土力学阶段性课后总结

1、 土力学阶段性课后总结第一章 土的性质及工程分类一 土的生成与特性1土的生成2土的结构和构造A 土的结构：土颗粒之间的相互排列和联结方式。B 土的构造：同一层土层中土粒之间相互关系的特征。C 土的工程特性：压缩性高，强度低，透水性大。D 土的工程特性与生成条件的关系搬运，沉积条件，沉积年代，沉积的自然地理环境二 土的三相组成1土的固体颗粒A 土粒矿物成分B 土颗粒的大小和形状C 土的粒径级配大颗粒一般用筛分法：细颗粒一般用密度计法2 级配评价 d60（限定粒径）小于该粒径的含量占总量的60% d10（有效粒径）小于该粒径的含量占总量的10%均匀系数 d60（限定粒径）小于该粒径的含量占总量的6

2、0% ：d10（有效粒径）小于该粒径的含量占总量的10%q 该指标考虑了大颗粒和小颗粒含量的差异；q Cu愈大，颗粒愈不均匀曲率系数 d30（连续粒径）小于该粒径的含量占总量的30% 该指标考虑了中间粒径的影响；Cc大于3，曲率变化快，土均匀；Cc小于1，曲率变化平缓，中间颗粒少；3 土中的水土中的水可分为固态，液态，气态固态一般为冰，一般称为结晶水。液态又可分为自由水和结合水两种。自由水 包含了 重力水 和 毛细水；结合水 包含了 强结合水 和 弱结合水· 强结合水 强结合水存在于最靠近土颗粒表面处，水分子和水化离子排列的非常紧密，一致其密度大于1，并有过冷现象。这种水牢固的结合在

3、土粒表面，其性质接近于固体，所以具有极大的粘滞性、弹性及抗剪强度。· 弱结合水 在距土粒表面较远处的结合水称为弱结合水，也称为薄膜水。由于其引力降低，弱结合水的水分子排列就不如强结合水紧密，这层水不能传递静水压力。由于这种水的存在，使土具有可塑性。自由水 自由水存在于土粒电场影响范围之外，其性质与普通水相同，服从重力定律，传递静水压力。自由水按其移动所受作用力的不同，分为毛细水和重力水。· 重力水 重力水位于地下水位以下，在重力或压力差作用下能在渗流，对土颗粒和结构物都具有浮力作用，在土力学计算中应考虑这种渗流及浮力的作用。· 毛细水 毛细水是受水与空气交界面的张

4、力作用而存在于细小孔隙中的自由水，一般存在于地下水位以上的透水层中。毛细水在重力和表面张力作用下，能沿着土的细孔隙从潜水面上升一定的高度。其上升的高度和孔隙的大小有关。 在工程中需研究毛细水的上升高度和速度，因为毛细水的上升会使地基潮湿，强度降低，变形增大。三 土的物理性质指标土的三相图总质量：m=ms+mw总体积：V=Vs+Vv=Vs+Va+Vw 符号： ssoil vvoid aair wwater1 土的物理性质的三项基本指标A 土的密度和重度B 土粒比重Gs固体颗粒质量与同体积水(在4时)质量之比C 含水量D 土的孔隙比 而孔隙率为 于是可得两者之间关系E 土的饱和度 一般 0

5、3;Sr£1 饱和土：Sr=1 干土：Sr=0 F 土的饱和重度satG 土的有效重度【浮重度】H 土的干重度四 土的三相比例指标之间可以互相换算：由三相图及其定义计算 假定V=1, 或者假定Vs=1 由三相图导出的计算公式五 土的物理状态指标1 无粘性土的密实度A 以相对密度为标准 最小孔隙比：砂土处于最密实状态时的孔隙比，emin用“振击法”测定。最大孔隙比：砂土处于最疏松状态时的孔隙比，emax 用“松散器法”测定。1 用Dr表示砂土密实度根据经验，砂土的松密标准如下：2 粘性土的稠度（界限含水量）塑性 Plasticity：§ 可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解

6、除以后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。土体体积随含水量的变化：图1-5-9 含水量与体积的关系 土的界限含水量（Atterberg limits）· 缩限：半固体状态与固体状态间的分界含水量。当含水量小于该值时，体积不发生变化。Shrinkage limit, wS。· 塑限：可塑状态与半固体状态间的分界含水量。Plastic limit, wP。· 液限：流动状态与可塑状态间的分界含水量。Liquid limit, wL。（1）塑性指数IP概念:塑性状态时含水量变化范围，IP（Plasticity index）。§ 常省略 %；§ 变化范

7、围很大（如大于200）；§ 是粘性土区别于砂土的重要特征；§ 反映了土与水之间物理化学作用的强弱。（2）液性指数IL 天然状态含水量和界限含水量相对关系的指标（Liquidity index）。§ 在0到1之间。越大，表示土越软；§ 大于1，处于流动状态；§ 小于0，处于固体状态或半固体状态。六 土的压实压实的意义：q 提高填土的密实度q 保证建筑物地基、道路及铁路路基有足够强度压实的影响因素：q 内因：土质类型、含水量等q 外因：压实能量、压实机具和压实方法等压实原理q 含水量较小时，干密度随含水量增加而增加；q 干密度达最大值时，含水量再增

8、大，干密度反而会降低。击实试验（a）小击实筒 （b）大击实筒试验方法：q 配制成若干份不同含水量的试样q 用同样的击实能量分别对每一份试样试验q 测定击实后的含水量和干重度干重度计算公式 结果分析：v 最大干重度：在一定击实条件下得到的干重度， gdmaxv 最优含水量：与之相对应的含水量，wopv 最优含水量与该种土的塑限wp接近七 土的渗透及工程问题动水力及渗透破坏A水头能量是用水头来表示如果忽略流速的影响，则水头差(A点与B点) 动水力计算公式 ：可知渗流力是一种体积力，大小与水头梯度成正比，方向与水流方向一致B 土的渗透变形和防治措施（一）土的渗透变形（或渗透破坏） 土工建筑物及地基由

9、于渗流作用而出现的变形或破坏，如土层剥落，地面隆起，细颗粒被水带出及出现集中的渗流通道等。 土的渗透变形类型主要有管涌、流土、接触流土和接触冲刷等，但就单一土层来说，渗透变形主要是流土和管涌两种基本形式。流土现象: 在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水力坡降达到一定大小，都会发生流土破坏管涌现象: 土中的一些细小颗粒在渗透力作用下，通过粗颗粒的孔隙被水流带走。管涌发生在一定级配的无粘性土中。比较和区别:ü 流砂现象发生在土体表面渗流逸出处,不发生于土体内部。ü 管涌可以发生在渗流逸出处，也可能发生在土体内部 。

10、七 土的工程分类 (1) 建设部土的分类标准(GBJl45-90)； (2) 建设部建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)； (3) 水利部土工试验规程(SL237-1999)中的128-84分类法； (4) 交通部公路土工试验规程(JTJ051-93)。l 对粗颗粒土，考虑了结构和粒径级配；l 对细颗粒土，考虑了土的塑性和成因；l 给出岩石的分类标准；l 将天然土分为6大类：岩石、碎石土、砂类土、粉土、粘性土和人工填土。细粒土按塑性图分类 CHclay, high CLclay, low MHmo, high MLmo, lowOorganic 粘土clay 粉土mo，silt 砾

11、石gravel 砂sand第二章 土中应力计算土体中自重应力计算A假定土体为均质的半无限弹性体取高度z，截面积A=1的土柱由平衡条件得sszA=FW=g z A 土体中自重应力 于是 ssz=g z可见，自重应力随深度呈线性增加、呈三角形分布的规律B 土体成层及有地下水存在（1）土体成层 各土层厚度及重度分别为hi和gi，则第n层土底面上: ssz=g1h1+g2h2+gnhn（2）有地下水存在§ 首先确定是否考虑浮力§ 考虑浮力影响时，用浮重度¢g代替重度g。§ 原则: 砂性土应考虑浮力。粘性土则视其物理状态而定自重应力沿深度成直线分布，在土层界面处和

12、地下水位处将发生转折。C 基础底面的压力分布及计算基底压力的分布规律(a) 理想柔性基础 (b) 堤坝下基底压力Ø 基础抗弯刚度EI=0，相当于绝对柔性基础Ø 基底压力分布与作用荷载分布相同。 刚度很大(即EI=¥),可视为刚性基础(大块混凝土实体结构)。(a) 马鞍形分布 (b) 抛物线分布 (c) 钟形分布图3-4 刚性基础a荷载小，呈中央小而边缘大的情形。b随作用荷载增大，呈抛物线分布。c作用荷载继续增大，发展为钟形分布。基底压力的简化计算基底压力分布十分复杂；但是，分布形状的影响只局限在一定深度范围内； （圣维南原理）(1) 中心荷载作用荷载作用在基础形心

13、处时:式中：F¾竖直荷载； A¾基础底面积。(2) 偏心荷载作用 按偏心受压公式计算：式中：F、M¾中心竖直荷载及弯矩，M=Fe e¾荷载偏心距 W¾基础底面抵抗矩 b、l¾宽度与长度。 基底压力分布可能情况：a、当e< b/6 时，pmin>0，梯形分布；b、当e= b/6 时，pmin=0，三角形分布 c、当e>b/6 时，pmin<0，边缘反力为负值，基底压力重新分布。假定重新分布后基底最大压应力为p¢max，则： pmin<0情形在工程上一般不允许出现，应改变偏心距或对基础宽度予以调整。

14、C基底附加应力的计算概念：作用在基础底面的压力与该处原来的自重应力之差。计算公式： p0=p-ssz=p-g0d g 0基底以上土的重度； d基底埋深D 地基中的附加应力一、竖向集中力作用 下地基中的附加应力 半无限弹性体表面作用竖向集中荷载P，计算任一点M的应力。 对工程应用意义最大的是竖向法向应力，可改写成称为应力分布系数，是r/z的函数,查表可得（一）矩形面积上作用竖直均布荷载(1) 矩形面积均布荷载 § 在基底范围内取单元面积dA=dxdy§ 单元面积上分布荷载看作是集中力为pdxdy§ 集中力在M点处的竖向附加应力为：这里n=l/b，m=z/b 注意：l

15、为长边，b为短边b) 土中任意点的计算（角点法情况1：投影A点在矩形面积范围之内sz=sz(aeAh)+ sz(ebfA)+sz(hAgd)+s z(Afcg) 情况2：投影A点在矩形面积范围之外sz=sz(aeAh)s- z(beAg) s- z(dfAh)+s z(cfAg) (二) 矩形面积上作用三角形分布荷载 § 将坐标原点取在荷载为零的角点上§ 取单元面积dA=dxdy，其上作用集中力dF=(x/b)p dx dy；称为应力系数，为n=l/b和m=z/b的函数，可由表查得。 同理，还可以求得荷载最大值边的角点下任意深度处的竖向附加应力为：其中 也可以通过查表(三)

16、 矩形面积上作用均布水平荷载其中，m、n的值可有表查得注意：在地表下同一深度z处，四个角点下的附加应力绝对值相同，但应力符号有正负之分。(四) 矩形面积上作用梯形分布的竖向荷载及水平荷载(五) 圆形面积上作用均布荷载 采用极坐标表示 取微单元，然后再积分！D平面问题的附加应力计算当建筑物基础一个方向的尺寸远比另一个方向的尺寸大的多，且每个横截面上的应力大小和分布形式均一样时，在地基中引起的应力状态即可简化为二维应变状态，如堤坝、挡土墙下地基中的应力状态等，这时沿着长度方向切出的任一xoz截面都可以认为是对称面，应力分量只是x、Z两个坐标的函数，并且沿y方向的应变为零。即平面问题：应力与计算点处

17、的坐标(x, z)有关。（如L/B> 10的基础、路堤、土坝、挡土墙等）(一)线荷载作用下§ 取微分长度dy§ 荷载pdy看成是集中力，则：(二)条形荷载作用下土中应力§ 荷载宽度方向取微分宽度；§ 荷载dp=pdx视为线荷载，在M点处附加应力为dsz。§ 在荷载宽度范围内积分，得：任一点竖向应力 计算地基中的附加应力时，应注意的几点：（1）首先要分清是空间问题还是平面问题。（2）若属于空间问题，则只能求解基础角点下任意深度z处的附加应力，而其它各点均应利用“角点法”并按叠加原理来求解。 应用“角点法”时应注意三点：1 该点必须落在新划分

18、的基础角点上；2 L和B均以新划分后的尺寸为准；3 对于梯形分布压力，除了对基础要进行划分，荷载本身也要进行相应的划分。（3）若该课题属于平面问题，则可以求解地基中任意点的附加应力。但在计算时必须注意竖直均布压力、三角形分布压力和水平分布压力情况下的坐标原点及其正、负方向。（4）在求解附加应力时，z必须从基础底面算起，切勿从原地面开始。第五章 土的变形性质及地基沉降计算A 土的压缩性 由压缩系数，压缩指数，压缩模量，变形模量这几个参数来评定。定义：土的压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。土的固结：土体在压力作用下，其压缩量随时间增长的过程，称为土的固结。这个过程一直延续到土粒间新的联结强度

19、能平衡外力在土体中引起的应力时为止。B侧限压缩试验v 室内侧限压缩试验(亦称固结试验)。v 金属环刀切取土样。v 环刀内径通常有6.18cm和8cm两种，相应的截面积为30cm2和50cm2，高度为2cm。C压缩曲线1土样制备和装样；2分级施压，给出竖向变形与时间关系3给出压缩变形量与荷载关系曲线4给出孔隙比与荷载关系曲线初始高度H1，初始孔隙比e1，施加Dp后压缩变形量S这样，只要测定了土样在各级压力Pi作用下的稳定变形量Si后，就可按此式算出相应的孔隙比ei,然后以横坐标表示压力p,纵坐标表示孔隙比e,则可绘出e-p曲线，称为压缩曲线。由土的侧限压缩试验成果可见，土的变形具有下列特点：&#

20、216; 土的压缩过程需经历一定时间才能完成；Ø 土的压缩变形包括弹性变形和塑性变形；Ø 土的压缩性随着压力的增大而减小；Ø 土的压缩性与土在形成和存在过程中所受应力历史有关。D 压缩性指标（1）压缩系数 a=De/Dp=(e1-e2)/(p2-p1)压缩系数愈大，土的压缩性愈高Ø a与p的大小及范围有关；Ø 一般采用压力范围p1=100kPa至p2=200kPa；Ø 用压缩系数al-2评价土的压缩性；（地基基础设计规范）al-2<0.1MPa-1时，低压缩性土0.1 MPa-1£al-2<0.5MPa-1时，中

21、压缩性土al-2/0.5MPa-1时，高压缩性土（2）压缩指数 压缩指数与压缩系数一样，其值越大，土的压缩性越高。低压缩性土高压缩性土（3）压缩模量 侧限压缩模量（简称压缩模量）：（4） 土的变形模量Eo反映土体在侧向自由膨胀条件下应力与应变的相互关系压缩模量与变形模量的区别与联系:侧限条件与侧向自由条件理论上E0=bEs E地基沉降计算分层总和法基本假定：a、附加应力按弹性半无限体计算；b、只计算竖向附加应力作用下产生的变形；c、一般只计算基底中心点的沉降。 基本公式：分层总和法计算步骤：(1) 地基土分层(2) 计算各分层界面处自重应力(3) 计算各分层处基底中心附加应力(4) 确定计算深度(5) 计算各分层土的压缩量(6)求和计算，即 (7) 修正(2)建筑地基基础设计规范方法建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）提出的地基沉降计算方法，是一种简化并经修正了的分层总和法，其