《土力学简明教程》复习笔记

1、绪论土力学：是讨论土体在四周环境与力的作用下的变形和强度以及渗流规律的一门科学。第一章土的物理性质和工程分类: 一般指掩盖在地表上的碎散矿物几何体，是原岩经物理和化学风化作用形成的积累 物。土可以分为残积土和运积土两大类：残积土：母岩层经风化作用裂开成为岩屑或细小颗粒后残留在原地的积累物，其特 征是颗粒外表粗糙、多棱角、粗细不匀称、无层理。运积土：是风化所形成的的土颗粒，受自然力作用，搬运到远景不同的地点所沉积 的积累物，其特点是颗粒比拟圆滑。运积土分类：坡积土、洪积土、冲积土、湖泊沼泽沉积土、海相沉积土、冰积 土、风积土。主要1分坡积土（残积土在雨季水流和重力的作用下，被带到山坡坡脚出聚集

2、起来的积累物）和洪积土 （残积土和坡积土受洪水冲刷带到山麓积累起来的积累物）、 洪积土（残积土和坡积土受洪水冲刷带到山麓积累起来的积累物）和冲积土（由江 河水流搬运所形成的沉积物）土的主要物理特征：1、碎散性（岩石的物理风化所致）2、三相体系3、自然变异性土是自然界漫长的地质年月内多形成的性质简单、不匀称、各向异性且虽时间 变化不断变化的物质。岩石的风化：是指岩石在自然界各种因素和外力的作用下产生裂开与分解。导致颗粒变 小化学成分转变等。1、物理风化（产生无粘性土，化学成分不变）2、化学风化（产生粘性土颗粒和可溶盐，化学成分转变）3、生物风化（产生腐殖质，转变土壤结构）土的工程特性：1、压缩性

3、高2、强度低3、透水性大2、附加应力一一外荷载作用引起3、惯性力地震引起4、渗透力一一渗流引起应力应变关系假定：1、连续介质2、线弹性体3、均质各向同性地基中三种典型应力状态：1、一维应变状态2、二维应变状态3、三维应变状态符号规定：正应力压为正、拉为负，剪应力使微元体逆时针转动为正、反之为负自重威力：在没有修建建筑物之前，地基中由于土体本身的有效重力而产生的应力竖直向自重应力：a二=%水平向自重应力：5, = Ko/,. =4/一v yV 人V-/ V 人 L 41K0： 土的侧向压缩系数，指侧限条件下水平有效应力与数值有效应力之比附加应力：由于修建建筑物而产生的应力垂直集中力的作用: TO

4、C o 1-5 h z 3P z3 3P 3 八 3P z5 1 P=7 - cos， 0 =晨 = K 2 R5 2冰22万 R5 z2 z23Pz2x3Px2八=7-COS 82R52成33Pz2y3Py2A2=cos-9InR52欣31、1、2、27r(-)2+1z5)轴对称性，j关于z轴对称某点应力合力过原点3、在集中力作用线上。二随深度的增加而递减4、在某一圆柱面上随深度增加J先从零渐渐增加然后渐渐减小5、在某一水平面上随r的增加而渐渐减小6、应力等值线为泡状水平集中力作用：西罗提解3Ph xz25 =丁z 271 R53Ph ZJC2s 7-盯2兀R5=3R 5“171 R5矩形面

5、积上的竖直均布荷载：q = KJ。应力分布系数实际上是积分得来的，可以查表计算采用角点法计算的时候要留意点的位置，然后使用叠加可计算出任意一点的应力矩形面积上的竖直三角形荷载：/=（-KO”。系数照旧是积分得来的，可以查表在实际工程中当荷载面积长宽比大于等于10时可以看做条形荷载依据平面问题解地基中附加应力的影响因素：1、材料非线性影响（对竖直应力影响较小，对水平应力影响较大）2、成层地基的影响（刚性层消失应力集中，软性层消失应力集中）3、变形模量随地基深度的增大而增大的影响（地基中的应力向力的作用线四周集 中）基底压力（基底接触力）：基础底面传递给地基外表的压力1、弹性地基上的完全柔性基础（

6、7 = 0）2、弹性土体上的刚性基础（E7 = oo）3、弹塑性地基上的有限刚性基础基底压力的简化计算:1、中心荷载作用：P =-（对于条形荷载：4=，在长度方向取1m计算） A bP M y Mx2、偏心荷载作用：P（x,y） = +3 + 一A1 y有效应力原理：a = a +u1、饱和土体内人以平面受到的总应力可分为由土颗粒担当的有效应力和孔隙水承 担的孔隙水压力2、土的变形与强度只取决于有效应力缘由：土的变形一般指土中空隙的变化，主要包括颗粒移动到更稳定的位置, 接触点裂开，土粒断裂。孔隙水压力对颗粒的作用是各向相等的，不会引 起土粒移动，造成空隙变化，同时孔隙水压力对土粒的压缩而引起

7、的颗粒 本身体积的变化比起孔隙的变化可以忽视不计，例如海面放在海底也不会 由于巨大的水压力产生变形，由于水不能承受剪力因此孔隙水压力的变化 也不会引起土的抗剪强度变化自重应力下的有效应力计算：1、静水条件下应力分布2、毛细饱和区内应力分布3、稳定渗流条件下的应力稳定向上渗流：有效应力减小稳定向下渗流：有效应力增加第四章土的压缩性与地基沉降量计算土的可压缩性：自然 土体具有孔隙，在受到外力及四周环境作用时会产生体积或外形 的 转变土变形的特点：非线性、非弹（弹塑）性、剪胀（剪缩）性、流变性三轴试验的三种类型：固结排水试验、固结不排水试验、不固结不排水试验固结：指的是在施加四周应力时翻开排水阀，让

8、土样充分排水，直至变形稳定排水：在施加竖向应力时翻开排水阀并且加载速度要慢，保证加载过程中不产生超 静孔隙水压力土的三相组成：一般状况下是由固态的土颗粒、空隙中的液体、可气体三相组成饱和土： 土的空隙完全被水布满非饱和土：空隙局部被水占据另一局部被气体占据干土：空隙全部布满气体土的固体颗粒：界限粒径：依据粒径的范围将土粒分为假设干粒组，粒组之间的分界尺寸成为界限尺 寸巨粒、粗粒、细粒（60, 0.75）土的颗粒级配：土中各粒组的相对含量（各粒组占土粒总含量的百分数）颗粒级配的分析方法：筛分法（适用于0.075的粗粒）、水分法（适用于细粒）、激 光粒度分析法颗粒级配曲线:颗粒级配曲线是依据筛分试

9、验成果绘制的曲线，采纳对数坐标表示, 横坐标为粒径，纵坐标为小于（或大于）某粒径的土重（累计百分） 含量土的粗细一一平均粒径（幺0,表示土中大于此粒径和小于此粒径的土的含量均占50%）土的粒组分布状况一一不匀称系数（Cu=强，不匀称系数越大土粒分布的范围4（）越大，土越不匀称，级配越好。）颗粒级配曲线光滑程度（级配连续程度）曲率系数（C，=曲率系数大说明缺少小颗粒，曲率系数小说明缺少大颗粒）总结一下就是：级配曲线消失平台（曲线缓）说明粗细粒差异大，匀称土级配不良, 必需同时满意Cu5, Q=13才是级配良好的土土粒的矿物成分：1、原生矿物，粗粒土，矿物成分有石英、长石、云母等，颗粒粗、呈粒状2

10、、次生矿物，细粒土，主要是黏土矿物，颗粒微小、多呈片状或针状三类不同性质的黏土矿物：蒙脱石：颗粒细、亲水力量极强，比外表积大伊利石：亲水力量介于蒙脱石和高岭石之间、比外表积介于二者之间高岭石：颗粒粗，亲水力量差，比外表积小比外表积：单位质量或体积的颗粒所拥有的外表积土的颗粒越细、外形越扁平、比外表积越大土中的液体：1、结合水A、强结合水，物理化学力，失去液体的特性而接近固体，不能流淌，具有蠕 变性B、弱结合水，物理化学力，黏滞水膜，能发生变形，但是不会由于重力作用 而流淌2、自由水A、重力水，重力，地下水位以下透水层中的地下水可以自由流淌B、毛细水，外表张力及重力，地下水位以上的土层中的自由水

11、土中的气体：1、粗粒土中，对土的性质没有多大影响2、细粒土中，增加土体弹塑性变形、堵塞渗流、减小土的透水性、使土层具有很 高的压缩性土的结构：土粒或土粒集合体在空间的排列和相互联结形式1、单粒状结构，疏松的单粒状结构土外荷载下易产生较大的变形或沉降不宜做建 筑物地基，紧密单粒状结构土强度高压缩性小是良好的自然 地基2、蜂窝状结构，较不稳定外力作用下会产生较大变形，不行做自然地基3、絮状结构，受到扰动强度变低压缩性变高，不行做自然 地基土体构造：同一土层中颗粒或者颗粒结合体相互间的位置与填充空间状况1、层状构造，由不同颜色或粒径的土粒构成的一层一层的构造状态，大局部细粒 土的土层2、分散构造，土

12、层中土粒分布匀称性质相近，大局部粗粒土3、裂隙状构造，土体被很多不连续的小裂隙所分割，破坏了原状土的整体性，使 其工程性质变差，一些坚硬和硬塑状态的黏土4、结核状构造，细粒土中明显掺有粗颗粒或各种结合，土的性质主要取决于细粒 土局部，含砾石的冰渍黏土含结核的黏土等。土的三相图：再采用三相图计算的时候要留意，水的质量等于水的体积，设其中的某一 个未知量为1,这样就只剩下三个未知量，可以用三相图推导公式土的三相物理指标：直接指标：必需通过试验测定的指标1、土粒比重也成为比密度或者土粒相对密度（G,）： 土粒在105110温度下烘干至恒重是的质量与4是同体积纯水的质量之比（实际上土粒比重在数值上等于

13、土粒密度，但是量纲为1）2、土的含水量（3）： 土中水的质量与土粒质量之比以百分数表示（可以超过 100%,同一类土含水量越大其强度就越低）3、土的密度又称为自然 密度或者湿密度（P ）：单位体积的土所具有的质量间接指标：可以依据直接指标换算的指标1、重度也叫容重（丫）：单位体积土的重量2、干密度（P.）和干重度（兀）：分别指单位体积土中固体颗粒的质量和重量3、饱和密度（P刈）和饱和重度（丫刈）：分别指土中空隙完全被水布满时单位体积的直连或重量4、有效密度也叫浮密度（P,）和有效重度也叫浮重度（-）：分别指地下水位以下的土体在受到浮力作用时的单位体积的质量和重量5、孔隙比（e）： 土壤中孔隙体

14、积与土粒体积之比6、孔隙率（n）： 土中空隙占体积的百分数7、土的饱和度（S,）：空隙被水布满的程度土的物理状态指标：1、对于无粘性土（粗粒土）：密实程度密实度：单位体积土体中固体颗粒的含量直接用干密度和孔隙比作为密实度指标的缺点是没有考虑到级配的 影响相对密实度：D,= maxip Pmax min，ax、/in分别表示土最疏松的、自然 的、最紧密的孔隙比D,接近于1说明土呈密实状态，接近于0说明处于疏松状态（1/3,2/3）标准贯入击数：用63.5KG的锤从76cm的高度自由下落，将贯入器击入土中30cm所需的锤击次数N依据标准贯入击数可以将自然 砂分为四类：松散，稍密，中密，密实 （10

15、,15,30）2、粘性土（细粒土）：软硬程度稠度：指土的软硬程度或者某一含水率下对抗外力引起变形或破坏的力量（粘 性土的稠度反映了土粒间的联结强度对含水量变化而变化的状况）塑性状态：土体受外力作用可以被捏成任何外形而不发生裂开，外力取消后仍 然保持转变后的状态液限（37： 土由塑性状态转变为液性状态时的含水率（开头有自由水）塑限（3p）: 土由半固态进入塑性状态时的含水率（强结合水量最大开头有弱 结合水）3匕-3P液性指数越小土质越硬，液性指数越大土质越软塑性指数：Ip=C03P （习惯上去掉百分号）土的灵敏度（SQ：原状土样的单轴抗压强度与重塑土样的单轴抗压强度之比土的灵敏性越强其结构性越强

16、，受扰动后土的强度降低的就越多土的触变性:在含水量和密度不变的条件下土因重塑而软化又因静置而渐渐硬 化的性质土的最优含水量：将肯定量黏性土制成不同的含水量，用肯定的压实方法和功 能压实，含水量为某值时，压实干容重最大，此时相对应的含水量即最优 含水量影响土工程性质的三个因素：1、土的三相组成2、土的物理状态3、土的结构土的分类：1、碎石土：粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50%的土2、沙土：粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量50%,而粒径大于0.075mm的 颗粒质量超过全重50%的土3、粉土：介于沙土与粘性土之间，塑性指数小于等于10且粒径大于0.075mm的 颗粒质量不超过总质量50%

17、的土4、粘性土：塑性指数大于10的细粒土，10到17为粉质粘土，17以上为黏土第二章土的渗透性和渗流渗透性：土具有被水等液体透过的性质渗流：在水位差的作用下水在土体空隙中流淌的现象水头：单位水体所具有的能量位置水头：单位质量液体所具有的的位能压力水头：某点孔隙水的压力的水柱高度流速水头：单位质量液体所具有的动能总水头：单位质量液体所具有的总机械能总水头差：单位质量的液体从一点到另一点为克服阻力而损失的能量水力坡降：，=L其物理意义是单位渗流长度上的水头损失管内水流的两种形式：1、层流：流淌时相邻两质点流线永不相交2、湍流：流淌时相邻两质点流线相沟通动时消失旋涡达西定律：=A Lv为渗透断面的平

18、均渗流速度k为土的渗透系数，相当于水力坡降为1时的渗流速度，量纲与流速相同1、渗透速度V并不是土空隙中水的实际平均速度2、达西定律只适用于层流，沙土和一般黏土可直接使用，很黏的砾石和粘性很大的密实黏土要修正u = Z泮、v-o)渗透系数的测定：1、常水头试验法，室内，粗粒土2、变水头试验法，室内，细粒土3、注水试验或者抽水试验，室外，重要工程对渗透系数的影响：1、土的性质：粒径及粗配、孔隙比、矿物成分、结构、饱和度2、水的性质：温度不同水的黏滞度不同成层土的渗透系数：11、水平渗流：除=一2也H z=i结论：水平渗流的等效渗透系数等于各层渗透系数按厚度加权平均特点：1、各土层在竖直截面上各点的水头相等，各层土的水力坡降与等效水 力坡降相等2、等效土层的总渗流量等于各土层的渗流量之和2、垂直渗流：kr =、乜L特点：1、通过各层的流量与通过等效土层的流量相同2、等效土层的水头损失等于各土层的水头损失之和结论：水平渗流的等效渗透系数由渗透系数最大的土层掌握，垂直渗流的等效渗透 系数由渗透系数最小的土层掌握拉普拉斯方程：粤+警dx2 dz2求解方法：1、解析法2、数值解3、试验法4、图解法流网：由流线和等势线所组成的曲线正交网格绘制原那么：1、流线与等势线必需正交2、流线与等势线构成的各个网格的长宽比应为常数，