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土力学

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土是矿物或岩石碎屑构成的松软集合体。

土力学是利用力学的一般原理，研究土的物理、化学和力学性质及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学。

地基 支承基础的土体或岩体

天然地基 未经人工处理就可以满足设计要求的地基

地基与基础设计满足的三个条件1作用于地基上的荷载效应（基地压应力）不得超过地基容许承载力或地基承载力特征值，保证建筑物不因地基承载力不足造成整体破坏或影响正常使用，具有足够防止整体破坏的安全储备2基础沉降不得超过地基变形容许值，保证建筑物不因地基变形而损坏或影响其正常使用3挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备

1925年美国太沙基发表了第一本《土力学》专著

曲率系数和不均匀系数

工程上对土的级配是否良好判断：1对于级配连续的土 级配良好 级配不良

2对于级配不连续的土，需同时满足 和 两个条件时才为级配良好，反之则级配不良

强结合水紧靠土粒表面，其性质接近于固体，不能传递静水压力

土结构 单粒结构 蜂窝结构 絮凝结构

土的三个基本实验指标 1土的天然密度2土的含水量3土粒的相对密度

环刀法测定土的密度适用于黏性土

判断无黏性土密实度最简便的方法是用孔隙比e来描述，但由于颗粒的形状和级配孔隙比有着极大的影响，而孔隙比e未能考虑级配的因素，因此在工程上常引入相对密实度

相对密实度实验适用于透水性良好的无黏性土

标准贯入试验的锤击数N来评价砂类土的密实度根据N可将砂土分为松散、稍密、中密与密室四种密实度。

界限含水量 黏性土从一种状态转变为另一种状态的分界含水量

塑性指数 液限与塑限之差值

液性指数 表征土的天然含水量与分界含水量之间相对关系

黏性土根据液性指数可划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。

土的灵敏度 当土体受到外力扰动作用，其结构遭受破坏时，土的强度降低，压缩性增高，工程上常用灵敏度来衡量黏性土结构性对强度的影响。，

土的触变性 黏性土结构遭到破坏，强度降低，但随时间发展土体强度恢复的胶体化学性质

达西定律表达式（黏性土和非黏性土）

土的渗透速度与水力梯度的关系（P24）

影响土渗透的主要因素

影响砂性土渗透性的主要因素是颗粒大小、级配、密度以及土中封闭气泡

影响黏性土渗透性的主要因素是土的矿物成分、结合水膜厚度、土的结构构造以及土中气体

流网 由流线和等势线所组成的曲线正交网格

静水作用在水中物体上的力称为静水压力

渗流力 流动的水对单位体积土骨架作用的力，称为动水力，该力是水流对土体施加的体积力（单位）也称渗流力 流砂 当动水力的数值等于或大于土的浮重度时（即向上的动水力克服了土粒向下的重力时）土体发生浮起而随水流动，这种现象称为流砂或流土

管涌 当地下水流动的水力坡降i很大时，水流由层流变为紊流，此时渗流力将土体粗粒孔隙中充填的细粒土带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷。

土的压实方法：碾压 夯实 振动

影响填土压实因素

影响击实效果的因素最重要的是含水量 击实功和土的性质

最优含水量 当含水量控制为某一适宜值时，土能得到充分压实，得到土的最大干密度

压实系数 用土的压实度或压实系数来直接控制填方工程质量，压实系数用 表示，定义为工地压实时要求达到的最大干密度 与室内击实实验所得到的最大干密度 之比值即

自重应力 由土体重力引起的应力

附加应力 由于外荷载（如建筑荷载、车辆荷载、土中水的渗流力、地震作用等）的作用，在土中产生的应力模量。

自重应力和附加应力的分布规律

基底压力 在基础底面与地基之间产生接触压力

基底压力分布1柔性基础的刚度很小，就像放在地上的柔软薄膜，在垂直荷载作用下没有抵抗弯曲变形的能力，基础随着地基一起变形，因此，柔性基础接触压力分布与其上部荷载分布情况相同，在中心受压时，为均匀分布。

2刚性基础本身刚度较大，受荷载后基础不出现挠曲变形，由于地基与基础的变形必须协调一致，因此，在调整基底沉降使之趋于均匀的同时，基底压力发生了转移。通常在中心荷载下，基底压力呈马鞍形分布，中间小而边缘大；当基础上的荷载较大时，基础边缘由于应力很大，使土产生塑性变形，边缘应力不在增加，而使中央部分继续增大，基底压力重新分布而呈抛物线形；若作用在基础上的荷载继续增大，接近于地基的破坏荷载时，应力图形又变成中部突出的钟形

基底附加应力 土的自重应力一般不引起地基变形，只有新增的建筑物荷载，即作用于地基表面的附加应力，才是使地基压缩变形的主要原因。

地基附加应力等值线

双层地基中的附加应力 1上软下硬土层 土层中的附加应力值比均质土时有所增大，即存在所谓应力集中现象2上硬下软 当土层出现上硬下软情况时，则往往出现应力扩散现象

有效应力 饱和土中的应力（总应力）为有效应力和孔隙水压力之和，或者说有效应力 等于总应力 减去孔隙水压力

土的压缩性 土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性 1固体土颗粒被压缩2土中水及封闭气体被压缩3水和气体从孔隙中被挤出

压缩量计算P70

评价土体压缩性指标1压缩系数2压缩指数3压缩模量4变形模量

变形模量 指土体在无侧限条件下单轴受压时的应力与应变之比，用符号 表示

分层总和法和规范法计算地基最终沉降量的异同点

超固结比 根据土的先（前）期固结压力 （天然土层在历史上所承受过的最大固结压力）与现有土层自重应力 之比。称为超固结比（OCR）。可把天然土划分为三种固结状态1超固结状态2正常固结状态3欠固结状态 P93

土的抗剪强度表达式分砂土 黏性土

破坏面与大主应力作用面间的夹角

直接剪切仪 优点构造简单 操作简便 造价低，符合某些特定条件 缺点1剪切过程中试样内的剪应变和剪应力分布不均匀2剪切面人为的限制在上下盒的接触面上，而该平面并非是试样抗剪最弱的剪切面3剪切过程中试样面积逐渐减小，且垂直荷载发生偏心，但计算抗剪强度时却按受剪面积不变和剪应力均匀分布计算4不能严格控制排水条件，因而不能量测试样中的孔隙水压力5根据试样被破坏时的法向应力和剪应力，虽可算出大小主应力的数值，但中主应力无法确定

三轴压缩试验的缺点试样制备和试验操作比较复杂，试样中的应力与应变仍然不够均匀 优点1实验中能严格控制试样的排水条件，准确测定试样在剪切过程中孔隙水压力变化，从而可定量获得土中有效应力的变化情况2与直剪试验对比，试样中的应力状态相对的较为明确和均匀，不硬性指定破裂面位置3除抗剪强度指标外，还可测定如土的灵敏度、侧压力系数。孔隙水压力系数等力学指标。

不固结不排水试验试验（UU）固结不排水试验（CU）固结排水试验（CD）三种试验方法的实用范围

UU 地基为透水性差的饱和黏土或排水不良，且建筑物施工速度快。常用于施工期的强度与稳定验算

CU 建筑物竣工后较长时间，突遇荷载增大

CD 地基的透水性较佳和排水条件良好，而建筑物施工速度又较慢

根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，可将土压力分为

1主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为主动土压力，一般用 表示

2被动土压力 当挡土墙在外力作用下，向土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时作用在墙背上的土压力称为被动土压力，一般用 表示

3 静止土压力 当挡土墙静止不动，墙后土体处于弹性平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为静止土压力，用 表示

在相同的墙高和填土条件下，主动土压力小于静止土压力，静止土压力小于被动土压力

主动朗金状态

被动朗金状态

土压力计算的几个应用问题1朗金理论与库仑理论的比较2挡土墙位移大小和方式3土体抗剪强度指标4墙背与填土的外摩擦角

地基的破坏形式 建筑地基在荷载作用下往往由于承载力不足而产生剪切破坏，其破坏形式可分为整体剪切破坏、局部剪切破坏及冲剪破坏

一般紧密的砂土。硬黏性土地基常属于整体剪切破坏。中等密实的砂土地基常发生局部剪切破坏。松软及软土地基常发生冲剪破坏

土坡滑动 土坡在一定范围内整体沿某一滑动面向下和向外滑动而丧失其稳定性。

影响土坡稳定的因素 1土坡作用力发生变化2土坡抗剪强度降低3水压力的作用

简单土坡 指土坡的坡度不变，顶面和底面水平，且土质均匀，无地下水

自然休止角 土坡稳定的极限坡角等于砂土的内摩擦角

黏性土坡稳定性分析的常用方法：1瑞典圆弧法2稳定数法3条分发

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《土力学》复习

《土力学》复习

《土力学》复习

一、填空题

1.地壳中已知矿物有三千多种，常见的有200多种，可以分为 造岩矿物 、造矿矿物和 次生矿物 。

2.科学家将地质年代划分为太古代、远古代、古生代、 中生代 和 新生代 。

3.根据断层两盘相对位移的情况，可以分为下面三种： 正断层 、逆断层和 平移断层 。

4.岩石按风化程度可以划分为：未风化、 微风化 、 弱风化 、强风化和全风化。

5.地震按成因可分为四类： 构造地震 、 火山地震 、陷落地震和人工触发地震。

6.室内测定土的渗透系数的方法常用的有 常水头试验 和变水头试验。

7.达西渗透定律的适用范围主要与渗透水流在土中的流动状态有关，适用于 层流 状态。

8.先期固结压力大于现有土层覆盖自重压力的土称为 超固结土 。

9．库仑所提出的砂土抗剪强度表达式是tanf。

10.粘性土的抗剪强度由两方面因素组成，一部分是 摩擦力 ，二是粘聚力。

11.三轴剪切试验可分为不固结不排水剪、固结不排水剪和固结排水剪三种方法。

(1) 12.竖直荷载作用下地基失稳可分为整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏三种破坏形式。

13.在影响土压力的诸多因素中，墙体位移的 方向 对所产生的土压力性质起着决定作用。

二、单项选择题

1.某矿物呈白色，玻璃光泽，三向完全解理，块状，遇稀盐酸强烈起泡，则该矿物可定名为（ ）

A．角闪石 B．辉石 C．方解石 D．白云母

2.下列岩石中哪一种是岩浆岩？( )

A.花岗岩 B.页岩 C.石灰岩 D.石英岩

3.如果要表示岩层在空间的水平延伸方向，可用的产状要素是（ ）

A．走向 B．倾向 C．倾角 D．斜向

4.岩层层面与水平面交线的方位角，称为岩层的( )

A.倾向 B.产状 C.走向 D.倾角

5.下列关于震级和烈度的叙述，正确的是( )

土力学

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重庆大学网络教育学院土力学参考资料

一、单项选择题（本大题共80分，共 80 小题，每小题 1 分）

1. 对工程会产生不利影响的土的构造为（ ）。

A. 层理构造

B. 结核构造

C. 层面构造

D. 裂隙构造

2. 土的饱和度Sr是指（ ）。

A. 土中水的体积与土粒体积之比

B. 土中水的体积与土的体积之比

C. 土中水的体积与气体体积之比

D. 土中水的体积与孔隙体积之比

3. 在饱和土的排水固结过程中，若外载荷不变，则随着土中有效应力

（ ）。

A. 孔隙水压力u相应的增加；

B. 孔隙水压力u相应的减少

C. 总应力δ相应增加；

D. 总应力δ相应减少

4. 土的液限是指土进入流动状态时的含水率，下述说法哪种是对的？( )

A. 天然土的含水率最大不超过液限

B. 液限一定是天然土的饱和含水率

C. 天然土的含水率可以超过液限，所以液限不一定是天然土的饱和含水率

5. 受水浸湿后，土的结构迅速破坏，强度迅速降低的土是（ ）。

A. 冻土

B. 膨胀土

C. 红粘土 重庆大学网络教育学院

D. 湿陷性黄土

6. 粘性土的塑性指数越大，表示土的（ ）。

A. 含水量w越大

B. 粘粒含量越高

C. 粉粒含量越高

D. 塑限Wp越高

7. 在隔水层中计算土的自重应力 时，存在如下关系（ ）。

A. =静水压力

B. =总应力，且静水压力为零

C. =总应力，但静水压力大于零

D. =总应力—静水压力，且静水压力大于零

8. 下面有关粘性土的叙述正确的是（ ）。

A. 粘性土是指塑性指数小于或等于10的土

B. 粘性土是指塑性指数大于10的土

C. 粘性土是指塑性指数大于17的土

D. 粘性土又称为粘土

9. 发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形（ ）。

A. 坑底隆起

B. 流土

C. 砂沸

D. 流砂

10. 软粘土的灵敏度可用（ ）测定。

A. 直接剪切试验

B. 室内压缩试验

土力学 2

土力学 2

土的特点散体性多相性自然变异性；土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。粒度成分分布曲线：曲线较陡，表示粒径大小差不多，土粒较均匀，级配不良；反之，曲线平缓，表示粒径大小悬殊，土粒不均匀，级配良好。结合水：强结合水、弱结合水；自由水：重力水毛细水。土的结构，单粒结构、蜂窝结构、絮状结构。塑性指数Ip=Wl-Wp液性指数IL=(W-Wp)/Ip,粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。天然稠度是指原状土样测定的液限和天然含水量的差值和塑性指数之比。

土的涨缩性是指粘性土具有吸水膨胀和失水收缩的两种变性特性，膨胀土强度高，压缩性低，不是建筑性能好的地基土。土的湿陷性是指土在自重压力作用下或者附加压力综合作用下，结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特征。土的冻胀性是指土的冻胀和冻融给建筑物或者土工建筑物带来危害的变形特性。

土体具有被液体透过的性质称为土的渗透性或者叫透水性。三个问题：渗流量问题渗透破坏问题，渗透控制问题。达西定律适用于层流，一般适用于中细粉砂土，不适用于紊流。

渗透系数实验，常水头法，整个过程水头保持不变适用于透水性大砂土。变水头法适用于渗透吸水小水量小的粘土。影响渗透系数的主要因素：土的粒度成分：越粗越圆越均匀则K越大。土的密实度，土的饱和度，土的结构。水的温度。土的构造，

流网是由流线和等势线所组成的曲线正交网格。等势线是渗流场中时能或者水头的等值线。特征：流线与等势线互相正交，流线与等势线构成的各个网格的长宽比为常数。相邻等势线的水头损失相等。各个流槽的渗流量相等。

渗流引起的渗透破坏：由于渗流力作用，使土体颗粒流失或者局部土体移动，导致土体变形甚至失稳，二是渗流作用，使水压力或者福利发生变化，导致土体或者结构物失稳。

流砂现象：在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮移动的现象。

取决于渗流力的大小，颗粒级配，密度，透水性。防治原则：1减少或者消除水头差。如采取基坑外的井点降水法降低地下水位或者采取水下挖掘。2增长渗流路径，如打板桩。3在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平很渗流力4涂层加固处理，如冻结法，注浆法。

土力学 3

土力学 3

1 第一章 土的物理性质

1 ．土的生成

土的多相性、分布不均匀性的主要原因就是因为其生成的原因和历史不同。总的来说，土是由地壳表层的岩石（完整的）经长期的 变为碎屑，原地堆积或经风力水流等搬运后沉积而形成。与岩石相比，其形成的年代较短，多在一百万年以内，属第四纪沉积。其中：

风化

根据成因不同，土的沉积类型：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖沼积土、海积土、冰川积土、风积土等。此外，还有在特殊环境下形成的特殊土，如沿海的软土、陕甘晋的黄土、黔滇桂的红粘土等。

2 ．土的粒径组成

土的粒径组成及矿物组成是决定土的物理性质的最基本的因素，土的很多物理及工程工程性质都是由它决定的。其中

⑴ 粒组的概念：

各粒组的界限粒径： 200mm ， 20mm ， 2mm ， 0.075mm ， 0.005mm

⑵ 确定各粒组相对含量的方法 —— 颗粒分析试验

试验成果 —— 颗粒级配曲线

⑶ 级配曲线（半对数坐标）

2

图 1-1 级配曲线

由级配曲线，可从以下几方面分析颗粒的级配特点：

曲线的起止范围反映了某土样中颗粒粒径的范围，范围越大，土中颗粒的大小就越不均匀，就越容易成为级配良好的土。定义不均匀系数

（ 1-1 ）

对级配良好的土，要求其 C u ≥ 5 。

② 若级配曲线上的某段较为平缓，则表明该段颗粒含量较少；反之，若较陡，则该段颗粒含量较多。引入曲率系数

（ 1-2 ）

对级配良好的土，要求其 C c = 1~3 。

⑷ 判别土体级配好坏的指标

当同时满足 C u ≥ 5 和 C c = 1~3 时，土的级配良好，否则，级配不良。

3 ．土的矿物成分

（ 1 ） 原生矿物

物理风化产物，化学性质比较稳定，具有较强的水稳性。其中以石英砂粒强度最高，硬度最 3 大，稳定性最好，而云母则最弱。是粗颗粒土的主要成分。

（ 2 ）次生矿物

化学风化的产物，颗粒细小，比表面积大，活性强。其中高岭石、伊利石、蒙脱石这三种 复合的铝－硅酸盐晶体是最重要的次生矿物，具有很强的亲水性（ 蒙脱石 > 伊利石 > 高岭石 ），遇水膨胀 ，失水收缩。