土力学期末考试重点复习资料

第一章土的形成和物理性质指标

1、土质学：从工程地质学范畴发展起来，从土的成因和成分出发，研究土的工

程性质的本子与机理（地质特性）。

2、土力学：从工程力学范畴发展起来，把土作为物理-力学系统，用数学力学方

法求解土在各种条件下的应力分布、变形及土压力、地基承载力与边坡稳定等问

题（工程特性）。

4、±：是由母岩风化,经过多种地质作用和搬移作用形成的，土是岩石风化的

产物。

5、物理风化：只改变颗粒的大小和性质，不改变岩石的矿物成（量变）。

6、化学风化：不仅改变颗粒的大小和性质，不改变岩石的矿物成（质变）。

7、土的组成

U）固体颗粒固相(Solid)构成土体骨架起决定作用

（2）土中水液相(Liquid)重要影响

（3）土中气体气相(Air)次要作用

8、成土矿物

（1）原生矿物（物理风化，砂卵石料）：颗粒较粗（cnfm）,一般为无黏性土;

主要有石英、长石、云母等；吸水力弱、稳定、无塑性；性质由矿物本身的

性质反映，如颗粒大小组成、矿物类型、颗粒形状、表面特征、硬度等。

（2）次生矿物（化学风化,黏土矿物）：颗粒较细（＜5um），一般为黏土矿物；

主要有高岭石、伊利石、蒙脱石；吸水力强、活泼、有塑性。

9、黏土矿物：是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅片和铝片构成的

品包所组叠而成，可分成高岭石、蒙脱石和伊利石三种类型。

10、高岭石：产于酸性环境，是花岗岩风化后的产物，通常来源于长石的水解。

1：1型晶格，1硅片+1铝片二1晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒、多达近百

个晶层。特点：水稳性好，可塑性低，压缩性低。

11、蒙脱石：常由火山灰、玄武岩等转变而来，一般在碱性、排水不良的环境里

风化形成。2：1型晶格：2硅片+1铝片=1晶层，晶层没有钾离子连接,

连接弱，水分子进入。特点：高塑性、高压缩性，低强度，遇水膨胀。

12、伊利石：碱性介质中风化产物，2：1型晶格，2硅片+1铝片=1晶层,

晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键。特点：遇水膨胀，脱水收缩的能力

低于蒙脱石，其力学性质介于高岭石与蒙脱石之间。

13、土粒的大小和土的级配

粒径：土粒大小nim；

粒组：按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径；

粗粒土(Coarse-gainsoil)：砾石和砂粒为主要组成的土，也称无黏性土;

细粒土(Finc-grainsoil)：粉粒、黏粒和胶粒为主组成的土，也称黏性土；

土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量；

14、颗粒大小分析试验：测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确

定粒径分布范围的试验。

15、分析方法

(1)筛分法：粗粒土，粒径＞0.075mm。利用一套孔径由大到小的筛子，将按

规定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上充分振

摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，计算出小于某土粒粒径的土粒含量

百分数X(%)

(1)密度计法：细粒土，粒径＜0.075mm。利用不同大小的土粒在水中的沉降

速度不同来确定小于某粒径的土粒含量的方法。

16、土的粒径分布曲线

土的粒径分布曲线

17、土的粒径分布曲线用途

(1)土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评估土的工程性质；

(2)某些特征粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。

(3)土的粗细度：用表示；

(4)土的不均匀程度：不均匀系数Q=原/九；

(5)连续程度：曲率系数7^%;

d60U10

(6)土的分类标准(GBJ145-90)：纯净砾、砂，Cu>=5,且Cc二「3时,级配

良好

18、土的液相

吸着水：土颗粒表面电分子力吸附在土粒表面的一层水，不能传递压力。

自由水：不受颗粒电场引力作用的孔隙水

毛细水：由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面

张力和重力的作用

重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由流动(传

递水压力，浮力、渗流力)

19、毛细现象：由于毛细张力的作用，会形成如图所示的弯液面，使毛细角边水

产生负压力，颗粒则受正压力。

20、土颗粒间的相互作用力

化学键、范得华力、离子一静电力、毛细水压力

21、土的结构：指土的物质组成（主要指土粒，也包括孔隙）在空间的相互排列

以及土粒间的联结特征的综合。单粒结构、分散结构、絮状结构。

22、土的物理性质指标：反映组成土体的固体颗粒、孔隙中的水和气体三项所占

的体积和质量（重量）的比例关系的指标。

质督体积

（1）土的密度P：单位体积土的质量，用P表示，单位为kg/nf（或g/cnf）。

测量方法：黏性土：环刀法、腊封法；粗粒二：灌砂法、灌水法

（2）土的重度丫：亦称为容重，定义为单位体积土的重量，用Y表示，单位

为kN/m%

（3）土粒比重Gs：土粒的质量（或重量）与同体积4c时纯水的质量（或重量）

之比（无因次）。测量方法：比重瓶法：适用于粒径小于5mm的土。事先将

比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内，

再加纯水至满，称瓶加土加水的质量。

（4）土的含水率:为土中水的质量与土粒的质量之比，以百分数表示。测定方

法：烘干法：适用于黏质土、粉质土、砂类土和有机质土类。先称出天然土

的质量，然后放在烘箱中，在100C〜105C常温下烘干，称得干土质量。

（5）土的孔隙比e：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示。

（6）土的孔隙率n：土中孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示。

（7）土的饱和度土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示。

（8）土的干密度单位体积内土粒的质量。

（9）土的干重度丫「单位体积内土粒的重量。

（10）饱和密度P曲：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土的质

量。

（11）饱和重度Y由：在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度。

（12）浮重度（有效重度）Y'：土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减

小。

（13）土的浮密度P'是单位体积内的土粒质量与同体积水质量之差

23、相对密实度1用来衡量无黏性土的松紧程度

D—°max-_（"d一夕dmin）"dmax

，max，min（夕dmax夕dmin）2d

式中：Dr一一相对密实度；

e皿一一无黏性土处在最松状态时的孔隙比；

e„in——无黏性土处在最密状态时的孔隙比；

e0——无黏性土的天然孔隙比或填筑孔隙比。

24、相对密实度Dr划分无黏性土的状态如下：

0VDW1/3疏松的

1/3VDW2/3中密的

2/3VDW1密实的

25、稠度：指黏性土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的

能力，是黏性土最主要的物理状态指标。

26、可塑性：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积也不开裂，外力卸

除后仍能保持已有的形状。

27、稠度界限或阿太堡界限：用于区分黏性土从--种状态过渡到另一种状态的界

限含水率被称为稠度界限或阿太堡界限

（1）液限（W.）一一从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可塑

状态的上限含水率；

（2）塑限（Wtl）——从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可

塑状态的下限含水率；

（3）缩限（WJ——从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即黏性

土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。

28、界限含水率的测定方法

（1）测定塑限：搓滚法，液、塑限联合测定法

（2）测定液限：碟式仪法，液、塑限联合测定法

（3）测定缩限：收缩皿法

29、塑性指数：液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）。用表示,

取整数。塑性指数越高，吸着水能力越高，土的黏粒含量越高。

30、液性指数：表征了土的天然含水率与界限含入率之间的相对关系，表达了天

然土所处的状态。

31、土的压实性：指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土能够压实到

某种密实度的性质。

32、土的压实性影响因素：含水率、击实功能、土类和级配。

最大干密度（给定击实功N）,

W-

弱

型

二

33、双电层：土粒表面的负电荷，受土粒表面影响的阳周子层（反离子层）。双电

层电位随距离的增大呈指数衰减。双电层厚度与离子价、离子浓度的平方根成反

比。

34、双电层的影响因素

（1）孔隙水中离子浓度的影响：浓度高，厚度小；

（2）离子价数的影响：价数高，厚度小；

（3）温度与溶液的介电常数的影响：温度高、导电性强，厚度大；

（4）pH值的影响：pH值与pH,、差值大，厚度大；

第二章土体应力计算

1、太沙基有效应力原理：土中的应力按土体中土骨架和土中孔隙流体（水、气）

的应力承担作用原理或应力传递方式可分为有效应力和孔隙应（压）力。

（1）有效应力：由土骨架传递（或承担）的应力。

（2）孔隙应力：由土中孔隙流体（水和气体）传递（或承担）的应力。

（3）总应力：有效应力十孔隙应力。

2、土体的应力按引起的原因分为自重应力和附加应力

（1）自重应力一一由土体自身重量所产生的应力；

（2）附加应力一一由外荷（静的或动的）引起的土中应力；

3、侧限应力状态：指侧向应变为零的一种应力状态。

4、静止侧压力系数K。：是土体在无侧向变形条伶下侧向（水平向）有效应力与

竖向有效应力之比。逋常小于1,但对于超固结粘土和压实土也可能会大于1。

5、静止侧压力系数的确定方法

（1）可通过现场或室内试验确定:Ko=^

（2）由泊松比v计算：Ko=2

l-v

（3）土或正常固结粘土：K。=1-sin小（。为土体极限状态下的摩擦角）

sin4>

（4）超固结粘土：Ko=（1-sin0）OCR

6、成层土应力的计算

=八九+匕儿+y

〃0=八为3

5,二+〃0=7\h\++九〃3=柄+%为+八，3

7、基底附加应力：基底压力扣除因基础埋深所开挖土体的自重应力后在基底处

施加于地基上的单位面积压力。

8、中心荷载下的基底压力

1.矩形基础〃二三^二乙2.条形基础p=G=c1g

lbA

l/b>\0bb

G=YG⑥

J1设计地面

/on

9、偏心荷载下的基底压力

F=P+G

"MyV

p=—+--x

lbly

Pmax=&+竺=占F\Xe/.:b

Pmin~lb~Wlb~W

“max_A/i46C、

Pminlb\1)

”niwi

F”P+Grmax

Pm，"e>〃6

—卜'I___J/Pmin可否小于零？

若不可以，怎么办？一旦e>〃6,就要

A不允许！！！应力重组(stressredistribution)o

二更

3、3kb

10、倾斜偏心荷载下的基底压力

(a)矩形基础(b)条形基础

条形"础

(a他股基础(b)

P产立

hl-b

梯形分布荷载

P"乙「7/

Pt—Pmax—Pmin

11、附加应力是由于修建建筑物之后在地基内新增加的应力，它是使地基发生变

形从而引起建筑物沉降的主要原因。

12、计算假定：地基土是各向同性的、均质的、线性变形体，而且在深度和水平

方向上都是无限的。

13、竖向集中力作用下地基附加应力一一半无限空间体弹性力学基本解

【例题】如图所示，矩形基底长为4m、宽为

2m,基础埋深为0.5m,基础两侧土的重度为

18kN/m\由上部中心荷载和基础自重计算

的基底均布压力为140kPa。试求基础中心O

点下及A点下、H点下z=1m深度处的竖向附

加应力。

【解答】

（1）先求基底净压力（基底附加应力）外，由

已知条件

pn-p-yod=140-18X0.5=131kPa

图2-15例期2-2附图

(3)求A点下1m深处竖向附加应力(2)求O点下1m深处地基附加应力

Z/&=2/2=1;z/&=1/2=0.5=2/1=2:z/J=1/1=1

查表2—2应用线性插值方法可得K=0.2315查表2-2得几=0.1999,所以

。认=22X0.2315X131=60.65(kPa)%=4AMi=4X0.1999X131=104.75(kPa)

（4）求H点下1m深度处竖向应力%H

对于HGbQ,HSaG两块面积，长度/宽度b

均相同。//b=2.5/2=1.25；z/b=l/2=0.5

查表2・2,利用双向线性插值得（=0.2350

对于HAcQ,HAdS两块面积，长度/宽度b均相同

物=2/0.5=4,z4=1/0.5=2

查表2・2,得(=0.1350,

%H=(2X0.2350-2X0.1350)X131=26.2(kPa)

图2・15例题2-2附图

关于自重应力和地基附加应力简图正确的是：（B）

ABCD

（三）矩形面积基底受水平荷载时角点下的附加应力

m1

2乃《W(1+叫Jl+/+

Kh（ni=l/b,n=z/h）

注意：（1）计算点在基础的角点下

（2）5为荷载作用方向的边长

（3），为基础另一边长度

（4）为荷载方向终止端角点以下

（四）圆形面积均布荷载作用中心点的附加应力

14、地基中的附加应力计算步骤

（1）计算上部结构荷载P和基础及其上回填土的自重G；

（2）计算基底压力；

（3）根据基础埋深和埋深范围内土体的重度计算基底净压力；

（4）确定是平面问题还是空间问题，并建立相应的坐标系；

（5）根据计算点的坐标计算m和n并查对应的附加应力系数（注意：线性

插值）；

（6）根据附加应力系数和基底净压力计算地基中的附加应力；

（7）注意：对空间和平面问题，若基底净压力为均布或三角形分布时，z=0

处（即基底而）的附加应力直接用基底净压刀。

【例题2—3]如图所示的挡土墙，基础底面

宽度为6m,埋置于地面下1.5m处。每米墙

自重及其上部其他竖向荷载Fy=2400kN/m,

作用位置离墙基础前缘A点3.2m；因土压力

等作用墙背受到水平力Fh=400kN/m,其作

用点距离基底面2.4m。设地基土重度为

19kN/m\若不计墙后填土附加应力的影响

,试求因Fy,Fh作用基础中心点及前缘A点

下深度z=7.2m处M点，N点的附加应力。

【解】(1)求作用于基底面上的力及偏心距。

设合力作用点离基底前缘A点的水平距离为X,利

用合力矩定理，即

Fvx=FvX3.2-FhX2.4

则x=2.8(m)

于是合力偏心距e=b/2—28=0.2(m)；合力作

用点位于基底面中点的左侧0.2m.

(3)求基底净压力(基底附加应力)。

(2)求基底压力。这属于平面问题应用式(2-

Pn=Pmin-Yod=320-19X1.5=291.5kPa

13),得竖向基底压力

Pt=Pmax-Pmln=480-320=160kPa

PzZtH2400,]6x0,2.480(kPa)

6U±6；=320(kPa)(4)计算各种压力形式Pn，Pt，Ph引起的地

基M点和N点的附加应力。

ph=Fh/h=400/6=66.7kPa

例题2-3表

XZx/bz/b附加应力系数附加应力

压力形式

M点A,点M点N点黑点N点M点“点M点N点M点,v点

萼向均匀分布3.067.27.20.511.21.20.4780.375139.34109.31

竖向三角形分布3.067.27.20.511.21.20.2390.22138.2435.36

水平均匀分布34067.27.20.511.21.200.13108.74

附加应力总和177.58153.41

第三章土的渗透性和渗透变形

1、渗透所引起的问题

（1）水的问题：水自身的量、质、赋存位置（地下水位）的变化所引起的问

题（排水、挡水、污水、地下水开采）。

（2）土的问题：由于水的渗透引起土体内部应力状态的变化或土体、地基本

身的结构、强度等的变化，从而影响建筑物或地基的稳定性或产生有害变形

的问题。

2、达西渗透定律参数定义

层流：流体向前流动时，各质点间相互平行，互不干扰；

紊流：流体除向前流动外，碎成许多漩涡，而与侧边流体混合；

过渡流：从层流向紊流过度的中间状态，流体行为不稳定，时而层流时而紊流;

位置水头：到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位

置势能；

压力水头：水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所具有的压力

势能；

测管水头：测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示

单位重量液体的总势能；

总水头：单位重量水体所具有的能量；

式中：位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面）；压力水头u/卜：水体的

压力势能（〃孔隙水压力）；流速水头//（2g）：水体的动能（对渗流多处于

层流心0）

渗流的总水头：也称测管水头，是渗流的总驱动能，渗流总是从水头高处流向水

头低处；

水力坡降：单位渗流长度上的水头损失，AAH/L。

渗透系数：反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为水力坡降，=1时的渗

流速度。

3、水利水电工程地质勘察渗透系数规范

渗透性等级渗透系数A（m/s）

极微透水k<108

微透水108<^<107

弱透水1()7<A<106

中等透水106<A<104

强透水IO2

极强透水A>10-2

4、达西定律的适用条件

（1）层流（线性流动）发生于砂土或一般黏土绝大数渗流，均属层流范围,

故达西ZE律均可使用。

（2）从层流转换为紊流时的雷诺系数（一般为0.1，.5的范围，达西渗透定

律适用条件441。

（3）密实黏土黏土颗粒外具有较厚的弱结合水膜，因此达西定律不适用。

5、渗透系数的测定

室内试验测定方法：常水头试验法、变水头试验法；

现场试验测定方法：渗压计法、试坑法、单环法、双环法、井孔抽水试验、井孔

注水试验；

6、常水头法

，测量，时间内的渗水量厂

q=V/t

〃计算该时间段内的流量

q=vA=kiA

i=\hIL

,_VL

=

k适应于透水性强的无黏性土・••常水头渗透仪

7、变水头法：透水性弱的黏性十

“测量dr时I瓦内的渗水量d厂

dV=一〃xdh

〃基于达西定律

h

dV=kiXxdi=k-Axdi

%,L

dI=----------dh——dr,dh唯

kAhI

「，2时间段积分

h->%;〃->%

aLh

k---------In-x

力（，2—％）h2」

.aL.h,吐vr—;1-

k=2.3-----------lg」

天关团闭甲4=1»MI1__________J

8、常见十体的渗透系数

土类渗透系数渗透性

(m/s)

纯砾>103高渗透性

［纯砂与砾混合物1（）5〜乂）3中渗透性|

极细砂107〜105低渗透性

粉土、砂与黏土混合物1。9~1。7极低渗透性

1黏土<109几乎不透水；

9、成层土的渗透系数

■算例说明

Hx=1.0/H,k]=0.0\m/day

II2—1.0m,k2=\m/day

H3=1.0叫勺=100/w/day

七二七/工=33.67应词，:按层厚加权平均，由较大值控制，

H

屋=~H；=。,。3加/day德商前薮麻浑琢…亩酸示殖隹薪

段................................

10、渗流和流网的定义

等势线：在任一条等势线上各点的总水头是相等的，或者说，在同一条等势线上

的测压管水位都是同高的。

流线：代表渗流的方向。

流网：等势线和流线交织在一起形成的网格叫流网。

11、流网的特征

（1）流线与等势线彼此正交；

（2）每个网格的长宽比为常数，为了方便常取1,这时的网格就成为正方形

或曲边正方形；

（3）相邻等势线间的水头损失相等；

（4）各流槽的渗流量相等；

12、渗流力：渗透水流施于单位十体内十粒上的拖曳力，渗流力是体积力，方向

与渗流方向一致。j=J/V=y,Ah/L=ywi

13、临界水力坡降：向上渗流存在时，滤网支持力减少。当滤网支持力为零时的

水力坡降称为临界水力坡降i”，它是土体开始发生流土破坏时的水力坡降。

・iG=、-T---

"1+e

14、渗透稳定性

渗透变形：渗透水流作用于土体上的渗流力达到一定值时，土体中一些颗粒甚至

整体就会发生移动而被渗流带走，引起岩土体的结构变松、强度降低、甚至整体

发生破坏，这种现象称为渗透变形。

（1）流土：在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现

象，与土的密实度有关，主要发生在地基或土坝下游渗流溢出处。流土在黏

性上和无黏性上中均可以发生。黏性上发生沆上破坏的外观表现为：上体隆

起鼓胀、浮动、断裂等。无黏性土发生流土破坏的外观表现是：泉眼（群）、

砂沸、土体翻滚最终被渗透托起等。

（2）管涌：在渗流咋用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移

动并被带出的现象，主要发生在砂砾土中。内因：有足够多的粗颗粒形成大

于细粒直径的孔隙；外因：渗透力足够大。

流土管涌

现象土体局部范围的颗粒同时发生移土体内细颗粒通过粗粒形成

动或局部土体表面隆起的孔隙通道移动

位置一般发生于地基或岸坡渗流逸可发生于土体内部和渗流

出部位，不发生于土体内部溢出处

土类只要渗透力足够大，一般发生在特定级配的

可发生在任何土中无黏性土或分散性黏土

历时破坏过程短破坏过程相对较长

后果导致下游坡面产生局部滑动等导致结构发生塌陷或溃口

15、流土可能性判别

在自下而上的渗流逸出处，任何土包括黏性土和无黏性土，只要满足渗透坡降大

于临界水力坡降这一水力条件，均要发生流土。

(1)i<Lr：土体处于稳定状态

(2)i>：土体发生流土破坏

(3)i=。,：土体处于临界状态

16、管涌型土的临界水力梯度

流速与水力梯度的关系

〃=2.2(。一1)(1—〃)2华

17、防止渗透变形措施

防治流土：上游延长渗径、下游减小水压、下游增加透水盖重。

防治管涌：改善几何条件：设反滤层等、改善水力条件：减小渗透坡降。

地基土粒比重G5为2.68,孔隙率〃为38.0%,试求：

(1)a点的孔隙水应力和有效应力；(2)渗流逸出处1—2是否会发生流土？

(3)图中网格9,10,11,12上的渗流阻力是多少？

(1)〃点的孔隙水应力和有效应力孔隙水压力

AA=Zr/10=8/10=0.8in

ha=ZFJ-0.8=9.2in

-8in

〃产YwSaF)=9.8x17.2

=168.6kPa

总应力

=9.8X10+20X(10-2)

=258kPa

有效应Jj<J'=6"=258-168.6=89.4kPa

(2”参流逸出处1-2是否会发生流上？

\A»Zr10O.Km

\L=Sin

D:“「爵

\hl\L-08.K-0.1

如IM68IN1-0.38

等劣线-1.04>G

理流逸出处1-2不会发生潦土现零

(3)图中网格9,10,11,12上的渗流阻力是多少？

Fs=7w(A/r/\L)bXL

=34.5kN/m

第四章土的压缩与固结

1、压缩：在外力作用下，土颗粒重新排列，土体体积缩小的现象称为压缩。

2、单向压缩：当土体的侧向被限制就只有在一个方向可能产生变形。

3、固结：土的压缩随时间增长的过程。渗透性大的土，压缩完成得快；渗透性

小的土，压缩完成得慢。

4、瞬时沉降：是指在加荷后立即发生的沉降饱和黏土，瞬时沉降是在没有体积

变形的条件下发生的，它主要是由于土体的侧向变形引起的，是形状变形。

5、主固结：在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排出导致土体体积随时间逐渐缩

小，有效应力逐渐增加，是总沉降的主要部分。

6、次固结：土体在主固结沉降完成之后在有效应力不变下还会随着时间的增长

进一步产生沉降。

7、单向固结：饱和土体在某一压力作用卜，压缩随着孔隙水的逐渐向外排出而

增长。如果孔隙水只沿一个方向排出，土的压缩也只在一个方向发生（一般指竖

直方向），此时的固结为单向固结。

8、单向固结的原理：饱和土体在某一压力作用下的固结过程就是土体中各点的

超静孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加的过程，或者说超静孔隙水应

力逐渐转化为有效应力的过程，而在转化过程中，任一时刻任一深度处的应力始

终遵循有效应力原理。

9、室内固结试验装置

护环

滤纸透水石

试样

10、土的压缩性指标

,压缩系数（〃、.）

-e,Ac

a=----=----

v

p2-P1100

土的类别%（、用1）

高压缩性土>=0.5

中压缩性土0.1-0.5

低压缩性土<0.1

〃压缩指数与回弹再压缩指数

相同点：都是反映土的压缩性指标。

不同点：压缩系数随初始压力及压力增量的大小而异（不是定值），压缩指数在

较高的压力范围内是常数。

11、其他压缩指标

体积压缩系数nu土体在单位应力作用下单位体积的体积变化；

av

mv=——

压缩模量Es：土体在无侧向变形条件下，竖向应力竖向应变之比;

1

Es=—

mv

变形模量E：土体在无侧限条件下应力与应变之比；

12、应力历史

应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态；

固结应力：能够使土体产生固结或压缩的应力，以仇表示；

前期固结应力：土在历史上曾受到过的最大有效应力，以p「表示；

超固结比:前期固结应力与现有有效应力pJ之比，以OCR表示,即OCR=pc/p/o

13、无侧向变形条件下单向压缩量计算假设

（1）土的压缩完全是由于孔隙体积减小导致骨架变形的结果，土粒本身的压

缩可忽略不计；

（2）土体仅产生竖向压缩，而无侧向变形；

（3）土层均质且在土层厚度范围内压力是均匀分布的。

14、单向压缩量公式

S=-^^pH=n^ApH=—^pH

1+。E,

15、分层总和法

按土的特性和应力状态的变化将地基分为若干（加层，假定每一分层土质

均匀且应力沿厚度均匀分布，然后对每一分层分别计算其压缩量S,将各分层

的压缩量总和起来，即得地基表面的最终沉降量S。

16、确定压缩层厚度的方法

h

应力比法

地面p出

一般黏土：

压

分布a=0.2n

缩5dr7

层

H

/软黏土：

(T=0.1G

LLr74

17、地基沉降计算的ea曲线法

（1）选择沉降计算点位置；求出基底净压力的大小和分布;

（2）将地基分层。水工建筑物地基，每层厚度可控制在用二2〜4m或H^O.lbo

土层交界面、地下水位应为分层面;

(3)计算地基中的刍重应力（从地面算起）分布；

(4)计算地基中的附加应力分布（从基底算起:，确定压缩层厚度:

(5)按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力；

(6)求第，分层的压缩量;

Pu=aczife\

'=5

s产茶、

（7）每一分层压缩量累加，得地基总沉降量。

例题：有一矩形基础放置在均质黏土层上，如图（a）所示。基础长度£=10m,

宽度5m,埋置深度〃=1.5m,具上作用着中心徜■载10000kN。地基土

的天然湿重度为20kN/m>土的压缩曲线如图（b）所示。若地下水位距基底2.5

>Z7fi=10/5=2<10,属于空间问题，且为中心荷载，所以基底压力为

p=P@XB)=l0000/(1()X5)=200kPa,pn=p-yD=2OO-2OX1.5=170kPa

>因为是均质土，且地F水位在基底以下2.5m处，取分层厚度H[=2.5m。

>求各分层面的自重应力(从地面算起)

a,o=yd=30kPa

n$1=cts0+yH[=80kPa

，

。$2=+7H2=108kPa

。口=5+7H3=136kPa

。54=0s3+yH4=164kPa

，

o$5=(•+7H5=192kPa

＞确定压缩层厚度。第4点处。〃。“=0.195＜0.2,取压缩层厚度为10m。

＞计算各分层的平均自重应力和平均附加应力。

各分层的平均应力及相应的孔隙比

平均自重应力平均附加应力加荷后总的应力初始孔隙比

压缩稳定后的

层次

P\i=%OuP2i=%%孔隙比〃・

(kPa)(kPa)(kPa)

I551532080.9350.870

U941092030.9150.870

皿122661880.8950.875

IV150411910.8850.873

彳地基沉降量：分别计算各分层的沉降量，然后累加

Sf冬二冬LHI85cM

rri+%'

18、地基沉降计算的e-lgp曲线法

AB：沉积过程，到B点区

力为司

▼BC：取样过程，应力减

小，先期固结压力为以

方CD：压缩试验曲线，开

始段位于再压缩曲线上，

后段趋近原位压缩曲线

在先期固结压力Pc附

近发生转折，据此可

确定Pc

19、卡萨格兰德法

1.在曲线上，找出曲率

最大点m

2.作水平线ml

3.作in点切线m2

4.作in1,in2的角分线m3

5.m3与试3佥曲线的直线段交

于点B

6.B点对应于先期固结压力”

Pc

〃现场压缩曲线的推求假定：

①土取出地面后体积不变，点（e°,po）

应位于原状土的初始压缩曲线上；

②0.42e。处的土与原状土一致，土样不受

到扰动影响。

现场压缩曲线：

/确定前期固结应力区

“过。。作水平线与R•作用线交于B点。B

点必然位于原状土的初始压缩曲线上

,以0.42e0得到C点，C点也位于原状

土的初始压缩曲线上；

/通过B、C两点的直线即为所求的原

位压缩曲线。

〃现场压缩曲线的推求假定：

①土取出地面后体积不变，即（eo，pQ

在原位压缩曲线上；

②0.42与处的土与原状土一致，不受扰

动影响。

现场压缩曲线的推求：

①确定Pc的作用线

②过作水平线与Pc作用线交于B点

③过0.42e0作水平线与e-Igp曲线交于点C

④过B和C点作直线即为原位压缩曲线0

〃现场压缩曲线的推求假定：

①土取出地面后体积不变，即（e°,p。）

超固结土（Pc>Po=Po）在原位再压缩曲线上；

②再压缩指数C,为常数；

③0.42e0处的土与原状土一致，不受扰动

影响。

现场压缩曲线的推求：

①确定Po，Pc的作用线；

②过与作水平线与Po作用线交于D点；

③过D点作斜率为C$的直线，与以作用线

交于B点，DB为原位再压缩曲线：

④过0.42e0作水平线与e-lgp曲线交于点C；

⑤过B和C点作直线即为原位压缩曲线。

20、正常固结土的沉降计算

有一仓库面积为12.5X12.5m,堆荷为lOOkPn,地基剖面见图

（a）o从黏土层中心部位取样做室内压缩试验得到压缩曲线如图

（b）所示。土样的初始孔隙比0=0.67。试求仓库中心处的沉降量

（砂土压缩量不计）。

（1）确定沉降计算点及基底压力：沉降计算点为基础中心

点，基底压力为p=100kPa。

（2）地基分层：砂土层及黏土层下的基岩的沉降量不计，

故只需将黏土分层。

取Hi=0.4b=O.4X12・5=5m。

（3）黏土层顶面的自重应力为

Gsl=2Xm3X^=65kP:i

黏土层中心处的自重应力为

♦s2=Gsi+1。X5=115kPa

如土层底面的自重应力为

a=<T+10X5=165kPa

则s3两嘉s2土层的平均自重应力

分别为90,140kPa

（4）附加应力：该基础属空间问题，可求黏土层中各分层

的附加应力加（。由此可得

=

Ap!=67kPa,Ap236kPao

（5）室内压缩曲线T卡萨格兰德法5黏土层前期固结压

力Pc=U5kPa,又黏土层中心处的自重应力

pn=115kPa,Pc=poT正常固结土。

（6）〜交前期固结应力3D（现场压缩曲线的起点）；

0.420（=0.28）T交点CT连DC（现场压缩曲线）。

C点的横坐标为63010%,

所以现场压缩指数为

”（0.67-0.28）候（630/115尸0.53

(6)计算沉降量S,=-普乜二

1十e()i

e0i=eo~^c^S(~)

p。

黏土层1中心处

e0i=0.67-0.531g(90/115)=0.726

黏土层2中心处

e02=O.67-O.531g(14O/115)=O.625

1+%Po.

50090+67500cc-140+36、

x0.531g()x0.531g(———)

1+0.726901+0.625

=37.1+16.2=53.3c〃?

21、太沙基向固结理论假定

(1)土是均质、各向同性且饱和的；

(2)土粒和孔隙水是不可压缩的，土的压缩完全由孔隙体积的减小引起;

(3)土的压缩和固结仅在竖直方向发生；

(4)孔隙水的向外排出符合达西定律，土的固结快慢决定于它的渗流速

度；

(5)整个固结过程中，土的渗透系数、压缩系数等均视为常数；

(6)地面上作月着连续均布荷载并且是一次施加的，总应力不变。

22、固结度：是指在某一附加应力下，经某一时间力后，土体固结或超孔隙水应

力消散的程度。

-2—T

U=l-8^sY—1em4Y=5…

k"厂

土层的平均固结度是时间因数北的单值函数,它与所加的附加应力的大小无关，

但与附加应力的分布形态有关。

23、例题

设饱和黏土层的厚度为10m,位于不透水坚硬岩层上，

由于基底上作用着竖直均布荷载，在土层中引起的附加

应力的大小和分布如图所示。若土层的初始孔隙比4为

0.8,压缩系数“v为2.5X10-4kPa,渗透系数R为2.0cm/a。

史皿皿止二外试问：

一|—［：菰?7袅面(1)加荷一年后，基础中心点的

粘土层/沉降量为多少？

/(2)当基础的沉降量达到20cm时

1k分布需要多少时间？

yI6/0p；

不透水面

(1)础的最终沉降量为S="y/(l+ei)X%H

=2.5X104X200X1000/(1+0.8)

=27.8cm

该土层的固结系数为

C、,=k(l+ei)/“vYw

粘土层

=10m=2.0X(1+0.8)/0.00025X0.098

=1.47X105cm2/a

不透水面

时间因数为

22

Tv=Cvt/H=1.47X105X1/1000=0.147

土层附加应力为梯形分布，其

viiimiiiiiP^24okpa参数

•••••z，

«=GZ7<vz=240/160=1.5

船土层

f=10m由Tv及。值从图4-26查得土

层的平均固结度为0.45,则加

荷一年后的沉降量为

不透水面St=UXS=0.45X27.8=12.5cm

(2)已知

基础的沉降为S〔=20cm,最终沉降量S=27.8cm

则土层的平均固结度为

U=St/S=20727.8=0.72

由U及&值从图4-26查得时

240kPa间因数为。.47,则沉降达到

IIIIUIIUir-20cm所需的时间为

240kPaZa*®

2

粘土层/t=TvH/Cv

W=10m/=0.47X