土力学归纳.doc

地质作用: 内力地质作用 (岩浆活动 地壳运动 变质作用) 外力地质作用(气温变化、雨雪、山洪、河流) 风化类型: 影响土颗粒的粒径大小、矿物成分:( 物理风化 化学风化 生物风化) 搬运方式与沉积环境: 影响土的结构、构造:(搬运方式水力、风力、冰川流动搬运 沉积环境山坡、河流、湖沼、海相沉积) 土的三相性：碎散性 三相性 天然性 粒度：土粒的大小 粒组：大小界于一定范围的土颗粒，矿物成分、性质通常较接近 可归分为一组，称为粒组 界限粒径：划分粒组的分界尺寸。土的颗粒级配：土中各粒组的相对百分含量，通常用各粒组占土粒总质量（干土质量）的百分数表示，也称为土的粒度成分。颗粒分析试验：筛分法、沉降分析法。粒度成分分布曲线：级配曲线越平缓，表示该土所含土粒粒径相差越悬殊，土粒越不均匀，级配越好。则土的密实度越大，压缩性越小，土越好。从该曲线可得：有效粒径d10；限定粒径d60；中值粒径d30 颗粒级配的定量指标（1）不均匀系数: 越大，表明粒径差别越大，土越不均匀；越小，表明粒径差别越小，土越均匀。（2）曲率系数：反映粒径是否存在缺失越大，说明 d30接近d60,表明d30d60之间的土颗粒占优 越小，说明d30接近d10表明d30d10之间的土颗粒占优。土的级配性评定标准：一般情况：Cu 10的土，属级配良好。 级配与地基承载力的关系是：级配良好的土可获得较高的密实度，作为地基有较高的地基承载力。原生矿物：母岩受物理风化(过程)产生的矿物 特点：成分与母岩相同；颗粒较大；性质稳定；是构成粗颗粒土的主要成分 次生矿物：母岩受化学风化产生的矿物 特点：成分与母岩不同颗粒小，比表面积大，具有强烈的亲水性；是构成细颗粒土的主要成分。固体颗粒：矿物质（原生矿物、次生矿物）、有机质 土中水：液态水 结合水（强结合水、弱结合水）、自由水（重力水、毛细水）、固态水、气态水 土中气：自由气体、封闭气体 构成粘土矿物的两种晶片：硅氧晶片、铝氢氧晶片 两种基本晶片的不同组合就构成了不同的粘土矿物，主要有：蒙脱石、伊利石、高岭石 亲水性：蒙脱石（亲水性好）伊利石高岭石（亲水性差） 黏土颗粒带负电 双电层;固定层和扩散层中所含的阳离子与土粒表面的负电荷构成双电层 土的结构：（微观）单粒结构、蜂窝结构、絮状结构 （宏观）：层理构造、分散构造、裂隙构造、结核状构造 3个基本指标：天然密度：单位体积天然土样的质量(g/cm3或kg/m3) 计算公式:： 测量方法:环刀法 含水量：土中水的质量与土颗粒质量之比(百分数) 计算公式:： 测量方法: 烘干法、燃烧法 土粒比重 （土颗粒的相对密度）：土颗粒的质量与同体积的4时的纯水的质量之比(无量纲) 计算公式： （） 测量方法:：比重瓶法 s：土粒密度，即土颗粒单位体积的质量 (g/cm3) 导出指标（6个）：干密度：单位体积土样中土颗粒的质量 计算公式： 饱和密度 ：单位体积土样在饱和状态下的质量 计算公式： 有效密度（浮密度） ：地下水位以下，单位体积土颗粒的质量与同体积水的质量之差 计算公式： 土的孔隙体积相对含量指标： 孔隙比：土中的孔隙体积与土颗粒体积之比 计算公式： 孔隙率:土中孔隙体积占土样总体积的百分比 计算公式：饱和度:孔隙中水的体积占孔隙体积的百分比 计算公式： 指标的换算： 界限含水量粘性土由一种状态转变过渡到另一种状态的分界含水量 液限(wL)：土由可塑状态变到流动状态的界限含水量；塑限(wP)：土由半固态变为可塑状态的界限含水量 缩限(wS)：土由固态变为半固态的界限含水量 wL和wP的测定方法：传统wL：锥式液限仪、碟式液限仪 wP：搓条法 现行 光电式液、塑联合测定仪 粘土的物理状态指标：塑性指数是液限和塑限的差值(省去%)，即土处在可塑状态的含水量变化范围 取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与粘粒含量有关 液性指数：是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比 表征天然含水量与界限含水量间的相对关系。判定土的软硬状态：天然稠度wc是指原状土样测定的液限和天然含水量的差值与塑性指数之比 天然稠度表征土的干湿状态。粘性土的活动度、灵敏度和触变性：活动度A:塑性指数与黏粒（粒径0.075mm的颗粒含量不超过全重50，塑性指数IP10的土。粉土的密实度根据孔隙比0.9为稍密 湿度根据含水量30很湿 土的胀缩性:指黏性土具有吸水膨胀和失水收缩的两种变形特性。湿陷性：是指在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特征。冻胀性：是指土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的变形特性。建筑地基土的分类：按沉积年代和地质成因分：1、老沉积土2、新近沉积土按颗粒级配（粒度成分）和塑性指数分：碎石土：粒径大于2mm的土颗粒不超过全重的50%的土沙土：（砾沙、粗沙、中沙、细沙）粒径大于2mm的土颗粒不超过全重的50%，但粒径大于0.075mm的土颗粒超过全重的50%粉土：（粘质粉土、沙质粉土）粒径大于0.075mm的土粒不超过全重50%，且Ip10粘性土：（粉质粘土、粘土）塑性指数大于10的土 土中水的运动形式主要有:在重力的作用下，地下水的流动(渗透性) 、在土中附加应力作用下孔隙水的挤出（固结）、由于表面现象产生的水分移动（毛细现象）渗透:自由水在水位差作用下，发生从土内孔隙中透过的现象 渗透：液体从物质微孔中透过的现象 渗透性:土体具有被液体透过的性质 砂性土堤基管涌破坏：当管涌发生时，渗流将导致向源侵蚀，使堤防基础下部出现渗流通道，当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通道后极易引起溃决 土的渗透性：据伯努利定理，水头定义：水在土中，速度引起的水头忽略达西定律：结论：单位时间的渗流量q与圆筒面积A和水力梯度i成正比，且与土的渗透性质有关（）或 k渗透系数，cm/s i水力梯度 断面平均渗流速度cm/s q单位渗水量 渗透试验：常水头试验：整个试验过程中水头保持不变，适用于透水性大砂土（单位渗水量： 土的渗透系数：）变水头渗透试验：（土的渗透系数：）现场测定渗透系数： 影响渗透系数的主要因素：1、土的粒度成分2、土的密实度3、土的饱和度4、土的结构5、水的温度6、土的构造7、土的矿物成分 成层土的平均渗透系数：水平向渗流时：总单位渗水量：竖直向渗流时：(总单位渗水量)曲线A曲线B曲线A压缩性曲线B压缩性压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈大。eee0PPe-p曲线二维渗流方程:单位时间内流入单元体的总水量必等于流出的总水量 （拉普拉斯方程） 流网特征:流线与等势线彼此正交、每个网格的长度比为常数，为了方便常取1，这时的网格就成为正方形或曲边正方形、相邻等势线间的水头损失相等、各流槽的渗流量相等 渗流力：水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力称为渗流力。（渗透力是一种体积力，其大小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致）流砂现象的防治原则是：减小或消除水头差，减小渗透压力，如减压井、减压沟上游防渗帷幕，如打板桩；水平防渗铺盖，增长渗流路径土层加固处理，如冻结法 管涌的治理：（1）改变水力条件：降低渗透坡降，如防渗铺盖、钢板桩（2）几何条件：渗流溢出处反滤层.e-p曲线：研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律 根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线为压缩曲线 压缩系数a（正值）：土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量ee2e1P1 logp P2 斜率Cce-logp曲线0.1 低压缩性土0.10.5中压缩性土0.5 高压缩性土Cc0.2 低压缩性土 Cc 0.4 高压缩性土0.2 Cc 0.4 中压缩性土Cc：压缩指数的比值,在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压缩性： 压缩模量Es：土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值（Mpa）。 Es增大，a减小，土的压缩性降低dbace回弹曲线压缩曲线再压缩曲线pfpie0弹性变形残余变形体积压缩系数（亦称单向体积压缩系数）：土在完全侧限条件下体积应变增量与压力增量之比（即土的压缩模量倒数） 值越大，土的压缩性越高 回弹曲线和再压缩曲线:（e-p曲线） 土的应力历史：正常固结土: 在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重。超固结土：在历史上所经受的先期固结压力大于现有覆盖土重。欠固结土：在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重 前期固结应力：土在历史上曾受到过的最大有效应力超固结比OCR：前期固结应力与现有有效应力之比即。正常固结土：OCR=1超固结土：OCR1，OCR愈大土受到的超固结作用愈强，欠固结土：OCR1，土在自重作用下还没有完全固结，土的固结应力未全部转化为有效应力，即尚有一部分由孔隙水所承担。应力历史对地基沉降的影响：正常固结土，从e0开始在自重应力作用下沿现场压缩曲线至a点固结稳定。超固结土，它曾在自重应力力作用下沿现场压缩曲线至b点，后因上部土层冲蚀，现巳回弹稳定在b点。欠固结土，由于在自重应力作用下还未完全固结日前它处于现场压缩曲线上的c点。施加相同的固结应力p，正常固结和欠固结土将分别由a和c点沿现场压缩曲线至d点固结稳定，而超固结土：则由b点沿观场再压缩曲线至d点固结稳定。三者的压缩量不同，其中欠固结土最大，pcab0s超固结土最小，而正常固结土则介于两者之间。变形模量E0：土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。 压缩模量Es：土体在侧限条件下的应力与应变的比值。土的弹性模量：在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。地基变形的三个阶段：a.线性变形阶段：荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中地基处于弹性平衡状态；b.弹塑性变形阶段ab段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区；ab段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区；c.破坏阶段bc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面地基破坏模式：1、整体破坏模式：常发生在浅埋基础下的密砂或硬粘土等坚实地基中2、局部剪切破坏:常发生于中等密实砂土中3、冲剪破坏：发生在松砂及软土中 整体剪切破坏的特征：p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段（图上从上往下依次是：线性变形阶段弹塑性、塑性）；地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面；荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起。局部剪切破坏的特征：p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段； 塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内；荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起。冲剪破坏的特征：p-s曲线没有明显的转折点地基不出现明显连续滑动面荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷。地基破坏模式的影响因素：1、地基土的条件：土的类别、密度、含水量、压缩性、抗剪强度等；2、土的类别、密度、含水量、压缩性、抗剪强度等；3、基础条件：基础型式、埋深、尺寸等。其中土的压缩性是影响破坏模式的主要因素。如果土的压缩性低，土体相对比较密实，一般容易发生整体剪切破坏。反之，如果土比较疏松，压缩性高，则会发生冲切剪切破坏。地基承载力的确定方法：原位试验法、理论公式法、规范表格法、当地经验法临塑荷载：地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力临界荷载p：地基部分区域已发生剪切破坏（即地基处于弹塑性变形阶段），但地基内塑性区限制在一定范围时地基所承受的基地压力。（p处于Pcr与Pu之间）临塑荷载 ：基础边缘地基中刚要出现塑性区时基底单位面积上所承担的荷载，相当于地基从压缩阶段过渡到剪切阶段的界限荷载，根据塑性区边界方程,令Z基础边缘地基中刚要出现塑性区时基底单位面积上所承担的荷载，相当于地基从压缩阶段过渡到剪切阶段的界限荷载，根据塑性区边界方程,令Zmax=0即可导得地基临塑 荷载的计算式： 临塑荷载由两部分组成，第一部分为地基土粘聚力c的作用，第二部分为基础两侧超载 q 或基础埋深 d 的影响，这两部分都是内摩擦角的函数，随c 、d 的增大而增大临界荷载 ：指允许地基产生一定范围塑性区所对应的荷载。实践表明，采用不允许地基产生塑性区的临塑荷载作为地基容许承载力的话，就不能充分发挥地基的承载能力，取值偏于保守；工程实践经验表明，在中心荷载作用下，控制塑性区最大开展深度zmax=b/4，在偏心荷载下控制zmax=b/3，对一般建筑物是允许的；p1/4、p1/3：分别是允许地基产生范围塑性区所对应的两个临界荷载。此时，地基变形会有所增加，须验算地基的变形值不超