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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==。
土力学与地基基础总结土力学与地基基础总结土力学与地基基础总结一第1章绪论1、基本概念土力学：是用力学的观点研究土各种性能一门科学地基：直接承受建筑物荷载的那一部分土层基础：将上部结构的荷载传递到地基中的结构的一部分，通常称为下部结构持力层：直接与基础地面接触的土层下卧层：地基内持力层下面的土层软弱下卧层：地基承载力低于持力层的下卧层天然地基：未经人工处理就可满足设计要求的地基人工地基：地层承载力不能满足设计要求，需进行加固处理的地基基础埋深：从设计地面（一般从室外地面）到基础底面的垂直距离浅基础：埋深小于5m,只需挖槽、排水等普通施工程序即可建造的基础深基础：借助于特殊施工方法建造的基础。
如桩基、墩基、沉井和地下连续墙2、地基与基础设计的基本条件（1）作用于地基上的荷载效应不得超过地基容许承载力值。
（2）基础沉降不得超过地基变形容许值。
（3）具有足够防止失稳破坏的安全储备。
第2章土的物理性质和工程分类1、土的结构：（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮状结构2、土的构造（1）层状构造；（2）分散构造；（3）裂隙构造（4）结核状构造3、土的工程特性（1）压缩性高；（2）强度低；（3）透水性大4、土的颗粒级配（1）土的粒径： d60 —控制粒径d10 —有效粒径d30 —中值粒径（3）连续程度:Cc = d302 / (d60 ×d10 ) —曲率系数5、土的物理性质（1）土的物理性质指标1）土的密度、有效密度、饱和密度、干密度土的重度、有效重度、饱和重度、干重度2）土粒的比重3）土的饱和度4）土的含水量5）土的孔隙比和空隙率（2）无粘性土的密实度：Dremaxeemaxemin（3）粘性土的物理性质：（4）液性指数和塑性指数IpLpILpLp（5）粘性土的灵敏度（6）粘性土的触变性饱和粘性土受到扰动后，结构产生破坏，土的强度降低。
当扰动停止后，土的强度随时间又会逐渐恢复的现象，称为触变性。
现代远程教育《土力学及地基基础》课程学习指导书作者：刘忠玉第一章 绪论（一）本章学习目标1．理解地基基础的概念、地基与基础设计必须满足的基本条件（二）本章重点、要点地基基础的概念（三）本章练习题或思考题：1．名词解释：基础、浅基础、深基础、天然地基、人工地基2．简答题：地基基础设计必须满足的基本条件是什么？第二章 土的性质及工程分类（一）本章学习目标1．理解土的三相组成及土的结构，土的渗流规律，土的压实原理2．熟练掌握土的物理力学性质指标，无粘性土和粘性土的物理性质3．学会渗透力与渗透破坏4．能运用土的工程分类（二）本章重点、要点土的物理力学性质指标，无粘性土和粘性土的物理性质，土的工程分类（三）本章练习题或思考题：1．名词解释：粒组、颗粒级配、不均匀系数、曲率系数、结合水、自由水、重度、密度、比重、含水量、干密度、饱和度、孔隙比、孔隙率、饱和度、有效重度、砂土的相对密实度、界限含水量、塑性指数、液性指数、灵敏度、触变性、渗透系数、流砂、管涌、渗流力、临界水头梯度、最优含水量、压实系数、砂土液化、碎石土、粉土、粘性土、淤泥、淤泥质土2．填空：1）__________是指粒径大于0.075mm 的颗粒含量不超过全重50%，且塑性指数小于或等于10的土。
2）省去%号后的液限和塑限的差值称为 。
3）土的结构一般分为单粒结构、蜂窝结构和 。
4）红粘土的液限一般大于 。
5）一基坑底地层产生自下向上的竖直渗流，已知水力梯度为i ，土的饱和重度为sat γ，水的重度为w γ，那么产生流砂的临界条件为sat γ= 。
6）小于某粒径的土粒质量占土总质量10%的粒径，称为 。
7）通常根据 的大小将细砂、粉砂等土划分为稍湿、很湿和饱和三种状态。
8）当液性指数 时，土体处于流塑状态。
3．单项选择题：1）当粘性土中含有较多哪种类型的水时，土具有一定的可塑性？ （ ）A ．强结合水B ．弱结合水C ．毛细水D ．重力水2）在实验室中测定土试样含水量时，常采用 （ ）A ．烘干法B ．比重瓶法C ．环刀法D ．直剪法3）当含水量发生变化时，粘性土的指标将发生变化的是 （ ）A ．液限B ．塑限C ．塑性指数D ．液性指数4）不能反映无粘性土密实度的指标是 （ ）A ．孔隙比eB ．土粒相对密度d sC ．标准贯入试验的锤击数 ND ．干密度d ρ5）假定某土样中，土粒的体积1=s V ，含水量为w ，土粒相对密度为s d ，水的密度为w ρ，孔隙比为e ，则土样的总质量m 为 （ ）A ．w s d ρB ．w s d w ρ)1(+C ．1+eD ．e6）以下土样的液性指数L I 均为0.25，其中属于粘土的是 （ ）A ．w =35%，%30P =wB ．w =30%，%5.26P =wC ．w =25%，%22P =wD ．w =35%，%33P =w7）细砂层中，两点的水头差为0.4m ，渗流长度为20m ， 测得平均渗流速度为mm/s 1013-⨯，则渗透系数为 （ ）A ．mm/s 1024-⨯B ． mm/s 1023-⨯C ．mm/s 1014-⨯D ．mm/s 1052-⨯8）如果土样A 的不均匀系数比土样B 的小，则 （ ）A ．土样A 比土样B 易于压实 B ．土样A 的颗粒比土样B 均匀C ．土样A 的颗粒级配曲线比土样B 平缓D ．土样A 的压缩性比土样B 要高4．多项选择题：1）土中水的下列类型中属于自由水的包括 （ ）A ．强结合水B ．弱结合水C ．重力水D ．固态水E ．毛细水2）塑性指数I p 大于10的土包括 （ ）A ．碎石土B ．粉土C ．粘土D ．粉质粘土E ．砂土3）土粒粒组的界限粒径包括 （ ）A ．200mmB ．20mmC ．2mmD ．0.075mmE ．0.005mm4）淤泥质土的特点是 （ ）A ．在静水或缓慢的流水环境中沉积B ．天然含水量大于液限C ．一般处于流塑状态D ．天然孔隙比在1~1.5之间E ．天然孔隙比大于1.55）流砂产生的必要条件有 （ ）A ．渗流自下而上B ．渗流自上而下C ．动水力大于土的有效重度D ．水头梯度小于0.5E ．细砂、粉砂或粉土地基6）下列三相比例指标中，可由试验直接测定的是 （ ）A ．孔隙比B ．密度C ．土粒相对密度D ．含水量E ．饱和度5．简答题：1）土中水分哪几类？对土的工程性质各有什么影响？2）如何从土的颗粒级配曲线形态上、不均匀系数及曲率系数数值上评价土的工程性质？3）说明土的天然重度、饱和重度、有效重度和干重度的物理概念和相互关系。
绪论一、土质学与土力学的研究对象与方法土力学是一门研究与土的工程问题有关的学科，它既是工程力学的一个分支学科，又是土木工程学科的一部分。
岩土工程是一项根据工程地质学、岩体力学和土力学的理论、观点和方法，解决土木工程的工业与民用结构、水利、交通运输系统的固定结构、环境保护与卫生等工程项目中关于岩、土体的利用、整治或改造，并为工程建设项目的实现而服务的系统性科学。
岩土工程问题所涉及的工程范围非常广泛，而在工业与民用建筑中，大量的是与土体的利用和处理有关的地基基础设计与施工问题，对这些问题的解决都是以土力学为理论基础的。
土是由不同成因的岩石在风化作用（物理风化、化学风化和生物风化）后经重力、流水、冰川和风力等搬运、沉积而成的自然历史产物。
土的工程性质与母岩的成分、风化的性质以及搬运沉积的环境条件有着密切的关系，研究土的工程问题不能不以工程地质学为基础，从宏观的、历史的角度分析各种特殊工程性质的形成机理及其变化的规律。
土是一种特殊的变形体材料，它既服从连续介质力学的一般规律，又有其特殊的应力-应变关系和特殊的强度、变形规律，形成了土力学不同于一般固体力学的分析方法和计算方法。
土力学讨论的内容主要包括土中地下水的流网分析、土中应力计算、沉降计算、固结理论、地基承载力计算、土压力计算和土坡稳定分析等。
这些理论与计算方法都是运用流体力学、弹性理论和塑性理论的基本原理研究土这种特殊性质材料的宏观力学行为所得到的结果，是工程实际中解决地基基础设计与施工技术的基本原理，也是学习基础工程学的必备知识。
二、土质学与土力学的发展历史土质学与土力学是人们在在长期工程实践中形成发展起来的一门学科。
我国劳动人民从远古时代就能利用土石作为地基和建筑材料修筑房屋了。
如西安新石器时代的半坡村遗址，就发现有土台和石础，这就是古代的土力学最早的应用。
我国举世闻名的秦万里长城逾千百年而留存至今。
充分体现了我国古代劳动人民的高超水平。
隋朝石工李春所修建成的赵州石拱桥，造型美观，至今安然无恙。
桥台砌置于密实的粗砂层上，一千三百多年来估计沉降量约几厘米。
现在验算其基底压力约500-600kpa，这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。
根据≤梦溪笔谈≥记载，北宋初著名木工喻皓（公元989年）在建造开封开宝寺木塔时，考虑到当地多西北风，便特意使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜，设想在风力的长期断续作用下可以渐趋复正。
可见在当时的工匠已考虑到建筑物地基的沉降问题了。
而作为本学科理论基础的土力学的发端，始于十八世纪兴起了工业革命的欧洲。
随着资本主义工业化的发展，为了满足向国内外扩张市场的需要，陆上交通进入了所谓铁路时代，因此，最初有关土力学的个别理论多与解决铁路路基问题有关。
1773年，法国的C.A.库伦（Coulomb）根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论。
1869年英国的W.G.M.朗肯（Rankine）又从不同角度提出了挡土墙土压力理论。
1885年法国J.布辛奈斯克（Boussinesq）求得了弹性半无限空间在竖向集中力作用下的应力和变形的Boussinesq解。
1922年瑞典W.费兰纽斯（Fellenius）为解决铁路塌方问题提出了土坡稳定分析法。
1925年美国K.太沙基（Terzaghi）归纳发展了以往的理论，发表了《土力学》一书，他被认为是土力学的奠基人。
从1936年在美国召开的第一届国际土力学与基础工程会议起，土质土力学方面的国际学术交流日益活跃。
世界各地包括中国在内的许多国家也都交流和总结了本学科新的研究成果和实践经验，促进了该学科的发展。
时至今日，伴随着工程建设事业突飞猛进的发展，土质土力学围绕从宏观到微观结构、本构关系与强度理论、物理模拟与数值模拟、测试与监测技术、土质改良等方面取得了长足进展。
电子技术的应用为这门学科注入了新的活力，实现了测试技术的自动化和理论分析的准确性，标志着本学科进入一个新的时期。
三、土质学与土力学课程的特点如前所述，土力学是为岩土工程服务的一门学科。
而影响岩土工程的因素众多，工程地质、水文地质、环境、气象、施工，以及其它人为的和时间的因素都能影响岩土工程的成败，这就是岩土工程的不确定性。
而作为岩土工程原始依据的勘测资料具有局限性，由于土层的复杂性和取样的不连续性、小土样和原位土层的差异、土样扰动的影响、试验条件与实际工程情况的区别等等，即便最认真细致的勘测也可能存在偏差。
此外，准确分析和利用勘测资料也不是容易的事。
而设计参数的误差往往导致结论的大偏差，其影响甚至超过计算方法的选择。
太沙基（Terzaghi，1959）在给法国人洛西埃（Lossier，1958）写的《土力学的信心危机》一文的答复中指出了土力学的特点：土力学具有“科学性”和“艺术性”的双重特性，即土力学不是一门“精确”的科学，与其说它接近桥梁工程或机械工程，不如说更接近医学。
对于医学，“临床经验”是十分重要的。
或者说土力学是工程实践中的一个工具，但不是象计算尺、计算机那样按指示书使用就行的工具，而是象地球物理勘探那样需要长时间实践才有把握掌握的工具。
派克（Peck，1969）总结了土力学中的“观察法”，可表述为：在有足够（但不一定很详细）的勘测资料的基础上，根据地质知识对土层的最可能性状和最不利条件下的可能偏差作出评价，并据此作出简化假设和进行设计。
在设计中应确定需要在施工过程中实施观察的量（如沉降、孔隙水压力等），并且按简化假设预估这些量的数值（包括在最不利情况下的相应数值）是多少，同时考虑最不利情况发生时如何选择补救措施或改变设计。
最后在施工中观察那些量，并对观察结果作出评价，必要时修改设计，以适应现场的实际情况。
派克指出，观察法的局限性在于只能用于在施工过程中有可能修改设计的场合，有时还可能会延长工期。
但是观察法是有利于降低造价和避免灾害的。
派克提倡的观察法，就是现在所说的“动态设计”概念。
雷生第斯（Resendiz，1979）又对过分依赖观察法，过分强调从理论上找到普遍性规律的困难及危险提出自己的看法。
他认为同其它学科一样，要在土力学领域内作出理论上的概括，需要四个过程：1）识别过程，即从原型观察的个别事例来识别哪些是有意义的（有效的）变量。
2）归纳过程，即把有关的变量归纳成最少数量的独立变量，这要求舍弃一些无关的、次要的变量，在许多情况下要用到量纲分析。
3）模拟过程，即探求从归纳过程得到的诸独立变量之间的关系式。
4）验证过程，即把以上求得量之间的关系式同现场事例比较。
其中模拟过程可以有模型试验、数学分析两种经典方法和计算机数值分析方法。
从以上阐述中可以看出，土力学学者都非常重视理论和实践两个方面，他们在某一篇文章中强调其中一方面是因为当时工程界具有忽视另一方面的倾向。
太沙基关于“科学性”和“艺术性”的论述精辟地反映了土力学的特点：一方面，土力学有严密的科学性，在工程实践中决不能违反土力学的基本原理，否则会导致工程的失败和酿成重大事故；另一方面，土力学又非常强调实践经验，强调地区特点，这是保证工程完美的基础。
一方面，需要先进的数学力学知识和计算机技术，以便更快捷、更精确地解决复杂岩土工程问题；另一方面，计算模型、计算参数的选择和计算结果的分析还是需要丰富的经验，也不能否定传统方法在工程中所起的作用。
这些认识，无论是在土力学课题的研究中，岩土工程的设计或施工中，还是在土力学课程的学习中，都是非常重要的。
四、土质学与土力学的学习基本要求由于问题的复杂性，许多土力学的计算理论和公式是在作出某些假设和忽略某些因素的前提下建立的，如土中应力计算、土的压缩变形与地基固结沉降计算方法、土的抗剪强度理论等。
一方面，我们应当了解这些理论难以模拟、概括地基土各种力学性状全貌的不完善之处，注意这些理论在工程实际使用中的适用条件。
另一方面，这些理论和公式仍然是我们目前解决工程实际问题的理论依据，它们在长期的工程实践中发挥着无可替代的作用，并且在不断取得完善与发展。
因此，我们学习土力学就应该全面掌握这些基本理论，并学会将它们应用到合适的工程实际中。
本课程中的计算公式较多，要求学员掌握公式的来源、意义和应用，但对公式的推导或方程的建立过程，只要求作一般性了解即可。
解决岩土工程问题的关键步骤之一是计算指标和参数的确定，即土的工程性质指标的测定。
土的工程性质指标包括物理性质指标和力学性质指标两类。
物理指标是指用于定量描述土的组成、土的干湿、疏密与软硬程度的指标；力学性质指标主要是用于定量描述土的变形规律、强度规律和渗透规律的指标。
通常只有通过试验才能得出土的工程性质指标，测定这些指标的试验方法包括室内试验和原位测试两类，它们各有其特点和适用条件。
学习土力学的理论知识的同时必须重视学习与学握这些指标的试验测定方法，了解这些指标的适用条件，对主要的试验指标，应掌握其土工试验的操作方法与数据整理方法。
四、本课程的学习要求本教材的内容以经典土力学为主，在学习本课程时，要求：（1）了解土的基本物理力学性质和土的分类，以及这些性质与土的组成和结构的关系。
（2）必须牢固掌握土力学的基本原理和理论。
强度理论、有效应力原理、渗透理论、固结理论、土压力理论等是其中主要的一些理论，需要理解它们的本质概念。
（3）掌握主要的计算方法，例如三相指标的换算、强度计算、变形计算、土压力计算、边坡稳定计算等，了解它们在工程实践中的应用，这是学习后续的专业课程如《基础工程》、《地基处理》等的基础。
（4）掌握基本的土力学实验方法和成果分析，了解原位测试技术的应用。
（5）更重要的是如前所述，掌握土力学的学科特点和分析方法，能真正地把这门课的知识用于解决实际问题。
相信在教师和学生的共同努力下，本教材会成为大家学习专业课程和解决岩土工程问题的有效工具。
第1章土的物理性质及其工程分类§1.1土的三相组成自然界的土是由岩石经风化、搬运、堆积而形成的。
因此，母岩成分、风化性质、搬运过程和堆积的环境是影响土的组成的主要因素，而土的组成又是决定地基土工程性质的基础。
土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，通常称为土的三相组成，随着三相物质的质量和体积的比例不同，土的性质也就不同。
1.1.1土的固相土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质，称为土粒。
对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。
1.1.2土的液相土的液相是指存在于孔隙中的水。
通常认为水是中性的，在零度时冻结，但实际上土中的水是一种成分非常复杂的电解水溶液，它和亲水性的矿物颗粒表面有着复杂的物理化学作用。
按照水与土相互作用程度的强弱，可将土中水分为结合水和自由水两大类。
结合水是指处于土颗粒表面水膜中的水，受到表面引力的控制而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。
