土力学与基础工程知识点考点整理汇总

1、一、导言1.1土力学、基础和基础的概念1.土壤：土壤是一种颗粒状沉积物，由连续坚硬的岩石风化、剥蚀、搬运和沉积而成。2.基础：基础是指支撑基础的土壤或岩体。(基础由地层组成，但地层不一定是基础，基础是受土木工程影响的地层)3.基础：基础是指墙、柱地下的延伸部分。其功能是将结构所承担的各种功能转移到基础上的结构部件上。(基础可分为浅基础和深基础)4.持力层：持力层是指嵌入基础并直接支撑基础的土层。5.下卧层：下卧层是指位于持力层下的土层。(软弱下卧层的强度远小于承重层的强度)。6.基础工程：基础和地基是建筑物的基础，统称为基础工程。7.土的工程性质：土的松散颗粒、渗透性、压缩性和整体强度(连接强

2、度)较弱。8.基础和基础设计必须满足的条件：强度条件(按极限承载力状态设计):即结构传递的荷载不得超过结构的承载力；(2)变形条件：按正常使用极限状态设计，即控制基础沉降范围不超过基础变形允许值。二、土壤的性质和工程分类2.1概述土壤的三相组成：土体一般由固相(固体颗粒)、液相(土壤中的水)和气相(气体)组成，简称三相体系。2.2土壤的三相组成和土壤结构(a)土壤的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机物质。矿物颗粒主要有两种类型：(1)原生矿物：由岩浆冷凝形成的矿物，如应时、长石、云母等。(2)次生矿物：由原生矿物化学风化形成的新矿物(如粘土矿物)。它们的颗粒细小且呈片状，是粘性土固相的主要成分

3、。次生矿物中的粘性矿物对土壤亲水性的工程性质影响最大。粘土矿物主要包括高岭石、蒙脱石和伊利石。蒙脱土的晶胞由夹在两个氧化硅晶片之间的一层氢氧化铝晶片组成，称为2:1型结构晶胞或三层型晶胞。它具有极强的亲水性和较差的工程性能。伊利石具有介于蒙脱石和高岭石之间的工程性质。高岭石是由氧化硅晶片和氢氧化铝晶片组成的晶胞，属于1:1型结构单元层或两层。其亲水性、膨胀性和收缩性均低于伊利石，甚至低于蒙脱石。它在水中稳定，具有良好的工程性能。土壤颗粒的大小称为颗粒大小。在工程性质方面，土壤的工程性质随着不同的颗粒大小和矿物成分而变化。在工程中，具有相似大小和性质的土壤颗粒通常被组合成一个组，称为颗粒组。被划

4、分的颗粒组的边界尺寸被称为边界颗粒尺寸。土壤颗粒组大致分为三个通用术语：巨粒、粗粒和细粒，然后再细分为六个颗粒组：漂石(块石)、卵石(碎石)、砾石颗粒、砂粒、粉砂颗粒和粘土颗粒。土壤中每一种谷物的相对含量用占土壤谷物总重量的百分比来表示，称为土壤的谷物等级。土壤级配曲线的纵坐标表示小于某一土壤颗粒的累积质量百分比，横坐标表示土壤颗粒大小的对数值。土壤颗粒大小的均匀性可以用曲线形状来评价。如果曲线平缓，颗粒大小会有很大变化，颗粒不均匀，级配良好。相反，颗粒是均匀的，并且级配差。工程中常用非均匀系数和曲率系数来反映土壤颗粒的非均匀程度。-粒径小于土壤总质量的10%,具有一定粒径的土壤颗粒被称为e测

5、定土壤中各粒组相对含量的方法称为土壤颗粒分析试验。(1)筛分法(适用于粒径大于0.075毫米的粗粒土)(2)沉降分析方法(对于粒径小于0.075毫米的细粒土)包括密度计法和移液管法(2)土壤中的水根据其存在形式可分为液态水、固态水和气态水。固体水也称为内部晶格水或内部结合水，是指存在于土壤颗粒晶格中或参与矿物结构的水。土壤中的液体水分是结合水和自由水(重力水和结合水)。结合水是指在带电分子的作用下，吸附在土壤颗粒表面形成薄膜的水。可分为强结合水和弱结合水(弱结合水的水膜厚度对工程性质有很大影响)。自由水是土壤中的水，存在于电场对土壤颗粒表面的影响范围之外。根据不同的作用力，自由水可分为重力水和

6、毛细水。重力水是存在于地下水位以下的水，在土壤颗粒的电分子的重力范围之外。毛细水是自由水，在水和空气界面的表面张力作用下，存在于地下水位以上的渗透层中。如果毛细水上升到地表，将导致土壤盐碱化和沼泽化，并使地基变湿，降低其强度，增加其变形。在寒冷地区，土壤的冻胀也会加剧，而且地下室会过于潮湿。因此，在工程中应注意防潮和防冻。(3)土壤中的气体存在于未被水占据的空隙部分。封闭气体对土壤的工程性质有很大影响。土壤结构是指土壤颗粒或团聚体的大小和形状、表面特征的排列和排列以及它们之间的联系特征，而结构是指土层的宏观特征，如层理、裂隙和大孔隙，也称为宏观结构。土的结构和构造对土的性质有很大影响，一般分为

7、三种基本类型：单颗粒结构、蜂窝结构和絮凝结构。单颗粒结构无粘性土因其体积大、自重轻、重力小而形成独特的结构。单颗粒结构可以是松散的或紧密的。单颗粒结构密实的土壤是一种较好的天然地基。单一颗粒结构的松散土未经处理不得用作建筑物的基础。连接结构中粘性土的特殊结构是由于颗粒小、连接紧密、吸引力和连接性强而形成的。类型有蜂窝结构(淤泥0.0750.005)和絮凝结构(粘土0.075)。絮凝沉淀形成的土壤结构极其不稳定，可随着溶液性质的变化或振荡而重新分散。土壤结构最重要的特征是分层，即层理结构。2.3土壤物理性质指数土壤的九项物理性质指标(包括三项基本指标)A.三个基本指标土壤自然密度：土壤单位体积质

8、量。(2)土壤含水量W:水质与土壤颗粒质量之比。(3)土壤颗粒的相对密度：在相同的4C体积下，土壤固体颗粒的质量与纯水的质量之比。-纯水密度(单位体积质量)，等于1或1。“比重瓶法”可用于实验室测定。b、反映土壤单位体积质量(或重力)的指标(1)土壤的干密度：单位体积土壤中固体颗粒的质量，称为土壤的干密度，表示为：(2)土壤饱和密度：当土壤孔隙充满水时单位体积的质量。一般在1.8 2.3的范围内。(3)土壤有效密度(或漂浮密度):在地下水位以下，单位体积土壤颗粒的有效质量是在减去相同体积的水的质量后得到的。c、反映土壤孔隙特征、含水量的指标土壤孔隙比E(以十进制表示):土壤中孔隙体积与土壤颗粒

9、体积之比称为土壤孔隙比E(2)土壤孔隙度n:土壤孔隙度与总体积的比率(以百分比表示)称为土壤孔隙度n。孔隙比和孔隙率都是反映土密实度的重要物理指标(3)土壤饱和度(反映土壤水分水平物理性质的指标)土壤中水的体积与空隙体积的比率被称为土壤的饱和度，以百分比表示。2.4无粘性土的密实度判断无粘性土密实度的最简单方法是用空隙率e，但由于颗粒的形状和级配对土的空隙率有很大影响，相对密实度在工程中被普遍采用。根据数值(一般以百分比表示)，砂的密实状态可分为三种类型：厚的中等密度松的砂土的密实度也可以用标准贯入试验的锤击数来评价。根据含氮量，砂土可分为松散、稍密、中密和密实四种密实度。如果是砾石，根据现场

10、鉴定方法，可分为四种密实状态：密实、中密实、稍密实、松散。2.5粘性土的物理性质(1)粘性土的概念粘性土是一种塑性土。在外力的作用下，它们可以被塑造成任何形状而不开裂。当外力移除时，原始形状可以保持不变。(2)粘性土的极限含水量：粘性土从一种状态到另一种状态的边界含水量称为极限含水量。液限():土壤从塑性状态到流动状态的极限含水量；塑性状态下土壤的最大含水量，略大于流动状态；限制土壤含水量；塑性极限():将土壤含水量从半固态限制到塑性状态；塑性状态土壤的最小含水量略小，为半固态；收缩极限():土壤从固态到半固态的极限含水量；土壤处于半固态的最低含水量，稍小的是固态。收缩极限塑性极限液体极限含水

11、量固态半固态塑性流动状态目前，我国采用锥形液限仪来测量粘性土的液限。塑性极限通常用“摩擦条法”测量。粘性土的塑性指数和液体指数塑性指数：液体极限和塑性极限之间的差异。传统上表示为不含%的百分比。取一个小数位，然后四舍五入。塑性指数是工程中常用的粘性土分类依据。液限指数：表示土壤自然含水量和边界含水量之间相对关系的指数。表示粘性土壤的硬度和柔软度，通常用十进制表示。粘性土按液体指数可分为硬塑、硬塑、塑、软塑和流塑。粘性土的敏感性和触变性敏感性是土壤的结构。当土体受到外力扰动，其结构被破坏时，土体强度降低，压缩性增加。工程中常用灵敏度来衡量粘性土结构对强度的影响。饱和粘性土根据敏感性可分为三类：低

12、敏感性、中敏感性和高敏感性。土的敏感性越高，其结构越强，扰动土的强度下降越明显。因此，必须注意保护基础设施中的基槽，以尽量减少对土壤结构的干扰。触变性：指粘性土在扰动后随时间恢复其抗剪强度的能力(属于胶体化学)。这种性质主要表现在，虽然在某些软粘土扰动后，结构被破坏，强度降低，但土的强度会随着时间的推移而逐渐增加，这是因为土中的土颗粒、离子和水分子随着时间的推移而逐渐趋于新的平衡状态。2.6土壤渗透性和渗漏(1)渗流概念：只要存在水头差，土壤孔隙中的自由水就会在重力作用下运动。水通过土壤孔隙流动的现象称为渗流，而土壤被水流渗透的性质称为土壤渗流。(2)层流入渗规律：在土壤流动过程中，土壤间隙一

13、般较小，水流速度很慢。因此，在大多数情况下，它的流动状态属于层流，即两个相邻水分子的轨迹是平衡的，而不是混合流动。达西定律：其中：-单位渗漏量I-水力梯度或水力梯度，v-渗透速度土壤渗透系数是反映土壤渗透性的一个系数。其物理意义是：单位水力梯度i=1时的渗流速度一些粘土遵循改良的达西定律：碎土等。遵守哲才的法律。渗透系数测量水渗透系数常用的方法有室内恒定水头法和变水头法。室内测量的渗透系数用以下公式表示：现场抽水试验测得的渗透系数：动态水和渗流破坏水动力：单位体积内水流对土壤颗粒施加的力。也称为渗透力动态液压功率公式：临界水头梯度：“”渗流破坏的几种形式：流沙：当地下水自下而上渗透时，渗流产生

14、的动水压力大于土壤的有效重力，土壤颗粒间的有效应力等于零，土壤颗粒悬浮在水中，与水一起流动。(2)管道：当地下水流的水力梯度很大时，水流由层流变为紊流。此时，渗透力将带走填充在土体粗孔中的细土，最终导致土体内部形成贯通的渗透管道，导致土体坍塌。这种现象被称为管道。(3)自然条件下的渗透破坏可分为机械侵蚀和化学侵蚀。机械侵蚀是指渗透的机械力冲刷细粒土壤并形成洞穴。化学侵蚀是指水流溶解土壤中的可溶性盐和水泥，使土壤疏松，细粒土壤被冲走形成洞穴。后果：土洞形成并不断扩大，导致地面沉降和建筑物破坏。2.7土壤水化是指饱和砂土或粉土在一定的动荷载强度下表现出相似的液性，完全丧失承载力的现象。2.8地基土

15、的分类A.岩石(颗粒和整体或解理裂缝之间有牢固连接的岩体)b、砾石土(指粒径大于2mm颗粒含量大于50%的土，根据颗粒组含量和颗粒形状可分为漂石、漂石、卵石、圆砾和角砾，砾石土的密实度可分为松散、稍密、中密、密按锤数)c、砂(指粒径大于2mm的颗粒含量不超过总重量的50%且粒径大于0.075mm的土壤总重量的50%以上。可分为砾石砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂)d粉质土(指粒径大于0.075毫米，颗粒含量小于总重量的50%，塑性指数小于或等于10，性质介于粘性土和砂土之间的土)分为砂质粉土(粒径小于0.005毫米，颗粒含量小于总重量的10%)和粘性粉土(粒径小于0.005毫米，颗粒含量大于总重量的10%)。粉土的密实度与天然孔隙比有关。e粘性土(指塑性指数大于10的土)根据粘性土的状态，可分为硬塑、硬塑、塑、软塑和流塑。根据沉积时代，可分为老粘土、普通粘土和新沉积粘土。f、人工填土(指人类活动形成的各种土壤)它可分为素填土、杂填土和填土。G.特殊土壤特殊类型的