《土質學與土力學》學習指南中國礦業大學資源與地球科學學院《土質學與土力學》課程建設組一、準備工作及要求1．根據本課程的教學大綱，了解課程的目的、任務和要求。2．購置教材及輔助教材(學習指導、實驗指導書、習題集)，借閱合適的教學參考書，認真預習。3.實驗課前預習實驗內容，編寫預習報告，列出實驗目的、實驗儀器設備、準備必備記錄表格，認真編寫實驗報告，分析試驗結果。4.習題課中認真思考，課后認真完成習題作業。二、分章教學內容及學習指導緒論教學內容：1.土質學與土力學的誕生與發展2.土質學與土力學在工程建設中的作用3.土質學與土力學研究的對象—土與土體4.土質學與土力學的研究內容和方法5.巖土工程師的技術職責6.土質學與土力學的新學科分支簡介知識點：1.土與土體2.土質學、土力學3.巖土工程4.巖土工程師技術職責教學要求：1.理解土質學與土力學在工程建設中的地位與作用2.理解土與土體的概念，明確土體研究的內容和目的3.了解巖土工程師的知識結構，明確巖土工程師的技術職責4.了解與土質學與土力學的研究內容、方法及有關的新學科進展5.了解我國新世紀的重大工程，增強學習熱情與責任感重點難點：1.土體的概念，從工程依托體和地質體的角度理解土體的含義（重點、難點）教材內容：教材緒論部分。評價考核：1.對基本概念的掌握和理解程度（例如:土、土體含義；土質學與土力學含義與聯系）2.對巖土工程師技術職責、土質學與土力學地位的認識。作業：查閱資料完成：1）從你所知道的涉及土力學的一兩個事件，說明土力學的重要性。2）巖土工程師的技術職責是什么？拓展閱讀建議：課外閱讀。通過查閱國內外典型工程案例，理解土力學的重要性。推薦閱讀文獻：1.Peck：Artandscienceinsubsurfaceengineering2.ArthurCasagrande：KarlTerzaghi，1883-19633.J.B.Burland,M.Jamiolkowski,C.Viggiani：StabilizingtheleaningtowerofPisa名詞術語：(1)土(2)土體(3)土質學(4)土力學(5)巖土工程(6)巖土工程勘察(7)巖土工程設計人物：1.KarlTerzaghi（1883.10-1963.10）2.RalphPeck（1912-2008）第一章土的物理性質與工程分類教學內容：1.土（體）的分布與成因2.土的粒度成分與分析3.土的礦物成分4.土的物理性質指標及其換算5.粘性土的界限含水量、稠度和可塑性6.土的膨脹性與崩解性知識點：1.工程地質成因演化論及我國松散層分布規律2.土的形成過程、殘積土、運積土3.土的多相組成4.土的粒度成分（級配、表示方法、粒度累積曲線、三角坐標、有效粒徑、不均勻系數、曲率系數）5.土的礦物成分6.土的化學成分7.土中的水與空氣8.粘土—水—電解質系統9.土的結構與構造10.土的三相圖11.土的重量及其指標（土粒比重、土的質量密度、土的重度、土的飽和重度、土的干重度、土的有效重度）12.土的含水性及其指標（含水量、飽和度、砂土的濕度分類）13.土的孔隙性及其指標（孔隙度、孔隙比、孔隙度和孔隙比之間的換算、砂土的相對密實度、砂土按密實度的分類）14.土的物理性質與物質成分、結構的關系15.粘性土的稠度與塑性（稠度、界限含水量、液限、塑限、縮限、液性指數、按液性指數劃分粘性土稠度狀態、塑性指數、細粒土的分類與定名）16.土的膨脹性與崩解性（膨脹率、膨脹力、體縮率和線縮率、收縮系數、土的崩解性）17.土的物理性質的測定18.土的各物理性質指標的換算。能力點：1.掌握土的粒度成分的累積曲線繪制方法及判讀2.熟練掌握表征土的物理性質的各個指標的定義、計算公式、各指標的工程含義與應用目的3.熟練掌握用三相圖方法推導各物理性質指標間的關系4.熟練掌握各指標間的換算及計算5.掌握基本物理性質實測指標和基本導出指標的關系6.熟練掌握塑性指數和液性指數的計算并明確其意義7.熟練掌握用塑性指數和塑性圖對土進行分類定名的方法8.掌握根據土的粒度成分和塑性綜合確定土名的方法9.實驗技能：篩分法、沉降法顆粒分析；比重、重度、含水量測定；塑限、液限測定教學要求：1.理解土在地質循環過程中的成因演化，松散層分布規律受工程地質條件成因演化的影響2.理解土的三相組成，及其各相相互作用對土的物理力學性質的影響3.明確粒度、粒組的概念，掌握土的粒度成分的表格法、三角坐標法和累積曲線法，掌握土的粒度成分累積曲線的繪制方法，能夠從累積曲線上分析土的粒度分布特征、級配特點、計算不均勻系數、曲率系數，求任一累積百分含量Xd對應的粒徑dX，有效粒徑、中間粒徑、界限粒徑、平均粒徑等4.理解土的粒度成分分析的篩分析法和沉降分析法的原理和適用條件5.了解土中的礦物類型、土的礦物成分與粒度成分之間的關系、理解高嶺石組、蒙脫石組、伊利石組粘土礦物的晶體結構及其對物理力學性質的影響，了解粘土礦物的微觀分析方法（熱分析、X-射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡等）6.熟練掌握表征土的物理性質的各個指標的定義、計算公式、各指標的工程含義與應用目的7.明確土的基本物理性質實測指標和基本導出指標的關系，能夠用實測指標推導導出指標8.熟練掌握各指標間的換算及計算，包括采用公式法和用三相圖方法推導各物理性質指標間的關系9.掌握粘性土的稠度與塑性的基本概念，明確常見的界限含水量（Atterberg界限），例如塑限、液限、收縮限等的物理意義10.熟練掌握塑性指數和液性指數的計算并明確其意義，能夠用塑性指數判斷土的塑性、用液性指數判斷土的狀態11.熟練掌握用塑性指數和塑性圖對土進行分類定名的方法、掌握根據土的粒度成分和塑性綜合確定土名的方法12.掌握土的粒度成分分時的實驗技能：篩分法、沉降法顆粒分析；物理性質測試實驗技能：比重、重度、含水量測定；土的界限含水量測試實驗：塑限、液限測定13.了解土的膨脹崩解特性，理解膨脹率、收縮率、膨脹力等指標的含義，掌握收縮限的計算方法重點難點：1.從工程地質成因演化論的角度理解地球表面（重點是我國）土的分布（難點）2.土的粒度成分累計百分曲線的繪制與判讀（重點、難點）3.物理性質指標間的換算（重點、難點）4.土的綜合分類方法（重點）實驗內容：實驗一、土的粒度成分分析實驗二、土的密度及含水量測定實驗三、土的稠度試驗學生自主設計性實驗教材內容：評價考核：1.對土的粒度成分表示方法的掌握情況，能根據顆粒分析結果繪制粒度累積曲線、根據粒度累積曲線求解有關粒徑、判讀級配2.各個物理指標的計算方法、物理指標間的換算，要求結果正確、單位表達正確3.各個界限含水量的含義、計算土的塑性指數、液性指數，并判斷土的塑性和物理狀態4.塑性圖、塑性圖分類5.根據給出的粒度分析資料和細粒土（或細粒土部分）的塑限和液限進行綜合分類6.土的膨脹性指標、收縮率、收縮限計算例題：共11個例題，可根據教學需要和時間選擇。作業：邊學邊練習題集1-3、4、5、6、7、8、9、10、11、18拓展閱讀建議：名詞術語：（1）殘積土（2）坡積土（3）洪積土（4）沖積土（5）風積土（6）海積土（7）土的相系組成（8）土骨架（9）顆粒分析（10）粒度（11）粒組（12）土的粒度成分（顆粒級配）（13）粒徑分布曲線（顆粒累積曲線）（14）有效粒徑（15）平均粒徑（16）中間粒徑（17）限制粒徑（18）不均勻系數（19）曲率系數（級配系數）（20）漂石（21）塊石（22）卵石（23）碎石（24）圓礫（25）角礫（26）砂土（27）礫砂（28）粗砂（29）中砂（30）細砂（31）粉砂（32）粉土（33）砂質粉土（34）粘質粉土（35）粘性土（36）粉質粘土（37）粘土（38）有機土（39）泥炭（40）雙電層（41）擴散層（42）離子交換（43）宏觀結構（44）微觀結構（45）比表面積（46）單粒結構（47）聚粒結構（48）絮凝結構（49）土的靈敏度（50）土粒的渾圓度（51）土粒的球度（52）三相圖（53）巖土的物理性質（54）密度（質量密度）（55）重度（重力密度）（56）飽和重度（57）干密度（58）水下重度（浮重度）（59）土粒比重（60）含水量（61）飽和度（62）孔隙度（63）孔隙比（64）相對密度（65）臨界孔隙比（66）密實度（67）稠度（68）界限含水量（阿太堡界限）（69）縮限（70）塑限（71）液限（72）塑性指數（73）液性指數（74）含水比（75）土的活動性（76）塑性圖（77）自由膨脹率（78）膨脹壓力（79）崩解（80）膨脹壓力試驗（81）巖石的吸水率（82）巖石的飽水率（83）巖石的飽水系數（84）膨脹壓力試驗人物：1.AlbertAtterberg(1846-1916)2.ArthurCasagrande(1902-1981)3.GeorgeSowers(1921-1996)第二章土中的水知識點：1.土中水的分類2.土的滲透性（達西定律、礫石類和砂類土的滲透系數、粘性土的滲透系數）3.土的毛細性4.流網及其應用5.滲透力6.臨界水力坡度7.滲透破壞(流砂、管涌)能力點：1.熟練掌握流網的繪制方法，能夠用流網計算滲流速度、計算滲流量、計算孔隙水壓力和求滲透力2.熟練掌握滲透力的計算方法3.熟練掌握土的臨界水力坡度的計算方法及滲透破壞判別4.實驗技能：常水頭、變水頭測定土的滲透系數教學要求：1.了解土中水的分類2.理解土的滲透性（達西定律、礫石類和砂類土的滲透系數、粘性土的滲透系數）3.了解土的毛細性及其產生的原因4.熟練掌握流網的繪制方法，能夠用流網計算滲流速度、計算滲流量、計算孔隙水壓力和求滲透力5.熟練掌握滲透力的計算方法6.熟練掌握土的臨界水力坡度的計算方法及滲透破壞判別7.實驗技能：常水頭、變水頭測定土的滲透系數重點難點：1.土的滲透系數概念及測定（重點）2.流網的繪制及應用（重點、難點）3.滲透力的計算、臨界水力坡度（重點）教材內容：評價考核：1.達西定律、砂土的滲透系數、粘土的滲透系數2.簡單的流網的繪制，根據流網計算不同點的水壓、不同點間的水力坡度，判斷滲流穩定性3.臨界水力坡度的計算、允許水力坡度、滲透穩定性的評判例題：教材作業：教材拓展閱讀建議：1.張在明，地下水與建筑基礎工程，中國建筑工業出版社，2001,22-70名詞術語：（1）滲透系數（2）管涌（3）毛細水（4）毛細現象（5）自由水與重力水（6）臨界水力坡度和起始水力坡度（7）滲透力人物：1.HenryPhilibertGaspxardDarcy(1803-1858)第三章土的力學性質知識點：1.土的壓縮性2.土壓縮變形的本質3.飽和土的有效應力原理4.室內壓縮試驗5.壓縮定律6.壓縮系數7.壓縮指數8.壓縮模量9.變形模量10.泊松比、側壓力系數11.回彈指數12.先期固結壓力13.超固結比和土的固結狀態14.土的抗剪性15.剪切定律16.直接剪切試驗17.三軸剪切試驗18.無側限抗壓強度試驗19.十字板剪切試驗20.無側限抗壓強度試驗21.莫爾-庫侖強度理論22.極限平衡條件23.臨界孔隙比24.孔隙水壓力系數25.砂土液化機理22.砂土液化評價26.土的壓實性27.最優含水量28.土的動力變形和動力強度29.非飽和土有效應力原理能力點：1.深刻理解飽和土的有效應力原理,并能用它解釋一些常見的土力學問題2.掌握采用固結試驗曲線求取先期固結壓力的方法，并能用超固結比判斷土的受力歷史及固結狀態3.熟練掌握土的極限平衡條件,并能用它分析一些土力學問題,如擋土墻壓力、地基穩定性、判斷破壞面的方向等4.掌握孔隙水壓力參數的基本概念和計算方法5.掌握飽和砂土震動液化的判別方法6.掌握從土的擊實特性曲線求取最優含水量方法7.實驗技能：直接剪切實驗、壓縮試驗、三軸實驗、擊實試驗教學要求：1.深刻理解飽和土的有效應力原理,并能用它解釋一些常見的土力學問題2.掌握采用固結試驗曲線求取先期固結壓力的方法，并能用超固結比判斷土的受力歷史及固結狀態3.熟練掌握土的極限平衡條件,并能用它分析一些土力學問題,如擋土墻壓力、地基穩定性、判斷破壞面的方向等4.掌握孔隙水壓力參數的基本概念和計算方法5.掌握飽和砂土震動液化的判別方法6.掌握從土的擊實特性曲線求取最優含水量方法7.實驗技能：直接剪切實驗、壓縮試驗、三軸實驗、擊實試驗重點難點：1.飽和土的有效應力原理（重點）2.土的壓縮性、壓縮定律、壓縮系數、壓縮指數（重點）3.土的極限平衡條件及其應用（重點、難點）教材內容：評價考核：1.采用土的有效應力原理計算土中有效應力、孔隙水壓力、承壓含水層上基坑開挖深度2.從固結試驗曲線求取先期固結壓力，用超固結比判斷土的受力歷史及固結狀態3.推導土的極限平衡條件4.能用直接剪切試驗、三軸實驗結果求取土的抗剪強度參數5.計算孔隙水壓力參數A、B6.求取最優含水量方法例題：提供有5個例題供教學選擇。作業：邊學邊練習題集2-1、2、3、4、8、9、10拓展閱讀建議：名詞術語：（1）力學性質（2）各向同性（3）各向異性（4）總應力（5）有效應力（6）中性應力（中性壓力）（7）孔隙水壓力（8）超靜孔隙水壓力（9）孔隙水壓力參數（10）孔隙（水）壓力消散（11）應力路徑（12）莫爾圓（13）彈性介質（14）彈性半無限空間（15）彈性模量（16）泊松比（17）彈塑性（18）粘彈性（19）彈性區（20）塑性區（21）流變性（22）蠕變（23）米塞斯（VonMises）屈服準則（24）特萊斯卡（Tresca）屈服準則（25）莫爾-庫侖屈服準則（26）德魯克-普拉格屈服準則（27）莫爾包絡線（28）剪脹性（29）抗剪強度（30）峰值抗剪強度（31）殘余抗剪強度（32）長期抗剪強度（33）粘聚力（內聚力、凝聚力）（34）似粘聚力（視粘聚力）（35）假粘聚力（36）附著力（粘著力）（37）內摩擦角（38）外摩擦角（39）休止角（40）有效粘聚力（41）有效內摩擦角（42）不排水抗剪強度（43）滲透固結（44）壓縮性（45）先期固結壓力（前期固結壓力）（46）超固結比（OCR）（47）壓縮系數（48）壓縮指數（49）再壓縮指數（50）體積壓縮系數（51）壓縮模量（52）變形模量（53）體積模量（54）剪切模量（55）切線模量（56）割線模量（57）卸荷模量（58）旁壓模量（59）次固結系數（60）無側限抗壓強度試驗（單軸壓縮試驗）（61）單剪試驗（62）直接剪切試驗（63）三軸剪切試驗（64）壓縮試驗（65）動三軸試驗偏應力（66）巴西抗拉強度試驗（67）加州承載比試驗（CBR）（68）點荷載試驗（69）原位測試（70）標準貫入試驗（71）旁壓試驗（72）十字板剪切試驗（73）現場剪切試驗（74）壓縮定律（75）擊實試驗（76）現場載荷試驗（77）砂土液化（78）最優含水量（79）巖石抗拉強度（80）巖石軟化系數（81）巖石強度損失率（82）巖石抗力系數（83）巖石點荷載（強度）指標人物：1.ChristianOttoMohr(1835-1918)2.CharlesAugustindeCoulomb(1736-1806)3.AlecWestleySkempton(1914-2001)第四章土中的應力計算知識點：1.基礎2.地基3.持力層4.自重應力5.附加應力6.基底壓力7.基地附加壓力8.地表受垂直集中力作用下的附加應力分布9.豎向分布荷載作用下土中應力計算能力點：1.熟練掌握自重應力、附加應力、基底壓力、基底附加壓力的計算方法2.會用角點法計算復雜形狀及非均布荷載下地基中的附加應力教學要求：1.熟練掌握自重應力、附加應力、基底壓力、基底附加壓力的計算方法2.會用角點法計算復雜形狀及非均布荷載下地基中的附加應力重點難點：1.基底壓力、基底附加壓力的計算（重點）2.角點法計算復雜形狀及非均布荷載下地基中的附加應力（重點、難點）教材內容：評價考核：1.計算自重應力、附加應力、基底壓力、基底附加壓力2.計算非均布荷載下、復雜形狀地基中的附加應力例題：提供6個例題共選擇作業：邊學邊練習題集3-1、2、3拓展閱讀建議：名詞術語：（1）地基土（2）壓縮層（3）接觸壓力（4）超載（5）自重應力（6）附加應力（7）持力層（8）下臥層（9）壓力泡（10）基礎（11）淺基礎（12）深基礎（13）基礎埋深（14）條形基礎（15）筏形基礎（16）聯合基礎（17）箱形基礎（18）樁基礎（19）群樁（20）摩擦樁（21）端承樁（22）地下連續墻（23）樁端阻力（24）樁的表面摩擦力（25）負摩擦力（26）基底附加壓力（27）彈性介質（28）彈性半無限空間人物：1.JosephValentinBoussinesq(1842–1929)第五章地基沉降計算知識點：1.地基變形種類2.地基最終沉降量計算的彈性理論法、應力面積法、原始壓縮曲線法、應變影響系數法3.太沙基一維固結理論4.固結度能力點：1.熟練掌握彈性理論法、規范法(應力面積法)、原始壓縮曲線法計算地基最終沉降量的方法2.熟練掌握用太沙基一維固結理論計算沉降－時間關系的方法教學要求：1.了解地基變形種類2.熟練掌握彈性理論法、規范法(應力面積法)、原始壓縮曲線法計算地基最終沉降量的方法3.熟練掌握用太沙基一維固結理論計算沉降－時間關系的方法重點難點：1.規范法(應力面積法)法計算地基最終沉降量的方法（重點）2.一維固結理論計算沉降－時間關系的方法（重點、難點）教材內容：評價考核：1.規范法(應力面積法)法計算地基最終沉降量的方法2.一維固結理論計算沉降－時間關系的方法例題：提供6個例題共選用作業：邊學邊練習題集3-5、6、7拓展閱讀建議：名詞術語：（1）沉降（2）差異沉降（沉降差）（3）局部傾斜（4）傾斜（5）瞬時沉降（6）固結沉降（7）次固結沉降（8）主固結（9）次固結（10）固結系數（11）固結度人物：第六章土坡穩定和土壓力計算知識點：1.土坡的穩定系數2.干的無粘性土土坡穩定性3.有滲流的無粘性土突破的穩定性4.粘性土土坡穩定性5.瑞典園弧法6.瑞典條分法7.畢肖普條分法8.擋土結構物類型9.土壓力種類及產生的條件10.主動土壓力11.被動土壓力12.靜止土壓力13.朗金土壓力理論14.庫侖土壓力理論能力點：1.熟練掌握無粘性土無滲流和有滲流作用時的安全系數的計算2.掌握粘性土坡分析的瑞典園弧法、條分法及畢肖普條分法3.掌握三種擋土墻壓力的計算方法教學要求：1.掌握地基承載力、承載力特征值的基本概念2.熟練掌握確定地基承載力特征值的理論公式法3.熟練掌握極限承載力的計算方法重點難點：1.有滲流作用時的安全系數的計算（難點）2.粘性土坡分析的瑞典園弧法、條分法（重點）3.郎金主動土壓力、被動土壓力計算（重點）教材內容：評價考核：1.無滲流和有滲流作用時的安全系數的計算2.粘性土坡分析的瑞典園弧法、條分法基本原理3.郎金主動土壓力、被動土壓力計算4.庫倫主動、被動土壓力計算例題：提供5個例題共選擇作業：邊學邊練習題集5-2、4拓展閱讀建議：名詞術語：（1）靜止土壓力（2）主動土壓力（3）被動土壓力（4）郎肯（Rankine）土壓力理論（5）庫倫土壓力理論（6）斜坡穩定性（7）穩定數（8）條分法（9）極限平衡法（10）擋土墻人物：1.WilliamJohnMaquornRankine(1820-1872)2.C.A.Coulomb(1736-1806)3.DonaldWoodTaylor（1900-1955）第七章地基土承載力計算知識點：1.地基土變形的三個階段2.地基承載力3.極限承載力4.容許承載力5.地基承載力的特征值6.臨塑荷載7.臨界荷載能力點：1.熟練掌握確定地基承載力特征值的理論公式法2.熟練掌握常見的極限承載力的計算方法教學要求：1.掌握地基承載力、承載力特征值的基本概念2.熟練掌握確定地基承載力特征值的理論公式法3.熟練掌握極限承載力的計算方法重點難點：1.確定地基承載力特征值的理論公式法（重點）2.太沙基、極限承載力的計算方法（重點）教材內容：評價考核：1.無滲流和有滲流作用時的安全系數的計算2.粘性土坡分析的瑞典園弧法、條分法基本原理3.郎金主動土壓力、被動土壓力計算4.庫倫主動、被動土壓力計算例題：提供2個例題作業：邊學邊練習題集4-2、3拓展閱讀建議：名詞術語：（1）臨塑荷載（2）地基失效（3）剪切破壞（4）整體剪切破壞（5）局部剪切破壞（6）沖剪破壞（7）漸進破壞（8）基礎滑動（9）容許荷載（10）容許承載力（11）極限承載力（12）安全系數（13）靜力觸探（14）動力觸探人物：1.普朗特爾2.AleksandarSedmakVesic（1924-1982）3.漢森第八章不同類型土的工程性質知識點：1.一般土的工程性質2.黃土3.淤泥類土4.紅粘土5.膨脹土6.污染土7.人工填土能力點：1.掌握黃土濕陷性判別方法2.掌握膨脹土判別方法教學要求：1.掌握特殊土的概念和分類，掌握不同類型特殊土的典型工程性質，了解我國的特殊土分布規律。2.掌握黃土濕陷的原因、影響濕陷性的因素、黃土濕陷性測試與判別計算；了解黃土濕陷特征、消除濕陷性的思路。3.掌握膨脹土脹縮的原因、影響脹縮性的因素、膨脹率測試與膨脹土判別；了解膨脹土地基特征、消除脹縮性的思路。4.掌握淤泥類土的物理性質、觸變性、蠕變性、結構性，了解其性質改良的基本原理。5.掌握紅粘土、污染土等的特征和工程特性，了解其性質改良的基本原理。重點難點：1.黃土濕陷類型及濕限