土力學(xué)第七章

土力學(xué)第七章匯報(bào)人：AA2024-01-14AAREPORTING目錄滲透性與滲流滲流作用下土中應(yīng)力與變形滲透固結(jié)與排水固結(jié)法基坑工程降水與回灌技術(shù)土坡穩(wěn)定與擋土墻設(shè)計(jì)地基承載力與變形驗(yàn)算PART01滲透性與滲流REPORTINGAA滲透性定義土體允許水流通過的性能，稱為土的滲透性。滲透性意義土的滲透性是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一，它對(duì)于土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性有著重要的影響。在工程實(shí)踐中，如地基、堤壩、道路等工程的設(shè)計(jì)和施工，都需要考慮土的滲透性。滲透性概念及意義單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的滲流量與滲流路徑長(zhǎng)度成反比，而與上下游水位差成正比。根據(jù)質(zhì)量守恒原理，流入和流出某一體積單元的水量之差等于該體積單元內(nèi)水量的變化率。滲流基本定律滲流連續(xù)方程達(dá)西定律土的顆粒組成土的礦物成分土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造水的性質(zhì)影響土滲透性因素顆粒越細(xì)，比表面積越大，表面能越高，吸附結(jié)合水的能力越強(qiáng)，滲透性越差。結(jié)構(gòu)性強(qiáng)的土，如蜂窩狀結(jié)構(gòu)、絮凝結(jié)構(gòu)等，滲透性較好；而致密狀結(jié)構(gòu)的土，滲透性較差。粘土礦物含量越高，土的滲透性越差。水的粘滯度越大，滲透性越差；水的溫度越高，粘滯度越小，滲透性越好。在滲流作用下，局部土體表面隆起或顆粒群同時(shí)起動(dòng)而流失的現(xiàn)象稱為流土。流土主要發(fā)生在單一均質(zhì)的無粘性土中。流土在滲流作用下，土體中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動(dòng)并被帶出的現(xiàn)象稱為管涌。管涌主要發(fā)生在砂礫石等粗粒土中。管涌滲流沿著兩種不同粒徑組成的土層層面流動(dòng)時(shí)，把其中一層土的顆粒帶入另一土層中的現(xiàn)象稱為接觸沖刷。接觸沖刷主要發(fā)生在兩種不同粒徑組成的土層之間。接觸沖刷滲流垂直于兩種不同粒徑組成的土層層面流動(dòng)時(shí)，把其中一層土的顆粒帶入另一土層中的現(xiàn)象稱為接觸流土。接觸流土主要發(fā)生在兩種不同粒徑組成的土層之間且滲流方向垂直于層面時(shí)。接觸流土滲透破壞類型與判別PART02滲流作用下土中應(yīng)力與變形REPORTINGAA在滲流作用下，土體中任意點(diǎn)的總應(yīng)力等于有效應(yīng)力和孔隙水壓力之和。有效應(yīng)力是土骨架承擔(dān)的那部分應(yīng)力，孔隙水壓力則是孔隙水承擔(dān)的那部分應(yīng)力。有效應(yīng)力原理滲流場(chǎng)的變化會(huì)引起應(yīng)力場(chǎng)的改變，而應(yīng)力場(chǎng)的改變又會(huì)影響滲流場(chǎng)。這種相互作用使得土中的應(yīng)力分布變得復(fù)雜。滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的耦合當(dāng)水流通過土體時(shí)，會(huì)對(duì)土顆粒施加一種拖拽力，即滲透力。滲透力的大小與水流速度和水力梯度成正比，方向與水流方向相同。滲透力滲流作用下土中應(yīng)力分布在滲流作用下，土體會(huì)發(fā)生壓縮變形。壓縮性主要取決于土的孔隙比、含水量和壓縮指數(shù)等因素。壓縮性當(dāng)土體受到滲透力的作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生剪切變形。剪切變形的大小與滲透力的大小、土的抗剪強(qiáng)度以及土的應(yīng)力狀態(tài)等因素有關(guān)。剪切變形在滲流作用下，土體會(huì)發(fā)生固結(jié)變形。固結(jié)變形是由于土中孔隙水壓力的消散和有效應(yīng)力的增加所引起的。固結(jié)變形滲流作用下土變形特性強(qiáng)度降低滲流作用會(huì)使得土體的抗剪強(qiáng)度降低。這是由于滲透力的作用使得土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的降低。變形增大滲流作用會(huì)使得土體的變形增大。這是由于滲透力的作用使得土體內(nèi)部的應(yīng)力分布發(fā)生改變，從而導(dǎo)致變形的增大。穩(wěn)定性下降滲流作用會(huì)使得土體的穩(wěn)定性下降。這是由于滲透力的作用使得土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致穩(wěn)定性的下降。同時(shí)，滲流作用還會(huì)使得土體的含水量發(fā)生變化，進(jìn)一步影響土體的穩(wěn)定性。滲流對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)影響PART03滲透固結(jié)與排水固結(jié)法REPORTINGAA滲透固結(jié)原理滲透固結(jié)是指土體在滲透水流作用下，土顆粒重新排列，孔隙減小，土體逐漸密實(shí)的過程。其原理是利用土體的滲透性，通過施加外部荷載或內(nèi)部水壓，使水在土體中流動(dòng)，從而改變土體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)。滲透固結(jié)過程滲透固結(jié)過程包括起始階段、發(fā)展階段和穩(wěn)定階段。在起始階段，水流開始進(jìn)入土體，土顆粒間的結(jié)合力逐漸減弱；在發(fā)展階段，土顆粒重新排列，孔隙逐漸減小，土體逐漸密實(shí)；在穩(wěn)定階段，土體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)趨于穩(wěn)定。滲透固結(jié)原理及過程排水固結(jié)法是通過在軟土地基中設(shè)置豎向排水體（如砂井、袋裝砂井等），利用建筑物本身重量或附加荷載進(jìn)行加載，使地基中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的方法。排水固結(jié)法原理排水固結(jié)法適用于處理飽和和軟弱土層，如對(duì)淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土等飽和粘性土的處理。該方法可加速地基的固結(jié)進(jìn)程，縮短工期，提高地基承載力，減小工后沉降。排水固結(jié)法應(yīng)用排水固結(jié)法原理及應(yīng)用排水體設(shè)計(jì)排水體可采用砂井、袋裝砂井或塑料排水板等。設(shè)計(jì)時(shí)需確定排水體的直徑、間距和深度等參數(shù)，以滿足地基固結(jié)的要求。加荷系統(tǒng)設(shè)計(jì)加荷系統(tǒng)可采用堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓或聯(lián)合預(yù)壓等方式。設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)地基條件和工程要求選擇合適的加荷方式，并確定加荷的大小、速率和時(shí)間等參數(shù)。穩(wěn)定性分析在排水固結(jié)過程中，需對(duì)地基的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)時(shí)需考慮地基的抗剪強(qiáng)度、壓縮性和滲透性等性質(zhì)，以及加荷過程中可能出現(xiàn)的滑動(dòng)、開裂等不穩(wěn)定現(xiàn)象，采取相應(yīng)的措施確保地基的穩(wěn)定性。排水固結(jié)法設(shè)計(jì)要點(diǎn)PART04基坑工程降水與回灌技術(shù)REPORTINGAA在基坑內(nèi)或基坑周圍設(shè)置排水明溝或盲溝，并配以集水井，用抽水設(shè)備將水從集水井中不斷抽走，保持基坑干燥。在基坑周圍埋設(shè)井點(diǎn)管，深入含水層內(nèi)，井點(diǎn)管的上端通過連接彎管與集水總管連接，集水總管再與真空泵和離心水泵相連，啟動(dòng)抽水設(shè)備，地下水便在真空泵吸力的作用下，經(jīng)濾水管進(jìn)入井點(diǎn)管和集水總管，排出空氣后，由離心水泵的排水管排出。當(dāng)基坑較深而地下水位又較高時(shí)，采用輕型井點(diǎn)要采用多級(jí)井點(diǎn)，這樣，會(huì)增加基坑挖土量、延長(zhǎng)工期并增加設(shè)備數(shù)量，顯然是不經(jīng)濟(jì)的。因此，當(dāng)降水深度超過8m時(shí)，宜采用噴射井點(diǎn)，降水深度可達(dá)8--20m。噴射井點(diǎn)的設(shè)備，主要由噴射井管、高壓水泵和管路系統(tǒng)組成。明溝排水井點(diǎn)降水噴射井點(diǎn)降水基坑工程降水方法分類及選擇基坑降水會(huì)使周圍地下水位降低，導(dǎo)致周圍土體固結(jié)，引起地面沉降、鄰近建筑物和地下管線變形開裂等不良影響。降水對(duì)周圍環(huán)境的影響為減少降水對(duì)周圍環(huán)境的影響，可采取回灌技術(shù)、設(shè)置止水帷幕、采用坑內(nèi)降水等方法。其中，回灌技術(shù)是一種有效的防護(hù)措施，通過在降水井和回灌井之間設(shè)置回灌管路系統(tǒng)，將抽出的水經(jīng)過沉淀過濾后回灌到地下，以補(bǔ)充地下水的流失，保持地下水位穩(wěn)定。防護(hù)措施降水引起周圍環(huán)境變化及防護(hù)措施回灌技術(shù)原理及應(yīng)用實(shí)例回灌技術(shù)是通過在降水井和回灌井之間設(shè)置回灌管路系統(tǒng)，將抽出的水經(jīng)過沉淀過濾后回灌到地下，以補(bǔ)充地下水的流失，保持地下水位穩(wěn)定?；毓嗉夹g(shù)可以有效地減少降水對(duì)周圍環(huán)境的影響?；毓嗉夹g(shù)原理某地鐵站基坑工程采用井點(diǎn)降水方法進(jìn)行施工降水，為減少降水對(duì)周圍環(huán)境的影響，同時(shí)采用了回灌技術(shù)。通過在降水井和回灌井之間設(shè)置回灌管路系統(tǒng)，將抽出的水經(jīng)過沉淀過濾后回灌到地下。經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，該地鐵站基坑工程采用回灌技術(shù)后，有效地減少了地面沉降和鄰近建筑物的變形開裂等不良影響。應(yīng)用實(shí)例PART05土坡穩(wěn)定與擋土墻設(shè)計(jì)REPORTINGAA極限平衡法01基于剛體平衡原理，分析土坡在極限狀態(tài)下的受力平衡，從而評(píng)價(jià)土坡的穩(wěn)定性。該方法適用于簡(jiǎn)單土坡和均質(zhì)土坡。有限元法02將土坡劃分為有限個(gè)單元，通過計(jì)算機(jī)模擬分析土坡的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等，進(jìn)而評(píng)價(jià)土坡的穩(wěn)定性。該方法適用于復(fù)雜土坡和非均質(zhì)土坡?？煽啃苑治龇?3考慮土坡穩(wěn)定的不確定性因素，如土體參數(shù)、荷載等，采用概率統(tǒng)計(jì)方法分析土坡失穩(wěn)的概率，以評(píng)價(jià)土坡的穩(wěn)定性。土坡穩(wěn)定分析方法及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)擋土墻類型、構(gòu)造及設(shè)計(jì)要求根據(jù)擋土墻的結(jié)構(gòu)形式可分為重力式擋土墻、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻等。構(gòu)造擋土墻一般由墻身、基礎(chǔ)、排水設(shè)施等組成。墻身應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，基礎(chǔ)應(yīng)埋置在穩(wěn)定的地層中，排水設(shè)施應(yīng)完善以防止墻體受水浸泡。設(shè)計(jì)要求擋土墻設(shè)計(jì)應(yīng)滿足穩(wěn)定性、強(qiáng)度、剛度、耐久性和經(jīng)濟(jì)性等要求。同時(shí)，還應(yīng)考慮地質(zhì)條件、荷載條件、施工條件等因素。類型010203工程概況某工程需修建一高度為6m的重力式擋土墻，墻體采用石料砌筑，基礎(chǔ)埋深1.5m，地基承載力特征值為200kPa。設(shè)計(jì)步驟首先進(jìn)行地質(zhì)勘察和荷載分析，確定地基承載力、墻后填土重度等參數(shù)；然后進(jìn)行擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算，包括抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和地基承載力驗(yàn)算；最后進(jìn)行擋土墻截面設(shè)計(jì)和細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)計(jì)算，該重力式擋土墻滿足穩(wěn)定性要求，地基承載力滿足要求，截面尺寸和細(xì)部構(gòu)造合理。同時(shí)，考慮到施工條件和經(jīng)濟(jì)效益，該設(shè)計(jì)方案是可行的。重力式擋土墻設(shè)計(jì)實(shí)例分析PART06地基承載力與變形驗(yàn)算REPORTINGAA基于彈性力學(xué)理論，采用地基土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算承載力，適用于均質(zhì)和各向同性地基。理論公式法規(guī)范表格法原位測(cè)試法經(jīng)驗(yàn)法根據(jù)地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和建筑物荷載條件，查表確定地基承載力，適用于一般工程。通過現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)或旁壓試驗(yàn)確定地基承載力，結(jié)果較為可靠，但成本較高。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，采用類似條件下建筑物的地基承載力進(jìn)行類比分析，適用于缺乏試驗(yàn)資料的情況。地基承載力確定方法比較根據(jù)建筑物的重要性、荷載條件、地基土類型和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等因素，確定地基的允許變形值。允許變形值將地基分為若干層，分別計(jì)算各層的壓縮量，然后累計(jì)得到總變形量，與允許變形值進(jìn)行比較。分層總和法利用數(shù)值分析方法，建立地基的有限元模型，分析荷載作用下地基的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)，進(jìn)而計(jì)算地基的變形。有限元法根據(jù)建筑物的實(shí)測(cè)變形資料，反推地基的力學(xué)參數(shù)和變形模量，為地基設(shè)計(jì)提供依據(jù)。反分析法按變形控制設(shè)計(jì)理論進(jìn)行地基設(shè)計(jì)基于彈性力學(xué)理論，采用文克爾假定或彈性半空間假定，計(jì)算