中南大學(xué)高等土力學(xué)課件基本概念回顧

1、 基本概念回顧基本概念回顧 土：土：是地殼表層的巖石風(fēng)化后產(chǎn)生的碎屑是地殼表層的巖石風(fēng)化后產(chǎn)生的碎屑堆積物。堆積物。 土的特性：土的特性：與其它建筑物相比，具有如與其它建筑物相比，具有如下特性：下特性： 土是巖石風(fēng)化后產(chǎn)生的碎屑堆積物，由土是巖石風(fēng)化后產(chǎn)生的碎屑堆積物，由土顆粒、水和氣體組成；透水性強(qiáng)；物理力學(xué)土顆粒、水和氣體組成；透水性強(qiáng)；物理力學(xué)性質(zhì)受水的影響很大，對(duì)擾動(dòng)特別敏感；抗拉性質(zhì)受水的影響很大，對(duì)擾動(dòng)特別敏感；抗拉強(qiáng)度極低；強(qiáng)度極低； 土的性質(zhì)很不均勻，且與土的類(lèi)型和應(yīng)土的性質(zhì)很不均勻，且與土的類(lèi)型和應(yīng)力歷史密切相關(guān)；力歷史密切相關(guān)； 土具有復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（非線性，土具有復(fù)雜

2、的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（非線性，且不可逆），且不唯一，塑性顯著；且不可逆），且不唯一，塑性顯著； 土的性質(zhì)隨時(shí)間、應(yīng)力和環(huán)境等諸多因土的性質(zhì)隨時(shí)間、應(yīng)力和環(huán)境等諸多因素而變，具有地域性，因地而異；素而變，具有地域性，因地而異； 土的變形特別是飽和粘土的變形要經(jīng)歷土的變形特別是飽和粘土的變形要經(jīng)歷很長(zhǎng)一段時(shí)間。很長(zhǎng)一段時(shí)間。 基本概念回顧基本概念回顧 Soil amongst most variable and difficult of all materials to understand and model: Complex stress-strain (non-linear, irreversib

3、le) Properties highly variable function of soil types and stress history Properties change with time, stress, environment, Every site has different soil conditions - new challenge Soil hidden underground and data on small fraction of deposit 基本概念回顧基本概念回顧 地基：地基：受建筑物荷載影響的那一部分地受建筑物荷載影響的那一部分地層（持力層層（持力層+

4、 +下臥層）。下臥層）。 基礎(chǔ)：基礎(chǔ)：直接與巖土接觸向其傳遞荷載的直接與巖土接觸向其傳遞荷載的建筑物最下部分。建筑物最下部分。 持力層和下臥層：持力層和下臥層：直接支承基礎(chǔ)的地層直接支承基礎(chǔ)的地層稱(chēng)為持力層；在其下方且仍受荷載影響的地層稱(chēng)為持力層；在其下方且仍受荷載影響的地層稱(chēng)為下臥層。稱(chēng)為下臥層。 基本概念回顧基本概念回顧 巖土工程：巖土工程：土木工程中涉及巖石、土的土木工程中涉及巖石、土的利用、處理和改良的科學(xué)技術(shù)。包括巖土力學(xué)、利用、處理和改良的科學(xué)技術(shù)。包括巖土力學(xué)、地基和基礎(chǔ)工程、路基工程、邊坡工程、支擋地基和基礎(chǔ)工程、路基工程、邊坡工程、支擋結(jié)構(gòu)、地基處理（加固）、地下工程、工程地

5、結(jié)構(gòu)、地基處理（加固）、地下工程、工程地質(zhì)勘察、垃圾填埋等。質(zhì)勘察、垃圾填埋等。 基本概念回顧基本概念回顧與上部結(jié)構(gòu)工程相比，巖土工程的研究和與上部結(jié)構(gòu)工程相比，巖土工程的研究和計(jì)算分析有什么特點(diǎn)計(jì)算分析有什么特點(diǎn)與上部結(jié)構(gòu)工程相比，巖土工程研究、計(jì)算與上部結(jié)構(gòu)工程相比，巖土工程研究、計(jì)算與分析有下述幾大特點(diǎn)：與分析有下述幾大特點(diǎn)：一般建筑材料可人為指定品種或型號(hào)，品一般建筑材料可人為指定品種或型號(hào)，品種類(lèi)型一旦確定，力學(xué)性質(zhì)參數(shù)也就確定，差種類(lèi)型一旦確定，力學(xué)性質(zhì)參數(shù)也就確定，差異性很?。煌羷t不同，以建筑物地基為例，擬異性很??；土則不同，以建筑物地基為例，擬建地點(diǎn)是什么土，不是人為選擇的，是

6、天然產(chǎn)建地點(diǎn)是什么土，不是人為選擇的，是天然產(chǎn)物，性質(zhì)不是人來(lái)控制，只能通過(guò)一定的手段物，性質(zhì)不是人來(lái)控制，只能通過(guò)一定的手段來(lái)了解，并且如何根據(jù)一定數(shù)量的測(cè)試結(jié)果，來(lái)了解，并且如何根據(jù)一定數(shù)量的測(cè)試結(jié)果，合理確定設(shè)計(jì)指標(biāo)值，往往不太容易掌握。合理確定設(shè)計(jì)指標(biāo)值，往往不太容易掌握。 基本概念回顧基本概念回顧 巖土工程的規(guī)模和尺寸比一般結(jié)構(gòu)工程巖土工程的規(guī)模和尺寸比一般結(jié)構(gòu)工程大得多，其實(shí)際范圍是空間半無(wú)限體，工程計(jì)大得多，其實(shí)際范圍是空間半無(wú)限體，工程計(jì)算分析中采用的邊界是近似和模糊的。算分析中采用的邊界是近似和模糊的。 巖土的各種參數(shù)是空間的函數(shù)，參數(shù)的巖土的各種參數(shù)是空間的函數(shù)，參數(shù)的變異

7、性大，變異系數(shù)一般在變異性大，變異系數(shù)一般在0.10.10.350.35，有的可，有的可超超過(guò)超超過(guò)0.40.4。并且土性之間或不同點(diǎn)的土性具有。并且土性之間或不同點(diǎn)的土性具有較強(qiáng)的相關(guān)性，包括互相關(guān)和自相關(guān)。較強(qiáng)的相關(guān)性，包括互相關(guān)和自相關(guān)。 巖土是一種高度非線性材料，在不同的巖土是一種高度非線性材料，在不同的應(yīng)力水平下具有很不相同的變形特性。巖土工應(yīng)力水平下具有很不相同的變形特性。巖土工程的極限狀態(tài)方程也經(jīng)常是高度非線性的。程的極限狀態(tài)方程也經(jīng)常是高度非線性的。 基本概念回顧基本概念回顧并且誘發(fā)極限狀態(tài)的并且誘發(fā)極限狀態(tài)的原因或作用多種多樣，原因或作用多種多樣，如右圖所示，為基礎(chǔ)如右圖所示

8、，為基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)中的承載能工程設(shè)計(jì)中的承載能力極限狀態(tài)，對(duì)這些力極限狀態(tài)，對(duì)這些不同原因和作用，會(huì)不同原因和作用，會(huì)有不同的極限狀態(tài)方有不同的極限狀態(tài)方程。程。 基本概念回顧基本概念回顧 巖土試樣性質(zhì)與原狀土的性質(zhì)往往存在巖土試樣性質(zhì)與原狀土的性質(zhì)往往存在較大差別，既使原位測(cè)試反映的也是巖土的較大差別，既使原位測(cè)試反映的也是巖土的“點(diǎn)點(diǎn)”性質(zhì)（如現(xiàn)場(chǎng)十字板強(qiáng)度試驗(yàn)）或性質(zhì)（如現(xiàn)場(chǎng)十字板強(qiáng)度試驗(yàn)）或“線線”性質(zhì)（如靜力觸探）。而巖土工程的行為往往性質(zhì)（如靜力觸探）。而巖土工程的行為往往由它的整體空間平均性質(zhì)控制，因此，在巖土由它的整體空間平均性質(zhì)控制，因此，在巖土工程研究、分析設(shè)計(jì)中，要注意工程

9、研究、分析設(shè)計(jì)中，要注意“點(diǎn)點(diǎn)”、“線線”到到“空間平均性空間平均性”概率統(tǒng)計(jì)指標(biāo)問(wèn)題。概率統(tǒng)計(jì)指標(biāo)問(wèn)題。 基本概念回顧基本概念回顧 由于上述巖土性質(zhì)和巖土工程的不確定由于上述巖土性質(zhì)和巖土工程的不確定性加之推理的不確定性（如有目的的簡(jiǎn)化），性加之推理的不確定性（如有目的的簡(jiǎn)化），巖土工程的計(jì)算模型即極限狀態(tài)方程往往具有巖土工程的計(jì)算模型即極限狀態(tài)方程往往具有較大的不確定性或不精確性。并且除了上述較大的不確定性或不精確性。并且除了上述中提到的在巖土工程中中提到的在巖土工程中“對(duì)不同原因和作用，對(duì)不同原因和作用，會(huì)有不同的極限狀態(tài)方程會(huì)有不同的極限狀態(tài)方程”外，對(duì)于同一個(gè)計(jì)外，對(duì)于同一個(gè)計(jì)算參數(shù)

10、如地基土的極限承載力也還存在不同的算參數(shù)如地基土的極限承載力也還存在不同的計(jì)算表達(dá)式（即功能函數(shù)）。計(jì)算表達(dá)式（即功能函數(shù)）。 巖土工程性質(zhì)和功能，受施工工藝和施巖土工程性質(zhì)和功能，受施工工藝和施工質(zhì)量和水平的影響很很大。工質(zhì)量和水平的影響很很大。 基本概念回顧基本概念回顧 巖土工程不確定性的顯著程度和變化幅度巖土工程不確定性的顯著程度和變化幅度固有地存在于巖土工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，其固有地存在于巖土工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，其來(lái)源歸納起來(lái)有四個(gè)主要類(lèi)型：來(lái)源歸納起來(lái)有四個(gè)主要類(lèi)型： 荷載估計(jì)中不確定性。荷載估計(jì)中不確定性。 與場(chǎng)地地質(zhì)條件變異性有關(guān)的不確定性。與場(chǎng)地地質(zhì)條件變異性有關(guān)的不確定性。 評(píng)價(jià)巖土材料特性的不確定性。評(píng)價(jià)巖土材料特性的不確定性。 與模擬基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和地基實(shí)際行為的計(jì)算與模擬基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和地基實(shí)際行為的計(jì)算分析模型有關(guān)的不確定性。分析模型有關(guān)的不確定性。 基本概念回顧基本概念回顧 土力學(xué)：土力學(xué)：研究土的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)研究土的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下工及土體在荷載、水、溫度等外界因素