土力学1-第三章-土中应力计算.ppt

§3.5 有效应力原理 自重应力情况 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 有效应力原理 自重应力情况 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 有效应力原理 自重应力情况 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： σ? = ?-u = ?satH- ?wH+?w?h =??H + ?w?h H ?h ?sat 向下渗流 砂层（排水） 渗透压力，向下渗流使得有效应力增加 可导致土层发生压密变形，称渗流压密 §3.5 有效应力原理 自重应力情况 稳定渗流条件：向上渗流 A H Δh 砂层(承压水) ?sat 向上渗流 总应力： ? = ??+u = ??H - ?w?h+ ?w(H+?h) = ?satH 孔隙水压力：净水压强 u = ?w(H+?h) 有效应力：自重应力+渗透力 σ? = ??H - ?w?h 取土骨架为隔离体 自重应力: 渗透应力: §3.5 有效应力原理 附加应力情况 几种简单的情形： 侧限应力状态 三轴应力状态 附加应力?z 土骨架 有效应力?? 孔隙水 孔隙压力u 外荷载 土骨架＋孔隙水 超静孔隙水压力 §3.5 有效应力原理 侧限应力状态及一维渗流固结 实践背景：大面积均布荷载 侧限状态的简化模型 附加应力情况 p σz=p ? ? 不透水岩层 饱和压缩层 p K0p K0p 土体不能发生侧向变形，称侧限状态 p 不变形的钢筒 §3.5 有效应力原理 钢筒 弹簧 水体 带孔活塞 活塞小孔大小 渗透固结过程 初始状态 边界条件 一般方程 侧限应力状态 – 太沙基渗压模型 附加应力情况 物理模型 p 侧限条件 土骨架 孔隙水 排水顶面 渗透性大小 土体的固结 p §3.5 有效应力原理 侧限应力状态 – 太沙基渗压模型 附加应力情况 p 附加应力: ?z=p 超静孔压: u=?z=p 有效应力: ??z=0 附加应力:σz=p 超静孔压: u p 有效应力:σ?z0 附加应力:σz=p 超静孔压: u =0 有效应力:σ?z=p §3.5 有效应力原理 附加应力情况 固结过程中，u和??随时间变化，固结过程的实质就是土中两种不同应力形态的转化过程 超静孔压力u是由外荷载引起的，它是超出静水位以上的那部分孔隙水压力，u总=u静+u超静 侧限条件t=0时的超静孔压在数值上等于外荷载增量，也即，孔压系数： 侧限应力状态及一维渗流固结 土体在受到外荷载后，产生超静孔隙水压力，超静孔隙水压力随时间逐步消散，土体骨架的有效应力逐渐增加，这一过程称土体的渗流固结 §3.5 有效应力原理 附加应力情况 三轴应力状态 ?1 ?3 ?2 ?1﹥?2 = ?3 三轴应力状态 等向压缩应力状态 偏差应力状态 §3.5 有效应力原理 ??1 ??3 ??2 三轴应力状态 等向压缩应力状态 偏差应力状态 ??3 ??3 ??3 ??1-??3 ??1-??3 = = + + 附加应力情况 三轴应力状态 ?u ?uB ?uA §3.5 有效应力原理 附加应力情况 三轴应力状态 关闭排水阀门，连接孔压传感器，施加围压??，量测超静孔隙水压力 ?uB 施加(?1 -??)进行剪切时，关闭排水阀门。用孔压传感器量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力 ?uA 试样 围压力?3 阀门 阀门 马达 横梁 量力环 百分表 量水管 孔压 量测 不固结不排水试验 §3.5 有效应力原理 附加应力情况 三轴应力状态 等向压缩应力状态 孔隙流体产生超静孔压?uB 土骨架有效附加应力：??3-?uB 孔隙流体的体积变化： 土骨架体积变化： 不排水、不排气： ΔV1=ΔV2 ??3 ??3 ??3 ?uB 体积V 孔隙率n 孔隙流体和土骨架为弹性体，其体积压缩系数分别为Cf和Cs §3.5 有效应力原理 附加应力情况 孔压系数B： 表示单位周压力增量所引起的孔压力增量 饱和土：Cf=Cw??Cs ? B ? 1.0 干 土 ：Cf﹥﹥Cs ? B=0 非饱和土：B=0-1之间 B是