2025年注册土木工程师考试考点梳理

2025年注册土木工程师考试考点梳理一、工程测量1.水准测量水准测量原理是利用水准仪提供的水平视线，读取竖立于两点上的水准尺读数，来测定两点间的高差，进而由已知点高程推求未知点高程。例如在一个建筑场地，已知A点高程为50.000m，后视读数为1.234m，前视B点读数为1.567m，那么A、B两点高差$h_{AB}=ab=1.2341.567=0.333m$，B点高程$H_{B}=H_{A}+h_{AB}=50.0000.333=49.667m$。水准路线有闭合水准路线、附合水准路线和支水准路线。闭合水准路线是从已知水准点出发，沿各待定高程的点进行水准测量，最后又回到原出发点；附合水准路线是从一个已知水准点出发，沿各待定高程的点进行水准测量，最后附合到另一个已知水准点上；支水准路线是从已知水准点出发，既不闭合也不附合到其他水准点上，为了进行检核，需进行往返测量。水准测量误差来源包括仪器误差（如视准轴与水准管轴不平行）、观测误差（如水准尺读数误差）和外界环境影响（如地球曲率和大气折光影响）。2.角度测量角度测量分为水平角测量和竖直角测量。水平角是指空间两直线在水平面上投影的夹角，竖直角是指在同一竖直面内，目标方向与水平方向的夹角。经纬仪是常用的测角仪器，其操作步骤包括对中、整平、瞄准和读数。对中是使仪器中心与测站点标志中心位于同一铅垂线上，整平是使仪器的竖轴铅垂，水平度盘处于水平位置。用测回法测量水平角时，盘左位置照准目标读取读数，顺时针旋转照准部照准另一目标读取读数，两读数之差为上半测回角值；盘右位置照准目标读取读数，逆时针旋转照准部照准另一目标读取读数，两读数之差为下半测回角值。上、下半测回角值之差不超过规定限差时，取平均值作为一测回的角值。角度测量误差主要有仪器误差（如度盘刻划误差）、观测误差（如照准误差）和外界环境影响（如风力影响仪器稳定）。3.距离测量钢尺量距是用钢尺直接丈量两点间的水平距离。丈量时需要进行直线定线，当两点间距离较长时，需要在两点间定出若干个中间点，使其在同一直线上。钢尺量距的成果需要进行尺长改正、温度改正和倾斜改正。光电测距是利用电磁波作为载波，通过测定电磁波在待测距离上往返传播的时间来计算距离。光电测距仪按测定传播时间的方式可分为脉冲式和相位式。测距误差主要有仪器误差（如加常数和乘常数误差）、外界环境影响（如大气折射影响）等。4.测量误差基本知识测量误差按其性质可分为系统误差和偶然误差。系统误差是在相同观测条件下，对某一量进行一系列观测，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差，如钢尺的尺长误差。系统误差具有累积性，对测量成果影响较大，可通过一定的观测方法或加改正数的方法加以消除或减弱。偶然误差是在相同观测条件下，对某一量进行一系列观测，误差的大小和符号呈现出偶然性，从表面上看没有任何规律性，但就大量的误差而言，具有一定的统计规律。偶然误差具有有界性、聚中性、对称性和抵偿性。衡量测量精度的指标有中误差、相对误差和极限误差。中误差是衡量观测值精度的一种数字标准，它是一组真误差平方的平均值的平方根。相对误差是中误差与观测值之比，通常用分子为1的分数形式表示，适用于衡量距离测量的精度。极限误差是在一定的观测条件下，偶然误差的绝对值不应超过的限值，通常取中误差的3倍。二、流体力学1.流体的主要物理性质流体具有流动性，即流体在任何微小切应力作用下都会发生连续不断的变形。流体的密度是指单位体积流体的质量，用$\rho$表示，单位为$kg/m^{3}$。流体的重度是指单位体积流体的重量，用$\gamma$表示，单位为$N/m^{3}$，且$\gamma=\rhog$。流体的粘性是指流体抵抗流层间相对运动的能力，粘性大小用动力粘度$\mu$或运动粘度$\nu$来表示，$\nu=\frac{\mu}{\rho}$。温度对流体粘性有显著影响，液体的粘性随温度升高而减小，气体的粘性随温度升高而增大。2.流体静力学流体静压强有两个重要特性：一是静压强的方向总是垂直并指向作用面；二是静止流体中任一点上各方向的静压强大小相等。流体静力学基本方程为$p=p_{0}+\gammah$，其中$p$为某点的绝对压强，$p_{0}$为液面压强，$\gamma$为流体重度，$h$为该点到液面的垂直距离。绝对压强是以完全真空为基准计算的压强，相对压强是以当地大气压强为基准计算的压强，$p_{相对}=p_{绝对}p_{大气}$。当绝对压强小于当地大气压强时，相对压强为负值，此时称为真空，真空度$p_{v}=p_{大气}p_{绝对}$。作用于平面上的静水总压力计算方法有解析法和图算法。解析法中，静水总压力$P=p_{c}A$，其中$p_{c}$为平面形心处的压强，$A$为平面面积；压力中心$y_{D}=y_{C}+\frac{I_{C}}{y_{C}A}$，$y_{C}$为平面形心到液面的距离，$I_{C}$为平面图形对通过形心且平行于底边的轴的惯性矩。3.流体动力学基础描述流体运动的方法有拉格朗日法和欧拉法。拉格朗日法是跟踪每个流体质点的运动，研究其运动参数随时间的变化；欧拉法是研究流场中各空间点上的运动参数随时间的变化。流体运动的基本概念包括恒定流和非恒定流、均匀流和非均匀流、渐变流和急变流等。恒定流是指流场中各空间点上的运动参数不随时间变化的流动；均匀流是指流线为平行直线的流动。连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的具体表现，对于不可压缩流体，连续性方程为$v_{1}A_{1}=v_{2}A_{2}$，其中$v_{1}$、$v_{2}$分别为过流断面1、2的平均流速，$A_{1}$、$A_{2}$分别为过流断面1、2的面积。伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的具体表现，对于理想不可压缩流体恒定流，伯努利方程为$z_{1}+\frac{p_{1}}{\gamma}+\frac{v_{1}^{2}}{2g}=z_{2}+\frac{p_{2}}{\gamma}+\frac{v_{2}^{2}}{2g}$，其中$z$为位置水头，$\frac{p}{\gamma}$为压强水头，$\frac{v^{2}}{2g}$为流速水头。实际流体的伯努利方程还需要考虑水头损失$h_{w}$，即$z_{1}+\frac{p_{1}}{\gamma}+\frac{v_{1}^{2}}{2g}=z_{2}+\frac{p_{2}}{\gamma}+\frac{v_{2}^{2}}{2g}+h_{w}$。4.流动阻力和水头损失流动阻力分为沿程阻力和局部阻力。沿程阻力是流体在长直管道中流动时，由于流体的粘性和管壁的粗糙而产生的阻力；局部阻力是流体在管道的局部管件（如弯头、阀门等）处，由于流速大小和方向的突然变化而产生的阻力。沿程水头损失$h_{f}=\lambda\frac{l}{d}\frac{v^{2}}{2g}$，其中$\lambda$为沿程阻力系数，$l$为管道长度，$d$为管道直径，$v$为管道平均流速。局部水头损失$h_{j}=\xi\frac{v^{2}}{2g}$，其中$\xi$为局部阻力系数。流体的流态分为层流和紊流。层流是指流体质点作有条不紊的线状运动，各层质点互不掺混；紊流是指流体质点作杂乱无章的运动，各层质点相互掺混。判断流态的准则是雷诺数$Re=\frac{vd}{\nu}$，对于圆管流动，当$Re\lt2000$时为层流，当$Re\gt4000$时为紊流，$2000\ltRe\lt4000$时为过渡流。5.孔口、管嘴出流和有压管流孔口出流是指流体通过容器壁上的孔口流出的现象。根据孔口的大小和形状，可分为小孔口和大孔口。小孔口出流的流量公式为$Q=\muA\sqrt{2gH_{0}}$，其中$\mu$为孔口流量系数，$A$为孔口面积，$H_{0}$为作用水头。管嘴出流是指在孔口处接上一段短管的出流现象。圆柱形外管嘴的流量系数大于孔口的流量系数，管嘴出流的流量比相同条件下孔口出流的流量大。有压管流是指流体在管道中充满整个断面的流动。有压管流分为短管和长管。短管是指水头损失中沿程水头损失和局部水头损失都不能忽略的管道；长管是指局部水头损失和流速水头与沿程水头损失相比很小，可以忽略不计的管道。长管的水力计算可根据不同的情况采用简单管道、串联管道、并联管道等的计算方法。三、工程力学1.静力学公理和物体的受力分析静力学公理包括二力平衡公理、加减平衡力系公理、力的平行四边形法则和作用与反作用公理。二力平衡公理指出，作用在同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要和充分条件是这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上。加减平衡力系公理是指在作用于刚体的任意力系中，加上或减去一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。力的平行四边形法则是指作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由以这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。作用与反作用公理是指两个物体之间的作用力和反作用力总是同时存在，大小相等、方向相反，沿同一直线，分别作用在两个物体上。对物体进行受力分析时，需要明确研究对象，画出分离体图，并根据约束类型画出相应的约束力。常见的约束类型有柔性约束、光滑接触面约束、铰链约束、固定端约束等。柔性约束的约束力方向沿着柔索背离物体；光滑接触面约束的约束力方向垂直于接触面指向物体；铰链约束可分为固定铰支座和活动铰支座，固定铰支座的约束力可用两个互相垂直的分力表示，活动铰支座的约束力方向垂直于支承面；固定端约束的约束力除了两个互相垂直的分力外，还有一个力偶。2.平面力系的简化与平衡平面任意力系向作用面内任一点简化，得到一个主矢和一个主矩。主矢等于原力系中各力的矢量和，与简化中心的位置无关；主矩等于原力系中各力对简化中心之矩的代数和，与简化中心的位置有关。平面任意力系平衡的必要和充分条件是主矢和主矩都等于零，即$\sumF_{x}=0$，$\sumF_{y}=0$，$\sumM_{O}=0$，其中$\sumF_{x}$、$\sumF_{y}$分别为各力在$x$、$y$轴上投影的代数和，$\sumM_{O}$为各力对任一点$O$之矩的代数和。平面汇交力系的平衡方程为$\sumF_{x}=0$，$\sumF_{y}=0$；平面平行力系的平衡方程为$\sumF_{y}=0$，$\sumM_{O}=0$（各力与$y$轴平行）；平面力偶系的平衡方程为$\sumM=0$。3.轴向拉伸与压缩轴向拉伸与压缩是指杆件受到沿轴线方向的拉力或压力作用。在轴向拉伸或压缩时，杆件的主要变形是轴向伸长或缩短。横截面上的内力是轴力，用$N$表示，轴力的正负规定为拉力为正，压力为负。轴力可通过截面法求解，即假想地将杆件在需求内力的截面处截断，取其中一部分为研究对象，根据平衡方程求出该截面的轴力。横截面上的正应力$\sigma=\frac{N}{A}$，其中$A$为横截面面积。胡克定律指出，在弹性范围内，应力与应变成正比，即$\sigma=E\varepsilon$，其中$E$为材料的弹性模量，$\varepsilon$为线应变。轴向拉伸或压缩杆件的变形量$\Deltal=\frac{NL}{EA}$，其中$L$为杆件长度。材料的力学性能可通过拉伸试验和压缩试验来测定，低碳钢拉伸试验的应力应变曲线可分为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。衡量材料力学性能的指标有强度指标（如屈服极限$\sigma_{s}$、强度极限$\sigma_{b}$）和塑性指标（如伸长率$\delta$、断面收缩率$\psi$）。4.剪切和扭转剪切是指杆件在一对大小相等、方向相反、作用线相距很近的横向力作用下，两力之间的截面发生相对错动的变形。剪切面上的内力是剪力，用$Q$表示，剪切面上的切应力$\tau=\frac{Q}{A_{s}}$，其中$A_{s}$为剪切面面积。挤压是指连接件与被连接件在接触面上相互压紧的现象，挤压面上的挤压应力$\sigma_{bs}=\frac{P_{bs}}{A_{bs}}$，其中$P_{bs}$为挤压面上的挤压力，$A_{bs}$为挤压面面积。扭转是指杆件受到一对大小相等、方向相反、作用面垂直于杆件轴线的力偶作用，使杆件的横截面绕轴线发生相对转动的变形。圆轴扭转时，横截面上的内力是扭矩，用$T$表示，扭矩可通过截面法求解。横截面上的切应力$\tau=\frac{T\rho}{I_{p}}$，其中$\rho$为所求点到圆心的距离，$I_{p}$为极惯性矩。对于实心圆轴，$I_{p}=\frac{\pid^{4}}{32}$；对于空心圆轴，$I_{p}=\frac{\pi}{32}(D^{4}d^{4})$，其中$D$为外径，$d$为内径。圆轴扭转时的扭转角$\varphi=\frac{TL}{GI_{p}}$，其中$G$为材料的切变模量。5.弯曲内力和弯曲应力弯曲是指杆件受到垂直于轴线的横向力或力偶作用，使杆件的轴线由直线变成曲线的变形。梁的内力有剪力$Q$和弯矩$M$，可通过截面法求解。剪力和弯矩的正负规定为：使脱离体有顺时针转动趋势的剪力为正，反之为负；使脱离体产生下凸变形的弯矩为正，反之为负。剪力图和弯矩图是表示梁各横截面上剪力和弯矩沿轴线变化规律的图形。绘制剪力图和弯矩图的基本方法有截面法和微分关系法。梁横截面上的正应力$\sigma=\frac{My}{I_{z}}$，其中$y$为所求点到中性轴的距离，$I_{z}$为截面对中性轴的惯性矩。对于矩形截面，$I_{z}=\frac{bh^{3}}{12}$；对于圆形截面，$I_{z}=\frac{\pid^{4}}{64}$。梁横截面上的最大正应力发生在离中性轴最远的边缘处。梁横截面上的切应力$\tau=\frac{QS_{z}^{}}{bI_{z}}$，其中$S_{z}^{}$为所求切应力点以外部分截面面积对中性轴的静矩，$b$为截面宽度。6.应力状态和强度理论应力状态是指受力构件内某一点处各个不同方位截面上的应力情况。一点处的应力状态可用单元体来表示，单元体的六个面上的应力分量可完全确定该点的应力状态。主平面是指切应力为零的平面，主应力是指主平面上的正应力。一点处的三个主应力按代数值大小排列为$\sigma_{1}\geq\sigma_{2}\geq\sigma_{3}$。强度理论是关于材料破坏原因的假说，常用的强度理论有第一强度理论（最大拉应力理论）、第二强度理论（最大拉应变理论）、第三强度理论（最大切应力理论）和第四强度理论（形状改变比能理论）。第一强度理论认为，材料发生脆性断裂的主要原因是最大拉应力达到了材料的极限拉应力；第二强度理论认为，材料发生脆性断裂的主要原因是最大拉应变达到了材料的极限拉应变；第三强度理论认为，材料发生塑性屈服的主要原因是最大切应力达到了材料的极限切应力；第四强度理论认为，材料发生塑性屈服的主要原因是形状改变比能达到了材料的极限形状改变比能。7.组合变形组合变形是指杆件同时发生两种或两种以上基本变形的情况。常见的组合变形有拉伸（压缩）与弯曲的组合、弯曲与扭转的组合等。对于拉伸（压缩）与弯曲的组合，先分别计算拉伸（压缩）和弯曲引起的正应力，然后根据叠加原理将它们叠加起来得到总正应力。对于弯曲与扭转的组合，先分别计算弯曲正应力和扭转切应力，然后根据强度理论进行强度计算。例如，对于塑性材料的弯扭组合构件，通常采用第三或第四强度理论进行强度计算，第三强度理论的强度条件为$\sigma_{r3}=\sqrt{\sigma^{2}+4\tau^{2}}\leq[\sigma]$，第四强度理论的强度条件为$\sigma_{r4}=\sqrt{\sigma^{2}+3\tau^{2}}\leq[\sigma]$，其中$\sigma$为弯曲正应力，$\tau$为扭转切应力，$[\sigma]$为材料的许用应力。四、建筑材料1.气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且只能在空气中保持或发展其强度，如石灰、石膏和水玻璃等。石灰是由石灰石煅烧而成，生石灰的主要成分是氧化钙（$CaO$）。生石灰熟化是指生石灰与水发生化学反应，生成氢氧化钙（$Ca(OH)_{2}$）的过程，熟化过程中会放出大量的热，体积膨胀。石灰的硬化包括干燥硬化和碳化硬化两个过程。石灰具有可塑性好、保水性好等优点，但也存在强度低、耐水性差等缺点。石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分是$\beta$半水硫酸钙（$\betaCaSO_{4}\cdot\frac{1}{2}H_{2}O$）。石膏硬化快、体积微膨胀、孔隙率大、保温隔热性能好、吸声性好，但强度较低、耐水性差。水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，常用的是硅酸钠（$Na_{2}O\cdotnSiO_{2}$）。水玻璃具有良好的粘结性、耐热性和耐酸性，但耐碱性和耐水性较差。2.水泥水泥是一种重要的水硬性胶凝材料，常用的水泥有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。硅酸盐水泥的主要矿物成分有硅酸三钙（$C_{3}S$）、硅酸二钙（$C_{2}S$）、铝酸三钙（$C_{3}A$）和铁铝酸四钙（$C_{4}AF$）。$C_{3}S$是硅酸盐水泥中最主要的矿物成分，它的早期强度和后期强度都较高；$C_{2}S$早期强度较低，但后期强度增长较快；$C_{3}A$水化速度快，放热量大，早期强度增长快，但强度绝对值不高；$C_{4}AF$的强度较低，但抗冲击性能和抗渗性能较好。水泥的凝结时间分为初凝时间和终凝时间，初凝时间是指从水泥加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间，终凝时间是指从水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。水泥的细度、用水量、养护条件等因素会影响水泥的凝结时间。水泥的强度等级是根据规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分的。水泥在储存和运输过程中要注意防潮，以免水泥受潮结块而降低强度。3.混凝土混凝土是由水泥、砂、石子和水按一定比例配制而成的复合材料。砂和石子起骨架作用，称为骨料；水泥和水形成水泥浆，包裹在骨料表面并填充其空隙，在硬化前起润滑作用，使混凝土具有良好的工作性，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚硬的人造石材。混凝土的和易性是指混凝土拌合物在施工过程中易于搅拌、运输、浇筑和捣实的性能，包括流动性、粘聚性和保水性三个方面。影响混凝土和易性的因素有水泥浆的数量和稠度、砂率、骨料的性质、外加剂和掺合料等。混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗折强度等，其中抗压强度是最主要的强度指标。混凝土的强度等级是根据立方体抗压强度标准值来划分的。影响混凝土强度的因素有水泥强度和水灰比、骨料的质量、养护条件、龄期等。混凝土的耐久性是指混凝土在所处环境及使用条件下经久耐用的性能，包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、碳化等。提高混凝土耐久性的措施有选用合适的水泥品种、控制水灰比和水泥用量、选用质量良好的骨料、掺入外加剂和掺合料、加强施工质量控制等。4.钢材钢材是一种重要的建筑材料，具有强度高、塑性和韧性好、可焊性好等优点。钢材的主要化学成分有铁（$Fe$）、碳（$C$）、硅（$Si$）、锰（$Mn$）、硫（$S$）、磷（$P$）等。碳是影响钢材性能的主要元素之一，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，但塑性和韧性降低，可焊性变差。硫是钢材中的有害元素，它会使钢材产生热脆现象；磷也是钢材中的有害元素，它会使钢材产生冷脆现象。钢材的力学性能包括强度、塑性、韧性和疲劳性能等。钢材的强度指标有屈服强度和抗拉强度；塑性指标有伸长率和断面收缩率；韧性指标有冲击韧性。钢材的冷加工是指在常温下对钢材进行加工，如冷拉、冷拔、冷轧等。冷加工可以提高钢材的强度，但会降低钢材的塑性和韧性。钢材的时效是指钢材在常温下放置一段时间后，强度和硬度提高，塑性和韧性降低的现象。5.木材木材是一种天然的建筑材料，具有质轻、强度高、加工容易、装饰性好等优点。木材的组织结构决定了其各向异性的性质，木材的顺纹强度大于横纹强度。木材的含水率对其强度和变形有很大影响，当木材的含水率在纤维饱和点以下时，随着含水率的降低，木材的强度提高，体积收缩；当木材的含水率在纤维饱和点以上时，含水率的变化对木材的强度和体积影响不大。木材的腐朽是由真菌引起的，防止木材腐朽的方法有干燥处理、化学防腐处理等。木材的防火处理可以采用浸渍法、涂覆法等。五、工程地质1.岩石和地质构造岩石是由一种或多种矿物组成的集合体。根据成因，岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。岩浆岩是由岩浆冷却凝固而成，根据岩浆冷却地点的不同，可分为侵入岩和喷出岩。侵入岩如花岗岩，具有结构致密、强度高、耐久性好等特点；喷出岩如玄武岩，具有气孔构造、密度较小等特点。沉积岩是由地表岩石经风化、搬运、沉积等作用形成的，常见的沉积岩有砂岩、页岩、石灰岩等。沉积岩具有层理构造，其强度和耐久性与岩石的成分、胶结物等因素有关。变质岩是由原有岩石在高温、高压等作用下发生变质作用形成的，如大理岩、石英岩等。地质构造是指地壳中的岩石在地球内力作用下发生变形和变位而形成的各种构造形态，主要有褶皱和断层。褶皱是指岩层在侧向压力作用下发生弯曲变形的现象，褶皱的基本形态有背斜和向斜。背斜是指岩层向上拱起的褶皱，核部岩层较老，两翼岩层较新；向斜是指岩层向下凹陷的褶皱，核部岩层较新，两翼岩层较老。断层是指岩层在应力作用下发生破裂，并且沿破裂面有明显相对位移的构造形态，断层由断层面、断层线、上盘和下盘等要素组成。2.土体工程性质土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系。土的物理性质指标包括土粒比重、含水量、密度、孔隙比、孔隙率、饱和度等。土粒比重是指土粒的质量与同体积4℃时纯水的质量之比；含水量是指土中水的质量与土粒质量之比；密度是指土的总质量与总体积之比。孔隙比是指土中孔隙体积与土粒体积之比；孔隙率是指土中孔隙体积与总体积之比；饱和度是指土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。土的力学性质主要包括压缩性和抗剪性。土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的性质，通常用压缩系数、压缩模量等指标来衡量。土的抗剪性是指土抵抗剪切破坏的能力，土的抗剪强度可通过直剪试验、三轴压缩试验等方法测定，其表达式为$\tau_{f}=c+\sigma\tan\varphi$，其中$c$为土的粘聚力，$\varphi$为土的内摩擦角，$\sigma$为作用在剪切面上的法向应力。3.地下水地下水是指存在于地面以下岩石和土的孔隙、裂隙和溶洞中的水。根据埋藏条件，地下水可分为上层滞水、潜水和承压水。上层滞水是指存在于包气带中局部隔水层之上的重力水，其特点是分布范围有限、水量较小、季节性变化明显。潜水是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水，潜水的自由水面称为潜水面，潜水面至地面的距离称为潜水埋藏深度。承压水是指埋藏在两个稳定隔水层之间的重力水，承压水具有一定的压力，当钻孔穿透隔水层顶板时，水会在压力作用下上升到一定高度。地下水对工程的影响主要有浮托作用、对钢筋混凝土的腐蚀作用、潜蚀作用、流砂和管涌等。浮托作用会使建筑物基础受到向上的浮力，设计时需要考虑浮力的影响；地下水对钢筋混凝土的腐蚀作用会降低建筑物的耐久性，需要采取相应的防腐措施；潜蚀作用会破坏地基土的结构，导致地基沉降；流砂和管涌会使地基土的强度降低，甚至导致地基失稳。4.不良地质作用和地质灾害不良地质作用是指由地球内力或外力产生的对工程可能造成危害的地质作用，常见的不良地质作用有滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、地震等。滑坡是指斜坡上的岩土体在重力作用下，沿一定的软弱面或软弱带整体向下滑动的现象。滑坡的发生与地形地貌、岩土体性质、地质构造、水的作用等因素有关。防治滑坡的措施有排水、支挡、减重等。崩塌是指陡坡上的岩土体在重力作用下突然脱离母体崩落、滚动、堆积在坡脚的现象。崩塌的发生与地形、岩性、地质构造等因素有关。防治崩塌的措施有清除危岩、加固山坡、设置拦截设施等。泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑、地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流的发生与地形、地质、气象等因素有关。防治泥石流的措施有修建拦挡坝、排导槽等。岩溶是指可溶性岩石在水的溶蚀作用下形成的各种岩溶地貌，如溶洞、溶蚀漏斗等。岩溶对工程的影响主要有地基塌陷、不均匀沉降等。防治岩溶的措施有灌浆、跨越、充填等。地震是指地球内部能量突然释放引起的地球表层的振动。地震对工程的影响主要有地震力作用、地震引起的地面变形和破坏等。建筑物的抗震设计需要考虑地震的震级、地震烈度等因素。六、结构力学1.平面体系的几何组成分析平面体系的几何组成分析是研究体系的几何形状和位置是否可以改变的问题。体系可分为几何不变体系和几何可变体系。几何不变体系是指在不考虑材料变形的情况下，体系的几何形状和位置不会发生改变的体系；几何可变体系是指在不考虑材料变形的情况下，体系的几何形状和位置可以发生改变的体系。几何可变体系又可分为常变体系和瞬变体系。常变体系是指可以发生有限位移的可变体系；瞬变体系是指只能发生微小位移的可变体系。平面体系的几何组成规则有三刚片规则、两刚片规则和二元体规则。三刚片规则是指三个刚片用不在同一直线上的三个铰两两相连，组成几何不变体系，且无多余约束；两刚片规则是指两个刚片用一个铰和一根不通过该铰的链杆相连，或用三根不平行也不交于一点的链杆相连，组成几何不变体系，且无多余约束；二元体规则是指在一个刚片上增加或拆除一个二元体，不改变原体系的几何组成性质。通过几何组成分析，可以判断体系是否为几何不变体系，从而确定其能否作为结构使用。2.静定结构的受力分析静定结构是指仅用静力平衡方程就可以确定其全部反力和内力的结构。常见的静定结构有静定梁、静定刚架、静定桁架、静定拱等。静定梁可分为简支梁、悬臂梁和外伸梁等。计算静定梁的内力时，可先求出支座反力，然后用截面法计算各截面的剪力和弯矩。静定刚架是由梁和柱通过刚结点连接而成的结构，刚结点处各杆之间的夹角在受力后保持不变。计算静定刚架的内力时，同样先求出支座反力，然后逐杆分析，用截面法计算各杆的内力。静定桁架是由若干直杆在两端用铰连接而成的结构，在节点荷载作用下，各杆只产生轴力。计算静定桁架的内力可采用节点法和截面法。节点法是取桁架的节点为研究对象，根据节点的平衡条件计算各杆的轴力；截面法是用一个截面将桁架截断，取其中一部分为研究对象，根据平衡条件计算被截断杆的轴力。静定拱是指在竖向荷载作用下会产生水平推力的结构，常见的静定拱有三铰拱。计算三铰拱的内力时，先求出支座反力，然后用截面法计算各截面的内力。3.影响线及其应用影响线是指单位移动荷载作用下，结构某一量值（如反力、内力、位移等）随荷载位置移动而变化的函数图形。绘制影响线的基本方法有静力法和机动法。静力法是根据静力平衡方程，建立某一量值与单位移动荷载位置的函数关系，然后根据函数关系绘制影响线；机动法是根据虚位移原理，将所求量值的约束去掉，代之以相应的反力，使体系成为具有一个自由度的机构，给机构一个虚位移，作出虚位移图，经过适当处理后得到影响线。影响线的应用主要有确定移动荷载的最不利位置、计算在移动荷载作用下某一量值的最大值等。对于均布活荷载，最不利布置是将荷载布置在影响线正号部分；对于集中荷载，最不利位置是使荷载作用在影响线的最大竖标处。4.超静定结构的受力分析超静定结构是指仅用静力平衡方程不能确定其全部反力和内力的结构。超静定结构的超静定次数等于多余约束的个数，可通过去掉多余约束的方法来确定超静定次数。求解超静定结构的基本方法有力法和位移法。力法是以多余未知力作为基本未知量，根据变形协调条件建立力法方程，求解多余未知力，然后根据静力平衡方程计算其他反力和内力。力法方程的物理意义是基本结构在多余未知力和荷载等因素作用下，在多余约束处的位移应与原结构在该处的位移相等。位移法是以独立的结点位移（角位移和线位移）作为基本未知量，根据平衡条件建立位移法方程，求解结点位移，然后根据结点位移计算各杆的内力。位移法方程的物理意义是基本结构在结点位移和荷载等因素作用下，在各结点处应满足平衡条件。此外，还有力矩分配法、矩阵位移法等方法可用于求解超静定结构。力矩分配法是一种渐近解法，适用于连续梁和无侧移刚架的计算；矩阵位移法是一种基于计算机的数值计算方法，适用于各种复杂结构的计算。5.结构动力学结构动力学是研究结构在动力荷载作用下的响应问题。动力荷载是指随时间变化的荷载，如简谐荷载、冲击荷载、地震作用等。结构的动力特性包括自振频率、振型和阻尼比等。自振频率是指结构在自由振动时的振动频率，它与结构的质量、刚度等因素有关。振型是指结构在振动时各质点的相对位移形态。阻尼比是指结构振动时能量耗散的能力。单自由度体系的自由振动是指结构在初始干扰下的振动，其运动方程可通过牛顿第二定律建立。单自由度体系在简谐荷载作用下的受迫振动会产生共振现象，当荷载频率接近结构的自振频率时，结构的振幅会急剧增大。多自由度体系的振动分析可采用振型分解法等方法，将多自由度体系的振动问题转化为多个单自由度体系的振动问题来求解。七、土力学与基础工程1.土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的性质。土的压缩过程主要是孔隙体积的减小，包括孔隙中水和气体的排出。土的压缩性指标有压缩系数$a$、压缩模量$E_{s}$等。压缩系数$a$反映了土在不同压力段的压缩性大小，$a$值越大，土的压缩性越高。压缩模量$E_{s}$是指土在完全侧限条件下，竖向应力增量与竖向应变增量的比值。地基沉降计算的方法有分层总和法和规范法。分层总和法是将地基土分层，分别计算各层土的压缩量，然后将各层土的压缩量相加得到地基的总沉降量。规范法是在分层总和法的基础上，通过引入沉降计算经验系数，对计算结果进行修正。地基沉降计算需要考虑基底压力、土的压缩性、土层厚度等因素。2.地基承载力地基承载力是指地基承受荷载的能力，可分为地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载。临塑荷载是指地基中即将出现塑性区时的基底压力；临界荷载是指地基中塑性区发展到一定深度时的基底压力；极限荷载是指地基土达到整体剪切破坏时的基底压力。确定地基承载力的方法有原位试验法、理论公式法和规范查表法等。原位试验法如载荷试验、静力触探试验等，通过现场试验直接测定地基的承载力；理论公式法是根据土力学的理论推导得到地基承载力的计算公式；规范查表法是根据地基土的物理力学性质，查相关规范表格确定地基承载力特征值。在设计基础时，需要保证基底压力不超过地基承载力特征值。3.浅基础设计浅基础是指埋深较浅（一般小于5m）的基础，常见的浅基础有独立基础、条形基础、筏形基础和箱形基础等。浅基础设计的内容包括基础类型的选择、基础尺寸的确定、基础内力计算和基础配筋计算等。基础类型的选择应根据建筑物的用途、荷载大小、工程地质条件等因素综合考虑。基础尺寸的确定需要满足地基承载力和变形的要求。对于轴心受压基础，基础底面面积$A=\frac{F_{k}}{f_{a}G_{k}/A}$，其中$F_{k}$为上部结构传至基础顶面的竖向力标准值，$f_{a}$为修正后的地基承载力特征值，$G_{k}$为基础及其上土的自重标准值。基础内力计算可采用简化方法或弹性地基梁理论等方法。基础配筋计算应根据基础的内力和混凝土、钢筋的强度等因素进行。4.桩基础桩基础是由桩和承台组成的深基础，适用于荷载较大、地基承载力较低或对沉降有严格要求的建筑物。桩按承载性状可分为摩擦桩和端承桩；按施工方法可分为预制桩和灌注桩。摩擦桩是指桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担的桩；端承桩是指桩顶荷载主要由桩端阻力承担的桩。预制桩是在工厂或施工现场预制好后，用打桩设备将其打入或压入地基中的桩；灌注桩是在施工现场的桩位处成孔，然后在孔内灌注混凝土而成的桩。桩基础设计的内容包括桩的类型和尺寸选择、桩的数量和布置、单桩承载力计算、群桩承载力和沉降计算等。单桩承载力可通过静载试验或经验公式等方法确定。群桩承载力需要考虑群桩效应的影响。桩基础的沉降计算可采用分层总和法等方法。5.地基处理地基处理是指对不能满足建筑物要求的天然地基进行人工加固或改良的技术措施。常见的地基处理方法有换填法、强夯法、排水固结法、水泥搅拌桩法等。换填法是将地基中一定深度范围内的软弱土挖去，然后回填强度较高、压缩性较低的材料，如砂、碎石等。强夯法是通过重锤自由落下产生的巨大冲击能，使地基土密实，提高地基承载力。排水固结法是通过设置排水系统，如砂井、塑料排水板等，加速地基土中孔隙水的排出，使地基土固结，提高地基承载力。水泥搅拌桩法是将水泥等固化剂与地基土在原位强制搅拌，使地基土硬结，形成具有一定强度和稳定性的复合地基。地基处理方法的选择应根据地基土的性质、建筑物的要求、施工条件等