在土力学之前-学生已经学习过材料力学-弹性力学-结构力学等先要点

在土力学之前 学生已经学习过材料力学 弹性力学 结构力学等先行力学课程 这 些力学课程均以连续介质力学为基础 土力学是一种研究多孔多相介质的力学 与以前所 学的力学课程有较大的差别 将学生由连续介质力学思维方式引导到土力学的思维方式是 该课程学习中的难点 为顺利实现这种过渡 我们在多年教学经验总结的基础上提出了土 力学教学的十大重点 难点问题 并对其进行了剖析 整理出适宜的教学方案 本课程的 重点和难点包括以下十个方面 一 土的物理性质指标 难点包括 1 由土的三相来分析土性 2 各个指标定义的涵义 3 各个指标的数值 范围以及指标大小与土性间的关系 其讲授系统是 从土的生成的自然历史条件阐明土的 基本特性 多孔多相松散介质 提出土的三相基本模型 矿物颗粒构成骨架 其中由水 气充填 分析固 液 气三相组成相在实际条件下的特性状态 相对含量及相互作用上可 能的变化及其对土性的影响 说明作为决定土的变形强度特性的四大内在因素 粒度 密 度 湿度 结构 同时对无粘性土的密度状态指标和粘性土的稠度状态指标的必要性和 表示方法予以讨论 然后说明其中哪些指标由试验直接确定 哪些指标由试验指标间接推 求 并集中写出计算公式 再由三相图反复推证计算公式 并适当选择 2 3 个公式用直接 演证法推证 最后给出常见土类各指标变化范围 然后展开分析 1 以探讨土这种多孔多 相松散介质的变形 强度特性为目的 讨论土性变化的内在因素 特性指标及其例算 最 后返回到指标大小与变形 强度特性的联系 系统清晰 逐渐展开 步步深入 前后呼应 避免杂乱无章 且紧密联系实际 2 将土性指标按粒度 密度 湿度 结构及状态分五类 使土性与指标紧密联系形成体系 重点阐述 易记易用 土性指标按试验与计算两方面分 别介绍 重点突出 二 土的工程分类 难点 各分类方法的特点 分类指标的选择 分类方法相互之间的关系 其讲授系统 是 首先讲解土工程分类的目的和分类的基本原则 主要阐述土工程分类的实用意义 使 学生了解它是探讨一切有关岩土工程问题的出发点 再介绍分类的基本原则 阐明不同部 门由于研究问题的出发点不同 分类方法各异 但都以能反映本质属性的指标作为分类依 据 其次介绍我国各部门目前所采用的分类方法 主要介绍建筑工程分类法和水利工程分 类方法 并举例题加以说明 然后展开分析 1 重点突出分类的基本原则 2 主次清楚 目前各部门分类方法各不相同 水利工程分类方法体系完整 方法严密 是介绍的重点内 容 而其它分类方法在实际工程中运用较多 也应加以介绍 三 土的渗透性 难点 1 渗透力的概念 渗透力与渗透稳定性的关系 2 渗透破坏的两种形式 及其破坏机理 判别条件 其讲授系统是 首先从土体发生渗透破坏的事例说明必须了解 水在土中的流动规律和渗透破坏机理及判别计算 简述达西定律 着重土质因素的分析 讲它的适用范围 从达西定律引出渗透系数的概念 讲清它的物理意义 再讲它的两种测 定方法原理及公式 变化范围和表示渗透性强弱的界限 从渗透变形的试验入手 分析土 样在渗透破坏过程中力的平衡条件 导出渗透力的计算公式 强调它的大小 分析渗透力 对土体渗透稳定性的影响 引出渗透变形的现象 导出渗透稳定性的判别式 并举例讲解 流网的应用 简述渗透力作用下土体发生渗透变形的两种形式 破坏机理及其区别 简述 其判别标准和防止渗透破坏的增稳措施 然后展开分析 1 围绕土体的渗透稳定性问题 从研究土的渗透规律入手 着重土质 因素的分析 对渗流与土之间的关系展开讨论 以建立渗透力与渗透稳定性的概念 2 对 流网在此只作引用 结合土质因素和土工建筑物进行分析应用 四 土体中的应力计算问题 难点 1 对附加应力计算公式推导过程 从布幸奈斯克课题和西罗弟课题到空间问题 和平面的附加应力的计算公式推导 2 图表运用方法 其讲授系统是 简述土的自重应力 计算方法 强调成层土及地下水位变化时自重应力的计算 简要介绍基底压力的概念 分 析基础的刚度 尺寸 埋深及荷载大小 土质强弱对基底压力分布的影响 讲解地基中附 加应力的计算可首先以表格形式列出建筑物在常见的基础形式及荷载形式的条件下竖直附 加应力的计算模式 进一步分析竖直附加应力竖直向和水平向的分布规律 介绍应力扩散 和应力泡的概念 然后展开分析 1 以附加应力计算为重点 先讲解计算模式 突出掌握计算方法 避 免了繁杂的公式推导 以基本概念为主 2 注意具体计算的训练 使学生很快能运用图表 进行运算 五 土的变形及沉降计算问题 难点 1 不同条件下土的压缩性 2 在建立渗透固结微分方程时缺乏明确的物理概 念 因此觉得繁乱 3 用一维压缩及一维固结的理论结果推广计算实际较复杂情况下基础 的最终沉降量及固结过程 其讲授系统 首先从实际出发提出计算基础最终沉降量 包括 沉降差 及沉降过程的方法 这种计算必须建立在对土的压密特性及固结特性的有关规律 研究的基础上 对土的变形问题 首先讲解变形是固结发展的结果 再讲变形的固结过程 分压缩机理 压缩曲线和压缩指标三个问题逐步深入 在机理问题上 应明确指出压密是 孔隙体积减小的结果 压密后卸荷时可以发现弹性变形和塑性变形两部分 随着加卸荷往 复次数的增多 每循环总变形及塑性变形愈小 弹性变形在总变形中的比重愈大 最后将 会达到纯弹性变形 由此引出历史荷载与当今荷载不同时 土压缩特性上的差别 弄清超 固结 正常固结与欠固结的涵义以及考虑这些差别的实际意义 讲压缩曲线时 应对各种 条件下压缩曲线的形状和曲线相对位置进行对比 用压缩曲线全面地表征土的压缩特性 固结过程 分渗透固结过程 渗透固结微分方程及固结系数三个问题讲授 讲渗透固结过 程时 可结合太沙基固结模型阐明土的固结过程是孔隙水压力与有效应力的转化过程 伴 随着水的逐渐外渗 孔隙的逐渐减小和变形的逐渐积累 因此 土中任一点的固结程度可 以用该点有效应力的变化表示 土层的固结程度可以用该土层有效应力分布图形的面积表 示 列出土层固结度的表达式 把问题归结为求算不同时刻不同深度上的孔隙水压力 过 渡到渗透固结偏微分方程 讲固结方程时 从基本条件出发列出单元体内微分时段水量变 化的连续方程式 然后用达西定理将水量变化改写为由孔隙水压力表示 用压缩定理将孔 隙体积的变化改写为由孔隙水压力表示 代入求得渗透固结偏微分方程式 定义固结系数 说明它在固结过程中的作用 再列出方程求解的起始条件和边界条件 直接写出解答 阐 述时间因数及其作用 最后代入地基平均固结度的表达式 求解 基础的最终沉降量的计 算 先从地基的压缩量等于基础的沉降量出发 说明基础沉降量计算时考虑基础刚度来确 定沉降量和沉降差的方法 然后讨论计算任一点下地基压密变形量的方法 此时阐明将一 维压缩成果推广到计算地基压缩量时的依据和假定 讲述分层综合法的步骤及各项的要点 及理由 基础的固结过程计算 在一维固结计算基础上 考虑实际附加压力的分布 排水 边界的不同以及成层的不同 讨论处理的方法和简化假定的依据 最后汇列出计算步骤 再展开分析 1 紧紧扣住由土的压密到基础最终沉降和由土的固结到基础的沉降过程 计算这两条系统 并且先土性 后基础 先理论 后应用 先一维 后推广 层次分明 联系清楚 系统性好 科学性强 2 在讲授中突出物理概念 简化依据和应用条件 使土 性和实际紧密联系 六 土的抗剪强度问题 难点 1 强度指标的影响 2 极限平衡条件的各种表达形式 其讲授系统 首先以地基及土工建筑物剪切破坏的实例说明研究抗剪强度的必要性 指出进行强度稳定性计算与土的抗剪强度指标的选择有着重要关系 强度参数选择不当引 起的严重后果远比计算理论的大 说明这一问题的重要性 以直剪试验引出抗剪强度定律 这样较直观 形象 再分析无粘性土和粘性土的强度机理及粘聚力和内摩擦角两个强度参 数的物理概念 极限平衡条件 莫尔 库伦破坏准则 先介绍极限平衡的基本概念 再讲 土中一点极限平衡条件 以莫尔圆表示土中一点的应力状态 当处于极限平衡时必与抗剪 强度线相切 由此推证出极限平衡条件的各种表达式 剪切实验以讲三轴试验为主 简要 介绍它的实验原理和方法 着重分析试验中固结情况 剪切速率 排水条件对试样的影响 说明为了近似模拟实际工程中的情况 在直剪试验中分为快剪 固结快剪 慢剪 在三轴 试验中分为不排水剪 固结不排水剪和排水剪三种方法 介绍试验成果的整理和表达方法 及总应力法和有效应力法的概念 并分析不同的方法确定的强度指标间的关系 简要介绍 无侧向抗压强度试验和十字板剪试验的原理和计算公式 总结以上各种方法的优缺点及使 用条件 分析 1 本章是土力学的重要内容之一 务使学生掌握其重点 突出莫尔 库伦破 坏准则 三轴试验方法及成果表达 指标的选用 2 以直剪和三轴为主 使学生掌握试验 及成果整理方法 七 土压力问题 难点 1 土压力产生的机理 两种计算理论的基本假定 2 两种计算理论推广到复 杂情况的运用条件 其讲授系统 演示挡土墙土压力 墙的位移方向 大小与滑动土楔的大小 滑动面的 形状的演示 讲述土压力的产生条件 强调墙的移动方向转角的大小对土压力的性质和大 小的影响 区分主动土压力 静止土压力和被动土压力及在实际工程中的情况 介绍朗肯 土压力理论时 先讲基本假定 以最简单的墙背垂直光滑 填土水平的情况 运用极限平 衡条件公式推导出基本计算公式 对砂土和粘土的主动土压力和被动土压力对比讲解 讲 清土压力的大小 方向沿墙高的分布规律及作用点的位置 在此基础上扩展到超荷载作用 成层填土 及有地下水等复杂情况下土压力的计算方法 介绍库仑理论时 先讲基本假定 根据滑动楔体内外力极限平衡条件推证库仑主动土压力计算公式 着重分析主动土压力系 数与填土倾角 墙背摩擦角及墙背倾角等因素的关系 并练习查表方法 分析土压力的大 小 方向 沿墙高的分布及作用点的位置 简要指出被动土压力的推导及公式 再展开分析 1 采用模型演示易于讲清土压力的概念 2 讲解两种土压力理论皆以 最简单的情况导出基本公式 再扩展到复杂情况的计算方法 由浅入深 易于掌握 在此 基础上总结对比两种理论 则使学生能更加深入理解 八 土坡稳定分析问题 难点 复杂条件下土坡稳定分析的方法 讲授系统 首先简述土坡稳定分析的重要性及土坡失稳的原因和土坡滑动的形式 引 出粘性土坡的圆弧滑动 以简单圆弧滑动的分析为例 讲清土坡稳定分析的基本原理 在 此基础上着重介绍条分法的原理 以分条上力的平衡条件推导出太沙基公式 辅以简单的 例题 讲解稳定分析的计算步骤 使学生重点掌握这个计算方法 进一步介绍坡面开裂 成层土坡及超载和地下水等情况下的稳定分析 渗流对土坡的影响重点介绍容重替代法 地震作用介绍拟静力法 简要介绍毕肖普公式的推证原理 讲清分条上考虑不同力的作用 及抗剪强度发挥的考虑 得出与太沙基不同的计算公式 分析其特点 简要讲述无粘土坡 的稳定分析方法及复合滑动面分析方法 进一步讨论土坡稳定计算中 假定滑动面的影响 条分法中条间力的考虑方法 抗剪强度指标的选择及安全系数的确定等问题 再展开分析 1 突出重点 保证在少的学时情况下 学会土坡稳定分析的主要方法 2 对其他各种方法的计算原理亦有了解 为今后工作打下了较为广泛的基础 九 地基稳定性问题 难点 1 计算公式推导 承载力因素的物理概念 2 各种方法的原理和使用条件 其讲授系统 演示中心荷载作用下地基的破坏 简述中心荷载下地基失稳的三种类型 整体破坏 局部破坏和冲剪破坏的不同 并以整体破坏的 P S 曲线为例说明地基变形发展 三阶段及临塑荷载和极限荷载的概念 引出地基承载力计算的两种途径 按塑性区开展 深度和折减极限荷载的方法 简介按塑性区开展深度确定地基承载力的推导原理及计算公 式和查表方法 推证地基承载力公式的基本形式 假定滑动面 划分极限平衡区 推导出 太沙基承载力公式 进而分析阐述它们的物理概念和各种影响因素 简介复杂条件下的汉 森公式及查表方法 分析承载力计算公式简述提高承载力的措施 除上述理论计算方法外 再介绍按原位测试资料确定地基承载力的方法和按地基规范方法确定地基承载力 结合地基的特点和破坏型式介绍计算方法 最后总结地基承载力必须满足强度稳定和 变形稳定的要求 再展开分析 1 从地基模型实验演示建立地基破坏的概念 讲解地基失稳的类型容易 接受 2 以极限承载力公式为主线 讲解分析详细 重点明确 以此达到基本掌握承载力 概念 计算方法及影响因素的目的 其他方法在此基础上作简要介绍 则可起到举一反三 的作用 十 地基设计与地基处理问题 难点 地基设计的方法 步骤 各种地基处理方法的原理 施工要点及