《土质学与土力学》教学大纲

1、 土质学与土力学(GeotechnicalPropertiesofSoilandSoilMechanics)课程教学大纲48学时3学分一、课程的性质、目的及任务本课程为地质工程专业主干课。通过本课程的学习，培养学生能够在生产实践中解决一般的土体性质调查、分析和研究、地基土应力与沉降分析、地基承载力计算、土坡稳定性分析、挡土墙土压力研究等问题。通过本课程的学习，为后续工程地质学基础、岩土工程勘察、基础工程等课程打下基础，也为将来走向社会从事岩土工程实践和进一步学习新的知识奠定基础。二、适用专业地质工程专业、土木工程专业等三、先修课程地质学基础、概率论与数理统计、工程力学、弹性力学四、课程的基本要

2、求1掌握土、土体的基本概念，土的物质成分与结构及其对土的工程性质的影响。2掌握土的基本物理、水理、力学性质的基本概念、测定方法及工程应用。3掌握土力学常规计算方法，包括地基土应力、地基沉降、地基承载力计算、挡土墙土压力计算等；能对地基土的工程特性做出初步评价。4掌握特殊土的工程性质，了解相应的工程措施及土质改良方法。五、课程的教学内容1课堂讲授的教学内容绪论土质学与土力学的诞生与发展；土质学与土力学在工程建设中的作用；土质学与土力学研究的对象土与土体；土质学与土力学的研究内容和方法；土质学与土力学的新学科分支。第一章土的物理性质与工程分类土的形成，土的多相组成，土的粒度成分，粗粒土按粒度成分分

3、类，土的矿物成分，土的化学成分，土中的水与空气、粘土水电解质系统、土的结构与构造。土的重量，土的含水量，土的孔隙性，土的物理性质与物质成分、结构的关系，物理指标之间的换算及应用。粘性土的稠度与塑性，细粒土分类。土的膨胀性与崩解性。第二章土中的水土中水的分类，土的渗透性，土的毛细性，流网及其应用，渗透力与渗透破坏。第三章土的力学性质有效应力原理，土的压缩性，土的抗剪性，莫尔库伦强度理论，孔隙水压力参数，土的动力性质简介，非饱和土力学简介。第四章土中的应力计算自重应力，附加应力，基底压力，基地附加压力，不同形状分布力引起的地基应力计算，角点法。第五章地基沉降计算基地变形种类，地基最终沉降量计算的弹

4、性理论法、应力面积法、原始压缩曲线法、应变影响系数法，太沙基一维固结理论，地基变形与时间关系计算。第六章土坡稳定和土压力计算土坡稳定分析，土压力的种类及影响因素，朗金土压力理论，库仑土压力理论。第七章地基土承载力计算地基土承载力的基本概念及三种承载力，地基土的临塑荷载和临界荷载计算，地基土极限荷载计算，地基承载力确定方法。第八章不同类型土的工程性质一般土的工程性质；特殊土（黄土、淤泥类土、红粘土、膨胀土、污染土、混粒土）的工程性质及土质改良方法简介。第九章地基处理概述土的碾压夯实，砂垫层或碎石垫层，堆载预压，砂桩及碎石桩，土工织物，化学加固方法等。课程总结2研讨的教学内容（1）不同类型土的工程

5、性质（2）地基处理方法（3）学员自主提出的研讨课题实验的教学内容实验一、土的粒度成分分析实验二、土的密度及含水量测定实验三、土的稠度试验实验四、土的压缩试验实验五、粘性土的渗透试验实验六、土的直剪试验实验七、土的三轴试验（课外选做）实验八、土的单轴抗压强度试验（课外选做）实验九、地基土物理力学性质指标综合测定（课外选做、设计性）实验十、学员提出的其他设计性实验（课外、设计性）4自主学习的教学内容（1）应力路径与力学性质的关系（2）孔隙水压力系数及其工程意义（3）学员感兴趣的或者需要扩展的其他课题六、知识点与能力点绪论知识点：土与土体土质学、土力学岩土工程岩土工程师技术职责第一章土的物理性质与工

6、程分类知识点：工程地质成因演化论及我国松散层分布规律土的形成过程、残积土、运积土土的多相组成土的粒度成分（级配、表示方法、粒度累积曲线、三角坐标、有效粒径、不均匀系数、曲率系数）土的矿物成分土的化学成分土中的水与空气粘土水电解质系统土的结构与构造土的三相图土的重量及其指标（土粒比重、土的质量密度、土的重度、土的饱和重度、土的干重度、土的有效重度）土的含水性及其指标（含水量、饱和度、砂土的湿度分类）土的孔隙性及其指标（孔隙度、孔隙比、孔隙度和孔隙比之间的换算、砂土的相对密实度、砂土按密实度的分类）土的物理性质与物质成分、结构的关系粘性土的稠度与塑性（稠度、界限含水量、液限、塑限、缩限、液性指数、

7、按液性指数划分粘性土稠度状态、塑性指数、细粒土的分类与定名）土的膨胀性与崩解性（膨胀率、膨胀力、体缩率和线缩率、收缩系数、土的崩解性）土的物理性质的测定土的各物理性质指标的换算。能力点：掌握土的粒度成分的累积曲线绘制方法及判读熟练掌握表征土的物理性质的各个指标的定义、计算公式、各指标的工程含义与应用目的熟练掌握用三相图方法推导各物理性质指标间的关系熟练掌握各指标间的换算及计算掌握基本物理性质实测指标和基本导出指标的关系熟练掌握塑性指数和液性指数的计算并明确其意义熟练掌握用塑性指数和塑性图对土进行分类定名的方法掌握根据土的粒度成分和塑性综合确定土名的方法实验技能：筛分法、沉降法颗粒分析；比重、重

8、度、含水量测定；塑限、液限测定第二章土中的水知识点：土中水的分类土的渗透性（达西定律、砾石类和砂类土的渗透系数、粘性土的渗透系数）土的毛细性流网及其应用渗透力临界水力坡度渗透破坏（流砂、管涌）能力点：熟练掌握流网的绘制方法，能够用流网计算渗流速度、计算渗流量、计算孔隙水压力和求渗透力熟练掌握渗透力的计算方法熟练掌握土的临界水力坡度的计算方法及渗透破坏判别实验技能：常水头、变水头测定土的渗透系数第三章土的力学性质知识点：土的压缩性土压缩变形的本质饱和土的有效应力原理室内压缩试验压缩定律压缩系数压缩指数压缩模量变形模量泊松比、侧压力系数回弹指数先期固结压力超固结比和土的固结状态土的抗剪性剪切定律直

9、接剪切试验三轴剪切试验无侧限抗压强度试验十字板剪切试验无侧限抗压强度试验莫尔-库仑强度理论极限平衡条件临界孔隙比孔隙水压力系数砂土液化机理22.砂土液化评价土的压实性最优含水量土的动力变形和动力强度非饱和土有效应力原理能力点：深刻理解饱和土的有效应力原理,并能用它解释一些常见的土力学问题掌握采用固结试验曲线求取先期固结压力的方法，并能用超固结比判断土的受力历史及固结状态熟练掌握土的极限平衡条件,并能用它分析一些土力学问题,如挡土墙压力、地基稳定性、判断破坏面的方向等掌握孔隙水压力参数的基本概念和计算方法掌握饱和砂土震动液化的判别方法掌握从土的击实特性曲线求取最优含水量方法实验技能：直接剪切实验

10、、压缩试验、三轴实验、击实试验第四章土中的应力计算知识点：基础地基持力层自重应力附加应力基底压力基地附加压力地表受垂直集中力作用下的附加应力分布竖向分布荷载作用下土中应力计算能力点：熟练掌握自重应力、附加应力、基底压力、基底附加压力的计算方法会用角点法计算复杂形状及非均布荷载下地基中的附加应力第五章地基沉降计算知识点：地基变形种类地基最终沉降量计算的弹性理论法、应力面积法、原始压缩曲线法、应变影响系数法太沙基一维固结理论固结度能力点：熟练掌握弹性理论法、规范法（应力面积法）、原始压缩曲线法计算地基最终沉降量的方法熟练掌握用太沙基一维固结理论计算沉降时间关系的方法第六章土坡稳定和土压力计算知识点

11、：土坡的稳定系数干的无粘性土土坡稳定性有渗流的无粘性土突破的稳定性粘性土土坡稳定性瑞典园弧法瑞典条分法毕肖普条分法挡土结构物类型土压力种类及产生的条件主动土压力被动土压力静止土压力朗金土压力理论库仑土压力理论能力点：熟练掌握无粘性土无渗流和有渗流作用时的安全系数的计算掌握粘性土坡分析的瑞典园弧法、条分法及毕肖普条分法掌握三种挡土墙压力的计算方法第七章地基土承载力计算知识点：地基土变形的三个阶段地基承载力极限承载力容许承载力地基承载力的特征值临塑荷载临界荷载能力点：熟练掌握确定地基承载力特征值的理论公式法熟练掌握常见的极限承载力的计算方法第八章不同类型土的工程性质知识点：一般土的工程性质黄土淤泥

12、类土红粘土膨胀土污染土人工填土能力点：掌握黄土湿陷性判别方法掌握膨胀土判别方法第九章地基处理概述知识点：1.土的碾压夯实2.砂垫层或碎石垫层堆载预压砂桩及碎石桩土工织物化学加固能力点：1.初步掌握根据地基土力学性质选择地基处理方案的方法七、学时分配表八、研究型课程实施本课程的研究型课题教学的探索始于2000年，从2009年获得国家级精品课程建设后，通过进一步研究和实践，成为比较成熟的教学方式。主要做法是（1）提出课题。课程开设之初可以由教师引导学生如何提出课题，接着，要鼓励学生自主提出课题。例如以土力学部分，可以采用以下大的课题：地基中的应力分布、地基最终沉降量的计算、地基变形与时间的关系、地

13、基承载力、土坡稳定性分析和挡土墙压力。（2）明确学习要求。如对地基中的应力分布课题的基本要求是：理解和掌握地基和基础的基本概念、土体中的应力种类、土中的自重应力及其计算、基底压力计算、基底附加压力及其计算和地基中的附加应力。（3）课题细化。例如地基中的应力分布部分可以设计以下小型课题：1）自重应力是有效应力还是总应力？2）从基底压力简化计算方法说明为什么基底压力又称基底应力?3）地基附加应力计算中能抽象出的关键力学问题（或力学模型）是什么，是由谁先解决的，如何解决的?4）角点法计算地基应力的依据是什么?5）对教科书和现行规范中地基应力计算存在的不足进行评述？存在的主要问题是什么，现在解决得如何

14、，有何解决设想？设计并实施一个实验方案。6）选择一种非均质或各向异性地基分析其中应力分布。（4）团队合作研究或者实验研究。针对课题组成团队，通过自主学习或者实验研究，获得对课题的认识和理解，形成学习报告和实验报告。（5）交流与研讨。按照班级每个团队汇报学习和实验成果，相互讨论、辩论、学习，培养学生的表达能力和学术交流能力，鼓励批判性思维和学术思辨。九、主要参考书1.隋旺华等.土质学与土力学.中国矿业大学出版社，2012.2.高大钊等.土质学与土力学.人民交通出版社，2010.Person.Essentialofsoilmechanics,2007.DAS.GEOTECHNICALEnginee

15、ring,2008.WilliamPowrie.Soilmechanics，SponPress,2004.十、考核方式（包括作业、测验、考试等及其所占比例）期末闭卷考试占40%，期中测验占20%，作业和实验报告占30%，研讨占10%。十一、说明（包括：与相关课程的关系、对自学内容的指导意见、其他专业运用此大纲的意见等。）1.本课程由土质学与土力学两部分组成，两者之间关系密切，教学中要交待清楚。本课程的实践性很强，要重视实验，教学中穿插一些工程实例，实验可安排部分内容参观。2.教学中在土的物理性质、水理性质、力学性质、地基沉降计算、承载力计算、土坡稳定及土压力计算应布置相应的课内外练习。实验七至

16、实验十为课外实验，由教师根据实际情况安排选做，由学生选题，教师辅导，学院协调安排实验时间。课外研讨由学生组成兴趣小组，采用文献阅读、设计性试验等方式进行。制定者：隋旺华审定者：杨伟峰批准者：董守华课程编号：土质学与土力学课程实验教学大纲总学时48总学分3实验学时12一、课程性质本课程为地质工程专业主干基础课。二、实验类型验证性实验、综合性试验。三、适用专业地质工程专业、土木工程专业等。四、先修课程地质学基础、概率论与数理统计、工程力学、弹性力学。五、实验简介1.实验目的本课程的实验是课程教学的重要组成部分。要求学生掌握土的基本物理力学性质指标的测定的原理、技术方法、结果的计算和分析等。熟悉土工

17、仪器的使用方法和简单的维护。初步具备针对具体工程选择实验方法、种类的能力和判断实验结果可靠性的能力。学会土工实验报告的编写。了解土工实验方法、仪器的最新进展及发展趋势。2.基本要求实验前，学生要认真复习相关理论内容，预习实验指导书，并写出预习报告，重点对实验原理、使用的仪器、操作步骤、误差要求等进行预习；实验中，要求学生首先了解解仪器的使用方法，操作过程和注意事项；做好原始记录，并认真复查，要求指导教师检查和签字；按要求编写实验报告，内容齐全，文字通顺，绘图规范，格式符合规定。实验方式学生独立或分组进行试验，采用各种仪器和方法测定土的物理力学性质指标。实验报告格式与内容每个实验均应编写实验报告

18、。实验报告按统一格式，采用统一封面和报告纸，报告内容应包括：实验名称、目的、内容、原理和理论基础、实验仪器设备、实验步骤、实验记录、数据处理、实验结果分析、回答有关问题等。任课教师要认真批阅每份实验报告，打错误或不妥之处要指明，要综合评定给出成绩并签名、签批改日期。六、实验项目设置与内容-序”实验名称内容提要实验学时每组人数实验属性开出要求开放要求1土的颗粒分析用筛分法和（或）比重计法分析土的粒度组成235验证必做21土的重度测试采用环刀法测定土的密度，并换算成重度135验证必做22土的含水量测定采用烘干法测定土的含水量135验证必做3土的塑限、液限试验采用搓条法测定土的塑限，采用圆锥法测定土的液限，使用联合测定仪235验证必