【高分复习笔记】东南大学等四校合编《土力学》（第3版）笔记和课后习题（含考研真题）详解

目录

内容简介

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绪论

01复习笔记

第一章土的组成

1.1复习笔记

1.2课后习题详解

1.3考研真题与典型题详解

第二章土的物理性质及分类

2.1复习笔记

2.2课后习题详解

2.3考研真题与典型题详解

第三章土的渗透性及渗流

31复习笔记

3.2课后习题详解

3.3考研真题与典型题详解

第四章土中应力

41复习笔记

4.2课后习题详解

4.3考研真题与典型题详解

第五章土的压缩性

5.1复习笔记

5.2课后习题详解

5.3考研真题与典型题详解

第六章地基变形

6.1复习笔记

6.2课后习题详解

63考研真题与典型题详解

第七章士的抗剪强度

7.1复习笔记

7.2课后习题详解

7.3考研真题与典型题详解

第八章土压力

8.1复习笔记

8.2课后习题详解

8.3考研真题与典型题详解

第九章地基承载力

91复习笔记

92课后习题详解

93考研真题与典型题详解

第十章土坡和地基的稳定性

10.1复习笔记

10.2课后习题详解

10.3考研真题与典型题详解

第十一章土在动荷载作用下的特性

11.1复习笔记

11.2课后习题详解

11.3考研真题与典型题详解

绪论

0.1复习笔记

一、土力学的概念及学科特点

（1）土力学是指研究土体的一门力学，它是研究土体的应力、变形、强度、渗流及长期

稳定性的一门学科。广义的土力学包括土的生成、组成、物理化学性质及分类在内的土

质学。

（2）土是由岩石经历物理、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。

（3）特殊土有遇水沉陷的湿陷性土（如常见的湿陷性黄土）、湿胀干缩的胀缩性土（习

称膨胀土）、冻胀性土（习称冻土）、红黏土、软土、填土、混合土、盐渍土、污染土

、风化岩与残积土等。

（4）对土的基本力学性质和土工问题计算方法的研究验证，是土力学的两大重要研究课

题。

二、土力学的发展简史

古代许多宏伟的土木工程，如我国的万里长城、大型宫殿、大庙宇、大运河、开封塔、赵

州桥等，国外的大皇宫、大教堂、古埃及金字塔、古罗马桥梁工程等，屹立至今，体现了

古代劳动人民丰富的土木工程经验。

18世纪欧美国家在产业革命推动下，社会生产力有了快速发展，大型建筑、桥梁、铁路、

公路的兴建，促使人们对地基土和路基土的一系列技术问题进行研究。

20世纪2（）年代开始，对土力学的研究有了迅速的发展。

20世纪后期，经过国内外学术会议的召开，大大促进了土力学学科的发展，预计21世纪土

力学理论与实践在非饱和土力学、环境土力学、土破坏理论等方面将取得长足的发展。

第一章土的组成

1.1复习笔记

「基本嘤念

/化作用

,族述［土的成区类型

〔土的特殊物勒学性更

「土粒粒度与粒组

土中引体颗粒，

〔土粒的丁物成分

I土中水

{土中水和土中气I土中气

「螫土F物几祎莒见的晶片

会土颗粒与水的军互作用，

〔饯土颗粒与水的非互作用

「土的结构

I土的结构和构造-

〔土的构造

【知识框架】

【重点难点归纳】

一、概述

基本概念

在自然界，存在于地壳表层的岩石圈是由基岩及其覆盖土组成。

(1)基岩

①定义：在水平和竖直两个方向延伸很广的各种原位岩石。

②分类：按成因可分为：a.岩浆岩；b.变质岩；c.沉积岩。

(2)覆盖土

①定义：还没有固结成沉积岩的松散沉积物。

②分布：广泛分布在地壳表层。

2.风化作用

风化作用是指地壳表层的岩石在阳光、大气、水和生物等因素影响下，使岩石崩解、破碎

,再经流水、风、冰川等动力搬运的作用，最终使岩石变成细小的颗粒的过程。

（1）风化作用的分类（见表1-1-1）

0表1-1-1风化作用的分类

风

化定义

类

型

物由于温度变化、水的冻胀、波浪冲

理

击、地震等引起的物理力使岩体崩

风

解、碎裂，使岩体逐渐变成细小的

化

颗粒的过程

岩体（或岩块、岩屑）与空气、水和各种水溶

液相互作用使岩石颗粒变细，并且使岩石成分

基本定义

发生变化，形成大量细微颗粒（黏粒）和可溶

盐类的过程

水

解原生矿物成分被分解，并与水进行

作化学成分的交换，形成新的次生矿

用物的过程

水

化

水和某种矿物发生化学反应，形成

作

新的矿物的过程

用

氧

化某种矿物与氧结合形成新的矿物的

作

过程

用

溶

解原生矿物成分被溶解，并与水进行

作化学成分进行反应，形成新的矿物

用的过程

碳

酸

化原生矿物成分被溶解，与水中溶解

作的co?形成碳酸类物质的过程

用

3.土的成因类型（见表1-1-2）

表1-1-2土的成因类型

定义

基本特征

土的成

因类型

岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑堆颗粒表面粗糙、多棱角、无分

残积土

积物选、无层理

残积土受重力和暂时性流水（雨水、雪水）的随斜坡自上而下呈现由粗而细

坡积土

作用，搬运到山坡或坡脚处沉积起来的土的分选性和局部层理

由暂时性洪流，将山区高地的碎屑物质携带至

洪积土水流流速骤减而呈扇形沉积体

沟口或平缓地带堆积形成的土

河流的流水作用搬运到河谷坡降平缓的地带沉颗粒具有较好的分选性和磨圆

冲积土

积下来的土度，具有层理

在湖泊及沼泽等极为缓慢水流或静水条件下沉含大量细微颗粒，常伴有生物

湖积土

积下来的土，或称淤积土化学作用所形成的有机物

河流流水搬运到海洋环境下沉积下来的土孔隙比大，含大量细微颗粒，

海积土

含有一定量有机物

风积土由风力搬运形成的土颗粒磨圆度好，分选性好

冰积土由冰川或冰水挟带搬运形成的沉积物颗粒粗细变化大，土质不均匀

由于致污物质的侵入，使土的成分、结构和性土壤有异味，常伴有土壤颜色

污染土

质发生了显著变异的土也不正常

4.土的特殊物理力学性质

（1）散体性

颗粒之间无黏结或有一定的黏结，存在大量孔隙，可以透水透气。

（2）多相性

土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系，相系之间质和量的变化直接影响它的工程性

质；土中固体颗粒（简称土粒）的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力

学性质的重要因素，如图1-1-1所示。

固体颗粒

充于孔隙或附于颗粒表面充于颗粒之间的

的液态水孔隙空气

图1-1-1土的组成示意图

(3)自然变异性

土是在自然界漫长的地质历史时期演化形成的多矿物组合体，性质复杂，不均匀，且随时

间还在不断变化的材料。

二、土中固体颗粒

土粒粒度与粒组

(1)土粒粒度

土粒的大小称为粒度，通常以粒径表示。

(2)土粒粒组

①介于一定粒度范围内的土粒，称为粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同，而呈现出一定

质的变化。

②划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。

土粒粒组的划分方法如表1-1-

3所示，表中根据界限粒径200mm、60mm、2mm、0.075mm和0.005mm把土粒分为六大粒

组：漂石或块石颗粒、卵石或碎石颗粒、圆砾或角砾颗粒、砂粒、粉粒及黏粒。

表1-1-3土粒粒组的划分[土的分类标准(GB/T50145—2007)]

粒

组粒径范围(mm)一般特征

名

粒一

细水上升高度大，但速

度较慢

③土粒的大小及其组成情况，以土中各个粒组的相对含量（指土样各粒组的质量占土粒总

质量的百分数）来表示，称为土的粒度成分或颗粒级配。

（3）粒度成分分析试验

①筛分法：用于粒径大于0.075mm的巨粒组和粗粒组；

②沉降分析法：用于粒径小于0.075mm的细粒组；

③当土内兼含大于和小于（）.（）75mni的土粒时，两类分析方法可联合使用。

（4）粒度成分分布曲线

根据粒度成分分析试验结果，采用粒径累计曲线表示土的颗粒级配。采用对数坐标表示；

纵坐标为小于（或大于）某粒径的土重（累计百分）含量，见图1-1-

2o由曲线的坡度可以判断土粒均匀程度或级配是否良好。

图1-1-2粒径累计曲线

结论：①若曲线较陡，表示粒径大小相差不多，土粒较均匀，级配不良;

②若曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。

（5）确定颗粒级配的两个定量指标

①不均匀系数C.，定义的表达式(1-1-1)如下:

「。60

«10

(1-1-1)

②曲率系数Cc,定义的表达式(1-1-2)如下:

(1-1-2)

式中，“是指小于某粒径土重累计百分含量为60%对应的粒径,称为限制粒径；九是指小

于某粒径土重累计百分含量为30%对应的粒径，称为中值粒径;dm相当于小于某粒径土重

累计百分含量为10%对应的粒径，称为有效粒径。

(6)工程上对土的级配是否良好的判断：

①对于级配连续的土：把C«5的土看作是均粒土，属级配不良;05的土，属级配良好;

②对于级配不连续的土：同时满足CuN5和Cc=l〜3两个条件时，则为级配良好；如不能同

时满足，则判定为级配不良。

2.土粒的矿物成分

原生矿物：石英，长石.云母等

，矿物质/黏土矿物：蒙脱石.伊利石.高岭石等

次生矿物4可溶盐：Nad,CaC()3等

固体颗粒＜〔无定形氧化物胶体

,有机质

土中固体颗粒的矿物成分绝大部分是矿物质，或多或少含有有机质，如图1-1-3所示。

图1-1-3固体颗粒矿物成分

土粒矿物类型及分类如表1-1-4所示。

表1-1-4土粒矿物类型及分类

定义

矿物

类型

石英

其物理化学性质较稳定，成分与母岩完全相同

长石

云母

粘土矿

物

可溶

盐

定

无

氧

型

物

化

体

胶

未分解

的动植

,物残体

分

的

解

炭

泥

全

完

解

分

的

腐

殖

质

三、土中水和土中气

土中水

(1)土中水的分类

土中水有三种形态：固态、液态或气态，如表1-1~5所示。

表1-1-5土中水的形态

作用存在位置

形态

分类

土粒矿物的

固态参与矿物构造，当作矿物颗

晶体格架内

水粒的一部分

部

有固体的性质，被紧靠土颗粒表

强结合水当做土颗粒的一部面的一定范围

分内

对粘性土的粘性特征(如可

弱结紧靠强结合

塑性)和工程性质有很大影

合水水的外围

响

它，-1型

±物-的1利

，，加1

矿成：伊

出下增土图构2、

排用性黏-，片即石

1-（

。易作弹中1片铝脱

胞

中极力的其图铝蒙

（层

水体外土，称一晶有

的

隙气在得质简和型要

成（层

水孔通。使机片片主

，于连泡，有构硅三中

叠晶的

上面解，气来或氧层其

溶下闭出物层成，

以界氢一

位体用封放结成由构物

交铝

水气气作的释胶互即片矿

是

下空些力绝新学交，铝土

地与有外隔重化片种）层黏。

也在气又他晶一格一的示

，。大体其种另晶夹同所

以土隙6

位体与气和。两；称间不-1

力位水空-

部气在的物大由）a或中了1

透的4（

张水的的存解矿较是-片成表

面下的体l

据通常溶土响，-胞硅形如

表地下了土中l

占连则，黏影体晶层就较

图型

所相，后有质晶，两式比

水气中除要性性盐类由形的

片本

被大土卸主程水酸硅和置物

响未与粒力用分工亲硅基）叠矿

称种

影中到细外作成的和一简胞同土

大隙见在，互物土构铝（两晶不粘

孔。水矿性结种片成型的

很常相1种

土，大于的黏晶一晶构胞

有的：三

性于中不解水）对结是氧片1晶，

在物响溶粒征的上铝即类类

特大与硅（

存积影易。黏特物际和二三

水流不粒（是

细渗响体沉质体小颗构矿实片胞这石

气种

毛对影气粒性气减土粒结土物硅晶。岭

中颗一型

水闭晶黏。）

||土的颗的性黏矿o高

力中粗土封水、土结.土）层胞和

.态）b

市水气水.2土在对中透四黏的1黏44二晶石

硅啊四面体

铝软钝八面体

O包•硅。氯区・铝

铝氢氧晶片

(6)

图1-1-4黏土矿物晶片示意图

（a）硅氧晶片；（b）铝氢氧晶片

—表1-1-6三种粘土矿物的比较

蒙脱石伊利石高岭石

类型

产生由伊利石进一步风化或云母在碱性介质中风

长石风化的产物

过程火山灰风化而成的产物化的产物

高膨胀性、高塑性、高具有膨胀性，其性质膨胀性最低，水稳定性好，

特性压缩性、低强度、低渗介于蒙脱石与高岭石可塑性低，压缩性低，亲水

透性之间性差

膨

胀

大

世

蒙脱石>伊利石,高岭石

小

\

—

L_______

结构<£)®一

不思ioAJ

9.6A列分离>/;上2X

J-Z________

(b)

(«)（C）

黏土颗粒与水的相互作用

(1)黏土颗粒的带电性

黏土颗粒本身带有一定量的负电荷，在电场作用下向阳极移动，这种现象称为电泳；而极

性水分子与水中的阳离子(K，，Na*等)形成水化离子，在电场作用下这类水化离子向阴

极移动，这种现象称为电渗。

(2)双电层的概念

反离子层与土粒表面负电荷一起构成双电层。

五、土的结构和构造

土的组成成分、土的结构和构造等因素决定土的性质。

土的结构包含：①微观结构，简称为土的结构或土的组构，是指土粒的原位集合体特征；

②宏观结构，称为土的构造，是同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间

的相互关系的特征。

1.土的结构(见表1-1-7)

表1-1-7土的结构分类

□

分单粒结构蜂窝结构絮状结构

类

主

要

由粗大土粒在水或空气中下沉土粒在接触点不在下沉，由于电荷相互作用，导

特

而形成的，土颗粒相互间有稳逐渐形成一大片连续的土致土粒之间相互层叠交

征

定的空间位置粒链织形成

典

型

土碎石土、砂土粉粒、细砂粘性土

工紧密状：强度大，压缩性小，弓架作用和一定程度的粒其土粒之间的联结强度

程

是良好的天然地基；疏松状：间联结，可承担一定的静,由于长期的固结作用

特

土粒易移动，土中孔隙多，能力载荷。当承受高应力荷和胶结作用得到加强，

性

引起土的很大变形，不宜做天载时，导致严重的地基变工程性质良好，低透水

然地基形性

示

意

图

造

土的构

2.

征；

观特

隙等宏

大孔

裂隙及

理、

的层

土层

，表征

状态

的赋存

空间

土层在

造是

土的构

（1）

错层理

造和交

层理构

有水平

常见的

造，

层理构

性，即

是成层

征就

主要特

造最

土的构

（2）

；

构造

大透

，增

稳定性

强度和

土体的

大降低

存在大

隙的

，裂

裂隙性

征是

另一特

造的

土的构

（3）

匀性。

不均

成土的

征都造

构造特

，土的

水性

1.2课后习题详解

砂类土和黏性土各有哪些典型的形成作用？

答：土在其形成过程中有各种风化作用共同参与，它们同时进行。砂类土主要是由于温度

变化、波浪冲击、地震引起的物理力使岩体崩解、破碎形成。粘性土主要是岩体与空气、

水和各种水溶液相互作用形成。

请分析下列几组概念的异同点：①黏土矿物、黏粒、黏性土；②粒径、粒度和粒组。

答：（1）黏土颗粒（黏粒）的矿物成分主要有黏土矿物和其他化学胶结构物或有机质，

其中黏土矿物的结晶结构特征对黏性土的工程性质影响较大。黏土矿物实际上是一种铝-

硅酸盐晶体，是由两种晶片交互层叠构成的。黏土矿物颗粒一般为扁平状（或纤维状），

与水作用后扁平状颗粒的表面带负电荷，但颗粒的（断裂）边缘，局部却带有正电荷。黏

性土由黏粒与水之间的相互作用产生，黏性土及其土粒本身大多是由硅酸盐矿物组成。

（2）自然界中土一般都是由大小不等的土粒混合而组成的，也就是不同大小的土颗粒按

不同的比例搭配关系构成某一类土，比例搭配（级配）不一样，则土的性质各异。土颗

粒大小，通常以其直径大小表示，简称粒径，单位为mm。所谓土的颗粒大小组合情况

在工程上就是按土颗粒（粒径）大小分组，称为粒组。每个粒组都以土粒直径的两个数

值作为其上下限，并给以适当的名称，简言之，粒组就是一定的粒径区段，以毫米表示

。土颗粒的大小是以其直径来表示，称为粒径（或粒度），其单位一般采用毫米。

简述土中粒度成分与矿物成分的关系。

答：粗颗粒土往往是岩石经物理风化形成的原岩碎屑，是物理化学性质比较稳定的原生矿

物颗粒；细小土粒主要是化学风化作用形成的次生矿物颗粒和生成过程中有机物质的介入

,次生矿物的成分、性质及其与水的作用均很复杂，是细粒土具有塑性特征的主要因素之

一，对土的工程性质影响很大。

粒组划分时，界限粒径的物理意义是什么？

答：界限粒组的物理意义是划分粒组的分界尺寸。因为在自然界中存在的土，都是由大小

不同的土粒组成。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。土粒的大

小称为粒度，通常以粒径表示。介于一定粒度范围内的土粒，称为粒组。各个粒组随着分

界尺寸的不同，而呈现出一定质的变化。

黏土颗粒为什么会带电?

答：（1）离解作用：指粘土矿物颗粒与水作用后离解成更微小的颗粒，离解后的阳离子

扩散于水中，阴离子留在颗粒表面。

（2）吸附作用：指溶于水中的微小粘土矿物颗粒把水介质中一些与本身结晶格架中相同

或相似的离子选择性地吸附到自己表面。

（3）同晶置换：指矿物晶格中高价的阳离子被低价的离子置换，常为硅片中的Si“被A1”

置换，铝片中的A1”被MQ置换，因而产生过剩的未饱和的负电荷。

（4）边缘断裂：理想晶体内部是平衡的，但在颗粒边缘处，产生断裂后，晶体连续性受

到破坏，造成电荷不平衡。

毛细现象对工程有何影响？毛细带内为什么孔隙水压力为负值？

答：（1）毛细水是存在于地下水位以上，受到水与空气交界处表面张力作用的自由水。

在工程中，毛细水的上升高度和速度对于建筑物地下部分的防潮措施和地基土的浸湿、冻

胀等有重要影响。

（2）在水、气界面上，由于弯液面表面张力的存在，以及水与土粒表面的浸润作用，孔

隙水的压力将小于孔隙内的大气压力。于是，沿着毛细弯液面的切线方向将产生迫使相

邻粒挤紧的压力，这种压力称为毛细压力，毛细压力的存在使水内的压力小于大气压力

,即孔隙水压力为负值。

黏土的活动性为什么有很大差异？

答：粘土颗粒（粘粒）的矿物成分主要有粘土矿物和其他化学胶结物或有机质，而粘土矿

物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有很强的与水相互作用的能力，表面积（比表面）愈

大，这种能力就愈强，由于土粒大小而造成比表面数值上的巨大变化，必然导致土的活动

性的极大差异，如蒙脱石颗粒比高岭石颗粒的比表面大几十倍，因而具有极强的活动性。

研究士的结构性有何工程意义？如何研究土的微观结构？

答：（1）土的微观结构是指土粒的原位集合体特征，由土粒单元的大小、矿物成分、形

状、相互排列及联结关系，土中水性质及孔隙特征等形成的综合特征。

（2）首先通过对显微照片信息的提取，采用割补法画出的几何图形来代表结构单元体形

态，从简化的图形中找出土微观结构的每个结构单元体的长轴和短轴的两个长度量数，

运用四个角点的坐标求出长、短轴，用长轴和短轴之积来近似地代替结构单元体的几何

面积，然后进行土颗粒的定向研究。

土中水扩散层的厚度与哪些因素有关？为什么？

答：（1）土粒的矿物成分与分散程度。颗粒的分散程度愈高，比表面积愈大，对一定量

的上来说，扩散层的总体积也愈大。颗粒的比表面积与颗粒的大小、形状有关，颗粒的形

状又与矿物成分有关，所以矿物成分是决定的因素。

（2）溶液的化学成分。对于由选择性吸附而形成的双电层的矿物而言，介质中可被选择

吸