土力学全部

第一章：土的物理性质及工程分类第二节、粒度成分的表示方法土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量(以干土质量的百分比表示)，它用以描述土中不同粒径土粒的分布特征。

常用的粒度成分的表示方法有表格法、累计曲线法和二角坐标法。

2)累计曲线法：是——种图示的方法，通常用半对数纸绘制，横坐标(核对数比例尺)表示某—粒径，纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量。

级配的指标：不均匀系数 C u=d60÷d10曲率系数C s=d302／﹙d60×d10﹚式中：d10、d20、d60—分别相当于累计百分含量为10％、30％和60％的粒径，d10称为有效粒径；d60称为限制粒径。

不均匀系数Cu反映大小不同粒织的分布情况，Cu<5的土称为匀粒土，级配不良；Cu越大，表示粒组分布范围比较广，Cu>=5,Cs=1~3的土级配良好。

但如cu过大，表示可能缺失中间粒径，属不连续级配，故需同时用曲率系数来评价。

曲率系数则是报述累计曲线整体形状的指标。

土粒的形状土粒形状对丁土的密实度和十的强度有显著的影响，棱角状的颗粒互相嵌挤咬合形成比较稳定的结构．强度较高；磨圆度好的颗粒之间容易滑动，土体的稳定性比较差用体积系数和形状系数描述土粒形状体积系数Vc=6V/﹙πd m3﹚式中：V———土粒体积(mm3)；dm——土粒的最大粒径(mm)。

V愈小，土粒愈接近于圆形。

圆球状的Vc＝1,立方体的Vc＝o．37：棱角状的土粒Vc更小形状系数FF=AC/B2式中：A、B、C分别为土粒的最大、中间和最小粒径第三节土的三相比例指标一、试验指标1．土的密度是单位体积土的质量，ρ=m／V由土的质量产生的单位体积的重力称为重力密度γ，简称为重度γ=ρg=W／V2.土粒比重Gs 土粒质量m s同体积4℃时纯水的质量之比Gs=m s／﹙Vsρw1﹚=ρs／ρw13．土的含水量ω是土中水的质量m w与团体(土粒)质量m s之比，ω=m w／m s×100％二、换算指标1．干密度ρd是土的颗粒质量m s与土的总体积V之比，ρd=m s／V土的干密度越大，土越密实，强度就越高，水稳定性也好。

二、课程的基本要求学完“土力学”后，应达到以下基本要求：①认识土为松散体这一特点，并以此解释土的变形规律、渗透性质、强度特性；②掌握土的物理性质及其基本指标，土的分类，确定土的物理状态和土的定名，以及土的物理性质指标和土的强度和变形的关系；③掌握土中应力分布，地基变形，一维渗透固结理论，库仑——莫尔强度理论；④要求掌握库仑、朗金土压力计算理论及适用范围，以及几种常见情况的土压力计算；⑤掌握土坡稳定的一些基本概念和土坡稳定计算的条分法，了解摩擦圆法和增加土坡稳定的一些措施。

三、课程的基本内容以及重点难点绪论介绍“土力学”的主要内容、任务和工程应用成就。

第一章土的物理力学性质讲授内容：土的生成，土的粒径组成和矿物成分，土中的水和气体，土的三相含量指标，土的物理状态及指标，土的工程分类。

自学内容：土的结构及其联结，土的膨胀、收缩及冻胀。

重点：土的组成，三相含量指标和物理状态指标的计算，土的分类。

上述实验方法和资料整理。

难点：认识土的物理指标和状态指标的变化对土性质的影响。

第二章土的渗透性及水的渗流、第三章土中应力和地基应力分布讲授内容：土中一点的应力状态和应力平衡方程，土的渗透性，饱和土的有效压力和孔隙水压力，在简单受力条件下地基中应力分布，基底的接触应力，刚性基础基底压力简化算法，弹性半无限体内的应力分布。

自学内容：部分饱和土的孔隙压力及有效压力，孔隙压力系数。

重点：土的渗透性和有效压力的概念，饱和土的有效压力和孔隙水压力计算，弹性半无限体内的应力分布计算。

难点：在渗透条件下，土的有效压力和孔隙水压力计算。

第四章土的变形性质及地基沉降计算讲授内容：土的弹性变形性质，土的压缩性，饱和粘土的渗透固结和太沙基一维固结理论，试验方法测定土的变形模量，地基沉降计算，沉降差与倾斜，饱和粘土的沉降过程。

自学内容：太沙基一维固结方程的详细推导和固结度公式的推导。

重点：土的压缩性和压缩性指标，土的固结概念，地基沉降的计算。

基础：建筑物最底下的这一部分结构。

地基：承受由基础传来荷载的土层（或岩层）。

持力层：位于基础底面下的第一层土。

下卧层：持力层下的土层。

地基的分类：按地质情况分：土基、岩基。

按设计施工情况分：天然地基：不需处理而直接利用的地基。

人工地基：经过人工处理而达到设计要求的地基。

土的特点：碎散性、压缩性、固体颗粒间的相对移动性及透水性。

连续介质的固体材料。

土的用途：作为地基；作为建筑材料（e.g.路基，堤坎）土力学的研究对象：研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律。

土的本构关系：即土的应力——应变——强度——时间四变量之间的内在联系。

地基设计中，必须满足的两个技术条件：1、地基的变形条件：（沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜）保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用。

2、地基的强度条件：要求作用于地基的荷载不超过地基的承载力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备。

基础设计中，必须满足的两个技术条件：基础应当具有足够的强度和耐久性。

土的概念: 土是岩石风化的产物，是母岩风化后经搬运、沉积等地质作用形成的岩石碎屑和土颗粒组成的集合体。

土的分类（1）按有机质含量 :有机土；无机土（2）按粒间粘聚程度: 粘性土,无粘性土土力学的概念 :以土和土体为研究对象，研究其物理、力学特性、稳定性以及土与结构的相互作用的一门学科。

土的性质包括 :物理性质 ,力学性质 ,水理性质 ,工程性质土的成因 :土的形成要经历风化、剥蚀、搬运、沉积等作用过程。

残积土:残积土是残留在原地未被搬运的那一部分岩石风化剥蚀后的碎屑堆积物，其成分与母岩相同，一般没有层理构造，均质性差，孔隙度较大，作为建筑物地基容易引起不均匀沉降。

洪积土:是指在山区或高地由暂时性水流(山洪急流)作用，将大量的残积物、坡积物搬运堆积在山谷中或山前平原上的堆积物。

冲积土:是由河流流水的地质作用，将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运沉积在河流平缓地带形成的沉积物。

1 浅基础：埋置深度不大于3~5m，只需要经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础。

2 深基础：浅层土质不良，埋置深度大于5m，需要借助特殊的施工方法建造起来的基础。

3土的结构：指土颗粒或集合的大小和形状、表面特征、排列形式以及它们直接的连接特征。

4土的构造：指土层的层理、裂缝和大孔隙等宏观特征，亦称宏观结构。

5黏性土的界限含水量：黏性土从一种状态转变另一种状态的分界含水量。

6灵敏度：当土体受到外部扰动作用，其结构遭受破坏时，土的强度降低，压缩性增高。

工程上用灵敏度来衡量黏性土结构性对强度的影响。

7土的抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的极限能力。

8 触变性：与结构性相反的是土的触变性。

9特殊土：是指具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土，在工程中需要特别加以注意。

10土的液化：是指饱和状态砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出类似液体性质而完全丧失承载能力的现象。

11主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时。

作用在墙背上的土压力称为主动土压力。

一般用Ea表示。

12被动土压力：当挡土墙在外力作用下，向土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称被动土压力。

13静止土压力：当挡土墙静止不动。

墙后土体处于弹性平衡状态时，作用在墙背上的土压力称谓静止压力，用Eo表示。

14简单土坡：指土坡的坡度不变，顶面和底面水平，且土质均匀，无地下水。

15桩基础可以采用单根桩的形式承受和传递上的结构的荷载，这种独立基础称为单桩基础。

16由两根或两根以上桩数组成的桩基础称为群桩基础，群桩基础中的单桩称为基桩。

17桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。

19 单桩的破坏模式：屈曲破坏，整体剪切破坏，刺入破坏。

20单桩承载力是指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性不产生过大变形的承载能力。

第一部分1. 选择题1-1 若土的颗粒级配曲线很陡，则表示（）。

A. 土粒较均匀B. 不均匀系数较大C. 级配良好D. 填土易于夯实1-2 由某土的颗粒级配累计曲线获得5.1260=d mm ，03.010=d mm ，则该土的不均系数C u 为( )。

A . 416.7B . 4167 C. 2.4×10-3 D. 12.531-3 若甲、乙两种土的不均匀系数相同，则两种土的( )。

A. 颗粒级配累计曲线相同B. 有效粒径相同C. 限定粒径相同D. 限定粒径与有效粒径之比值相同1-4 在士的三相比例指标中，直接通过试验测定的是( )。

A. d s ，w ，eB. d s ，w ，ρC. d s ，w ，eD. ρ，w ，e1-5 若某砂土的天然孔隙比与其所能达到的最大孔隙比相等，则该土( )。

A. 处于最密实的状态B. 处于最松散的状态C. 处于中等密实的状态D. 相对密实度D r = 11-6 对无黏性土的工程性质影响最大的因素是( )。

A. 含水量B. 密实度C. 矿物成分D. 颗粒的均匀程度1-7 处于天然状态的砂土的密实度一般用哪一种试验来测定?( )A. 载荷试验B. 现场十字板剪切试验C. 标准贯人试验D. 轻便触探试验1-8 某黏性土的液性指数6.0=L I ，则该土的状态为( )。

A. 硬塑B. 可塑C. 软塑D. 流塑1-9 黏性土的塑性指数I p 越大，表示土的( )。

A. 含水量w 越大B. 黏粒含量越高C. 粉粒含量越高D. 塑限w p 越高1-10淤泥属于( )。

A. 粉土B. 黏性土C. 粉砂D. 细砂2.判断改错题1-11 结合水是液态水的一种，故能传递静水压力。

1-12 在填方工程施工中，常用土的干密度来评价填土的压实程度。

1-13 无论什么土，都具有可塑性。

1-14 塑性指数I p 可以用于对无黏性土进行分类。

1-15 相对密实度D r 主要用于比较不同砂土的密实度大小1-16 砂土的分类是按颗粒级配及其形状进行的。

实验名称 实验一 测定土的密度（环刀法）实验器材 环刀、电子天平、修土刀、钢丝锯、凡士林、玻璃板实验原理及目的 实验目的：测量土的密度实验原理：环刀法是使用已知质量及容积的环刀，切取土样，使土样的体积与容积一致，这样环刀的容积即为土的体积；称量后，减去环刀的质量就得土的质量,然后计算得土的密度。

实验步骤 1.测定环刀的质量与体积环刀的体积v已知为60cm3,经过电子天平测量环刀的质量m1。

2.切取土样用修土刀将土样削成略大于环刀的土柱；然后将环刀清理干净，内壁涂上凡士林，将环刀刀刃口垂直放到土样上，用竹片垂直向下轻压环刀，直至土样高出环刀为止；先削平环刀一端多余的土，削至与环刀边缘齐平，再将其放置于玻璃片上，然后将环刀另一端多余的土削平至与环刀齐平。

若两面土有脱落，可用切下的碎土将其补平。

3.将环刀外壁擦净，称量环刀和土样的质量m2，准确至0.1克。

4.计算土的密度Vmm12-=ρ注意事项:（1）用环刀取土样时，必须严格按步骤操作； （2）称量前应注意把天平调零，称环刀和土总质量时应把环刀外壁土擦干净。

数据处理 详见附表知识归纳整理实验名称 实验二含水率试验 （烘干法） 实验器材 铝盒2个、电子天平、烘箱、干燥器实验原理及目的 实验目的：测量土的天然含水率实验原理：含水率是指土中水分质量与干干质量之比值。

湿土在温度为100-105℃的长时光烘烤下，土中的水分彻底蒸发，土样减轻的质量与彻底干燥后土样的质量之比值，即为湿土的含水率，以百分数表示。

实验步骤 1.测量湿土的质量先将干净铝盒放在电子天平上称的质量m，然后取15克左右的具代表性的土样放入铝盒内，盖紧盒盖，称量铝盒加湿土的质量m1。

2.烘干土样将装有土样的铝盒打开盒盖后放入烘烤箱内烘约6h以上至恒重。

3.测量干土的质量将烘烤箱里的铝盒取出后冷却8h左右，称量干土加铝盒的质量m2，减去铝盒的质量m，即的干土的质量。

4.计算土的含水率 %100221⨯--=mmmmω求知若饥，虚心若愚。

土力学的八大试验实验一土的含水率试验（一）、试验目的土的含水率指土在105—1100C下烘于恒量时所失去的水的质量和干土质量的百分比值。

土在天然状态下的含水率称为土的天然含水率。

所以，试验的目的：测定土的含水率。

（二）、试验方法适用范围1、烘干法：室内试验的标准方法，一般粘性土都可以采用。

2、酒精燃烧法：适用于快速简易测定细粒土的含水率。

3、比重法：适用于砂类土。

（三）、烘干法试验1、仪器设备①烘箱：采用电热烘箱；②天平：称量200g,分度值0.01g；③其他：干燥器，称量盒。

2、操作步骤（1）取代表性试样，粘性土为15—30g,砂性土、有机质土为 50g,放入质量为m0的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m1，精确至0.01g.（2）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度105——1100C的恒温下烘干。

烘干时间与土的类别及取土数量有关。

粘性土不得少于8小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过10%的土，应将温度控制在65——700C的恒温下烘至恒量。

（3）将烘干后的试样和盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温，称干土加盒质量m2为，精确至0.01g。

3、计算含水率：按下式计算4、要求：（1）计算准确至0.1%；（2）本试验需进行2次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应符合下表规定。

含水率（%）小于1010—40大于400.5 1.0 2.0允许平行差值（%）5、本试验记录格式详见报告实验二土的密度试验（一）、试验目的测定土在天然状态下单位体积的质量。

（二）、试验方法与适用范围一般粘性土，宜采用环刀法易破碎，难以切削的土，可采用蜡封法对于砂土与砂砾土，可用现场的灌砂法或灌水法。

（三）、环刀法的试验1、仪器设备①符合规定要求的环刀；②精度为0.01g的天平；③其他：切土刀，凡士林等。

2、操作步骤（1）测出环刀的容积V，在天平上称环刀质量m1。

（2）取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。

1. 土力学：土力学是研究土体的一门力学。

它以力学和工程地质学为基础，研究土体的应 力，变形，强度，渗流及长期稳定性的一门学科。

2. 地基：承受建筑物，构筑物全部荷载的那一部分天然的或部分人工改造地层。

3. 地基设计时应满足的基本条件：强度，稳定性，安全度，变形。

4. 土：土是由岩石经理物理，化学，生物风化作用以及剥蚀，搬运，沉积作用等交错复杂 的自然环境中所生成的各类沉积物。

5. 土粒：土中的固体颗粒经岩石风化后的碎屑物质，简称土粒。

6. 土是由土粒（固相），土中水（液相）和土中气（气相）所组成的三相物质。

Eg ："冻土”是固体颗粒，液体水，冰，气四相体。

7. 物理风化：由于温度变化，水的膨胀，波浪冲击，地震等引起的物理力使岩体崩解，碎 裂的过程，这种作用使岩体逐渐变成细小的颗粒。

（只改变大小，不改变性质）8. 化学风化：岩体（或岩块，岩屑）与空气，水和各种水溶液相互作用的过程，这种作用 不仅使岩石颗粒变细，更重要的是使岩石成分发生变化，形成大量细微颗粒（黏粒）和 可溶岩类（发生质的变化） 。

9. 残积土：指岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑堆积物。

它的基本特征是颗粒表 面粗糙，多棱角，六分选，天层理，分布在宽广的分水岭地带，变形大，不稳定，属于 不良地质。

10. 坡积土：残积土受重力和暂时性流水（雨水，雪水）的作用，搬运到山坡或坡脚处沉积起来的土坡积颗粒随斜坡自上而下呈现由粗而细的分选性和局部层理。

分布在山脚或山腰平缓部位上部与残积物相连，厚度变化大。

矿物成分宇母岩不同，不稳定，属于不良 地质。

11. 洪积土：残积土和坡积土受洪水冲刷，搬运，在山沟出口处或山前平原沉积下来的土。

随离山由近及远有一定的分选性，近山区颗粒粗大，远山区颗粒细小，密实，颗粒有一 定的磨圆度。

12. 粒度：土粒的大小称为粒度，通常以粒径表示。

13. 粒组：介于一定的粒度范围内的土粒，称为粒组。

14. 颗粒级配：以土中各个粒组的相对含量（各个组粒占总量的百分比）表示土中颗粒大小 及其组成情况。

一、名词解释1.临界荷载：指允许地基产生一定范围塑性变形区所对应的荷载。

（02、07、09、11、13）2.临塑荷载：是指基础边缘地基中刚要出现塑性变形时基底单位面积上所承受的荷载，是相当于地基土中应力状态从压密阶段过度到剪切阶段的界限荷载。

（03、04、05、06、08、10）3.最佳含水量：在一定击实功作用下，土被击实至最大干重度，达到最大压实效果时土样的含水量。

（02-13）4.临界水头梯度：土开始发生流沙现象时的水力梯度。

（02、03、04、06、08、10、11）i cr=5.砂流现象：土体在向上渗流力的作用下，颗粒间有效应力为零，颗粒发生悬浮移动的现象。

（05、07、09、13）6.灵敏度：以原状土的无侧限抗压强度与同一土经过重塑后（完全扰动，含水量不变）的无侧限抗压强度之比。

（02）S t=7.地基土的容许承载力：保证地基稳定的条件下，建筑物基础或者土工建筑物路基的沉降量不超过允许值（考虑一定安全储备后的）的地基承载力。

（03）8.主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力。

（04、10）9.有效应力原理：1 土的有效应力σ′总是等于总应力σ减去孔隙水压力U2 土的有效应力控制了土的变形及强度性质。

（05-13）10.先期固结压力：土层历史上曾经承受的最大固结压力，也就是土体在固结过程中所承受的最大有效应力。

（03）11.正常固结土：土的自重应力（P0）等于土层先期固结压力(Pc)。

也就是说，土自重应力就是该土层历史上受过的最大有效应力。

（ORC=1）（04、07、09、11、13）12.超固结土：土的自重应力小于先期固结压力。

也就是说，该土层历史上受过的最大有效应力大于土自重应力。

(ORC>1)（05、08）13.欠固结土：土层的先期固结压力小于土层的自重应力。

也就是说该土层在自重作用下的固结尚未完成。

(ORC<1)（02、06、10）14.土层的固结度：在某一深度z处，有效应力σzt’与总应力p的比值，也即超静空隙水压力的消散部分与起始超空隙水压力的比值。