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1、1. 三相草图三相草图 Water Air Solid Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 质量（质量（mass）体积（体积（Volume） void Water Air Solid Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 质量体积 aws ws VVV mm V m =mg/V=g C4 w s s G s s s w m mm m m (%)w s v V V e V V (%)n v v w r V V S V ms d V Vm vws sat ssw satw m gV V 练习练习1 绘出土的三相草图并写出九个物理性质指标定义式。绘出土的三相草图并写
2、出九个物理性质指标定义式。 练习练习1 某住宅工程地质勘察中取原状土做试验。用某住宅工程地质勘察中取原状土做试验。用 天平称天平称50cm3湿土质量为湿土质量为95.15g，烘干后质量为，烘干后质量为 75.05g，土粒比重为，土粒比重为2.67。计算此土样的天然密。计算此土样的天然密 度、干密度、饱和密度、天然含水率、孔隙比、度、干密度、饱和密度、天然含水率、孔隙比、 孔隙度以及饱和度。孔隙度以及饱和度。 【解】 0.782 43.9% 110.782 e n e 3 75.05 1.50( /) 50 s d m g cm V 0.268 2.67 91.5% 0.782 s r wG S
3、 e 3 95.15 1.90( /) 50 m g cm V 3 2.670.782 11.94( /) 110.782 s satw Ge g cm e 3 50,95.15 ,75.05 ,2.67 ss Vcmmg mg G已已知知： 95.1575.05 26.8% 75.05 w s m w m (1)(1)1 2.67 (10.268) 110.782 11.90 wsws GwGw e e 练习练习2 某教学大楼工程地质勘察结果：地表为素填某教学大楼工程地质勘察结果：地表为素填 土，土， ，厚度，厚度 ；第二层；第二层 为粉土，为粉土， ，厚度，厚度 ；第；第 三层为中砂，三层
4、为中砂， ，厚度，厚度 ； 第四层为第四层为强风化岩石强风化岩石。地下水位埋深。地下水位埋深1.50m。 试计算至基岩顶面处土的自重应力并绘出其试计算至基岩顶面处土的自重应力并绘出其 沿深度的分布图。沿深度的分布图。 若第四层为坚硬整体岩石若第四层为坚硬整体岩石，计算至基岩顶面，计算至基岩顶面 处土的自重应力并绘出其沿深度的分布图。处土的自重应力并绘出其沿深度的分布图。 3 1.80hm 3 3 19.8/kN m 1 1.50hm 2 3.6hm 3 2 19.4/kN m 3 1 18.0/kN m n i iicz h 1 自重应力计算步骤： 地下水位以上, 地下水位以下, 不透水层层面
5、及其以下, 取天然重度取天然重度 取有效重度取有效重度 sat 取水土总重取水土总重 不透水层层面应力有突变，大小等于 。 wwh 2. 计算特征点自重应力（每层土两点：顶面和底面） 1. 分析题意，建立坐标系，确定特征点 特征点为：分层界面，地下水位面。 起算点自天然地面始； 3. 绘自重应力分布图 自重应力随深度而增加，其图形为折线形。 【解】 1. 绘出剖面图、建立坐标系、确定特征点如图所示。 3 1 1 18.0/ 1.50 kN m hm 3 2 2 19.4/ 3.60 kN m hm 3 3 3 19.8/ 1.80 kN m hm () cz kPa ( )z m 0 2 1
6、1 18.0 1.5027.0(/) cz hkN m 2. 计算特征点自重应力。 1 122 2 27.0(19.49.8) 3.60 27.034.5661.56(/) cz hh kN m + 1 12233 2 61.56(19.89.8) 1.80 61.56 18.079.56(/) cz hhh kN m + 至基岩顶面处土的自重应力及其沿深度的分布图如图所示。 3 1 1 18.0/ 1.50 kN m hm 3 2 2 19.4/ 3.60 kN m hm 3 3 3 19.8/ 1.80 kN m hm () cz kPa ( )z m 0 27.0 61.56 79.56
7、 自重应力及其沿深度的分布图 1 12233 2 61.56(19.89.8) 1.80 61.56 18.079.56(/) cz hhh kN m + 1 12233 2 79.569.8 (3.60 1.80) 79.5652.92132.48(/) czww hhhh kN m + 若第四层为坚硬整体岩石， 则第三层土底面处的自重应力为： 基岩顶面处的自重应力需加上水的自重： 至基岩顶面处土的自重应力及其沿深度的分布图如图所示。 1 12233 2 18.0 1.50 19.4 3.60 19.8 1.80132.48(/) cz hhh kN m + 或地下水位下使用饱和容重： 3
8、1 1 18.0/ 1.50 kN m hm 3 2 2 19.4/ 3.60 kN m hm 3 3 3 19.8/ 1.80 kN m hm () cz kPa ( )z m 0 27.0 61.56 79.56132.48 52.92 ww h 3 1 1 18.0/ 1.50 kN m hm 3 2 2 19.4/ 3.60 kN m hm 3 3 3 19.8/ 1.80 kN m hm () cz kPa ( )z m 0 27.0 61.56 79.56 自重应力及其沿深度的分布图 透水层 3 1 1 18.0/ 1.50 kN m hm 3 2 2 19.4/ 3.60 kN
9、m hm 3 3 3 19.8/ 1.80 kN m hm () cz kPa ( )z m 0 27.0 61.56 79.56132.48 . ww h 52 92 不透水层 3.5 3.5 有效应力原理有效应力原理 sat H H1 1 H H2 2 地面地面 地下水位地下水位 自重应力情况自重应力情况 静水条件：静水条件：地下水位地下水位 总应力：单位土柱总应力：单位土柱 和水柱的总重量和水柱的总重量 = H1+ satH2 孔隙水压力：净水压强孔隙水压力：净水压强 u = wH2 有效应力：有效应力： = -u = H1+( sat- w)H2 = H1+ H2 = =-u-uu=u
10、= w wH H2 2u=u= w wH H2 2 H H1 1 2sat1 HH A （-) 2sat1 HH H H1 1 地面地面 A 地下水位地下水位 自重应力情况自重应力情况 静水条件：静水条件：水位下降水位下降 总应力：总应力： = H1+ satH 2 孔隙水压力：孔隙水压力： u = wH 2 有效应力：有效应力： = -u 地下水位下降会引起地下水位下降会引起 增大，土会产生压缩，增大，土会产生压缩， 这是城市抽水引起地面这是城市抽水引起地面 沉降的一个主要原因沉降的一个主要原因 sat H H1 1 H H 2 2 u=u= w wH H 2 2 = =-u-u (-) u
11、=u= w wH H 2 2 地下水位下降引地下水位下降引 起起 增大的部分增大的部分 3.5 3.5 有效应力原理有效应力原理 自重应力情况自重应力情况 静水条件：静水条件：海洋土海洋土 总应力：单位土柱总应力：单位土柱 和水柱的总重量和水柱的总重量 = wH1+ satH2 孔隙水压力：净水压强孔隙水压力：净水压强 u = w(H1+H2) 有效应力：有效应力： = -u = H2 sat w H H1 1 H H2 2 = -uu=u= w w(H(H1 1+H+H2 2) ) 地面地面 水位水位 2sat1w HH w wH H1 1 A u=u= w w(H(H1 1+H+H2 2)
12、 ) (-) 3.5 3.5 有效应力原理有效应力原理 3.5 3.5 有效应力原理有效应力原理 自重应力情况自重应力情况 稳定渗流条件：稳定渗流条件： H h 砂层（排水）砂层（排水） sat sat 向下渗流向下渗流 H h 砂层砂层( (承压水承压水) ) 粘土层粘土层 sat sat 向上渗流向上渗流 3.5 3.5 有效应力原理有效应力原理 自重应力情况自重应力情况 稳定渗流条件：稳定渗流条件：向上渗流向上渗流 A H h 砂层砂层( (承压水承压水) ) sat sat 向上渗流向上渗流 土水整体分析土水整体分析 hH w 总应力：单位土柱总应力：单位土柱 和水柱的总重量和水柱的总
13、重量 = satH 孔隙水压力：净水压强孔隙水压力：净水压强 u = w(H+ h) 有效应力：有效应力： = -u = satH- wH- w h = H - w h 渗透压力，向上渗流使得有效应力减小渗透压力，向上渗流使得有效应力减小 3.5 3.5 有效应力原理有效应力原理 自重应力情况自重应力情况 稳定渗流条件：稳定渗流条件：向下渗流向下渗流 A 土水整体分析土水整体分析 hH w 总应力：总应力： = satH 孔隙水压力：孔隙水压力： u = w(H- h) 有效应力：有效应力： = -u = satH- wH+ w h = H + w h H h sat sat 向下渗流向下渗流 砂层（排水）砂层（排水） 渗透压力，向下渗流使得有效应力增加渗透压力，向下渗流使得有效应力增加 可导致土层发生压密变形，称渗流压密可导致土层发生压密变形，称渗流压密 练习3 如图所示，天然土层有两层，第一层为细砂层，第二 层为粘土层。
