高等土力学

一、土质学知识点：土的来源：土是母岩经过成土作用（风化、搬运、沉积）形成的松散堆积物质。

因此，土是由岩石风化而来的。

另一方面，沉积岩是土经过成岩作用形成的岩石，因此，土和岩石实际上是互为物质来源，在地质历史时期是相互转化的。

岩土循环过程：土-（成岩作用：压密、胶结、结晶）-沉积岩-（变质作用）-变质岩-（融化）-岩浆-（侵入、喷出）-火成岩-（成土作用：风化、侵蚀、搬运）-土。

其中沉积岩和变质岩可直接成土，火成岩可成为变质岩。

成土作用（风化、搬运、沉积）举例：●风化（风力侵蚀）：海蚀风、风蚀城堡、风蚀柱、风蚀蘑菇、风蚀洼地、戈壁滩●搬运：流水侵蚀（V形谷、沟谷、峡谷、瀑布）；冰川侵蚀（角峰、U形谷、峡湾），海浪侵蚀。

●堆积：冰川堆积，风沙堆积，风力堆积（沙漠中，带有大量沙粒的气流，如果遇到灌丛或石块，风沙受阻堆积下来，就形成沙丘。

需利用植被阻滞），流水沉积（山区洪积扇、河口三角洲）。

—————————————土中矿物：原生矿物（母岩中的矿物未经改变留在土体中的矿物叫原生矿物。

主要是性质稳定的石英、长石、云母），次生矿物（土壤形成过程中以及土壤形成以后生成的新的无机矿物。

传统指次生粘土矿物：高岭石、伊利石、蒙脱石），水溶盐（存在于土壤孔隙水中的可溶性盐），有机质（存在于土壤中的动植物分解的残骸，彻底分解的有机质称为腐殖质），次生氧化物和难溶盐（存在于土颗粒间起胶结作用的物质，使土的性质随时间变化）。

—————————————土的分类：1.按土堆积的地点与母岩关系分：●残积土（母岩风化后未经搬运而与母岩处于同一地点的土叫残积土）●坡积土（母岩风化后经过重力短距离搬运的土）●运积土（岩石风化后经过搬运作用而存在于与母岩有一定距离的土），运积土按搬运力不同分为洪积土、冰渍土、冲积土、风积土；2.按土的沉积环境分：残积土、动水沉积土（坡积土，洪积土，冲积土）、静水沉积土（湖相沉积土，海相沉积土）、风积土、冰渍土。

参考书目《高等土力学》李广信第1章土工实验及测试一、简述土工实验的目的和意义。

1）揭示土的一般或特有的物理力学性质。

2）针对具体土样的实验，揭示区域性土、特殊土、人工复合土的物理力学性质。

3）拟定理论计算和工程设计的参数。

4）验证理论计算的对的性及实用性。

5）原位测试、原型监测直接为土木工程服务，也是分析和实现信息化施工的手段。

第2章土的本构关系★二、广义讲，什么是土的本构关系？与其他金属材料比，它有什么变形特性（应力应变特性）？（2.3节）P51土的本构关系广义上讲是指反映土的力学性状的数学表达式，表达形似一般为应力-应变-强度-时间的关系。

与金属材料相比，土的变形特性包含：①土应力应变的非线性。

由于土由碎散的固体颗粒组成，土的宏观变形重要不是由土颗粒自身变形，而是由于颗粒间位置的变化。

这样在不同的应力水平下由相同应力增量引起的应变增量就不会相同，即表现出非线性。

②土的剪胀性。

由于土石由碎散颗粒组成的，在各向等压或等比压缩时，孔隙总是减少的，从而可发生较大的体积压缩，这种体积压缩大部分死不可恢复的，剪应力会引起土塑性体积变形，这叫剪胀性，另一方面，球应力又会产生剪应变，这种交叉的，或者耦合的效应，在其他材料中很少见。

③土体变形的弹塑性。

在加载后再卸载到本来的应力状态时，土一般不会完全恢复到本来的应变状态，其中有一部分变形是可以恢复的，部分应变式不可恢复的塑性应变，并且后者往往占很大的比例。

④土应力应变的各向异性和土的结构性。

不仅存在原生的由于土结的各向构异性带来的变形各向异性，并且对于各向受力不同时，也会产生心的变形和各向异性。

⑤土的流变性。

土的变形有时会表现出随时间变化的特性，即流变性。

与土的流变特性有关的现象只要是土的蠕变和应力松弛。

影响土的应力应变关系的应力条件重要有应力水平，应力途径和应力历史。

★三、何为土的剪胀性，产生剪胀的因素？P52(2.3.2)土体由于剪应力引起的体积变化称为剪胀性，广义的剪胀性指剪切引起的体积变化，既涉及体胀，也涉及体缩，但后者常被称为“剪缩”。

一、名词解释 1、固结：根据有效应力原理，在外荷载不变的条件下，随着土中超静孔隙水压力的消散，有效应力将增加，土体将被不断压缩，直至达到稳定，这一过程称为~。

单向固结：土体单向受压，孔隙水单向渗流的条件下发生的固结。

2、固结度：在某一荷载作用下，经过时间t后土体固结过程完成的程度。

3、平均固结度：在某一荷载作用下，经过时间t后所产生的固结变形量与该土层固结完成时最终固结变形量之比称为~。

4、固结系数：反映土的固结特性，孔压消散的快慢，与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比，(1)vvwkeCaγ+=⋅ 5、加工硬化（应变硬化）：正常固结粘土和松砂的应力随应变增加而增加，但增加速率越来越慢，最后趋于稳定。

6、加工硬化定律（理论）：计算一个给定的应力增量引起的塑性应变大小的准则。

7、加工软化（应变软化）：在密砂和超固结土的试验曲线中，应力一般是开始时随应变增加而增加，达到一个峰值后，应力随应变增大而减小，最后趋于稳定。

8、压硬性：土的变形模量随围压增加而提高的现象。

9、剪胀性：由剪应力引起的体积变化，实质上是由于剪应力引起的土颗粒间相互位置的变化，使其排列发生变化，加大颗粒间的孔隙，从而体积发生了变化。

10、屈服准则：可以用来弹塑性材料被施加应力增量后是加载还是卸载或是中性变载，即是否发生变形的准则。

屈服准则用几何方法来表示即为屈服面（轨迹）。

11、流动准则：在塑性理论中，用于确定塑性应变增量的方向或塑性应变增量张量的各个分量间的比例关系的准则，也叫做正交定律。

塑性势面g与屈服面f重合（g=f），称为相适应的~；如果gf≠，即为不相适应流动规则。

12、物态边界面：正常固结粘土'p，'q和v三个变量间存在着唯一性关系，所以在 ''pqv−−三维空间上形成一个曲面称为~，它是以等压固结线NCL和临界状态线CSL为边界的。

13、临界状态线：初始等向压缩曲线由于偏应力的增加，土体中剪应力增加，孔隙比改变，AB曲线在三维空间坐标系中脱离原水平面e-p向上方移动，达到破坏时，对应的空间曲线叫~。

第一章绪论一、土力学的研究对象土土体土：天然的地质材料。

岩石：经过风化、搬运/迁移、沉积变成了土。

土是第四纪沉积物，由岩石碎块、矿物颗粒、粘土矿物组成的松散集合体。

土的基本性质：非均质，不连续，各相异性，抗拉强度低，（tension weak）松散性，孔隙性，多相性，在渗流压力下的破碎性，力学压缩性，渗透性。

土力学的研究内容：1、土的工程特性。

2、土工建筑物的变形固结和稳定性。

学科特点：综合性强、经验性强、地区性强（区域土、特殊土）。

土质学是从地质学的角度出发研究土的组成成分、成因、变形机理、强度及其相互关系，并以求能进一步改善土质。

土力学是从工程力学的角度，通过实验来建立物理方程和分析工程特性，即，由控制方程得到土体的应力分布、变形及稳定性。

土力学发展简史沈珠江先生指出现代土力学应该由一个模型、三个理论和四个分支组成，一个模型是指土的本构模型；三个理论是指非饱和土固结理论、液化破坏理论和逐渐破坏理论；四个分支是指理论土力学、计算土力学、试验土力学和应用土力学。

液化破坏理论：动态液化、静态液化、稳定状态稳态强度。

二、土的变形与强度特性1、一般连续介质材料的变形特征（1）、弹性线性弹性、非线性弹性，所谓弹性就是说卸载后没有残余变形，加卸载都是同一路径即沿原曲线回到原点。

弹性的特点：①、加卸载同径，无残余变形 ②、应力应变一一对应③、线弹性时叠加原理成立 ④、与应力路径及应力历史无关σ=E ε；τ=G τ；γ=E/2(1+μ)。

σij p (平面应力) εV (体积应变) εijq (广义剪应力)γ(剪切应变)由上图知：对于弹性材料，剪应力与体积应变无关，而正应力与剪切应变也无关；即平面应力p 于广义剪应变γ无关，广义剪应力q 与体积应变εV 无关。

三向应力状态下的广义胡克定律为：εX = ［σX — γ ( σY +σZ )］/E γxy = τXY /G 体积变形模量（Bulk Modulus ）：m v vpK σεε==, 3m v m K K σεε==。

高等土力学高等土力学是土木工程领域的一个重要分支，主要研究土壤的力学性质及其在土木工程中的应用。

土力学研究的对象是土壤的物理力学性质和土体在外力作用下的变形和破坏规律，帮助工程师能够正确地选择土壤基础和岩土工程结构设计，确保工程的安全性和可靠性。

土力学基本概念土壤是由固体颗粒、水和空气构成的多相体系，力学性质和结构会随着固体颗粒的类型、粒径和颗粒之间的相互作用、含水量等因素而变化。

土力学研究的基本概念包括以下几个方面：1. 土体力学性质土体的力学性质是指土壤在外力作用下的变形和破坏规律。

它包括土体的弹性性质、塑性性质、强度性质以及变形性质等。

土体在受到外力作用时，会发生弹性、塑性、粘塑性和黏塑性等不同类型的变形，并且会有一定的变形极限和破坏极限。

2. 土体结构土体的结构是指土壤颗粒之间的空隙状态和排列规律。

土壤颗粒之间的接触状态和排列规律会影响土体的力学性质和水力性质。

土体的结构包括颗粒间接触状况、颗粒间的连通性以及孔隙分布和孔隙比等参数。

不同的土体结构对于土体的刚度、渗透性和稳定性会产生重要影响。

3. 土体水力性质土体的水力性质是指土壤中水分的分布和运动规律。

水分含量对土壤的力学性质和稳定状态有重要影响。

土体中的水分可以分为吸附水、毛细水和重力水等不同形式。

高等土力学的应用高等土力学的研究结果将直接应用于土木工程中，确保工程的安全性和可靠性。

以下是高等土力学在工程实践中的一些应用：1. 土壤基础设计土壤基础是土木工程中的重要组成部分，包括建筑物、桥梁、道路等的基础和地基。

通过对土壤岩石的力学性质、结构和水力性质的研究，高等土力学可以对土壤基础进行设计和优化，确保基础的稳定性和承载能力。

2. 土壤侧向力设计土体在侧向力作用下会发生变形和破坏，特别是在边坡、挡墙和隧道施工等工程中。

高等土力学可以通过研究土体的强度性质和侧向变形规律，提供给工程师合理设计和施工，确保工程的稳定性和安全性。

3. 地基处理和加固在某些情况下，土壤的承载力和稳定性不足以满足工程的要求。

高等土力学
高等土力学是一门深入研究和探讨土力学相关理论的学科，主要包括以下几个方面的内容：
1．土的基本性质：包括土的组成、土的分类和土的物理性质等。

这一部分内容主要涉及土的颗粒级配、孔隙性、含水性、密度、温度和湿度等特性，以及这些性质对土的力学行为的影响。

2．土的力学性质：主要研究土在力作用下的应力-应变关系、强度和稳定性等。

包括土的应力-应变理论、土的强度理论、土的稳定性分析等。

3．土与结构物的相互作用：主要研究土与建筑物、道路和管道等结构物的相互作用，包括土压力、地基承载力和沉降等。

这一部分内容主要关注如何保证结构物的安全和正常使用，同时减少对周围土体的影响。

4．土的渗流：主要研究土中水流的运动规律和影响因素，包括渗透规律、渗透系数、渗透力等。

这一部分内容主要关注如何控制和利用土中的水流，例如在水利工程中的水库建设和运营中。

5．土的动力性质：主要研究土在动力荷载下的力学行为，包括地震、车辆荷载等对土的影响。

这一部分内容主要关注如何评估和预测土在动力荷载下的响应和稳定性。

6．土工试验与数值模拟：主要研究土工试验的原理和方法，以及数值模拟技术在土力学中的应用。

这一部分内容主要涉及对土的性质和行为的实验测定，以及对复杂工程问题的数值模拟和分析。

以上是高等土力学的主要内容，通过学习高等土力学，可以深入了解土的力学行为和工程应用，为解决实际工程问题提供理论依据和技术支持。

高等土力学复习要点——土的性质高等土力学是土力学的进一步深化和发展，主要研究土的性质和力学特性。

土的性质是指土的组成、结构、化学性质等方面的性质，对于研究土的力学行为和工程应用具有重要意义。

以下是高等土力学复习要点之一：土的性质。

1.组成和结构：土是由颗粒状固体颗粒和间隙水等组成的多相体系。

颗粒可以分为黏土颗粒、粉砂颗粒和砂粒等，颗粒的形状、大小和组成对土的性质和力学特性有重要影响。

土的结构可以分为砂土结构、黏土结构和松散土结构等，不同结构有不同的力学特性。

2.含水量和干密度：土的含水量是指土中所含水分的质量与干土质量的比值。

土的干密度是指土的干湿状态下单位体积的质量。

含水量和干密度是土的基本物理性质，对土的抗剪强度、固结性质和渗透性等有影响。

3.粒度分布：土的粒度分布是指不同颗粒大小的土颗粒在土体中的分布情况。

粒度分布对土的工程性质和渗透性等有很大影响，常用粒度分布曲线来描述土的粒度分布特征。

4.粘聚力和内摩擦角：粘聚力是指土颗粒之间的黏结力，其大小取决于土颗粒的粒度、形状和颗粒间的水膜等因素。

内摩擦角是指土体在应力作用下发生剪切破坏时粒间摩擦力与正应力之间的关系。

粘聚力和内摩擦角是土的基本力学性质，对土的稳定性、承载力和变形特性有重要影响。

5.渗透性：土的渗透性是指水分在土中传导的能力，是土体的物理性质之一、渗透性与土的孔隙结构、颗粒大小和排水路径等因素有关，影响土的排水性能和固结性质。

6.压缩性和固结性：土的压缩性是指土在受到外界荷载作用下发生体积变形的能力。

土的固结性是指土颗粒之间的排列变得更加紧密，导致土的体积减小。

土的压缩性和固结性对于工程填土的沉降和变形控制具有重要意义。

7.剪切特性和强度特性：土的剪切特性是指土体在受到剪切应力作用下的变形和破坏特性。

土的强度特性是指土体抵抗外界应力作用下发生破坏的能力。

剪切特性和强度特性是土体力学性质的重要表征，对于土的稳定性和承载力有重要影响。

1.土力学的研究内容？高等土力学与土力学相比，研究内容有哪些不同？答：（1）土力学是研究土的物理化学和伦理学性质及其工程应用的学科。

土力学的主要研究内容必须包括以下几个方面：①土的成因、结构、物质组成与相互作用；②土体的应力变形规律；③土体的强度及其稳定性分析；④水在土中的运动及对土应力变形和强度、稳定的影响；⑤采用各种可能的测试方法和手段研究土的物理力学性质；⑥应用土力学的基本原理研究新方法、新工艺、新材料并解决实际工程问题。

（2）高等土力学是相对初等土力学而言的，是建立在已有土力学理论与应用成果基础之上的课程，强调的是全面和深化对土性质的理论研究和应用研究；高等土力学研究的广度和深度较初等土力学来说要大得多；高等土力学将更全面的以更宽广的视角、更深层次、应用多学科交叉的理论和方法对土的性质进行研究，解决更复杂的工程问题，因而从某种意义上讲也是发展中的土力学。

2.高等土力学理论研究与发展三步曲？高等土力学研究四环节？土力学研究四分支？答：（1）三步曲：试验研究或工程调研，理论上的假设、归纳和抽象，模型验证和工程模拟，三者相互依存相互促进。

（2）四环节：理论研究、试验研究、计算方法、工程应用研究。

（3）四分支：理论土力学、实验土力学、计算土力学、应用土力学。

第2章土的生成与基本性质1. 按沉积条件，沉积土分为哪些类型？如何用符号表示（Q al ,Q pl , Q l , Q dl，Q m，Q gl等等）？沉积环境和土的工程性质有哪些典型特性？常常有不规则交错层理构造的土？答：（1）按沉积条件，沉积土分为：坡积土、洪积土、山区河谷冲积土、平原河谷冲积土、湖相沉积土、三角洲沉积土、海相沉积土等。

（2）Q al：冲积土Q pl：洪积土Q l：湖积土Q dl：坡积土Q m：海相土Q gl：冰川沉积土（3）残积土土体颗粒未被磨圆和分选，没有层理构造，土体孔隙较大，均质性也较差；黄土组成以粉粒为主，具有肉眼可见的大孔隙，结构强度较高，压缩性较小；冲积土土粒磨圆磨细，具层理构造；坡积土搬运作用很短，土质不均匀，厚度变化大，尤其新近堆积的坡积土，土质疏松，压缩性高；洪积土土质不均匀，常常有不规则交错层理构造。