《岩体力学和土力学》复习讲义解析

1第一讲岩石的基本物理力学性质本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验方法，岩石的强度特性。岩石的强度特性，对岩石的物理力学性能等指标及其试验方法作一般了解。一、概述岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学，是探讨岩石和岩体对其周围物理环境力场的变化作出反应的一门力学分支。的片理和解理等。从结构面的力学来看，它往往是岩体中相对比较薄弱的环节。学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形。【例题】岩石按其成因可分为三大类。火成岩、沉积岩、变质岩【例题】片麻岩属于火成岩沉积岩变质岩案：2【例题】在一定的条件下控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形的是岩石的种类岩石的矿物组成结构面的力学特性积大小答案：二、岩石的基本物理力学性质及其试验方法一岩石的质量指标与岩石的质量有关的指标是岩石的最基本的，也是在岩石工程中最常用的指标。1岩石的颗粒密度原称为比重岩石的颗粒密度是指岩石的固体物质的质量与其体积之比值。岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得。其试验方法见相关的国家标准。岩石颗粒密度可按下式计算岩石的块体密度岩石的干密度岩石的干密度通常是指在烘干状态下岩块单位体积的质量。该指标一般都采用量积法求得。即将岩块加工成标准试件所谓的标准试件是指满足圆柱体直径为~，高径比为~0，含大颗粒的岩石，其试件直径应大于岩石最大颗粒直径的10倍；并对试件加工具有以下的要求；沿试件高度，直径或边长的误差不得大于0；试件两端面的不平整度边长以及高度后，将试件置于烘箱中，在10~110℃的恒温下烘，再将试件放入干燥器3内冷却至重温，最后称试件的质量。岩块干密度可按下式分式计算求得：岩块的饱和密度岩块的饱和密度是指岩块的空隙中充满水的状态下饱和状态所测得的密度。饱和密度的试湿密度【例题】岩石的质量指标包括岩石的颗粒密度和块体密度干密度和湿密度干密度、饱和密度和湿密度颗粒密度和干密度案：【例题】测试岩石的干密度时，需将标准试件置于烘箱中，42，再将试件放入干燥器内冷却至重温，最后称试件的质量。~90℃~10℃0二岩石的水理性质1岩石的含水率岩石的含水率是指岩石试件中含水的质量与固体质量的比值。由于大都岩块的含水率比较小，因此对岩块含水率试验也提出了相对比较高的要求，采集试样不得采用爆破或钻孔法。在试件采取、运输、储存和制备过程中，其含水率的变化不得大于1％。在10~110℃的恒温下将试件烘干，后将其放置在干燥器内冷却至室温称其质量，重复上述过程直至将试件烘干至恒重为止。恒重的判断条件是相邻2两次称量之差不超过后一次5岩石的吸水性岩石的吸水性主要采用其吸水率来表示。岩石的吸水率是指岩石在某种条件下吸入水的质量其试验方法的不同可分成岩石吸水率和岩石饱和吸水率两个指标。水率岩石吸水率一般都采用规则试件进行试验规则试件的具体要求同前所述的标准试件要求。该试验方法是先将试件放入烘箱，在10~110℃温度下烘，取出放入干燥器内冷却至室岩石饱和吸水率法饱和试件时，要求容器内的水面始终高于试件，煮沸时间不得小于；当采用真空抽气法时，同样要求容器内水面始终高于试件，真空压力表面读数为100。直至无气泡逸出为止，并要求真空抽气时间不得小于，最后擦干饱和试件表面水分称量，其饱和吸水率可按下式计算：岩石的膨胀性和崩解性1岩石的膨胀性岩石的膨胀性是指在天然状态下含易吸水膨胀矿物岩石的膨胀特性。这主要反映含有粘土矿6。自由膨胀率是表示易崩解的岩石在天然状态下不受任何条件的约束，岩石浸水后自由膨胀径向和轴向变形量与试件原尺寸之比。自由膨胀率试验一般是将采用干法加工成的试件放入自由膨胀率试验仪器见图，按图示的方法放置好试件及其量测仪表，最后缓慢地向盛水容器四周注入纯水，直至淹浸上部透水板。随后测度千分表的变形读数。最先的一小时内，每隔测读一次，以不得小于。岩石的自由膨胀率可按下式计算：7件原高度之比值。下分别设置薄型滤纸和透水板，随后在试件顶部放上能对试件持续施加压力的金属荷件进行试验。岩石侧向约束膨胀率可按下式求得：膨胀压力岩石的膨胀压力是指岩石试件浸水后保持原表体积不变所需的压力。岩石的耐崩解性岩石的耐崩解性是表示粘土类岩石和风化岩石抗风化能力的一个指标。是模拟日晒雨淋的过岩石的耐崩解性用岩石耐崩解性指数来表示。岩石耐崩解性指数可按下式计算：表例示甘布尔指出的耐崩解性分级，可对岩石的抗风化特性作定性的分析。8岩石的超声波波速传播的速度特性，进而评价岩石致密程度的一个指标。播的方向一致的波速称为纵波或压缩波。换能器对接，测读零延时。超声波波速按下式求得：【例题】下列不属于岩石的水理性质的是岩石的含水率9岩石的吸水性岩石的膨胀性和崩解性岩石的湿密度【例题】岩石的超声波波速可以作为评价岩石坚硬程度致密程度膨胀性崩解性三、岩石的强度特性石在这些不同荷载作用下的强度特性。一岩石单轴抗压强度的荷载。其值可按下式求得岩石单轴抗压强度的试验方法岩石在单轴抗压试验破坏后的形态特征验中出现的破坏形态大约可分成两种：圆锥形破坏见图：这类破坏形态的试件，由于中间的岩石被剥离使得岩石破坏作用。此时，岩石试件内的应力分布如图所示。由于拉应力的作用使得这部分岩石被剥离而形成圆锥体。因此从某种意义上来说圆锥体的破坏形态并没有真正反映其破坏特征，而是带有试验系统所给予的影响。柱状劈裂破坏见图：在发现圆锥形破坏的真正原因之后有人在上下压板与试件部还会出现些较小的斜向裂缝。应该说柱状劈裂破坏是真正反映岩石单轴压缩破坏的形态。【例题】下列不属于岩石在单轴抗压强度试验中出现的破坏形态的是柱状劈裂破坏三角形破坏【例题】能够真正反映岩石单轴压缩破坏的形态是柱状劈裂破坏三角形破坏【例题】在作岩石单轴抗压强度试验时，如果增加上下压板与试块之间的摩擦力，则岩石的破坏形态呈。柱状劈裂破坏三角形破坏岩石单轴抗压强度的影响因素承压板给予单轴抗压强度的影响将不均匀，呈山字形，如图所示。显然，这将影响整个试件的受力状态。图在刚性承压板之间压缩时岩石端面的应力分布刚度的不同而引起变形不协调造成应力分布不均匀的现象，减少对强度的影响。试件尺寸及形状对单向轴抗压强度的影响岩石力学试验最早采用边长为的立方体试件。经研究发现，试件的尺寸、形状、高径岩石试件的形状此外，从另外一个角度来说方柱体的试件加工要比圆柱形试件困难得多，不易达到有关加工岩石试件的尺寸试件的尺寸对其强度的影响在很大程度上取决于组成岩石的矿物颗粒的大小。研究结果表明，岩石试件的直径为~，且满足试件直径大于其最大矿物颗粒直径的倍以上的岩石试件，强度值较为稳定。因此，目前采取直径为~且直径大于最大矿物颗粒直岩石试件的高径比特征中，明显地看出了高径比在~时，岩石单轴抗压强度值已趋势稳定的特性。可见取高径比为~时，对其强度来说是比较合理的。据此，目前世界上几乎所有国家都采用直径为~、高度为直径的~倍的圆柱形试件进行岩石室内力学试验。这不仅考虑了不同尺寸、形态、高径比对其强度的影响，同时还考虑了岩石力学试验结果的可比性。加载速率对单轴抗压强度的影响岩石的单轴抗压强度通常随加载速率的提高而增大，如图所示。在很高的加载速率加载速率对其试验结果来说是比较重要的。我国有关岩石力学试验标准中规定，其加载速率应控制在~／之间，且按岩石的软硬不同可取其不同的加载速率，这一加载速率与国外的许多试验标准中所提出的要求是一致的。环境对岩石单轴抗压强度的影响岩石的软化系数在完全烘干状态下与饱和状态下所求得的单轴抗压强度值有着一定的差别，这一差别在软岩同含水率影响单轴抗压强度的一个具体的反映。见公式。由于孔隙中的水对岩石对于泥岩、粘土岩、页岩等软弱的岩石，二者的差值甚至可达~倍。而对于致密坚硬的岩石，二者的差别甚小。表列出了各种不同岩性的软化系数。温度对岩石单轴抗压强度的影响岩石力学试验一般是在室温的条件下进行的。温度对岩石强度的影响并不是很明显。然而，若对岩石试件进行加温，则岩石轴向压缩强度将产生明显的变化。地热的利用以及在核电工程中核废料处置等具体问题中，温度对岩石力学力学性质的影响成当温度加至180℃左右时，岩石中矿物周围的部分结晶水会消失，使强度降低。当加温高达380℃左右时，石英等矿物会发生晶变而使强度急剧下降。二是由于温度的提高，岩石内将很复杂的问题，从总体上来说，温度的增加会使岩石强度降低。但也有人提出，在180℃左右时，对强度影响不大的说法。因此，这还是一个有待于进—步深入研究的课题。寸、孔隙率等都将影响岩石的强度。但是，这些因素可作为强度的间接影响因素，所以，不在此一一介绍。【例题1】在下列各项中，对岩石的单轴抗压强度无影响的是承压板试件的尺寸和形状加载速度荷载大小答案：【例题13】总体而言，温度的增加会使岩石强度。无法判断答案：1/4~313二岩石的抗拉强度岩石的抗拉强度是指岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面积所能承受方法。以下就目前常用的四种方法作一介绍。直接拉伸法石抗拉强度的一种方法。通过试验可按下式求得其抗拉强度值：／偏心荷载，使试件的破坏断面不垂直于岩石试件的轴心等现象，致使试验失败。抗弯法公式的成立是建立在以下四个基本假设基础之上：大拉伸法麻烦。故此方法应用要比直接拉伸法相对少些。劈裂法巴西法劈裂法也称作径向压裂法，因为是由南美巴西人杭德罗斯提出的试验方法，故被破坏，求出岩石的抗拉强度。按我国岩石力学试验方法标准规定：试件的直径应为、其厚度为直径的一倍。根据布辛奈斯克半无限体上作用着集中力的解析解，求得试件破坏时作用在试件中心的最大拉应力为点荷载试验法点荷载试验法是一种简便的现场试验方法。该试验方法最大的特点是可利用现场取得的任何形状的岩块，可以是的钻孔岩芯，也可以是开挖后掉落下的不规则岩块，不作任何岩样得：／经过大量试验数据的统计分析，提出了表示点荷载强度指数与岩石抗拉强度之间的近似的关系式，其式如下：／由于点荷载试验的结果离散性较大。因此要求每组试验必须达到一定的数量，通常进行议采用直径为的钻孔岩芯作为标准试样进行试验，使点荷载试验的结果更趋合理，且具有较强的可比性。【例题】利用点荷载试验可以求得岩石的。抗压强度抗拉强度抗剪强度【例题】某岩石试件经点荷载试验测得其强度指数，则其抗拉强度为【例题】当利用点荷载试验确定岩石的抗拉强度时，由于点荷载试验的结果离散性较大，通常进行个试件的试验，最终按其求得其强度指数并推算出岩石的抗拉强度。平均值标准值最小平均值三岩石的抗剪强度用表示。度试验的受力条件不同，其示意图见图。装置如图所示。与切向力可按下式计算：试件剪切面积除上式，即可得到受剪面上的法向应力和剪应力试(件受剪破坏时，即为岩石的抗剪断强度：一般采用角度为30°~70°(以采用较大的角度为好，分别按上式求出相应的及值，就可以在坐标纸上作出它们的关系曲线，如图强度关系曲线是一条弧形曲线，一般把它简化为直线形式(见图剪断强度与压应力之间【例题】下列各项中不属于岩石的剪切强度的是(抗剪断强度抗切强度弱面抗剪强度四岩石在三向压缩应力作用下的强度压缩应力作用下的强度特性是岩石本性的反映，由此而显得更为重要。三向压缩应力作用下的强度是指在不同的侧压力作用下的三向压缩强度。由于三向应力状态其中，为最大主应力，而分别为中间主应力和最小主应力。从公式可知，岩石的三向压缩应力的强度可用两种不同的表达式。两种不同的表达式是增大，其相应的极限最大主应力也将随之增大。因此，从总体上来说，它是一个单调函数。三向压缩试验方法简介三向压缩应力试验根据施加侧向压力的不同，可分成真三轴试验假三轴试验二者的区别在于侧压的不同。前者两个水平方向施加的压力不和财力。而假三轴试验要比真三轴试验容易得多，成为岩石力学中最常用的试验方法之一。常假三轴试验先施加按一定要求设定的围压值，并保持不变，随后施加竖向荷载直至破坏。而真三轴试验却要求能够分别施加三个方向上的大小不同的荷载。三向压缩试验的破坏类型表5例示了假三轴试验在不同围压作用下的破坏类型。岩石试件在低围压作用下表中情况，，其破坏形式主要表现为劈裂破坏。这一破坏形式与单轴压缩破坏很接近，说明破坏形态影响并非很大。当在中等围压的作用下，试件主要表现为斜面剪切破坏。其剪切破坏角与最大应力的夹角通常约为45°为岩石的内摩擦角。而当在高围分析，围压的增大使试件从脆性破坏向塑性流动过渡。岩石三向压缩强度的影响因素尺寸、加载速率等因素以外，还有如下所说的，其特有的影响因素。侧向压力的影响图显示了侧向压力对三轴强度的影响规律。从图中可见，大理岩随着侧向压力亦称围压的增大，其最大主应力也将随之增大。且显示出增大应力的变化率随围压的增大而大主应力也变大，这一特性则是一个普遍的规律。加荷途径对岩石三向压缩强度的影响大量的试验结果可知，三种不同的加载途径对岩石的三向压缩强度影响并不大。图包络线。孔隙压力对岩石三向压缩强度的影响极限应力。【例题】对于假三轴试验，围压的增大改变了岩石试件在三向压缩应力作用下的破坏形态。若从变形特性的角度分析，围压的增大使试件从向过渡。脆性破坏；塑性流动塑性流动；脆性破坏斜面剪切；塑性流动斜面剪切；脆性破坏答案：【例题】由于岩石当中孔隙水压力的存在，对岩石极限应力的影响为。降低了岩石的极限应力提高了岩石的极限应力对岩石的极限应力无影响【例题】对于三轴试验，当围压增大时，主应力将作何变化以上三种均有可能产生第三讲岩体的初始应力状态本讲主要讲述岩体初始应力的基本概念、量测方法及岩体初始应力状态的分布规律；初始应力水压致裂法及应力解除法的基本原理作一般了解；一、岩体初始应力的基本概念一初始应力状态的概念与意义系，也与正在发生过程中的地质构造运动以及与历次构造运动所形成的各种地质构造现象对于岩石工程来说，主要应考虑自重应力和地质构造应力。【例题】下列各项有关岩体初始应力的叙述，正确的选项为()。岩体的初始应力是由岩体的自重和地质构造运动引起的；岩体中每一单元的初始应力状态与该单元的位置无关；对于岩石工程而言，主要应考虑自重和地质构造应力；案【例题】岩体的的初始应力主要由下列哪些因素引起()。地震力力构造运动案了正确地确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化，合理地设计岩体工程的加固措施。二岩体初始应力场及其计算岩体自重应力场【例题】某场地土层自地表以下深度范围内均为粉质粘土，地下水位在地表以下处，水位以上土的天然重度＝，饱和重度为，试确定：、地表以下处土的自重应力值为()。、地表以下处土的有效自重应力值为()。则该深度处的侧压力系数为。若岩体由多层不同重力密度的岩层所组成图为地质构造应力有密切关系。质极限平衡条件来建立垂直应力与侧向应力的关系：【例题】对于理想的松散岩体，其侧压力系数的大小只与岩体的()有关。粘聚力重力密度【例题】对于理想的松散岩体，其侧压力系数的大小为()。实际破碎岩体一般不能视为理想松散介质，而把它看作为具有一定粘聚力的松散介质。岩体的构造应力场地壳的各种地质构造是在大范围内的巨大的地质构造应力场作用下发生和形成的。在各个不运动发生，就会形成新的构造应力场与老构造应力场的叠加，形成复杂的复合构造应力场。各种复杂的地质构造就是在长期的地质构造运动作用下形成的。地区不同或地质条件不同，岩体的构造应力可能全部或部分释放，成为残余应力。弹性变形塑性变形流动变形残余变形【例题】岩体当中的残余应力属于()。构造应力地震力力应力，就目前的认识水平而言，实际上是不可能的。根据构造线确定构造应力场的主轴方向。根据地质构造和岩石强度理论，一般认为自．岩体初始应力的影响因素形地形的起伏影响岩体内的自重应力。但这种地形的影响只是在地表下一定深度范围内较明显。如图所示。山谷的谷底的应力由于凹口的应力集中而很大。在均质岩层中图随岩性的变化而变得更复杂图。图显示了地形对岩体初始应力影响的另一特征。即在水平地表附近的地应力，其主则呈静水压力状态见图。而斜坡的垂直方向上应力则几乎等于零。在斜坡上的场应力会很大，接近或达到岩石强度。见图【例题】由于地形的起伏影响岩体内的自重应力，在山谷的下列各个部位，地应力最大的是()。坡斜坡上凸处地质条件对自重应力的影响地质构造对自重应力也有影响。图所示为背斜褶曲的影响，在褶曲两翼显示出应力部显示出应力增大的现象。【例题】在背斜褶曲中，初始应力最大的部位是()。翼的端部翼的中部褶曲中部褶曲部位【例题】在向斜褶曲中，初始应力最大的部位是()。翼的端部翼的中部褶曲中部褶曲部位图所示为断层对自重应力的影响。由于断层两侧的岩块形成了应力传递，使上大下应力升高。同时也产生了山峰处地应力低、沟谷处地应力高的现象。水压力和热应力体情况具体分析其产生的作用。【例题】对于岩体工程而言，应考虑的水压力为()。静水压力动水压力静水压力和动水压力受热岩体的膨胀，从而在岩体中增加了热应力；当冷却时，又会产生收缩，这样，会在岩体内部造成一些成岩裂隙例如玄武岩的柱状节理，并在岩石本身及周围岩体中保留部分残余增加，一般地温梯度=3℃／，岩体的体膨胀系数约为，一般弹性模量=，所以，地温梯度引起的温度应力约为岩体的地温应力是压缩应力，并随深度增加。在深度相同的情况下，约为垂直重力应力的【例题】岩体的地温应力是压缩应力，随深度的变化规律为()。一岩体应力现场量测方法概述受力状态以及为支护及岩体加固提供依据。岩体应力量测还可以是预报岩体失稳破坏以及预内。是一种岩体内部的受力，并在受力过程中产生变形，这种变形大部分是可恢复的弹性变形，行现场量测的“量”(大部分是测量位移值或应变值，然后根据一定的理论模式进行分析计必须根据开挖或钻进的方法和尺度，进行修正。如果说，某种应力量测方法的精确度能控制【例题】通常应用较多的岩体初始应力量测方法当中不包括()。应力解除法应力恢复法水压致裂法点载荷试验法【例题】对于岩体的初始应力进行量测时，不能采取的方法是()。在钻孔中进行在露头上进行模拟真实环境进行在地下洞室的岩壁上进行【例题】在对岩体初始应力进行量测时，所测量的成果为()。位移值应力值重度值起来如表。二水压致裂法水压致裂法的基本点是通过液压泵向钻孔内拟定测量深度处加液压。将孔壁压裂，测定点附近岩体中地应力大小和方向。压裂点上、下用止水封隔器密封，其结构如图所示。水压致裂过程中泵压变化及其特征压力示于图。释如下：孔隙水压或地下水压力；—注入钻孔内液体压力将孔壁压裂的初始压裂压力；—液体进入岩体内连续地将岩体劈裂的液体压力，称为稳—关泵后压力表上保持的压力，称为关闭压力。如果围岩渗透性大，该压力将逐渐衰减。—停泵后重新开泵将裂缝重新张开的压力，称为开启压力。．基本理论和计算公式．根据水压致裂法试验结果计算地应力水压致裂法的缺点是地主应力方向难以确定。在式的基础上，可以通过分析的方设备简单。只需用普通钻探打孔，用双止水装置密封，用液压泵通过压裂装置压裂岩体，不需要复杂的电磁测量设备。操作方便。只通过液压泵向钻孔内注液压裂岩体，观测压裂过程中泵压、液量即可。测值直观。它可根据压裂时泵压初始开裂泵压、稳定开裂泵压、关闭压力、开启压力计算出地应力值，不需要复杂的换算及辅助测试，同时还可求得岩体抗拉强度。电磁干扰，不怕震动。因此，这一方法越来越受到重视和推广。但它存在一个较大的缺陷，即主应力方向定不准。【例题】用水压致裂法量测岩体初始应力时存在着一个较大的缺陷是()。主应力方向定不准设备简单便操作性较差试验时怕电磁干扰，怕震动测量时较复杂三应力解除法理论的解答来计算岩体单元所受的应力状态。应力解除法的具体方法很多，按测试深度可以分为表面应力解除、浅孔应力解除及深孔应力解除法等。有关这三种测试方法请参见“工程岩体试验方法标准”中岩体应力测试章节在此【例题】采用孔壁应变测试方法测试孔壁应变时，该种方法属于()。应力解除法应力恢复法水压致裂法三、岩体初始应力状态的主要分布规律一垂直应力随深度的变化岩体分级标准—条文说明看，有人总结了世界范围内的资料~范围内后得出，随深度的增大呈线性关系增加图，大概相当于按平均密度为／计算出来的重力。【例题】垂直应力随深度的变化规律为()。随深度的增大呈线性关系增加随深度的增大呈线性关系减小与深度的变化无关二水平应力随深度的变化着地质环境的变化其结果有所差异，但揭示出地壳内水平应力随深度增加呈线性关系增大图是普遍规律。【例题】水平应力随深度的变化规律为()。的增大呈线性关系增加的增大呈线性关系减小三水平应力与垂直应力的比值层中，所测的地应力资料统计表明，大多数的实测结果表明了比值，即水平应力垂直地应力。但随着深度增加，就会出现的状况，这个深度称为临界深度。测量地区不同，临界深度也不同。冰岛的实测资料临界深度大约为。在南非和日本曾测得临界深度为左右；在美国的水压致裂法测定资料表明，临界深度为左右。而在加拿大和斯与垂直应力分量之比作为地表以下深度的函数引自和【例题】根据实测资料分析，在浅层地层中水平应力与垂直应力的比值的大小一般情况下为()。＜＝四两个水平应力之间的关系当然，有时出现两个水平应力相等的情况，这主要在构造简单，地层平缓的地区。【例题】在一般情况下，两个水平应力之间的关系为()。【例题】在构造简单，地层平缓的地区，两个水平应力之间的关系为()。 限含水量、塑性指数、液性指数、砂土的相对密实度、土的最佳含水量和最大干密度、土的工程分类土的物理力学性质指标的计算一、土的三相组成体积的比例不同，土的性质也将不同。【例题】土的三相组成中不包括的部分是()。水气体固体颗粒矿物成分答案：一土的固相粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。土的矿物成分土中的矿物成分可以分为原生矿物和次生矿物两大类。原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等。氧化硅、粘土矿物以及碳酸盐等。【例题】在下列各类矿物中，属于次生矿物的是()。石英长石云母蒙脱石答案：土的粒度成分颗粒级配粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况，这种指标称为粒度成分。土的粒组划分工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。粒组间的分界线是人为划定的，划分时应使粒组界限与粒组性质的变化相适应，并按一定的比例递减关系划分粒组的界限对粒组的划分，我国有关规范均将砂粒粒组与粉粒粒组的界限为。其余粒粒度成分及其表示方法土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量以干土质量的百分比表示，它可用以描述土中不同粒径土粒的分布特征。百分含量，如图所示。在累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：粒度成分测定方法对于粗粒土可以采用筛分法，而对于细粒土粒径小于则必须用沉降分析法测定其据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比的司笃克斯公式来确定各粒组相对含量的【例题】粗粒土与细粒土的粒径界限是()。【例题】在土体粒度成分的表示方法当中，称为有效粒径的是(①)，称为限定粒径的是(②)。答案：①；③【例题】对于砂土，当确定其粒度成分时，采用的测定方法为()。筛分法沉降分析法三轴试验直剪试验答案：【例题】某土的＝，下列判断正确的是()。可以认为该土的粒径变化连续性好，填料中不缺失某种粒径含量；可以认为该土的粒径变化连续性不好，填料中缺失某种粒径含量；可以认为该土的粒径变化连续性好，该土的级配良好；可以认为该土的粒径变化连续性不好，级配不良；二土的液相分为结合水和自由水两大类。表面处，水分子和水化离子排列得非常紧密，以致其密度大于，并有过冷现象，即温度降重力无关，这层不能传递静水压力的水定义为弱结合水。能沿着土的细孔隙从潜水面上升到一定的高度。这种毛细上升对于公路路基土的干湿状态及建筑物的防潮有重要影响。重力水在重力或压力差作用下能在土中渗流，对于土颗粒和结构物都有浮力作用，在土力学计算中应当考虑这种渗流及浮力的作用力。【例题】在土的液相中，冰点最低的是()。强结合水弱结合水毛细水重力水答案：三土的气相的两类。与大气连通的气体对土的工程性质没有多大的影响，它的成分与空气相似，当土受到外力作用时，这种气体很快从孔隙中挤出；但是密闭的气体对土的工程性质有很大的影响，密闭气性质研究已成为土力学的一个新分支。【例题】下列关于土的气相的叙述，正确的选项为()。当土受到外力作用时，土中的气体会被很快从孔隙中排出；当土受到外力作用时，与大气连通的气体会被从孔隙中排出，密闭的气体可被压缩；当土受到外力作用时，对于密闭的气体不能被压缩；对于饱和土而言，土内的气体仅存在密闭的气体；二、土的三相比例指标土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标。三相比例指标反映了土的干燥缺少的基本内容。推导土的三相比例指标时可采用图所示的三相图。图中土样的体积为土中空气的体积、水的体积和土粒的体积之和；土样的质量为土中空气的质量水的质量和土粒的质量之和；由于空气的质量可以忽略，故土样的质量可用水和土粒质量之和表示。一试验指标通过试验测定的指标有土的密度、土粒密度和含水量。的天然含水量变化范围很大，从干砂的含水量接近于零到蒙脱土的含水量可达百分之几百。【例题】在对土样进行土工试验时，不属于试验指标的是()。土粒密度孔隙比含水量二换算指标土的干密度干重度、饱和密度饱和重度、有效重度、孔隙比、孔隙率和饱和度。三、土的结构土的结构是指土粒或团粒的大小、形状、互相排列及联结的特征。影响。土的结构按其颗粒的排列和联结可分为图所示的三种基本类型。单粒结构胀，即体积膨胀，密度变松。单粒结构的紧密程度取决于矿物成分、颗粒形状、粒度成分及趋向密实；土粒的级配愈不均匀，结构愈紧密。蜂窝状结构蜂窝状结构是以粉粒为主的土的结构特征。粒径在~左右的土粒在水中沉积结构聚合，以边一边、面一边的接触方式形成絮状物下沉，沉积为大孔隙的絮状结构。下压密固结时，结构会趋于更紧密的排列；卸载时土体的膨胀如钻探取土时土样的膨胀或增强土粒间的联结；在外力作用下如施工时对土的扰动或剪应力的长期作用会弱化土的结【例题】在下列各类土中，其结构属于单粒结构的是()。粗砂粉土粉质粘土粘土答案：四、粘性土的界限含水量粘性土的状态所谓塑性就是指可以塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以后能保持已有的形状而塑性逐渐消失，积随着含水量的减少而减小，但当含水量很小的时候，土的体积却不再随含水量的减少而减小了，这种状态称为固体状态。界限含水量粘性土从一种状态变到另一种状态的含水量分界点称为界限含水量。流动状态与可塑状态间的分界含水量称为液限；可塑状态与半固体状态间的分界含水量称为塑限；半固体状态与固体状态间的分界含水量称为缩限。塑限，是用搓条法测定的。把塑性状态的土在毛玻璃板上用手搓条，在缓慢的、单方向时的含水量即为塑限。液限可采用平衡锥式液限仪测定。平衡锥重为，锥角为。。试验时使平衡锥在自重作用下沉入土膏，当沉入深度时的含水量即为液限。【例题】对于粘性土而言，流动状态与可塑状态间的分界含水量称为()。液限；塑限缩限答【例题】当利用平衡锥式液限仪进行试验时，使平衡锥在自重作用下沉入土膏，当沉入深度时的含水量即为()。液限；塑限缩限答塑性指数可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征。可塑性的大小用土处在塑性状态的含水量变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化范围愈大，土的可塑性愈好。这个范围称为塑性指数六、土的压实原理土的压实与含水量的关系变形的“橡皮土”现象，失去夯击效果。土的干密度，是反映土的密实度的重要指标，它与土的含水量、压实能量和填土的性所示的含水量与干密度之间的关系曲线，称作击实曲线。七、土的工程分类土的方法。通常对建筑地基可分成岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和特殊性土六大类。按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。抗压强度q分为硬质岩石(q≥30MPa)和软质岩石(q<30MPa)。(3)根据风化程度分为微风化、中等风化和强风化。(4)按软化系数分为软化岩石和不软化岩石。为饱和状态与风干状态的岩石单轴极限碎石土碎石土是指粒径大于的颗粒含量超过总质量的0％的土，按粒径和颗粒形状可进一步划分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。3砂土砂土是指粒径大于的颗粒含量不超过总质量的0％且粒径大于0.0的颗粒含量超过总质量的0％的土。砂土可再划分为个亚类，即砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。土粉土是指粒径大于0.0的颗粒含量不超过总质量的0％，且塑性指数小于或等于0的粒含量可以将粉土再划分为砂质粉土和粘质粉土。粘性土粘性土是指塑性指数大于0的土。根据塑性指数大小，粘性土可再划分为粉质粘土和粘土两个亚类，当0时为粘土。特殊性土特殊性土包括填土、软土和湿陷性土等，其特性与分类将在第四节中介绍。第五讲土中应力分布及计算和土的压缩性与地基沉降本讲主要讲述数、压缩模量、载荷试验、变形模量、高压固结试验、土的应力历史、先期固结压力、超固结比正常固结土、超固结土、欠固结土、沉降计算的弹性理论法、分层总和法、有效应力原理、一维固结理论、固结系数、固结度；有效应力原理第一节土中应力分布及计算一、土中应力土中应力指土体在自身重力、建筑物和构筑物荷载，以及其他因素如土中水的渗流、地震等作用下，土中产生应力。土中应力过大时，会使土体因强度不够发生破坏，甚至使土体水平位移。的实际情况有差别，但其计算结果尚能满足实际工程的要求。与坐标轴正方向相反时为正，反之为负。二、土的自重应力由土体重力引起的应力称为自重应力，自重应力一般是自土体形成之日起就产生于土中。均质土的自重应力土体在自身重力作用下任一竖直切面均是对称面，切面上都不存在剪应力。因此，在深度体的重力，如图所示。在深度处土的自重应力为：从公式可知，自重应力随深度线性增加，呈三角形分布图形。成层地基土的自重应力地基土通常为成层土。当地基为成层土体时，设各土层的厚度为深度处土的自重应力计算公式为：式中—从天然地面到深度处的土层数。土层中有地下水时的自重应力力为，若水下的粘性土其液性指数，则土处于流动状态，土颗粒之间存在着大量自由水，可认为土体受到水浮力作用，若≤0，则土处于固体状态，土中自由水受到土颗粒间结合虑。若地下水位以下的土受到水的浮力作用，则水下部分土的重度按有效重度计算，其计算方法同成层土体情况。水平向自重应力【例题】某土层及其物理性质指标如图所示，地下水位在地表下计算土中三、基础底面压力建筑物荷载通过基础传递给地基的压力称基底压力，又称地基反力。一地基反力分布路堤，其自重引起的地基反力分布与路堤断面形状相同。对刚性基础如箱形基础或高炉基础等，在外荷载作用下，基础底面基本保持平面，即基础各点的沉降几乎是相同的，但基地基反力呈马鞍形分布；荷载较大时，边缘地基土产生塑性变形，边缘地基反力不再增加，【例题】基底地基反力的分布规律与下列哪些因素有关()。基础的刚度地基的变形条件上部荷载大小基础面积大小【例题3】刚性基础在中心荷载作用下，开始的地基反力呈()分布。马鞍形矩形三角形梯形答案：二)地基反力的简化计算实用上，通常将地基反力假设为线性分布情况按下列公式进行简化计算：地基平均反力地基边缘最大与最小反力G／m3，地下水位以下取有效重度，为基础埋置深度；将的表达式代入式得)【例题】某矩形基础底面尺寸为3m×6m，上部结构传至基础顶面的荷载为mm为＝1、地表下5m处土的自重应力值为()。.3kpa.6kpa.8.1kpa.6kpa答案：2、按轴心荷载考虑，地基的平均反力为()。.100kpa.30kpa.130kpa.128kpa答案：回填土自重为：＝＝20×3×6×1.5＝540，地基平均反力为3、如在±0.00基础轴心处垂直于长边方向上受到120的水平力作用，则地基边缘最大反力为(①)，最小反力为(②)，偏心距为(③)。.①140kpa；②120kpa；③0.10m.①140kpa；②120kpa；③0.08m.①140kpa；②130kpa；③0.10m.①130kpa；②120kpa；③0.08m四、基底附加压力加变形的基底压力称为基底附加压力p0。因此，基底附加压力是上部结构和基础传到基底的地基反力与基底处原先存在于土中的自重应力之差，按下式计算：式中—基底地基反力，为区别于附加压力，又称基底总压力；自重应力；—基底标高以上天然土层按分层厚度的加权重度；基础底面在地下水位以下，地下水位以下的土层用有效重度计算；—基础埋置深度，简称基础埋深。【例题】某条形基础宽度为持力层及以上土的天然重度为，上部结构传至基础的荷载为，求基底处的附加压力。，基础埋深为，五、土中附加应力作用在弹性半无限体表面上的局部荷载，用弹性理论求解的方法计算。一集中力作用下土中应力计算向正应力及地表上距集中力为处的竖向位移凹沉降可表示成如下形式：二分布荷载作用时的土中应力计算对实际工程中普遍存在的分布荷载作用时的土中应力计算，通常可采用如下方法处理：用布西奈斯克公式和叠加原理计算土中应力。当基础底面的形状及分布荷载都是有规律时，则可以通过积分求解得相应的土中应力。如图所示，在半无限土体表面作用一分布荷载，为了计算土中某点，，应力值，可以在基底范围内取单元面积ξη，作用在单元面积上的分布荷载可以用集中力圆形面积上作用均布荷载时土中竖向正应力的计算为了计算圆形面积上作用均布荷载时土中任一点，的竖向正应力，可采用原点设在圆心的极坐标，由公式在圆面积范围内积分求得矩形面积角点下土中竖向应力计算在图所示均布荷载作用下，计算矩形面积角点下深度处点的竖向应力时，同样可其表示成如下形式：算点的竖向应力值。这种计算方法一般称为角点法。矩形面积上作用三角形分布荷载时土中竖向应力计算lb可将坐标原点取在荷载为零的角点上；若要计算荷载最大值的角点下的竖向应力值，则将坐标原点取在荷载最大值的角点上。相应的竖向应力值和用下式计算：均布条形分布荷载下土中应力计算力计算属于平面应变问题，对路堤、堤坝以及长宽比l／b面应变问题进行处理。如图1所示，在土体表面作用分布宽度为b的均布条形荷载时，土中任一点的竖向应力可采用弹性理论中的弗拉曼(Fl公式在)荷载分布宽度范围内积分得到：六、成层地基中附加应力的分布规律层压缩性较低的土层即硬壳层情况。当上层土的压缩性比下层土的压缩性高时薄压缩层情况，即时，则土中附加应力分布将发生应力集中的现象。当上层土的压缩性比下层土的压缩性低时即硬壳层情况，即，则土中附加应力将发生扩散现象。在实际地基的泊松比因变化不大，其对应力集中和应力扩散现象的影响可忽略。取保护措施，以免浅层土的结构遭受破坏。【例题】对于双层地基的应力分布，下列各项叙述中正确的选项为()。当时，土中附加应力分布将发生应力集中的现象；当时，土中附加应力分布将发生应力集中的现象；当时，土中附加应力将发生扩散现象；第二节土的压缩性与地基沉降一、土的压缩试验与压缩性指标一室内压缩试验土的室内压缩试验亦称固结试验，是研究土压缩性的最基本的方法。室内压缩试验原理室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪。试验时将切有土样的环刀置于刚性护环侧向变形。在土样上下放置的透水石是土样受压后排出孔隙水的两个界面。压缩过程中竖向压力通过刚性板施加给土样，土样产生的压缩量可通过百分表量测。常规压缩试验通过逐级量的关系，即缩试验的~曲线及~即可得到各级荷载下对应的孔隙比，从而可绘制出土样压二压缩性指标压缩系数通常可将常规压缩试验所得的~数据采用普通直角坐标绘制成~曲线，如图高。从图还可以看出，压缩系数。值与土所受的荷载大小有关。工程中一般采用压力区间内对应的压缩系数来评价土的压缩性。即2<0.0.≤2<0.5属中压缩性土；2≥0.5属高压缩性土。样在进行压缩试验时获得如下数据：00时孔隙比2=100时孔隙比0.，5该土样在00~200压力段的压缩系数为(断该土的压缩性属于(缩性土.0.5；高压缩性土)。【例题】在室内压缩试验时，土样受压后向外排出孔隙水是通过()个界面。..2..答案：【例题】在进行室内压缩试验时，土样受压后将产生()变形。.竖向.横向.横向和竖向.不确定答案：2.压缩模量根据~曲线，可以得到另一个重要的侧限压缩指标—侧限压缩模量，简称压缩与相应的应变增量的比值—应力增量内的土样压缩量，；在无侧向变形，即横截面积不变的情况下，同样根据土粒所占高度不变的条件，土样变形量可用相应的孔隙比的变化来表示：由此还可导出压缩系数与压缩模量之间的关系：式中为初始孔隙比(或天然孔隙比)同压缩系数一样，压缩模量也不是常数，而是随着压力大小而变化。因此，在运用【例题】某土样的压缩系数为()。比为，则该土的压缩模量为答压缩指数当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩试验~关系时，就得到了~曲线(见图1。在e~1曲线中可以看到，当压力较大时，e~1曲线接近直线。将e~1曲线直线段的斜率用C来表示，称为压缩指数，它是无量纲量：C【例题11】下列关于压缩指数的叙述，正确的是()。.e~曲线直线段的斜率.e~曲线割线的斜率C.e~1曲线直线段的斜率.e~1曲线割线的斜率答案：C卸载段和再压缩段的平均斜率称为回弹指数或再压缩指数Ce。通常Ce一般粘性土的Ce≈(0.1~0.C。.弹性模量弹性模量是指正应力与弹性正应变(即可恢复应变的比值。一般采用三轴仪进行模量。在计算饱和粘性土地基上瞬时加荷所产生的瞬时沉降时，一般应采用弹性模量。【例题1】计算饱和粘性土地基上瞬时加荷所产生的瞬时沉降时，一般应采用的模量为()。.压缩模量.变形模量C.弹性模量.切线模量答案：C【例题1】当需测定土的弹性模量时，所采用的仪器为()。.直剪仪.三轴仪C.旁压仪.载荷试验静压仪答案：二、现场载荷试验及变形模量载荷试验现场载荷试验是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土上的载荷板施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量，将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定没降量绘制成~曲线，即获得了地基土载荷试验的结果。变形模量在~曲线中，当荷载小于某数值时，荷载与载荷板沉降之间基本呈直线关系。在这段直线关系内，可根据弹性理论计算沉降的公式反求地基的变形模量直径；—土的泊松比，砂土可取~，粘性土可取~；—沉降影响系数，对刚性载荷板取方形板；圆形板。【例题】利用载荷试验所测得的指标为()。压缩模量变形模量弹性模量切线模量答案：三、关于三种模量的讨论压缩模量，是土在完全侧限的条件下得到的，为竖向正应力与相应的正应变的变形模量是根据现场载荷试验得到的，它是指土在侧向自由膨胀条件下正应力沉降稳定标准带有很大的近似性。与弹性即可恢复正公式估算建筑物的初始瞬时沉降。从理论上可以得到压缩模量与变形模量之间的换算关系：系有一定差距。实测资料表明，与的比值并不像理论得到的在~之间变化，而可能出现超过的情况，且土的结构性越强或压缩性越小，其比值越大。土的弹性模量要比变形模量、压缩模量大得多，可能是它们的十几倍或者更大。【例题】在土的弹性模量、变形模量和压缩模量当中，数值最大的是()。弹性模量变形模量压缩模量答案：四、土的应力历史目前工程上所谓应力历史是指土层在地质历史发展过程中所形成的先期应力状态以及这个状态对土层强度与变形的影响。先期固结压力固结压力通常是根据室内压缩试验获得的~曲线来确定，较简便明了的方法是卡萨格兰德年提出的经验作图法。土的固结状态工程中根据先期固结压力与目前自重应力的相对关系，将土层的天然固结状态划分定量指标：【例题】某天然土的，则该土属于()。正常固结土超固结土欠固结土答案：【例题】某地层自地表以下范围内均为粉土，其天然重度为地下水位在处，已知该土层在处受到的先期固结压力为，则该处粉土属于()。正常固结土超固结土欠固结土答案：五、地基沉降计算一弹性理论法的位移解进行弹性理论法沉降计算。对矩形均布荷载下的角点沉降、中心点沉降和平均沉降以及圆形均布荷载下的刚性基础沉降可归纳成下式表示：【例题】地基沉降计算时所采用的弹性理论法，其基本假定为。地基是均质的、各向同性的、线弹性的半无限体；地基是均质的、各向同性的、线弹性的半无限体；基础整个底面和地基部分保持接触；二分层总和法基本假设基础的平均沉降量为各分层土竖向压缩量只在竖向发生压缩变形，没有侧向变形，故可利用室内侧限压缩试验成果进行计算。计算步骤地基土分层。成层土的层面不同土层的压缩性及重度不同及地下水面水面上下土的有效重度不同是当然的分层界面，分层厚度一般不宜大于为基底宽度。计算各分层界面处土自重应力。土自重应力应从天然地面起算。计算各分层界面处基底中心下竖向附加应力。确定地基沉降计算深度或压缩层厚度。一般取地基附加应力等于自重应力的％深度处作为沉降计算深度的限值；若在该深度以下为高压缩性土，则应取地基附加应力等于自重应力的％深度处作为沉降计算深度的限值。计算各分层土的压缩量【例题】某矩形基础底面宽度为，当采用分层总和法进行地基变形验算时，地基土的分层厚度不宜超过()。例题()。】当确定地基的沉降计算深度时，对于中等压缩性土的地基，其沉降计算深度为取地基附加应力等于自重应力的％深度处作为沉降计算深度；取地基附加应力等于自重应力的％深度处作为沉降计算深度；取地表以下基础底面宽度的倍处作为沉降计算深度；答案：六、饱和粘性土地基沉降与时间的关系年甚至几十年才能完成。因此，工程中一般只考虑粘性土和粉土的变形与时间的关系。一饱和土的有效应力原理作用于饱和土体内某截面上总的正应力由两部分组成：一部分为孔隙水压力，它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，其中由孔隙水自重引起的称为静水压力，由附加应力引起的称为超静孔隙水压力通常简称为孔隙水压力；另一部分为有效应力它作用，它作用于土的骨架土颗粒上，其中由土粒自重引起的即为土的自重应力，由附加饱和土体内任一平面上受到的总应力等于有效应力与孔隙水压力之和；土的强度的变化和变形只取决于土中有效应力的变化。【例题】饱和砂层受到外力时，由砂与水共同承担和传递，并符合，在地震作用下，下列各叙述正确的是。变；二太沙基一维渗流固结理论均布荷载下薄压缩层地基的渗流固结等。基本假设土层的压缩和土中水的渗流只沿竖向发生，是单向一维的；土中水的渗流服从达西定律，且土的渗透系数和压缩系数在渗流过程中保持不瞬时施加的。太沙基一维固结微分方程可表示为如下形式：—孔隙水的最大渗径，单面排水条件下为土层厚度，双面排水条件下为土层厚度之半。【例题】关于太沙基一维渗流固结理论的基本假定，不包括的选项为()。土层的压缩和土中水的渗流只沿竖向发生，是单向一维的；土中水的渗流服从达西定律，但土的渗透系数和压缩系数在渗流过程中变化；三固结度面积与起始超孔隙水压力或附加应力图面积之比，称为时刻土层的固结度，用表示，即刻的压缩量与最终压缩量之比，即为便于实际使用，一般将固结度计算公式按不同附加应力分布图形绘制成~关系曲线。度，从而计算出相应的地基沉降；二是推算达到某一固结度或某一沉降所需的时间 第6讲土压力主动土、被动土压力计算一、土压力的分类及其相互关系一土压力的分类可分为三种土压力，即静止土压力、主动土压力和被动土压力。静止土压力性平衡状态，则这时作用在挡土结构上的土压力称为静止土压力，如图所示。主动土压力土压力称为主动土压力，如图所示。被动土压力土压力，如图所示。二三种土压力的相互关系力的大小及分布与作用在挡土结构上的土体性质、挡土结构本身的材料及挡土结构的位移情况等有关，其中挡土结构的位移情况是影响土压力性质的关键因素。图表示了土压压力所需要的位移量。二、静止土压力计算静止土压力可根据半无限弹性体的应力状态进行计算。在土体表面下任意深度处取一微小单元体，其上作用着竖向自重应力和侧压力如图这个侧压力的反作用力就是静止压力强度可按下式计算：式中—静止土压力系数，其值可用室内或原位试验确定；由式可知，静止土压力沿挡土结构竖向为三角形分布，如图所示。如果取单位挡土结构长度，则作用在挡土结构上的静止土压力为：三、朗肯土压力理论基本假设与适用条件朗肯土压力理论是朗肯于年提出的。它假定挡土墙背垂直、光滑，其后土体表面水平并无限延伸，这时土体内的任意水平面和墙的背面均为主平面在这两个平面上的剪应力为零，作用在该平面上的法向应力即为主应力。朗肯根据墙后土体处于极限平衡状态，应用极限平衡条件，推导出了主动土压力和被动土压力计算公式。朗肯主动土压力计算由主动土压力计算公式可知，无粘性土中主动土压力强度与深度成正比，沿墙高的土压力强度呈三角形分布如图。作用在单位长度挡墙上的土压力为三角形分布面积，即【例题1】有一挡土墙高，墙背竖直、光滑，墙后填土面水平，填土的物理力学指标为：【解析】由填土的物理力学性质可知该填土可按粘性土考虑绘出主动土压力的分布图如图计算主动土压力值所示积计算如下：位置主动土压力的作用点离墙底的距离为：【例题2】某挡土墙，高，墙背直立、光滑，填土面水平；填土的物理力学性质指标为：【解析】求墙底处的主动土压力强度。被动土压力理论计算被动土压力强度的公式如下：动土压力强度呈梯形分布。作用在单位长度挡土墙上的被动土压力，同样可由土压力实四、几种情况朗肯土压力的计算土体表面有均布荷载作用当墙后土体表面有连续均布荷载作用时，均布荷载在土中产生的上覆压力沿墙体方向矩形分布，分布强度为。土压力的计算方法是将上覆压力项换以计算即可，如粘土的主动土压力强度为：成层土体中的土压力计算其相应的自重应力，在土压力公式中项换以相应的自重应力即可，需注意的是土压力系数应采用各点对应土层的土压力系数值。墙后土体有地下水的土压力计算有效重度计算，水压力按静水压力计算。但在实际工程中计算墙体上的侧压力时，考虑到土是将土压力和水压力分别计算后再叠加的方法，这种方法比较适合渗透性大的砂土层情况；再单独计算叠加，这种方法比较适合渗透性小的粘性土层情况。【例题】砂质土层中某一开挖深度为=基坑，采用悬臂式板桩支挡结构进行支护。动土压力值及作用点位置。【例题】某基坑开挖深度=，周围土层重度γ=／，内摩擦角φ=20°，粘聚力=0，且地面存在=10的超载，试计算坑底面以上土的主动土压力值并确定作用点位置。置五、库仑土压力理论库仑年建立了库仑土压力理论，其基本假定为：挡土墙后土体为均匀各向同性无粘性土；。库仑土压力理论根据滑动土楔处于极限平衡状态时的静力平衡条件来求解主动土压力和被库仑主动土压力如图所示，设挡土墙高为，墙背俯斜，与垂线的夹角为，墙后土体为无粘性土，土体表面与水平线夹角为，墙背与土体的摩擦角为。挡土墙在土压力作一滑动土楔，其滑裂面为平面，滑裂面与水平面成角。沿挡土墙长度方向取进行分析，并取滑动土楔为隔离体，作用在滑动土楔上的力有土楔体的自重、滑裂面上的反力和墙背面对土楔的反力土体作用在墙背上的土压一个封闭的力矢三角形，如图所示。根据正弦定理并求出的最大值即为墙背的库仑主动土压力强度分布图为三角形，的作用方向与墙背法线逆时针成角，作用点库仑被动土压力库仑被动土压力计算公式的推导与库仑主动土压力的方法相似，计算公式如下： 第七讲土的抗剪强度和特殊性土擦角、粘聚力直剪试验及其适用条件、三轴试验、总应力法、有效应力法；②软土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、冻土、填土；土的抗剪强度、土的极限平衡条件、三轴试验；各种特殊性土的工程特性第一节土的抗剪强度就是土的抗剪强度问题。【例题】当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，该点便发生剪切破坏，此时土产生相对滑动的方向为()。案：【例题】土的强度问题实质上是指土的()问题。抗压强度抗拉强度抗剪强度抗疲劳强度一、土的强度理论与强度指标一抗剪强度的库仑定律【例题】抗剪强度的库仑公式为()。二土的强度理论与极限平衡条件土中一点的应力状态摩尔—库仑强度理论种强度理论称为摩尔—库仑强度理论。【例题】当土体中某点的任一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，该点处于极限平衡状态，此强度理论称为()。摩尔强度理论库仑强度理论摩尔—库仑强度理论太沙基理论土中应力与土的平衡状态将抗剪强度包线与摩尔应力图画在同一张坐标图上，观察应力圆与抗剪强度包线之间的位置变化，如图所示。随着土中应力状态的改变，应力圆与强度包线之间的位置关系将发生三种变化情况，土中也将出现相应的三种平衡状态：当整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线的下方时圆，表明通过该点的任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，此时该点处于稳定平衡状态，不会发生剪切破坏；当摩尔应力圆与抗剪强度包线相切时圆，表明在相切点所代表的平面上，剪应力正好等于土的抗剪强度，此时该点处于极限平衡状态，相应的应力圆称为极限应力圆。当摩尔应力圆与抗剪强度包线相割时圆，表明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，此时该点已发生剪切破坏由于此时地基应力将发生重分布，事实上该应力圆所代表的应力状态并不存在；【例题】根据图进行分析，当整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线的下方时圆时，表明土中的某应力点处于()。稳定平衡状态极限平衡状态剪切破坏【例题】随着土中应力状态的改变，土中将出现三种平衡状态，其中不包括()。土的极限平衡条件态时的摩尔圆与抗剪强度包线相切于点，如图所示。将抗剪强度线延长与轴相交于点，由直角三角形可知：土的极限平衡条件的应用采用应力圆与抗剪强度包络线相互位置关系来评判的图解法也可以得到相同的结果。二、土的抗剪强度指标的试验方法直接剪切试验的主要部件由固定的上盒和活动的下盒组成，试样放在盒内上下两块透水石之间。试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试样施加某一法向应力，然后等速推动下盒，使试样在沿上下盒之间的水平面上受剪直至破坏，剪应力的大小可借助与上盒接触的量力环测定。试验时对同一种土取~个试样，分别在不同的法向应力不剪切破坏，可将试验结果绘制成抗剪强度与法向应力之间的关系。大量的试验结果表明，对于砂性土，抗剪强度与法向应力之间的关系是一条通过原点的直线，该直线与横轴的夹角为内摩擦角；对于粘性土，抗剪强度与法向应力之间也基本成直线关系，该直线与横轴的夹角为内摩擦角，在纵轴上的截距为粘聚力，直线方程可用库仑公式表示。直剪试验方法度指标的试验方法应与现场的施工加荷条件一致。直剪试验由于其仪器构造的局限无法做到平剪应力使试样剪切破坏。一般从加荷到土样剪坏只用~分钟。由于剪切速率较快，可再／的剪切速率快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。固结快剪试验近似模拟了“固结排水剪切”过程，得到的抗剪强度指标用直剪试验的优缺点泛使用。但也存在不少缺点，主要有：剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；在剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面积计算；试验时不能严格控制排水条件，并且不能量测孔隙水压力；试验时上下盒之间的缝隙中易嵌入砂粒，使试验结果偏大。【例题】下列各种试验方法中，不属于直接剪切试验的是()。慢剪不排水不固结剪案：【例题】直剪试验中的快剪模拟的是()。不固结不排水剪案：【例题】下列关于直剪试验的优点，不正确的是()。设备简单土样制备方便试验操作方便能量测孔隙水压力三轴压缩试验三轴压缩试验的原理统、稳压调压系统以及量测系统等部分所组成。常规三轴试验一般按如下步骤进行：向压力室内注入气压或液压，使试样承受周围压力作用，并使该周围压力在整个试验过程中保持不变通过活塞杆对样施加竖向压力，随着竖向压力逐渐增大，试样最终将因受剪而破坏。根据三轴压缩试验中测得的有关应力数据，可整理计算出土样的强度指标：设剪切破坏时轴向加荷系统加在试样上的竖向压应力称为偏应力为此可做一个极限应力圆。用同一种土样的若干个试件一般~个分别在不同的周围压力下进行试验，可得一组极限应力圆，如图中的圆、圆和圆。做这些极限应力圆的公切线，即为该土样的抗剪强度包络线，由此便可求得土样的抗剪强度指标、值。三轴试验方法不固结不排水剪试验：试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过也不会消散。试验得到的抗剪强度指标用表示，这种试验方法所对应的实际工程条件相当于饱和软粘土中快速加荷时的应力状况。固结不排水剪试验：在施加周围压力时，将排水阀门打开，允许试样充分排水，待固结稳定后关闭排水阀门，然后再施加偏应力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。在剪切过程中，试样没有任何体积变形。在工程竣工或在使用阶段受到大量、快速的活荷载或新增荷载的作用下所对应的受力情况，在实际工程中经常采用这种试验方法。固结排水剪试验：在施加周围压力及随后施水压力能够完全消散。试验得到的抗剪强度指标用表示。【例题】三轴试验方法中不包括()。不固结不排水剪【例题】某三轴试验在施加周围压力时，将排水阀门打开，允许试样充分排水，待固结为()。【例题】在饱和软粘土地基上进行快速土建施工，为模拟实际情况，在对土样进行三轴试验时应采用哪种方法()。【例题】如在进行三轴试验时需测定孔隙水压力，采用的试验方法为()。三轴试验的优缺点验那样限定在上下盒之间。一般来说，三轴试验的结果还是比较可靠的，因此，三轴压缩仪复杂的真三轴仪进行试验。抗剪强度试验方法与指标的选用载大小以及加荷过程等都没有定量的界限值，而常规的直剪试验与三轴试验是在理想化的室与强度指标。试验方法然而，直剪试验中只是用剪切速率的“快”与“慢”来模拟试验中的“不排水”和“排其他的土类，则不宜采用直剪试验方法。【例题】适用固结快剪或快剪试验进行抗剪指标测定的土类为()。渗透系数小于渗透系数大于渗透系数小于渗透系数小于有效应力强度指标排水剪成三轴固结不排水剪测孔隙水压力测定。不固结不排水剪指标土样进行不固结不排水剪切时，所施加的外力将全部由孔隙水压力承担，土样完全保持初始快工程的施工期或竣工时，分析也可采用不固结不排水剪的强度指标。固结不排水剪指标土样进行固结不排水剪试验时，周围固结压力，将全部转化为有效应力而施加的偏应力将结不排水剪的强度指标。【例题1】当需采用有效应力法进行计算时，对土样进行试验时应采用的方法为()。.不固结不排水剪.固结不排水剪.固结排水剪.固结快剪第二节特殊性土类在我国都有分布，包括软土、黄土、红粘土、膨胀土、冻土、盐渍土和填土一、软土软土是指分布于沿海的滨海相、三角洲相、溺谷相和内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的孔隙比大一般大于1.0、天然含水量高接近或大于液限、压缩性高1－0.51和强度低的土层。多数软土还具有高灵敏度的结构性。工程实际中经常遇到的软土主要是淤泥和淤泥质土，包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉质粘土等。缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，天然含水量大于液限、泥炭土。泥炭土是在潮湿和缺氧环境中未经充分分解的植物遗体堆积而成的一种有机质土，呈深褐色—黑色。其含水量极高，压缩性很大，且不均匀。【例题】软弱土的工程特性有。压缩系数值大，灵敏度高。【例题】当土的有机质含量大于％时则称为()。淤泥质土机质土泥炭土二、黄土要特征为：颜色以黄为主，有灰黄、褐黄等；含有大量粉粒~，含量一般在一黄土的湿陷性及其评价黄土湿陷的机理湿陷性是黄土最主要的工程特性。所谓湿陷性就是黄土浸水后在外荷载或自重的作用下发生层浸水后在土层自重作用下也能发生湿陷的黄土。黄土湿陷的机理通常认为是由于黄土的结构特性和胶结物质的水理特性决定的。黄土是在干用下土的结构迅速破坏，土粒滑向大孔隙，粒间孔隙减少，这就是黄土湿陷的机理。黄土中胶结物的含量和成分以及颗粒的组成和分布，对于黄土的结构特点和湿陷性的强弱越小则湿陷性越强。在天然孔隙比和含水率不变的情况下，压力增大，黄土湿陷量也增加，【例题】下列关于黄土的湿陷性强弱的叙述，正确的是()。含水量越大孔隙比越小湿陷性越强含水量越大孔隙比越大湿陷性越强含水量越小孔隙比越小湿陷性越强含水量越小孔隙比越大湿陷性越强【例题】原始黄土的成因，是由形成的。冲洪积.黄土湿陷性评价【例题】当黄土的湿陷性系数为()可判断该黄土为湿陷性黄土。.≥0.015.≥0.030.0.015.0.0二黄土地基的工程措施沉降的适应性和抵抗的能力。理基的湿陷性，目前对于湿陷性黄土常用的地基处理方法详见表。场地防水措施上升的地段，确保管道和贮水构筑物不漏水，场地内应