防灾科技学院防灾工程系 2）管涌型土的临界水力梯度 icr?2.2?Gs?1??1?n?2d5d20管涌土的临界水力梯度可通过试验来测定。试验时除了根据肉眼观察细土粒的移动来判断管涌外，还可借助于水力梯度i与流速v之间的变化来判断管涌是否出现。 1. 介绍二维流网的绘制方法，以及流网在确定不同水头和水力坡降等方面的应用。 2. 根据流网确定最大水力坡降的位置，判别出现流土的可能性。由渗透破坏试验提出渗透力概念。 3. 通过对土体的受力分析，根据静力平衡推导渗透力的计算公式。 4. 介绍渗透力性质和力的三要素，强调渗透力是体积力，与浮力和重力 一样具有相同的性质。 5. 引入土的临界水力坡降的概念，阐述临界水力坡降的影响因素。 6. 介绍渗透破坏（变形）的类型。着重介绍流土和管涌的概念，通过二者的对比和实际工程中出现的问题的分析加深理解。 7. 提出渗透破坏可能性的判别条件，从定量和定性两个角度加以讨论。 【复习思考】 后 记 1．何谓达西定律？达西定律成立的条件是什么？ 2．何谓渗透力？渗透变形有几种形式？各有什么特征？ 习题:3-11、3-12 教 学 过 程
16
防灾科技学院防灾工程系
《土力学》教案
授 课 教 师 授课专业班级 李巨文等 课 程 名 称 土力学 第6次(11-12) 勘察技术与工程（07601/07602） 授 课 时 间 第4章土中应力 4.1概述 4.2土中自重应力 4.3基底压力 1.了解土中的应力形式 （章 节）题目 教 学 目 的 教 学 重 点 教 学 难 点 教 学 方 法 教 具 2.掌握自重应力的计算方法。 3.掌握基底压力概念和计算方法。 层成土和有地下水时自重应力计算、偏心荷载下的基底压力计算 层成土和有地下水时自重应力计算、偏心荷载下的基底压力计算 案例式、启发式 多媒体及板书 第 4 章地基中的应力计算 4.1 概述：土中应力类型 4.1 土中的自重应力计算中的应力状态 4.2.1均质土自重应力 自重应力——土体初始应力，指由土体自身的有效重力产生的应力。 假定??土体具有水平表面的半?土体中所有竖直面和水无限弹性体平面均不存在剪应力 【思考】为何要如此假设？ 教 学 内 容 对于天然重度为? 的均质土： ?cz??z 式中 ： γi――第i层土的重度，kN/m3，地下水位以上的土层一般采用天然重度，地下水位以下的土层采用浮重度，毛细饱和带的土层采用饱和重度. 二、水平向自重应力 根据弹性力学广义虎克定律和土体的侧限条件，推导得 ?cz＝?cy＝K0?cz 式中 K0――土的侧压力系数（也称静止土压力系数）。 4.2 .2层成土自重应力 对于成层土，并存在地下水：
17
防灾科技学院防灾工程系 n?cz??1h1??2h2??????nhn???i?1ihi 注意： ①在地下水位以下，若埋藏有不透水层（如基岩层、连续分布的硬粘性土层），不透水层中不存在水的浮力，层面及层面以下的自重应力按上覆土层的水土总重计算； ②新近沉积的土层或新近堆填的土层，在自重应力作用下的变形尚未完成，还应考虑它们在自重应力作用下的变形。 4.2.3水位升降时自重应力 【课堂讨论】地下水位的升降是否会引起土中自重应力的变化？ ——地下水位的升降会引起土中自重应力的变化，例如，大量抽取地下水造成地下水位大幅度下降，使原水位以下土体中的有效应力增加，造成地表大面积下沉。 【例4-1】有一地基由多层土组成，其地质剖面如下图所示，试计算并绘制自重应力σcz沿深度的分布图。 解题思路： ①求出各分层处的自重应力。 ②绘制自重应力分布曲线。 4.3 基底压力和基底附加压力计算 4.3.1 基底压力分布规律 4.3.2基底压力及其简化计算 一、中心荷载作用下的基底压力 基底压力——建筑物上部结构荷载和基础自重通过基础传递给地基，作用于 基础底面传至地基的单位面积压力，又称接触压力。 基底反力——基底压力的反作用力即地基土层反向施加于基础底面上的压 力。 ?基础?影响基底压力的分布和大小的因素?荷载??地基土性质 基底压力的简化计算： 当基础宽度不太大，而荷载较小的情况下，基底压力分布近似按直线变化考虑，根据材料力学公式进行简化计算，即 p＝F?GA ，kPa 。 对于荷载沿长度方向均匀分布的条形基础，则沿长度方向截取1m的基底面积来计算，单位为kN/m。 二、偏心荷载作用下的基底压力 pmaxpminF?G?6e??1??bl?l? ?讨论： 18
防灾科技学院防灾工程系 当e?当e?当e?l6l6l6时，基底压力呈梯形分布； 时，基底压力呈三角形分布； 时，基底压力pmin?0，表明基底出现拉应力，此时，基底与地基间局部脱离，而使基底压力重新分布。 注意：当计算得到Pmin<0时，一般应调整结构设计和基础尺寸设计，以避免基底与地基间局部脱离的情况。 对作用于建筑物上的水平荷载，计算基底压力时，通常按均匀分布于整个基础底面计算。 4.3.3基底附加压力计算 基底附加压力――作用于地基表面，由于建造建筑物而新增加的压力，即导 致地基中产生附加应力的那部分基底压力。 基底附加压力在数值上等于基底压力扣除基底标高处原有土体的自重应力。即 基底压力均匀分布时： P0＝P－?0dP0maxP0minPmaxPmin 基底压力呈梯形分布时，基底附加压力为： ＝－?0d式中 P0――基底附加压力设计值，kPa； P――基底压力设计值，kPa； 基底附加压力图 γ0――基底标高以上各天然土层的加权平均重度，kN/m3；地下水位以下取有效重度； d――从天然地面起算的基础埋深，m。 【课堂讨论】求基底附加应力意义何在？ 1. 介绍土中自重应力和附加应力概念和产生条件，分析两种应力对土的沉降和土体破坏的影响，加深对两种应力的理解。 教 学 过 程 2. 介绍土中常见的几种应力状态，强调土力学中应力符号的规定，并与材料力学的规定进行对比。 3. 根据土中的应力分布给出自重应力计算公式，着重介绍计算公式中土的重度取值。引出自重应力是有效应力的概念。 4. 讨论地下水位的变化对自重应力的影响和引起的工程问题。 5. 介绍基底压力和基底附加压力概念和计算方法。由基底附加压力引出土中附加应力的计算。 19
防灾科技学院防灾工程系 【本节课小结】 1．非均质土中自重应力沿深度呈折线分布； 后 记 2．自重应力分布在重度变化的土层界面和地下水位面上发生转折； 3．自重应力分布在不透水层面处发生突变； 4．地下水位下降会引起自重应力增加。 5．中心、偏心荷载作用下的基底压力计算。 习题4-5、4-8
20