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土力学总复习提纲一、土的粒径级配1土的三相组成 通常由三相（固相土粒、液相水、气相空气）组成，但特殊情况下由两相组成。如干土（固相土粒、气相空气）和饱和土（固相土粒、液相水）2不均匀系数的意义（1）越大，表示土越不均匀，即粗颗粒和细颗的粒径相差越大，是级配良好的土（2）和曲率系数与土的渗透性的关系3粒径级配曲线（1）曲线连续且分布范围广(平缓)，则越大，级配越不均匀或级配良好（2）曲线连续但分布范围窄，则越小，级配越均匀或级配不良（3）曲线出现不连续（如“平台”），表示缺乏某些粒径的土，级配不良（4）级配曲线与粘粒（细粒）含量的关系4.如何利用级配曲线和及判断(评价)土的工程性质。 先判断级配是否良好；级配良好的土，一般压缩性小，强度高。5根据级配曲线选择填料（填方土料） 应选择级配曲线连续且分布范围广(平缓)、大、级配不均匀或级配良好的土。因为该类土易于压实。二、与土的物理性质指标有关的问题1三相比例指标的计算（如：已知基本试验指标，求其它指标） 方法1：记住有关公式（如P18表2-7） 方法2：利用土粒体积VS=1的方法2含水量的测定方法、与饱和度及土的压缩性之间的关系 注意：对饱和土（如地下水位以下的土），因Sr=1，故e=ds3塑性指数IP的计算公式、意义及作用4. 液性指数IL的计算公式、意义及作用5相对密实度Dr的意义、变化范围及作用三、与渗流有关的问题1.渗透性的定义2.达西定律v=ki的适用范围3.渗透系数k的意义及测定方法4.水力梯度i的计算方法及意义5.渗透破坏的定义、类型以及防治渗透破坏的主要工程措施6.动水力的计算方法及意义、作用位置、意义7.是否发生流砂型渗透破坏的判别。四、与地基中应力计算有关的问题1自重应力（1）竖向自重应力计算方法及公式。注意：地下水位以下应取浮容重；不透水层顶面处自重应力应包含水的重量（2）计算沉降量时，自重应力应从原天然地面算起，而不是基础底面2附加应力（1）基底压力p的计算方法及分布形态（P9395）： 竖向中心受压基础： 分布形态：均匀基底为矩形的竖向偏心受压基础： 注意：1）式中的和分别为偏心方向(通常沿长边L)的偏心距及基底长度。2）式中的P=N+G。其中N为作用在基础上的外荷载；G为基础及其其上填土的重量且，通常3）根据偏心距判断基底压力的分布形态（见图314）：如果，则基底压力为梯形分布且，如果，则基底压力为三角形分布且，基底不会出现拉应力如果，则基底压力也为三角形分布且，基底不会出现拉应力（重新分布后）。重新分布后 （）（2）基底附加压力。注意：(1)式中的为基础埋深D范围内土的加权容重，地下水位以下取 (2)基底附加压力才是作用在地基(位置在基底)上的外荷载（3）附加应力：1）计算通式： 注意： 附加应力系数K仅与基础的底面形状及尺寸、外荷作用的形式有关 基底处K=12）条形基础在均布荷载作用下地基中附加应力的变化规律（P60图3-23）： 由于附加应力系数，且K随和的增大而减小，因此，当基础宽度B一定时，离基础越远(即x和z越大)，附加应力越小（衰减）； 由于附加应力系数，因此在其它条件(即x和z)一定时，基础宽度B越大，附加应力衰减越慢四、与地基沉降有关的问题1土的压缩特性（1）土压缩的原因（存在于土孔隙中的水、气被排出，土的孔隙被压缩）（2）侧限压缩试验1）试验条件：土侧向完全受限制（故称为“侧限”）、无变形2）试验结果：利用得到的ep曲线或elgp曲线，计算压缩系数a、侧限压缩模量Es、体积压缩系数mv及压缩指数Cc 注意：其中的压力p指的是有效压应力3）利用a或Es及Cc判别土的压缩性大小4）a与mv及Es的关系：，5）a与mv及Es与土的压缩性大小的关系： a和mv越大或Es越小，土的压缩性越大6）利用ep曲线判别土的压缩性大小：曲线越陡，压缩性越大7）注意a与mv及Es的单位。2正常固结土的(最终)沉降量计算的分层总和法（1）计算公式：。其中：第i层的沉降(压缩量)为 （2）几点注意事项1）大面积堆载、地下水位下降、较薄土层等引起的沉降量计算时：地基中的附加应力均按均匀分布考虑(即附加应力不随深度变化)，且可按一层土计算。2）地下水位下降时：水位下降范围内土的容重由未下降之前的浮容重变化到下降以后的饱和容重。因，故下降范围内土的重量增加，引起地面下沉(这就是大量开采地下水导致地面开裂、下沉的原因)。3）计算一层土的压缩量时，通常将该层内曲线分布的附加应力简化为直线分布，并且，对正常固结土，起始孔隙比e1和压缩稳定时的孔隙比e2分别由该层中的平均自重应力和平均附加压力查ep曲线确定。3饱和土的固结问题1）饱和土的渗流固结：孔隙水被逐渐排水、孔隙体积逐渐减小、土的变形逐渐增大的过程。 (超静)孔隙水压力逐渐消散减小、有效应力逐渐增大的过程。2）饱和土的有效应力原理： 作用在饱和土上的外荷(总应力)由孔隙水和土粒之间传递的应力共同承担。其中孔隙水承担的压力称为孔隙水压力u，土粒之间传递的应力称为有效应力。 在饱和土的固结过程中，孔隙水压力逐渐减小，有效应力逐渐增大； 土的变形和强度取决于土粒之间传递的有效应力。因此，随着土的固结，土的固结度、压缩量（变形）和抗剪强度均逐渐增加。3）饱和土的一维渗流固结 一维固结分单面排水和双面排水两种情况。教材中式(4-53)是土层单面排水、土层中附加应力是均匀分布条件下的方程。当土层中附加应力不是均匀分布时(见图4-31)，应根据不同的查表4-30。 固结过程中任意时刻土层的沉降量。其中，就是第三章中所说的地基沉降量。 固结度仅是时间因数的函数。即。 。其中H是孔隙水排出时的最大距离。因此，对单面排水，H就是土层的厚度；对双面排水，H为土层厚度的一半。换言之，H未必一定是土层的厚度。 在其它条件相同时，达到相同固结度(或沉降量)所需时间为双面时的4倍。即5）一维固结中的计算题类型 求经过时间地基的沉降量。 达到某一沉降量或固结度所需的时间。五、土的抗剪强度1见“第五章小结”中“应掌握”的部分。2破裂面（破坏面）与大主应力作用面的夹角。注意： 1）因最大剪应力作用面与大主应力作用面的夹角为，因此，除非，否则破裂面与最大剪应力作用面不会重合；2）由于正常固结粘土在不排水不固结(快剪)条件下(即强度包线是一条水平线)，因此，仅在该特殊条件下破裂面与最大剪应力作用面重合。3利用极限平衡关系式求土的抗剪强度指标；4利用极限平衡关系式求土达到极限平衡或破坏时所需的应力。5对正常固结土，比较三种方法(不固结不排水剪/快剪、固结排水剪/慢剪、固结不排水剪/固结快剪）测定出的抗剪强度指标的大小及其抗剪强度的大小。6.粘性土灵敏度的定义、计算公式、测定方法及作用。六、挡土结构物上的土压力1见第六章小结2熟练掌握用朗肯理论计算有超载及成层土条件下的土压力（包括土压力强度及分布图、总压力及作用位置和方向）七、土坡稳定性分析1.土坡滑动的类型2.影响土坡稳定性的主要因素3.土坡稳定性系数(安全系数)的定义4.粘性土坡条分法的计算步骤。八、地基承载力1.地基破坏的类型及其特点2.地基承载力、临塑荷载pcr、p1/3和p1/4、地基极限承载力pu的定义3.根据地基竖向极限承载力的通式，分析影响承载力的主要因素及提高地基承载力的措施。例1. 广东工业大学岩土工程专业2002年土力学入学试题 （40分） 某条形基础，埋深d=0.5m，宽度b=2.4m，在地表标高处作用有中心受压荷载N=239.4kN/m。基础所在建筑场地自地表向下的地质条件为：第一层为0.5m厚的薄砂层，重度为19.5kN/m3；第二层为厚的饱和粘性土，重度为19kN/m3,渗透系数k=1.0cm/yr，有效抗剪强度指标c=20kPa，=150，侧压力系数（即静止土压力系数）K0=0.74；其下为具有良好透水性的砂砾石。地下水在地表以下0.5m深处。所有土层在自重作用下均已完成固结。不计砂砾石的压缩量。1 从第二层中取一块原状土样，在固结仪中做压缩试验。土样的原始高度为20mm，面积为30cm2，土样与环刀的总质量是172.6克，环刀质量是58.6克。当压力由p1=100kPa增加到p2=200kPa时，土样变形稳定后的高度由19.26mm减少到18.74mm，试验结束后烘干土样称得的质量为85.6克。试验结果表明，该土孔隙比与压力之间的压缩曲线可用下式表示： 式中，为自然对数，以kPa计。试根据、对应的孔隙比和确定参数和。2 在饱和粘性土中划分一厚度m的土层，该层顶面位于基底（即基础底面）以下3m深处。利用前述孔隙比与压力之间的关系，计算该层土的压缩量。3 假定地基为单向（竖向）固结，第二层土中的附加应力近似按直线分布考虑，试计算该地基完成三分之二的最终沉降量所需要的时间。4 设基底平均附加压力为。该地基完成固结后，距基底0.25b（b为基础宽度）深度处有一点M的附加应力为：，。试判断该点土是否已发生剪切破坏。附注：1。均布条形分布荷载（分布宽度为b）中点以下深度Z处的竖向附加应力系数为 式中，m=z/b，反正切以弧度计。2 平面应变条件下大主应力和小主应力与一般应力、及之间的关系为3 固结土层中起始孔隙水压力为均匀分布且单向固结时,时刻土层的平均固结度按以下近似公式计算: 式中，为自然对数的底；为单向固结的时间因子。N=239.4kN/mMd=0.5m砂层=19.5kN/m3粘土k=1.0cm/yrc=20kPa=150K0=0.74=19kN/m3砂砾石b=2.4md=6md=3md=1m解答:1 天然重度天然含水量由于，故起始（天然）孔隙比此外，根据关系式可以计算处、对应的孔隙比和分别为将、以及对应的孔隙比和代入中有 解之有：，。这样，第二层饱和粘性土孔隙比与压力之间的压缩曲线为 2 基底平均附加压力为 薄层中的应力为：顶面处的自重应力底面处的自重应力平均自重应力顶面处的附加应力：附加应力系数附加应力底面处的附加应力：附加应力系数附加应力平均附加应力该薄层压缩量3 压缩系数 固结系数 当基础完成三分之二的最终沉降量时。从公式 有。注意到饱和粘土是双面排水，故 年 4点的自重应力： 点的附加应力： 点总的应力：该点的大、小有效主应力、为以为判据进行判断。根据 故该点没有发生剪切破坏。注意：判断点的土是否发生剪切破坏有多种方法，该参考答案仅是其中之一。例2：某挡土墙墙背垂直光滑，墙后有两层填土。上层土性指标为：，填土厚度；下层为：，填土厚度。第一层填土表面作用有均布荷载，地下水位位于第二层填土表面。试计算作用在该挡土墙上的总主动土压力和总压力。q=8kN/m3 m2 mPa2Pa4Pa3h0Z0主动土压力强度分布Pw=w h2水压力分布解： 计算原填土表面处的主动土压力强度 计算第一层填土底面处的主动土压力强度 因，故在第一层中有部分土已开裂。设其开裂深度为(从原填土表面算起）。则从，有 未开裂深度 或设开裂深度为（从假想的填土表面算起）。则从有 未开裂深度 第二层表面处的主动土压力强度 第二层底面处的主动土压力强度 总主动土压力方向水平，指向墙背。设作用点距墙底的竖直距离为。则从 可得 作用在墙背上的总静水压力 作用在墙背上的总压力 设作用点距墙底的竖直距离为。则从 有 方向水平，指向墙背。例3：某饱和正常固结土层顶面埋深2.0m，底面埋深4.0m，层内平均自重应力为51kPa。该土层的压缩试验发现，其孔隙比e与压力p(kPa)的关系为e=1.15-0.0014p。1.若在房屋荷载作用下该土层竖向单面排水，渗透系数k=10mm/yr，土层中的平均附加应力为50kPa，固结度Ut与时间因数Tv之间满足关系式为，试求：(1)在该附加应力作用下该土层完成最终沉降量一半所需的时间；（2）固结1年的沉降量。2.由于建筑物增层改造，该土层附加应力又增加了10kPa。试求由于增层改造引起的该土层压缩量。解答：1（1）：土层中的平均起始应力p1=51kPa，起始孔隙比e1=1.15-0.0014p1=1.0786；压缩应力p2=51+50=101kPa，最终孔隙比e2=1.15-0.0014p2=1.0086，压缩系数a=(e1-e2)/(p2-p1)=(1.0786-1.0086)/(101-51)=0.0014kPa-1，竖向固结系数Cv=k(1+e1)/(aw)=0.01(1+1.0786)/(0.001410)=1.485m2/年。土层完成最终沉降量一半时的固结度Ut=0.5；根据有，又固结Tv=Cvt/H2可得t=TvH2/Cv=0.222/1.485=0.54年1(2):土层最终沉降量S=(e1-e2)H/(1+e1)= (1.0786-1.0086)200/(1+1.0786)=6.74cm固结1年对应的Tv=Cvt/H2=1.4851/22=0.37125，固结度，相应的沉降量St=UtS=0.6736.74=4.53cm2: 例4：如下图所示，厚度为10m的饱和粘性土层，地下水位与天然地面齐平，在其表面瞬时大面积施加均布荷载p0=150kPa，若干时间后，通过观测孔隙水压力得知，土层沿深度方向附加的有效应力分布近似为梯形(如图示)，土的平均固结系数Cv=2.8810-3cm2s。试计算此时粘性土层的平均固结度。 估算此粘性土层已固结了多少年? (提示：)。解：由可得又因，故例5：条形基础下某点位于地下水位以下，该点的自重应力，；附加应力，；孔隙水压力。若该点土的有效抗剪强度指