土力學-期末復習

1、1土力學總復習土力學總復習 第一部分第一部分 土的基本物理性質土的基本物理性質 第二部分第二部分 土中應力及土體的變形土中應力及土體的變形第三部分第三部分 土的滲透性土的滲透性第四部分第四部分 土的抗剪強度及強度試驗土的抗剪強度及強度試驗第五部分第五部分 幾個工程問題（土壓力、邊坡穩(wěn)定、地幾個工程問題（土壓力、邊坡穩(wěn)定、地基承載力）基承載力）2第一部分第一部分 土的基本物理性質土的基本物理性質 1土的土的形成形成土土地表巖層經風化而形成的地表巖層經風化而形成的散體堆積物散體堆積物，由土顆粒、，由土顆粒、水和氣體水和氣體（三相體系），（三相體系），組成。組成。巖石風化分為巖石風化分為物理風化物理

2、風化和和化學風化化學風化。 2土的組成土的組成 （1）土的固相）土的固相 原生礦物原生礦物：常見的有：常見的有石英、長石、云母石英、長石、云母等；等； 次生礦物次生礦物：主要是粘土礦物，常見的粘土礦物有：主要是粘土礦物，常見的粘土礦物有高高嶺石、伊利石和蒙脫石嶺石、伊利石和蒙脫石； 3粘土礦物的晶體結構粘土礦物的晶體結構其結構可分為晶體和非晶體，以其結構可分為晶體和非晶體，以晶體礦物晶體礦物為主。為主。晶體晶體：指原子、離子在空間有規(guī)律的排列，不同的幾何排：指原子、離子在空間有規(guī)律的排列，不同的幾何排列形式稱為列形式稱為晶體結構晶體結構，組成晶體的最小單元稱為，組成晶體的最小單元稱為晶胞晶胞。

3、4土的級配土的級配：土中各種大小的粒組中土粒的相對含量。：土中各種大小的粒組中土粒的相對含量。土粒的大小和土的級配土粒的大小和土的級配某粒組的土粒含量某粒組的土粒含量：該粒組的：該粒組的土粒質量土粒質量與與干土總質量干土總質量之比。之比。粒組粒組：把工程性質相近的一定尺寸范圍的土粒合并為一組。：把工程性質相近的一定尺寸范圍的土粒合并為一組。土的土的顆粒大小分析試驗顆粒大小分析試驗指測定土中各粒組顆粒質量所占指測定土中各粒組顆粒質量所占該土總質量的百分數，確定粒徑分布范圍的試驗。該土總質量的百分數，確定粒徑分布范圍的試驗。 篩分法；密度計法；聯(lián)合測定篩分法；密度計法；聯(lián)合測定5 2）某些特征粒徑

4、，用于建筑材料的選擇和評價土級配的）某些特征粒徑，用于建筑材料的選擇和評價土級配的好壞。好壞。粒徑分布曲線粒徑分布曲線的作用：的作用： 1）土中各粒組的土粒含量，用于粗粒土的分類和大致評）土中各粒組的土粒含量，用于粗粒土的分類和大致評估土的工程性質；估土的工程性質；級配評價不均勻系數60u10dCd曲率系數230c6010()dCdd級配良好的土u5C c1 3C 且6粒組頻率曲線粒組頻率曲線的作用：的作用： 粒組頻率粒組頻率不僅可以確定粒組的相對含量；不僅可以確定粒組的相對含量；可用來可用來反映反映曲曲線土的級配的連續(xù)性。若粒組頻率曲線呈單峰則土的級配連線土的級配的連續(xù)性。若粒組頻率曲線呈單

5、峰則土的級配連續(xù)的，若粒組頻率曲線呈雙峰，且谷點對應的粒組含量續(xù)的，若粒組頻率曲線呈雙峰，且谷點對應的粒組含量3時，是連續(xù)的，否則是不連續(xù)的。時，是連續(xù)的，否則是不連續(xù)的。7（2） 土的液相土的液相吸著水和自由水吸著水和自由水吸著水可分為吸著水可分為強吸著水強吸著水和和弱吸著水弱吸著水。自由水的分類：自由水的分類：毛細管水（毛管水）毛細管水（毛管水）和和重力水重力水。8第一部分第一部分 土的基本物理性質土的基本物理性質 3土的土的結構結構土的結構土的結構：指土的物質組成（主要指土粒，也包括孔隙）：指土的物質組成（主要指土粒，也包括孔隙）在空間的相互排列以及土粒間的聯(lián)結特征的綜合。在空間的相互排

6、列以及土粒間的聯(lián)結特征的綜合。 砂、礫等粗粒土在沉積過程中形成的典型結構。砂、礫等粗粒土在沉積過程中形成的典型結構。（1）單粒結構單粒結構特征：土粒之間以特征：土粒之間以點與點點與點的接觸為主。的接觸為主。9粘土顆粒組成的細粒土特有的結構。粘土顆粒組成的細粒土特有的結構。（2）分散結構分散結構主要存在于細顆粒所形成的土中。主要存在于細顆粒所形成的土中。（3）絮狀絮狀(絮凝絮凝)結構結構特征：土粒之間以特征：土粒之間以角、邊與面的接觸或邊與邊的搭接角、邊與面的接觸或邊與邊的搭接形形式為主。式為主。特征：土粒之間以特征：土粒之間以面與面面與面的接觸為主。的接觸為主。104.土的物理性質指標土的物理

7、性質指標土的密度和重度土的密度和重度Vm土的總體積土的總質量土粒比重土粒比重)C4(/C4owssosVmG時的密度純水固體顆粒的密度含水率含水率100swmmw固體顆粒質量水的質量土的孔隙比土的孔隙比svVVe固體顆粒體積孔隙體積（1） 土的物理性質的三相基本指標11土的飽和度土的飽和度vwrVVS孔隙體積水的體積土的干密度（重度）土的干密度（重度）Vmsd土的總體積固體顆粒質量gdd土的飽和密度（重度）土的飽和密度（重度）VVmmwawssat土體總體積質量土體孔隙充滿水時的總satsatg土的有效重度（浮重度）土的有效重度（浮重度）wsat12（2） 三相指標的換算三相指標的換算2）根據

8、指標的定義，用）根據指標的定義，用、w、Gs表示表示 其他的量，其他的量，然后推導出來換算公式然后推導出來換算公式氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVa質量質量m體積體積VVV1）可令）可令Vs 1 (或或V1)135.無粘性土的相對密實度粘性土的稠度及土的壓實性無粘性土的相對密實度粘性土的稠度及土的壓實性 1. 無粘性土的相對密實度 （1 1）以相對密實度為標準）以相對密實度為標準maxrmaxminoeeDee（2 2）以標準貫入錘擊數）以標準貫入錘擊數N N為標準為標準2. 粘性土的稠度界限含水率（液限、塑限、縮限）稠度稠度：指粘性土的干濕程度或在某一含水率下抵抗指粘性土的干濕程度或在

9、某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的能力，是粘性土最主要的外力作用而變形或破壞的能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標。物理狀態(tài)指標。14（以小數表示） 液限測定方法液限測定方法 液性指數液性指數PLLPwwIww 塑限測定方法塑限測定方法（2）液塑限聯(lián)合測定法 塑性指數塑性指數PLPIww（1）滾搓法（去掉百分號，取整數）15土的壓實性：土的壓實性：指在一定的含水率下，以人工或機械的方法指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，使土能夠壓實到某種密實度的性質。，使土能夠壓實到某種密實度的性質。161）含水率的影響）含水率的影響土的壓實性：土的壓實性：指在一定的含水率下，以人工或機械的方法指在一定

10、的含水率下，以人工或機械的方法，使土能夠壓實到某種密實度的性質。，使土能夠壓實到某種密實度的性質。17土料的最大干密度土料的最大干密度和最優(yōu)含水率不是和最優(yōu)含水率不是常數。常數。2）擊實功的影響）擊實功的影響當含水率較低時擊當含水率較低時擊數的影響較顯著。數的影響較顯著。18粘粒含量越高或塑性指數越大，越難以壓實。粘粒含量越高或塑性指數越大，越難以壓實。3）土類和級配的影響）土類和級配的影響粘性土的擊實曲線級配良好的土，容易壓實，反之則不易壓實。級配良好的土，容易壓實，反之則不易壓實。19輕型擊實：輕型擊實：d5mm；重型擊實：；重型擊實：d40mm4）粗粒含量的影響）粗粒含量的影響 土內含有

11、大于試驗規(guī)程規(guī)定的粒徑時，先剔除超出土內含有大于試驗規(guī)程規(guī)定的粒徑時，先剔除超出粒徑部分的土，然后進行試驗。粒徑部分的土，然后進行試驗。 對于輕型擊實試驗，當土內粒徑大于對于輕型擊實試驗，當土內粒徑大于5mm的土粒含的土粒含量不超過量不超過2530（土粒渾圓時允許達（土粒渾圓時允許達30；土粒呈；土粒呈片狀時允許達片狀時允許達25）時，可認為土內粗粒土粒可均勻分布在）時，可認為土內粗粒土粒可均勻分布在細土粒內，同時細土粒達到了它的最大干密度。實際土料細土粒內，同時細土粒達到了它的最大干密度。實際土料的最大干密度和最優(yōu)含水率可按經驗公式進行修正。的最大干密度和最優(yōu)含水率可按經驗公式進行修正。20

12、第二部分第二部分 土中應力及土體的變形土中應力及土體的變形 1土中應力的種類土中應力的種類 自重應力與附加應力自重應力與附加應力 有效應力有效應力作用在土骨架上并能使土骨架產生變形作用在土骨架上并能使土骨架產生變形的壓力。的壓力。 2土層自重應力土層自重應力c1nziiih水上取土的天然容重，水下透水時通常取土的浮容重，不透水時取土的飽和容重213. 土中附加應力（荷載應力）土中附加應力（荷載應力）NGpA中心荷載中心荷載偏心荷載偏心荷載maxmin6(1)NGMNGepAWAl1）剛性基礎基底壓力（矩形基礎）剛性基礎基底壓力（矩形基礎） 2） 基底附加壓力基底附加壓力0oppd224.土的變

13、形特性土的變形特性 土的壓縮性大 壓縮性的主要原因孔隙的減小 飽和粘土的壓縮過程孔隙減小、孔隙水的排出。沉降過程持續(xù)很長時間。1 1）側限壓縮性指標）側限壓縮性指標 壓縮系數標準壓縮系數21ae1e2e1223 壓縮指數 側限壓縮模量Es體積壓縮系數2 2）土層側限壓縮變形量計算）土層側限壓縮變形量計算12111eehhe 111ahhe 1shEh111vvsaSpHmpHpHeE245.地基的最終沉降量地基的最終沉降量分層總和法 計算原理 將地基土層分為若干層，分別計算出其相應的壓縮量，累加后得到地基的沉降量。土層只產生豎向變形，側向無膨脹變形。 計算方法與步驟 2）地基土層分層1）選擇沉

14、降）選擇沉降計算點的位置計算點的位置；求出；求出基底凈壓力基底凈壓力的大小和分布的大小和分布;25 3）計算地基中的）計算地基中的自重應力（從自重應力（從地面地面算起）算起）分布。分布。5）按）按算術平均算術平均求各分層求各分層平均自重應力和平均附加應平均自重應力和平均附加應力力； (也可直接計算各土層中點處的自重應力及附加應力) 4）計算地基中的）計算地基中的附加應力附加應力（從（從基底基底算起）算起）分布，分布，確定確定壓縮層厚度壓縮層厚度。6）求第）求第i分層的壓縮量。分層的壓縮量。 （不同土層要用不同曲線） 7）將每一分層的壓縮量累加，得地基的總沉降量。）將每一分層的壓縮量累加，得地基

15、的總沉降量。 1niiSS266、應力歷史對地基沉降的影響、應力歷史對地基沉降的影響1）土的回彈曲線和再壓縮曲線）土的回彈曲線和再壓縮曲線272） 正常固結、超固結、欠固結的概念應力歷史，固結應力，前期固結應力，超固結比應力歷史，固結應力，前期固結應力，超固結比1OCR ， 超 固 結 土1OCR ， 且 土 在 自 重 作 用 下 固 結 穩(wěn) 定 ， 正 常 固 結 土1OCR ， 且 土 在 自 重 作 用 下 未 完 全 固 結 ， 欠 固 結 土對欠固結土，其現有有效應力即是歷史上曾經受到過的最大有效應力，因此，其OCR=1，故欠固結土實際上是屬于正常固結土一類。28eP(kPa)Ce

16、C(Pc)CeBBAeAzBhDzp p eDAeCeBe297、地基沉降與時間的關系、地基沉降與時間的關系1）地基沉降與時間的關系 飽和土的變形：荷 載孔隙水排出變 形2）單向固結理論 地基固結度ttsUs30 即時間為t時刻的沉降量與最終沉降量之比2v4281TtUe （適用于 ）%30tU H為土層的最大排水距離，雙面排水時取土層厚度的一半，單面排水時取土層總厚度。2v/ HtCTv時間因子1vw1keCa（）土的固結系數31第三部分第三部分 土的滲透性土的滲透性土體中的孔隙一般非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大、流速緩慢，其流動狀態(tài)大多屬于層流。v（mm/s）表示斷面平均滲透速度

17、，k（mm/s）其物理意義是當水力坡降i=1時的滲透速度。1、達西滲透定律、達西滲透定律kiLhkvkiAvAqDarcys Law求出的滲透速度是一種假想的平均流速，它假定水在土中的滲透是通過整個土體截面進行的，而實際上，滲透水僅僅通過土體中的孔隙流動，實際平均流速要比假想的平均流速大很多。32實驗室測定法：常水頭試驗法，透水性大的砂性土 變水頭試驗法，透水性小的無粘性土2、滲透系數測定滲透系數測定常水頭試驗常水頭試驗變水頭試驗變水頭試驗條件條件已知已知測定測定計算計算取值取值h=consth變化變化h，A，LV，t重復試驗后，取均值重復試驗后，取均值a，A，Lh，t1221lnhaLkhA

18、 ttVLkAht不同時段試驗，取均值不同時段試驗，取均值適用適用粗粒土粗粒土粘性土粘性土33滲流力滲流力：滲透水流：滲透水流施于單位土體內土施于單位土體內土粒上的拖曳力；滲粒上的拖曳力；滲透力、動水壓力。透力、動水壓力。4、滲流力滲流力h000hwL貯水器貯水器土樣土樣濾網濾網a bh2h2h1h13-5 3-5 滲流力及滲透穩(wěn)定性滲流力及滲透穩(wěn)定性ijw345、滲透變形滲透變形滲透變形的形式：滲透變形的形式：流土流土：在滲流作用下局部土體表面隆起，或土粒群同時起動：在滲流作用下局部土體表面隆起，或土粒群同時起動而流失的現象。主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流溢出處。而流失的現象。主要發(fā)生在地基或

19、土壩下游滲流溢出處。管涌管涌：在滲流作用下土體中的細土粒在粗土粒形成的孔隙通：在滲流作用下土體中的細土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動并被帶出的現象。主要發(fā)生在砂礫土中。道中發(fā)生移動并被帶出的現象。主要發(fā)生在砂礫土中。35流土與管涌的比較流土與管涌的比較 流土流土土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移動或局部土體表面隆起動或局部土體表面隆起管涌管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中可發(fā)生在任何土中破壞過程短破壞過程短導致下游坡面產生局部滑動等導致下游坡面產生局部滑動等現象現象位置位置土類土類歷時歷時后果后果土體內

20、細顆粒通過粗粒形成土體內細顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動的孔隙通道移動可發(fā)生于土體內部和滲流可發(fā)生于土體內部和滲流溢出處溢出處一般發(fā)生在特定級配的一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土無粘性土或分散性粘土破壞過程相對較長破壞過程相對較長導致結構發(fā)生塌陷或潰口導致結構發(fā)生塌陷或潰口361）在靜水條件下水平面上的孔隙水應力和有效應力）在靜水條件下水平面上的孔隙水應力和有效應力12wsathh12wwwuhhh121222wsatwsatwuhhhhhh h2h1粘土層粘土層satsat水水 w ww w1 12 2u u = = h h + + h hw w1 12 2u u = = h h +

21、 + h h2h6、在靜水和有滲流情況下的孔隙水應力和有效在靜水和有滲流情況下的孔隙水應力和有效應力應力372）在穩(wěn)定滲流條件下水平面上的孔隙水應力和有效應力）在穩(wěn)定滲流條件下水平面上的孔隙水應力和有效應力滲流方向由上向下滲流方向由上向下12wsathh12wwwuhhhh121222wsatwsatwwwuhhhhhhhhh hwhh2h1砂層，排水砂層，排水粘土層粘土層satsat水水 w w12wsathh1wh12wuhhh2whh12wuhhh38滲流方向由下向上滲流方向由下向上12wsathh12wwwuhhhh121222wsatwsatwwwuhhhhhhhhh hhwh2h1

22、砂層，承壓水砂層，承壓水粘土層粘土層satsat水水 w w12wsathh1wh12wuhhh12wuhhh2whh39滲流方向由下向上滲流方向由下向上20whh 2wwhijh流土的有效應力臨界條件40第四部分第四部分 土的抗剪強度及強度試驗土的抗剪強度及強度試驗 1摩爾摩爾庫侖強度理論庫侖強度理論 抗剪強度與法向壓應力的關系，強度線，庫侖的簡化抗剪強度與法向壓應力的關系，強度線，庫侖的簡化公式，摩爾圓的引入，應力圓與強度線的相互關系（判斷公式，摩爾圓的引入，應力圓與強度線的相互關系（判斷土體的狀態(tài)）。土體的狀態(tài)）。 2土中一點應力極限平衡土中一點應力極限平衡 判斷土體所處狀態(tài)。判斷土體所

23、處狀態(tài)。 1）求法向應力，剪應力，抗剪強度）求法向應力，剪應力，抗剪強度 2）應力圓與強度線的關系應力圓與強度線的關系 3）231452tg 4522fftgc41 4）213452tg 4522fftgc3抗剪強度測定抗剪強度測定 剪切試驗剪切試驗測定土抗剪強度指標的試驗稱；測定土抗剪強度指標的試驗稱；按常用的試驗儀器剪切試驗可分為按常用的試驗儀器剪切試驗可分為直接剪切直接剪切試驗、三軸壓縮試驗、無側限抗壓強度試驗試驗、三軸壓縮試驗、無側限抗壓強度試驗和和十字板剪切試驗十字板剪切試驗四種。四種。42 1）直接剪切試驗直接剪切試驗快剪；固結快剪；慢剪快剪；固結快剪；慢剪cQ cR cS ，Q

24、R S。432）三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗三軸試驗根據試樣的固結和排水條件不同，可分為三軸試驗根據試樣的固結和排水條件不同，可分為不不固結不排水剪（固結不排水剪（UUUU）、固結不排水剪（固結不排水剪（CU)CU)和和固結排水固結排水剪（剪（CD)CD)三種方法。三種方法。不固結不固結或或固結固結是對是對周圍壓力增量周圍壓力增量而言的；而言的；不排水不排水或或排水排水是對是對附加軸向壓力附加軸向壓力而言的。而言的。444剪切形狀剪切形狀松砂松砂應變硬化型，體積縮小，剪縮。應變硬化型，體積縮小，剪縮。緊砂緊砂應變軟化型，體積膨脹，剪脹。應變軟化型，體積膨脹，剪脹。砂土的液化砂土的液化ftgu tg

25、45正常固結飽和粘性土的剪切性狀正常固結飽和粘性土的剪切性狀0UCUdccc0dCUU f OducUU試驗CU0UCU試驗CD試驗0452f46第四部分第四部分 幾個工程問題幾個工程問題（土壓力、邊坡穩(wěn)定性、地基承載力）（土壓力、邊坡穩(wěn)定性、地基承載力）一、土壓力一、土壓力1土壓力的概念土壓力的概念 根據位移移動方向，主動土壓力，被動土壓力、靜止根據位移移動方向，主動土壓力，被動土壓力、靜止土壓力。土壓力。 2靜止土壓力計算靜止土壓力計算 00hcxeKz v v hhzH473主動土壓力主動土壓力200tan452tan 4522azec0c 0c 20tan452aK主動土壓主動土壓力系

26、數力系數aaezK212aaEH K2aaaezKc K48495.土壓力問題的討論土壓力問題的討論朗肯土壓力理論優(yōu)缺點：朗肯理論基于土單元體的應力極限平衡條件得出；計算簡單，使用方便；假設墻背豎直、光滑、填土表面水平；假設條件較苛刻，應用受到限制，工程中多用于擋土樁、板樁、錨樁等的土壓力計算；朗肯理論忽略了墻背與填土之間的相互作用，使得計算的主動土壓力偏大，而被動土壓力偏??；50 庫侖土壓力理論是基于滑動塊體的靜力平衡條件建立的；假定破壞面是通過墻踵的平面； 適用范圍廣，可用于填土面形狀任意、墻背傾斜的情況，并可以考慮墻背的實際摩擦角； 墻背與填土間摩擦角較大時，滑動面是曲面；若墻背傾角不大

27、（15度），墻背與土體間摩擦角較?。?5度）時，主動破壞面近似一平面，計算誤差可接受；墻體向填土移動，破壞面近于一對數螺旋面，計算誤差較大，可達23倍以上； 當墻背俯斜，過于平緩時，滑動土體不一定沿墻背滑動，而是沿土體內的另一破裂面滑動，此時需考慮第二破裂面的計算；庫侖土壓力理論優(yōu)缺點：51第四部分第四部分 幾個工程問題幾個工程問題（土壓力、邊坡穩(wěn)定性、地基承載力）（土壓力、邊坡穩(wěn)定性、地基承載力）二邊坡穩(wěn)定二邊坡穩(wěn)定 一般情況下的無粘性土土坡穩(wěn)定一般情況下的無粘性土土坡穩(wěn)定WNTNT52 瑞典條分法：假設滑動面為圓弧面，瑞典條分法：假設滑動面為圓弧面，不考慮條間力不考慮條間力，即，即E Ei i=X=Xi i=0=0，減少，減少3n-33n-3個未知數。個未知數。 簡化畢肖普條分法：假設滑動面為圓弧面，簡化畢肖普條分法：假設滑動面為圓弧面，不考慮切向條不考慮切向條間力間力，即，即X Xi i=0=0，減少，減少n-1n-1個未知數。個未知數。 楊布條分法：假設滑動面為楊布條分法：假設滑動面為任意面任意面，條間法向作用力的作條間法向作用力的作用點用點在滑面以上在滑面以上1/31/3土條高度處，減少土條高度處，減少n-1n-1個未知數。個未知數。 其他條分法：假設滑動面為其他條分法：假設滑動面為任意面任意面，法向條間力和切向條，法向條間力和切向條間力之間為某種函數關系