土力学3土的渗透性资料精要.ppt

甲 乙 根据流网确定孔隙水压力 太沙基（Karl Terzaghi) (1883-1963) 太沙基 – 土力学的奠基人 1921-1923年提出土的有效应力原理和土的固结理论，1925年出版经典著作《土力学》，首次将各种土工问题归纳成为系统的有科学依据的计算理论，奠定了他作为土力学创始人的地位 §3.5 对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？ 它们如何传递和相互转化？ 它们对土的变形和强度有何影响？ 外荷载 ? 总应力 ? 土体是由固体颗粒骨架、孔隙流体（水和气）三相构成的碎散材料，受外力作用后，总应力由土骨架和孔隙流体共同承受 Terzaghi的有效应力原理和固结理论 有效应力原理 §3.5 外荷载 ? 总应力 ? 饱和土中的应力形态 饱和土是由固体颗粒骨架和充满其间的水组成的两相体。受外力后，总应力分为两部分承担： 由土骨架承担，并通过颗粒之间的接触面进行应力的传递，称之为粒间应力 有由孔隙水来承担，通过连通的孔隙水传递，称之为孔隙水压力。孔隙水不能承担剪应力，但能承受法向应力 §3.5 外荷载 ? 总应力 ??A a a Psv 接触点 Ps A： Aw： As： 土单元的断面积 颗粒接触点的面积 孔隙水的断面积 a-a断面竖向力平衡： 有效应力σ? ? 1 饱和土有效应力原理 §3.5 松散砂土中两种应力试验 钢球 水 由钢球施加的应力，通过砂土的骨架传递的部分，称为有效应力（σ?），这种应力能使土层发生压缩变形 由水施加的应力通过孔隙中水来传递，称为孔隙水压力（u），这种应力不会不能使土层发生压缩变形 §3.5 饱和土的有效应力原理 饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为两部分σ?和u，并且： 土的变形与强度都只取决于有效应力 一般地， 有效应力 总应力已知或易知 孔隙水压测定或计算 §3.5 有效应力原理的讨论 孔隙水压力的作用 有效应力的作用 讨论 它在各个方向相等，只能使土颗粒本身受到等向压力，不会使土颗粒移动，导致孔隙体积发生变化。由于颗粒本身压缩模量很大，故土粒本身压缩变形极小 水不能承受剪应力，对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有贡献 因而孔隙水压力对变形强度没有直接影响，称为中性应力 §3.5 有效应力原理的讨论 孔隙水压力的作用 有效应力的作用 讨论 是土体发生变形的原因：颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动以及在接触点处由于应力过大而破碎均与??有关 是土体强度的成因：土的凝聚力和粒间摩擦力均与??有关 §3.5 有效应力原理的讨论 孔隙水压力的作用 有效应力的作用 讨论 讨论： 海底与土粒间的接触压力哪一种情况下大？ 1m σz=u=0.01MPa 104m σz=u=100MPa §3.5 §3.5 孔隙水压力和有效应力计算 静水条件 稳定渗流条件 地下水位 海洋土 向上渗流 向下渗流 §3.5 H1 H2 地面 地下水位 静水条件：地下水位 总应力：单位土柱和水柱的总重量 σ = ?H1+?satH2 孔隙水压力：净水压强 u = ?wH2 有效应力： σ? = ?-u = ?H1+(?sat-?w)H2 = ?H1+??H2 σ?=σ-u u=?wH2 u=?wH2 ?H1 A （-) ?H’1 地面 A 地下水位 静水条件：水位下降 总应力： σ= ?H’1+?satH?2 孔隙水压力： u = ?wH?2 有效应力： σ? = ?-u ? 地下水位下降会引起σ?增大，土会产生压缩，这是城市抽水引起地面沉降的一个主要原因 H’1 H?2 u=?wH?2 σ?=σ-u (-) u=?wH?2 地下水位下降引起σ?增大的部分 §3.5 静水条件：海洋土 总应力：单位土柱和水柱的总重量 σ = ?wH1+?satH2 孔隙水压力：净水压强 u = ?w(H1+H2) 有效应力： σ? = ?-u = ??H2 H1 H2 ??=?-u u=?w(H1+H2) 地面 水位 ?wH1 A u=?w(H1+H2) (-) §3.5 §3.5 稳定渗流条件： H Δh 砂层（排水） ?sat 向下渗流 H Δh 砂层(承压水) 粘土层 ?sat 向上渗流 §3.5 稳定渗流条件：向上渗流 A H Δh 砂层(承压水) ?sat 向上渗流 土水整体分析 总应力：单位土柱和水柱的总重量 σ = ?satH 孔隙水压力：净水压强 u = ?w(H+?h) 有效应力： σ? = ?-u = ?satH- ?wH-?w?h =??H - ?w?h 渗透压力，向上渗流使得有效应力减小 §3.5 稳定渗流条件：向下渗流 A 土水整体分析 总应力： σ = ?satH 孔隙水压力： u = ?w(H-?h) 有效应力：