辽宁广播电视大学双向视频课程 工程地质与岩土力学 （第 七 讲） 主讲人：祁孝珍

教学要求： 1.理解和掌握有效应力原理的要点 2.掌握饱和土体中自重应力作用下的两种应力的计算 3.了解岩体天然应力的概念

第五章 地基中的应力分布 一、自重应力 二、基底接触压力 三、附加应力

四、有效应力原理 （一）基本概念 1. 饱和土体中的两种应力 （1）有效应力 ：土体在外力作用下，由土的骨架承担，并通过颗粒之间接触传递的应力。 （2）孔隙水压力 ：土体在外力作用下，由水承担，并通过连通的孔隙水传递的应力。

有效应力和孔隙水压力作用

2. 有效应力原理的两个要点： （1）饱和土体内任一平面上受到的全部应力可以分为有效应力和孔隙水压力两部分。 关系式： － 作用于任意面上的全部应力 －有效应力（作用于同一平面土的骨架上） －孔隙水压力（作用同一平面土的孔隙水上） （2）土的变形与强度的变化仅决定于有效应力的变化。

（二）饱和土中自重应力作用下两种应力计算 一地层剖面图

1. A点水平面上土的总应力 ： 等于A点以上单位土柱和水柱的总重量。即 2. A点水平面上土的孔隙水压力 ： 等于A点的静水压力。即 3. A点处竖直向有效应力 ： 根据有效应力原理，有

例题5-3：某地基土层的剖面如图所示，砂层为承压水层，根据测压管中水位，承压水头高出砂层顶面5m，现在粘土层中开挖深4m的基坑，试确定防止基坑底板发生流土的水深h应为多少？

解： 设水深为 h。 （1）确定粘土层与砂土层界面处O点的总应力 和孔隙水压力 总应力 孔隙水压力

（2）确定水深h 当发生流土时，O点处的有效应力 =0， 即 取 代入上式，解得

（三）侧限条件下附加应力时的两种应力 1. 土体承受和传递附加应力的规律，同样符合有效应力原理。 2. 由附加应力作用引起的孔隙水压力是超出静水压力水头，称为超静孔隙水压力。 3. 土的有效应力原理，常用于： 1）预估建筑物基础沉降稳定时间和沉降随时间的变化关系； 2）用于研究土体的抗剪强度和稳定性。

五、岩体天然应力概念 1. 地应力与地应力场 地应力： 由地壳构造运动在岩体中所引起的构造应力； 由上覆岩体的重量所引起的自重应力； 由气温变化所引起的温度应力； 由地震所引起的地震力； 由结晶、变质、沉积等作用所引起的应力； 由建筑物荷载在岩基中所引起的附加应力。 地应力场：地壳内各点的应力状态在空间分布总和

2.天然应力和天然应力场 天然应力：工程施工前就存在于岩体中的应力，也称为初始应力。 天然应力场：天然应力在空间分布的总和。 3.天然应力的组成 主要由自重应力和构造应力两部分组成。

小 结 1. 饱和土体中两种应力 孔隙水压力 ；有效应力 2. 有效应力原理的两个要点 土的变形与强度的变化决定于有效应力变化。 3. 有效应力原理的运用 饱和土在自重作用下两种应力计算； 侧限条件下附加应力时两种应力的计算。 4. 岩体中天然应力概念：地应力和天然应 力。

练 习 题 某土层地下水位 及相应容重如图所示， 试求：垂直方向总应 力、孔隙水压力、 有效应力，以及各应 力沿深度z的分布。

辽宁广播电视大学双向视频课程 工程地质与岩土力学 （第 八 讲） 主讲人：祁孝珍

教学要求： 1. 掌握土的压缩性相关概念与压缩性指标； 2. 理解侧限压缩试验方法 。

第六章 土的力学性质 一、土的变形特征 （一）土的压缩性的概念 1. 土的压缩性： 土体在荷载作用下体积减小的性能。 2. 土体压缩变形：主要是由于孔隙水和气体被挤出，使孔隙体积减小而引起的。 3. 固结：土体压缩变形随时间增长的过程。

（二）侧限压缩试验 1. 侧限压缩仪 试样只能产生竖直 方向变形。 2. 测读各种压力下 稳定之后变形量 3. 压缩试验成果表示： 关系曲线

4.各级压力下孔隙比 的推求 加荷前 加荷后

加荷前：设体积 ，土样截面积为 ，高度为 加荷后：设体积 ，土样截面积为 ，高度为

加荷前后土粒体积不变

5. 压缩曲线的绘制

－表征土压缩性的重要指标之一。不是一个常数，随压力间隔 与起始压力 变化。 用途：1）计算地基变形量 2 ）判断土的压缩性： 取 （三）压缩性指标 1. 压缩系数 －表征土压缩性的重要指标之一。不是一个常数，随压力间隔 与起始压力 变化。 用途：1）计算地基变形量 2 ）判断土的压缩性： 取

土的压缩性标准 压缩系数 土 的 压 缩 性 低压缩性 中压缩性 高压缩性

在侧限条件下，土样的竖向压应力变化量 与相应的压应变的变化量 比值。单位为 2. 压缩指数 反映土的压缩性的指标 3. 压缩模量 在侧限条件下，土样的竖向压应力变化量 与相应的压应变的变化量 比值。单位为

（四）土的弹性变形与残余变形 弹性变形：土体卸荷后可以恢复的变形。 残余变形：土体卸荷后不能恢复的变形。 说明：土不是完全弹性体，是一个弹塑性体。

（五）土体的受荷历史对土的压缩性影响 1. 前期固结压力 ： 土层在历史上曾经受到过的最大固结压力 2. 天然土层固结状态 目前土层所受的自重应力 与前期固结压 力比较，可得三种状态的土：

正常固结土 超固结土 欠固结土

例题：对一土样做压缩试验，已知土样的天然重度 ，土粒比重 天然含水量 ，试样高度 ， 试样在各级荷载作用下压缩稳定后总的变形量见下表所示。 （1）试绘制 曲线； （2）求压缩系数； （3）评价土的压缩性高低。

压力 （ ） 50 100 200 300 400 试样总变形量 （ ） 0.926 1.308 1.886 2.310 2.564 孔隙比 1.04 0.95 0.91 0.85 0.81 0.78

解： 1. 计算各级荷载作用下的压缩稳定后的孔隙比 计算天然孔隙比 根据公式 计算压缩稳定后的孔隙比 计算结果见表。

2. 绘制 曲线

3. 计算压缩系数 ，判断土的压缩性 该土为高压缩性

小 结 2. 侧限压缩试验：研究土的压缩性 建立压缩曲线 3. 压缩性指标： 压缩系数 压缩指数 压缩模量 小 结 1. 土的压缩性概念：压缩性、固结、土的弹塑性变形、土的固结状态等； 2. 侧限压缩试验：研究土的压缩性 建立压缩曲线 3. 压缩性指标： 压缩系数 压缩指数 压缩模量

思 考 题 1. 何谓土的压缩性？引起土体压缩的主要原因有哪些？ 2. 一种土的压缩系数是否为常量？为什么？如何判断土的压缩性？