高等土力学-复习大纲-Word-

1、高等土力学考纲一、土质学1知识点：1题目：3二、土的强度5知识点：5题目：7三、本构理论9知识点：9题目：10四、固结与流变12知识点：12题目：13五、边坡稳定14知识点：14题目：15一、土质学知识点：土的来源：土是母岩经过风化作用、搬运作用、沉积作用形成的松散堆积物质。因此，土是由岩石风化而来的。沉积岩是土经过成岩作用形成的岩石，因此，土和岩石实际上是互为物质来源，在地质历史时期是相互转化的。 举例：花岗岩风化作用，风力侵蚀（海蚀风、风蚀城堡、风蚀柱、风蚀蘑菇、风蚀洼地、戈壁滩），流水侵蚀（V形谷、沟谷、峡谷、瀑布），冰川侵蚀，海浪侵蚀。成土作用：冰川堆积，风沙堆积，风力堆积（带有大量沙

2、粒的气流，如果遇到灌丛或石块，风沙受阻堆积下来，就形成沙丘。需利用植被阻滞），流水沉积。土中矿物：原生矿物，次生矿物，水溶盐，有机质，次生氧化物和难容盐。土的分类：按土堆积的地点与母岩关系分为残积土（母岩风化后未经搬运而与母岩处于同一地点的土叫残积土）、坡积土（母岩风化后经过重力短距离搬运的土）、运积土（岩石风化后经过搬运作用而存在于与母岩有一定距离的土），运积土按搬运力不同分为洪积土、冰渍土、冲积土、风积土；按土的沉积环境分残积土、动水沉积土（坡积土，洪积土，冲积土）、静水沉积土（湖相沉积土，海相沉积土）、风积土、冰渍土。土的三相：指土矿物颗粒组成的固相，土孔隙中的水组成的液相和土孔隙中的气

3、体组成的气相。（三相之间的相互作用和三相比例的变化及各相的物质组成变化是土的性质变化的内因）土壤中的晶体粘土矿物是母岩在经受化学风化而成土过程中形成的层状硅酸盐晶体矿物粘土矿物具有可塑性、粘结性、膨胀性、阳离子交换与吸附特性等特殊性质，是土壤中最活跃的成分之一，因此成为土质学的主要研究对象（粘土矿物内部电荷经常处于不平衡状态，因此表面可吸附阳离子和水分子，在水中能分散成胶体悬浮状态）。硅酸盐是由硅酸阴离子和各种金属阳离子组成的盐类，其骨干是硅离子和氧离子。层状硅酸盐通常是由SiO四面积层和AlOH八面体层组成（由硅氧配位组成的四面体SiO44-是最稳定的基本结构单元，硅氧四面体可以呈孤立的岛状

4、形式，也可以通过公用氧离子相互连接成其它形状：环状、链状、层状等。）层状硅酸盐粘土矿物晶体结构：组成晶体最基本的单元叫晶片，粘土矿物最基本的晶片通常由SiO四面体层和AlOH八面体层组成。粘土矿物晶体通常有四面体片和八面体片组合形成层状硅酸盐的晶层。粘土矿物晶体的晶胞按照两种晶片的配合比例分为1:1和2:1两大类型。典型粘土矿物：高岭石Al4Si4O10(OH)8，伊利石KAl2(AlSi3O10)(OH)2·nH2O，蒙脱石Al2Si4O10(OH)2·nH2O土壤中的氧化物以单粒、凝胶、氢氧聚合物等形式存在。还经常与层状硅酸盐矿物相结合，使粘土矿物的负电荷数量下降，阳离

5、子交换量降低，土粒间连接增强。氧化铁主要特点：1）大多数情况下是含量最高的氧化物，活动性也高，环境条件稍微变化都会对铁氧化物形态和性质发生影响；2）氧化铁在土壤团聚体形成过程中起到重要胶结作用，要分析粘粒的胶体性质通常要经过去铁处理；3）由氧化铁胶结的土壤通常渗透性低、孔隙小，孔隙率低，土壤脱水后易形成结核和硬壳，造成土壤板结。我国红壤是含铁高的典型土壤。氧化物的功能：（1）氧化物的巨大表面使其具有较大活性；（2）氧化物的胶结作用使粘土颗粒聚集；（3）氧化物胶体的两性离解可使其带正电，与带负电的粘土颗粒发生反应而降低粘土矿物的阳离子交换量；（4）氧化铝吸附氧化硅胶体发生化学反应成为粘土矿物颗粒

6、。粘土矿物鉴定：差热分析法，X射线衍射分析（原理是利用单色光通过晶体不同层面后产生反射线会存在相位差而出现干涉现象得到晶体参数），化学分析法，其它方法（染色法、红外光谱法、能谱法、电子显微镜法等）土壤中的有机质：非腐殖质，腐殖质随着土壤中有机质含量的增加，土的分散性加大，天然含水率增高，干密度减小，胀缩性增加，压缩性增大，强度减小，承载力降低。当其含量高于5%后，其对土的工程性质就会产生很大的影响。土壤中有机化合物与粘粒的复合机理比较复杂，结合的方式很多，主要是通过库伦引力和范德华力作用。土中水的类型：固态水 1）矿物中的化学结合水：结构水、结晶水、沸石水； 2）土壤孔隙中的固态水：冰。（起着

7、暂时的胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性）液态水 1）土粒表面的吸着水：强吸着水、弱吸着水；2）土壤孔隙中的非吸着水：毛细水、重力水。气态水吸着水的主要性质有： 1) 密度达1.21.4g/cm3,粘滞度高，流动性差，在小的水力梯度下不流动，不符合Darcy定律； 2) 比热达1.1cal/g，介电常数低于正常水，冰点低于00C; 3) 粘土颗粒间通过共用吸着水膜连接，使粘土具有粘性、可塑性；4) 在压力作用下，吸着水膜缓慢变薄，使粘土具有流变性； 5) 根据吸着水所受静电引力的强弱可分为强吸着水和弱吸着水。土中的气体主要是空气和水汽，有时也有沼气等。土中水的能量是指土体孔隙水的机械能，即

8、动能和势能。由于土体中的孔隙水运动速度很慢，动能可以忽略不计，所以土中水的能量通常就是指土中水的势能，简称土水势。总土水势=重力势+基质势+溶质势+压力势+荷载势+重力势就是地球的万有引力对引力场中水的作用；压力势是由静水压力在孔隙水中的传递产生的；基质势是由固体颗粒基质与水之间的相互作用引起的；溶质势是土中水与纯水之间的势能差，纯水的溶质势为零，土中水的溶质势为负；荷载势是由外加荷载或土的自重引起的孔隙水的势能。对饱和土来讲，总土水势应包括重力势、压力势、荷载势等；对非饱和土，总土水势通常包括重力势、基质势、荷载势等。非饱和土的基质势可以通过张力计、压力板膜仪等试验方法确定，对一定的土体，基

9、质势与它的含水率之间有一定的对应关系，这种关系称之为土的水分特征曲线。不同的土，以及土的吸水和脱水的水分特征曲线是不同的；同种土的原状土和重塑土的水分特征曲线也不同。粘性土的强度机理：粘土矿物颗粒晶格内的原子、离子的相互作用是使固体具有力学强度的根本原因。粘性土的颗粒之间，通过凝聚力连接着，使其宏观上出现了力学强度和抗水性。土体的凝聚力按照产生的机理和时间分为:原始凝聚力（范德华力）和固化凝聚力（胶结作用、再结晶作用、后来物质的胶结作用）。粘性土在沉积后，土体强度会随时间增长，砂性土在自然环境下，沉积后强度也会随时间增长。粘性土具有原始凝聚力，使土体具有可塑性和流变特性；具有固化凝聚力，使土体

10、在比较低的压力作用下，产生类似于固体的弹性变形；当压力超过一定值后，产生流动变形。粘性土的变形特征：不均匀特征（1）晶体颗粒的强度远大于颗粒间的连接强度，粘性土的变形基本由连接强度破坏引起；（2）土体中各颗粒之间的连接强度差别很大，有些连接很强，有些连接很弱，因此在外力作用下，颗粒间的连接破坏是从连接弱的到连接强的逐渐破坏过程；（3）土体孔隙所占体积与土颗粒所占体积是同阶的，土体变形基本由孔隙体积减小产生的；（4）粘土颗粒外和连接点被吸着水包围，吸着水在外力作用下逐渐转化成自由水，使土体不断发生变形。弹性变形，结构变形（不可恢复，最大特点是：单位体积内颗粒数目的不断增多），吸附变形以天然土为研

11、究对象，满足工程建设为目的，同时考虑土的状态和工程特性的分类方法叫土的工程分类。基本用途：（1）确定土类名称。土的名称必须有广泛的实用性，兼顾特殊土的性质，利于科学交流；（2）土的名称与工程性质有大致对应关系，可初步评价各类土作为地基和材料的实用性；（3）能明确各类土渗入开展土质、土力学研究的重点内容、试验项目、选择有效的试验方法和手段。分类基本原则：（1）土质分类国家标准是各类工程适用的通用标准，是编制专门分类的基础（2）博采各国土的分类之长，结合我国实际，靠拢国际通用的分类方法（3）分类指标的试验方法和取值标准靠拢国际通用方法，采用简易的分类指标，附有野外的简便鉴别方法。土的颗粒大小和级配

12、、塑性指标、有机质含量是土的分类指标。题目：习题1、解释粘性土具有可塑性和凝聚性而砂土没有可塑性的机理。答：（1）由于结合水具有一定的粘滞性，弹性和抗剪性，则土的可塑性有结合水控制。粘性土颗粒为片状凝絮结构，粒间的连接力大于砂土间的点接触，同时粘土颗粒间存在一定的结合水，形成了公共的结合水膜，当产生的离子静电力大于土粒的自重力时粘土就具有可塑性；而砂土颗粒为单粒结构，颗粒间为点接触，几乎没有连结，也就不能形成结合水膜，故砂土没有可塑性。（2）土的凝聚力产生原因为结合水的胶结作用、连结作用以及毛细水及冰的连结作用。粘土颗粒之间由于具有公共结合水膜以及溶解在结合水膜中的胶结物，因此具有结合水的一系

13、列作用，而砂土不具备这些，因此就没有凝聚性。2、土结构的基本类型和特征。答：（1）单粒结构颗粒较粗大，比面积小，颗粒间是点接触，几乎没有连结；（2）分散结构面面接触为主，粘土片呈定向排列，具有明显的各向异性性质；（3）凝絮结构粘土片以面边或面角接触为主，颗粒随机排列，有较大的孔隙，强度低，压缩性高，对扰动比较敏感。3、蒙脱石和伊利石晶胞相同，但蒙脱石具有较大的胀缩性？答：二者晶胞虽都具有三层结构，但前者晶胞之间以氧原子与氧原子相连，靠分子间作用力连接，连接力很弱，水分子极易进入晶胞之间是晶胞间的距离增大，则前者的晶格是活动的。而后者晶胞内硅氧四面体中会发生同像置换，产生的不平衡电荷由进入晶胞间

14、的钾离子来平衡。钾离子与四面体界面上的氧原子形成较强的钾键，起到晶胞之间的连接作用，因此水分子不易进入遇水膨胀，胀缩性低于前者。4、非饱和土中水的运动规律与饱和土中的运功规律有何异同答：非饱和土中水的运动比饱和土中复杂，它的运动不仅与多孔介质的孔隙几何特性有关，还受土体的含水率、饱和度、土水势的变化控制，以及与温度、溶质浓度等众多因素有关。所以非饱和土中水的运动规律研究比饱和土的起步晚，程度差。 非饱和土的广义达西定律与饱和土的达西定律形式上完全相同，将渗透系数换成了导水率，水头换成了土水势。与饱和土的渗透系数可以看作常数不同，非饱和土的导水率是土的体积含水率的函数，在孔隙水的运动过程中，由于

15、土体的体积含水率不断变化，土体的导水率也是不断变化的，不能看作常数。（非饱和土中的水流通量与土水势梯度成正比，比例系数为导水率，控制速率取决于导水率和土水势梯度）5、非饱和土与饱和土压缩的异同土体中没有水或不饱和，土体的压缩变形也需要很长时间才能稳定。这是因为，土体的变形主要是结构变形，在结构变形期间，土颗粒需要移动比较大的距离并进入另外一些颗粒组成的孔隙中。土颗粒位移和克服阻力进入孔隙都需要时间。用风干的土粉末和饱和土进行压缩试验，结果显示，干粉末土的压缩稳定时间并不比饱和土快。(其压缩速率比较相当于排孔隙水与孔隙气的速率比较，气的压缩性大，故速度快)6、对4的补充相同点：土体中水的流动都服

16、从达西定律。不同点：饱和土中只存在水这一相，而非饱和土中存在水和气两相，他们有各自的渗透流动规律，但气的流动又影响到水的流动，尤其影响土的固结，也要讨论气的渗透规律。饱和土中水压力是正值，非饱和土中水压力是负值。饱和土的渗透系数是常数，非饱和土的渗透系数是变量；孔隙水率在饱和土中的移动速率快，渗透系数受饱和度的影响，饱和度低，孔隙水气体占据一定的体积，阻碍了水的流动，过水断面面积也缩小，渗透系数就小，孔隙水的移动速率慢。 土是怎么形成的？不同时期和沉淀环境形成土的性质有何差别？ 土体中有机质对土体有什么影响？p4 土中的水有哪些类型？不同类型的水对土的性质有哪些影响？二、土的强度知识点：土的强

17、度是指土在一定条件下土体抵抗剪切变形或破坏的能力。莫尔库伦理论认为土的破坏是剪切破坏，一旦土体内任一平面上的剪应力达到了土的抗剪强度，土就发生破坏。抗剪强度试验土的抗剪强度试验是研究土的强度特征和确定土的抗剪强度参数的室内试验：1直接剪切试验（直接剪切仪）试验时将试样装在上下两半可相对滑动的剪切盒中，并根据试验条件，在试样上下面各放一透水石（允许排水）或不透水板（不允许排水），再在透水石或不透水板顶部放一金属的传压活塞，并根据试验要求在其上施加竖向压力，然后以规定的速率对下盒逐渐施加水平推力。随着水平推力的施加，上下盒即沿水平接触面发生相对位移而使试样受剪并在剪切面上产生剪应力。在施加水平推力

18、后，即测读试样的剪位移和计算相应的剪应力和剪应变，并绘出剪应力与剪应变的关系曲线，以曲线的剪应力峰值作为某级法向压力下土的抗剪强度，如果剪应力不出现峰值，则取规定的剪位移相对的剪应力作为它的抗剪强度。更换试样，重复上诉步骤，依次完成第二级，第三极及第四级竖向压力下的试样，得到相应的抗剪强度。然后以竖向压力为横坐标，以抗剪强度为纵坐标，点绘抗剪强度线。2单剪试验单剪仪是直剪仪的改良型式，它是为了克服直剪仪试样剪应变不均匀、不能控制排水条件以及预先规定剪破面等缺点而在仪器构造上作了改进。单剪仪可以测排水或不排水条件下的强度与剪切模量。用这种试验模拟水平的破坏面较好，主应力的方向在剪切时发生变化接近

19、水平土层实际应力情况。3三轴试验三轴压缩试验直接量测的事试样在不同恒定周围压力下的抗压强度，然后利用莫尔库伦破坏理论间接推求土的抗剪强度。三轴压缩仪主要有压力室、加压系统和测量系统三大部分组成。P98三轴是指一个竖向和两个侧向而言，由于压力室和试样均为圆柱形，因此，两个侧向的应力相等并为小主应力3，而竖向的应力为大主应力1。在增加1时保持3不变，这样条件下的试验称为常规三轴压缩试验。总之，三轴仪可以根据现场加荷的实际情况改变试验的轴向压力或侧向压力，模拟实际的应力路径。现场试验：原位十字板剪切试验是一种利用十字板剪切仪在现场测定土的抗剪强度的方法。适合现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适

20、用于均匀的饱和软粘土。P100十字板剪切试验在现场钻孔内进行。试验时，先将十字板插到要进行试验的深度，再在十字板剪切仪上端的加力架上以一定的转速对其施加扭力矩，使板头内的土体与其周围土体产生相对扭转，直至剪破，测出其相应的最大扭力矩。然后根据力矩的平衡条件，推算出圆柱形剪破面上土的抗剪强度。在推算强度时假定：1剪破面为一圆柱面，圆柱面的直径与高度分别等于十字板板头的宽度D和高度H；2圆柱面的侧面和上下端面上的抗剪强度为均匀分布并相等且同时发挥。十字板插入土中时产生的超静孔隙水压力将使剪前的有效固结压力减少，引起强度降低。另一方面，在十字板试验中，试样都是在几分钟内剪切破坏，比现场土体实际剪切破

21、坏得要快。较快的剪应变速率，将产生较低的空隙水压力；试验时钻杆插入不直将产生误差，它将使剪破面大于计算中假定的圆柱面；而土层内若存在薄透水夹层也可引起试样排水固结。所以这些因素又将使十字板计算强度偏高。（三轴试验）孔隙压力系数A、B。假定土具有各向同性、弹性材料的性质，同时孔隙流体的体积变化与应力之间呈线性关系。A是在偏压力1-3条件下的孔隙应力系数。B是在各向施加相等压力增量3条件下的孔隙应力系数。粘性土的抗剪强度分为三个基本分量，即粘聚分量、剪胀分量和摩擦分量。剪胀和摩擦最重要的特征是它们所能提供的剪阻力是剪切面上法向应力的正比函数，而粘聚分量是由粒间粘结或胶结引起的剪阻力，与外加法相应力

22、无关。不排水剪强度：不排水剪是将试样安装在三轴仪中后，在压力室围压下不发生固结，即改变压力室压力并不改变试样的有效应力，而只引起孔隙压力变化；在施加轴向附加压力过程中不允许排水。由于各个试样在剪切前的有效应力相等，在剪切时含水率保持不变，因此抗剪强度不变，破坏时的极限应力圆直径不变。对总应力极限应力圆作包线是一条水平线。固结不排水剪强度：土的不排水强度随着剪切有效应力的增大而增大，即确定于天然土层中的有效固结应力。取几个相同的试样分别在三轴仪中以不同的围压固结，然后都在不排水条件下剪切，这些试样的不排水强度随着剪切前的固结压力而改变，这种试验称为CU试验。正常固结土从未经受过剪切前的固结压力，

23、如果剪切前的有效固结压力为零，土的固结不排水强度也为零，所以强度包线是通过远点的直线，但当固结压力增大时，固结不排水强度就随着增大。排水剪强度：排水剪试验（CD试验）是在试验过程中的任一阶段试样中都不发生孔隙水压力，即总应力等于有效应力。排水剪试验结果与固结不排水剪试验结果类似。正常固结土排水剪的莫尔包线也是通过坐标原点的直线；超固结土排水剪的莫尔包线略为弯曲，实际使用中近似取一条直线代替。伏斯列夫参数：表示在相同孔隙比条件下剪切破坏的抗剪强度参数，即真强度参数。不论正常固结土还是超固结土，在剪应力达到峰值以后如果继续增大位移或变形，强度将逐渐下降，最后达到某一不变值即残余强度。残余强度是在峰

24、值以后大致稳定的强度。试验表明，超固结土与正常固结土的残余强度是相同的，即残余强度与应力历史无关。由残余强度可知，如果土坡中某一点的剪应力达到峰值以后，该点的强度将降低，并引起周围土体的应力增大而逐渐达到峰值，于是破坏范围逐渐向外扩展，最后沿整个滑动面上都降低到残余强度，而不是剪切试验的峰值强度。影响粘性土强度的因素：1各向异性：所谓各向异性是指材料在不同方向上的物理力学性质不同。土的各向异性包括由微观结构变化引起的各向异性和由应力体系引起的各向异性。土的结构性造成土强度明显的各向异性，即在不同主应力方向下的剪切土的抗剪强度不同。2应力历史：饱和粘性土试样的变形和强度除受固结程度和排水条件的影

25、响外，在一定程度上还受它的应力历史的影响。正常固结的是指土层从未经受过大于现有的土重固结压力；超固结的是指土层过去受过的固结压力大于现有的土重压力。3加荷速率：很快的加载速率或在极短时间内加载，这只土的动力或瞬时强度问题；常规的加载速率，它主要涉及土的排水对强度的影响；很慢的加载速率或时间停顿，它涉及土的流变强度及土强度的实效性。瞬时加载下土的动强度，在冲击荷载下，土的强度一般有所提高。土的蠕变强度，土的蠕变是指在常剪应力作用下与时间有关的剪应变和体积应变，其速率受土结构的粘滞力所控制。它既可以在排水条件下发生，也可以在不排水条件下发生。排水蠕变包括剪应变和体积应变两部分，并定义在常有效应力条

26、件下发生，不排水蠕变定义在常体积和总应力条件下发生，它引起剪应变和有效应力的改变。土经历蠕变后既可以获得强度也可能损失强度，这取决于土类和蠕变应力大小，但并不改变有效强度线。这表明蠕变引起的不排水强度的改变与蠕变诱发的孔隙水压力有关。然而，对于超固结土，在不排水蠕变中诱发负孔隙水压力，强度随时间增长；在排水蠕变中体积增加，强度随时间减小。因此，蠕变对强度的影响在软粘土的不排水蠕变中和超固结土的排水蠕变中才是重要的。前者与土施工期的稳定性有关，而后者与土的长期稳定性有关。土的实效性似超固结土：正常固结土在一定压力下固结，当超静孔隙水压力完全消散时，主固结已经完成。但如果此压力长时间继续施加，由于

27、土的流变性而发生次固结会使它继续压缩变密，从而使粘土颗粒间进一步接近，使粒间力加强，材料胶结凝固。在上万年的有效应力作用下，次固结使这种正常固结的老粘土表示为类似超固结土的特性。由于似超固结土具有超固结的特性，所以其抗剪强度也明显高于正常固结土。4重塑和扰动：粘土原状样的峰值不排水强度和重塑样的不排水强度相差很大。取样过程肯定要扰动土的结构，这种结构上的变化叫做取样扰动，它能使不排水强度削弱到原位强度的40%。5三轴试验破坏取值标准：常用的两种取值标准，最大主应力差（1-3）max标准和最大有效主应力比（1/3）max标准。两种取值标准求得的强度差异将取决于试验中孔隙水压力的发展过程，因而也就

28、取决于试验类型和试样的剪切特性。三轴排水试验，两种取值标准一样；三轴固结不排水剪和三轴不排水剪试验，由于孔隙水压力的变化，标准值不一定一致。 无粘性土的抗剪强度是由三种作用组成的，即剪切时土粒接触面上的滑动摩擦、体积膨胀所产生的阻力以及土粒重新排列收到的阻力。剪胀性对强度的影响：在有剪胀情况下的内摩擦角比无剪胀时的内摩擦角高，这是由于外力克服3对体胀的阻力，要额外做功。常体积下的剪切强度：如果试样在临界孔隙比条件下剪切，则剪破时的体积与剪切体积相同，即体积不产生膨胀或压缩，测得的强度就是常体积下的强度。临界孔隙比不是常数，它随着围压的增大而减小。常体积三轴排水剪试验表明：一定的围压有相应的临界

29、孔隙比，一定的孔隙比也有相应的临界围压，二者是一致的。无粘性土强度的影响因素：沉积条件（包括各向异性）无粘性土常常是近于水平层沉积，由于长期的自重作用，促成土颗粒排列有一定的方向性，这就形成了土层的各向异性结构，通常表现为，竖向抗剪强度高于水平向抗剪强度，竖向压缩模量大于水平向压缩模量。颗粒级配组成，一般而言，在相同的击实功能下级配良好的土要比级配均匀的土有较小的初始孔隙比和较好的咬合作用，因此，也就有较大的内摩擦角。土样的密度，砂土松紧程度不同在受剪过程中将显示不同的强度特性。周围压力，砂土在高围压下进行排水剪试验时的应力应变体变曲线的特征可归纳为，1）紧砂在高压下受剪像延性材料那样破坏，应

30、力应变体变曲线具有松砂在低压下类似的形状，脆性削弱，剪胀消失；2）不论砂土松紧程度如何，破坏时的轴向应变和破坏时的体积应变随围压的增加而增加，但在极高的围压下破坏时的轴向应变和破坏时的体积应变反随着围压的增加而减小。根据砂土在高压下的强度特性，有几个问题值得注意：1）当紧砂在高压下进行不排水剪试验时，也有可能诱发正孔隙水压力，但不会有松砂那么大；2）在高压下紧砂的摩擦角较松砂改变得相对要小一些；3）在高压下砂土的渗透性将减小。加荷条件1）中主应力，在常规三轴试验中试样的应力和应变条件是轴对称的，在三轴压缩试验中试样的径向应力为2=3，而在三轴伸长试验中径向应力为1=2。2）加荷速率，根据加荷速

31、率的大小可分为很快的加载速率或在极短时间内加载及土的动力或瞬时强度、常规的加载速率即涉及土的排水对强度的影响及很慢的加载速率。 题目：无粘性土的抗剪强度由哪几部分组成？松砂和密砂有什么不同？答：无粘性土的抗剪强度是由三种作用组成的，即剪切时土粒接触面上的滑动摩擦、体积膨胀所产生的阻力及土粒重新排列受到的阻力。密实砂土在达到峰值强度时土粒之间不发生很大移动，土粒重新排列所做的功很小，但是土体积的膨胀很大。较松的砂土在剪切破坏前土粒要重新排列，体积膨胀则较小。十字板剪切试验中，竖向剪切强度与两端水平剪切强度哪个大？为什么？由试验公式算出的十字板强度主要反映竖直面上的强度。由于不排水强度取决于该面上

32、的剪前法向有效应力。竖直面上的剪前有效固结压力为小主应力，该面上的不排水强度为强度中的小值。同时，十字板扭转时，上、下端面上的剪切应变是不均匀的，从轴心处为零，到周界处最大。三轴试验中的破坏标准主应力之差和主应力之比，有什么不同？有什么区别？答：P124:2两种取值标准的关系分析。真强度参数的确定方法？在三轴试验中如何确定参数的？答：在相同孔隙比条件下剪切破坏的抗剪强度参数。（）P114 土体在沉淀以后，抗剪强度有什么变化趋势？为什么？（8分） p128三、本构理论知识点：通过假定、推理、验证，建立某种符合实际变形规律的数学计算方法数学模型，将少量的特定条件下试验得出的结果推广到一般，运用于工

33、程。这种数学模型就是本构模型。按照变形弹性或塑性的假定，本构模型分：线弹性模型（最简单）非线性弹性模型和弹塑性模型；1 在土的本构模型中，常用球应力和偏应力作为应力分量。球应力（平均正应力）以P表示，等于八面体正应力；偏应力（广义剪应力）以q表示，反映了复杂应力状态下受剪的程度；还有应力罗德参数，反映了中主应力接近大主应力的程度。为了表示应力状态，表示各应力分量的数值，常常以应力分量为坐标轴形成一个空间，称为应力空间。在主应力空间内，法线与空间主对角线重合的等倾面，称为面。在应力空间内，代表应力状态的点移动的轨迹，称为应力路径，它表示应力变化的过程，或者加荷的方式。2 土的三维变形试验与优缺陷

34、：三轴仪应力变形试验、三轴仪试样的应力变形状态是轴对称的，而实际工程中土体应力应变状态是非轴对称的平面应变试验、不做立方体试样，只能研究变形，不能研究破坏真三轴试验、加三个主应力的同时测三个方向的主应变，任意组合三个主应力，就能得到任意状态下的三向应力应变关系空心扭剪仪增加扭矩可以改变主应力的方向，但实验设备复杂操作麻烦。3 土体三向变形主要规律（9个方面）：非线性、非弹性、回滞环。塑性体积应变（不可恢复）、剪胀性（软土和松砂、剪切引起的体积收缩、剪缩；紧密砂土和超固结粘土、剪切引起的体积膨胀、剪胀）塑性剪应变（剪应力、体积应力都会引起）、剪应变随球应力p减小而增加交叉影响（剪应力引起体积应变

35、、体积应力引起剪应变），对土的刚度矩阵D影响硬化：应力应变曲线一直上升的趋势直至破坏（软土和松砂）。软化：应力应变曲线先上升、应力达到某一峰值后转为下降曲线，即应力在降低而应变却在增加（紧密砂土和超固结粘土）尽管初始和终了的应力状态相同，加荷的应力路径不同，结果变形是不同的。P215图应力历史（即历史上的应力路径，由于塑性变形不可恢复，历史上发生的变形将保存和积累起来，无疑会影响今后的变形。）对变形的影响、各向异性，土的刚度矩阵柔度矩阵为非对称矩阵固结应力（围压）对变形的影响、，高压三轴试验：1）强度包线不呈直线，而是呈向下微弯的曲线。2）低压下，紧密砂剪胀松砂剪缩；高压下所有土都表现为剪缩性

36、。3）软化现象一般也是在低压下表现出来的。高压下，通常(1-3)a曲线是硬化型的。中主应力对变形的影响，影响土的抗剪强度、改变软化硬化曲线形态4 非线性弹性模型，假定弹性参数随应力状态而变化，通过试验得出弹性参数随应力而变化的规律，从而建立相应公式。常规三轴试验，在围压3条件不变下施加偏应力1-3)，并测出轴向应变a和体积应变v，点绘成曲线，可确定弹性模量E泊松比和体积模量BK，n，Rf的确定：在双对数纸上点绘和的关系近似为一条直线。引入Pa(大气压力)是为了使纵横坐标化为无因次量。直线的截距为，斜率为破坏偏应力1-3)f与固结应力3有关（c、是强度指标可由C-D试验确定）对于卸荷的情况，卸荷

37、曲线的斜率称为回弹模量（具有卸荷再加荷情况下弹性模量的物理意义），即Eur；回弹标准：当(1-3)<(1-3)0历史最大偏应力，且s<s0（历史上最大应力水平）时用Eur。参数的确定（点绘轴向应变a和体积应变v）E-模型需确定8个参数（,c,K,n,Rf,G,F,D）E-B模型共7个（,c,K,n,Rf,Kb,m）。两模型的差异仅在于泊松比和体积模量B，E-模型假定侧向应变r与轴向应变a之间成双曲线关系，推得, E-B模型假定体积应变v与轴向应变a之间成双曲线关系，推得B。当应力水平不大时，E-B模型无论是加荷还是卸荷，泊松比都小于E-模型，尤其是在卸荷时，为0.5 弹塑性模型（破

38、环准则和屈服准则、硬化规律、流动法则）是否存在塑性变形的准则，即屈服准则；fij=k 函数fij在主应力空间内代表一曲面，即屈服面。假定f(p,q)，在p-q平面坐标系屈服面就成了屈服曲线，即屈服轨迹。开口型（塑性剪切变形）与帽子型（塑性体积变形）判断破坏与否的标准，即破坏准则；土体的破坏决定于应力状态，故破坏准则可写成 f*ij=kf 函数f*ij在主应力空间内代表一曲面，即破坏面。由于土的抗拉强度小一般假定为0，不考虑拉裂破坏，只考虑剪切破坏。硬化规律：当材料达到屈服后，屈服的标准要改变，即k的变化规律 1）屈服后k增加，材料变硬了，叫硬化；2）k减小，叫软化；3）k不变，叫理想塑性变形。

39、硬化与应力历史有关，用塑性变形或塑性功作为衡量硬化发展的程度，即硬化参数。H两种假定：1等向硬化（屈服面的中心和形状不变，大小随硬化参数而变化）2运动硬化（屈服面的大小和形状不变，硬化只是改变位置）H的假定：塑性功Wp，塑性体积应变vp，塑性偏应变sp，塑性全应变p, vp和sp的组合流动规则是用于确定塑性应变增量方向的假定。塑性变形，或者说塑性流动，与其他性质的流动一样，可以看成是由于某种势的不平衡所引起的，即塑性势。塑性势面。两种假定：相关联的流动规则：gij=f(ij)，屈服面即塑性势面结论1）代表初始应力ij*的所有点都必须落在与塑性应变增量ijp垂直的平面的另一侧，屈服面必须是凸的。

40、2）ijp必须与屈服面垂直。ijp与塑性势面正交和屈服面正交不相关联的流动规则：gijf(ij)，屈服面与塑性势面不一致。ijp的方向完全取决于应力全量，与应力增量无关，弹性模型的应变增量方向取决于应力增量，弹性非线性模型，与应力增量和全量都有关。题目：1 Duncan-Chang双曲线模型是依据常规三轴试验结果来确定增量胡克定律中的弹性常数的。假定(1-3)a和a(-r)曲线均为双曲线关系，且(1-3)a曲线的斜率具有增量弹性模量的物理意义，a(-r)曲线的斜率具有增量泊松比的物理意义。切线弹性模量Et随固结压力（围压）3的增大而增大，随应力水平(1-3)的增大而减小；切线泊松比t随固结压力

41、（围压）3的增大而减小，随应力水平(1-3)的增大而增大；切线体积模量Bt随固结压力（围压）3的增大而增大，与应力水平(1-3)无关。优点：1）E、v或B随应力的变化反映了非线性变形特性；非线性2）模型恰当的反映了剪切变形随应力水平的增加而增加，随围压的增加而减小；体积变形随围压的增加而减小；应力特性3）区别了回弹模量与加荷模量；应力历史4）增量法有限元计算，能反映应力路径对变形的影响；5）参数由常规三轴试验获得，简单易得。问题：不能反映剪胀剪缩性、不能反映软化特性、不能反映各向异性、不能全面说明加荷和卸荷状态的变形差异。2 剪切引起了颗粒的错动，当荷载卸去后体积应变不能恢复。对于松砂，受剪后

42、某些颗粒填入原来的空隙，体积变小；对于密砂，原来的空隙体积很小，受剪时一些颗粒必须上抬才能绕过前面的颗粒产生错动滑移，于是体积膨胀。3 球应力影响塑性剪应变？三轴仪中的土样，在应力(1-3)和3下变形稳定后，保持1-3不变而降低3，则会发现，随着3的减小，轴向应变不断增大，直至最后达到破环。在这一应力变化过程中，应力莫尔圆直径不变，位置不断向左移动，当围压3降到一定值时，莫尔圆与库伦破裂线相切，土样剪坏，这是剪应变已发展到很大数值。由此可见，球应力的变化确实引起了不可恢复的剪应变。即作用各向相等的球应力，也会引起颗粒间的相对错动滑移。如果初始应力是各向相等的，即不存在初始剪应力，这种微观的错动

43、滑移在各方向上都是均匀的，宏观上便没有剪应变；如果土样存在初始剪应力，当施加各向相等的正应力增量时，微观错动在各方向上是不均匀的，宏观上就表现为剪应变，且显然是一种不可恢复的塑性变形。4 屈服面理论说明加荷、卸荷和中性变荷情况。P2425 弹塑性柔度矩阵C中元素的特征：1） 主对角线元素为正；2）主对角线元素占优势，即矩阵的同一行（列）中绝对值最大；3） 代表侧向变形的那些元素一般为负。6 剑桥弹塑性模型假定：1）屈服面只与p、q两个应力分量有关，与第三个不变量无关；2）塑性变形符合相关联的流动法则gij=f(ij)；3）塑性功dWp=Mpdsp欲得到模型参数应该做常规三轴试验（CD、CU）、

44、固结压缩试验修正剑桥模型是一种帽子型模型，采用了相关联的流动法则，其屈服轨迹是椭圆曲线，较好反映土的变形特性，能反映剪缩，但不能反映剪胀。 什么是硬化？什么是软化？绘出典型的硬化和软化应力应变关系曲线。P212 PPT147 土与金属材料应力应变变化有什么主要区别？说明其原因或用图例去解释土体的硬化与软化？（7分）p213 砂土与正常固结粘性土主要变形区别（体积应变）？剑桥模型如何体现的？三轴试验与平面应变试验中强度哪个大？为什么？（8分）p218、p130 弹塑性模型中3个基本假设（条件前提）是什么？举例一个模型，画出其屈服面或屈服轨迹？（8分）p231p246 双曲线模型中，E-V模型参数

45、有几个，分别说出各个参数？E-V模型是属于弹性的、弹塑性、塑性的？什么试验可以确定如何确定这些参数？（8分）p228 破坏准则和屈服准则一样吗？为什么？列举三个破坏准则？哪个中主应力对其没有影响？用图说明其中一个破坏准则？说明中主应力对破坏准则如何影响？（8分）P231-P237四、固结与流变知识点：引起土体变形的主要原因：荷载、地下水位变化、渗流、含水量变化、温度、侧向支撑丧失、人为地下活动、降解。固结：土体在荷载作用下，孔隙压力降低，有效应力增加，土体压缩的过程。（固结是超静孔隙压力逐步消散，转为有效应力的过程。即“主固结过程”。而土的抗剪强度是由有效应力决定的，因此固结使土抗剪强度增加）

46、固结理论：描述固结过程的学说或数学表达。代表：太沙基Terzaghi、比奥Biot。有效应力原理：总应力等于有效应力与孔隙压力之和。（作用在饱和土体上的总应力由土中的两种介质承担，一是孔隙水中的孔隙水压力，另一种是土颗粒形成的骨架上的有效应力。）流变：土骨架应力不变情况下土体所发生的随时间而增长的变形，即“次固结过程”。流变的例子：蠕变（恒定应力作用下，变形随时间而增长的现象）；应力松弛（变形恒定情况下，应力随时间衰弱的现象）；流动（给定时间的变形速率随应力变化的现象）；长期强度（土体抗剪强度随时间而变化，长期强度不等于瞬时强度）。大变形固结理论应用领域：用于吹填土等的固结问题研究。太沙基固结

47、理论：基本假设：土是是均质的，饱和的和线弹性的材料；土体变形是微小的；土颗粒和孔隙水均是不可压缩的；孔隙水渗流满足达西定律，且渗透系数为常数；土体变形方向和其中的渗流方向均是竖向的；荷载一次施加且保持不变。（一维和三维的基本假定一致）固结方程的建立：土骨架的体积变化=孔隙体积的变化=流入流出水量差。固结方程的解：对于一维方程，通解可由分离变量法求得，特解可由初始条件和边界条件确定相关参数得到。对于三维方程，假设总应力不变，变形为三方向，将一维方程推广而得。轴对称固结方程数值解。比奥固结理论（真三维固结理论）：基本假设：整体与太沙基理论基本一致，但有一个原则区别，即比奥固结理论比太沙基理论减少了

48、“总应力和不变”假定。固结方程推导过程：有效应力表示的弹性力学平衡方程物理方程几何方程位移表示的平衡方程。固结方程的解：4个未知数（三向位移+孔压）；4个偏微分方程（平衡+连续性方程 联立）补充边界条件和初始条件，计算数值解。方程的应用： · 初始条件：对孔压初始条件无要求。位移初始条件一般取0=0，仅考虑加荷以后的位移。· 边界条件：边界条件包括位移和孔隙压力两种。 透水边界：孔压已知，不用建立连续性方程；且在建立平衡方程时需包含这些孔压值。约束孔压自由度。 不透水边界：需要建立连续性方程，连续性条件为eV1i=0（通过边界的流量为0）。换句话说，在建立方程时与内部结点无

49、异。 被截取的边界：位移约束，孔压约束。太沙基与比奥的比较（建立假设，求解方法，适用条件&适用条件举例）建立假设：两者假定基本一致，但太沙基比比奥多一个假定固结过程中的总应力和不随时间改变。太沙基在此假定下：静止侧压力系数需为1；土体将出现不可能的变形但在实际中，上述假设无法保证。求解方法：太沙基方程只有空隙压力一个未知量，而与位移无关，位移和孔压分别解求，可以解出解析解；而比奥是将各方程联立，位移和孔压同时解求，一般解不出解析解，只有数值解。适用条件：太沙基只在一维问题中严格，而在二、三维问题中不严格。在一些要求对位移和孔压结合分析的固结问题中，太沙基会出现大误差。原因：假定总应力是

50、否随时间变化，对孔隙压力消散的影响是明显的，无疑也会影响到有效应力的增长，影响到固结度。因此比奥适用条件更广。适用条件举例：加筋土堤地基的固结问题&粘土心墙坝的固结。这两种情况下，比奥更适用。曼德尔效应：用比奥分析饱和土固结时，可能出现一种奇怪现象：在不变的荷重施加于土体上后，初期孔隙压力不是消散而是上升，并超过初始孔隙压力。但此效应不会出现在太沙基分析中。影响流变特性的因素：土的结构，应力大小，温度等。基本流变元件：胡克弹簧（反映材料的弹性性质，其应力-应变关系即胡克定律，与时间无关），牛顿粘壶（一种缓冲器，反映理想牛顿液体材料的粘性，应力-应变速率呈线性关系），圣维南刚塑体（反映材

51、料的钢塑性，应力小于流动极限时无变形；大于等于时达到屈服状态，无限变形）。常用的流变模型：（不同的元件串联+、并联×，构成不同性能的模型） 马克斯韦尔（松弛模型）：胡+牛。总应变速率=胡应变速率+牛应变速率。总应变恒定的情况下，应力随时间衰减，直至趋于0。 开尔文（非松弛模型）：胡×牛。应力恒定时，应变逐渐增加；应力卸除后，应变逐渐趋于0。 宾汉（粘塑性模型）：圣×牛。总应力=各元件应力之和；各元件应变相等=总应变。应力小于屈服应力时，应变为0；大于时，应变无限增大。 弹塑性：胡+圣。应力小于弹性极限时为弹性应变，超出时为塑性应变（无限增长）。 修正考马拉-黄：胡

52、+开尔文+宾汉。题目：l （固结理论）10米厚的均匀弹性的土层，有100kpa的堆载荷：写出固结方程和边界条件？假设下层不透水和透水层，画图说明孔隙水应力变化？假设有蠕变和没有蠕变情况下，沉降变化曲线（有图说明），蠕变对沉降有什么影响（12分）p314、339、322、375、366l 不同固结状态的粘性土在什么条件下剪切可能发生蠕变破坏？为什么？五、边坡稳定知识点：条分法：为了便于计算引起滑动的力，更为了计算滑动面上的抵抗滑动的力，将滑动体划分为若干竖向的土条，分析土条上作用的力，进而求得总体的滑动力和抗滑力，来评价土坡的稳定性，即条分法。杨布普遍条分法的假定：（1）整个滑裂面上的稳定安全系

53、数是一样的；（2）土条上所有垂直荷载的合力，其作用线和滑裂面的交点与N的作用点为同一点；（3）推力线的位置假定已知（一般在侧向推力分布线的形心位置）毕肖普法的假定：（1）滑动面是圆柱面；（2）土条两侧作用力的合力方向水平（假设土条之间的切向条间力均略去不计）各条分法的的比较：基本出发点都是一样的，就是假定土体是理想塑性材料，把土条作为一个刚体，按极限平衡的原则进行力的分析，完全不考虑土体本身的应力应变关系。各个方法最大的不同之处仅仅在于对相邻土条之间的内力作何种假定，也就是如何增加已知条件使超静定问题变成静定问题。条分法的优缺点：（1）条分法假定土里为刚体，没有考虑土体的弹塑性及土体的非线性（2）条分法对于动力问题采用拟静力法，这样的方法在实际工程中存在不少问题，尤其是水平地震力对抗滑力矩的影响没有解决好（3）条分法只能考虑已知力对稳定性的影响，无法考虑变形引起的应力或力（4）条分法广泛的应用于实际工程中，已经是一门比较成熟、简单的分析土坡稳定的方法瑞典圆弧