1土力學總復習

第一部分

土的基本物理性質(zhì)

第二部分

土中應力及土體的變形第三部分

土的滲透性第四部分

土的抗剪強度及強度試驗第五部分

幾個工程問題（土壓力、邊坡穩(wěn)定、地基承載力）2第一部分土的基本物理性質(zhì)

1．土的形成土——地表巖層經(jīng)風化而形成的散體堆積物，由土顆粒、水和氣體（三相體系），組成。

巖石風化分為物理風化和化學風化。

2．土的組成

（1）土的固相

原生礦物：常見的有石英、長石、云母等；次生礦物：主要是粘土礦物，常見的粘土礦物有高嶺石、伊利石和蒙脫石；

3粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)可分為晶體和非晶體，以晶體礦物為主。晶體：指原子、離子在空間有規(guī)律的排列，不同的幾何排列形式稱為晶體結(jié)構(gòu)，組成晶體的最小單元稱為晶胞。4土的級配：土中各種大小的粒組中土粒的相對含量。土粒的大小和土的級配某粒組的土粒含量：該粒組的土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比。粒組：把工程性質(zhì)相近的一定尺寸范圍的土粒合并為一組。土的顆粒大小分析試驗指測定土中各粒組顆粒質(zhì)量所占該土總質(zhì)量的百分數(shù)，確定粒徑分布范圍的試驗。篩分法；密度計法；聯(lián)合測定52）某些特征粒徑，用于建筑材料的選擇和評價土級配的好壞。粒徑分布曲線的作用：

1）土中各粒組的土粒含量，用于粗粒土的分類和大致評估土的工程性質(zhì)；級配評價不均勻系數(shù)曲率系數(shù)級配良好的土且6粒組頻率曲線的作用：粒組頻率不僅可以確定粒組的相對含量；可用來反映曲線土的級配的連續(xù)性。若粒組頻率曲線呈單峰則土的級配連續(xù)的，若粒組頻率曲線呈雙峰，且谷點對應的粒組含量＞3％時，是連續(xù)的，否則是不連續(xù)的。7（2）土的液相吸著水和自由水吸著水可分為強吸著水和弱吸著水。自由水的分類：毛細管水（毛管水）和重力水。8第一部分土的基本物理性質(zhì)

3．土的結(jié)構(gòu)

土的結(jié)構(gòu)：指土的物質(zhì)組成（主要指土粒，也包括孔隙）在空間的相互排列以及土粒間的聯(lián)結(jié)特征的綜合。

砂、礫等粗粒土在沉積過程中形成的典型結(jié)構(gòu)。（1）單粒結(jié)構(gòu)特征：土粒之間以點與點的接觸為主。9粘土顆粒組成的細粒土特有的結(jié)構(gòu)。（2）分散結(jié)構(gòu)主要存在于細顆粒所形成的土中。（3）絮狀(絮凝)結(jié)構(gòu)特征：土粒之間以角、邊與面的接觸或邊與邊的搭接形式為主。特征：土粒之間以面與面的接觸為主。104.土的物理性質(zhì)指標土的密度和重度土粒比重含水率土的孔隙比（1）土的物理性質(zhì)的三相基本指標11土的飽和度土的干密度（重度）土的飽和密度（重度）土的有效重度（浮重度）12（2）

三相指標的換算2）根據(jù)指標的定義，用γ、w、Gs表示其他的量，然后推導出來換算公式氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積VVV1）可令Vs

＝1(或V＝1)135.無粘性土的相對密實度粘性土的稠度及土的壓實性1.無粘性土的相對密實度

（1）以相對密實度為標準（2）以標準貫入錘擊數(shù)N為標準2.粘性土的稠度界限含水率（液限、塑限、縮限）稠度：指粘性土的干濕程度或在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標。14（以小數(shù)表示）

液限測定方法

液性指數(shù)

塑限測定方法（2）液塑限聯(lián)合測定法

塑性指數(shù)（1）滾搓法（去掉百分號，取整數(shù)）15土的壓實性：指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，使土能夠壓實到某種密實度的性質(zhì)。161）含水率的影響土的壓實性：指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，使土能夠壓實到某種密實度的性質(zhì)。17土料的最大干密度和最優(yōu)含水率不是常數(shù)。2）擊實功的影響當含水率較低時擊數(shù)的影響較顯著。18粘粒含量越高或塑性指數(shù)越大，越難以壓實。3）土類和級配的影響粘性土的擊實曲線級配良好的土，容易壓實，反之則不易壓實。19輕型擊實：d＜5mm；重型擊實：d＜40mm4）粗粒含量的影響

土內(nèi)含有大于試驗規(guī)程規(guī)定的粒徑時，先剔除超出粒徑部分的土，然后進行試驗。

對于輕型擊實試驗，當土內(nèi)粒徑大于5mm的土粒含量不超過25％～30％（土粒渾圓時允許達30％；土粒呈片狀時允許達25）時，可認為土內(nèi)粗粒土粒可均勻分布在細土粒內(nèi)，同時細土粒達到了它的最大干密度。實際土料的最大干密度和最優(yōu)含水率可按經(jīng)驗公式進行修正。20第二部分土中應力及土體的變形

1．土中應力的種類

自重應力與附加應力有效應力——作用在土骨架上并能使土骨架產(chǎn)生變形的壓力。

2．土層自重應力

水上取土的天然容重，水下透水時通常取土的浮容重，不透水時取土的飽和容重213.土中附加應力（荷載應力）中心荷載偏心荷載1）剛性基礎基底壓力（矩形基礎）2）基底附加壓力224.土的變形特性

土的壓縮性大

壓縮性的主要原因孔隙的減小

飽和粘土的壓縮過程孔隙減小、孔隙水的排出。沉降過程持續(xù)很長時間。1）側(cè)限壓縮性指標

壓縮系數(shù)標準壓縮系數(shù)23

壓縮指數(shù)

側(cè)限壓縮模量Es體積壓縮系數(shù)2）土層側(cè)限壓縮變形量計算245.地基的最終沉降量分層總和法

計算原理

將地基土層分為若干層，分別計算出其相應的壓縮量，累加后得到地基的沉降量。土層只產(chǎn)生豎向變形，側(cè)向無膨脹變形。

計算方法與步驟2）地基土層分層1）選擇沉降計算點的位置；求出基底凈壓力的大小和分布;25

3）計算地基中的自重應力（從地面算起）分布。5）按算術(shù)平均求各分層平均自重應力和平均附加應力；(也可直接計算各土層中點處的自重應力及附加應力)4）計算地基中的附加應力（從基底算起）分布，確定壓縮層厚度。6）求第i分層的壓縮量。（不同土層要用不同曲線）

7）將每一分層的壓縮量累加，得地基的總沉降量。

266、應力歷史對地基沉降的影響1）土的回彈曲線和再壓縮曲線272）正常固結(jié)、超固結(jié)、欠固結(jié)的概念應力歷史，固結(jié)應力，前期固結(jié)應力，超固結(jié)比對欠固結(jié)土，其現(xiàn)有有效應力即是歷史上曾經(jīng)受到過的最大有效應力，因此，其OCR=1，故欠固結(jié)土實際上是屬于正常固結(jié)土一類。28eP(kPa)CeC(Pc)CeBBAeA

’zB’

’hDeD297、地基沉降與時間的關(guān)系1）地基沉降與時間的關(guān)系

飽和土的變形：荷載孔隙水排出變形2）單向固結(jié)理論

地基固結(jié)度30

即時間為t時刻的沉降量與最終沉降量之比（適用于）

H為土層的最大排水距離，雙面排水時取土層厚度的一半，單面排水時取土層總厚度。時間因子土的固結(jié)系數(shù)31第三部分土的滲透性土體中的孔隙一般非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大、流速緩慢，其流動狀態(tài)大多屬于層流。v（mm/s）表示斷面平均滲透速度，k（mm/s）其物理意義是當水力坡降i=1時的滲透速度。1、達西滲透定律Darcy’sLaw求出的滲透速度是一種假想的平均流速，它假定水在土中的滲透是通過整個土體截面進行的，而實際上，滲透水僅僅通過土體中的孔隙流動，實際平均流速要比假想的平均流速大很多。32實驗室測定法：常水頭試驗法，透水性大的砂性土變水頭試驗法，透水性小的無粘性土2、滲透系數(shù)測定常水頭試驗變水頭試驗條件已知測定計算取值h=consth變化h，A，LV，t重復試驗后，取均值a，A，Lh，t不同時段試驗，取均值適用粗粒土粘性土33滲流力：滲透水流施于單位土體內(nèi)土粒上的拖曳力；滲透力、動水壓力。4、滲流力h000hwL貯水器土樣濾網(wǎng)abh2Δh2h1Δh13-5滲流力及滲透穩(wěn)定性345、滲透變形滲透變形的形式：流土：在滲流作用下局部土體表面隆起，或土粒群同時起動而流失的現(xiàn)象。主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流溢出處。管涌：在滲流作用下土體中的細土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象。主要發(fā)生在砂礫土中。35流土與管涌的比較

流土土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移動或局部土體表面隆起管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中破壞過程短導致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等現(xiàn)象位置土類歷時后果土體內(nèi)細顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土破壞過程相對較長導致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口361）在靜水條件下水平面上的孔隙水應力和有效應力h2h1粘土層γsat水γw6、在靜水和有滲流情況下的孔隙水應力和有效應力372）在穩(wěn)定滲流條件下水平面上的孔隙水應力和有效應力滲流方向由上向下hwhh2h1砂層，排水粘土層γsat水γw38滲流方向由下向上hhwh2h1砂層，承壓水粘土層γsat水γw39滲流方向由下向上流土的有效應力臨界條件40第四部分土的抗剪強度及強度試驗

1．摩爾—庫侖強度理論

抗剪強度與法向壓應力的關(guān)系，強度線，庫侖的簡化公式，摩爾圓的引入，應力圓與強度線的相互關(guān)系（判斷土體的狀態(tài)）。

2．土中一點應力極限平衡

判斷土體所處狀態(tài)。

1）求法向應力，剪應力，抗剪強度

2）應力圓與強度線的關(guān)系

3）41

4）3．抗剪強度測定剪切試驗測定土抗剪強度指標的試驗稱；按常用的試驗儀器剪切試驗可分為直接剪切試驗、三軸壓縮試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗和十字板剪切試驗四種。42

1）直接剪切試驗快剪；固結(jié)快剪；慢剪cQ＞

cR＞cS，φQ＜φR＜φS。432）三軸壓縮試驗三軸試驗根據(jù)試樣的固結(jié)和排水條件不同，可分為不固結(jié)不排水剪（UU）、固結(jié)不排水剪（CU)和固結(jié)排水剪（CD)三種方法。不固結(jié)或固結(jié)是對周圍壓力增量而言的；不排水或排水是對附加軸向壓力而言的。444．剪切形狀松砂→應變硬化型，體積縮小，剪縮。緊砂→應變軟化型，體積膨脹，剪脹。砂土的液化45正常固結(jié)飽和粘性土的剪切性狀

f

O46第四部分幾個工程問題（土壓力、邊坡穩(wěn)定性、地基承載力）一、土壓力

1．土壓力的概念

根據(jù)位移移動方向，主動土壓力，被動土壓力、靜止土壓力。

2．靜止土壓力計算svsvshshzH47

3．主動土壓力

主動土壓力系數(shù)48495.土壓力問題的討論

朗肯土壓力理論優(yōu)缺點：朗肯理論基于土單元體的應力極限平衡條件得出；計算簡單，使用方便；假設墻背豎直、光滑、填土表面水平；假設條件較苛刻，應用受到限制，工程中多用于擋土樁、板樁、錨樁等的土壓力計算；朗肯理論忽略了墻背與填土之間的相互作用，使得計算的主動土壓力偏大，而被動土壓力偏小；50

庫侖土壓力理論是基于滑動塊體的靜力平衡條件建立的；假定破壞面是通過墻踵的平面；適用范圍廣，可用于填土面形狀任意、墻背傾斜的情況，并可以考慮墻背的實際摩擦角；墻背與填土間摩擦角較大時，滑動面是曲面；若墻背傾角不大（<15度），墻背與土體間摩擦角較小（<15度）時，主動破壞面近似一平面，計算誤差可接受；墻體向填土移動，破壞面近于一對數(shù)螺旋面，計算誤差較大，可達2～3倍以上；當墻背俯斜，過于平緩時，滑動土體不一定沿墻背滑動，而是沿土體內(nèi)的另一破裂面滑動，此時需考慮第二破裂面的計算；庫侖土壓力理論優(yōu)缺點：51第四部分幾個工程問題（土壓力、邊坡穩(wěn)定性、地基承載力）二．邊坡穩(wěn)定

一般情況下的無粘性土土坡穩(wěn)定?52瑞典條分法：假設滑動面為圓弧面，不考慮條間力，即Ei=Xi=0，減少3n-3個未知數(shù)。簡化畢肖普條分法：假設滑動面為圓弧面，不考慮切向條間力，即Xi=0，減少n-