土力学未加粗

1、第一节土的组成与结构组成第一章 土的工程性质及分类1. 土的物理性质概述土：是指岩石风化后形成的碎散的，覆盖于地表的，由矿物颗粒和岩石碎屑组成的堆积体。 土的三相 固相 液相 气相一、土的固相1） 土的颗粒级配工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配 试验方法 比重计法:适用于d0.075mm 筛分法：适用于0.075mmd60mm工程上常用不均匀系数Cu描述颗粒级配的不均匀程度 曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况 d10、d30、d60小于某粒

2、径的土粒含量为10%、 30%和60%时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把Cu5的土视为级配不良的土； Cu10的土视为级配良好的土 对于砾类土或砂类土，同时满足Cu5和Cc=13时，定名为良好级配砂或良好级配砾 2.土粒的矿物成分 矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用二、土中的水 土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性土)。土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗粒的晶格内部外，还存在结合水和自由水结合水：强结合水，弱结合水 自由水：毛细水，重力水三、土中气体 土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气体土的构造 土的构造是

3、指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造，1.2 土的物理性质指标一、土的三相图（很重要）二、直接测定指标 土的密度：单位体积土的质量 工程中常用重度g来表示单位体积土的重力 2.土粒相对密度Gs（土粒比重）：土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比3.土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示测试方法：烘干法三、换算指标 孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒体积之比孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示土的饱和度Sr ：土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示。饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土Sr=100%。砂土

4、根据饱和度分为三种状态: Sr50%稍湿； 50Sr80%很湿； Sr80%饱和不同状态下土的密度和重度饱和密度sat ：土体中孔隙完全被水充满时的土的密度 干密度d ：单位体积中固体颗粒部分的质量 浮密度 ：土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差指标间换算见书P23表格【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度Gs为2.66，求该土样的含水量、密度、重度g 、干重度gd 、孔隙比e、饱和重度gsat和有效重度g 1.3 土的物理状态指标一、无粘性土的密实度土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。1.孔隙比e 2.相对密实度Dr

5、Dr1/3疏松状态 1/3Dr2/3疏密状态 2/3Dr1密实状态 二、粘性土的稠度 1.稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征 P262.塑性指数IP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3.液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比 1.4 土（岩）的工程分类1.5 土的压实性1.击实试验有轻型和重型两种。2.影响土压实性的因素，含水量、击实功能、土的种类和级配等3.土料的最大干密度和最优含水量不是常数。 第二章 土的渗透性与渗透问题2.1 达西定律试验结论：水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比

6、达西定律(P51 2-9)适用于层流，不适用于紊流2.2 渗透系数及其确定方法一、渗透试验（室内）1.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（k10-3cm/s）的土，例如砂土。2.变水头试验整个试验过程水头随时间变化 适用于透水性差，渗透系数小的粘性土二、影响渗透系数的因素1.土粒大小与级配 2.土的密实度3.水的动力粘滞系数 4.土中封闭气体含量三、成层土的渗透系数通过整个土层的总渗流量qx应为各土层渗流量之总和2.3 渗透力与渗透变形一、渗透力和临界水力坡降 1.渗透力渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力2.临界水力坡降使土体开始发生渗透变形的水力坡降二、渗透变形1.流土在渗流

7、作用下，局部土体表面隆起，或某一范围内土 粒群同时发生移动的现象 流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏。细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏 2.管涌在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙，发生移动并被带出的现象土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形成能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或失稳。管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏2.4 渗流工程问题与处理措施 一、渗流工程问题1.地下水的浮托作用 2.地下水的潜蚀作用3.流砂 4.基

8、坑突涌当基坑下部有承压水层时，开挖基坑减小了底板隔水层的厚度，当隔水层较薄经受不住承压水头压力，承压水头压力就会冲毁基坑底板，这种现象称为基坑突涌二、防渗处理措施1.水工建筑物渗流处理措施垂直截渗设置水平铺盖设置反滤层排水减压2.基坑开挖防渗措施工程降水设置板桩水下挖掘第三章 土中应力计算3.1 土中自重应力计算自重应力：由于土体本身自重引起的应力一、竖向自重应力土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱的有效重量二、成层土的自重应力计算地下水位以上土层采用天然重度，地下水位以下土层采用浮重度 2.非均质土中自重应力沿深度呈折线分布 P92例题3.2 基底压力 基底压力：建筑物上部结构荷

9、载和基础自重通过基础传递给地基，作用于基础底面传至地基的单位面积压力影响基底压力的因素:基础的形状、大小、刚度，埋置深度，基础上作用荷载的性质（中心、偏心、倾斜等）及大小、地基土性质一、中心荷载作用下的基底压力二、偏心荷载作用下的基底压力三、基底附加压力3.3 地基中的附加应力附加应力：新增外加荷载在地基土体中引起的应力一、竖向集中荷载作用下的地基附加应力二、矩形基础地基中的附加应力计算 角点法计算地基附加应力 垂直三角形分布荷载例题 有两相邻基础A和B，其尺寸、相对位置及基底附加压力分布见右图，若考虑相邻荷载的影响，试求A基础底面中心点o下2m处的竖向附加应力三、条形基础地基中的附加应力计算

10、【例】某条形地基，如下图所示。基础上作用荷载F=400kN/m，M=20kNm，试求基础中点下的附加应力，并绘制附加应力分布图 4.1 变形特性测试方法 第四章 4.2 一维压缩性及其指标 4.3 地基的最终沉降量计算 4.4 饱和土体的渗流固结理论4.1 变形特性测试方法1.室内试验 常规三轴试验 侧限压缩试验2.室外试验 荷载试验 旁压试验（原位土） 标准贯入试验 静力触探试验试验目的：变形、强度特性常规三轴试验一般三维应力状态 三轴应力状态 忽略中主应力的影响试验目的：变形特性、强度特点、孔压发展等1、常规三轴试验仪2、固结排水试验 多用于砂性土3、固结不排水试验 适用于各种土4、不固结

11、不排水试验 适用于各种土多用于粘性土5、侧限压缩试验4.2 一维压缩性及其指标e-s 曲线 e-s曲线缺点：不能反映土的应力历史压缩系数a1-2常用于比较土的压缩性大小二、e-lgs 曲线、e-lgs曲线：能反映土的应力历史三、先期固结压力4.3 地基的最终沉降量计算一、单一土层一维压缩问题1、计算简图2、计算公式 二、地基最终沉降量分层总和法准备资料：建筑基础（形状、大小、重量、埋深）地基各土层的压缩 曲线，原状土压缩曲线计算断面和计算点应力分布：自重应力 基底压力-基底附加应力 附加应力沉降计算：确定计算深度 确定分层界面 计算各土层的sszi，szi 计算各层沉降量 地基总沉降量 结果修

12、正：理论上不够完备，缺乏统一理论；单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。2、计算步骤情况1(a)计算原地基中自重应力分布sz从地面算起；(b)基底附加压力p0p0 = p - gd(c)确定地基中附加应力sz分布z从基底算起； z是由基底附加应力 p-d 引起的(d)确定计算深度zn 一般土层：z=0.2 sz； 软粘土层：z=0.1 sz； 一般房屋基础：zn=B(2.5-0.4lnB)； 基岩或不可压缩土层。2、计算步骤情况1(a)计算原地基中自重应力分布(b)基底附加压力p0(c)确定地基中附加应力sz分布(d)确定计算深度z(e)地基分层Hi不同土层界面； 地下水位线；每层厚度不宜大于

13、0.4B或4m；sz 变化明显的土层，适当取小。 5.1 概述 第5章 5.2 土的抗剪强度 5.3 土的抗剪强度试验方法一、抗剪强度（一）、库仑定律（剪切定律）测定方法：直接剪切试验（直剪试验）库伦公式抗剪强度主要来源于黏聚力，其次内摩擦力（二）影响抗剪强度的因素土颗粒的矿物成分、形状、粒径及表面粗糙程度原始密度 天然含水量土的结构扰动情况 有效应力大小试验条件 应力历史二、摩尔库仑强度理论凡是没有剪应力的面称为主应面。作用在主应面上的力称为主应力土中某点应力状态是个复杂的三向受力状态，为简化计算只考虑最大和最小主应力。要计算土中任意点任意截面上的正应力和剪应力可以通过数解法和图解法求得摩尔

14、圆可以表示土体中一点的应力状态，摩尔圆圆周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力（一）、土的极限平衡条件应力圆与强度线相离（圆1） 弹性平衡状态应力圆与强度线相切（圆2）： 极限平衡状态应力圆与强度线相割（圆3）： 破坏状态 土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成j/2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力max所控制。 结论：（1）土的强度破坏原因：由于土中某点剪切面上的剪应力达到和超过了土的抗剪强度所致。（2）土中某点达到剪切破坏状态的应力条件：必须是法向应力和剪应力的某种组合符合库仑定律的破坏准则（大

15、主应力作用面成某一夹角的平面上。（3）强度包线：当土体处于极限状态时，土中该点的极限应力圆与抗剪强度线相一 组极限应力圆的公切线。内摩擦角：强度包线与纵坐标的截距为土的黏聚力，与横坐标夹角为土的内摩擦角。已知大小主应力中任何一个，即可求得另 一个；或在已知抗剪指标与大小主应力的情况，土体的平衡状态；5.3 抗剪强度的测定方法直接剪切试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验十字板剪切实验挡土结构物上的土压力第六章学习要求： 掌握土压力的基本概念与常用计算方法，初步具备应用土压力理论处理一般基础工程问题的能力。 1.掌握静止土压力、主动、被动土压力的形成条件；2.掌握朗肯土压力理论和库仑土压力理论主动压

16、力计算方法 ；特别是有 超载、成层土、及地下水情况的土压力计算；3.掌握档土墙设计要点及土坡稳定分析的方法。一、土压力类型静止土压力：当挡土墙静止不动，不发生任何位移（平移和倾覆）土体处于弹性平衡状态时，土体对墙背产生的侧向压力称为静止土压力，一般用E0表示 。 主动土压力：当挡土墙向前位移，墙后填土松动下滑，当土体达到极限平衡状态时，土体对墙背产生的侧向压力称为主动土压力，一般用Ea表示。 被动土压力：当挡土墙向后位移，使墙后填土被挤压，当土体达到极限平衡状态时，土体对墙背产生的侧向压力称为被动土压力，用Ep表示。第二节 静止土压力计算（公式） 挡土墙完全没有任何位移（平移和倾覆），作用在其

17、上的土压力即为静止土压力。 静止土压力 主动土压力（无粘性土）被动土压力（无粘性土）朗肯土压力计算主动土压力强度（公式）对于无粘性土，且土体表面无荷载的情况二、被动土压力强度 【例】已知条件如图，求：作用在墙上的主动土压力Ea第四节 库仑土压力理论第五节 特殊情况下的土压力计算1 填土面有均布荷载2 墙后填土分层3 填土中有地下水例7-3：挡土墙，已知条件如图。墙背垂直、光滑；填土面水平。求主动土压力Ea，并画出a分布图。例7-4：挡土墙，已知条件如图。墙背垂直、光滑；填土共两层。求主动土压力Ea，并画出a分布图例7-5：挡土墙，已知条件如图。墙背垂直、光滑；填土共两层。求挡土墙的总侧向应力

18、第六节 挡土墙设计第七章 土坡稳定分析1 为什么会发生边坡失稳2 如何分析边坡稳定性3 如何防治、治理第1节 概述一边坡分类： 天然边坡 人工边坡 土坡 岩石边坡 滑坡（1）什么是滑坡？：一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动（2）为什么滑坡？：1) 振动：地震、爆破2) 土中含水量和水位变化3) 水流冲刷：使坡脚变陡4) 冻融：冻胀力及融化含水量升高5) 人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口（3）滑坡的形式有哪些？崩塌 转动 流滑 平动第2节 无粘性土土坡的稳定分析无渗流的无坡 有沿坡渗流情况三. 部分浸水无粘性土坡四. 无粘性土的非线性强度指标对滑动面的影响无粘性土的非线性强度指标使滑动面发生在一定深度处，而非表面五. 无粘性土坡稳定性分析小结破坏形式：表面浅层滑坡分析方法：考虑为无限长坡3 粘性土坡的稳定分析一 瑞典圆弧法二 瑞典条分法三 简化Bishop条分法四 普遍条分法(Janbu法) 边坡稳定分析的总应力法与有效应力法有效应力法：使用有效应力强度指标 c、 j总应力法：使用总应力强度指标 cu 或 cc