土力学完整版

1、土力学：土力学是研究土体的一门力学。它以力学和工程地质学为基础，研究土体的应 力，变形，强度，渗流及长期稳定性的一门学科。地基：承受建筑物，构筑物全部荷载的那一部分天然的或部分人工改造地层。地基设计时应满足的基本条件：强度，稳定性，安全度，变形。土： 土是由岩石经理物理，化学，生物风化作用以及剥蚀，搬运，沉积作用等交错复杂 的自然环境中所生成的各类沉积物。土粒：土中的固体颗粒经岩石风化后的碎屑物质，简称土粒。土是由土粒（固相），土中水（液相）和土中气（气相）所组成的三相物质oEg： “冻土” 是固体颗粒，液体水，冰，气四相体。物理风化：由于温度变化，水的膨胀，波浪冲击，地震等引起的物理力使岩体

2、崩解，碎 裂的过程，这种作用使岩体逐渐变成细小的颗粒。（只改变大小，不改变性质）化学风化：岩体（或岩块，岩屑）与空气，水和各种水溶液相互作用的过程，这种作用 不仅使岩石颗粒变细，更重要的是使岩石成分发生变化，形成大量细微颗粒（黏粒）和 可溶岩类（发生质的变化）。残积土：指岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑堆积物。它的基本特征是颗粒表 面粗糙，多棱角，六分选，天层理，分布在宽广的分水岭地带，变形大，不稳定，属于 不良地质。坡积土：残积土受重力和暂时性流水（雨水，雪水）的作用，搬运到山坡或坡脚处沉积 起来的土坡积颗粒随斜坡自上而下呈现由粗而细的分选性和局部层理。分布在山脚或山 腰平缓部位上部与

3、残积物相连，厚度变化大。矿物成分宇母岩不同，不稳定，属于不良 地质。洪积土：残积土和坡积土受洪水冲刷，搬运，在山沟出口处或山前平原沉积下来的土。 随离山由近及远有一定的分选性，近山区颗粒粗大，远山区颗粒细小，密实，颗粒有一 定的磨圆度。粒度：土粒的大小称为粒度，通常以粒径表示。粒组：介于一定的粒度范围内的土粒，称为粒组。颗粒级配：以土中各个粒组的相对含量（各个组粒占总量的百分比）表示土中颗粒大小 及其组成情况。粒径成分分布曲线（颗粒级配）：采用粒径累计曲线表示土的颗粒级配。曲线较陡，表 示粒径大小相差不多，土粒较均匀，级配不良；曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊， 土里不均匀，级配良好。有效粒径

4、d10：小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时的有效粒径。中值粒径d30：小于某粒径的土里质量累计百分数为30%时的有效粒径。限定粒径d60：小于某粒径的土里质量累计百分数为60%时的有效粒径。不均匀系数Cu:反映大小不同粒组的分布情况，即土粒大小或粒度程度，系数越大， 表示粒度的分布范围越大，土粒越不均匀，其级配越好。Cu10级配 良好。Cu=d60/d10曲率系数Cc：指累计曲线分布的整体形态，反应了限制颗粒d60与有效粒径d10之间 各粒组含量的分布情况。砾性土或砂性土同时满足Cu=5,Cc=1-3,两个条件时，则为良 好级配的砾或砂；反之，则为级配不良。Cc=d30d30/d10d6

5、0源生矿物：原岩生成的经物理风化后产生的一般颗粒较大，无粘性土矿物。次生矿物：原岩经过化学（生物）风化形成的颗粒小，粘性矿物。结合水：当土粒与水结合作用时，土粒会吸附一部分水分子，在土粒表面形成一定厚度 的水膜，成为结合水。强结合水是指紧靠土粒表面得结合水膜，亦称吸着水；弱结合水是指紧靠于强结合水的外围而形成的结合水膜，亦称薄膜水。重力水：是存在于地下水位以下的透水层中的地下水，它是在重力或水头压力作用下运 动的自由水，对土粒有浮力作用。自由水：是存在于土粒表面电场影响范围以外的水（重力水，毛细水）传递静水压力， 有融解。毛细水：是存在于地下水位以上，收到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。

6、粘土颗粒（黏粒）的矿物成分主要有黏土矿物和其他化学胶结物或有机质，其中黏土矿 物的结晶结构特征对黏性土木工程性质影响较大。蒙脱石：连接松散，水理性质强，遇水膨胀，央水收缩。（膨胀土）伊利石：具有一定的水理性质，膨胀量收缩量均没有蒙脱石大。（水理性质）离岭石：水理性质非常弱，受水影响小。m u液 mw Vwam= m + m土粒比重（土粒的相对密度）ds： 土粒质量与同体积的（4 c时纯）水的质量之比，称为土粒相对密度ds，无量纲。ds = - = BV Pw1 Pw134.35.36.37.土里含水量：土中水的质量与土粒质量之比，称为土的含水量 W，以百分数计w = m x100% m s,、

7、 、m土的密度P :土单位体积的质量称为土的（湿）密、度P，g/cm，p =Vm 土的干密度Pd:土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度Pd，g/cm，, p d = 了 土的饱和密度P皿：土孔隙中充满水时的单位体积质量，称为土的饱和密度P皿，g/cm3 P = ms + VvPw，sat土的有效密度P:在地下水位以下，土单位体积中土粒的质量与同体积水的质量之差，称为土的浮密度P，g/cm，, p = m PwVV土的孔隙比e： 土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比e = Vs土的空隙率n: 土的孔隙率是土中孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分数计n =匕 x 100%V土的饱和度Sr:

8、土中水的体积与土中孔隙突击之比称为土的饱和度，以百分数计VSr = x100%VV42,指标时换算：* = 1，气=e, v = 1 + ee = Vv ds = 4,巧=m TOC o 1-5 h z ，w1msm(1 + w)dsp(1 + w)dsp4p =w n e =w -1 v 1 + epms dsp p ds epPd 一 一 1+7一 1+W 1+7 一(1 + w) pw pd = 1+wm + v p dsp + epds + e_.= =psatv1 + e1 + e wms 一 vRvdspw _ pw _ ds -11 + e1 + e Pw(5) n =匕= v

9、1 + ewdsppWewdsv(6) Sr =工= vv塑性指标：土的液性指数是指液限和塑限的差值（省去符号），即土必在可塑状态的含 水量变化范围，用符号Ip表示，IP =吧一吧,IpW10粉土 10Ip17, 粉质粘土液性指数：土的液性指数是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，用IL表示，IL = wWp = W-Wp ,IL 1 .流塑。0 I 1，可塑。WL-wpIp灵敏度st:土的灵敏度是与土的强度与该土重塑（土的结构性彻底破坏）后的强度之比来表示，重塑式样具有与原状试样相同的尺寸，密度和含水量st = q qD = P d max_dPminP d P d maxd m

10、in触变性：饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随 时间而逐渐部分恢复。这种抗剪强度随时间回复的胶体化学性质称为触变性。相对密实度：D = /max :max min土的冻胀性：是指土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的变形特性。影响土的渗透系数的主要因素有：（1） 土的粒度成份。（2）土的密实度。（3） 土的饱和 度。（4） 土的结构。（5） 土的湿度。（6） 土的构造。渗流引起的渗流破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土颗粒流失或局部 土体产生移动导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，是水压力或浮力发生变化， 导致土体或结构失稳。渗流力：单位

11、体积土颗粒所受到的渗流作用力为渗流力或动水力。流沙现象：在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为0时，颗粒群发生悬浮，移动的现 象称为流沙现象或流土现象。流沙现象的产生：不仅取决于渗流力的大小，同时与土的颗粒级配密度及透水性等条 件有关。流沙现象的防治原则：1.减小或消除水头差，如采取基坑外的井点降水法降低地下水位， 或采取水下挖掘；2.增长渗流路径，如打板桩；3.在向上渗流出口处地表用透水材料覆 盖压重以平衡渗流；4.土层加固处理.达西定律：q = kAi v = = kiA管涌：在水流动渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的空隙中移动，以至流失；随 着土的空隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的

12、颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导 致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体坍塌，这种现象称为管涌。潜蚀：在自然界中，在一定条件下同样会发生上述渗透破坏作用，为了与人类工程活动 所引起的管涌相区别，通常称为潜蚀。防治管涌现象的措施：1.改变水力条件，降低水力坡度，如打板桩；2.改变几何条件， 在渗流溢出部位铺设反滤层是防止管涌破坏的有效措施。土中应力分类：按其起因可分为自重应力和附加应力，按土骨架和土中空隙的分担作用 可分为有效应力和孔隙应力。土中自重应力：是指土体受到自身重力作用而存在的应力。土中附加应力：土中附加应力是指土体受到外荷载（包括建筑物荷载，交通荷载，堤坝 荷载等）以及地下水渗流，地震

13、等作用下附加产生的应力增量，这是产生地基变形的主 要原因，也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因。总应力：土中某点的有效应力与孔隙压力之和，称为总应力。土中有效应力：指土粒所传递的粒间应力，它是控制土的体积变形和强度两者变化的土 中应力。土中孔隙应力：指土中水和土中气所传递的应力，土中水传递的孔隙水应力即孔隙水压 力。基地附加压力：基地压力扣除基地标高处的自重应力。地基附加应力：建筑物荷重在土体引起的附加于原有自重应力之上的应力。土的压缩性：指土体在压力作用下体积缩小的特性。压缩曲线：是室内土的固结试验的直接成果，它是土的孔隙比与所受压力的关系曲线， 从而得到土的压缩性指标。_ F + G

14、/中心荷载下的基地压力：P = A（ G =y GAd，y g取20 KNm 3 /）八 F + G M F + G 人 6e）偏心荷载下的基地压力： P = - + M7 = 7, 1 7A W lb k l ）71, 土的压缩性系数：土体在侧限条件下，孔隙比减小量与有效压应力增量的比值（MPa -1）即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。a= tanP = =已二，通常采用压力段由 pp2 - p1p =0.1Mpa增加到p =0.2Mpa时的压缩系数a 来评定土的压缩性。如下：a 0.1Mpa121-21-2时为低压缩性土，.1=L05Mpa时为高压缩性土。72.土的压缩性指数：土在侧限条

15、件下，孔隙比减小量与有效压应力常用对数值增量的比值，即e-lgp曲线中某一压力段的直线斜率C = 一土二5c log p2 - log piAe，Cc 0.4为高压缩性土。土的压缩模量：土在侧限条件下的竖向附加压应力与竖向应变之比值Es= Ap= 1。（匕-%）/a（1 + ）先期固结压力：天然土层在历史上受过最大固结压力（指土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力）称为先期固结压力或称前期固结压力。正常固结土：在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重。超固结土：历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力。欠固结土：先期固结压力小于现有覆盖土重。先期固结比：先期固结压力与现有覆盖土重之比值

16、定义为超固结比OCR= P。1地基变形计算深度：所谓地基压缩层深度，是指自基础底面向下需要计算变形所达到的 深度，该深度以下土层的变形值小到可以忽略不计，亦称地基变形计算深度。有效应力：控制土的体积变形和强度两者变化的土中应力。地基固结度：指地基土层在某一压力作用下经历时间t所产生的固结变形量与最终固结 变形量之比值，或土层中（超）孔隙水压力的消散程度，亦称固结比或固结百分数。土的抗剪强度：定义为土体抵抗剪应力的极限值或土体抵抗剪切破坏的所受剪能力（强 度）。抗剪强度总应力法：以总应力。表示剪切破坏面上的法向应力称为抗剪强度总应力法。抗剪强度有效应力法：有效应力表示剪切破坏面上的法向应力称为抗

17、剪强度有效应力 法。抗剪强度包线与莫尔圆的关系：1整个莫尔圆位于抗剪强度的下方说明该点在任何平面 上的剪应力都小于所能发挥的抗剪强度因此不会发生剪切破坏2莫尔圆与抗剪强度包 线相切切点为A说明在A点所代表的平面上，剪应力正好等于抗剪强度。该点处于极 限平衡状态，此莫尔圆称为极限应力圆。3抗剪强度包线是莫尔圆的一条割线，这种情 况不可能出现。86.极限平衡条件：。=。3tan2（45。+?） + 2ctan（45。+?或b =b tan2 （45 -2） - 2c tan（45。-?）。直剪仪的优缺点：直剪仪具有构造简单操作方便等优点。缺点有：1剪切面限定在上下 盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱

18、面2剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时 先从边缘开始在边缘发生应力集中现象。3在剪切过程中土样剪切面逐渐缩小，而在计 算抗剪强度时却是按土样的原截面的面积计算的，试验环境不能严格控制排水条件。不 能量测孔隙水压力，在进行不排水剪切时，试件仍有可能排水。不固结不排水三轴试验（简称不排水试验）：试样在施加围压和随后施加竖向压力直至 剪切破坏得整个过程中都不允许排水，试验至始至终关闭排水阀门。固结不排水三轴试验（简称固结不排水试验）：试样在施加围压。3时打开排水阀门，允 许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施加竖向压力,使试样在不排水的条件下剪 切破坏，固结排水三轴试验（简称排水试验）：试样在施加围压。3时，允许排水固结待固结稳定 后，再在排水条件下施放竖向压力直至试件剪切破坏。粘性土：广义的粘性土包括粉土，饱和粘性土。三轴压缩仪的优点：1能较为严格的控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力的变 化。2试件中的应力状态比较严峻破坏面是在最弱处。3还可以用以判定土的其他力 学性质，如土的弹性模量。土压力：通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。挡土墙：防止土体坍塌的构筑物，在房屋建筑，桥梁，道路以及水利等工程中得到的广 泛应用。挡土墙侧的土压力大小及其分布规律影响