土力学课本总结
1、土是矿物或岩石碎屑构成的松软集合体
2、建筑物设计前必须了解、研究建筑场地相应土层的成因、构造、地下水情况、土的工程性质、是否存在不良地质现象
3、土力学是利用力学的一般原理，研究土的物理、化学和力学性质及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学。土力学的研究对象是以矿物颗粒组成骨架的松散颗粒集合体
4、把支撑基础的土体或岩体称为地基
5、根据基础埋深不同分为浅基础和深基础。把埋置深度不大（3~5米），只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可建造起来的基础称为浅基础
6、地基与基础设计必须满足三个基本条件：①作用于地基上的荷载效应（基底压应力）不得超过地基容许承载力或地基承载力的特征值；②基础沉降不得超过地基变形容许值；③挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备第二章2、
11、土是连续、坚硬的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物
2、天然状态下，土体一般由固相、液相和气相组成
2、2土的三相组成及土的结构固体颗粒构成土的骨架，其大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土物理力学性质的重要因素
2、2、1、1土的矿物成分土的矿物成分组要取决于母岩的成分及其所经受的风化作用。不同矿物成分对土的性质有着不同的影响，粗大土粒其矿物成分往往保持母岩未经风化的原生矿物，细小土粒主要是次生矿物等无机物质以及土生成过程中混入的有机质。因此，细粒土的矿物成分更为重要
1、土的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机质，矿物颗粒的成分分为原生矿物和次生矿物
2、蒙脱石：高塑性、高压缩性、低强度、低渗透性伊利石：遇水膨胀、失水收缩能力低于蒙脱石，其力学性质介于高岭石和蒙脱石之间高岭石：其亲水性、膨胀性和收缩性小于伊利石，更小于蒙脱石。它的水稳性好，可塑性低，压缩性低，亲水性差
2、2、1、2土粒粒组
1、土粒的大小称为粒度
2、工程上把大小、性质相近的土粒合并为一组，称为粒组，划分粒组的分界尺寸称为界限粒径，按规定的界限粒径200mm、60mm、2mm、0、075mm和0、005mm，将土粒粒组粗分为巨粒、粗粒、细粒；细分为漂石（块石）、卵石（碎石）、砾粒、砂粒、粉粒、粘粒
3、土中所含各粒组的相对含量，以土粒总量的百分数表示，称为土的颗粒级配
4、土的颗粒级配曲线上的纵坐标表示小于某土粒的累积质量百分比。曲线平缓表示粒径大小相差悬殊，颗粒不均匀，级配良好；反之，颗粒均匀，级配不良
5、用不均匀系数Cu 和曲率系数Cc反映土颗粒级配的不均匀程度 d60界限粒径：小于某粒径的土粒质量占总质量60%的粒径d10有效粒径：小于某粒径的土粒质量占总质量10%的粒径d30中值粒径：小于某粒径的土粒量占总质量30%的粒径
6、不均匀系数Cu大小不同粒组的分布情况，曲率Cc描述了级配曲线分布的整体形态，表示是否有某粒组缺失的状况①对于级配良好的土：Cu >5，级配良好；Cu<5，级配不良②对于级配不连续的土：满足Cu >5和Cc=1~3两个条件时，，才为级配良好，反之则级配不良
2、2、1、4颗粒分析实验确定土中各个粒组相对含量的方法称为土的颗粒分析实验。粒径大于0、075mm的粗粒土可用筛分法粒径小于0、075mm的细粒土可用沉降分析法（水分法）
2、2、2土中的水和空气
1、水按存在形态分有液态水、固态水、气态水。固态水又称矿物内部结晶水或内部结合水，是指存在于土粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造的水土中液态水分为结合水和自由水。
2、结合水是指受电分子吸引作用吸附于土粒表面成薄膜状的水。结合水又分为强结合水和弱结合水。强结合水紧靠土粒表面，其性质接近于固体，不能传递静水压力，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。黏土只含强结合水时，呈固态，磨碎后呈粉末状态；砂土的强结合水很少，仅含强结合水时呈散粒状在强结合水外围的结合水膜称为弱结合水。弱结合水存在于强结合水以外，电场作用以外。这层水不是接近于固态而是一种黏滞水膜受力时能由水膜较厚处缓慢转移到水膜较薄处，也可以因电场力从一个土粒的周围转移到另一个土粒的周围。也就是说弱结合水膜能发生变形，但不因重力作用而流动。弱结合水的存在是粘性土在某一含水量范围内表现出可塑性的原因，土的冻胀也与弱结合水的性质有关，此部分水对黏性土的影响最大
3、自由水按受力作用不同分为重力水和毛细水
2、2、2、
21、列依斯早于1807年通过实验证明黏土颗粒是带电的试验时将两根带有电极的玻璃管插入一块潮湿的黏土块内。在玻璃管内撒入一些洗净的砂，再加水至相同高度，接通直流电后发现：在阳极管中，水自下而上的浑浊起来，说明黏土颗粒在向阳极移动，与此同时，管中水位下降；阴极管水仍然清澈，但水位逐渐上升。若在一块潮湿黏土块上直接插入两个直流电极，通电后发现阳极周围的土逐渐变干，阴极土逐渐变湿，说明黏土颗粒带负电。
3、在最靠近土粒表面处，静电引力最强，把水化离子和极性水分子牢固的吸附在颗粒表面上形成固定层。在固定层外围，静电引力比较小，因此水化离子和极性水分子的活动性比在固定层中大些，形成扩散层固定层中的极性水分子形成的水膜是强结合水，而强结合水以外、扩散层的水是弱结合水
4、双电层厚度首先取决于内层热力电位。当内层电位一定时，双电层厚度随外界条件的变化而变化，特别是水溶液中水化离子的性质、浓度、离子交换的能力。
①阳离子的原子价高，双电层的厚度变薄；②阳离子的浓度大，双电层的厚度变薄；③阳离子的直径大，双电层的厚度变厚；④阳离子的交换能力，一般高价离子的交换能力大于低价离子；同价离子半径大的交换能力强
5、离子交换的结果将导致黏粒表面双电层厚度（也就是结合水膜厚度）发生变化。水膜厚度大，土的塑形高，颗粒之间的距离相对大，因此土体的膨胀性和收缩性也高，而强度相对降低。工程中可利用这一机理来改良土质。如用三价及二价离子处理黏土，是双电层中高价离子浓度增加，双电层变薄，从而增加了土的强度及稳定性。颗粒分析实验中，在悬浮液中滴入一价的氨水或偏磷酸钠，使土粒的双电层变厚，达到分散团粒的目的
2、2、2、3
1、毛细水是受到水与空气交界面处表面张力的作用、存在于地下水位以上的透水层中的自由水
2、土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着细的孔隙向上及向其他方向移动的现象
3、毛细水上升的高度与毛细管半径成反比砾类（除粉砾外）与粗砂，毛细水上升高度很小，粉细砂与粉土（包括粉质黏土），则毛细水高度大，上升速度快，毛细现象严重
2、2、3土的结构与构造
1、土的结构是指颗粒或集合体的大小和形状、表面特征、排列形式以及它们之间的连接特征土的构造是指土层的层理、裂隙和大孔隙等宏观特征，亦称宏观结构
2、单粒结构是由粗大土粒在水或空气中下沉而形成的；蜂窝结构是主要由粉粒组成的土的结构
3、粉粒间的吸引力主要指范德华力，随着粒间距离增加很快衰减，这种变化决定于土粒的大小、形状、矿物成分、表面电荷等因素，与土中水溶液的性质几乎无关
4、土的构造最主要的特征就是成层性
2、3土的物理性质指标
2、3、1、
11、土的密度一般采用环刀法测定，用一个环刀（刀刃向下）放置于削平的原状土样面上，垂直边压边削至土样伸出环刀口为止，削去两端余土，使与环刀口面齐平，称出环刀内土质量，求得它与环刀容积之比值即为土的密度
2、土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比
3、土粒相对密度：土的固体颗粒质量与同体积4℃时纯水的质量之比
2、3、1、
21、土的干密度：土单位体积中固体颗粒部分的质量工程中常用土的干密度来评价土的密实度
2、土的饱和密度：土孔隙中充满水时的单位体积重量
3、土的有效密度：地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后
2、3、1、
31、孔隙比e：土中孔隙体积与土粒体积之比
2、土的孔隙率n：土中孔隙体积与总体积之比（百分数表示）孔隙比与孔隙率是反映土体密实程度的重要物理指标，e和n 越大，土越疏松；反之越密实，一般来说e＜0、6的土是密实的，压缩性小；e＞
1、0的土是疏松的，压缩性高
3、土的饱和度sr：土中水的体积与孔隙体积之比，以百分率计Sr=100%表明土孔隙中充满水，土是完全饱和的；Sr=0，则土是完全干燥的根据饱和度的大小将细砂，粉砂等土划分为稍湿
（Sr≤50）、很湿（50＜Sr≤80）、饱和（Sr＞80）三种状态
2、4无黏性土的密实度判断无黏性土的密实度最简便的方法是用孔隙比e来描述，e大，表示土中孔隙大，则土松散
1、将砂土处于最松散状态的e称为最大孔隙比，砂土处于最紧密状态时的e称为最小孔隙比。当土粒粒径较均匀时，差值较小，当土粒粒径不均匀时，差值较大，因此利用砂土的最大最小孔隙比与所处状态的天然孔隙比进行比较，能综合反映土粒级配、土粒形状和结构等因素。该指标称为相对密实度Dr，即
1≥Dr＞0、67 为密实 0、67≥Dr＞0、33 为中密 0、33≥Dr＞0 为松散相对密实度适用于透水性良好的无黏性土，试验时，一般可采用“松散器法”测定最大孔隙比，采用“振击法”测定最小孔隙比《建筑地基基础设计规范》中采用标准贯入实验的锤击数N 来评价砂类土的密实度，根据N可将砂土分为松散（N≤10）、稍密（10＜N≤15）、中密（15＜N≤30）、密实（N＞30）
2、5黏性土的物理特性黏性土是指具有可塑状态性质的土
2、5、
11、土的界限含水量：土从一种状态转变为另一种状态的分界含水量缩限：土由半固态不断蒸发水分，体积逐渐缩小，直到体积不再缩小时土的界限含水量塑限：土由半固态变化到可塑状态的界限含水量液限：土由可塑状态变化到流动状态的界限含水量
2、我国目前采用锥式液限仪来测定黏性土的液限。它是将调成浓糊状的试样装满盛土杯，刮平杯口面，使76g重圆锥体在自重作用下徐徐沉入试样，如经过15s圆锥进入土样深度恰为10mm 时，则该试样的含水量即为液限塑限多用“搓条法”。把塑性状
态的土重塑均匀后，用手掌在毛玻璃板上把土团搓成小土条，搓滚过程中，水分渐渐蒸发。若土条刚好搓至直径为3mm时产生裂缝并开始断裂，此时土条的含水量即为塑限联合测定法，图线上对应于圆锥体入土深度为10mm及2mm时土样的含水量就分别为该土的液限和塑限
3、塑性指数：液限与塑限之差值塑性指数习惯上用不带%的百分数表示
4、液性指数：
液性指数用小数表示
5、土的液限与天然含水量之差和塑性指数之比，称为土的天然稠度，稠度可用直接法和间接法测定
2、5、3黏性土的灵敏度和触变性
1、工程上常用灵敏度来衡量黏性土结构性对强度的影响。根据灵敏度可将饱和黏性土分为低灵敏度（
1、0＜St≤
2、0）、中等灵敏度（
2、0＜St≤
4、0）、高灵敏度（
4、0＜St）土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低就越明显
2、土的触变性：黏性土结构遭到破坏，强度降低，但随时间发展土体强度恢复的胶体化学性质
2、6土的渗透及渗流水透过孔隙流动的现象称为渗透或渗流；土被水流透过的性质，称为土的渗透性。
2、6、1土的渗透性
1、法国工程师达西得出层流条件下，土中水渗透速度与能量（水头）损失之间关系的渗流规律，即达西定律（P23）实验装置：一个上端开口的直立圆筒，下部放碎石，碎石上放一块多孔滤板，滤板上放置颗粒均匀的砂土样，其断截面面积为A，长度为L。圆筒的侧壁装有两支测压管，分别设置在土样上下两端的过水断面处。水由上端进水管注入圆筒，并以溢水管保持筒内为恒定水位。透过土样的水从装有控制阀门的弯管流入盛水容器中
2、达西定律表明在在层流状态的渗流中，渗透速度与水力梯度的一次方成正比①在黏性很强的致密黏土中，由于密实黏土的吸着水具有较大的粘滞吸力的缘故。水力梯度只有达到某一数值，克服吸着水的黏制阻力后，才能发生渗透②在砾类土和巨粒土中，只有在很小的水力梯度下，渗透速度与水力梯度才呈线性关系，在较大的水力梯度下，水在土中的流动即进入絮流状态，呈现非线性关系
3、渗透速度v并不是土空隙中水的平均流速，实际平均流速应大于v
2、6、1、2土的渗透系数（P24）土的渗透系数k反映了土的渗透性能，室内测定渗透系数有常水头法和变水头法测定渗透系
数很小的黏性土的渗透系数时常用变水头渗透实验渗透系数也可在现场进行抽水实验（或注水、压水）测定
2、6、1、3影响土渗透性的主要因素①影响砂土渗透性的主要原因：颗粒大小、级配、密度、土中封闭气泡。土颗粒越粗，越浑圆，越均匀，渗透性越大；渗透性随相对密实度的增加而减小②影响黏性土渗透的因素，黏性土中的亲水性矿物或有机质，由于它们吸水膨胀，大大降低了土的渗透性。含有大量有机质的泥几乎不透水。黏性土的结合水膜厚度较厚时，降低土的渗透性③土的矿物成分、结合水膜厚度、土的结构构造以及土中气体等都会影响黏性土的渗透性
2、6、2二维渗流及流网平面稳定渗流的基本方程称为拉普拉斯方程
2、6、2、2流网特征与绘制
1、求解拉普拉斯方程的方法：数学解析法、数值解法、近似作图法（常用）、模型实验法
2、流网的特征：流网是流线和等势线所组成的曲线正交网络
①流线与等势线相互正交②流网为曲边正方形，流线与等势线构成的各个网格的长宽比为常数③任意两相邻的等势线之间的水头损失相等④任意两相邻流线间的单位渗流量相等，相邻流线间的渗流区域称为流槽，每一流槽的单位流量与总水头h、渗透系数k 及等势线间隔数有关，与流槽位置无关
3、地下水流动时，若水流方向为由上到下，此时动力水方向与土粒重力方向一致，使土粒压得更紧，对工程无害；反之，由于某种原因，使水流由下到上流动时，动力水方向与重力方向相反，使土颗粒悬浮。特别当水的数值等于或大于土的浮重时，土体发生浮起而随水流动，这种现象称为流砂或流土管涌：在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。形成原因：内因有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙；外因渗透力足够大。流砂与管涌比较：现象：流砂土体局部范围的颗粒同时发生移动；管涌土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动。位置：流砂只发生在水流渗出的表层；管涌可发生于土体内部和渗流溢出处。土类：流砂只要渗透力足够大，可发生在任何土中；管涌一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土。历时：流砂破坏过程短；管涌破坏过程相对较长。后果：流砂导致下游坡面产生局部滑动等；管涌导致结构发生塌陷或溃口。防治措施：1)水工建筑物渗流处理措施水工建筑物的防渗工程措施一般以“上堵下疏”为原则，上游截渗、延长渗径，减小渗透压力，防止渗透变形。①垂直截渗；②设置水平铺盖；③设置反滤层；
④排水减压。2)基坑开挖防渗措施①工程降水②设置板桩③水下挖掘。