土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)教學(xué)大綱

#《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》教學(xué)大綱適用專業(yè): 地質(zhì)工程課程編號:課程類別:必修課內(nèi)學(xué)時: 72開課學(xué)期:5一、課程性質(zhì)與目的本課程是為地質(zhì)工程專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)必修課。其目就是使學(xué)生了解和掌握土的基本特性、土力學(xué)的基本原理、土體變形及穩(wěn)定的分析和計(jì)算方法。為從事地質(zhì)工程工作打下基礎(chǔ)。二、課程的基本要求本課程為地質(zhì)工程專業(yè)的專業(yè)主干課，只有在掌握了數(shù)理化、力學(xué)、地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識后才能學(xué)習(xí)本課程。因此，本課程的開設(shè)時間應(yīng)設(shè)在高等數(shù)學(xué)、普通物理學(xué)、工程力學(xué)、普通化學(xué)、普通地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)等課程之后。本課程的內(nèi)容也涉及工程檢測技術(shù)和土工實(shí)驗(yàn)與地球物理勘探和土工實(shí)驗(yàn)課程同步開設(shè)。通過課堂教學(xué)、課堂討論、多媒體教學(xué)、習(xí)題作業(yè)等教學(xué)手段，學(xué)生應(yīng)達(dá)到如下要求：.牢固掌握土的基本物理力學(xué)性質(zhì)，土的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度和地基計(jì)算等土力學(xué)的基本原理和計(jì)算方法；.掌握主要土工試驗(yàn)的基本原理的一般操作技術(shù)；.土的主要特點(diǎn)是復(fù)雜性、易變性，因此，學(xué)習(xí)時應(yīng)注重理論聯(lián)系實(shí)際，將土力學(xué)理論應(yīng)用于實(shí)踐，在實(shí)踐中注意積累資料及經(jīng)驗(yàn)，再去豐富理論。三、本課程的重點(diǎn)本課程的重點(diǎn)是研究土的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及與此有關(guān)的工程問題。四、本課程與其它相關(guān)課程的關(guān)系與本課程相關(guān)的課程有：工程力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、專門工程地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)、地基處理、基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)與施工、巖土工程物探技術(shù)、地球物理勘探、水文地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)。為本課程的基礎(chǔ)課程。五、課程內(nèi)容緒論學(xué)習(xí)土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)概念及工程問題、學(xué)科特點(diǎn)與性質(zhì)、學(xué)科發(fā)展、學(xué)習(xí)內(nèi)容與參考書；第一章土的物理性質(zhì)與工程分類第一節(jié)土的形成與結(jié)構(gòu)與構(gòu)造：：了解什么是土，它是怎樣生成的，從土的形成來看它有什么特點(diǎn)。學(xué)習(xí)顆粒間的作用力、顆粒間的排列型式（結(jié)構(gòu)類型）、土的構(gòu)造、粘性土的靈敏度，掌握單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與不同，了解土的層狀構(gòu)造、分散構(gòu)造、結(jié)構(gòu)狀構(gòu)造、裂隙狀構(gòu)造，理解靈敏度的含義與劃分。第二節(jié)土的三相組成：學(xué)習(xí)土的固體顆粒、礦物成分、土粒形狀、土中水、土中氣等內(nèi)容，掌握土的顆粒級配的含義及顆粒級配累積曲線的做法、用途。區(qū)分開三大類礦物成分（高嶺石、伊里石、蒙脫石）不同性質(zhì)，土中水的主要形態(tài)類型。第三節(jié)土的物理性質(zhì)指標(biāo)主要學(xué)習(xí)土的重量、土的含水性、土的孔隙性以及各項(xiàng)物理性質(zhì)指標(biāo)的換算。第四節(jié)土的水理性質(zhì)學(xué)習(xí)土的透水性、毛細(xì)性、粘性土的稠度和可塑性，粘性土的抗水性等。第五節(jié)土的力學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)土的變形特性，土的壓縮性，抗剪性，土的擊實(shí)性，以及影響土的力學(xué)性質(zhì)的因素。第六節(jié)特殊土與土的工程分類學(xué)習(xí)最具代表性的工程分類方法。掌握碎石土、砂土、粉土、粘性土的分類標(biāo)志。本章重點(diǎn)內(nèi)容之一，應(yīng)掌握各類土的分類方法，會根據(jù)土的物性指標(biāo)，確定土的名稱。學(xué)習(xí)黃土、紅粘土、軟土、填土、凍土、膨脹土以及其它特殊土的工程地質(zhì)特征。第二章土的滲透性和滲流問題第一節(jié)概述第二節(jié)土的滲透性與滲透定律學(xué)習(xí)土的滲透性含義、滲流試驗(yàn)與達(dá)西定律滲透系數(shù)的測定與影響因素，土的滲透變形，土的毛細(xì)性和土在凍結(jié)過程中水分的遷移和積累等內(nèi)容，重點(diǎn)掌握滲透定律的內(nèi)容與適用范圍。第三節(jié)二維滲流與流網(wǎng)第四節(jié)滲透力和滲透變形學(xué)習(xí)滲流力的概念，滲流力的分析方法及土的滲透變形類型與條件。重點(diǎn)掌握滲流力及流沙、管涌的基本概念。第三章土體中的應(yīng)力計(jì)算本章內(nèi)容是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)知識，也是下章討論地基變形的前提，因此應(yīng)很好地掌握。地基中的應(yīng)力包括自重應(yīng)力和附加應(yīng)力，前者是土受的重力作用而產(chǎn)生的，后者是由于基礎(chǔ)等外部荷載所引起的，由于產(chǎn)生條件不同，因此兩者的分布規(guī)律和計(jì)算方法也不同。要學(xué)會自重應(yīng)力的計(jì)算方法和分布規(guī)律，及常用的典型規(guī)則的均布荷載下地基附加應(yīng)力的計(jì)算方法，并掌握基礎(chǔ)底面應(yīng)力計(jì)算和分布特點(diǎn)。要求明確有效應(yīng)力的概念。學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求如下：第一節(jié)概述學(xué)習(xí)地基的應(yīng)力類型與意義、土的應(yīng)力--應(yīng)變關(guān)系假定、地基中常見的幾種應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力符號規(guī)定。第二節(jié)土體的自重應(yīng)力計(jì)算學(xué)習(xí)均勻地基、成層地基土自重應(yīng)力的計(jì)算。第三節(jié)基底壓力及基底附加壓力的計(jì)算學(xué)習(xí)基底應(yīng)力分布形式、實(shí)用簡化計(jì)算方法、基底附加壓力的計(jì)算等內(nèi)容，記住中心荷載作用下和偏心荷載作用下基底壓力及基底附加壓力的計(jì)算公式。第四節(jié)地基中的附加應(yīng)力計(jì)算是本章重要內(nèi)容。學(xué)習(xí)地基基本假定、垂直集中力作用下的附加應(yīng)力（解）、矩形面積上不同的分布荷載作用下的附加應(yīng)力、圓形面積垂直均布荷載作用中心點(diǎn)下的附加應(yīng)力、條形荷載下地基應(yīng)力、非均質(zhì)和各向異性地基中的附加應(yīng)力。要求建立地基彈性體內(nèi)應(yīng)力擴(kuò)散概念、掌握幾種典型規(guī)則的分布荷載下附加應(yīng)力計(jì)算、會利用學(xué)過知識求不規(guī)則荷載作用下的附加應(yīng)力；要求記住幾個主要公式、條形均布荷載下應(yīng)力分布規(guī)律、非均質(zhì)和各向異性地基對附加應(yīng)力有何影響。第五節(jié)有效應(yīng)力原理是土力學(xué)最重要的原理之一，也是本章重要內(nèi)容，學(xué)習(xí)有效應(yīng)力原理的概念，飽和土中M和。的計(jì)算。要求掌握有效應(yīng)力原理的概念、靜水位條件下與穩(wěn)定滲流條件下引起的孔隙水壓力及其相互比較、附加應(yīng)力引起的超靜孔隙數(shù)壓力、三軸等向壓縮狀態(tài)、軸對稱三軸應(yīng)力狀態(tài)下的孔隙水壓力計(jì)算及相應(yīng)的孔壓系數(shù)、的含義，會用有效應(yīng)力原理解釋有關(guān)實(shí)際問題，如沿海城市的地面沉降等。第四章土的壓縮性和地基沉降計(jì)算本章討論荷載作用下土體的變形，這是土力學(xué)重要問題之一，學(xué)習(xí)本章時，重點(diǎn)要理解地基計(jì)算的基本原理，掌握估算基礎(chǔ)沉降的分層總和法、《規(guī)范》推薦法和彈性力學(xué)公式，學(xué)會地基最終沉降量的計(jì)算方法。第一節(jié)概述學(xué)習(xí)土的變形特點(diǎn)、土的本構(gòu)關(guān)系模型，了解與土的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的土的工程特點(diǎn)，要求從變形機(jī)理、應(yīng)力-應(yīng)-變關(guān)系及變形與時間關(guān)系三個方面區(qū)分土材料與彈性材料的變形特點(diǎn)。第二節(jié)土的壓縮性學(xué)習(xí)土在側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)下的變形特性、土的變形模量。掌握壓縮試驗(yàn)及有關(guān)指標(biāo)的測定，四個壓縮特性指標(biāo)（壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、壓縮模量、變形模量）的關(guān)系，土的應(yīng)力歷史對壓縮性的影響。第三節(jié)地基沉降量計(jì)算是本章重要內(nèi)容。學(xué)習(xí)有關(guān)概念、地基沉降的彈性力學(xué)公式、分層總和法、《規(guī)范》推薦法、三維變形狀態(tài)下求固結(jié)沉降、用 曲線計(jì)算基礎(chǔ)沉降。要求掌握求地基沉降的彈性力學(xué)法、分層總和法、《規(guī)范》推薦法，會用 曲線計(jì)算基礎(chǔ)沉降。第四節(jié)飽和土體滲流固結(jié)理論學(xué)習(xí)固結(jié)方程的建立與求解，固結(jié)度的計(jì)算和固結(jié)系數(shù)的確定方法，重點(diǎn)掌握飽和土體單向滲透固結(jié)方程是根據(jù)什么條件建立的，固結(jié)方程的推導(dǎo)步驟、適用條件，固結(jié)度的計(jì)算方法和固結(jié)系數(shù)的確定方法。第五節(jié)地基容許沉降量與減小沉降危害的措施第五章土的抗剪強(qiáng)度本章要求重點(diǎn)掌握庫侖定律、土的極限平衡條件、用直接剪切儀和三軸剪切儀測定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的方法及三軸試驗(yàn)成果的整理。學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求如下：第一節(jié)概述學(xué)習(xí)地基強(qiáng)度的意義、土的強(qiáng)度成果在工程上的應(yīng)用。第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度和破壞理論是本章較為重要的內(nèi)容，學(xué)習(xí)土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)、土的極限平衡條件、摩爾--庫侖強(qiáng)度理論。要求掌握土的極限平衡條件表達(dá)式和摩爾--庫侖強(qiáng)度理論的內(nèi)容。第三節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法是本章重要內(nèi)容，學(xué)習(xí)直剪試驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)、抗剪強(qiáng)度的其它測定方法（無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)）。要求掌握各個試驗(yàn)的原理和測定的指標(biāo)。第四節(jié)土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理和影響因素學(xué)習(xí)土的抗剪強(qiáng)度的概念、抗剪強(qiáng)度機(jī)理（強(qiáng)度來源）、影響土抗剪強(qiáng)度的因素。要求理解土的抗剪強(qiáng)度的含義，認(rèn)清其機(jī)理，掌握影響土的抗剪強(qiáng)度的因素。第五節(jié)土在剪切中的性狀和各類抗剪強(qiáng)度指標(biāo)學(xué)習(xí)砂土和粘性土的性狀，要求掌握砂土和粘性土殘余強(qiáng)度的概念、砂土液化機(jī)理、粘土的蠕變性。學(xué)習(xí)總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)（有效應(yīng)力原理在強(qiáng)度上的應(yīng)用）、三軸試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)、直剪試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo)。要求掌握固結(jié)排水剪、固結(jié)不排水剪不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)條件下，土的應(yīng)力歷史為正常固結(jié)土、超固結(jié)土總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)（、中）和有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)（、5）。第六章?lián)跬两Y(jié)構(gòu)物上的土壓力土壓力是與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)的問題，也是土力學(xué)重要問題之一。學(xué)習(xí)本章時，要熟悉土壓力的類型及它們產(chǎn)生的條件和適用范圍，熟練掌握主動土壓力計(jì)算方法，并熟悉重力式擋土墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與計(jì)算步驟。本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求如下：第一節(jié)概述學(xué)習(xí)工程上常用擋土墻類型、土坡失穩(wěn)實(shí)例分析。學(xué)習(xí)影響土壓力的因素、土壓力的種類、產(chǎn)生主動土壓力與被動土壓力的條件。要求掌握主動土壓力與被動土壓力的概念，了解影響土壓力的因素。第二節(jié)靜止土壓力計(jì)算學(xué)習(xí)其產(chǎn)生的條件、計(jì)算方法、土壓力分布及應(yīng)用。第三節(jié)朗肯土壓力理論是本章重要內(nèi)容，學(xué)習(xí)朗肯假設(shè)條件、主動土壓力、被動土壓力。要求掌握朗肯假設(shè)條件，熟練掌握其計(jì)算方法。第四節(jié)庫倫土壓力理論是本章重要內(nèi)容，學(xué)習(xí)要點(diǎn)與假設(shè)條件、數(shù)值解法與庫爾曼圖解法、朗肯與庫侖土壓力理論比較。要求掌握其假設(shè)條件及數(shù)值解法，從分析方法與計(jì)算誤差上比較兩個理論的不同。第五節(jié)朗肯理論與庫倫理論的比較第六節(jié)幾種常見情況下的主動土壓力計(jì)算是本章重要內(nèi)容，學(xué)習(xí)填土面上有均布荷載作用、成層填土、填土中有水、填土是粘性土、填土表面有局部荷載時、填土表面有線荷載時、用朗肯理論計(jì)算傾斜墻被的土壓力、板樁墻上的土壓力。第七章土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析也是與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)的問題。本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求如下：第一節(jié)概述學(xué)習(xí)土坡的類型及常見的滑坡現(xiàn)象。第二節(jié)無粘性土坡的穩(wěn)定分析學(xué)習(xí)兩種情況下（全干或全淹沒情況、有滲流情況）無粘性土坡穩(wěn)定分析方法。要求掌握無粘性土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的定義及推導(dǎo)過程，坡面有順坡滲流作用下與全干或全淹沒情況相比無粘性土土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)有何聯(lián)系。第三節(jié)粘性土坡的穩(wěn)定分析學(xué)習(xí)其整體圓弧法、瑞典條分法、畢肖甫法、普遍條分法、有限元法等方法在粘性土穩(wěn)定分析中的應(yīng)用。要求掌握圓弧法進(jìn)行土坡穩(wěn)定分析及幾種特殊條件下土坡穩(wěn)定分析計(jì)算。第四節(jié)邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法學(xué)習(xí)穩(wěn)定滲流期、施工期、地震期邊坡穩(wěn)定分析方法。第五節(jié)天然土體上的邊坡穩(wěn)定問題學(xué)習(xí)討論三個問題：土坡穩(wěn)定分析中計(jì)算方法問題、強(qiáng)度指標(biāo)的選用問題和容許安全系數(shù)問題。第八章地基承載力本章學(xué)習(xí)地基在外荷載作用下的破壞形式，地基的臨塑荷載、臨界荷載與極限荷載，確定地基承載力的理論公式、地基承載力設(shè)計(jì)值的確定和影響地基承載力的因素，要求掌握地基承載力的確定與計(jì)算，并從這些計(jì)算公式中了解影響地基承載力的因素。第一節(jié)概述學(xué)習(xí)地基的承載力、極限承載力、容許承載力等概念。第二節(jié)地基的變形和失穩(wěn)學(xué)習(xí)地基從變形到失穩(wěn)的幾個發(fā)展階段，以及臨塑荷載，極限承載力的概念及求法。其次學(xué)習(xí)豎直荷載下地基的破壞形式。第三節(jié)極限平衡理論求地基的極限承載力學(xué)習(xí)極限平衡理論