土力学复习知识点整理.doc

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1、土力学复习知识点整理第一章土的物理性质及其工程分类1. 土:岩石经过风化作用后在不同条件下形成的自然历史的产物。物理风化原生矿物（量变）无粘性土风化作用化学风化次生矿物（质变）粘性土生物风化有机质2. 土具有三大特点：碎散性、三相体系、自然变异性。3. 三相体系:固相（固体颗粒）、液相（土中水）、气相（气体）三部分组成。4. 固相:土的固体颗粒，构成土的骨架，其大小形状、矿物成分及组成情况是决定土物理性质的重要因素。（1）土的矿物成分:土的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机质。颗粒矿物成分有两大类:原生矿物、次生矿物。原生矿物:岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母。次生矿物:原生矿物

2、经化学风化作用的新的矿物，如黏土矿物。粘土矿物的主要类型:蒙脱石、伊利石、高岭石（吸水能力逐渐变小）（2）土的粒组:粒度:土粒的大小。粒组:大小、性质相近的土粒合并为一组。（3）土的颗粒级配：土中所含各颗粒的相对含量，以及土粒总重的百分数表示。颗粒级配表示方法:曲线纵坐标表示小于某土粒的累计百分比，横坐标则是用对数值表示的土的粒径。曲线平缓则表示粒径大小相差很大，颗粒不均匀，级配良好；反之，则颗粒均匀，级配不良。反映土颗粒级配的不均匀程度的指标:不均匀系数Cu和曲率系数Cc，用来定量说明天然土颗粒的组成情况。公式:不均匀系数Cu=d60/d10曲率系数Cc=(d30)2/（d60d10）d60

3、小于某粒径的土粒质量占土总质量60的粒径，称限定粒径；d10小于某粒径的土粒质量占土总质量10的粒径，称有效粒径；d30小于某粒径的土粒质量占土总质量30的粒径，称中值粒径。级配是否良好的判断:a.级配连续的土:Cu5，级配良好;Cu5和Cc=13两个条件时，才为级配良好;反之则级配不良。颗粒分析实验:确定各个粒组相对含量的方法。筛分法:（粒径大于0.075mm的粗粒土）水分法:（沉降分析法、密度计法）（粒径小于0.075mm的细粒土）5. 液相:土中水按存在形态分为液态水、固态水、气态水。土中液态水分为结合水和自由水两大类。粘土粒表面吸附水（表面带负电荷）结合水是指受电分子吸引力作用吸附于土

4、粒表面成薄膜状的水。分类:强结合水和弱结合水。自由水是指存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。分类:重力水和毛细水。细粒土的可塑性的本质原因:在于结合水的能力。工程实践中的流砂、管涌、冻胀、渗透固结、渗流时的边坡稳定等问题都与土中水的运动有关。6. 气相:土中气体存在于孔隙中未被水所占据的部位。自由气体:对土的性质影响不大。封闭气体:增大土体的弹性和压缩性。7. 土的结构（内部特征）三种基本类型单粒结构:是粗粒土的主要结构形式。（砂粒）（脱水）蜂窝结构:是粉粒的主要结构形式。（居中）絮状结构:是黏粒的主要结构形式。（不脱水）8.灵敏度：反映粘土结构性的强弱。St=qu/qu式中qu、qu分别

5、为原状土无侧限抗压强度、重塑土无侧限抗压强度低灵敏度：(1.0st2.0)中等灵敏(2.0st4.0)和高灵敏度(st4.0)灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降低就愈明显。9. 土的构造（外部特征）:层状构造;裂隙构造;结核或孔洞。10. 土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态，也间接反映土的工程性质。而土的松密和软硬程度主要取决于土的三相各自在数量上所占的比例关系。11. 土的三相比例指标：土的三相物质在体积和质量上的比例关系12. 土的物理状态指标（粗粒土的松密程度，粘性土的软硬程度）三个基本试验指标:土的天然密度=m/v（单位：g/cm3)测试方法：土的密度可采用环刀法、

6、蜡封法、灌砂法、灌水法等方法测定，其中环刀法常用于细粒土的密度测定。土的含水率=M/Ms100注意：含水率是土中所含水分质量与土体颗粒质量之比，可100，而含水量必须d大8. 判断无粘性土密实度影响砂、卵石等无黏性土工程性质的主要因素是密实度。判断方法:(1)用孔隙比e来描述。e越大表示土中孔隙大，则土质疏松。优点：简单；缺点：未能考虑级配的因素。(2)用相对密实度Dr描述。Dr=（emax-e）/（emax-emin）（e=sGs/d-1）Dr00.030.671松散|中密|密实|N来评价砂类土的密实度，是一个行之有效(4)试验法。标准贯入试验采用重量为63.5kg穿心锤，以76cm的落距自

7、由下落，把标准贯入靴打入土中，先打入15cm不计数，接着每打入10cm记下击数，累计打入30cm的锤击数，即为标准贯入击数N。N(锤击数)0101530|松散|稍密|中密|密实(5)碎石根据野外鉴别方法划分为密实、中密、稍密、松散四种状态。14.黏性土的物理特性（1）基本概念稠度：粘土因含水多少而表现出的稀稠软硬程度。稠度状态：粘土因含水多少而呈现出不同的物理状态。土的稠度状态因含水率的不同，可表现为固态、塑态、流态三种状态。界限含水率：黏性土从一种状态变成另一种状态的分界。液限：由可塑状态变化到流动状态的界限含水量，用WL表示。塑限：土由半固态变化到可塑状态的界限含水量，用Wp表示。缩限：土

8、由半固态不断蒸发水分，体积逐渐缩小，直到体积不再缩小时土的界限含水量，用Ws表示。试验得到最优含水率wop，工程上取w=wop23%工程上常采用压实度Dc控制（作为填方密度控制标准）填土干密度室内击实试验最大干密度击实试验的作用（2）粘性土的界限含水率测定方法碟式仪液限试验适用于粒径小于0.5mm的土搓条法塑限试验土条直径恰好为3mm左右土条自动断裂，此时土条的含水率即为塑限。液、塑限联合测定法坐标上对应于圆锥体入土深度为10mm建筑规范(17mm公路规范)和2mm时土样的含水率分别为该土的液限和塑限（3）粘性土稠度状态评价液性指数:L=(-p)/(L-p)L1，则土处于流态；0L1，则土处于

9、塑态；L17为粘土；17p10为粉质粘土；p10为粉土或砂土。影响可塑性的因素：粒径；矿物成分；活性指数。9. 粘土的压实性：d=Gsw/(1+Gsw)影响压实效果的因素：土的类型及级配；击实功能；含水率等10. 无粘性土的压实特性压实特征：不存在最优含水率潮湿状态下d明显降低在完全风干和饱和两种状态下易于击实压实标准：相对密度控制：Dr0.70.75施工过程中要么风干，要么就充分洒水11. 土的膨胀与收缩粘性土可能吸水膨胀，也可能失水收缩。无粘性土就没有这种特点。12. 土的工程性质分类（1）目前国内有两大类分类体系：建筑工程系统的分类体系，它侧重于把土作为建筑地基和环境，故以原状土为基本对

10、象。工程材料系统的分类体系，它侧重于把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基等工程。该体系以扰动土为基本对象，注重土的组成，不考虑土的天然结构性。（2）目的：便于调查研究便于分析评价便于交流土的组成（3）依据：最能反映土的物理力学性质的指标土的状态土的结构（4）土的工程分类：直观上分成两大类：粗粒土(无黏性土)、细粒土或者黏性土(有的规范细分粉土或黏性土)规范中把土(岩)作为建筑物地基分为六类：岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土。第二章土的渗透性及有效应力原理13. 土的渗透定律（i为水力梯度,z+hw称为测压管水头，代表流体所具有的总势能.。hv=v2/2g）（2）达西渗透定律：q

11、kiAvA（仅适用于层流）式中，k为渗透系数,影响k的因素主要有土颗粒级配;孔隙比;土的结构构造;封闭气体等等14. 渗透系数的测定（1）常水头渗透试验（适用于透水性大的土，例如砂土、粗粒土）试验原理：（2）变水头渗透试验（适用于粘性土）（a是变水头管的内截面积）（3）现场抽水试验原理：根据渗流流速处处相等，由微元处的渗流关系推导出微元体的渗流平衡式，并积分得解。公式：优点：可获得现场较为可靠的平均渗流系数。缺点：费用较高，耗时较长15. 成层土的平均渗透系数水平等效渗透性由渗透性最大的土层决定；垂直等效渗透性由渗透性最小的土层决定。（1）渗流方向平行于土层（2）渗流方向垂直于土层三、土的渗透

12、破坏16. 渗透力：水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力，渗透力是一种体积力。GiDw方向：与水流方向一致作用对象：土骨架17. 临界水力梯度：土颗粒受渗透力作用，刚发生悬浮时的水力梯度。18. 土的渗透破坏（1）流土：渗流作用下局部土体隆起,某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生移动而流失，有突发性。基本特征：iicr；有突发性；防治：上防渗、下减压、加盖重。（2）管涌：在渗透作用下，土中细颗粒在粗颗粒所形成的孔隙通道中流失，形成贯通的渗流通道，渗流逐渐增大至破坏。基本特征：无粘性土；Cu10，级配不连续；水力梯度过大（0.20.25）；防治：降低水力梯度、设反滤层。四、二维稳定渗流问题13. 基

13、本微分方程14. 等势线：流场中总水头均相等的点连成的线。流线：流场中与等势线垂直，表征各点渗流方向的线。流场中，等势线与流线处处正交（垂直）。19. 流网：流网是二维稳定渗流基本微分方程的解的图解表示。特征：（1）流线与等势线正交；（2）相邻等势线水头差相等；（3）相邻流线流量相等。五、有效应力原理15. 有效应力原理：（1）土的任一平面总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分；（2）土的变形及强度取决于有效应力。16. 土的有效应力公式静水压力（水面以下水柱压力）孔隙水压力超静水压力（水面以上外力）17. 土的变形机理：（1）土颗粒间克服摩擦相对滑动；（2）接触点处应力过大而破碎。18. 土

14、的强度机理：土颗粒间的粘聚力与摩擦力19. 孔隙水的作用：不能承受剪应力第3章土中应力计算自重应力(cz)土体受到重力所产生的应力1. 土中的应力强度理论附加应力(z)外荷载作用在土中所引起的应力2土力学基本假定：连续；均质各向同性；理想弹性。20. 土力学中应力符号的规定（法向应力以压为正，拉为负；剪应力根据法向应力方向和坐标轴判断）基底压力(P):基础与地基之间产生接触压力(方向向下)。基底附加压力(P0):通常是由于新增的建筑物，在土中附加应力的产生的压力。地基的附加应力:由于建筑物荷载引起的应力增量。.竖向自重应力的分布规律:土的自重应力分布线是条折线，折点在土层交界处或地下水位处，在

15、不透水层面处分布线有突变;自重应力随深度增加而变大;在同一层面自重应力各点相等。20. 土中自重应力计算（1）均质土体自重应力计算（2）土的侧向应力（K0为土的侧压力系数）（3）层状土自重应力的计算（土层中有地下水用有效容重计算）21. 基底压力的计算（1）基底压力分布形式影响因素：基础刚度；压力幅值；土体类型（2）中心荷载作用时的基底压力计算FGp（其中AdG，通常取G=20kN/m3，在地下水位以下取GAG=10kN/m3；d为基础平均埋深，必须从设计地面或室内外平均设计地面算起。）（3）偏心荷载作用时的基底压力计算双向偏心：p(x,y)FGAMxWxMyWyFGMFG6emax单向偏心：

16、)p(1minbAWA2bl其中，W-抵抗矩，m3,W;6b-力矩M作用方向的基础边长；Me-偏心距，m，eFG（4）根据荷载偏心矩e的大小，基底压力的分布规律：当eL/6时，pmin0基底压力呈梯形分布。当e=L/6时，p=0，基底压力呈三角形分布。min当eL/6时，p0，也即产生拉应力，这就表明产生拉力部分的基底将与地基脱离，不min能传递荷载。工程上认为此时基底压力重新分布。pmax2(3(bF/2G)e)l（4）基底附加压力计算p0pczp0d式中，0-基础标高以上天然土层的加权平均容重；d-基础平均埋深，必须从天然地面算起。21. 地基的附加应力计算集中荷载作用：zP2z（是附加应

17、力分布系数，是r/z的函数）矩形分布荷载作用：pz（c为角点应力系数，是m、n的函数，n=z/b,m=l/b）c0矩形三角形分布荷载：zctp（ct为n=z/b,m=l/b的函数，必须注意b是沿三角形分0布荷载方向的边长）圆形均布荷载作用：zrp（r是z/r0的函数）0线荷载作用：32pzz()222xz条形均布荷载作用（l/b10）:zsp0（s是n=x/b,m=z/b的函数）条形三角形荷载作用：zstp（st是n=x/b,m=z/b的函数）0（1）集中荷载作用下地基附加应力的分布规律附加应力自基底算起，随深度呈曲线衰减具有一定的扩散性。它不仅分布在基底范围内，而且分布在基底荷载面积以外相当

18、大的范围之下。基底下任意深度水平面上的z，在基底中轴线上最大，随距中轴线距离越远越小。（2）角点法计算附加应力:第四章土的变形性质及地基沉降计算土颗粒的压缩：基本可以忽略22. 土的压缩原理水的压缩：基本可以忽略气体压缩：土体弹性变形成因气体和水排出，颗粒重组：土体变形的重要组成23. 室内压缩试验第i级荷载下的沉降为：eeiGs(1w)0wsihe0101e024. 压缩性指标压缩系数：atane1p2e2p1压缩指数：Cclge1p2e2lgp1压缩模量：Ep2p1e10s（完全侧限条件）a2112变形模量：EE（无侧限条件。式中，为土的泊松比，0s221-）体积压缩系数：mv1Es1ae

19、0回弹曲线和再压缩曲线分析回弹曲线：在进行室内试验过程中，当压力加到某一数值P后，逐级卸压，土样将发生回弹，土体膨胀，孔隙比增大，若测得回弹稳定后的孔隙比，则可绘制相应的孔隙比与压力的关系曲线，称为回弹曲线。由图可见，卸压后的回弹曲线并不沿压缩曲线ab回升，而要平缓得多，这说明土受压缩发生变形，卸压回弹，但变形不能恢复，其中可恢复的部分称为弹性变形，不能恢复的称为残余变形，而土的压缩变形以残余变形为主。再压缩曲线:重新逐级加压，可测得土的再压缩曲线。（压缩指数Cctan；回弹指数Cetan，通常取Ce0.1-0.2Cc）25. 土的固结状态（超固结状态、正常固结状态、欠固结状态）（1）前期固结

20、压力p：土层在地质历史过程中受到过的最大固结压力（包括自重和外荷）。c（2）超固结比（OCR）:OCRpcp0（3）前期固结压力的确定（卡萨格兰德经验图解法）26. 试验方法测定土的变形模量E0（1）载荷试验（尺寸合理；分级分时加载；四个终止条件）通过承压板，对地基分级施加压力p和测试压板沉降s，以得到压力沉降(p-s)关系曲线。适用条件：一般适合在浅层土中进行。优点：压力影响深度可达1.5-2倍的压板边长，故能很好地反映天然土体的压缩性。缺点：试验工作量和费用较大，时间较长。承压板周围的土明显地侧向挤出；四个终止条件沉降s急骤增大，荷载-沉降（p-s）曲线出现陡降段;在某一荷载下，24小时内

21、沉降速率不能达到稳定标准；沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06变形模量：2E0w(1)pcrs1bw-沉降影响系数，对刚性方形压板，w=0.88;对刚性圆形压板，w=0.79p-地基的比例界限荷载cr地基系数：pK（指用直径为30cm的荷载板）30s（铁路地基规范取s=0.125cm时的p和s比值作为地基系数）（2）旁压试验：利用旁压仪在原位测试不同深度上的变形性质和强度指标的方法。V土的旁压剪切模量：pVGm(VcV0)/2式中，Vc-探头腔室的初始体积（491cm3）对于粘性土：查表对于砂性土：E0KGm27. 粘土地基沉降机理最终沉降量：SSdScSs28. 地基最终沉降量计算

22、（1）分层总和法基本假定a.基底压力为线性分布;b.附加应力用弹性理论;C.只发生单向沉降变形;d.只计算固结沉降;e.整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和.基本原理计算步骤地基土分层（分层厚度一般不宜大于0.4b）n计算各分层的自重应力iqzidh0in1FG计算基底附加应力zip0i(0d)iA确定计算深度（一般计算深度为：z0.2q；高压缩性土：z0.1qz）zz0.2q；高压缩性土：z0.1qz）计算各层上下界面处的平均自重应力和平均附加应力11qzi(qz(i1)qzi)()ziz(i1)zi22ee1i2iziSihh求每一层的沉降量ii1eE1isin求和SSin1（2）规范法2

23、9. 饱和土的一维固结试验饱和土的渗透固结：在附加应力的作用下，饱和土孔隙中的一些自由水将随时间而逐渐被排出，同时孔隙的体积也随着缩小。30. 太沙基一维固结理论（连续性原理；达西定律；有效应力原理）（1）基本假设均质、完全饱和水、土不可压缩一维性渗流系数恒定的达西流体压缩系数a（孔隙比/有效应力）常数v外荷载一次骤然增加（2）土的固结系数k(1e)1Cvaw式中，e1-渗透固结前土的孔隙比；a-土的压缩系数；k-土的渗透系数（3）固结微分方程求解初始条件及边界条件当t=0和0zH时，u=p00抗剪强度:破坏。)6. 土的极限平衡条件11法向应力：-cos2（1）（）31322（1）1剪应力：

24、-sin2（1）32（2）剪切破坏判定：莫尔圆与抗剪强度包线相离，f，破坏状态。（2）极限平衡方程简答题：土中剪应力最大的面在哪个位置？应力最大的面是否是最危险的面？土中发生剪切破坏的平面不一定是剪应力最大的面，当土的内摩擦角=0时，破裂面与最大剪应力是一致的，一般情况下，破裂面与最大主应力面成o452。fo45232. 抗剪强度指标（c、）的确定方法直接剪切试验室内试验法三轴压缩试验无侧限抗压强度试验室外试验法十字板剪切试验（1）直接剪切试验试验装备：应力控制式：采用砝码与杠杆控制直接剪切仪（施加水平剪切荷载方式不同）应变控制式：采用手轮加荷、百分表测位移试验方法：通过控制剪切速率来近似模拟

25、排水条件。（2）三轴压缩试验试验装置组成：压力室加压系统量测系统（3）无侧限抗压强度试验（4）十字板剪切试验现场原位进行，适用于饱和软粘土33. 粘性土的抗剪强度（1）主要影响因素：颗粒间的凝聚力为了克服剪胀所作的功而需付出的力（能）颗粒间的摩擦力（2）试验中得到的土样的抗剪强度值，与土样的应力历史、固结程度、排水条件均有关系，注意：正常固结土：压力室的固结压力（围压）大于土样的前期固结压力超固结土：压力室的固结压力（围压）小于土样的前期固结压力（3）三种试验对比分析：若采用总应力表示,将得出完全不同的试验结果，而以有效应力表示则不论采用哪种试验方法,都得到近乎同一条有效应力破坏包络线。由此可

26、见，土的抗剪强度与有效应力有唯一的对应关系。正常固结土，dcuu，而u=0.超固结土：CCcuE0Eap44. 静止土压力45. 朗肯土压力理论：通过研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡条件而得出的土压力计算方法。（1）基本假设：墙背光滑、垂直填土表面水平、均质墙后各点均处于极限平衡状态（2）土压力计算无粘性土：主动土压力2opazKKtan(45)aa2E12aHK2a2o被动土压力ppzKpKtan(45)a2Ep12H2Kp粘性土：主动土压力pazK-2cKaaEa12222cHKa-2cHKa被动土压力ppzKp2cKpEp122HKp2cHKp6.库伦土压力理论：根据墙后土

27、体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。（1）基本假定：挡土墙是刚性的挡土墙后填土为无黏性土当挡土墙向前或向后偏移时，墙后滑动土楔体沿墙背和某个通过墙踵的平面发生滑动滑动土楔体视为刚体（2）土压力计算12主动土压力：pazKaEaHKa2被动土压力：12pzKHKpEppp246. 朗肯土压力理论和库伦土压力理论比较第8章土坡稳定分析47. 边坡：与水平面成一定角度的倾斜面层。48. 边坡失稳：土坡在各种外力作用的共同作用下，有可能产生的剪切破坏或土体的移动超过了允许值。影响土坡稳定的因素：土坡的边界条件：土坡坡角、坡高土质条件：土的工程性质、地下水的渗

28、透力外界条件：震动作用、人类活动和生态环境的影响49. 土坡稳定分析方法：极限平衡法50. 无粘性土坡稳定分析（1）破坏形式：表面浅层滑坡（2）强度参数：内摩擦角（3）分析方法：分析一微单元体的受力平衡关系抗力tan（4）土坡稳定系数Fs(为坡角）滑力tan当F1,时，s土坡处于稳定状态或极限平衡状态；当时，Fs1,土坡处于失稳状态，将发生溜滑。抗力tan（4）有渗流作用时：F(为坡角）s滑力tansat51. 粘性土坡稳定分析（1）破坏形式：危险滑裂面位置在土坡深处对于均匀土坡，在平面应变条件下，其滑动面可用一圆弧（圆柱面）近似（2）强度参数：粘聚力c，内摩擦角（3）分析方法：采用类似于库仑的分析方法，将滑动体视为刚体，分析其极限平衡条件下各力的作用影响效应瑞典圆弧法瑞典条分法毕肖普法传递系数法法