土力学与地基基础 2、土中水的运动规律

科目代码：J0102 科目名称：土质学与土力学

一、考试要求

要求了解、熟悉、掌握土力学中土的物理性质、地基的应力、变形，强度和地基承载力的主要概念和基本知识、基本原理及常用的计算方法。要求能根据上部结构的具体情况，应用土力学的原理及有关技术规范，进行各类基础的设计与地基处理；掌握几项基本的土工试验方法与技能，并具有一定的解决工程实际问题的初步能力。

二、考试内容

绪论

了解：1. 土力学的研究对象、内容及土的形成

2．土力学的内容、特点、任务及研究方法

3．本课程与专业的关系

4．土力学的发展简史

掌握：绪论中应掌握土的生成过程，土的特征，认识土是自然历史的产物，它的性质与成因有关，还应掌握本课程的任务及特点。通过本课程发展简况及一些工程实例的介绍，能够正确认识本课程在道路专业方向、桥梁专业方向、交通工程专业方向等的重要性。学习时，要掌握土力学的基本原理，做到理论联系实际，减少盲目性。

（一）、土的物理性质及土的工程分类

了解：1．土的三相组成

矿物成分与有机质；土中水；土中气体。

2．土的粒度成分

粒组和粒度成分概念；粒度成分的划分方法和表示方法（表格法，累积曲线法，三角坐标法）；粒度成分分析法（比重计法）。 3.土的结构与构造

土的结构与构造的含义及各种结构与构造的形成、特点。

4.土的物理性质指标

三相比例指标的概念；三相比例指标的换算。

5.土的物理状态指标

评价砂土密实度的指标(相对密度、标准贯入击数)；粘性土稠度状态指标。

6．土的工程分类

地基土和路基土分类原则和方法;细粒土的分类(按粒度成分，按塑性指数，按塑性图)。

掌握：着重掌握土的各组成部分的性质及它们在数量比例上的关系，提供评价土的物理性质和物理状态的基本指标，了解土的工程分类的原则和方法。

（二）粘性土的物理化学性质

了解： 键力的基本概念； 粘土矿物颗粒的结晶结构和基本特性；

粘土颗粒与水的相互作用；土的工程性质的变化机理。

名师整理 精华知识点

一、绪论

1.1 土力学、地基及基础的概念

1. 土：土是连续、坚固的岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积而形成的散粒堆积物。

2. 地基：地基是指支撑基础的土体或岩体。（地基由地层构成，但地层不一定是地基，地基是受土木工程影响的地层）

3. 基础：基础是指墙、柱地面下的延伸扩大部分，其作用是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。（基础可以分为浅基础和深基础）

4. 持力层：持力层是指埋置基础，直接支撑基础的土层。

5. 下卧层：下卧层是指卧在持力层下方的土层。（软弱下卧层的强度远远小于持力层的强度）。

6. 基础工程：地基与基础是建筑物的根本，统称为基础工程。

7. 土的工程性质：土的散粒性、渗透性、压缩性、整体强度（连接强度）弱。

8. 地基与基础设计必须满足的条件：①强度条件（按承载力极限状态设计）：即结构传来的荷载不超过结构的承载能力 pf；②变形条件：按正常使用极限状态设计，即控制基础沉降的范围使之不超过地基变形的允许值 s

二、土的性质及工程分类

2.1 概述

土的三相组成：土体一般由固相（固体颗粒）、液相（土中水）、气相（气体）三部分组成，简称为三相体系。

2.2 土的三相组成及土的结构

（一）土的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机质。矿物颗粒的成分有两大类：（1）原生矿物：即岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等。（2）次生矿物：系原生矿物经化学风化作用后而形成的新的矿物（如名师整理 精华知识点

粘土矿物）。它们的颗粒细小，呈片状，是粘性土固相的主要成分。次生矿物中粘性矿物对土的工程性质影响最大 —— 亲水性。

粘土矿物主要包括：高岭石、蒙脱石、伊利石。蒙脱石,它的晶胞是由两层硅氧晶片之间的夹一层铝氢氧晶片所组成称为2:1型结构单位层或三层型晶胞。它的亲水性特强工程性质差。伊利石它的工程性质介于蒙脱石与高岭石之间。高岭石，它是由一层硅氧晶片和一层铝氢氧晶片组成的晶胞，属于1:1型结构单位层或者两层。它的亲水性、膨胀性和收缩性均小于伊利石，更小于蒙脱石，遇水稳定，工程性质好。

一.饱和土体的有效应力原理：作用于饱和土体内某截面上总的正应力S由两部分组成：一部分为孔隙水压力U，它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，其中由孔隙水自重引起的称为静水压力，由附加应力引起的称为超静孔隙水压力（孔隙水压力）；另一部分为有效应力S’，它作用于土的骨架（土颗粒）上，其中由土粒自重引起的即为土的自重应力，由附加应力引起的称为附加有效应力。饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下：（1）任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和；（2）土的强度的变化和变形只取决于土中有效应力的变化。

2 . 试比较朗肯土压力理论与库伦土压力理论的异同点与优缺点。

答：相同点：都要求挡土墙的移动是以使墙后填土的剪力达到抗剪强度（极限状态下）土压力．都利用莫尔－库仑强度理论；不同点：朗垦理论是根据土体中各点处于平衡状态的应力条件直接求墙背上各点的土压力．要求墙背光滑，填土表面水平，计算结果偏大．而库仑理论是根据墙背与滑动面间的楔块型处于极限平衡状态的静力平衡条件求总土压力．墙背可以倾斜，粗糙填土表面可倾斜，计算结果主动压力满足要求，而被动压力误差较大．朗肯理论是考虑墙后填土每点破坏，达极限状态；库仑理论则考虑滑动土体的刚体的极限平衡；

(朗肯土压力理论优点：公式简单，易用；缺点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况不适用；

库伦土压力理论优点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况适用；缺点：不便考虑粘性土的情况；

3. 何谓主动土压力、静止土压力和被动土压力？在哪些实际工程中可能迁涉到上述不同的土压力？答： 当挡土墙为刚性不动时，土体处于静止状态不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的土压力，称为静止土压力。

1 2、（1）、土的颗粒级配曲线：横坐标：土的粒径（mm），为对数坐标；纵坐标：小于某粒径的土粒质量百分数（%），常数指标。

（2）、.由曲线的形态可评定土颗粒大小的均匀程度。曲线平缓则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。

3、工程中用不均匀系数CU和曲率系数CC来反映土颗粒级配的不均匀程度

CU=d60/d10 ;CC=(d30)2/(d10×d60)

d60------小于某粒径的土粒质量占土总质量60%的粒径，称限定粒径；

d10-------小于某粒径的土粒质量占土总质量10%的粒径，称有效粒径；

d30-------小于某粒径的土粒质量占土总质量30%的粒径，称中值粒径。

2.2.2土中水和气

1．土中液态水分为结合水和自由水两大类。

2.土中气体：粗颗粒中常见与大气相连通的空气，它对土的工程性质影响不大；在细颗粒中则存在与大气隔绝的封闭气泡，使土在外力作用下压缩性提高，透水性降低，对土的工程性质影响较大。

2.2.3土的结构和构造

1土的构造最主要特征就是成层性，即层理构造。

2.3土的物理性质指标（都很重要，建议整节复习，不赘述）会做P19例2.1

2.4无黏性土的密实度

1、影响砂、卵石等无黏性土工程性质的主要因素是密实度。

2、相对密实度（1）Dr=(emax-e)/(emax-emin)

e天然空隙比；emax最大空隙比（土处于最松散状态的e）；emin最小空隙比（土处于最紧密状态的e）（2）相对密实度的值介于0—1之间，值越大，表示越密实。

2.5.2黏性土的塑性指数和液性指数

1、（1）塑性指数Ip= wL -wp (wL:液限； wp塑限)

（2）、塑性指数习惯上用不带“%”的百分数表示。

（3）、Ip越大，表明土的颗粒越细，土的黏粒或亲水矿物（如蒙脱石）含量越高，土处在可塑状态的含水量变化范围就越大。（判断题）