土力学复习资料

1、 土力学复习资料 第一章 绪论 1.土力学的概念是什么土力学是工程力学的一个分支利用力学的一般原理及土工试验研究土体的应力变形、强度、渗流和长期稳定性、物理性质的一门学科。 2.土力学里的"两个理论一个原理"是什么强度理论、变形理论和有效应力原理 3.土力学中的基本物理性质有哪四个应力、变形、强度、渗流。 4. 什么是地基和基础它们的分类是什么 地基:支撑基础的土体或岩体。 分类:天然地基、人工地基 基础:结构的各种作用传递到地基上的结构组成部分。 根据基础埋深分为:深基础、浅基础 5.地基与基础设计必须满足的三个条件 作用于地基上的荷载效应基底压应力不得超过地基容许承载力

2、特征值挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。即满足土地稳定性、承载力要求。 基础沉降不得超过地基变形容许值。即满足变形要求。 基础要有足够的强度、刚度、耐久性。 6.若地基软弱、承载力不满足设计要求如何处理需对地基进行基础加固处理例如采用换土垫层、深层密实、排水固结、化学加固、加筋土技术等方法进行处理称为人工地基。 7.深基础和浅基础的区别 通常把埋置深度不大(35m)只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础称为浅基础;反之，若浅层土质不良，须把基础埋置于深处的好地层时，就得借助于特殊的施工方法，建造各种类型的深基础(如桩基、墩基、沉井和地下连续墙等。) 8.

3、为什么基础工程在土木工程中具有很重要的作用 地基与基础是建筑物的根本统称为基础工程其勘察、设计、施工质量的好坏直接影响到建筑物的安危、经济和正常使用。基础工程的特点主要有:由于基础工程是在地下或水下行施工难度大在一般高层建筑中占总造价25占工期2530隐蔽工程，一旦出事，损失巨大且补救困难，因此基础工程在土木工程中具有十分重要的作用。 第二章 土的性质与工程分类 1.土:连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。 2.三相体系:固相固体颗粒、液相土中水、气相气体三部分组成。 3.固相:土的固体颗粒构成土的骨架其大小形状、矿物成分及组成情

4、况是决定土物理性质的重要因素。 土的矿物成分:土的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机质。 颗粒矿物成分有两大类:原生矿物、次生矿物。 原生矿物:岩浆在冷凝过程中形成的矿物如石英、长石、云母。 次生矿物:原生矿物经化学风化作用的新的矿物如黏土矿物。 黏土矿物的主要类型:蒙脱石、伊利石、高岭石吸水能力逐渐变小 土的粒组:粒度:土粒的大小。粒组:大小、性质相近的土粒合并为一组。画图: <0.050.075260200>粒径(mm) 粘粒 粉粒 | 砂粒 圆砾 | 碎石 块石 细粒 | 粗粒 | 巨粒 土的颗粒级配土中所含各颗粒的相对含量以及土粒总重的百分数表示。 颗粒级配表示方法: 曲线

5、纵坐标表示小于某土粒的累计百分比横坐标则是用对数值表示的土的粒径。曲线平缓则表示粒径大小相差很大颗粒不均匀级配良好反之则颗粒均匀级配不良。 *书本P7 表2.2和图2.5 判断土质的好坏。 反映土颗粒级配的不均匀程度的指标:不均匀系数Cu和曲率系数Cc用来定量说明天然土颗粒的组成情况。公式: Cu= d60/d10 Cc= (d30)2 /d60×d10 d60小于某粒径的土粒质量占土总质量60的粒径称限定粒径; d10小于某粒径的土粒质量占土总质量10的粒径称有效粒径; d30小于某粒径的土粒质量占土总质量30的粒径称中值粒径。 级配是否良好的判断:级配连续的土:Cu>5级配

6、良好;Cu<5级配不良。级配不连续的土，级配曲线呈台阶状同时满足Cu>5和Cc=13两个条件时才为级配良好。反之则级配不良。 颗粒分析实验:确定各个粒组相对含量的方法。 筛分法:粒径大于0.075mm的粗粒土 水分法: 沉降分析法、密度计法粒径小于0.075mm的细粒土 4.液相:土中水按存在形态分为液态水、固态水、气态水。 土中液态水分为结合水和自由水两大类。 黏土粒表面吸附水表面带负电荷 结合水是指受电分子吸引力作用吸附于土粒表面成薄膜状的水。分类:强结合水和弱结合水。 自由水是指存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。 分类:重力水和毛细水。 细粒土的可塑性的本质原因:在于结

7、合水的能力。 工程实践中的流砂、管涌、冻胀、渗透固结、渗流时的边坡稳定等问题都与土中水的运动有关。 5.气相:土中气体存在于孔隙中未被水所占据的部位。 自由气体:对土的性质影响不大。 封闭气体:增大土体的弹性和压缩性。 6.土的结构内部特征三种基本类型: 单粒结构:是粗粒土的主要结构形式。砂粒脱水 蜂窝结构:是粉粒的主要结构形式 居中 絮凝结构:是黏粒的主要结构形式。 不脱水 7.土的构造外部特征:层状结构;分散结构;结合状结构;裂隙状结构 8.土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态也间接反映土的工程性质。而土的松密和软硬程度主要取决于土的三相各自在数量上所占的比例关系。 9.土的三相比

8、例指标 物理状态指标9个 计算题(10分) 12.土的渗透性土孔隙中的自由水在重力作用下因为水头差土被水流过的性质。 渗透水透过孔隙流动的现象。 13.影响土的渗透性的主要因素: 砂性土:颗粒大小、级配、密度以及土中封闭气泡。 黏性土:土的矿物成分、结合水膜厚度、土的结构构造以及土中气体。 14.土的工程分类直观上分成两大类粗粒土(无黏性土)、细粒土或者黏性土(有的规范细分粉土或黏性土)规范中把土(岩)作为建筑物地基分为六类岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土。 第3章 土中应力计算 1自重应力(cz):建筑物修建以前地基中的土体本身的有效重量产生的力。 附加应力(z):建筑物修建以后建

9、筑物重量等外荷载在地基中引起的应力所谓"附加"是指在原来的基础上增加的压力。(名词解释4分) 2.弹性理论公式:也就是把地基土视为均匀的、各项同性的半无限弹性体。在计算地基中附加应力之前首先要确定作用在地理表面(即基础底面)的压力。 3.基底压力(P):基础与地基之间产生接触压力(方向向下)。 4.基底附加压力(P0):通常是由于新增的建筑物在土中附加应力的产生的压力。 5.地基的附加应力:由于建筑物荷载引起的应力增量。 6.竖向自重应力的分布规律:土的自重应力分布线是条折线折点在土层交界处或地下水位处在不透水层面处分布线有突变;自重应力随深度增加而变大;在同一层面自重应力

10、各点相等。 8.角点法计算附加应力:计算时通过M'点下的四种情况(M'表示M点在荷载作用面上的水平投影并表示任意深度z处)。计算时通过M'点将荷载面积划分为若干个矩形面积而M'点必须是划分出来的各个矩形面积的公共角点然后再按式(3.22)计算每个矩形面积角点下同一深度z处的附加应力z并求代数和。这种方法称为"角点法"。 9.P60z、x、x的等值线图。 10.均布矩形荷载下地基附加应力的分布规律:附加应力z自基底算起随深度呈曲线衰减z具有一定的扩散性。它不仅分布在基底范围内而且分布在基底荷载面积以外相当大的范围之下。基底下任意深度水平面上的z

11、在基底中轴线上最大随距中轴线距离越远越小。 P61的图3.24 对比典型分布荷载作用下的分布(P52图3.10) 11.饱和土的有效应力原理(8分) 有效应力原理:饱和土中的应力(总应力)为有效应力和孔隙水压力之和。或者说有效应力'等于总应力减去孔隙水压力u。土中的附加应力是指有效应力。 12.地下水位的升降对土的自重应力的影响讨论(4-8分) 当地下水位上升由于浮力的存在会使土中的自重应力减小反之地下水位下降会使土中的自重应力增大。 地下水位升降应注意哪些问题深基坑降水回灌严格控制抽水量。 13.自重应力的计算(10-15'20分) 14.基底压力的计算 15.附加压力的计算

12、 第4章 土的变形性质与地基沉降计算 1.压缩性:土在压力作用下体力缩小的特性。 压缩系数:是描述土体压缩性大小的物理量。曲线上任一点的切线斜率就表示了相应压力P作用下的压缩性。 tan=e/ 2.如何理解地基土被压缩土是三相分散体系所以可以理解为:固体土颗粒被压缩土中水及封闭气体被压缩水和气体从孔隙中被挤出。(本质:土孔隙体积缩小) 3.土的固结:土体在外力作用下压缩量随时间增长的过程。 4.压缩实验:研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法。土层厚度较小时采用测限压缩试验研究。 5.压缩试验的过程是什么通过测定稳定变形量Si可绘制e-p曲线。p70 6.评价土体压缩性的指标有哪些这些指标是

13、如何确定的 评价土体压缩性指标包括: 压缩系数、压缩指数、压缩模量。 压缩系数(斜率)的确定:tan=e/p=(e1-e2)/p1-p2. 在工程实践中通常采用压力间隔由P1=100kpa(0.1MPa)增加到P2=200KPa(0.2MPa)时所得的压缩系数a1-2来评定土的压缩性高低。当: a1-2<0.1MPa-1时为低压缩性土; 0.1 MPa-1a1-2<0.5MPa-1时为中压缩性土; a1-2>0.5MPa-1时为高压缩性土。 压缩指数的确定:如果采用e-lgp曲线它的后段接近直线其斜率Cc为: Cc=(e1-e2)/(logp2-logp1)=(e1-e2)/

14、log(p2/p1) 压缩模量的确定:土体在完全侧限条件下竖向附加应力z与相应的应变增量z之比成为压缩模量用符号Es表示。 Es=(1+e1)/a 单位:KPa或MPa 由此可知压缩模量Es与压缩系数a成反比Es愈大a就愈小土的压缩性愈低。 Es<4MPa时为高压缩性土;Es>15MPa时为低压缩性土;Es=415MPa时属中压缩性土。 10.什么是回弹曲线在进行室内试验过程中当压力加到某一数值Pi(e-p曲线的b点)后逐级卸压土样将发生回弹土体膨胀孔隙比增大若测得回弹稳定后的孔隙比则可绘制相应的孔隙比与压力的关系曲线(图4.7中虚线bc)称为回弹曲线。 由图可见卸压后的回弹曲线b

15、c并不沿压缩曲线ab回升而要平缓得多这说明土受压缩发生变形卸压回弹但 变形不能恢复其中可恢复的部分称为弹性变形不能恢 复的称为残余变形而土的压缩变形以残余变形为主。P72 11.再压缩曲线:重新逐级加压可测得土的再压缩。(曲线cdf段) 12.弹性模量:土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。 画e-p曲线 13.静荷载试验:通过承压板对地基土分级施加压力的沉降s便可得到压力和沉降(P-S) 的关系曲线。然后根据弹性力学公式反求即可得到土的变形模量及地基承载力。 14.天然土层可分为三种固结状态:超固结状态、正常固结状态、欠固结状态。(填空题) 15.测量土最基本的方法:室内侧限压缩实验。(

16、2分) 16.变形模量:土体在部分侧限条件下单轴受压时的应力与 应变之比用符号Eo表示。土的变形中包括弹性变形和残余变形两部分这是土的变形模量与一般材料的弹性 模量相区别之处。E=(1-2)p1b/s1 P74 画p-s曲线 17.变形模量与压缩模量的关系(一维固结理论):E0是在现场通过静荷载试验测得土体压缩过程中部分侧限;而Es是通过室内压缩试验获得土体是在完全侧限条件下的压缩。k0、的经验值。 18.地基最终沉降量:地基土在建筑荷载的作用下不断产生压缩直至压缩稳定时地基表面的沉降量。 18.地基沉降量的计算方法:分层总和法、规范法、弹性力学公式法。 19.分层总和法:假定地基土为直线变形

17、体在外荷载作用下的变形只发生在有限厚度的范围内(即压缩层)将压缩层厚度内的地基土分为若干层分别求出各分层地基的应力然后用土的应力-应变关系式求出各分层的变形量总合起来就是地基的最终沉降量。 20.分层总和法的假设(目的:应用第3章附加应力计算公式和室内侧限压缩试验指标。) 地基土是均质、各向同性的半无限线性体。(可用弹性理论计算土中应力) 地基土在外荷载作用下只产生竖向变形侧向不发生膨胀变形。(侧限条件下的压缩性指标。) 采用基底中心点下的附加应力计算地基变形量。(为了避免假定条件下所引起的误差以基底中心的沉降代表整个基础的平均沉降。) 21.分层总和法计算原理:先将地基土分为若干水平土层若以

18、基底中心下截面面积为A、高度为hi的第i层小土柱为例此时土柱上作用有自重应力和附加应力。但这时(实际情况)的eli应是自重应力pli作用下相应的孔隙比;e2i应是压力从p1i增大到p2i(相当于自重应力与附加应力之和)时压缩稳定后的孔隙比。这样按式4.1可求得该土层的压缩变形量si为:si=(e1i-e2i)/(1+e1i) *hi 22.简述分层总和法的计算步骤(8分) P78 分层 计算基底压力P及基底附加压力Po 计算各分层面上的自重应力czi (4)附加应力zi,并绘制分布曲线。 (5)确定沉降计算深度n。 (6)计算各分层土的平均自重应力和平均附加应力。 (7)按公式计算每一分层土的

19、变形量si (8)计算地基最终沉降量s (9)结果的修正s' 23.规范法(又叫做应力面积法)是一种简化并经修正了的分层总和法。其关键在于引入了平均附加应力系数的概念并在总结大量实践经验的基础上重新规定了地基沉降计算深度的标准及地基沉降计算经验系数。P81 24.地基最终沉降量S由三部分组成即: S=Sd+Sc+Ss 式中:Sd瞬时沉降 Sd固结沉降 Ss次固结沉降 P87 25.弹簧活塞固结模型:可用来说明饱和土的渗透固结。在一个盛满水的圆筒中装一个带有弹簧的活塞弹簧表示土的颗粒骨架圆筒内的水表示土中的自由水带孔的活塞则表征土的透水性。P91 第5章 土的抗剪强度 1.土的抗剪强度:

20、土体抵抗剪切破坏的极限能力。即土的强度。(名词解释 4分) 2.地基破坏分类:变形破坏:沉降、位移、不均匀沉降等超过规定限值。强度破坏:整体破坏:整体或局部滑移、隆起、土工构筑物失稳、滑坡。 3.简述库仑定律:土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力的线性函数。(5分) 总应力法 砂土:f=tan 黏性土:f=c+tan P99 有效应力法 砂土:f=(-u)tan' 黏性土:f=c'+tan' P100 4.莫尔-库仑强度理论:当土体中某点任一平面上的剪应力等于土的抗剪强度时将该点即濒于破坏的临界状态称为"极限平衡状态"。表征该状态下各种应力之间的关系称

21、为"极限平衡条件"。(只要有一个面上的剪应力>抗剪强度:破坏。) 5.P101公式5.4法向应力和剪应力的公式。 6.土中剪应力最大的面在哪个位置应力最大的面是否是最危险的面土中发生剪切破坏的平面不一定是剪应力最大的面当土的内摩擦角=0时破裂面与最大剪应力是一致的一般情况下破裂面与最大主应力面成45°+/2。 7.P101莫尔应力圆与土的抗剪强度包线-i三种位置关系:相离、相割、相切。掌握极限极限平衡状态的公式。P101-P102的公式 黏性土:5.5-5.9 无黏性土 5.10-5.12 8.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

22、验、十字板剪切试验。 9.在土力学有关稳定性的计算分析工作中抗剪强度指标是其中最重要的计算参数。能否正确选择土的抗剪强度指标同样关系到工程设计质量和成败的关键所在。 10.三轴试验方法(3种):固结不排水剪(又称固结快剪符号CU)不固结不排水(又称快剪符号UU)固结排水剪(又称慢剪符号CD) 只有三轴压缩试验才能严格控制试件固结和剪切过程中的排水条件而直剪试验因限于仪器条件则只能近似模拟工程中可能出现的固结和排水情况。 11.三种试验方法的选择(简答题)P117表5.3 试验方法 适用范围 UU试验 地基为透水性差的饱和黏性土或排水不良且建筑物施工速度快。常用于施工期的强度与稳定验算。 CU试

23、验 建筑物竣工后较长时间突遇荷载增大。如房屋加层、天然土坡上堆载等。 CD试验 地基的透水性较佳(如砂土等低塑性土)和排水条件良好(如黏土层中夹有砂层)而建筑物施工速度又较慢。 第6章 土压力、地基承载力和土坡稳定 1.挡土墙是防止土体坍塌的构筑物。 2.挡土墙的土压力是指挡土墙后填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。 3.地基承载力是指地基单位面积上承受荷载的能力。 4.土坡分为天然土坡和人工土坡。天然土坡是指由于地质作用天然形成的土坡。人工土坡是指因人类平整场地、开挖基坑等而形成的土坡。 5.土压力的三种类型。根据挡土墙位移情况和墙后土体所处的应力状态土压力可分为三种:主动土压力、被

24、动土压力、静止土压力。(3分) 6.主动土压力:当挡土墙向土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时作用在墙背上的土压力。一般用Ea表示。 7.被动土压力:当挡土墙在外力作用下向土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时作用在墙背的土压力。一般用Ep表示。 8.静止土压力:当挡土墙静止不动墙后土体处于弹性平衡状态时作用在墙背上的土压力。用E0表示。 静止土压力沿墙高呈三角形分布如取单位墙长则作用在墙上的静止土压力为: E0=1/2h2k0 h挡土墙墙高(m) E0的作用点在距墙底h/3处。 10.三种土压力与挡土墙位移的关系。图6.2 11.经验表明一般a为(0.0010.005)h,而p为(0.

25、010.1)h。 12.三种土压力的大小关系。在相同的墙高和填土条件下:Ea<E0<Ep。(2分 选择题) 13.朗金土压力理论:通过研究弹性半空间体内的应力状态根据土的极限平衡条件而得出的土压力计算方法。 14.朗金土压力理论假定:挡土墙墙背竖直光滑填土面水平(5分) 14.库仑土压力理论:根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。 15.库仑土压力理论的基本假设:墙后填土是理想的散粒体(黏聚力c=0)滑动破裂面为通过墙踵的平面。 16.库仑土压力理论适用范围:砂土或碎石填料的挡土墙计算可考虑墙背倾斜以及墙背与填土间的摩擦等多种因素的

26、影响。分析时一般沿墙长度方向取1m考虑。 17.挡土墙设计包括墙型选择、稳定性验算、地基承载力验算、墙身材料强度验算以及一些设计中的构造要求和措施等。 18.常用的挡土墙形式有重力式、悬臂式、扶壁式、锚定板及锚杆式和加筋土挡土墙等。 19.建筑地基剪切破坏形式分为整体性破坏、局部剪切破坏及冲剪破坏。 P143图6.35 地基破坏形式的三个阶段:O-A线性变形阶段 A-B弹塑性变形阶段(局部剪切) B-C(塑性)破坏阶段 20.一般紧密的砂土、硬黏性土地基常属整体剪切破坏。中等密实的砂土地基常发生局部剪切破坏。松砂及软土地基常发生冲剪破坏。 21.地基的极限承载力(Pu):是地基承受基础荷载的极

27、限压力。 22.计算极限承载力常用的计算公式:普朗德尔公式太沙基公式汉森公式地基承载力的安全度。P144-146 23.土坡滑动一般系指土坡在一定范围内整体沿某一滑动面向下和向外滑动而丧失稳定性。 24.影响土坡稳定的因素:土坡作用力土体抗剪强度降低水压力的作用其他(边坡岩石性质及地质构造、边坡的坡形与坡度、地下水渗流等) 25.简单土坡:土坡的坡度不变顶面和底面水平且土质均匀无地下水。稍复杂水可由此引申分析。 26.土坡的稳定性分析:无黏性土坡的稳定性分析黏性土坡稳定性分析 27.地基稳定性问题包括地基承载力不足而失稳、构筑物基础在水平荷载作用下的倾覆和滑动失稳以及边坡失稳等。 第7章 浅基础设计 1.地基基础设计依据:上部结构条件、工程地质条件。 补充问题: 1.简述直剪试验的优缺点。 答:优点:直剪仪构造简单操作方便并符合某些特定条件。缺点:剪切过程中试样内的剪应变和剪应力分