方法：解析方法優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，易于繪成圖表等碎散體非線性彈塑性成層土各向異性應(yīng)力計(jì)算時(shí)的基本假定pe加

3、載卸載線彈性連續(xù)介質(zhì)（宏觀平均）線彈性體（應(yīng)力較小時(shí)）均質(zhì)各向同性體（土層性質(zhì)變化不大）112022/8/5第三章：土體中的應(yīng)力計(jì)算水平地基中的自重應(yīng)力3.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 3.2 自重應(yīng)力 3.3 附加應(yīng)力 3.4 基底壓力計(jì)算 3.5 有效應(yīng)力原理 122022/8/53.2 自重應(yīng)力 假定：水平地基 半無(wú)限空間體 半無(wú)限彈性體 有側(cè)限應(yīng)變條件 一維問(wèn)題 定義：在修建建筑物以前，地基中由土體本身的有效重量而產(chǎn)生的應(yīng)力 目的：確定土體的初始應(yīng)力狀態(tài) 計(jì)算：地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重（一般情況下）132022/8/5豎直向自重應(yīng)力：土體中無(wú)剪應(yīng)力存在，故地基中Z深度

4、處的豎直向自重應(yīng)力等于單位面積上的土柱重量 均質(zhì)地基： 成層地基：水平向自重應(yīng)力： 容重：地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重（一般情況下）1 H12 H23 H3zszsxsy地面地下水有地下水存在時(shí)？首先確定是否考慮浮力考慮浮力影響時(shí)，用浮重度代替重度。不透水層以下不考慮浮力，用飽和重度sat原則:砂性土應(yīng)考慮浮力。粘性土則視其物理狀態(tài)而定:當(dāng)IL1時(shí)，受水的浮力作用, ；當(dāng)IL0時(shí)，不受浮力作用, sat；當(dāng)0IL1時(shí)，根據(jù)具體情況而定。152022/8/5 分布規(guī)律分布線的斜率是容重在等容重地基中隨深度呈直線分布自重應(yīng)力在成層地基中呈折線分布在土層分界面處和地下水位處發(fā)生轉(zhuǎn)折或

5、突變1 H12 H22 H3zszsxsy地面地下水sz1H12H22H3z2022/8/5例題3-1 第一層土為細(xì)砂1=19kN/m3, s3; 第二層土為粘土, 23, s3,并有地下水位存在。計(jì)算土中自重應(yīng)力。 第二層為粘土層，其液性指數(shù)解 第一層土為細(xì)砂，地下水位以下考慮浮力作用故受水的浮力作用，浮重度為a點(diǎn)：z=0，sz= z=0；b點(diǎn)：z=2m，sz=192=38kPa；c點(diǎn)：z=5m，sz=192+103=68kPa；d點(diǎn)：z=9m，sz=192+10分布如圖: 例題3-2 一地基由多層土組成，地質(zhì)剖面如下圖所示，試計(jì)算并繪制自重應(yīng)力cz沿深度的分布圖 57.0kPa80.1kP

6、a103.1kPa150.1kPa194.1kPa127.1kPa212022/8/5（ ）判斷下列自重應(yīng)力分布是否正確?改正改正（ ）例題3-3222022/8/5自重應(yīng)力計(jì)算步驟：地下水位以上,地下水位以下,不透水層層面及其以下, 不透水層層面應(yīng)力有突變，大小等于 。2. 計(jì)算特征點(diǎn)自重應(yīng)力（每層土兩點(diǎn)：頂面和底面）1. 分析題意，建立坐標(biāo)系，確定特征點(diǎn)特征點(diǎn)為：分層界面，地下水位面。起算點(diǎn)自天然地面始；3. 繪自重應(yīng)力分布圖 自重應(yīng)力隨深度而增加，其圖形為折線形。232022/8/5第三章：土體中的應(yīng)力計(jì)算3.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 3.2 自重應(yīng)力 3.3 附加應(yīng)力 3.4 基底壓

7、力計(jì)算 3.5 有效應(yīng)力原理 242022/8/53.3 附加應(yīng)力 附加應(yīng)力是由于修建建筑物之后再地基內(nèi)新增加的應(yīng)力，它是使地基發(fā)生變形從而引起建筑物沉降的主要原因集中荷載作用下的附加應(yīng)力矩形分布荷載作用下的附加應(yīng)力條形分布荷載作用下的附加應(yīng)力圓形分布荷載作用下的附加應(yīng)力影響應(yīng)力分布的因素基本解疊加原理252022/8/5集中荷載的附加應(yīng)力（P；x,y,z；R, , ) （1）豎直集中力布辛內(nèi)斯克課題yyzxyzxxzPyzMzRxxorMy262022/8/5法國(guó)數(shù)學(xué)家布辛內(nèi)斯克（J. Boussinesq）1885年推出了該問(wèn)題的理論解，包括六個(gè)應(yīng)力分量和三個(gè)方向位移的表達(dá)式教材P5051

8、頁(yè)其中，豎向應(yīng)力z：集中力作用下的應(yīng)力分布系數(shù) 查表 PP作用線上在某一水平面上在r0的豎直線上z等值線-應(yīng)力泡0.1P0.05P0.02P0.01P應(yīng)力泡z與無(wú)關(guān)，呈軸對(duì)稱(chēng)分布282022/8/5pM矩形分布荷載的附加應(yīng)力 （2）矩形面積豎直均布荷載 角點(diǎn)下的垂直附加應(yīng)力：B氏解的應(yīng)用m=L/B, n=z/B矩形豎直向均布荷載角點(diǎn)下的應(yīng)力分布系數(shù)Ks：表3.4292022/8/5 矩形內(nèi)： 矩形外：荷載與應(yīng)力間滿(mǎn)足線性關(guān)系 疊加原理 角點(diǎn)計(jì)算公式任意點(diǎn)的計(jì)算公式 任意點(diǎn)的垂直附加應(yīng)力角點(diǎn)法B AC Da bABC Dc d302022/8/5 （3）矩形面積豎直三角形分布荷載ptM矩形面積豎

9、直三角分布荷載角點(diǎn)下的應(yīng)力分布系數(shù)：表3.6o312022/8/5條形分布荷載的附加應(yīng)力 （4）豎直線布荷載- B氏解的應(yīng)用M322022/8/5任意點(diǎn)的附加應(yīng)力：F氏解的應(yīng)用 （5）條形面積豎直均布荷載條形面積豎直均布荷載作用時(shí)的應(yīng)力分布系數(shù)：表3.8Mxyzp332022/8/5其它荷載的附加應(yīng)力 條形面積其它分布荷載土力學(xué)P113頁(yè)：表39 圓形面積均布荷載作用 圓心下的附加應(yīng)力計(jì)算P58頁(yè)：表342022/8/5K 豎直集中荷載作用下 (表3.1)Ks 矩形面積豎直均布荷載作用角點(diǎn)下 (表3.4)Kt 矩形面積三角形分布荷載作用角點(diǎn)下 (表3.6)Kh 矩形面積水平均布荷載作用角點(diǎn)下

10、(表3-7)Kzs條形面積豎直均布荷載作用時(shí) (表3.8)Kzt條形面積三角形分布荷載作用時(shí) (表3-9)Kzh條形面積水平均布荷載作用時(shí) (表3-9)K0 圓形面積均布荷載作用時(shí) (表3.7)KzL條形面積梯形分布荷載作用時(shí) (表3-9)小 結(jié)底面形狀荷載分布計(jì)算點(diǎn)位置K 352022/8/5 上層軟弱，下層堅(jiān)硬（1）非均勻性-成層地基 軸線附近應(yīng)力集中，z增大 應(yīng)力集中程度與土層剛度比有關(guān) 隨H/B增大，應(yīng)力集中減弱上層堅(jiān)硬，下層軟弱 軸線附近應(yīng)力擴(kuò)散，z減小 應(yīng)力擴(kuò)散程度與土層剛度比有關(guān) 隨H/B的增大，應(yīng)力擴(kuò)散增強(qiáng)HE1硬層 E2E1成層均勻H硬層E1E2E1成層均勻影響土中應(yīng)力分布的

11、因素362022/8/5（2）非線性和彈塑性 對(duì)豎直應(yīng)力計(jì)算值的影響不大 對(duì)水平應(yīng)力有顯著影響（3）變形模量隨深度增大的地基 是一種連續(xù)非均質(zhì)現(xiàn)象，在砂土地基中尤為常見(jiàn) 使應(yīng)力向應(yīng)力的作用線附近集中 Ex/Ez1 時(shí)，Ex相對(duì)較大，有利于應(yīng)力擴(kuò)散 應(yīng)力擴(kuò)散（4）各向異性地基2022/8/537例題 3-4 如圖所示，試計(jì)算： cz并繪出其沿深度的分布圖； 2）甲基礎(chǔ)的基底接觸壓力p； 3）甲基礎(chǔ)的基底附加壓力p0； 4）甲基礎(chǔ)基底附加壓力p0引起的甲基礎(chǔ)的基底中心點(diǎn)下，0，2，4，6，8，10m各深度處的豎向附加應(yīng)力z，并繪出其沿深度的分布圖； 5）由乙基礎(chǔ)基底附加壓力p0引起的甲基礎(chǔ)的基底中

12、心點(diǎn)下，0，2，4，6，8，10m各深度處的豎向附加應(yīng)力z，并繪出其沿深度的分布圖。 設(shè)基礎(chǔ)與回填土的平均容重G=20kN/m3。382022/8/5土層 容重 深度 厚度 特征點(diǎn)czkN/m3 m m kN/m2粉土 粉質(zhì)黏土甲乙乙F=1940kN F F0246810圖中單位：mo乙乙基礎(chǔ)底面甲392022/8/5【解】1)計(jì)算自重應(yīng)力首先計(jì)算各分界土層的厚度，計(jì)算結(jié)果如表所示。至11.5m深度處土的自重應(yīng)力及其沿深度的分布圖如圖所示。402022/8/5土層 容重 深度 厚度 特征點(diǎn)czkN/m3 m m kN/m2粉土 粉質(zhì)黏土圖中未標(biāo)單位為m或kPaoabcdefg甲乙乙F=1940

13、kN F F0246810412022/8/52)計(jì)算甲基礎(chǔ)的基底接觸壓力p。3)計(jì)算甲基礎(chǔ)的基底附加壓力p0。422022/8/54)計(jì)算由甲基礎(chǔ)基底附加壓力p0引起的甲基礎(chǔ)的基底中心點(diǎn)下，0m，2，4，6，8，10m各深度處的豎向附加應(yīng)力z，并繪出其沿深度的分布圖。因?yàn)槭蔷匦蚊娣e 豎直均布荷載，所以查表3.4(p54)；又因?yàn)橛?jì)算點(diǎn)o不是角點(diǎn)下，所以利用角點(diǎn)法計(jì)算。 過(guò)甲基礎(chǔ)基底中心o，作輔助線將基底分成四個(gè)大小相同的矩形。計(jì)算矩形oacd引起的附加應(yīng)力，然后乘以4。長(zhǎng)邊L=2.5m，短邊B=2.0m，L/B=2.5/2.0=1.25。z/B則隨深度z而變，列表計(jì)算。甲基礎(chǔ)基底附加壓力引起

14、的甲基礎(chǔ)的基底中心點(diǎn)下，0m，1，2，3，4，5，6，7，8，10m各深度處的豎向附加應(yīng)力如下表，附加應(yīng)力其沿深度的分布圖如圖所示。432022/8/501234567810040.250100=100=p0442022/8/5土層 容重 深度 厚度 特征點(diǎn)czkN/m3 m m kN/m2粉土 粉質(zhì)黏土圖中未標(biāo)單位為m或kPaoabcdefg甲基礎(chǔ)引起的附加應(yīng)力甲乙乙F=1940kN F F0246810100452022/8/55)計(jì)算由乙基礎(chǔ)基底附加壓力p0引起的甲基礎(chǔ)的基底中心點(diǎn)下，0m，2，4，6，8，10m各深度處的豎向附加應(yīng)力z，并繪出其沿深度的分布圖。因?yàn)槭蔷匦蚊娣e 豎直均布荷

15、載，所以查表3.4(p54) ；又因?yàn)橛?jì)算點(diǎn)o不是角點(diǎn)下，所以利用角點(diǎn)法計(jì)算。 過(guò)甲基礎(chǔ)基底中心o作輔助線，將o點(diǎn)看成四個(gè)與oafg相同的矩形和另外四個(gè)與oaed相同的矩形的公共角點(diǎn)。短邊B=2.5m，長(zhǎng)邊L與深度z變化，因此L/B與z/B變化，列表計(jì)算。乙及甲基礎(chǔ)基底附加壓力引起的甲基礎(chǔ)的基底中心點(diǎn)下，0m，1，2，3，4，5，6，7，8，10m各深度處的豎向附加應(yīng)力如下表，附加應(yīng)力其沿深度的分布圖如圖所示。462022/8/50123456781004(0.250-0.250)100=04(0.157-0.140)100=6.80乙基礎(chǔ)基底附加壓力引起的甲基礎(chǔ)的基底中心點(diǎn)下，各深度處的豎向

16、附加應(yīng)力472022/8/5土層 容重 深度 厚度 特征點(diǎn)czkN/m3 m m kN/m2粉土 粉質(zhì)黏土圖中未標(biāo)單位為m或kPaoabcdefg甲基礎(chǔ)引起的附加應(yīng)力甲乙乙F=1940kN F F0246810100甲、乙基礎(chǔ)引起的附加應(yīng)力之和乙基礎(chǔ)引起的附加應(yīng)力482022/8/5第三章：土體中的應(yīng)力計(jì)算 影響因素 計(jì)算方法 分布規(guī)律3.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 3.2 自重應(yīng)力 3.3 附加應(yīng)力 3.4 基底壓力計(jì)算 3.5 有效應(yīng)力原理 492022/8/53.4 基底壓力計(jì)算 基底壓力：基礎(chǔ)底面?zhèn)鬟f給地基表面的壓力，也稱(chēng)基底接觸壓力。基底壓力既是計(jì)算地基中附加應(yīng)力的外荷載，也是計(jì)算基

17、礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的外荷載，上部結(jié)構(gòu)自重及荷載通過(guò)基礎(chǔ)傳到地基之中上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基建筑物設(shè)計(jì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的外荷載基底反力基底壓力附加應(yīng)力地基沉降變形502022/8/5基底壓力的影響因素 剛度 形狀 大小 埋深大小方向分布 土類(lèi) 密度 土層結(jié)構(gòu)等基底壓力是地基和基礎(chǔ)在上部荷載作用下相互作用的結(jié)果，受荷載條件、基礎(chǔ)條件和地基條件的影響荷載條件：基礎(chǔ)條件:地基條件：暫不考慮上部結(jié)構(gòu)的影響，用荷載代替上部結(jié)構(gòu)，使問(wèn)題得以簡(jiǎn)化512022/8/5抗彎剛度EI= M0基礎(chǔ)只能保持平面下沉不能彎曲分布: 中間小, 兩端無(wú)窮大基礎(chǔ)抗彎剛度EI=0 M=0基礎(chǔ)變形能完全適應(yīng)地基表面的變形基礎(chǔ)上下壓力分布必須完全相同，若不

18、同將會(huì)產(chǎn)生彎矩條形基礎(chǔ)，豎直均布荷載基底壓力的分布 彈性地基，完全柔性基礎(chǔ) 彈性地基，絕對(duì)剛性基礎(chǔ)522022/8/5 荷載較小 荷載較大 荷載很大 彈塑性地基，有限剛度基礎(chǔ)砂性土地基 粘性土地基接近彈性解馬鞍型倒鐘型532022/8/5簡(jiǎn)化計(jì)算方法：假定基底壓力按直線分布的材料力學(xué)方法基底壓力的簡(jiǎn)化計(jì)算基底壓力的分布形式十分復(fù)雜圣維南原理：基底壓力分布的影響僅限于一定深度范圍，之外的地基附加應(yīng)力只取決于荷載合力的大小、方向和位置542022/8/5BLPBPBLPBLPoxyBPBP基礎(chǔ)形狀與荷載條件的組合矩形 條形豎直中心 豎直偏心 傾斜偏心P:單位長(zhǎng)度上的荷載552022/8/5矩形基礎(chǔ)

19、上的集中荷載exxyeyBLP矩形面積偏心荷載BLxyP矩形面積中心荷載單項(xiàng)偏心，偏心距e562022/8/5eB/6: 出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)exyBLKPK=B/2-e矩形面積單向偏心荷載出現(xiàn)拉力時(shí)，應(yīng)進(jìn)行壓力調(diào)整，原則：基底壓力合力與總荷載相等3K572022/8/5BePPPvPh傾斜偏心荷載條形基礎(chǔ)豎直偏心荷載分解為豎直向和水平向荷載，水平荷載引起的基底水平應(yīng)力視為均勻分布其它荷載582022/8/5基底壓力分布的影響因素基底壓力的分布形式簡(jiǎn)化計(jì)算方法 荷載條件 基礎(chǔ)條件 地基條件 彈性地基 彈塑性地基假定基底壓力按直線分布的材料力學(xué)方法小 結(jié)592022/8/5第三章：土體中的應(yīng)力計(jì)算 有效

20、應(yīng)力原理 有效應(yīng)力計(jì)算 孔壓系數(shù)3.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 3.2 自重應(yīng)力 3.3 附加應(yīng)力 3.4 基底壓力計(jì)算 3.5 有效應(yīng)力原理 602022/8/5太沙基（Karl Terzaghi)(1883-1963)1921-1923年提出土的有效應(yīng)力原理和土的固結(jié)理論，1925年出版經(jīng)典著作土力學(xué)，首次將各種土工問(wèn)題歸納成為系統(tǒng)的有科學(xué)依據(jù)的計(jì)算理論，奠定了他作為土力學(xué)創(chuàng)始人的地位3.5 有效應(yīng)力原理 612022/8/5對(duì)所受總應(yīng)力，骨架和孔隙流體如何分擔(dān)？它們?nèi)绾蝹鬟f和相互轉(zhuǎn)化？它們對(duì)土的變形和強(qiáng)度有何影響？外荷載 總應(yīng)力 土體是由固體顆粒骨架、孔隙流體（水和氣）三相構(gòu)成的碎散材料

21、，受外力作用后，總應(yīng)力由土骨架和孔隙流體共同承受Terzaghi的有效應(yīng)力原理和固結(jié)理論622022/8/5外荷載 總應(yīng)力 飽和土中的應(yīng)力形態(tài)飽和土是由固體顆粒骨架和充滿(mǎn)其間的水組成的兩相體。受外力后，總應(yīng)力分為兩部分承擔(dān)：由土骨架承擔(dān)，并通過(guò)顆粒之間的接觸面進(jìn)行應(yīng)力的傳遞，稱(chēng)之為粒間應(yīng)力有由孔隙水來(lái)承擔(dān)，通過(guò)連通的孔隙水傳遞，稱(chēng)之為孔隙水壓力?？紫端荒艹袚?dān)剪應(yīng)力，但能承受法向應(yīng)力632022/8/5外荷載 總應(yīng)力 AaaPsv接觸點(diǎn)PsA：Aw：As：土單元的斷面積顆粒接觸點(diǎn)的面積孔隙水的斷面積a-a斷面豎向力平衡：有效應(yīng)力 1飽和土有效應(yīng)力原理642022/8/5飽和土體內(nèi)任一平面上受到

22、的總應(yīng)力可分為兩部分和u，并且：土的變形與強(qiáng)度都只取決于有效應(yīng)力一般地，有效應(yīng)力總應(yīng)力已知或易知孔隙水壓測(cè)定或計(jì)算652022/8/5有效應(yīng)力原理的討論 孔隙水壓力的作用有效應(yīng)力的作用討論它在各個(gè)方向相等，只能使土顆粒本身受到等向壓力，不會(huì)使土顆粒移動(dòng)，導(dǎo)致孔隙體積發(fā)生變化。由于顆粒本身壓縮模量很大，故土粒本身壓縮變形極小水不能承受剪應(yīng)力，對(duì)土顆粒間摩擦、土粒的破碎沒(méi)有貢獻(xiàn)因而孔隙水壓力對(duì)變形強(qiáng)度沒(méi)有直接影響，稱(chēng)為中性應(yīng)力662022/8/5 孔隙水壓力的作用有效應(yīng)力的作用討論是土體發(fā)生變形的原因：顆粒間克服摩擦相對(duì)滑移、滾動(dòng)以及在接觸點(diǎn)處由于應(yīng)力過(guò)大而破碎均與有關(guān)是土體強(qiáng)度的成因：土的凝聚力

23、和粒間摩擦力均與有關(guān)672022/8/5 孔隙水壓力的作用有效應(yīng)力的作用討論討論：海底與土粒間的接觸壓力哪一種情況下大？1mz=u=0.01MPa104mz=u=100MPa=682022/8/5自重應(yīng)力情況 （側(cè)限應(yīng)變條件） 飽和土孔壓和有效應(yīng)力計(jì)算 靜水條件 穩(wěn)定滲流條件地下水位海洋土毛細(xì)飽和區(qū) 附加應(yīng)力情況 單向壓縮應(yīng)力狀態(tài)等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)偏差應(yīng)力狀態(tài)692022/8/5H1H2地面地下水位（1）自重應(yīng)力情況 靜水條件：地下水位總應(yīng)力：?jiǎn)挝煌林退目傊亓?= H1+satH2 孔隙水壓力：凈水壓強(qiáng)u = wH2有效應(yīng)力： = -u = H1+(sat-w)H2 = H1+H2=-uu

24、=wH2u=wH2H1A（-)702022/8/5H1地面A地下水位 靜水條件：水位下降 總應(yīng)力： = H1+satH2 孔隙水壓力：u = wH2 有效應(yīng)力： = -u 地下水位下降會(huì)引起增大，土?xí)a(chǎn)生壓縮，這是城市抽水引起地面沉降的一個(gè)主要原因H1H2u=wH2=-u(-)u=wH2地下水位下降引起增大的部分712022/8/5 靜水條件：海洋土總應(yīng)力：?jiǎn)挝煌林退目傊亓?= wH1+satH2 孔隙水壓力：凈水壓強(qiáng)u = w(H1+H2)有效應(yīng)力： = -u = H2H1H2=-uu=w(H1+H2)地面水位wH1Au=w(H1+H2)(-)722022/8/5 靜水條件：毛細(xì)飽和區(qū)

25、H1H2=-u地面總應(yīng)力：?jiǎn)挝煌林退目傊亓緼 = H1+satH 孔隙水壓力：凈水壓強(qiáng)u = wH2有效應(yīng)力： = -u = H1+ satHc+ H2毛細(xì)飽和區(qū)u=wH2(+)(-)u=-wHcHcHu=wH2(+)(-)H1H1+satHc732022/8/5 穩(wěn)定滲流條件：Hh砂層（排水）sat向下滲流Hh砂層(承壓水)粘土層sat向上滲流742022/8/5 穩(wěn)定滲流條件：向上滲流AHh砂層(承壓水)sat向上滲流土水整體分析總應(yīng)力：?jiǎn)挝煌林退目傊亓?= satH 孔隙水壓力：凈水壓強(qiáng)u = w(H+h) 有效應(yīng)力： = -u = satH- wH-wh =H - wh滲透

26、壓力，向上滲流使得有效應(yīng)力減小752022/8/5 穩(wěn)定滲流條件：向下滲流A土水整體分析總應(yīng)力： = satH 孔隙水壓力：u = w(H-h) 有效應(yīng)力： = -u = satH- wH+wh =H + whHhsat向下滲流砂層（排水）滲透壓力，向下滲流使得有效應(yīng)力增加可導(dǎo)致土層發(fā)生壓密變形，稱(chēng)滲流壓密762022/8/5（2）附加應(yīng)力情況幾種簡(jiǎn)單的情形：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)三軸應(yīng)力狀態(tài)附加應(yīng)力z土骨架有效應(yīng)力孔隙水孔隙壓力u外荷載土骨架孔隙水超靜孔隙水壓力772022/8/5 側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)及一維滲流固結(jié) 實(shí)踐背景：大面積均布荷載側(cè)限狀態(tài)的簡(jiǎn)化模型pz=p不透水巖層飽和壓縮層pK0pK0p土體不能

27、發(fā)生側(cè)向變形，稱(chēng)側(cè)限狀態(tài)p不變形的鋼筒782022/8/5鋼筒彈簧 水體 帶孔活塞 活塞小孔大小滲透固結(jié)過(guò)程初始狀態(tài)邊界條件一般方程 側(cè)限應(yīng)力狀態(tài) 太沙基滲壓模型物理模型p側(cè)限條件 土骨架 孔隙水 排水頂面 滲透性大小土體的固結(jié)p792022/8/5p附加應(yīng)力: z=p超靜孔壓: u=z=p有效應(yīng)力: z=0附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓: u 0附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓: u =0有效應(yīng)力:z=p802022/8/5固結(jié)過(guò)程中，u和隨時(shí)間變化，固結(jié)過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是土中兩種不同應(yīng)力形態(tài)的轉(zhuǎn)化過(guò)程超靜孔壓力u是由外荷載引起的，它是超出靜水位以上的那部分孔隙水壓力，u總=u靜+u超靜側(cè)限條件t=0時(shí)的超靜

28、孔壓在數(shù)值上等于外荷載增量，也即，孔壓系數(shù)：一維滲流固結(jié)土體在受到外荷載后，產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，超靜孔隙水壓力隨時(shí)間逐步消散，土體骨架的有效應(yīng)力逐漸增加，這一過(guò)程稱(chēng)土體的滲流固結(jié)812022/8/5 三軸應(yīng)力狀態(tài)13212 = 3三軸應(yīng)力狀態(tài)等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)偏差應(yīng)力狀態(tài)822022/8/5132三軸應(yīng)力狀態(tài)等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)偏差應(yīng)力狀態(tài)3331-31-3=+uuBuA832022/8/5 三軸應(yīng)力狀態(tài)試驗(yàn)關(guān)閉排水閥門(mén)，連接孔壓傳感器，施加圍壓，量測(cè)超靜孔隙水壓力 uB施加(1 -)進(jìn)行剪切時(shí)，關(guān)閉排水閥門(mén)。用孔壓傳感器量測(cè)剪切過(guò)程中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力 uA試樣圍壓力3閥門(mén)閥門(mén)馬達(dá)橫梁量力環(huán)百分

29、表量水管孔壓量測(cè) 不固結(jié)不排水試驗(yàn)842022/8/5（1）等向壓縮應(yīng)力狀態(tài) 孔隙流體產(chǎn)生超靜孔壓uB 土骨架有效附加應(yīng)力：3-uB 孔隙流體的體積變化： 土骨架體積變化： 不排水、不排氣： V1=V2333uB體積V孔隙率n孔隙流體和土骨架為彈性體，其體積壓縮系數(shù)分別為Cf和Cs852022/8/5孔壓系數(shù)B：表示單位周壓力增量所引起的孔壓力增量 飽和土：Cf=CwCs 干 土 ：CfCs B=0 非飽和土：B=0-1之間B是一個(gè)反映土飽和程度的指標(biāo)333uB體積V孔隙率n孔隙流體和土骨架為彈性體，其體積壓縮系數(shù)分別為Cf和Cs862022/8/500體積V孔隙率n孔隙流體和土骨架為彈性體，其體積壓縮系數(shù)分別為Cf和CsuA1-31-3 孔隙流體產(chǎn)生超靜孔壓uA 孔隙流體的體積變化： 土骨架體積變化：有效附加應(yīng)力軸向側(cè)向總應(yīng)力增量1-301-3-uA-uA（2）偏差應(yīng)力狀態(tài)872022/8/