土力学与基础工程课程总结

昆明理工大学 土力学与基础工程 学习报告 1

目录 课程基本内容总结

一、土的物理性质及工程分类·························· 2 二、土的渗透性与渗流···································6 三、土中应力和地基沉降计算 ·······························9 四、土的抗剪强度与浅基础的地基承载力·······················13 五、土压力与土坡稳定性································17 六、岩土工程······································19 七、浅基础·······································22 八、桩基础及其他深基础····································24 九、地基处理·······································26 十、特殊土地基·······································28 建筑工程中地基处理方法 1.主要的地基类型············································32 2.常见的地基处理方法·······································32 3.施工时的注意事项和施工要点································34 4.结束语··················································34 2

课程基本内容总结 绪论 土是岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物，是矿物颗粒组成的集合体，多数情况下是由固体颗粒、水和空气组成的三相体。土力学是运用力学知识和土工测试技术，研究土的物理、力学性质，以及土的变形及其强度变化规律的一门学科。土力学、地基和基础是本课程介绍的三部分主要内容。

1 .土的物理性质及工程分类 1.1土的生成和组成 1.1.1岩石的风化是岩石在自然界各种因素和外力的作用下遭到破碎与分解，产生颗粒变小及化学成分改变的现象。通常把风化作用分为物理风化、化学风化、生物分化三类。 1.1.2土的组成：固体颗粒、矿物质、颗粒间孔隙中的水和气体。 1.1.3.土的颗粒级配：土由不同粒组的土颗粒混合在一起所形成，土的性质主要取决于不同粒组的土粒的相对含量。土的颗粒级配就是指大小土粒的搭配情况。 1.1.4粒径级配： 工程上为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）用质量百分数来表示。 确定方法 筛分法：适用于粗粒土(0.075mm≤d≤60mm ) 比重计法:适用于细粒土 (d＜0.075mm) 表述方法：粒径级配累积曲线。 1.1.5级配曲线法： 纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比。 横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）。 3

1.1.6筛分法：用一套孔径不同的筛子（60、40、20、10、5、2、1、0.5、0.25、0.1、0.075mm），按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数。 1.1.7土中的水 土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性土)。 结合水：吸附在土颗粒表面的水。 自由水：电场引力作用范围之外的水。

1.2 土的物理性质指标 1.2.1土的三相体系：即固态相、液态相与气态相，有时是二相的。固体部分（土颗粒）一般由矿物质组成，有时含有机质，其构成土的骨架主体，是最稳定、变化最小的部分。液体部分实际上是化学溶液而不是纯水。三相之间相互作用，固体相一般居主导地位，而且还不同程度地限制水和气体的作用如不同大小土粒与水相互作用，水可呈不同类型。 1.2.2土的密度ρ（土的天然密度） 定义: 单位体积土的质量。

表达式: awswsVVVmmVm 单位: kg/m3 或 g/cm3 4

测定方法：通常用环刀法(内径61.8±0.15mm，高20+0.016mm，体积为60cm3) 。 1.2.3土粒相对密度ds（土粒比重）。 定义:土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比 。

表达式: ssssVmd。 单位: 无量纲 w：4˚C时纯蒸馏水的密度。

s : 土粒的密度，单位体积土粒的质量。 测定方法：通常用比重瓶法。 1.2.4土的含水量ω 定义: 土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示 表达式:

%100%100sssmmmm

m

测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法 1.2.5表示土中孔隙含量的指标——孔隙比e和孔隙率n （1）孔隙比： 土中孔隙体积与固体颗粒体积之比, 无量纲

表达式: svVVe （2）孔隙率(孔隙度)：土中孔隙体积与总体积之比, 用百分数表示 表达式: VVnv(%) 5

（3）关系: een1；nne1 1.3 无黏性土的密实度 1.3.1密实度：单位体积中固体颗粒含量的多少或孔隙含量的多少。

表达式：minmaxmaxeeeeDr 1.3.2. e min: 最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比。 1.3.3. e max: 最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比。

1.4 黏性土的物理性质 1.4.1粘性土的软硬状态——也称稠度状态。稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征。 1.4.2粘性土的界限含水量：同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量。

1.4.3可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征，可塑性的大小用土处在可塑状态时的含水量的变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化范围越大，土的可塑性越好。 1.4.4塑性指数：指液限和塑限的差值（省去%号），即土处在可塑状态的含水量变化范围，用IP表示。塑性指数是粘性土的最基本、最重要的物理指标，其大小取决于吸附结合水的能力，即与土中粘粒含量有关，粘粒含量越高，塑性指数越高（粘土矿物成分、水溶液）。 1.4.5 液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，用IL表示。液性指数表证天然含水量与界限含水量间的相对关系，可塑状态的土的液性指数在0~1 6

之间；液性指数大于1，处于流动状态；液性指数小于0，土处于固态或半固体状态。 1.5 土的压实性： 1.5.1土的压实性是指用重复性的冲击动荷载可将土压密的性质。土的压密程度用干密度来表示，它与土的含水率和击实功关系密切。 1.5.2揭示压实作用下压实功与土的干密度、含水率三者之间的关系和基本规律，从而确定适合工程需要的填土的干密度与相应的含水率，以及为达到相应击实标准所需要的最小压实功。

1.6 土的工程分类：根据有机质的含量把土分成有机土和无机土两大类。无机土中，再根据土中各粒组的相对含量把土再分为：巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土。

2.的渗透性与渗流 2.1 达西定律：896年，法国学者达西（Darcy,H.）根据砂土渗透实验（图3-2），发现水的渗透速度与水力坡降成正比，即达西定律： v—渗透速度； h—水头差 （m）； L—渗径（m）； k—土的渗透系数（m/s）。

2.2 土的渗透系数 2.2.1在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透，时间t内流出的水量 7

表达式：AtLhkkiAtqtQ ；hAtQLk 2.2.2渗透系数及测定方法 （1）土的渗透系数可用室内渗透试验和现场抽水试验来确定。 （2）室内渗透试验分为：常水头试验和变水头试验两种，前者适用于透水性强的无粘性土，后者适用于透水性弱的粘性土。 2.2.3影响渗透系数的因数 （1）土粒大小与级配：细粒含量愈多，土的渗透性愈小。 （2）土的密实度：同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。 （3）水的动力粘滞系数：动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。 （4）土中封闭气体含量：土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。

2.3有效应力原理 2.3.1．方程式：σ =σ′+μ 式中:σ为平面上法向总应力, kPa；σ′为平面上有效法向应力, kPa； μ为孔隙水压力, kPa。 2.3.2.有效应力原理阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力—应变关系上的 8

重大区别,有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系:当总应力保持不变时,孔隙水压力与有效应力可以相互转化,即:有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。

2.4 二维渗流和流网简介 2.4.1一维渗流，可用达西定律进行渗流计算；而边界复杂围堰、堤坝等工程的渗流问题就不能用一维渗流的公式来求解。因此引入了多维渗流方程。 （1）二维渗流方程的适用条件：稳定渗流，即渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间而改变。

（2）二维渗流方程 ①各向异性土， ；②各向同性的均质土 2.4.2流网定义：平面稳定渗流基本微分方程的解可以用渗流区平面内两簇相互正交的曲线来表示。其中一簇为流线，它代表水流的流动路径，另一簇为等势线，在任一条等势线上，各点的测压水位或总水头都在同一水平线上。工程上把这种等势线簇和流线簇交织成的网格图形。 2.4.3流网特性： ①流线与等势线两两正交。 ②对均匀土而言，在流网网格中，网格的长度z与宽度6之比通常取定值，一般取1.0，使方格网成为曲边正方形。 ③两相邻等势线间的水头差相等。 ④任意两相邻流线间的单位渗流量相等。相邻流线间的渗流区域称槽，每一流槽的单位渗流量与该流槽的等势线水头差h、渗透系数k有关，与流槽位置无关。 2.4.4.流网的工程应用：正确绘制流网后，可用其计算各点的水力梯度、渗透速度、渗流区的孔隙水压力，供稳定分析和渗流控制设计之用。

2.5 渗透力与渗透稳定性 2.5.1渗透力——渗透水流施加于单位土粒上的力。