高等土力学

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”。

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.简述强度折减法的原理及分析过程抗剪强度折减系数法的理论2．1抗剪强度折减系数法的概念抗剪强度折减系数(SSRF：Shear Strength Reduction Factor)定义为：在外荷载保持不变的情况下，边坡内土体所发挥的最大抗剪强度与外荷载在边坡内所产生的实际剪应力之比。

这里定义的抗剪强度折减系数，与极限平衡分析中所定义的土坡稳定安全系数在本质上是一致的。

2．2抗剪强度折减系数法的具体内容折减系数sF的初始值取得足够小，以保证开始时是一个近乎弹性的问题。

然后不断增加sF的值，折减后的抗剪强度指标逐步减小，直到某一个折减抗剪强度下整个土坡发生失稳，那么在发生整体失稳之前的那个折减系数值，即土体的实际抗剪强度指标与发生虚拟破坏时折减强度指标的比值，就是这个土坡的稳定安全系数。

2．3抗剪强度折减系数法的优点结合有限差分法的抗剪强度折减系数法较传统的方法具有如下优点：（1）能够对具有复杂地貌、地质的边坡进行计算；（2）考虑了土体的本构关系，以及变形对应力的影响；（3）能够模拟土坡的边坡过程及其滑移面形状（通常由剪应变增量或者位移增量确定滑移面的形状和位置）；（4）能够模拟土体与支护结构（超前支护、土钉、面层等）的共同作用；（5）求解安全系数时，可以不需要假定滑移面的形状，也无需进行条分。

2.简述确定土体临界失稳模式最优化方法的数学模型及其分析过程3.结合塑性力学上限定理，简述斜条分法作为土体稳定上限解的理论依据4.如何理解垂直条分法作为土体稳定分析的下限解5.边坡稳定、土压力和地基承载力的联系和区别？P323-324什么是加工硬化？什么是加工软化？金属材料在再结晶温度以下塑性变形时，由于晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，使金属的强度和硬度升高，塑性和韧性降低的现象，称加工硬化或冷作硬化。

岩土中什么是压硬性？剪胀性？压硬性随着压缩过程的进行，岩土的压缩模量逐步提高的现象，如应力应变曲线逐步变缓，就是压硬性的表现。

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。

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。

高等土力学课件剑桥模型1.本文档介绍了高等土力学课程中的剑桥模型，该模型被广泛应用于土壤力学的研究和工程实践中。

剑桥模型以其简洁的理论基础和良好的实用性而闻名，并成为土壤的力学性质分析和设计的重要工具之一。

2. 剑桥模型的基本原理剑桥模型是一种多相介质力学理论，将土壤看作是由固相颗粒和孔隙水组成的两相介质。

通过假设土壤中颗粒和孔隙水之间的相互作用可以简化为线性弹性关系，剑桥模型建立了土壤力学的基本方程。

剑桥模型中的基本假设包括：•颗粒之间的相互作用力满足胡克定律；•孔隙水的流动满足达西定律；•土壤是各向同性的。

基于这些假设，剑桥模型可以通过求解弹性力学方程和流体力学方程来分析土壤的力学性质。

具体而言，剑桥模型可以用来计算土壤的应力、应变和孔隙水压力等参数。

3. 剑桥模型的应用剑桥模型在土力学领域具有广泛的应用，以下列举了其中几个常见的应用领域：3.1 地基基础工程剑桥模型可以用来分析地基基础的稳定性和承载力。

通过计算土壤的应力分布和变形情况，可以评估地基基础的安全性，并指导设计和加固工程。

3.2 土壤侧压问题在土木工程中，土体对结构的侧向施压是一个重要的问题。

剑桥模型可以用来分析土体的侧向力学特性，解决土体侧压引起的结构变形和破坏问题。

3.3 地下水位变化分析地下水位变化对土体力学性质有着重要影响。

剑桥模型可以用来模拟地下水位变化引起的孔隙水压力变化，从而评估土壤的稳定性和水力特性。

3.4 土石坡稳定性分析土石坡的稳定性分析是土力学工程中的重要问题。

剑桥模型可以用来计算土石坡的应力分布和变形情况，评估土石坡的稳定性，并指导加固和防护措施的设计。

4.高等土力学课件剑桥模型是一种基于多相介质力学理论的土壤力学分析模型。

该模型以其简洁的理论基础和广泛的应用领域而受到广泛关注和应用。

通过剑桥模型，我们可以更准确地分析土壤的力学性质，提高土力学工程设计的准确性和可靠性。

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。