土力學完整版

1、土力學：土力學是研究土體的一門力學。它以力學和工程地質學為基礎，研究土體的應 力，變形，強度，滲流及長期穩(wěn)定性的一門學科。地基：承受建筑物，構筑物全部荷載的那一部分天然的或部分人工改造地層。地基設計時應滿足的基本條件：強度，穩(wěn)定性，安全度，變形。土： 土是由巖石經(jīng)理物理，化學，生物風化作用以及剝蝕，搬運，沉積作用等交錯復雜 的自然環(huán)境中所生成的各類沉積物。土粒：土中的固體顆粒經(jīng)巖石風化后的碎屑物質，簡稱土粒。土是由土粒（固相），土中水（液相）和土中氣（氣相）所組成的三相物質oEg： “凍土” 是固體顆粒，液體水，冰，氣四相體。物理風化：由于溫度變化，水的膨脹，波浪沖擊，地震等引起的物理力使巖體

2、崩解，碎 裂的過程，這種作用使巖體逐漸變成細小的顆粒。（只改變大小，不改變性質）化學風化：巖體（或巖塊，巖屑）與空氣，水和各種水溶液相互作用的過程，這種作用 不僅使巖石顆粒變細，更重要的是使巖石成分發(fā)生變化，形成大量細微顆粒（黏粒）和 可溶巖類（發(fā)生質的變化）。殘積土：指巖石經(jīng)風化后未被搬運而殘留于原地的碎屑堆積物。它的基本特征是顆粒表 面粗糙，多棱角，六分選，天層理，分布在寬廣的分水嶺地帶，變形大，不穩(wěn)定，屬于 不良地質。坡積土：殘積土受重力和暫時性流水（雨水，雪水）的作用，搬運到山坡或坡腳處沉積 起來的土坡積顆粒隨斜坡自上而下呈現(xiàn)由粗而細的分選性和局部層理。分布在山腳或山 腰平緩部位上部與

3、殘積物相連，厚度變化大。礦物成分宇母巖不同，不穩(wěn)定，屬于不良 地質。洪積土：殘積土和坡積土受洪水沖刷，搬運，在山溝出口處或山前平原沉積下來的土。 隨離山由近及遠有一定的分選性，近山區(qū)顆粒粗大，遠山區(qū)顆粒細小，密實，顆粒有一 定的磨圓度。粒度：土粒的大小稱為粒度，通常以粒徑表示。粒組：介于一定的粒度范圍內的土粒，稱為粒組。顆粒級配：以土中各個粒組的相對含量（各個組粒占總量的百分比）表示土中顆粒大小 及其組成情況。粒徑成分分布曲線（顆粒級配）：采用粒徑累計曲線表示土的顆粒級配。曲線較陡，表 示粒徑大小相差不多，土粒較均勻，級配不良；曲線平緩，則表示粒徑大小相差懸殊， 土里不均勻，級配良好。有效粒徑

4、d10：小于某粒徑的土粒質量累計百分數(shù)為10%時的有效粒徑。中值粒徑d30：小于某粒徑的土里質量累計百分數(shù)為30%時的有效粒徑。限定粒徑d60：小于某粒徑的土里質量累計百分數(shù)為60%時的有效粒徑。不均勻系數(shù)Cu:反映大小不同粒組的分布情況，即土粒大小或粒度程度，系數(shù)越大， 表示粒度的分布范圍越大，土粒越不均勻，其級配越好。Cu10級配 良好。Cu=d60/d10曲率系數(shù)Cc：指累計曲線分布的整體形態(tài)，反應了限制顆粒d60與有效粒徑d10之間 各粒組含量的分布情況。礫性土或砂性土同時滿足Cu=5,Cc=1-3,兩個條件時，則為良 好級配的礫或砂；反之，則為級配不良。Cc=d30d30/d10d6

5、0源生礦物：原巖生成的經(jīng)物理風化后產生的一般顆粒較大，無粘性土礦物。次生礦物：原巖經(jīng)過化學（生物）風化形成的顆粒小，粘性礦物。結合水：當土粒與水結合作用時，土粒會吸附一部分水分子，在土粒表面形成一定厚度 的水膜，成為結合水。強結合水是指緊靠土粒表面得結合水膜，亦稱吸著水；弱結合水是指緊靠于強結合水的外圍而形成的結合水膜，亦稱薄膜水。重力水：是存在于地下水位以下的透水層中的地下水，它是在重力或水頭壓力作用下運 動的自由水，對土粒有浮力作用。自由水：是存在于土粒表面電場影響范圍以外的水（重力水，毛細水）傳遞靜水壓力， 有融解。毛細水：是存在于地下水位以上，收到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水。

6、粘土顆粒（黏粒）的礦物成分主要有黏土礦物和其他化學膠結物或有機質，其中黏土礦 物的結晶結構特征對黏性土木工程性質影響較大。蒙脫石：連接松散，水理性質強，遇水膨脹，央水收縮。（膨脹土）伊利石：具有一定的水理性質，膨脹量收縮量均沒有蒙脫石大。（水理性質）離嶺石：水理性質非常弱，受水影響小。m u液 mw Vwam= m + m土粒比重（土粒的相對密度）ds： 土粒質量與同體積的（4 c時純）水的質量之比，稱為土粒相對密度ds，無量綱。ds = - = BV Pw1 Pw134.35.36.37.土里含水量：土中水的質量與土粒質量之比，稱為土的含水量 W，以百分數(shù)計w = m x100% m s,、

7、 、m土的密度P :土單位體積的質量稱為土的（濕）密、度P，g/cm，p =Vm 土的干密度Pd:土單位體積中固體顆粒部分的質量，稱為土的干密度Pd，g/cm，, p d = 了 土的飽和密度P皿：土孔隙中充滿水時的單位體積質量，稱為土的飽和密度P皿，g/cm3 P = ms + VvPw，sat土的有效密度P:在地下水位以下，土單位體積中土粒的質量與同體積水的質量之差，稱為土的浮密度P，g/cm，, p = m PwVV土的孔隙比e： 土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比e = Vs土的空隙率n: 土的孔隙率是土中孔隙體積與孔隙總體積之比，以百分數(shù)計n =匕 x 100%V土的飽和度Sr:

8、土中水的體積與土中孔隙突擊之比稱為土的飽和度，以百分數(shù)計VSr = x100%VV42,指標時換算：* = 1，氣=e, v = 1 + ee = Vv ds = 4,巧=m TOC o 1-5 h z ，w1msm(1 + w)dsp(1 + w)dsp4p =w n e =w -1 v 1 + epms dsp p ds epPd 一 一 1+7一 1+W 1+7 一(1 + w) pw pd = 1+wm + v p dsp + epds + e_.= =psatv1 + e1 + e wms 一 vRvdspw _ pw _ ds -11 + e1 + e Pw(5) n =匕= v

9、1 + ewdsppWewdsv(6) Sr =工= vv塑性指標：土的液性指數(shù)是指液限和塑限的差值（省去符號），即土必在可塑狀態(tài)的含 水量變化范圍，用符號Ip表示，IP =吧一吧,IpW10粉土 10Ip17, 粉質粘土液性指數(shù)：土的液性指數(shù)是指粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，用IL表示，IL = wWp = W-Wp ,IL 1 .流塑。0 I 1，可塑。WL-wpIp靈敏度st:土的靈敏度是與土的強度與該土重塑（土的結構性徹底破壞）后的強度之比來表示，重塑式樣具有與原狀試樣相同的尺寸，密度和含水量st = q qD = P d max_dPminP d P d maxd m

10、in觸變性：飽和粘性土的結構受到擾動，導致強度降低，但當擾動停止后，土的強度又隨 時間而逐漸部分恢復。這種抗剪強度隨時間回復的膠體化學性質稱為觸變性。相對密實度：D = /max :max min土的凍脹性：是指土的凍脹和凍融給建筑物或土工建筑物帶來危害的變形特性。影響土的滲透系數(shù)的主要因素有：（1） 土的粒度成份。（2）土的密實度。（3） 土的飽和 度。（4） 土的結構。（5） 土的濕度。（6） 土的構造。滲流引起的滲流破壞問題主要有兩大類：一是由于滲流力的作用，使土顆粒流失或局部 土體產生移動導致土體變形甚至失穩(wěn)；二是由于滲流作用，是水壓力或浮力發(fā)生變化， 導致土體或結構失穩(wěn)。滲流力：單位

11、體積土顆粒所受到的滲流作用力為滲流力或動水力。流沙現(xiàn)象：在向上的滲流力作用下，粒間有效應力為0時，顆粒群發(fā)生懸浮，移動的現(xiàn) 象稱為流沙現(xiàn)象或流土現(xiàn)象。流沙現(xiàn)象的產生：不僅取決于滲流力的大小，同時與土的顆粒級配密度及透水性等條 件有關。流沙現(xiàn)象的防治原則：1.減小或消除水頭差，如采取基坑外的井點降水法降低地下水位， 或采取水下挖掘；2.增長滲流路徑，如打板樁；3.在向上滲流出口處地表用透水材料覆 蓋壓重以平衡滲流；4.土層加固處理.達西定律：q = kAi v = = kiA管涌：在水流動滲透作用下，土中的細顆粒在粗顆粒形成的空隙中移動，以至流失；隨 著土的空隙不斷擴大，滲流速度不斷增加，較粗的

12、顆粒也相繼被水流逐漸帶走，最終導 致土體內形成貫通的滲流管道，造成土體坍塌，這種現(xiàn)象稱為管涌。潛蝕：在自然界中，在一定條件下同樣會發(fā)生上述滲透破壞作用，為了與人類工程活動 所引起的管涌相區(qū)別，通常稱為潛蝕。防治管涌現(xiàn)象的措施：1.改變水力條件，降低水力坡度，如打板樁；2.改變幾何條件， 在滲流溢出部位鋪設反濾層是防止管涌破壞的有效措施。土中應力分類：按其起因可分為自重應力和附加應力，按土骨架和土中空隙的分擔作用 可分為有效應力和孔隙應力。土中自重應力：是指土體受到自身重力作用而存在的應力。土中附加應力：土中附加應力是指土體受到外荷載（包括建筑物荷載，交通荷載，堤壩 荷載等）以及地下水滲流，地震

13、等作用下附加產生的應力增量，這是產生地基變形的主 要原因，也是導致地基土的強度破壞和失穩(wěn)的重要原因。總應力：土中某點的有效應力與孔隙壓力之和，稱為總應力。土中有效應力：指土粒所傳遞的粒間應力，它是控制土的體積變形和強度兩者變化的土 中應力。土中孔隙應力：指土中水和土中氣所傳遞的應力，土中水傳遞的孔隙水應力即孔隙水壓 力?；馗郊訅毫Γ夯貕毫鄢貥烁咛幍淖灾貞?。地基附加應力：建筑物荷重在土體引起的附加于原有自重應力之上的應力。土的壓縮性：指土體在壓力作用下體積縮小的特性。壓縮曲線：是室內土的固結試驗的直接成果，它是土的孔隙比與所受壓力的關系曲線， 從而得到土的壓縮性指標。_ F + G

14、/中心荷載下的基地壓力：P = A（ G =y GAd，y g取20 KNm 3 /）八 F + G M F + G 人 6e）偏心荷載下的基地壓力： P = - + M7 = 7, 1 7A W lb k l ）71, 土的壓縮性系數(shù)：土體在側限條件下，孔隙比減小量與有效壓應力增量的比值（MPa -1）即e-p曲線中某一壓力段的割線斜率。a= tanP = =已二，通常采用壓力段由 pp2 - p1p =0.1Mpa增加到p =0.2Mpa時的壓縮系數(shù)a 來評定土的壓縮性。如下：a 0.1Mpa121-21-2時為低壓縮性土，.1=L05Mpa時為高壓縮性土。72.土的壓縮性指數(shù)：土在側限條

15、件下，孔隙比減小量與有效壓應力常用對數(shù)值增量的比值，即e-lgp曲線中某一壓力段的直線斜率C = 一土二5c log p2 - log piAe，Cc 0.4為高壓縮性土。土的壓縮模量：土在側限條件下的豎向附加壓應力與豎向應變之比值Es= Ap= 1。（匕-%）/a（1 + ）先期固結壓力：天然土層在歷史上受過最大固結壓力（指土體在固結過程中所受的最大豎向有效應力）稱為先期固結壓力或稱前期固結壓力。正常固結土：在歷史上所經(jīng)受的先期固結壓力等于現(xiàn)有覆蓋土重。超固結土：歷史上曾經(jīng)受過大于現(xiàn)有覆蓋土重的先期固結壓力。欠固結土：先期固結壓力小于現(xiàn)有覆蓋土重。先期固結比：先期固結壓力與現(xiàn)有覆蓋土重之比值

16、定義為超固結比OCR= P。1地基變形計算深度：所謂地基壓縮層深度，是指自基礎底面向下需要計算變形所達到的 深度，該深度以下土層的變形值小到可以忽略不計，亦稱地基變形計算深度。有效應力：控制土的體積變形和強度兩者變化的土中應力。地基固結度：指地基土層在某一壓力作用下經(jīng)歷時間t所產生的固結變形量與最終固結 變形量之比值，或土層中（超）孔隙水壓力的消散程度，亦稱固結比或固結百分數(shù)。土的抗剪強度：定義為土體抵抗剪應力的極限值或土體抵抗剪切破壞的所受剪能力（強 度）?？辜魪姸瓤倯Ψǎ阂钥倯Α１硎炯羟衅茐拿嫔系姆ㄏ驊ΨQ為抗剪強度總應力法?？辜魪姸扔行Ψǎ河行Ρ硎炯羟衅茐拿嫔系姆ㄏ驊ΨQ為抗

17、剪強度有效應力 法?？辜魪姸劝€與莫爾圓的關系：1整個莫爾圓位于抗剪強度的下方說明該點在任何平面 上的剪應力都小于所能發(fā)揮的抗剪強度因此不會發(fā)生剪切破壞2莫爾圓與抗剪強度包 線相切切點為A說明在A點所代表的平面上，剪應力正好等于抗剪強度。該點處于極 限平衡狀態(tài)，此莫爾圓稱為極限應力圓。3抗剪強度包線是莫爾圓的一條割線，這種情 況不可能出現(xiàn)。86.極限平衡條件：。=。3tan2（45。+?） + 2ctan（45。+?或b =b tan2 （45 -2） - 2c tan（45。-?）。直剪儀的優(yōu)缺點：直剪儀具有構造簡單操作方便等優(yōu)點。缺點有：1剪切面限定在上下 盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱

18、面2剪切面上剪應力分布不均勻，土樣剪切破壞時 先從邊緣開始在邊緣發(fā)生應力集中現(xiàn)象。3在剪切過程中土樣剪切面逐漸縮小，而在計 算抗剪強度時卻是按土樣的原截面的面積計算的，試驗環(huán)境不能嚴格控制排水條件。不 能量測孔隙水壓力，在進行不排水剪切時，試件仍有可能排水。不固結不排水三軸試驗（簡稱不排水試驗）：試樣在施加圍壓和隨后施加豎向壓力直至 剪切破壞得整個過程中都不允許排水，試驗至始至終關閉排水閥門。固結不排水三軸試驗（簡稱固結不排水試驗）：試樣在施加圍壓。3時打開排水閥門，允 許排水固結，待固結穩(wěn)定后關閉排水閥門，再施加豎向壓力,使試樣在不排水的條件下剪 切破壞，固結排水三軸試驗（簡稱排水試驗）：試樣在施加圍壓。3時，允許排水固結待固結穩(wěn)定 后，再在排水條件下施放豎向壓力直至試件剪切破壞。粘性土：廣義的粘性土包括粉土，飽和粘性土。三軸壓縮儀的優(yōu)點：1能較為嚴格的控制排水條件以及可以量測試件中孔隙水壓力的變 化。2試件中的應力狀態(tài)比較嚴峻破壞面是在最弱處。3還可以用以判定土的其他力 學性質，如土的彈性模量。土壓力：通常是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產生的側壓力。擋土墻：防止土體坍塌的構筑物，在房屋建筑，橋梁，道路以及水利等工程中得到的廣 泛應用。擋土墻側的土壓力大小及其分布規(guī)律影響