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。

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==。

高等土力学在“三高”公路即将竣工之际，交通部科技司组织编写了《“三高”公路用土力学》这本书。

《土力学》是交通土建专业的一门主干专业课，是研究土的物理力学性质及其应用的学科。

该书系统地介绍了土的基本性质、土的物理性质试验方法、土的渗透性试验、土中应力测定、压缩性试验和地基承载力试验、土的动力特性及地基变形和稳定分析、土坡稳定性分析和土的抗剪强度等，其目的在于使学生全面地、完整地掌握土力学的基本概念、基本理论、基本计算方法，培养他们对土力学问题的综合分析能力。

高等土力学的特点是： 1、它们从土的基本性质出发，采用普遍适用的物理力学理论和实验方法，以近代的观点来看待问题； 2、研究土体的各向异性，进行非饱和土的变形和渗流特征的研究；应当指出的是：这种统一的概念的形成不仅有赖于教师的讲授，而且也取决于学生自己认真的读书和思考。

学习过程应当包括两个阶段：第一阶段（高等土力学课程总学时为64学时）是全面了解本课程的性质、任务，掌握本课程的基本内容，了解国内外的研究现状和发展趋势，明确学习目的和要求。

重点放在理论联系实际方面，使学生初步了解到这门课程所涉及的基础理论和基本计算方法，同时进行这门课程所需要的试验方法的训练。

3。

第二阶段（包括必修环节）是以上一阶段的学习为基础，结合专业课的讲授和课程设计，对土力学的基本理论和方法进行较深入的学习和研究。

最后在进行毕业设计和撰写毕业论文时，能把所学的知识加以综合，运用于具体的问题中去。

这样，才能真正达到本课程所要求的目标。

只要熟练掌握了上述知识，就可以提高我们分析土力学问题的能力。

但是更重要的是，还要注意运用这些基本理论解决实际工作中的土力学问题。

下面我们以一个小的例子来说明高等土力学的重要性。

如果我们每个人都能够遵守交通部制订的有关“三高”公路的规范，那么一定会减少对土体强度和变形的计算错误。

而在施工的过程中由于采用了新技术，这些计算出来的数据又直接影响着路基的质量。

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。

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。

高等土力学高等土力学土力学是固体力学的一个重要分支学科，研究土体受力、变形、稳定和断裂等问题，对于土木、水利、矿业、建筑、冶金、交通、能源等领域具有非常重要的应用价值。

高等土力学是土力学的进一步深化和拓展，旨在揭示土体行为的基本机理与规律，并将其应用于土工工程的设计与施工中。

一、土体的物理力学特性土体是一种非常复杂的多相材料，具有以下几个特征：1、多孔性：土体内部的空隙很多，其中包含了空气和水，土体中包括空气、水和固体三种相，因此土体的性质具有一定的变异性。

2、均质性：土体是由许多微观细小的粒子组成的，粒子之间没有明显的结构和规律，因此具有均质性。

3、存在粒度分布和排列：土体中各种粒度的颗粒分布不均匀，且排列方式不同，因此土体的物理性质会受到粒度分布和排列方式的影响。

4、可塑性强：由于土体微观结构的特殊性质，使得土体在受到外部作用力时，可以发生形变而不破裂，因此土体具有一定的可塑性。

基于以上这些特点，我们可以进行土体的物理力学性质的研究，其中包括土体的物理化学性质、力学性质、流动性质、耦合性质等。

二、土体的力学特性1、应力-应变关系应力-应变关系是研究土体力学特性最基本的一个问题。

土体受到外部作用力后，会发生应变状态，这种应变状态可以被分为弹性应变和塑性应变。

其中弹性应变是一种恢复性变形，随着外力的消失，它会消失。

而塑性应变是一种永久性变形，即在改变外部应力状态的情况下，它不会消失。

需要注意的是，土体的应力-应变关系是非线性的，存在极限的应力和应变，当超过了这个范围后，土体会发生破坏。

2、孔隙水压和渗透性由于土体是多孔介质，其中包含了孔隙水和固体颗粒，因此导致土体独特的水文力学性质。

土体内部的孔隙水会受到地下水的压力影响，产生水压。

当土体的孔隙水压升高时，它会改变土体的应力状态和应变状态。

另一方面，由于水分子的特殊性质，使得土体的渗透性是与孔径大小、孔隙分布和分布方式等因素相关的。

这些因素将影响土体内部的流体介质的运动。

一、影响土的强度因素影响土强度的因素很多，土的抗剪强度及其影响因素的关系可以定性地用以下公式表示τf=f(e,ψ,C,σ’,c,H,T,ε,ε’,S)其中e为土的孔隙比，C为土的组成，H为应力历史，T为温度，ε和ε’分别为应变和应变率，S为土的结构，c和ψ分别为粘聚力和内摩擦角。

可分为两大类：内部因素（物理性质），外部因素（外界条件主要是应力应变条件）。

1、内部因素（1）影响土强度的一般物理性质：①颗粒矿物成分的影响。

不同矿物之间的滑动摩擦角是不同的②粗粒土颗粒的几何性质，当孔隙比相同及级配相似时，一方面大尺寸颗粒具有较强的咬合能力，可能增加土的剪胀，从而提高强度；另一方面，在单位体积中大尺寸颗粒间接触点少，接触点上应力加大，颗粒更容易破裂，从而减少剪胀，降低土的强度。

③土的组成的其他因素。

粗粒土的级配对于抗剪强度有较大影响，级配较好的砂，咬合作用也比较强，另一方面，单位体积中颗粒接触点多，接触应力小，颗粒破碎少，剪胀量加大，所以抗剪强度高④土的状态。

砂土的孔隙比和相对密度可能是影响其强度的最重要因素。

孔隙比小或者相对密度大的砂土有较高的抗剪强度。

孔隙比对黏土的影响通常变现为其应力历史的影响。

⑤土的结构。

土的结构对土的抗剪强度有很大影响，有时对于某些粘性土如区域土或特殊土，可以说是控制因素。

原状土的结构性使其强度高于重塑土或扰动土。

⑥剪切带的存在对土强度的影响。

剪切带处局部孔隙比很大，并且有很强烈的颗粒定向作用。

剪切带的生成会使土的强度降低。

（2）孔隙比与砂土抗剪强度的关系------临界孔隙比随着孔隙比减小，砂土的ψ将明显提高。

松砂与密砂在试验中的应力应变关系也有很大区别，松砂的应力应变曲线是应变硬化的，剪缩，孔隙比减小；密砂的应力应变曲线是应变软化的，剪胀，e增加。

两个式样加载到最后，其e接近相同，都达到临界孔隙比еcr，еcr是指在三轴试验加载过程中，轴向应力差几乎不变，轴向应变连续增加，最终式样体积几乎不变时的e。

残积土（Qel）：岩石经风化作用后残留在原地的碎屑堆积物。

特性取决于母岩性质，矿物成份与母岩相差不大。

界限不明显未经搬运，土体颗粒未被磨圆和分选，无层理构造，土体孔隙较大，均质性较差。

坡积土（Qdl）：风化物经雨水、雪水冲刷侵蚀、携带，沉积在较平缓的山坡上形成的沉积物。

土质不均匀，厚度变化大。

冲积土（Qal）：由水流搬运堆积形成的土，发育在河流泛滥地或河漫滩地冲积物土的一种非地带性泛域土。

洪积土（Qpl）：由山区洪流搬运而堆积的碎屑土。

常具不规则交错层理构造，如夹层、透镜体等。

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~。

主固结（渗透固结）：饱和粘性土在侧限条件下受压后，孔隙水逐渐排出，孔隙水压力逐渐消散至零，有效应力相应增加，这种由孔隙水的渗透引起的压缩过程称主固结。

次固结（一维流变）：在侧限压缩条件下，由于土的流变性而发生的压缩。

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。

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。

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。

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， k(1+e0)/(rwav)。

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。

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。

压硬性：土的变形模量随着围压提高而提高的现象。

剪胀性：因剪应力引起的土体体积的膨胀或收缩的特性屈服：当应力达到某一状态时材料发生了不可恢复的塑形变形。

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。