土力学与基础工程-第七章填土的力学性质.

土力学与基础工程
土力学与基础工程是一门研究岩石、土壤以及土-结构物系统结构性能和反应研究的重要
领域。

它有助于更好地了解岩土体和基础的性质、变形、破坏机制，并将其有效地应用于工程设计和施工管理控制中。

土力学的研究应用于土木、城市道路、桥梁、港口、绿化等
基础工程中。

早期的土力学研究更多的是以试验的形式进行，通过物理试验室试验研究岩土的物理性质，进而通过实验数据推导岩土构件的变形及破坏机制，并以此利于工程设计和施工管理控制。

现阶段，土力学研究不断突破试验界限，结合计算机建立仿真实验，既具有直观性又具有可靠性，通过模拟和数据库，使现代工程建设工作能更好地获取到材料土木施工中的变形
和破坏特性。

土力学被广泛应用于基础工程的性能设计、分析、施工实施和整体维修中，不仅能大大提
高工程施工和检测的质量，而且能实现从技术上节约资源，提高工程安全性等。

总之，土
力学与基础工程是一种极具前景的技术，具有广阔的应用前景。

土力学与基础工程复习重点第一章绪论（1）地基：支承基础的土体或岩体。

（2）天然地基：未经人工处理就可以满足设计要求的地基。

（3）人工地基：若地基软弱、承载力不能满足设计要求，则需对地基进行加固处理。

（4）基础：将结构承受的各重作用传递到地基上的结构组成部分.第二章土的性质及工程分类（1）土体的三相体系：土体一般由固相(固体颗粒）、液相（土中水）和气相（气体）三部分组成.（2）粒度：土粒的大小。

（3）界限粒径：划分粒组的分界尺寸。

（4）颗粒级配：土中所含各粒组的相对量，以土粒总重的百分数表示。

（5）土的颗粒级配曲线。

（6）土中的水和气（p9)（7）工程中常用不均匀系数和曲率系数来反映土颗粒级配的不均匀程度.不均匀系数反映了大小不同粒组的分布情况，曲率系数描述了级配曲线分布整体形态。

工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断：1.对于级配连续的土：，级配良好：，级配良好。

2.对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状（见图2.5曲线C），采用单一指标难以全面有效地判断土的级配好坏，同时需满足和两个条件时,才为级配良好,反之则级配不良。

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。

对于粒径大于0.075mm的粗粒土，可用筛分法。

对于粒径小于0。

075mm的细粒土，则可用沉降分析法（水分法）。

（7）土的物理性质指标三个基本实验指标1.土的天然密度土单位体积的质量称为土的密度(单位为），即。

（2。

10）2.土的含水量土中的水的质量与土粒质量之比（用百分数表示）称为土的含水量，即。

（2。

11）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，称为土粒相对密度，即（2。

12）反映土单位体积质量（或重力）的指标1.土的干密度土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度,并以表示：。

（2。

13)2.土的饱和密度土孔隙中充满水的单位体积质量,称为土的饱和密度，即，（2。

14）式中为水的密度，近似取3.土的有效密度(或浮密度）在地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后，即为单位土体积中土粒的有效质量，称为土的有效密度，即。

第7章土的抗剪强度一、简答题1. 土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数，也就是土的强度指标，为什么？【答】土的抗剪强度可表达为，称为抗剪强度指标，抗剪强度指标实质上就是抗剪强度参数。

2. 同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的，为什么？【答】对于同一种土，抗剪强度指标与试验方法以及实验条件都有关系，不同的试验方法以及实验条件所测得的抗剪强度指标是不同。

3. 何谓土的极限平衡条件？粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同？4. 为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面？如何确定剪切破坏面与小主应力作用方向夹角？【答】因为在剪应力最大的平面上，虽然剪应力最大，但是它小于该面上的抗剪强度，所以该面上不会发生剪切破坏。

剪切破坏面与小主应力作用方向夹角5. 试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同？并指出直剪试验土样的大主应力方向。

【答】直剪试验土样的应力状态：；三轴试验土样的应力状态：。

直剪试验土样的大主应力作用方向与水平面夹角为900。

6. 试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。

7. 根据孔隙压力系数A、B的物理意义，说明三轴UU和CU试验中求A、B两系数的区别。

【答】孔隙压力系数A为在偏应力增量作用下孔隙压力系数，孔隙压力系数B为在各向应力相等条件下的孔隙压力系数，即土体在等向压缩应力状态时单位围压增量所引起的孔隙压力增量。

三轴试验中，先将土样饱和，此时B=1，在UU试验中，总孔隙压力增量为：；在CU试验中，由于试样在作用下固结稳定，故，于是总孔隙压力增量为：8. 同钢材、混凝土等建筑材料相比，土的抗剪强度有何特点？同一种土其强度值是否为一个定值？为什么？答】（1）土的抗剪强度不是常数；（2）同一种土的强度值不是一个定值；（3）土的抗剪强度与剪切滑动面上的法向应力相关，随着的增大而提高。

9. 影响土的抗剪强度的因素有哪些？【答】（1）土的基本性质，即土的组成、土的状态和土的结构，这些性质又与它的形成环境和应力历史等因素有关；（2）当前所处的应力状态；（3）试验中仪器的种类和试验方法；（4）试样的不均一、试验误差、甚至整理资料的方法等都会影响试验的结果。

《土力学与基础工程试卷库》一、填空题：绪论1、土是的产物，是矿物颗粒的松散集合体。

答：岩石风化2、公路桥涵设计采用的作用分为、和。

答：永久作用、可变作用、偶然作用第一章土的物理性质及工程分类1、土一般为三相土，即由、和三部分组成。

答：固体、液体、气体2、若不均匀系数C u≥5，为，若不均与系数C u<5，为。

答：不均匀土、均匀土3、土的结构可分为三种类型，分别为、和。

答：单粒结构、蜂窝结构、絮凝结构4、粘性土在某一含水率时的稀稠程度或软硬程度称为。

答：稠度5、表明粘性土处在可塑状态时的含水率变化的范围，可作为判定土的软硬程度的指标。

答：塑性指数、液性指数第二章土中水的运动规律1、粘性土的达西定律表达式为。

答：v=k(i-i0)2、水透过孔隙流动的现象称为，土可以被水透过的性质称为土的。

答：渗透；渗透性第三章土体中的应力1、当基础对地基的压力一定时，深埋基础可以减小基底附加压力，这种方法在工程上称为。

答：补偿性设计第四章土的压缩性1、土的压缩随时间变化的过程称为土的。

答：固结2、当压缩系数a1-2≥0.5MPa-1时，土为。

答：高压缩性土第五章土的抗剪强度及土坡稳定分析1、土体抵抗剪切破坏的极限能力称为土的。

答：抗剪强度2、砂性土的库仑定律表达式为。

答：τf=σtanφ3、粘性土的库仑定律表达式为。

答：τf=C+σtanφ4、粘性土的抗剪强度由和。

答：摩阻力、粘聚力5、土坡中的一部分土体相对于另一部分土体产生向下滑动，以致丧失原有稳定性的现象称为。

答：滑坡6、土坡稳定安全系数K=。

答：τf/τ7、当β=φ时，K=1，土坡处于极限平衡状态，此时的坡角β称为。

答：自然休止角第七章地基承载力1、实验研究表明地基剪切破坏一般可分为、和。

答：整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲剪破坏2、地基整体剪切破坏可分为、和。

答：弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、破坏阶段第八章天然地基上的浅基础设计1、是指砖、灰土、三合土、毛石、混凝土、毛石混凝土等材料组成的墙下条形或柱下独立基础。

土力学与基础工程参考答案1. 引言土力学是土木工程中非常重要的学科，它研究土体的物理特性和力学行为。

基础工程是土木工程中的一个重要分支，它涉及到建筑物和结构的基础设计和施工。

本文将介绍土力学和基础工程的基本概念，讨论相关的理论和方法，并提供一些参考答案，帮助读者更好地理解和应用这些知识。

2. 土力学基本理论土体是一种复杂的多相材料，它的物理特性和力学行为受到多种因素的影响。

土力学的基本理论提供了一种理解和描述土体行为的框架。

2.1 土体物理性质土体的物理性质包括土粒的颗粒大小分布、孔隙度、含水量等。

这些性质直接影响土体的力学行为。

例如，土粒的大小分布决定了土体的孔隙结构，进而影响了土体的透水性和渗透性。

2.2 应力和应变土体受到外部荷载的作用时会发生变形，这种变形可以通过应力和应变来描述。

应力是单位面积上的力，应变是长度的变化与原始长度的比值。

根据土体的不同行为特点，可以将应力和应变分为弹性、塑性和黏弹性等不同阶段。

2.3 孔隙水压力和饱和度土体中普遍存在着水分，水分对土体的力学行为有很大的影响。

孔隙水压力是指土体中水分的压力，它取决于土体的饱和度和水分的渗透能力。

饱和度是指土体中孔隙空间被水填充的程度。

2.4 土体的力学行为土体在受到外部作用时会发生变形，这种变形可以分为弹性、塑性和流变等。

弹性变形是指土体在外力作用下能够恢复原状的变形，塑性变形是指土体在外力作用下不能恢复原状的变形，流变是指土体在外力作用下发生流动的变形。

3. 基础工程基本理论基础工程是土木工程中的一个重要分支，它涉及到建筑物和结构的基础设计和施工。

基础工程的基本理论包括基础类型、基础设计和基础施工等。

3.1 基础类型常见的基础类型包括浅基础和深基础。

浅基础是指基础底部与地面之间的深度较小的基础，包括承台、独立柱基、隔震基础等。

深基础是指基础底部与地面之间的深度较大的基础，包括桩基、井基等。

3.2 基础设计基础设计是根据建筑物或结构的荷载要求和土壤的力学特性来确定基础的尺寸和形式。

土力学与基础工程课后思考题答案[1]土力学与基础工程课后思考题答案第一章1.什么是地基？基础？将受建筑物影响在土层中产生附加应力和变形所不能忽略的那部分土层称为地基。

将埋入土层一定深度的建筑物下部承受结构称为基础，它位于建筑物上部结构和地基之间，承受上部结构传来的荷载，并将荷载传给下部的地基。

因此，基础起着上承和下传的作用。

2.什么是天然地基？人工地基？未经加固处理直接利用天然土层作为地基的，称为天然地基。

需要对地基进行人工加固处理后才能作为建筑物地基的，称为人工地基。

3.什么是持力层？下卧层？地基是有一定深度和范围的，当地基由两层及两层以上土层组成时，通常将直接与基础底面接触的土层称为持力层。

在地基范围内持力层以下的土层称为下卧层。

4.简述地基与基础设计的基本要求？（1）地基承载力要求：应使地基具有足够的承载力，在荷载作用下地基不发生剪切破坏或失稳。

（2）地基变形要求：不使地基产生过大的沉降和不均匀沉降，保证建筑的正常使用。

（3）基础结构本身应具有足够的强度和刚度，在地基反力作用下不会发生强度破坏，并且具有改善地基沉降与不均匀沉降的能力。

5.什么是浅基础？深基础？基础都有一定的埋置深度，若土质较好，埋深不大（d≤5m),采用一般方法与设备施工的基础，称为浅基础。

如果建筑物荷载较大或下部土层较软弱，需要将基础埋置于较深处（d>5m)的土层上，并需采用特殊的施工方法和机械设备施工的基础，称为深基础。

第二章2.1土由哪几部分组成？土中水分为哪几类？其特征如何？对土的工程性质影响如何？土体一般由固相、液相和气相三部分组成（即土的三相）。

土中水按存在形态分为：液态水、固态水和气态水（液态水分为自由水和结合水，结合水分为强结合水和弱结合水，自由水又分为重力水和毛细水）。

特征：固态水是指存在于颗粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造的水，液态水是人们日常生活中不可缺少的物质，气态水是土中气的一部分。

影响：土中水并非处于静止状态，而是运动着的。

《土力学与地基基础》教案第一章：土的性质与分类1.1 教学目标了解土的组成、物理性质、力学性质及其影响因素。

掌握土的分类方法及其工程意义。

1.2 教学内容土的组成与结构土的物理性质（密度、含水率、粒径分布等）土的力学性质（抗剪强度、压缩性、渗透性等）土的分类（按照粒径、塑性、有机质含量等）1.3 教学方法采用讲授法介绍土的性质与分类的基本概念。

利用图像、案例等方式展示土的组成与结构。

通过实验或现场考察，让学生亲手操作，加深对土的物理性质与力学性质的理解。

1.4 教学活动引入话题：土地与建筑物的基础关系。

讲授土的组成与结构，配合图像与案例。

学生实验：土的密度、含水率、粒径分布等测试。

小组讨论：土的分类方法及其在工程中的应用。

第二章：土的力学性质2.1 教学目标理解土的力学性质及其在土力学分析中的重要性。

学会应用土的抗剪强度、压缩性和渗透性等力学性质进行工程计算。

2.2 教学内容土的抗剪强度（抗剪断强度、抗剪摩尔圆）土的压缩性（压缩系数、压缩模量）土的渗透性（渗透系数、达西定律）2.3 教学方法采用讲解和案例分析相结合的方式，让学生理解土的力学性质。

利用实验数据，讲解土的抗剪强度、压缩性和渗透性的测定方法。

2.4 教学活动复习土的分类，引入土的力学性质的重要性。

讲解土的抗剪强度、压缩性和渗透性的基本概念。

学生实验：土的抗剪强度、压缩性和渗透性的测定。

案例分析：应用土的力学性质进行实际工程问题的计算。

第三章：土压力与支撑力3.1 教学目标理解土压力和支撑力的概念及其在工程中的应用。

学会计算静止土压力、主动土压力和被动土压力。

3.2 教学内容土压力（静止土压力、主动土压力、被动土压力）支撑力（挡土墙、地下墙、支护结构）3.3 教学方法采用讲授法，结合实例讲解土压力和支撑力的概念。

利用公式和计算实例，让学生掌握土压力和支撑力的计算方法。

3.4 教学活动引入土压力和支撑力的概念，讲解其在工程中的应用。

讲解静止土压力、主动土压力和被动土压力的计算方法。

5.（填空题）把粘性十•可分为三种类型: 正常固结土、超固结土、欠固结土。

土的物理性质及工程分类1. 土的三相组成：鯉、宣掘、葩。

2. 土的重度Y: 土单位体积的重量称为土的重度，土的重度用环刀法测定。

对天然土求得的重度称为十•的天然重度,公式为上三业E，公式中W为土的重量，v为土的体枳。

3. 土粒的相对密度Gs：土粒质量与同体积4°C水的重量之比，乂称比重,相对密度为无量纲，表达式为YS九土粒重度,Y w为水的重度,Vs为工粒的体积.土粒相对密度在实验室内用鱼磁遂测定。

4. 土的含水量U）：土中水的重量与土粒重量Z比。

公式为：u）=WwA/VsX100%o 土的含水量常用的测定方法用“烘干法”,湿、干土重量Z差与干土重量Z比就是土的含水量。

、5. 有效重度Y *:扣除浮力土的单位体积所具有的质量。

Y =Ws-Vv Y W/V= Y sat- Y w,Y sat为为土的饱和重度，Y w为水的重度。

6. 土的孔隙比e：土中空隙的体积Vv与土粒体积Vs Z比，公式为e=Vv/VSo7. 流砂：当渗流方向从下至时，动水压力的方向向上，与亜力方向相反，使土粒间的粒间压力减少，一旦向上的动水压力等于或大于土的浮重度时，粒间压力消失，十•粒处于失重状态，土粒将随水流动，这种现象就是流砂现象。

8. 管涌（潜蚀）：当水在十•中渗流时，土中一•些细小颗粒在动水压力作用下，可能通过粗颗粒的孔隙被水带走，并在颗粒Z间形成管状孔隙，这种现彖称为管涌或潜蚀。

第一章土中应力计算I1. （填空题）土体的应力，按引起的原因分为自童应力和够勿应力,按土体竹架和土中孔隙的应力承担作用原理和应力传递方式可分为有拋Z力和孔隙应力。

（这些应力的定义仅作了解，详见课本P.27.）2.（计算题）地基竖向口觅应力：CT cz= Y乙Y : 土的天然重度，KN/m3；乙计算点距地表的深度，m。

课本P.29.例2・1.3. （1）基地压力：基础底面给基础的压力称为基地压力。

第一章 土的物理性质与工程分类（习题答案）习题1-1按规范求出图1-12颗粒级配曲线①、曲线②所示土中各粒组的百分比含量，并分析其颗粒级配情况。

图1-12 习题1-1图解：由图1-12查得曲线①和②小于个界限粒径的含量分别为表一中（2）、（3）栏所示。

（1） 界限粒径d20 5 2 0.5 0.25 0.074 0.002 （2） 小于某粒径的%曲线① 100 99 92 54 25 2 0 （3）曲线②10090774815有表一计算得到各粒组含量的%如表二所示。

习题1-2使用体积60cm 3的环刀切取土样，侧的土样质量为120g ，烘干后的质量为100g ，又经比重试验测得G s ＝2.70，试求①该土的湿密度ρ、湿重度γ、含水率ω和干重度γd ②在1立方米土体中，土颗粒、水与空气所占的体积和质量。

解：（1）3/260120cm g v m ===ρ γ=ρg=2×10=20KN/m 3%20%100100100120%100=⨯-=⨯-=s s m m m ω 3/67.162.01201m KN d =+=+=ωγγ（2）当V=1m 3时（1）粒组20~5 5~2 2~0.5 0.5~0.25 0.25~0.074 0.074~0.002 ≤0.002 （2） 各粒组含量% 曲线① 1 7 38 29 23 2 0 （3） 曲线② 01013293315由kg g V m V g m d s s d 16671010167.163=⨯⨯==⇒=-γγ 由kg m m m m s w sw3.3331667%20%100=⨯==⇒⨯=ωω 3333.010003.333m m V V m w w w w w w ===⇒=ρρ 由3617.010007.21667m G m V V m G w s S S w S s s =⨯==⇒=ρρ V a =V -V s -V w =1-0.617-0.333=0.05m 3习题1-31-3 试按三相草图推证下列两个关系式：（1） eG S s r ω= （2） )1(1n G eG w s w s d -=+=γγγ解：(1)将G s 、ω、e 的定义式代入等式右侧则：右式r vw v w w V m w w v w w v s s w w s s S S V V V V V V V m V V m m V m e G W w=====ρρρω故eG S S r ω=（2）e G G G G V g V V m V g m ws V V w s V V V w s V V w s w s w s s s d svsv s s +=+=====+11γγγγρργ 由上式可知：)1(n G VV V G V V G w s Vw s S w s d -=-==γγγγ 习题1-4某原状土样，测出该土的γ=17.8kN /m 3，ω=25%，G s ＝2.65，试计算该土的干重度γd 、孔隙比e 、饱和重度γsat 、浮重度γ’、和饱和度S r 。

土力学地基基础复习土的物理性质及其工程分类1、粒径级配曲线上：纵坐标为10%所对应的粒径d10称为有效粒径；纵坐标为60%所对应的粒径d60称为限定粒径；d60与d10的比值称为不均匀系数C u，不均匀系数为表示土颗粒组成的重要特征。

当C u很小时曲线很陡，表示土均匀；当C u很大时表示曲线平缓，表示土的级配良好。

2、曲率系数C c为表示土颗粒组成的又一特征，计算方法如下：C c=(d30)2/d10*d60砾石和砂石级配C u≥5且C c=1~3为级配良好；级配不同时满足上述两个要求，则级配不良。

3、结合水：强结合水由粘土表面的电分子力牢固地吸引的水分子紧靠土粒表面，厚度小于0.003微米，这种强结合水的性质与普通水不同，它的性质接近固体不传递静水压力，100度不蒸发，并且具有很大的粘滞性，弹性和抗剪强度。

弱结合水在强结合水外侧，也是由粘土表面的电分子力吸引的水分子，厚度小于0.5微米，弱结合水也不传递静水压力，成粘滞状态，对粘性土的影响最大。

自由水在土粒表面的电场作用以外自由散乱的排列。

它分为重力水、毛细水、气态水、固态水。

4、土的密度为单位体积土的质量，重度为单位体积土所受的重力，其测定方法有环刀法、灌水法。

土粒比重Gs(d s)为土中固体矿物的质量与同体积4度的纯水质量的比值，其测定方法有比重瓶法、经验法。

土的含水率表示土中含水的数量，为土体中水的质量与固体矿物质量的比值，其测定方法有烘箱法。

5、土的空隙比e=孔隙体积/固体颗粒体积。

土的孔隙度n=孔隙体积/土体总体积6、土的饱和度S r=水的体积/孔隙体积，砂土与粉土以饱和度作为湿度划分的标准。

7、土的干密度通常用作填方工程，包括土坝、路基和人工压实地基，土体压实质量控制的标准。

土的饱和密度ρsat=孔隙全部充满水的总质量/土的总体积，土的有效重度γ=γsat-γw48、相对密度D t=（e max-e）/（e max-e min），0~1/3为松散，1/3~2/3为中密，2/3~为密实。