高等土力学基本概念与原理

高等土力学第一章：基本概念与原理土力学的基本概念土力学：利用力学的一般原理,研究土的物理,化学和力学性质及土体在荷载,水,温度等外界因素作用下的工程性质,包括土的应力,变形,强度,稳定和土与结构物相互作用等规律的一个力学分支。土力学的发展简史土力学是一门既古老、又新兴的学科，人类很早就懂得广泛利用土进行工程建设（我国的长城、南北大运河）直到十八世纪中叶，人类对土在工程建设方面的特性，尚停留在感性认识阶段。土力学的发展简史十八世纪产业革命后，提出了大量与土力学有关的问题和不少成功的经验，特别是一些工程事故的教训，迫切促使人们去寻求理论的解释，并要求永通过实践检验的理论来直到以后的工程实践。筑城学（欧洲）墙后土压力问题铁路、公路、水利工程土坡稳定问题半经验分析阶段土力学的发展简史二十世纪，随着土建规模的扩大，促使人们全面地系统地对土的力学性质作理论和实践研究，科学技术不断发展，世界不少国家分分成立专门土力学研究机构，重点研究。十八世纪二十年代，著名的土力学家太沙基的土力学专著《土力学》问世，标志着土力学作为一门独立的较系统而完整的学科，自1936年以来，已召开了十一届国际土力学和基础工程学术会议。近四十年来，由于尖端科学、生产发展的需要，土力学的研究领域又有了明显的扩大土动力学、冻土力学、海洋土力学、月球土力学同时岩石力学也已与土力学分离而单独称为一门学科。1.1土体的基本特征上部结构、基础、地基示意图研究对象：土

土的性状变化很大，土力学理论依靠较多的简化假设，因此在处理工程中的土力学问题时，不能单凭数学和力学的方法，我们同时需要室内和野外的测试手段，实地观察和经验判断。土的概念：在土木工程领域，土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，所以，有时也会遇到难以区分的情况。

土的来源土根据来源可分为无机土：岩石风化天然土土是岩石风化的产物有机土：腐殖土，由植物完全或部分分解的堆积物具有高压缩性、低强度，为不良建筑物地基风化：物理风化：温度应力岩石开裂水的冻胀裂缝张开岩石开裂波浪冲击地震风沙砾冲击岩石破裂化学风化：岩石与空气、水和各种溶液相接触经氧化炭化作用分解成细小的颗粒致使岩石的矿物成分发生变化水化在自然界，物理风化和化学风化是同时或交替进行的，所以任何一种天然土通常既是物理风化的产物，又是化学风化的产物。土的种类残积土：岩石风化后仍然留在原地的堆积物。残积土的厚度和风化程度主要取决于气候条件和暴露时间，其明显特征是颗粒多为角粒，且母岩种类对残积土的性质有显著影响。(优良母岩、质地不良母岩)运积土：经流水、风和冰川等动力搬运离开产地的堆积物。可分为河流运积土风积土冰川沉积土沼泽土（腐植土）河流沉积土水冲积形成的，上游颗粒粗，下游颗粒细，故：

上游：强透水，引起渗漏和渗透变形问题

下游：地基土的高压缩性和低强度引起的基础沉降和稳定问题，同时要考虑渗透变形问题风积土黄土典型特点：湿陷性，所谓湿陷性指黄土未浸水时，含水率低，一般10%左右，仍能维持陡壁或承受较大的建筑物荷载，可一旦湿水，其胶结强度会迅速降低，会在自重或建筑物荷载下剧烈下沉，黄土的这种性质称为湿陷性。冰川沉积土未经水流搬运，直接从冰层中搁置下来的冰碛土。其特点是：不成层，性质一般不均匀，可作为土石坝的不透水材料，而化学胶结的冰碛土具有很高的密实性，常常是极好的建筑物地基。冰水冲积土：由冰川融化水搬运、堆积在冰层外围的冲积土，具有与河流冲积土类似的性质，是优良的透水材料和混凝土骨料风积土（黄土高原风成学说）雅丹地貌（风蚀作用形成）物理风化物理风化风的作用水的作用化学风化化学风化天然地质体土的物理力学性质随母岩种类,形成过程等不同而不同；土的物理力学性质随环境条件(温度,湿度,水分,压力等)不同而不同。人工土体：人为控制土的结构与组成天然土体：自然形成土体与结构不确定性：土的物理力学性质随母岩种类,形成过程等不同而不同；不均匀性：具有明显的空间变异性；易变性：土的物理力学性质随环境条件(温度,湿度,水分,压力等)不同而不同；多相性：由固相、液相、气相组成。固体傲矿物育颗粒（固斑相）土中派气体（气谎相）土中须水（液遮相）土的森组成土的锻固体脉颗粒逃是土并的三楼相组蒜成中申的主龄体，原是决支定土激的工传程性强质的卸主要默成分萍。土体晨与岩姐体连续辉性：誉土体柄看成速为连纤续介通质，枕岩石伞常认及为是内不连肾续介外质；渗透政性：记土体恶一般偿无明凑显的讽方向替性，稀岩石略具有母明显层的方谜向性错；破坏竭机理疯：土安体内福部对商土颗漆粒的股约束误较弱灵，岩没石内赔部的影胶结姨能力款较强旨，一板般沿女不连正续面斤发生盖破坏走。土体帮的材涨料性涉质土体犁作为落结构腿材料欢与力辨学介迹质，桌具有多相琴性、易碎冰性、变异奴性，土强的力高学性疗质取勒决于地质柿成因、物质住组成、结构疮特征。影响见因素愿多，陕影响争因素朗之间射的相轿互作况用，妈根据线土的迹组成崭与结先构进睁行完备全的纱定量举分析知是困泼难的势，需咐要借发助工饮程经抵验、潮实验团等手厌段进游行分番析。1.宰2土的虫结构逝与组卸成土的错固体析颗粒非粘难土矿冬物颗炉粒：土伍中的紧原生族矿物幼以石集英为编主，摊含有姑少量做长石烂、云敬母等纠。粘土颠矿物物颗粒督：次抬生矿贱物的樱主要荡组成镜部分禽，最辉常见冠的是高岭凝石、伊利湿石、蒙脱伏石，基贝本单邀元为术硅氧侵四面尚体、绒铝氢蝴氧八限面体鸦。粘粒粉粒砂粒圆粒碎石块石0.0050.075260200巨粒粗粒细粒粒组梢的概逝念：茧工程麻上将既大小标，性哪质相旁近的倍土粒南合并颜为一水组，按称粒摔组，猜其分心界尺佳寸称壮界限册粒径卫。土粒鹊粒度始与粒挑组砂粒硅氧女四面伏体敢硅氧姨晶片铝氢校氧八吼面体则铝衰氢氧命晶片沿平先面展歪布晶胞闭（结忧构单摩元）片状猛粘土谋矿物相互侮叠合1：1型2：1型组合蒙脱毕石伊利云石高岭诞石矿物类型结构类型晶胞厚度(A)比表面积(m2/g)高岭石1：17.210~20伊利石2：11080~100蒙脱石2：114800主要做粘土制矿物甲的性邮质土颗摧粒与奥孔隙举水液态柄水结合蹦水自由竹水强结恰合水弱结抖合水不能允传递葡静水搂压力重力鼠水毛细窜水能传第递静或水压调力结合释水：指由防电分杀子引麻力吸将附于轧土粒桌表面叉成薄这膜状筋的水值。根栏据受哗电场必作用葵力的新大小圣及离须颗粒积表面笛远近胜，又磨可以斗分成强结卫合水和弱结乎合水两类获。※强结梳合水般：紧靠坦于颗旅粒表粮面、伤所受宁电场古的作弃用力昏很大港、几毕乎完字全固权定排鸟列、别丧失响液体悼的特胡性而结接近播于固吐体，胸冰点响远低胀于0℃，密遭度比台自由伟水的左大，语在案10傅5℃以上惯时才圈可被盲蒸发被；※弱结隶合水蜂：紧靠返强结江合水俘的外帝围形洒成的晚结合功水膜窜，所葡受的过电场衡作用烟力随贺着与鱼颗粒火距离爹增大季而减美弱。词是一袍种粘父滞水涨膜，剥可因携电场撞引力挖从一拒个土会粒周晌围转储移到冬另一宏个土贤粒周絮围。袜即弱恐结合振水膜寒能发则生变撑形，办但不把因重盗力作及用而乐流动扣。弱琴结合远水的苍存在陡是粘华性土哀在某兄一含狗水量戴范围杀内表新现出因可塑弱性的赖原因再。结合漏水示施意图土颗粒自由水弱结合水强结合水结合水存于孔隙中粘粒穷表面启的扩松散双健电层负电霞荷颗粒典表面扩散窃层固定峡层土的吹微观刺结构厌特征结构斧形式粗粒蛮土：单粒晴结构、蜂窝昆结构松散搜状态密实涉状态粉土竹：蜂窝麻结构粘性狼土：絮状累结构颗粒游级配不均私匀系透数d60—限定尼粒径d10—有效慈粒径d30—中值挑粒径曲率键系数级配站评定孔隙秘分布土的预孔隙箩结构——不同幅大小风的孔宏隙所退占比侍例的冲分布跨情况d：孔鞠隙直败径；p(d)：大柄于d的孔惜隙体绒积百厚分含放量；V：大吼于d的孔倒隙体戴积；Vz：总亦孔隙猎体积临。孔径厉分布娃曲线1.精3连续昌介质阅力学上原理基本氏假定连续活性假许定——土体雁为连速续介企质。物质谷点无按孔隙愧地分特布于叔物体丹所占膏的空暖间物体押在变生形过虏程中着仍保轿持连毛续性均匀违性假利定——物体作内各扒点的旨物理拖力学变性质趴相同时。各向质同性康假定——材料快性质晨与方浩向无锋关小变绳形假骡定——物体繁在外旁力作证用下茧产生想的变例形很禁小，病不考遭虑因迫变形赛引起融的尺港寸变祸化。基本倚方程平衡昼方程几何舟方程