《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》
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1、土力學(xué)與地基基礎(chǔ),,緒 言 一、 土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的有關(guān)概念 1 土力學(xué)--研究土的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定以及土與結(jié)構(gòu)物相互作用等規(guī)律的一門力學(xué)分支稱為土力學(xué)。 2 地基支撐建筑物荷載、且受建筑物影響的那一部分地層稱為地基。 3 基礎(chǔ)--建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)就是基礎(chǔ)。 4 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的先決條件: 在設(shè)計(jì)建筑物之前,必須進(jìn)行建筑場(chǎng)地的地基勘察,充分了解、研究地基土(巖)層的成因及構(gòu)造、它的物理力學(xué)性質(zhì)、地下水情況以及是否存在(或可能發(fā)生)影響場(chǎng)地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)現(xiàn)象(如滑坡、巖溶、地震等),從而對(duì)場(chǎng)地件作出正確的評(píng)價(jià)。,高層建筑,,長(zhǎng)隧道,,高速公路(立交),,5 地基
2、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的兩個(gè)基本條件: (1)要求作用于地基的荷載不超過(guò) 地基的承載能力,保證地基在防止整 體破壞方面有足夠的安全儲(chǔ)備; (2)控制基礎(chǔ)沉降使之不超過(guò)地基 的變形允許值,保證建筑物不因地基 變形而損壞或者影響其正常使用。 6 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的型式: 7 地基類型 8 地基及基礎(chǔ)的重要性,1、建筑物傾斜,加拿大特朗斯康谷倉(cāng)的地基事故 該谷倉(cāng)平面呈矩形,南北向長(zhǎng)59.44m,東西向?qū)?3.47m,高31.00m,容積36368立方米,容倉(cāng)為圓筒倉(cāng),每排13個(gè)圓倉(cāng),5排共計(jì)65個(gè)圓筒倉(cāng)。谷倉(cāng)基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ),厚度61cm,埋深3.66m。谷倉(cāng)于1911年動(dòng)工,1913年完工,空倉(cāng)自重200
3、00T,相當(dāng)于裝滿谷物后滿載總重量的42.5%。,,1913年9月裝谷物,10月17日當(dāng)谷倉(cāng)已裝了31822 谷物時(shí),發(fā)現(xiàn)1小時(shí)內(nèi)豎向沉降達(dá)30.5cm,結(jié)構(gòu)物向西傾斜,并在24小時(shí)內(nèi)谷倉(cāng)傾斜,傾斜度離垂線達(dá)2653,谷倉(cāng)西端下沉7.32m,東端上抬1.52m,上部鋼筋混凝土筒倉(cāng)堅(jiān)如磐石。谷倉(cāng)地基土事先未進(jìn)行調(diào)查研究,據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開(kāi)挖試驗(yàn)結(jié)果,計(jì)算地基承載力為352kPa,應(yīng)用到此谷倉(cāng)。,,1952年經(jīng)勘察試驗(yàn)與計(jì)算,谷倉(cāng)地基實(shí)際承載力為(193.8-276.6)kPa,遠(yuǎn)小于谷倉(cāng)破壞時(shí)發(fā)生的壓力329.4kPa,因此,谷倉(cāng)地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動(dòng)。 事后在下面做了七十多個(gè)支撐于基巖上
4、的混凝土墩,使用388個(gè)50t千斤頂以及支撐系統(tǒng),才把倉(cāng)體逐漸糾正過(guò)來(lái),但其位置比原來(lái)降低了米。,意大利比薩斜塔,這是舉世聞名的建筑物傾斜的典型實(shí)例。 該塔自1173年9月8日動(dòng)工,至1178年建至第4層中部,高度約29m時(shí),因塔明顯傾斜而停工。94年后,于1272年復(fù)工,經(jīng)6年時(shí)間,建完第7層,高48m,再次停工中斷82年。于1360年再?gòu)?fù)工,至1370年竣工,全塔共8層,高度為55m。塔身呈圓筒形,16層由優(yōu)質(zhì)大理石砌成,頂部78層采用磚和輕石料。,,塔身每層都有精美的圓柱與花紋圖案,是一座宏偉而精致的藝術(shù)品。1590年伽利略在此塔做落體實(shí)驗(yàn),創(chuàng)建了物理學(xué)上著名的落體定律。斜塔成為世界上最
5、珍貴的歷史文物,吸引無(wú)數(shù)世界各地游客。全塔總重約145MN,基礎(chǔ)底面平均壓力約50kPa。地基持力層為粉砂,下面為粉土和粘土層。目前塔向南傾斜,南北兩端沉降差1.80m,塔頂離中心線已達(dá)5.27m,傾斜5.5,成為危險(xiǎn)建筑。1990年1月4日被封閉。除加固塔身外,用壓重法和取土法進(jìn)行地基處理。目前已向游人開(kāi)放。,蘇州市虎丘塔,此塔位于蘇州市虎丘公園山頂,落成于宋太祖建隆二年,(公元961年),距今已有1036年悠久歷史。全塔7層,高47.5m。塔的平面呈八角形,由外壁、回廊與塔心三部分組成。塔身全部青磚砌筑,外形仿樓閣式木塔,每層都有8個(gè)壺門,拐角處的磚特制成圓弧形,建筑精美。1961年3月4
6、日,國(guó)務(wù)院將此塔列為全國(guó)重點(diǎn)保護(hù)文物。,80年代,塔身已向東北方向嚴(yán)重傾斜,不僅塔頂離中心線已達(dá)2.31m,而且底層塔身發(fā)生不少裂縫,東北方向?yàn)樨Q直裂縫,西南方向?yàn)樗搅芽p,成為危險(xiǎn)建筑而封閉。在國(guó)家文物管理局和蘇州市人民政府領(lǐng)導(dǎo)下,召開(kāi)多次專家會(huì)議,采取在塔四周建造一圈樁排式地下連續(xù)墻并對(duì)塔周圍與塔基進(jìn)行鉆孔注漿和樹根樁加固塔身,由上海市特種基礎(chǔ)工程研究所承擔(dān)施工,獲得成功。,,2、土坡滑動(dòng),香港寶城大廈土坡滑動(dòng) 香港地區(qū)人口稠密,市區(qū)建筑密集。新建住宅只好建在山坡上。1972年7月,香港發(fā)生一次大滑坡,數(shù)萬(wàn)立方米殘積土從山坡上下滑,巨大的沖擊力正好通過(guò)一幢高層住宅--寶城大廈,頃刻之間,寶
7、城大廈被沖毀倒塌。因樓間凈距太小,寶城大廈倒塌時(shí),砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。寶城大廈居住著金城銀行等銀行界人士,因大廈沖毀時(shí)為清晨7點(diǎn)鐘,人們都還在睡夢(mèng)中,當(dāng)場(chǎng)死亡120人,這起重大傷亡事故引起了西方世界極大的震驚。,二、本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求 1 課程的特點(diǎn): (1)地基及基礎(chǔ)課程涉及工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工幾個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,內(nèi)容廣泛、綜合性強(qiáng); (2)課程理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)。 2學(xué)習(xí)要求: (1)學(xué)習(xí)和掌握土的應(yīng)力、變形,強(qiáng)度和地基計(jì)算等土力學(xué)基本原理; (2)學(xué)習(xí)和掌握淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法; (3)熟悉土的物理力學(xué)性質(zhì)的原位測(cè)試技術(shù)以及室內(nèi)土工
8、試驗(yàn)方法; (4)重視工程地質(zhì)基本知識(shí)的學(xué)習(xí),了解工程地質(zhì)勘察的程序和方法,注意閱讀和使用工程地質(zhì)勘察資料能力的培養(yǎng)。,,第一章 土的物理性質(zhì)及分類 11 概 述 1土的定義: 土是連續(xù),堅(jiān)固的巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒,經(jīng)過(guò)不同的搬運(yùn)方式,在各種自然環(huán)境中生成的沉積物。 2 土的三相組成: 土的物質(zhì)成分包括有作為土骨架的固態(tài)礦物顆粒、孔隙中的水及其溶解物質(zhì)以及氣體。因此,土是由顆粒(固相)、水(液相)和氣(氣相)所組成的三相體系。,1-2 土 的 組 成,一 土的固體顆粒 土中的固體顆粒(簡(jiǎn)稱土粒)的大小和形狀、礦物成分及其組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。 (一)
9、 土的顆粒級(jí)配 在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒組成的。 土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí),土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化,例如土的性質(zhì)隨著粒徑的變細(xì)可由無(wú)粘性變化到有粘性。 將土中各種不同粒徑的土粒,按適當(dāng)?shù)牧椒秶譃槿舾闪=M,各個(gè)粒組隨著分界尺寸的不同而呈現(xiàn)出一定質(zhì)的變化。劃分粒組的分界尺寸,稱為界限粒徑。 表l-1提供的是一種常用的土粒粒組的劃分方法。表中根據(jù)界限粒徑200、20、2、005和0005mm把土粒分為六大粒組:漂石<塊石)顆粒、卵石(碎石)顆粒、圓礫(角礫)顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。 土粒的大小及其組成情況,通常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量(各粒組占土??偭康陌俜?jǐn)?shù))來(lái)表示
10、,稱為土的顆粒級(jí)配。 顆粒分析試驗(yàn):篩分法;比重計(jì)法 根據(jù)顆粒大小分析試驗(yàn)成果,可以繪制如圖11所示的顆粒級(jí)配累積曲線 由曲線的坡度可判斷土的均勻程度 有效粒徑;限定粒徑。,,,,,,利用顆粒級(jí)配累積曲線可以確定土粒的級(jí)配指標(biāo),如與的比值稱為不均勻系數(shù): 不均勻系數(shù) 反映大小不同粒組的分布情況,越大表示土粒大小的分布范圍越大,其級(jí)配越良好,作為填方工程的土料時(shí),則比較容易獲得較大的密實(shí)度 顆粒級(jí)配可在一定程度上反映土的某些性質(zhì)。,,,,二、土中的水和氣 (一)土中水 在自然條件下,土中總是含水的。土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)。 存在于土中的
11、液態(tài)水可分為結(jié)合水和自由水兩大類: (1)強(qiáng)結(jié)合水 強(qiáng)結(jié)合水是指緊靠土粒表面的結(jié)合水 (2)弱結(jié)合水 弱結(jié)合水緊靠于強(qiáng)結(jié)合水的外圍形成一層結(jié)合水膜。,2自由水 自由水是存在于土粒表面電場(chǎng)影響范圍以外的水。它的性質(zhì)和普通水一樣,能傳遞靜水壓力,冰點(diǎn)為0,有溶解能力。 自由水按其移動(dòng)所受作用力的不同,可以分為重力水和毛細(xì)水。 (1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水層中的地下水, 它是在重力或壓力差作用下運(yùn)動(dòng)的自由水,對(duì)土粒有浮 力作用。,(2)毛細(xì)水 毛細(xì)水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自 由水毛細(xì)水存在于地下水位以上的透水土層中。毛細(xì) 水按其與地下水面是否聯(lián)系
12、可分為毛細(xì)懸掛水(與地下水無(wú)直接聯(lián)系)和毛細(xì)上升水(與地下水相連)兩種。 當(dāng)土孔隙中局部存在毛細(xì)水時(shí),毛細(xì)水的彎液面和土粒接觸處的表面引力反作用于土粒上,使土粒之間由于這種毛細(xì)壓力而擠緊(圖12),土因而具有微弱的粘聚力,稱為毛細(xì)粘聚力。 (二)土中氣 。 土中的氣體存在于土孔隙中未被水所占據(jù)的部位。,三 、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 土的結(jié)構(gòu)是指由土粒單元的大小、形狀、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。一般分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)三種基本類型。,13 土的三相比例指標(biāo),上節(jié)介紹了土的組成,特別是土顆粒的粒組和礦物成分,是從本質(zhì)方面了解土的性質(zhì)的根據(jù)。但是為了對(duì)土的基本物理性質(zhì)
13、有所了解,還需要對(duì)土的三相土粒(固相)、土中水(液相)和土中氣(氣相)的組成情況進(jìn)行數(shù)量上的研究。,土的三相比例指標(biāo):土粒比重、含水量、密度、干密度、飽和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、飽和度。,,14 無(wú)粘性土的密實(shí)度,無(wú)粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系,呈密實(shí)狀態(tài)時(shí),強(qiáng)度較大,可作為良好的天然地基,呈松散狀態(tài)時(shí),則是不良地基。對(duì)于同一種無(wú)粘性土,當(dāng)其孔隙比小于某一限度時(shí),處于密實(shí)狀態(tài),隨著孔隙比的增大,則處于中密、稍密直到松散狀態(tài)。 以下介紹與無(wú)粘性土的最大和最小孔隙比、相對(duì)密實(shí)度等有關(guān)密實(shí)度的指標(biāo)。 無(wú)粘性土的相對(duì)密實(shí)度為,,根據(jù) 值可把砂土的密實(shí)度狀態(tài)劃分為下列三種:
14、 密實(shí)的 中密的 松散的,,,,砂土的密實(shí)度 碎石土的密實(shí)度,15 粘性土的物理特征,一 粘性土的界限含水量 粘性土由于其含水量的不同,而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動(dòng)狀態(tài) 粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量,叫做界限含水量。,我國(guó)目前以聯(lián)合法測(cè)定液限和塑限,二、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù) 1、塑性指數(shù)是指液限和塑限的差值(省去符號(hào)),即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。,,,塑性指數(shù)的大小與土中結(jié)合水的含量有關(guān) 2、液性指數(shù)是指粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比。,,用液性指數(shù)可表示粘性土的軟硬狀態(tài),見(jiàn)表4-14,16
15、 土的滲透性,土的滲透性一般是指水流通過(guò)土中孔隙難易程度的性質(zhì),或稱透水性。 地下水在土中的滲透速度一般可按達(dá)西Darcy)根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的直線滲透定律計(jì)算,其公式如下(圖125):,,,,粘性土的達(dá)西定律,18 地基土(巖)的分類,地基土(巖)分類的任務(wù)是根據(jù)分類用途和土(巖)的各種性質(zhì)的差異將其劃分為一定的類別。 土(巖)的合理分類具有很大的實(shí)際意義,例如根據(jù)分類名稱可以大致判斷土(巖)的工程特性、評(píng)價(jià)土(巖)作為建筑材料的適宜性以及結(jié)合其他指標(biāo)來(lái)確定地基的承載力等等。閱讀33-39頁(yè)內(nèi)容。,第二章 地基的應(yīng)力和變形,研究地基的應(yīng)力和變形,必須從土的應(yīng)力與應(yīng)變的基本關(guān)系出發(fā)來(lái)研究。當(dāng)
16、應(yīng)力很小時(shí),土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線就不是一根直線(圖21),亦即土的變形具有明顯的非線性特征。,21 概 述,22 土中自重應(yīng)力,在計(jì)算土中自重應(yīng)力時(shí),假設(shè)天然地面是一個(gè)無(wú)限大的水平面,因而在任意豎直面和 水平面上均無(wú)剪應(yīng)力存在??扇∽饔糜谠撍矫嫔先我粏挝幻娣e的土柱體自重計(jì)算(圖22),即: 地基中除有作用于水平面上的豎向自重應(yīng)力外,在豎直面上還作用有水平向的側(cè)向自 重應(yīng)力。由于沿任一水平面上均勻地?zé)o限分布,所以地基土在自重作用下只能產(chǎn)生豎 向變形,而不能有側(cè)向變形和剪切形。,,,,必須指出,只有通過(guò)土粒接觸點(diǎn)傳遞的粒間應(yīng)力,才能使土粒彼此擠緊,從而引起土體的變形,而且粒間應(yīng)力又是影響土體強(qiáng)
17、度的個(gè)重要因素,所以粒間應(yīng)力又稱為有效應(yīng)力。因此,土中自重應(yīng)力可定義為土自身有效重力在土體中引起的應(yīng)力。土中豎向和側(cè)向的自重應(yīng)力一般均指有效自重應(yīng)力。 以后各章節(jié)中把常用的豎向有效自重應(yīng)力 ,簡(jiǎn)稱為自重應(yīng)力,并改用符號(hào) 表示 。,,,地基土往往是成層的,成層土自重應(yīng)力的計(jì)算公式:,,自然界中的天然土層,一般形成至今已有很長(zhǎng)的地質(zhì)年代,它在自重作用下的變形早巳穩(wěn)定。但對(duì)于近期沉積或堆積的土層,應(yīng)考慮它在自應(yīng)力作用下的變形。此外,地下水位的升降會(huì)引起土中自重應(yīng)力的變化(圖24)。,例題27 某建筑場(chǎng)地的地質(zhì)柱狀圖和土的有關(guān)指標(biāo)列于例圖21中。試計(jì)算地面下深度為2.5m、5m和9m處的自重應(yīng)力
18、,并繪出分布圖。 解 本例天然地面下第一層粉土厚6m,其中地下水位以上和以下的厚度分別為3.6 m和2.4m,第二層為粉質(zhì)粘土層。依次計(jì)算2.5m、3.6m、5m、6m、9m各深度處的土中豎向自重應(yīng)力,計(jì)算過(guò)程及自重應(yīng)力分布圖一并列于例圖21中。,2-3基底壓力(接觸應(yīng)力),建筑物荷載通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給地基,在基礎(chǔ)底面與地基之間便產(chǎn)生了接觸應(yīng)力。它既是基礎(chǔ)作用于地基的基底壓力,同時(shí)又是地基反用于基礎(chǔ)的基底反力。 對(duì)于具有一定剛度以及尺寸較小的柱下單獨(dú)基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)等,其基底壓力可近似地按直線分布的圖形計(jì)算,即按下述材料力學(xué)公式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。,一、基底壓力的簡(jiǎn)化計(jì)算 (一)中心荷載下的基底
19、壓力 中心荷載下的基礎(chǔ),其所受荷載的合力通過(guò)基底形心。基底壓力假定為均勻分布(圖25),此時(shí)基底平均壓力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算:,,(二)偏心荷載下的基底壓力 對(duì)于單向偏心荷載下的矩形基礎(chǔ)如圖26所示。設(shè)計(jì)時(shí),通?;组L(zhǎng)邊方向取與偏心方向一致,此時(shí)兩短邊邊緣最大壓力設(shè)計(jì)值與最小壓力設(shè)計(jì)值按材料力學(xué)短柱偏心受壓公式計(jì)算:,,,,,,,=,,,,,,,矩形基礎(chǔ)在雙向偏心荷載作用下,如基底最小壓力 ,則矩形基底邊緣四個(gè)角點(diǎn)處的壓力,,二、基底附加壓力 建筑物建造前,土中早巳存在著自重應(yīng)力。如果基礎(chǔ)砌置在天然地面上,那末全部基底壓力就是新增加于地基表面的基底附加壓力。一般天然土層在自重作用下的變形
20、早巳結(jié)束,因此只有基底附加壓力才能引起地基的附加應(yīng)力和變形。 實(shí)際上,一般淺基礎(chǔ)總是埋置在天然地面下一定深度處,該處原有的自重應(yīng)力由于開(kāi)挖基坑而卸除。因此,由建筑物建造后的基底壓力中扣除基底標(biāo)高處原有的土中自重應(yīng)力后,才是基底平面處新增加于地基的基底附加壓力,基底平均附加壓力值按下式計(jì)算(圖28):,,有了基底附加壓力,即可把它作為作用在彈性半空間表面上的局部荷載,由此根據(jù)彈 性力學(xué)求算地基中的附加應(yīng)力。,24 地基附加應(yīng)力,地基附加應(yīng)力是指建筑物荷重在土體中引起的附加于原有應(yīng)力之上的應(yīng)力。其計(jì)算方法一般假定地基土是各向同性的、均質(zhì)的線性變形體,而且在深度和水平方向上都是無(wú)限延伸的,即把地基
21、看成是均質(zhì)的線性變形半空間,這樣就可以直接采用彈性力學(xué)中關(guān)于彈性半空間的理論解答。 計(jì)算地基附加應(yīng)力時(shí),都把基底壓力看成是柔性荷載,而不考慮基礎(chǔ)剛度的影響。,建筑物作用于地基上的荷載,總是分布在一定面積上的局部荷載,因此理論上的集中力實(shí)際是沒(méi)有的。但是,根據(jù)彈性力學(xué)的疊加原理利用布辛奈斯克解答,可以通過(guò)積分或等代荷載法求得各種局部荷載下地基中的附加應(yīng)力。 (二)等代荷載法 如果地基中某點(diǎn)M與局部荷載的距離比荷載面尺寸大很多時(shí),就可以用一個(gè)集中力代替局部荷載,然后直接應(yīng)用式(212c)計(jì)算該點(diǎn)的 。,,,令 則上式改寫為:,,,K-集中力作用下得地基豎向附加應(yīng)力系數(shù),簡(jiǎn)稱
22、集中應(yīng)力系數(shù),按r/z值由表2-1查用。 若干個(gè)豎向集中力 作用在地基表面上,按疊加原理則地面下深度處某點(diǎn)的附加應(yīng)力應(yīng)為各集中力單獨(dú)作用時(shí)在點(diǎn)所引起的附加應(yīng)力之和,,,為均布矩形荷載角點(diǎn)下的豎向附加應(yīng)力系數(shù),簡(jiǎn)稱角點(diǎn)應(yīng)力系數(shù),可按m及n值由表22查得。,,對(duì)于均布矩形荷載附加應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)不位于角點(diǎn)下的情況,就可利用式(220)以角點(diǎn) 法求得。圖212中列出計(jì)算點(diǎn)不位于矩形荷載面角點(diǎn)下的四種情況(在圖中0點(diǎn)以下任意 深度z處)。計(jì)算時(shí),通過(guò)0點(diǎn)把荷載面分成若干個(gè)矩形面積,這樣,0點(diǎn)就必然是劃分出的各個(gè)矩形的公共角點(diǎn),然后再按式(2-20)計(jì)算每個(gè)矩形角點(diǎn)下同一深度z處的附加應(yīng)力,并求其代
23、數(shù)和。四種情況的算式分別如下,(a)o點(diǎn)在荷載面邊緣 式中 ,分別表示相應(yīng)于面積I和的角點(diǎn)應(yīng)力系數(shù)。必須指出,查表2-2時(shí)所取用邊長(zhǎng) 應(yīng)為任一矩形荷載面的長(zhǎng)度,而 為寬度,以下各種情況相同不再贅述。 (b)o點(diǎn)在荷載面內(nèi),,,,(c)o點(diǎn)在荷載面邊緣外側(cè) 此時(shí)荷載面abcd可看成是由I(ofbg)與(ofah)之差和(oecg)與(oedh)之差合成的,所以,,(d)o點(diǎn)在荷載面角點(diǎn)外側(cè) 把荷載面看成由I(ohce)、(ogaf)兩個(gè)面積中扣除(ohbf)和(ogde)而成的,所以,,例題2-3 以角點(diǎn)法計(jì)算例圖2-3所示矩形基礎(chǔ)甲的基底中心點(diǎn)垂線下不同深度處 的地基附加應(yīng)力的分布,
24、并考慮兩相鄰基礎(chǔ)乙的影響(兩相鄰柱距為6m,荷載同基礎(chǔ) 甲)。 解 (1)計(jì)算基礎(chǔ)甲的基底平均附加壓力標(biāo)準(zhǔn)值如下: 基礎(chǔ)及其上回填土得總重 基底平均附加壓力設(shè)計(jì)值 基底處的土中自重壓力標(biāo)準(zhǔn)值 基底平均壓力設(shè)計(jì)值,,,,,,,(2)計(jì)算基礎(chǔ)甲中心點(diǎn)o下由本基礎(chǔ)荷載引起的,基底中心點(diǎn)o可看成是四個(gè)相等小矩形荷載(oabc)的公共角 點(diǎn)其長(zhǎng)寬比l/b2.5/2=1.25,取深度z=0、1、2、3、4、5、6、7、8、10m各計(jì)算點(diǎn),相應(yīng)的z/b=0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5,利用表22即可查得地基附加應(yīng)力系數(shù)Kc1。z的計(jì)算列于例表231根據(jù)計(jì)算資料繪出z分布圖,見(jiàn)例圖23
25、,(二)三角形分布的矩形荷載 設(shè)豎向荷載沿矩形面積一邊b方向上呈三角形分布(沿另一邊的荷載分布不變),荷載的最大值為 取荷載零值邊的角點(diǎn)1為座標(biāo)原點(diǎn)(圖2-13)則可將荷載面內(nèi)某點(diǎn)( )處所取微面積 上的分布荷載以集中力 代替。角點(diǎn)1下深度處的M點(diǎn)由該集中力引起的附加應(yīng)力 ,按式(212c)為: 在整個(gè)矩形荷載面積進(jìn)行積分后得角點(diǎn)1下任意深度z處豎向附加應(yīng)力 : 式中,,,,,,,,,,,,,,,同理,還可求得荷載最大值邊的角點(diǎn)2下任意深度z處的豎向附加應(yīng)力為 : (223) 和 均為 和 的函數(shù),可由表23查用。,,,
26、,,,,(三)均布的圓形荷載 設(shè)圓形荷載面積的半徑為,作用于地基表面上的豎向均布荷載為 ,如以圓形荷載面的中心點(diǎn)為座標(biāo)原點(diǎn)o(圖214),并在荷載面積上取微面積 ,以集中力代替微面積上的分布荷載,則可運(yùn)用式(212c)以積分法求得均布圓形荷載中點(diǎn)下任意深度z處M點(diǎn)的 如下,,,三、條形荷載下的地基附加應(yīng)力 設(shè)在地基表面上作用有無(wú)限長(zhǎng)及條形荷載,且荷載沿 寬度可按任何形式分布,但沿長(zhǎng)度方向則不變,此時(shí)地基 中產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)屬于平面問(wèn)題。在工程建筑中,當(dāng)然沒(méi) 有無(wú)限長(zhǎng)的受荷面積,不過(guò),當(dāng)荷載面積的長(zhǎng)寬比l/b10時(shí),計(jì)算的地基附加應(yīng)力值與按 時(shí)的解相比誤差甚少。因此,對(duì)于條
27、形基礎(chǔ),如墻基、擋土墻基礎(chǔ)、路基、壩基等,常可按平面問(wèn)題考慮。條形荷載下的地基附加應(yīng)力為:,,,,,,25 土的壓縮性,一基本概念 土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。試驗(yàn)研究表明,在一般壓力(100600kN)作用下,土粒和水的壓縮與土的總壓縮量之比是很微小的,因此完全可以忽略不計(jì),所以把土的壓縮看作為土中孔隙體積的減小。此時(shí),土粒調(diào)整位置,重行排列,互相擠緊。飽和土壓縮時(shí),隨著孔隙體積的減少土中孔隙水則被排出。 在荷載作用下,透水性大的飽和無(wú)粘性土,其壓縮過(guò)程在短時(shí)間內(nèi)就可以結(jié)束。相反 地,粘性土的透水性低,飽和粘性土中的水分只能慢慢排出,因此其壓縮穩(wěn)定所需的時(shí)間要
28、比砂土長(zhǎng)得多。土的壓縮隨時(shí)間而增長(zhǎng)的過(guò)程,稱為土的固結(jié),對(duì)于飽和粘性土來(lái)說(shuō),土的固結(jié)問(wèn)題是十分重要的。,計(jì)算地基沉降量時(shí),必須取得土的壓縮性指標(biāo),在一般工程中,常用不允許土樣產(chǎn)生側(cè)向變形(側(cè)限條件)的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)來(lái)測(cè)定土的壓縮性指標(biāo) 。 二、壓縮曲線和壓縮性指標(biāo) (一)壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線,為求土樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比,利用受壓前后土粒體積不變和土樣橫截面積不變的兩個(gè)條件,得出受壓前后土粒體積(見(jiàn)圖225):,,,只要測(cè)定土樣在各級(jí)壓力戶作用下的穩(wěn)定壓縮量后,就可按上式算出相應(yīng)的孔隙比e,從而繪制土的壓縮曲線。 壓縮曲線可按兩種方式繪制,一種是采用普通直角座標(biāo)繪制的曲線圖2-6(a) 在
29、常規(guī)試驗(yàn)中,一般按50、100,200,300,400kPa五級(jí)加荷,另一種的橫座標(biāo)則取的常用對(duì)數(shù)取值,即采用半對(duì)數(shù)直角座標(biāo)紙繪制成曲線圖2-26(6),試驗(yàn)時(shí)以較小的壓力開(kāi)始,采取小增量多級(jí)加荷,并加到較大的荷載(例如1000kPa)為止.,(二)土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù) 壓縮性不同的土,其 曲線的形狀是不一樣的。曲線愈陡,說(shuō)明隨著壓力的增加, 土孔隙比的減小愈顯著,因而土的壓縮性愈高,所以,曲線上任一點(diǎn)的切線斜率a就表示了相應(yīng)于壓力p作用下土的壓縮性:,,,土的壓縮性可用圖中割線 的斜率表示設(shè)割線 與橫座標(biāo)的夾角為 ,則,,,,,為了便于應(yīng)用和比較,通常采用壓力間隔由
30、 增加到 時(shí)所得的壓縮系數(shù) 來(lái)評(píng)定土的壓縮性。,,,,,(三)壓縮模量(側(cè)限壓縮模量) 根據(jù) 曲線,可以求算另一個(gè)壓縮性指標(biāo)壓縮模量。它的定義是土在完全側(cè)限條件下的豎向附加壓應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恐戎?。土的壓縮模量可根據(jù)下式計(jì)算: 亦稱側(cè)限壓縮模量,以便與一般材料在無(wú)側(cè)限條件下簡(jiǎn)單拉伸或壓縮時(shí)的彈性模量相區(qū)別。,,,,(四)土的回彈曲線和再壓縮曲線,三、土的變形模量 土的壓縮性指標(biāo),除從室內(nèi)壓縮試驗(yàn)測(cè)定外,還可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試取得。例如可以通過(guò)載荷試驗(yàn)或旁壓試驗(yàn)所測(cè)得的地基沉降(或土的變形)與壓力之間近似的比例關(guān)系,從而利用地基沉降的彈性力學(xué)公式來(lái)反算土的變形模
31、量。 (一)以載荷試驗(yàn)測(cè)定土的變形模量 地基土載荷試驗(yàn)是工程地質(zhì)勘察工作中的一項(xiàng)原位測(cè)試。試驗(yàn)前先在現(xiàn)場(chǎng)試坑中豎立 載荷架,使施加的荷載通過(guò)承壓板(或稱壓板)傳到地層中去,以便測(cè)試巖、土的力學(xué)性質(zhì), 包括測(cè)定地基變形橫量,地基承載力以及研究土的濕陷性質(zhì)等。 圖2-31所示兩種千斤頂型式的載荷架,其構(gòu)造一般由加荷穩(wěn)壓裝置,反力裝置及觀測(cè)裝置三部分組成。,根據(jù)各級(jí)荷載及其相應(yīng)的(相對(duì))穩(wěn)定沉降的觀測(cè)數(shù)值,即可采用適當(dāng)?shù)谋壤呃L制荷載p與穩(wěn)定沉降s的關(guān)系曲線( 曲線),必要時(shí)還可繪制各級(jí)荷載下的沉降與時(shí)間的關(guān)系曲線( 曲線)。圖232為一些代表性土類的 曲線。其中曲線的開(kāi)始
32、部分往往接近于直線,與直線段終點(diǎn)1對(duì)應(yīng)的荷載稱為地基的比例界限荷載,相當(dāng)于地基的臨塑荷載(詳見(jiàn)第四章)。一般地基承載力設(shè)計(jì)值取接近于或稍超過(guò)此比例界限值。所以通常將地基的變形按直線變形階段,以彈性力學(xué)公式,即按式(252)來(lái)反求地基土的變形模量,其計(jì)算公式如下:,,,,,,(二)變形模量與壓縮模量的關(guān)系 如前所述,土的變形模量是土體在無(wú)側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值;而土的壓縮模量則是土體在完全側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值。 與 兩者在理論上是完全可以互換算的。 從側(cè)向不允許膨脹的壓縮試驗(yàn)土樣中取一微單元體進(jìn)行分析,可得 與 兩者具有如下關(guān)系,,,,,27 地基的最終沉降量,一、按分
33、層總和法計(jì)算 地基的最終沉降量,通常采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算,即在地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)劃分為若干分層計(jì)算各分層的壓縮量,然后求其總和,計(jì)算時(shí)應(yīng)先按基礎(chǔ)荷載、基礎(chǔ)形狀和尺寸,以及土的有關(guān)指標(biāo)求得土中應(yīng)力的分布(包括基底附加壓力,地基中的自重應(yīng)力和附加應(yīng)力)。 計(jì)算地基最終沉降量的分層總和法,通常假定地基土壓縮時(shí)不允許側(cè)向變形(膨脹),即采用側(cè)限條件下的壓縮性指標(biāo),為了彌補(bǔ)這樣得到的沉降量偏小的缺陷,通常取基底中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。,1、薄壓縮土層的沉降計(jì)算 當(dāng)基礎(chǔ)底面以下可壓縮土層較薄且其下為不可壓縮的巖層時(shí),般當(dāng)可壓縮土層厚度H小于基底寬度b的12時(shí)(圖234),由于基底摩阻力
34、和巖層層面摩阻力對(duì)可壓縮土層的限制,作用,土層壓縮時(shí)只出現(xiàn)很少的側(cè)向變形,因而認(rèn)為它與壓縮儀中土樣的受力和變形條件很相近,地基的最終沉降量S(m)就可直接利用式(260b),以S代替其中的 ,以H代替 ,即得:,,,,式中 H 薄可壓縮土層的厚度,m, 根據(jù)薄土層頂面處和底面處自重應(yīng)力 (即初始?jí)毫? )的平均值從土的壓縮曲線上查得的相應(yīng)的孔隙比; 根據(jù)薄土層的頂面處和底面處自重應(yīng)力 平均值與附加應(yīng)力平均值 (即壓力增量 ,此處近似等于基底平均附加壓力 )之和(即總壓應(yīng)力 ),從土的壓縮曲線上得到的相應(yīng)的孔隙比。 實(shí)際上,大多數(shù)地基的可壓縮土層較厚而
35、且是成層的。下面討論較厚且成層可壓縮土層的沉降計(jì)算。,,,,,,,,,,,2、較厚且成層可壓縮土層的沉降計(jì)算方法與步驟 (1)按比例尺繪制地基土層剖面圖和基礎(chǔ)剖面圖(見(jiàn)例圖2-6-1); (2)地基土的分層。分層厚度一般取0.4b或1-2m,此外,成層土的界面和地下水面是當(dāng)然的分層面; (3)地基豎向自重應(yīng)力的計(jì)算。分別計(jì)算基底處、土層層面處及地下水位面處的自重應(yīng)力,并畫在基礎(chǔ)中心線的左側(cè); (4)計(jì)算基礎(chǔ)底面中心點(diǎn)下各分層界面處的附加應(yīng)力 ,并畫在基礎(chǔ)中心線的右側(cè); (5)計(jì)算地基各分層自重應(yīng)力平均值( )和自重應(yīng)力平均值與附加應(yīng)力平均值之和( );,,,,(6)由土
36、的壓縮曲線分別依 ; (7)確定地基沉降計(jì)算深度(地基壓縮層深度)。所謂地基沉降計(jì)算深度是指自基礎(chǔ)底面向下需要計(jì)算壓縮變形所到達(dá)的深度,亦稱地基壓縮層深度。該深度以下土層的壓縮變形值小到可以忽略不計(jì)。地基沉降計(jì)算深度的下限,一般取地基附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的20%處,即 處,在該深度以下如有高壓縮性土,則應(yīng)繼續(xù)向下計(jì)算至 處:計(jì)算精度均為5kPa(圖235)。 (8)計(jì)算地基各分層的沉降量: (9)計(jì)算地基最終沉降量:,,,,,,二、按規(guī)范方法計(jì)算 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范所推薦的地基最終沉降量計(jì)算方法是另一種形式的分層總和 法。它也采用側(cè)限條件的壓縮性指標(biāo),并運(yùn)用了
37、平均附加應(yīng)力系數(shù)計(jì)算,還規(guī)定了地基沉降 計(jì)算深度的標(biāo)準(zhǔn)以及提出了地基的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù),使得計(jì)算成果接近于實(shí)測(cè)值。 1、第分層壓縮量的計(jì)算 對(duì)于圖2-37所示的第分層,其壓縮量為,,2、地基沉降計(jì)算深度 地基沉降計(jì)算深度第分層(最底層)層底深度。 規(guī)范規(guī)定:由深度處向上取按表2-8規(guī)定的計(jì)算厚度(見(jiàn)圖2-37)所得的計(jì)算沉降量應(yīng)滿足,,按上式所確定的沉降計(jì)算深度下若有軟弱土層時(shí),尚應(yīng)向下繼續(xù)計(jì)算,直至軟弱土層 中1厚的計(jì)算沉降量滿足上式為止 當(dāng)無(wú)相鄰荷戴影響,基礎(chǔ)寬度在l-50m范圍內(nèi)時(shí),基礎(chǔ)中點(diǎn)的地基沉降計(jì)算深度規(guī)范規(guī)定,也可按下列簡(jiǎn)化公式計(jì)算:,,3、規(guī)范推薦的地基最終沉降量的計(jì)算
38、公式如下:,,式中 S按分層總和法計(jì)算的地基沉降量: 沉降汁算經(jīng)驗(yàn)系數(shù),根據(jù)地區(qū)沉降觀測(cè)資料及經(jīng)驗(yàn)確定,也可采用表29的數(shù)值,表中 為深度 范圍內(nèi)土的壓縮模量當(dāng)量值 : 其余參量意義同前。,,,,,,表2-l0和表2-11分別為均布的矩形荷載角點(diǎn)下(b為荷載面寬度)和三角形分布的矩 形荷載角點(diǎn)下(b為三角形分布方向荷載面的邊長(zhǎng))的地基平均豎向附加應(yīng)力系數(shù),借助于該兩表可以運(yùn)用角點(diǎn)法計(jì)算基底附加壓力為均布、三角形分布或梯形分布時(shí)地基中任意 點(diǎn)的平均豎向附加應(yīng)力系數(shù)值,28 地基變形與時(shí)間的關(guān)系,一、飽和土的有效應(yīng)力原理 前述在研究土中自重應(yīng)力分布時(shí)(見(jiàn)節(jié)22), 都只考慮
39、土中某單位面積上的平均應(yīng) 力。實(shí)際上,如圖248(a)所示,土中任意截面(0-0截面)上都包括有土粒和粒間孔隙的面積在內(nèi),只有通過(guò)土粒接觸點(diǎn)傳遞的粒間應(yīng)力,才能使土粒彼此擠緊,從而引起土體的變形,而粒間應(yīng)力又是影響土體強(qiáng)度的一個(gè)重要因素,所以粒間應(yīng)力又稱為有效應(yīng)力。同時(shí),通過(guò)土中孔隙傳遞的壓應(yīng)力,稱為孔隙壓力,孔隙壓力包括孔隙中的水壓應(yīng)力和氣壓應(yīng)力。產(chǎn)生于土中孔隙水傳遞的壓應(yīng)力,稱為孔隙水壓力。飽和土中的孔隙水壓力有靜止孔隙水壓力和超靜孔隙水壓力之分,為了研究有效應(yīng)力,取飽和土單元體中任一水平斷面,但并不切斷任何一個(gè)固體粒,而只是通過(guò)土粒之間的那些接觸面,如圖248(b)所示。圖中橫截面面積為
40、,應(yīng)力等于該單元體以上土、水自重或外荷,此應(yīng)力則稱為總應(yīng)力。在0-0截面上,作用在孔隙面積上的(超靜)孔隙水壓力u(注意超靜孔隙水壓力不包括靜止孔隙水壓力,而超靜孔隙水壓力又往往簡(jiǎn)稱孔隙水壓力),而各力的豎向分量之和稱為有效應(yīng)力,具有關(guān)系式:,,,因此得出結(jié)論:飽和土中任意點(diǎn)的總應(yīng)力,總是等于有效應(yīng)力與(超靜)孔隙水壓力u之和;或土中任意點(diǎn)的有效應(yīng)力,總是等于總應(yīng)力,減去(超靜)孔隙水壓力u。 二、飽和土的滲透固結(jié) 一般認(rèn)為當(dāng)土中孔隙體積的80以上為水充滿時(shí),土中雖有少量氣體存在,但大都是封閉氣體,就可視為飽和土。 如前所述,飽和土在壓力作用下,孔隙中的一些自由水將隨時(shí)間而逐漸被排出,
41、同時(shí)孔隙體積也隨著縮小,這個(gè)過(guò)程稱為飽和土的滲透固結(jié)或主固結(jié)。 飽和土的滲透固結(jié),可借助彈簧活塞模型來(lái)說(shuō)明。如圖249所示,,設(shè)想以彈簧來(lái)模擬土骨架,圓筒內(nèi)的水就相當(dāng)于土孔隙中的水,則此模型可以用來(lái)說(shuō)明飽和土在滲透固結(jié)中,土骨架和孔隙水對(duì)壓力的分擔(dān)作用,即施加在飽和土上的外壓力開(kāi)始時(shí)全部由土中水承擔(dān),隨著土孔隙中,一些自由水的擠出,外壓力逐漸轉(zhuǎn)嫁給土骨架,直到全部由土骨架承擔(dān)為止。當(dāng)在加壓的那一瞬間,由于 所以, ,而當(dāng)固結(jié)變形完全穩(wěn)定時(shí),則 ,u0。因此;只要土中孔隙水壓力還存在,就意味著土的滲透固結(jié)變形尚未完成。換句話說(shuō),飽和土的固結(jié)就是孔隙水壓力的消散和有效應(yīng)力相應(yīng)增長(zhǎng)的過(guò)程
42、。,,,,三、太沙基一維固結(jié)理論 為求飽和土層在滲透固結(jié)過(guò)程中任意時(shí)間的變形,通常采用太沙基(K.Terzaghi,1925)提出的一維固結(jié)理論進(jìn)行計(jì)算。其適用條件為荷載面積遠(yuǎn)大于壓縮土層的厚度,地基中孔隙水主要沿豎向滲流。對(duì)于堤壩及其地基,孔隙水主要沿二個(gè)方向滲流,屬于二維固結(jié)問(wèn)題,對(duì)于高層房屋地基,則應(yīng)考慮三維固結(jié)問(wèn)題。 如圖250(a)所示的是一維固結(jié)的情況之一,其中厚度為H的飽和粘性土層的頂面是透水的、而其底面則不透水。假使該土層在自重作用下的固結(jié)已經(jīng)完成,只是由于透水面上一次施加的連續(xù)均布荷載才引起土層的固結(jié)。一維固結(jié)理論的基本假設(shè)如下:,1土是均質(zhì)、各向同性和完全飽和的; 2
43、土粒和孔隙水都是不可壓縮的; 3土中附加應(yīng)力沿水平面是無(wú)限均勻分布的,因此土層的壓縮和土中水的滲流都是一維的; 4土中水的滲流服從于達(dá)西定律; 5,在滲透固結(jié)中,土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)都是不變的常數(shù);,6外荷是一次驟然施加的 (二)一維固結(jié)微分方程 在飽和土層頂面下z深度處的一個(gè)微單元體圖250(b)。根據(jù)固結(jié)滲流的連續(xù)條件,該微單元體在某時(shí)間的水量變化應(yīng)等于同一時(shí)間該微單元體中孔隙體積的變化率,可得,,上式即飽和土的一維固結(jié)微分方程,其中 稱為土的豎向固結(jié)系數(shù)。 如圖25O(a)所示的初始條件(開(kāi)始固結(jié)時(shí)的附加應(yīng)力分布情況)和邊界條件(可壓縮 土層頂?shù)酌娴呐潘畻l件)如下: 當(dāng)t
44、0和 時(shí) 和z0時(shí) u0,,,,,,,和zH時(shí) 和 時(shí)u0 根據(jù)以上的初始條件和邊界條件,采用分離變量法可求得式(2-104)的特解如下:,,,,豎向固結(jié)時(shí)間因數(shù), ,其中 為豎向固結(jié)系數(shù),t為時(shí)間(年),H為壓縮土層最遠(yuǎn)的排水距離,當(dāng)土層為單面(上面或下面)排水時(shí),H取土層厚度,雙面排水時(shí),水由土層中心分別向上下兩方向排出,此時(shí)H應(yīng)取土層厚度之半。,,,,三)固結(jié)度計(jì)算 有了孔隙水壓力u隨時(shí)間t和深度z變化的函數(shù)解,即可求得地基在任一時(shí)間的固結(jié)沉降。此時(shí),通常需要用到地基的固結(jié)度(或固結(jié)百分?jǐn)?shù))U這個(gè)指標(biāo),其定義如下,,或,,對(duì)于豎向排水情況
45、,由于固結(jié)沉降與有效應(yīng)力成正比,所以某一時(shí)刻有效應(yīng)力圖面積 和最終有效應(yīng)力圖面積之比值見(jiàn)圖250(a),稱為豎向排水的平均固結(jié)度 ,其可推導(dǎo)為,,,(2-108),為了便于實(shí)際應(yīng)用,可以按公式(2108)繪制出如圖2-51所示的 關(guān)系曲線 (1)。對(duì)于圖2-52(a)所示的三種雙面排水情況,都可利用圖2-51中的曲線(1)進(jìn)行計(jì)算,此時(shí),H取壓縮土層厚度之半。另外,對(duì)于圖2-52(b)單面排水的兩種三角形分布起始孔隙水壓力圖,則用圖2-51中的關(guān)系曲線(2)和(3)計(jì)算。,,有了關(guān)系曲線(1)、(2)、(3),還可求得梯形分布起始孔隙水壓力圖的解答。對(duì)于圖253(a)中所示雙面排水情況
46、,同樣可利用圖251中曲線(1)計(jì)算,H取壓縮土層厚度之半,而對(duì)于圖253(b)中所示單面排水情況,則可運(yùn)用疊加原理求解。 設(shè)梯形分布起始孔隙水壓力在排水面處和不排水面處分別為 。當(dāng) 時(shí)可利用曲線(1)和(2)求解固結(jié)度,公式為,,,,當(dāng) 時(shí),可利用曲線(1)和(3)求解,同理得出,,,(2-114),(2-115),式(2114)和式(2115)中 ,可根據(jù)相同的時(shí)間因素 ,從圖251中分別由曲線(1),(2)、(3)求取。,,,第三章 土的抗剪強(qiáng)度,31 概 述,土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力,是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一。工程中 的地基承載力,擋土墻土壓
47、力、土坡穩(wěn)定等問(wèn)題都與土的抗剪強(qiáng)度直接相關(guān)。 建筑物地基在外荷載作用下將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形,土具有抵抗這種剪應(yīng)力的能 力,并隨剪應(yīng)力的增加而增大,當(dāng)這種剪阻力達(dá)到某一極限值時(shí),土就要發(fā)生剪切破壞, 這個(gè)極限值就是土的抗剪強(qiáng)度。如果土體內(nèi)某一部分的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度,在該部 分就開(kāi)始出現(xiàn)剪切破壞,隨著荷載的增加,剪切破壞的范圍逐漸擴(kuò)大,最終在土體中形成 連續(xù)的滑動(dòng)面,地基發(fā)生整體剪切破壞而喪失穩(wěn)定性。,32 庫(kù)倫公式和莫爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論 一、庫(kù)倫公式 1776年CA庫(kù)倫(Coulomb)根據(jù)砂土的試驗(yàn),將土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)為滑動(dòng)面上法向總應(yīng)力的函數(shù),即,,以后又提出了適合 粘性土的更普遍
48、的形式,,由庫(kù)倫公式可以看出,無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度與剪切面上的法向應(yīng)力成正比,其本質(zhì)是由于顆粒之間的滑動(dòng)摩擦以及”凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的摩阻力,其大小決定于顆粒表面的粗糙度、密實(shí)度、土顆粒的大小以及顆粒級(jí)配等因素。粘性土的抗剪強(qiáng)度由兩部分組成:一部分是,摩擦力,另一部分是土粒之間的粘結(jié)力,它是由于粘性土顆粒之間的膠結(jié)作用和靜電引力效應(yīng)等因素引起的。 長(zhǎng)期的試驗(yàn)研究指出,土的抗剪強(qiáng)度不僅與土的性質(zhì)有關(guān),還與試驗(yàn)時(shí)的排水條件、 剪切速率、應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力歷史等許多因素有關(guān),其中最重要的是試驗(yàn)時(shí)的排水條件,根據(jù)K太沙基(Terzaghi)的有效應(yīng)力概念,土體內(nèi)的剪應(yīng)力僅能由土的骨架承擔(dān),因此,土的
49、抗剪強(qiáng)度應(yīng)表示為剪切破壞面上法向有效應(yīng)力的函數(shù),庫(kù)倫公式應(yīng)修改為,,二、莫爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論 1910年莫爾(Mohr)提出材料的破壞是剪切破壞,當(dāng)任一平面上的剪應(yīng)力等于材料的抗剪強(qiáng)度時(shí)該點(diǎn)就發(fā)生破壞,并提出在破壞面上的剪應(yīng)力f,是該面上法向應(yīng)力,的函數(shù),即,,土的莫爾包線通??梢越频赜弥本€代替,如圖32虛線所示,該直線方程就是庫(kù)倫公式表示的方程。由庫(kù)倫公式表示莫爾包線的強(qiáng)度理論稱為莫爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論。 當(dāng)土體中任意一點(diǎn)在某一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí),就發(fā)生剪切破壞,該 點(diǎn)即處于極限平衡狀態(tài),根據(jù)莫爾庫(kù)倫理論,可得到土體中點(diǎn)的剪切破壞條件,即土的極限平衡條件 1、土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀
50、態(tài),下面僅研究平面問(wèn)題,在土體中取一單元微體圖33(a),取微棱柱體abc為隔離體 圖33(b),將各力分別在水平和垂直方向投影,根據(jù)靜力平衡條件可得:,,聯(lián)立求解以上方程得mn平面上的應(yīng)力為:,,由材料力學(xué)可知,以上 與 之間的關(guān)系也可以用莫爾應(yīng)力圓表示圖33(c),這樣,莫爾圓就可以表示土體中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài),莫爾圓圓周上各點(diǎn)的座標(biāo)就表示該點(diǎn)在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。 2、土的極限平衡條件 為了建立土的極限平衡條件,可將抗剪強(qiáng)度包線與莫爾應(yīng)力圓畫在同一張座標(biāo)圖上 (圖34)。它們之間的關(guān)系有以下三種情況: (1)整個(gè)莫爾圓位于抗剪強(qiáng)度包線的下方(圓1),說(shuō)明該點(diǎn)在任何平面上
51、的剪應(yīng)力都小于土,,,所能發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度( ),因此不會(huì)發(fā)生剪切破壞,(2)抗剪強(qiáng)度包線是莫爾圓的一條割線(圓),說(shuō)明該點(diǎn)某些平面上的剪應(yīng)力已超過(guò)了土的抗剪強(qiáng)度( ),實(shí)際上這種情況是不可能存在的;(3)莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線相切(圓),切點(diǎn)為A,說(shuō)明在A點(diǎn)所代表的平面上,剪應(yīng)力正好等于抗剪強(qiáng)度( ),該點(diǎn)就處于極限平衡狀態(tài)。圓稱為極限應(yīng)力圓。根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線之間的幾何關(guān)系,可建立以下極限平衡條件。 設(shè)在土體中取一單元微體,如圖35(a)所示,mn為破裂面,它與大主應(yīng)力的作用面成 角。該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的莫爾圓如圖35(b)所示。將抗剪強(qiáng)度線延長(zhǎng)與軸相 交于R
52、點(diǎn),由三角形ARD可知:,,,,,33抗剪強(qiáng)度的測(cè)定方法,抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)方法有多種,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的有直接剪切試驗(yàn),三軸壓縮試驗(yàn)和無(wú) 側(cè)限抗壓試驗(yàn),在現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試的有十字板剪切試驗(yàn),大型直接剪切試驗(yàn)等。本節(jié)著重介紹幾種常用的試驗(yàn)方法。 一、直接剪切試驗(yàn) 直接剪切儀分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種,試驗(yàn)時(shí),由杠桿系統(tǒng)通過(guò)加壓活塞和透水石對(duì)試件施加某一垂直壓力,然后等速轉(zhuǎn)動(dòng)手輪對(duì)下盒施加水平推力,使試樣在上下盒的水平接觸面上產(chǎn)生剪切變形,直至破壞,剪應(yīng)力的大小可借助與上盒接觸的量力環(huán)的變形值計(jì)算 確定。在剪切過(guò)程中,隨著上下盒相對(duì)剪切變形的發(fā)展,土樣中的抗剪強(qiáng)度逐漸發(fā)揮出來(lái),直到剪應(yīng)力等于土的抗剪
53、強(qiáng)度時(shí),土樣剪切破壞,所以土樣的抗剪強(qiáng)度可用剪切破壞時(shí)的剪應(yīng)力來(lái)量度。,對(duì)同一種土至少取4個(gè)試樣,分別在不同垂直壓力下剪切破壞,一般可取垂直壓力為100、200、300、400kPa,將試驗(yàn)結(jié)果繪制成如圖37(b)所示的抗剪強(qiáng)度 和垂直壓力之間關(guān)系,試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于粘性土 基本上成直線關(guān)系,該直線與橫軸的夾角為內(nèi)摩擦角 ,在縱軸上的截距為粘聚力c,直線方程可用庫(kù)倫公式(32)表示,對(duì)于無(wú)粘性土, 之間關(guān)系則是通過(guò)原點(diǎn)的一條直線,可用式(3-1)表示。,,,,,為了近似模擬土體在現(xiàn)場(chǎng)受剪的排水條件,直接剪切試驗(yàn)可分為快剪、固結(jié)快剪和慢 剪三種方法。快剪試驗(yàn)是在試樣施加豎向壓力后,立即快
54、速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞,固結(jié)快剪是允許試樣在豎向壓力下充分排水,待固結(jié)穩(wěn)定后,再快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。慢剪試驗(yàn)則是允許試樣在豎向壓力下排水,待固結(jié)穩(wěn)定后,以緩慢的速率施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。 二、三軸壓縮試驗(yàn) 三軸壓縮試驗(yàn)是測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的種較為完善的方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統(tǒng)、施加周圍壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)等組成,如圖3-8所示,常規(guī)試驗(yàn)方法的主要步驟如下:將土切成圓柱體套在橡膠膜內(nèi),放在密封的壓力室中,然后向壓力室內(nèi)壓入水,使試件在各向受到周圍壓力 ,并使液壓在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持不變,這時(shí)試件內(nèi)各向的三個(gè)主應(yīng)力都相等,因此不發(fā)生剪應(yīng)力圖
55、39(a)。然后再通過(guò)傳力桿對(duì)試 件施加豎向壓力,這樣,豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力,當(dāng)水平向主應(yīng)力保持不變,而 豎向主應(yīng)力逐漸增大時(shí),試件終于受剪而破壞圖39(b)。設(shè)剪切破壞時(shí)由傳力桿加在試件 上的豎向壓應(yīng)力為 ,則試件上的大主應(yīng)力為 ,而小主應(yīng)力為 ,以( )為直徑可畫出一個(gè)極限應(yīng)力圓,如圖39(c)中的圓I,用同一種土樣的若干個(gè)試件 (三個(gè)以上)按以上所述方法分別進(jìn)行試驗(yàn),每個(gè)試件施加不同的周圍壓力 ,可分別得出剪切破壞時(shí)的大主應(yīng)力 ,將這些結(jié)果繪成一組極限應(yīng)力圓,如圖39(c)中的圓I、和。,,,,,,,,由于這些試件都剪切至破壞,根據(jù)莫爾庫(kù)倫理論,作一組極
56、限應(yīng)力圓的公共切線, 即為土的抗剪強(qiáng)度包線(圖39c),通常可近似取為一條直線,該直線與橫座標(biāo)的夾角即土的內(nèi)摩擦角 ,直線與縱座標(biāo)的截距即為土的粘聚力c,,如要量測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中的孔隙水壓力,可以打開(kāi)孔隙水壓力閥,在試件上施加壓力以后,由于土中孔隙水壓力增加迫使零位指示器的水銀面下降,為量測(cè)孔隙水壓力,可用調(diào)壓筒調(diào)整零位指示器的水銀面始終保持原來(lái)的位置,這樣,孔隙水壓力表中的讀數(shù)就是孔隙水壓力值。如要量測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中的排水量,可打開(kāi)排水閥門,讓試件中的水排入量水管中,根據(jù)置水管中水位的變化可算出在試驗(yàn)過(guò)程中試樣的排水量。 對(duì)應(yīng)于直接剪切試驗(yàn)的快剪,固結(jié)快剪和慢剪試驗(yàn),三軸壓縮試驗(yàn)按剪切前的固結(jié)
57、程 度和剪切時(shí)的排水條件,分為以下三種試驗(yàn)方法: (1)不固結(jié)不排水試驗(yàn) 試樣在施加周圍壓力和隨后施加豎向壓力直至剪切破壞的整個(gè)過(guò)程中部不允許排水, 試驗(yàn)自始至終關(guān)閉排水閥門。,(2)固結(jié)不排水試驗(yàn) 試樣在施加周圍壓力時(shí)打開(kāi)排水閥門,允許排水固結(jié),待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門, 再施加豎向壓力,使試樣在不排水的條件下剪切破壞。 (3)固結(jié)排水試驗(yàn) 試樣在施加周圍壓力時(shí)允許排水固結(jié),待固結(jié)穩(wěn)定后,再在排水條件下施加豎向壓 力至試件剪切破壞。 三、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn) 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,只能作一個(gè)極限 應(yīng)力圓( ),因此對(duì)于一般粘性土就難以作出破壞包線。而對(duì)于飽和粘性土,根據(jù)在三
58、軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)的結(jié)果,其破壞包線近于一條水平線(見(jiàn)節(jié)35)即 這樣,如僅為了測(cè)定飽和粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度,就可以利用構(gòu)造比較簡(jiǎn)單的無(wú)側(cè)限壓力儀代替三軸儀。此時(shí),取 ,則由無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所得的極限應(yīng)力圓的水平切線就是破壞包線,由圖310(b)得,,,,四、十字板剪切試驗(yàn) 室內(nèi)的抗剪強(qiáng)度測(cè)試要求取得原狀土樣,但由于試樣在采取、運(yùn)送、保存和制備等方不可避免地受到擾動(dòng),含水量也很難保持,特別是對(duì)于高靈敏度的軟粘土,室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的精度就受到影響。因此,發(fā)展就地測(cè)定土的性質(zhì)的儀器具有重要意義。它不需取原狀土樣,試驗(yàn)時(shí)的排水條件,受力狀態(tài)與土所處的天然狀態(tài)比較接近,對(duì)于很難取樣的土(例
59、如軟粘土)也可以進(jìn)行測(cè)試。 在抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法中。目前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的是十字板剪切試驗(yàn)。 設(shè)剪切破壞時(shí)所施加的扭矩為M,則它應(yīng)該與剪切破壞圓柱面(包括側(cè)面和上下面)上土的抗剪強(qiáng)度所產(chǎn)生的抵抗力矩相等,即:,,,實(shí)用上為了簡(jiǎn)化計(jì)算, 目前在常規(guī)的十字板試驗(yàn)中仍假設(shè) ,將這一假設(shè)代入式(315)中,得,,(315),,由于十字板在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的土的抗剪強(qiáng)度,屬于不排水剪切的試驗(yàn)條件,因此其結(jié)果應(yīng)與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果接近,即,,35 飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度 一、不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度 如前所述,不固結(jié)不排水試驗(yàn)是在施加周圍壓力和軸向壓力直至剪切破壞的整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中部不允許排水。
60、 如果有一組飽和粘性土試件,都先在某一周圍壓力下固結(jié)至穩(wěn)定,試件中的初始孔隙水壓力為零,然后分別在不排水條件下施加周圍壓力和軸向壓力至剪切破壞,試驗(yàn)結(jié)果如圖314所示。 雖然三個(gè)試件的周圍壓力 不同,但破壞時(shí)的主應(yīng)力差相等,在圖上表現(xiàn)出三個(gè)總應(yīng)力圓直徑相同,因而破壞包線是一條水平線,即,,,三個(gè)試件只能得到同一個(gè)有效應(yīng)力圓,并且有效應(yīng)力圓的直徑與三個(gè)總應(yīng)力圓直徑相等,即,,這是由于在不排水條件下,試樣在試驗(yàn)過(guò)程中含水量不變,體積不變,飽和粘性土的孔隙壓力系數(shù)B=1,改變周圍壓力增量只能引起孔隙水壓力的變化, 并不會(huì)改變?cè)嚇又械挠行?yīng)力,各試件在剪切前的有效應(yīng)力相等,因此抗剪強(qiáng)度不變。 這
61、種試驗(yàn)一般只用于測(cè)定飽和土的不排水強(qiáng)度。 二、固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度 飽和粘性土的固結(jié)不排水抗剪矚度在一定程度上受應(yīng)力歷史的影響,因此,在研究粘性土的固結(jié)不排水強(qiáng)度時(shí), 要區(qū)別試樣是正常固結(jié)還是超固結(jié)。 我們將上一章提到的正常固結(jié)土層和超固結(jié)土層的概念應(yīng)用到三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)中,如果試樣所受到的周圍固結(jié)壓力,大于它曾受到的最大固結(jié)壓力 ,屬于正常固結(jié)試樣,如果 則屬于超固結(jié)試樣。試驗(yàn)結(jié)果證明,這兩種不同固結(jié)狀態(tài)的試樣,其抗剪強(qiáng)度性狀是不同的。 飽和粘性土固結(jié)不排水試驗(yàn)時(shí),如圖315所示,對(duì)正常固結(jié)試樣剪切時(shí)體積有減少的趨勢(shì)(剪縮), 但由于不允許排水,故產(chǎn)生正的孔隙水壓力,由試驗(yàn)得
62、出孔隙壓力系數(shù)都大于零,而超固結(jié)試樣在剪切時(shí)體積有增加的趨勢(shì)(剪脹),強(qiáng)超固試樣在剪切過(guò)程中,開(kāi)始產(chǎn)生正的孔隙 水壓力,以后轉(zhuǎn)為負(fù)值。 圖316表示正常固結(jié)飽和粘性土固結(jié)不排水試驗(yàn)結(jié)果,因?yàn)檎9探Y(jié)試樣在剪切破壞時(shí)產(chǎn)生正的孔隙水壓力, 故有效應(yīng)力圓 在總應(yīng)力圓的左方 超固結(jié)土的固結(jié)不排水總應(yīng)力破壞包線如圖317(a)所示,固結(jié)不排水剪的總應(yīng)力破壞包線可表達(dá)為:,,如以有效應(yīng)力表示,有效應(yīng)力圓和有效應(yīng)力破壞包線如圖中虛線所示,由于超固結(jié)土在剪切破壞時(shí),產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力,有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的右方(圖中圓A), 正常固結(jié)試樣產(chǎn)生正的孔隙水壓力,故有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左方(圖中圓B)有效
63、應(yīng)力強(qiáng)度包線可表達(dá)為:,,三、固結(jié)排水抗剪強(qiáng)度 固結(jié)排水試驗(yàn)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中,孔隙水壓力始終為零,總應(yīng)力最后全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力,所以總應(yīng)力圓就是有效應(yīng)力圓,總應(yīng)力破壞包線就是有效應(yīng)力破壞包線。圖318為固結(jié)排水試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和體積變化,在剪切過(guò)程中,正常固結(jié)粘土發(fā)生剪縮, 而超固結(jié)土則是先壓縮,繼而主要呈現(xiàn)剪脹的特性。 圖3-19為固結(jié)排水試驗(yàn)結(jié)果, 正常固結(jié)土的破壞包,線通過(guò)原點(diǎn), 如圖319(a)所示。 圖320表示同一種粘性土分別在三種不同排水條例:下的試驗(yàn)結(jié)果,由圖可見(jiàn),如果以總應(yīng)力表示,將得出完全不同的試驗(yàn)結(jié)果,而以有效應(yīng)力表示,則不論采用那種試驗(yàn)方法,都得到近乎同一條有效
64、應(yīng)力破壞包線(如圖中虛線所示),由此可見(jiàn),抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 四、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇 如前所述,粘性上的強(qiáng)度性狀是很復(fù)雜的,它不僅隨剪切條件不同而異,而且還受許多因素(例如:土的各向異性、應(yīng)力歷史、蠕變等)的影響。此外對(duì)于同一種土,強(qiáng)度指標(biāo)與試驗(yàn)方法以及試驗(yàn)條件都有關(guān)。,36 應(yīng) 力 路 徑 對(duì)加荷過(guò)程中的土體內(nèi)某點(diǎn),其應(yīng)力狀態(tài)的變化可在應(yīng)力座標(biāo)圖中以應(yīng)力點(diǎn)的移動(dòng)軌 跡表示,這種軌跡稱為應(yīng)力路徑。 按應(yīng)力變化過(guò)程順序把這些點(diǎn)連接起來(lái)就是應(yīng)力路徑圖321(6),并以箭頭指明應(yīng)力狀態(tài)的發(fā)展方向。 加荷方法不同,應(yīng)力路徑也不同, 應(yīng)力路徑可以用來(lái)表示總應(yīng)力的變化也可以
65、表示有效應(yīng)力的變化。 圖323(a)表示正常固結(jié)粘土三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)的應(yīng)力路徑,圖中總應(yīng)力路徑AB而有效應(yīng)力路徑AB則是曲線,兩者之間的距離即為空隙水壓力u 圖323(b)為超固結(jié)土的應(yīng)力路徑 利用固結(jié)不排水試驗(yàn)的有效應(yīng)力路徑確定的尺;線,可以求得有效應(yīng)力強(qiáng)度參數(shù)c和 ,多數(shù)試驗(yàn)表明,在,試件發(fā)生剪切破壞時(shí),應(yīng)力路徑發(fā)生轉(zhuǎn)折或趨向于水平, 因此認(rèn)為應(yīng)力路徑的轉(zhuǎn)折點(diǎn)可作為判斷試件破壞的標(biāo)準(zhǔn)。 由于土體的變形和強(qiáng)度不僅與受力的大小有關(guān),更重要的還與土的應(yīng)力歷史有關(guān),土的應(yīng)力路徑可以模擬土體實(shí)際的應(yīng)力歷史,全面地研究應(yīng)力變化過(guò)程對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)的影響。,,,,37無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度
66、 圖325表示不同初始孔隙比的同一種砂土在相同周圍壓力,,下受剪時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān) 系和體積變化。由圖可見(jiàn),密實(shí)的緊砂初始孔隙比較小,其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有明顯的峰值,超過(guò)峰值后,隨應(yīng)變的增加應(yīng)力逐步降低,呈應(yīng)變軟化型,其體積變化是開(kāi)始稍有減小,繼而增加(剪脹),這是由于較密實(shí)的砂土顆粒之間排列比較緊密,剪切時(shí)砂粒之間產(chǎn)生相對(duì)滾動(dòng),土顆粒之間的位置重新排列的結(jié)果。松砂的強(qiáng)度隨軸向應(yīng)變的增加而增大,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈應(yīng)變硬化型,對(duì)同一種土,緊砂和松砂的強(qiáng)度最終趨向同一值, 松砂受剪其體積減少(剪縮),在高周圍壓力下,不論砂土的松緊如何,受剪時(shí)都將剪縮。 由不同初始孔隙比的試樣在同一壓力下進(jìn)行剪切試驗(yàn),可以得出初始孔隙比與體積變化之間的關(guān)系,如圖326所示,相應(yīng)于體積變化為零的初始孔隙比稱為臨界孔隙比,在三軸試驗(yàn)中,臨界孔隙比是與側(cè)壓力有關(guān)的 。,如果飽和砂土的初始孔隙比大于臨界孔隙比,在剪應(yīng)力作用下由于剪縮必然使 孔隙水壓力增高,而有效應(yīng)力降低,致使砂土的抗剪羯度降低當(dāng)飽和松砂受到動(dòng)荷載作用(例如地震),由于孔隙水來(lái)不及排出,孔隙水壓力不斷增加,就有可能使有效應(yīng)力降低到零,因而使砂土象流體那樣
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