土力学教案.doc

教 案20092010学年第一学期院(系、部)土木工程学院教研室(实验室)港航教研室课 程 名 称土质学与土力学授 课 班 级土木071、072主 讲 教 师王玉琳职 称 副教授使 用 教 材土力学与基础工程淮海工学院教务处制二九年九月 教 案（首页）课 程名 称土质学与土力学总计： 48 学时课 程类 别专业基础课学分3讲课： 40 学时实验： 8 学时上机： 学时任 课教 师王玉琳职称副教授授课对 象专业班级：土木071、072 共2个班基要本参教考材资和料主基本教材：土力学与基础工程 武汉理工大学出版社主要参考资料：建筑地基基础设计规范建筑桩基技术规范教和学要目求的学生通过整个课程的学习，使学生能熟练掌握土的物理及力学性质指标，掌握土的三大特性即渗透特性、 变形特性和强度特性，并能根据所学基本知识处理和分析简单的工程问题。教及学难重点点教学重点及难点：重点：土的物理性质及分类；土中应力计算；土的压缩性及变形计算；土的抗剪强度计算。难点：土压力、地基承载力和土坡稳定分析及计算。 土质学与土力学 课程教案授课时间第 1 周 周 二 第 3、4、5 节课次1授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：绪论 第一章 土的组成 1-1 概述 1-2 土中固体颗粒1-3土中水和土中气教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握几个基本概念、熟悉土的三个重要特性、了解怎样用土力学基本原理与方法去处理一般的工程问题；掌握土粒粒组的划分、粒度成分分析方法、三种亲水性的粘土矿物、土中水的类型。教学重点及难点：重点：地基、基础、基础埋深的概念、关系。土粒粒组的划分、粒度成分分析方法、三种亲水性的粘土矿物、土中水的类型。难点：粒径级配曲线的绘制；不均匀系数与曲率系数的应用与曲线的关系。课堂组织：工程案例引出基本概念介绍本课程特点、内容及学习方法教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配绪论 什么是土？ 土有哪些特点？ 土力学有何特点？ 几个基本概念。 为什么要学习土力学？ 土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？第一章 土的组成1-1 概述 1-2 土中固体颗粒一. 土粒的粒度成分二、土粒的矿物成分1-3土中水和土中气一、土中水二、 土中气体多媒体配合板书作业、讨论题、思考题： 地基、基础与基础埋深的基本概念课后小结：地基、基础与基础埋深 土质学与土力学 课程教案授课时间第 2周 周二 第 3、4、5 节课次2授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：第一章 土的组成1-4 粘土颗粒与水的相互作用1-5土的结构和构造第二章 土的物理性质及分类2-1概述2-2 土的三项比例指标2-3粘性土的物理特性（一）教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：熟悉土粒的矿物成分与粒组的关系、粘土颗粒与水的相互作用、土的三种微观结构、土的层理构造；了解土中气在细粒土中的作用。掌握土的三项比例指标的定义及指标间的换算关系教学重点及难点：重点： 难点：三项比例指标间的换算关系。课堂组织：回顾上节主要内容介绍本节内容依次介绍讲解课后小结教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配1-4 粘土颗粒与水的相互作用一、粘土矿物的结晶结构和亲水性二、粘土颗粒与水的相互作用1-5土的结构和构造一、土的结构二、土的构造第二章 土的物理性质及分类2-1概述2-2 土的三项比例指标一. 土的三项比例关系图二、指标的定义三、指标的换算小结多媒体板配书合讨论题、思考题：教材28页1-11-9；教材60页2-1作业：教材28页1-10；教材60页2-2，2-3课后小结： 土有三个组成部分固相、液相和气相1. 固体颗粒 粒径级配 矿物成分 颗粒形状 2. 土中水结合水 (强结合水、弱结合水) 自由水 (重力水、毛细水) 3. 土中气体自由气体封闭气体三相草图法基本方法:特点: 指标概念简单，数量很多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别三相草图有助于直观理解物性指标的概念其它常用的物理性质指标表示土中密度和容重的指标表示土中孔隙含量的指标表示土中含水程度的指标三相草图可用于确定物性指标之间的关系三相草图法是求取物理性质指标的简单而有效的方法室内测定的三个物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水量 土质学与土力学 课程教案授课时间第 3 周 周二 第 3、4、5 节课次3授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：2-3粘性土的物理特性2-4无粘性土的密实度2-5 粉土的密实度和湿度2-6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2-7土的分类 小结教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握粘性土、无粘性土的物理特性指标及其测定方法；熟悉粉土的密实度和湿度划分；了解土的胀缩性、湿陷性和冻胀性的概念及其对工程的影响。掌握建筑地基基础设计规范对土的分类方法；熟悉公路桥涵地基土分类法及公路路基土分类法；了解土的动力特性。教学重点及难点：粘性土、无粘性土的物理特性指标及其测定方法建筑地基基础设计规范对土的分类方法课堂组织：回顾上节主要内容介绍本节内容依次介绍讲解课后小结教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配2-3粘性土的物理特性一、粘性土的可塑性及界限含水量二、粘性土的物理状态指标（塑性指数和液性指数）三. 反映粘性土结构性的指标2-4无粘性土的密实度一、砂土的相对密实度二、无粘性土的密实度划分的其他方法2-5 粉土的密实度和湿度2-6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2.7 土的分类一、土的分类原则和标准二、建筑地基土的分类补充： 土的动力特性一. 室内击实试验 二. 细粒土的压实性三. 粗粒土的压实性多媒体板配书合作业、讨论题、思考题： 作业：教材28页2-4，2-5思考题：各行业对土的分类有何异同？课后小结：无粘性土的密实状态指标: 相对密度Dr引入定义判别标准引入定义判别标准粘性土的稠度状态指标: 液性指数IL液性指数稠度状态塑性指数土中水的形态 稠度界限 含水量回顾本章重点内容 土质学与土力学 课程教案授课时间第 4 周 周二 第 3、4、5 节课次4授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：单元测验1第三章 土的渗透及渗流简介教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握土的渗透性规律；熟悉常见渗透破坏形式及其防治措施；了解流网的绘制及计算。教学重点及难点：土的渗透性规律；渗透破坏形式及其防治措施。课堂组织：工程实例土的渗透性规律渗透破坏形式防治措施流网教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配一、渗透试验与达西定律1.渗透试验2. 达西定律二、渗透系数的测定及影响因素 室内试验方法1常水头试验法室内试验方法2变水头试验法三、渗透变形（渗透破坏）1.流土2.管涌形成条件 及防治措施 四、补充：流网绘制实例多媒体板配书合作业、讨论题、思考题： 教材82页3-6课后小结：工程实例渗流问题土的渗透性及渗透规律渗透力与渗透变形渗流中的水头与水力坡降渗透试验与达西定律渗透系数的测定及影响因素渗透力：概念与计算渗透变形：类型，条件，防治 土质学与土力学 课程教案授课时间第 5 周 周二 第 3、4、5 节课次5授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：试验一 土的三相指标测定1. 环刀法测定土的容重2. 烘干法测定土的含水量试验二 土的液限、塑限测定光电式联合测定仪测定粘性土的液限及塑限 土质学与土力学 课程教案授课时间第 6 周 周二 第 3、4、5 节课次6授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：第四章 土中应力 4-1概述4-2土的自重应力4-3基底压力教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握土的自重应力及基底压力计算方法，会绘制相应的应力分布图教学重点及难点：土的自重应力及基底压力计算课堂组织：概述土的自重应力基底压力教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配4.1 概述一. 土力学中应力符号的规定 二. 地基中常见的应力状态 （补充） 三. 土的应力-应变关系的假定 4.2 土中自重应力sc一. 水平地基中的自重应力二、土质堤坝自身的自重应力4.3 基底压力一. 影响因素二.基底压力分布三. 实用简化计算多媒体板配书合作业、讨论题、思考题： 讨论题、思考题：教材115页4-14-4作业：教材115页4-8，4-9课后小结：自重应力分布线的斜率是容重；自重应力在等容重地基中随深度呈直线分布；自重应力在成层地基中呈折线分布；在土层分界面处和地下水位处发生转折。 矩形面积单向偏心荷载 出现拉应力区，进行压力调整 土质学与土力学 课程教案授课时间第 7 周 周二 第 3、4、5 节课次7授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：4-4 地基附加应力 小结第五章 土的压缩性5-1 概述5-2 固结试验及压缩性指标教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握矩形面积竖直均布荷载、矩形面积竖直三角形荷载、条形面积竖直均布荷载下的地基附加应力的计算；熟悉其它分布荷载作用下的附加应力计算；了解影响土中应力分布的因素。掌握土的压缩性概念、固结试验及压缩性指标。教学重点及难点：矩形面积竖直均布荷载、矩形面积竖直三角形荷载、条形面积竖直均布荷载下的地基附加应力的计算；固结试验及压缩性指标。课堂组织：竖直集中力下的附加应力矩形面积竖直均布荷载矩形面积竖直三角形荷载条形面积竖直均布荷载下的地基附加应力的计算工程实例概述依次介绍教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配一. 竖直集中力作用下的附加应力计算布辛内斯克课题二. 水平集中力作用下的附加应力计算西罗提课题（简介）三. 矩形面积竖直均布荷载作用下的附加应力计算四. 矩形面积三角形分布荷载作用下的附加应力计算五. 矩形面积水平均布荷载作用下的附加应力计算(略)六. 竖直线布荷载作用下的附加应力计算弗拉曼解七. 条形面积竖直均布荷载作用下的附加应力计算八. 条形面积其它分布荷载作用下的附加应力计算九. 圆形面积均布荷载作用时圆心下的附加应力计算十. 影响土中应力分布的因素5.1概述5.2 土的压缩试验与压缩性指标一、室内压缩试验二、 压缩性指标压缩系数a 、压缩指数Cc、压缩模量Es、体积压缩系数mv（单向）三、回弹曲线和再压缩曲线多媒体板配书合作业、讨论题、思考题： 讨论题、思考题：教材115页4-54-6作业：教材115页4-10，4-11，教材135页5-10课后小结：基底压力附加应力 地基沉降变形基底反力 基础结构的外荷载 竖直集中荷载作用下 (表4-2) c 矩形面积竖直均布荷载作用角点下 (表4-5) t 矩形面积三角形分布荷载作用角点下 (表4-8) h 矩形面积水平均布荷载作用角点下 sz条形面积竖直均布荷载作用时 (表4-10) tz条形面积三角形分布荷载作用时 （补充） hz条形面积水平均布荷载作用时 0 ,r圆形面积均布荷载作用时园心、圆周点下 (表4-9) lz条形面积梯形分布荷载作用时 =F（底面形状；荷载分布；计算点位置）一、侧限压缩试验及其应力应变关系二、三轴压缩试验及其应力应变关系三、普遍应力应变关系及本构模型四、荷载试验与旁压试验（自学）土的压缩性测试方法 一、e-p曲线二、e-lgp曲线三、先期固结压力四、原位压缩曲线及再压缩曲线一维压缩性及其指标主线、重点：一维问题！土质学与土力学 课程教案授课时间第 8 周 周二 第 3、4、5节课次8授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：5-3应力历史对压缩性的影响5-4土的变形模量5-5土的弹性模量 小结第六章 地基变形6-1概述 6-2地基变形的弹性力学公式6-3基础最终沉降量计算(一)教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：熟悉考虑应力历史影响是土的分类及载荷试验步骤。掌握单一土层一维压缩问题、地基最终沉降量分层总和法、熟悉地基变形的弹性力学公式、了解土受力以后为什么会表现出变形特性教学重点及难点：地基最终沉降量分层总和法课堂组织：概述简单介绍地基变形的弹性力学公式重点介绍地基最终沉降量分层总和法教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配5.3 应力历史对压缩性的影响一、沉积土层的应力历史二、先期固结压力pc的确定三、原位压缩曲线及原位再压缩曲线四、几种模量的应用第六章 地基变形6.1 概述6.2 地基变形的弹性力学公式6.3 基础最终沉降量一、单一土层一维压缩问题1、计算简图2、计算公式3、计算步骤二、地基最终沉降量分层总和法1、基本假定和基本原理2、计算步骤3、计算公式多媒体板配书合作业、讨论题、思考题： 思考题：教材181页6-3、6-4作业：教材182页6-11前半部分要点小结： 准备资料 应力分布l 建筑基础（形状、大小、重量、埋深）l 地基各土层的压缩曲线 原状土压缩曲线l 计算断面和计算点l 自重应力l 基底压力基底附加应力l 附加应力l 确定计算深度l 确定分层界面l 计算各土层的sczi，szil 计算各层沉降量l 地基总沉降量 沉降计算土质学与土力学 课程教案授课时间第 9 周 周二 第 3、4、5 节课次9授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：6-3 地基最终沉降量计算(二)6-4 路基的沉降和位移6-5地基变形与时间的关系 小结教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握建筑地基基础设计规范方法进行地基沉降计算、熟悉考虑应力历史影响的地基最终沉降量计算方法及沉降组成、了解路基的沉降和位移及其他计算方法。掌握有效应力原理的基本概念、一维渗流固结理论、地基固结度的基本概念、熟悉饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算、有关沉降时间的工程问题、了解固结系数确定方法。教学重点及难点：建筑地基基础设计规范方法；有效应力原理、一维渗流固结理论课堂组织：回顾上节内容提出问题介绍本节内容本章小结教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配6.3 基础最终沉降量三、建筑地基基础设计规范方法1.公式来源:2.计算公式:3.结果修正四、考虑应力历史影响的地基最终沉降量计算正常固结土、超固结土、欠固结土计算公式6-4 路基的沉降和位移简介6.5 地基变形与时间的关系一、饱和土中的有效应力（一）. 有效应力原理的基本概念（二）. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 二、一维渗流固结理论（Terzaghi渗流固结理论）1、物理模型2、数学模型三、地基固结度的计算1、基本概念2、平均固结度Ut与沉降量St之间的关系3. 地基沉降过程计算四、有关沉降时间的工程问题1、求某一时刻t的固结度与沉降量2、求达到某一沉降量(固结度)所需要的时间3、根据前一阶段测定的沉降时间曲线，推算以后的沉降时间关系五、固结系数确定方法简介多媒体板配书合作业、讨论题、思考题： 作业：教材182页6-11后半部分， 6-12课后小结：各种假定导致 S 的误差，如：取中点下附加应力值，使 S 偏大;侧限压缩使计算值偏小； 地基不均匀性导致的误差等。结果修正地基最终沉降量分层总和法与建筑地基基础设计规范方法比较饱和土体的渗流固结理论一、一维渗流固结理论二、固结度的计算三、有关沉降时间的工程问题四、固结系数的测定一、单一土层一维压缩问题二、地基最终沉降量分层总和法三、地基沉降计算的若干问题地基的最终沉降量计算 土质学与土力学 课程教案授课时间第 10 周 周二 第 3、4、5节课次10授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：单元测验第七章 土的抗剪强度7-1概述7-2土的抗剪强度理论7-3土的抗剪强度试验教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：重点掌握内容：1）掌握库仑公式、莫尔库仑强度理论；2）掌握土的抗剪强度指标的测定方法；3）掌握不同固结和排水条件下土的抗剪强度指标的意义及其应用；需要了解内容：1）掌握抗剪强度的影响因素。2）能利用抗剪强度的基本理论和试验方法解决实际工程土中的强度和稳定问题。教学重点及难点：土的极限平衡状态表达式及土体所处状态的判定。课堂组织：工程实例提出问题介绍本节内容教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配7.1 土的抗剪强度概述一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型7.2 土的抗剪强度理论一、库仑公式及抗剪强度指标 （总应力法与有效应力法）二. 应力莫尔圆三. 极限平衡应力状态四. 莫尔库仑强度理论五. 破坏判断方法六. 滑裂面的位置7.3 土的抗剪强度试验一、直接剪切试验（直剪试验）二. 三轴压缩（剪切）试验三.无侧限抗压强度试验四.十字板剪切试验多媒体板配书合作业、讨论题、思考题： 作业：教材205页7-8，7-11，7-12。课后小结：莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件 土质学与土力学 课程教案授课时间第 11 周 周二 第 3、4、5 节课次11授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：7-4 三轴压缩试验中的孔隙压力系数7-5 饱和粘性土的抗剪强度7-6应力路径在强度问题中的应用7-7无粘性土的抗剪强度 小结教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：需要了解内容：1）孔隙压力系数A和B2）应力路径概念3）抗剪强度的影响因素。4）能利用抗剪强度的基本理论和试验方法解决实际工程土中的强度和稳定问题。均为了解内容教学重点及难点：抗剪强度的基本理论和试验方法解决实际工程土中的强度和稳定问题；强度包线与破坏主应力线。课堂组织：复习上节主要内容提出问题依次讲解例题小结教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配7.4 三轴压缩试验中的孔隙压力系数l 孔压系数A和B 1. 等向压缩应力状态2. 偏差应力状态7.5 饱和粘性土的抗剪强度一. 总应力指标与有效应力指标二. 三轴试验强度指标三. 直剪试验强度指标四. 土的强度指标的工程应用例题7-6应力路径在强度问题中的应用一、应力路径及表示法二、强度包线与破坏主应力线三、总应力路径与有效应力路径7-7无粘性土的抗剪强度 小结多媒体板配书合作业、讨论题、思考题： 思考题：教材205页7-6；教材206页7-15。课后小结：粘聚力 c内摩擦角 f强度指标：峰值强度指与残余强度指标工程应用三种分类方法总应力强度指标与有效应力强度指标直剪强度指标与三轴试验强度指标目的分析方法试验方法应力应变状态破坏包线：在s t 坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线。破坏主应力线：在p q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合。 土质学与土力学 课程教案授课时间第 12 周 周二 第 3、4、5 节课次12授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：试验三 土的固结试验固结仪测定土的压缩性指标 土质学与土力学 课程教案授课时间第 13 周 周二 第 3、4、5 节课次13授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 课时安排3授课题目：试验四 土的剪切试验直剪仪测定土的抗剪强度指标第八章 土压力8-1概述 8-2挡土墙侧的土压力8-3朗肯土压力理论（一）教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握什么是土压力、土压力的类型及其计算； 熟悉影响土压力的因素；了解挡土结构物类型对土压力分布的影响； 教学重点及难点：静止土压力、朗肯土压力理论下的主动、被动土压力计算。课堂组织：工程实例基本概念计算类型教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配8.1 概述 什么是挡土结构物(Retaining structure) 什么是土压力(Earth pressure) 影响土压力的因素 挡土结构物类型对土压力分布的影响8.2 挡土墙侧的土压力一、 墙体位移和土压力性质二、 静止土压力计算8.3朗肯(Rankine)土压力理论一、朗肯土压力理论基本条件和假定二.墙背光滑垂直、墙土表面水平的土压力计算多媒体板配书合作业、讨论题、思考题： 作业：教材229页8-5.课后小结：主动土压力被动土压力 土质学与土力学 课程教案授课时间第 14 周 周二 第 3、4、5节课次21授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排3授课题目：8-3朗肯土压力理论（二）8-4库仑土压力理论教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握常见情况下的土压力计算方法及朗肯理论与库仑理论有哪些不同；熟悉库仑土压力理论计算原理；了解其他特殊情况下的土压力计算方法。教学重点及难点：常见情况下的土压力计算。课堂组织：回顾上节内容引出本节内容讲解例题小结教 学 基 本 内 容方法及手段时间分配8-3朗肯土压力理论（二）三、 几种工程中常见的主动土压力计算（一） 填土上有荷载（二） 成层填土情况（三） 填土中有水（四） 坦墙（五） 墙背形状有变化（六） 墙后填土受限制（七） 加筋挡土墙的土压力（八） 地震情况下的动土压力8-4 库仑土压力理论一、基本假定二、主动土压力三、 被动土压力多媒体板配书合作业、讨论题、思考题：作业：教材229页8-6、8-7、8-8、8-9.课后小结：n 挡土结构物n 土压力 土压力性质n 朗肯土压力理论n 几种主动土压力计算n 库伦土压力理论 土质学与土力学 课程教案授课时间第 15 周 周 二