《土質學與土力學》教學大綱

1、 土質學與土力學(GeotechnicalPropertiesofSoilandSoilMechanics)課程教學大綱48學時3學分一、課程的性質、目的及任務本課程為地質工程專業(yè)主干課。通過本課程的學習，培養(yǎng)學生能夠在生產(chǎn)實踐中解決一般的土體性質調查、分析和研究、地基土應力與沉降分析、地基承載力計算、土坡穩(wěn)定性分析、擋土墻土壓力研究等問題。通過本課程的學習，為后續(xù)工程地質學基礎、巖土工程勘察、基礎工程等課程打下基礎，也為將來走向社會從事巖土工程實踐和進一步學習新的知識奠定基礎。二、適用專業(yè)地質工程專業(yè)、土木工程專業(yè)等三、先修課程地質學基礎、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、工程力學、彈性力學四、課程的基本要

2、求1掌握土、土體的基本概念，土的物質成分與結構及其對土的工程性質的影響。2掌握土的基本物理、水理、力學性質的基本概念、測定方法及工程應用。3掌握土力學常規(guī)計算方法，包括地基土應力、地基沉降、地基承載力計算、擋土墻土壓力計算等；能對地基土的工程特性做出初步評價。4掌握特殊土的工程性質，了解相應的工程措施及土質改良方法。五、課程的教學內(nèi)容1課堂講授的教學內(nèi)容緒論土質學與土力學的誕生與發(fā)展；土質學與土力學在工程建設中的作用；土質學與土力學研究的對象土與土體；土質學與土力學的研究內(nèi)容和方法；土質學與土力學的新學科分支。第一章土的物理性質與工程分類土的形成，土的多相組成，土的粒度成分，粗粒土按粒度成分分

3、類，土的礦物成分，土的化學成分，土中的水與空氣、粘土水電解質系統(tǒng)、土的結構與構造。土的重量，土的含水量，土的孔隙性，土的物理性質與物質成分、結構的關系，物理指標之間的換算及應用。粘性土的稠度與塑性，細粒土分類。土的膨脹性與崩解性。第二章土中的水土中水的分類，土的滲透性，土的毛細性，流網(wǎng)及其應用，滲透力與滲透破壞。第三章土的力學性質有效應力原理，土的壓縮性，土的抗剪性，莫爾庫倫強度理論，孔隙水壓力參數(shù)，土的動力性質簡介，非飽和土力學簡介。第四章土中的應力計算自重應力，附加應力，基底壓力，基地附加壓力，不同形狀分布力引起的地基應力計算，角點法。第五章地基沉降計算基地變形種類，地基最終沉降量計算的彈

4、性理論法、應力面積法、原始壓縮曲線法、應變影響系數(shù)法，太沙基一維固結理論，地基變形與時間關系計算。第六章土坡穩(wěn)定和土壓力計算土坡穩(wěn)定分析，土壓力的種類及影響因素，朗金土壓力理論，庫侖土壓力理論。第七章地基土承載力計算地基土承載力的基本概念及三種承載力，地基土的臨塑荷載和臨界荷載計算，地基土極限荷載計算，地基承載力確定方法。第八章不同類型土的工程性質一般土的工程性質；特殊土（黃土、淤泥類土、紅粘土、膨脹土、污染土、混粒土）的工程性質及土質改良方法簡介。第九章地基處理概述土的碾壓夯實，砂墊層或碎石墊層，堆載預壓，砂樁及碎石樁，土工織物，化學加固方法等。課程總結2研討的教學內(nèi)容（1）不同類型土的工程

5、性質（2）地基處理方法（3）學員自主提出的研討課題實驗的教學內(nèi)容實驗一、土的粒度成分分析實驗二、土的密度及含水量測定實驗三、土的稠度試驗實驗四、土的壓縮試驗實驗五、粘性土的滲透試驗實驗六、土的直剪試驗實驗七、土的三軸試驗（課外選做）實驗八、土的單軸抗壓強度試驗（課外選做）實驗九、地基土物理力學性質指標綜合測定（課外選做、設計性）實驗十、學員提出的其他設計性實驗（課外、設計性）4自主學習的教學內(nèi)容（1）應力路徑與力學性質的關系（2）孔隙水壓力系數(shù)及其工程意義（3）學員感興趣的或者需要擴展的其他課題六、知識點與能力點緒論知識點：土與土體土質學、土力學巖土工程巖土工程師技術職責第一章土的物理性質與工

6、程分類知識點：工程地質成因演化論及我國松散層分布規(guī)律土的形成過程、殘積土、運積土土的多相組成土的粒度成分（級配、表示方法、粒度累積曲線、三角坐標、有效粒徑、不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)）土的礦物成分土的化學成分土中的水與空氣粘土水電解質系統(tǒng)土的結構與構造土的三相圖土的重量及其指標（土粒比重、土的質量密度、土的重度、土的飽和重度、土的干重度、土的有效重度）土的含水性及其指標（含水量、飽和度、砂土的濕度分類）土的孔隙性及其指標（孔隙度、孔隙比、孔隙度和孔隙比之間的換算、砂土的相對密實度、砂土按密實度的分類）土的物理性質與物質成分、結構的關系粘性土的稠度與塑性（稠度、界限含水量、液限、塑限、縮限、液性指數(shù)、

7、按液性指數(shù)劃分粘性土稠度狀態(tài)、塑性指數(shù)、細粒土的分類與定名）土的膨脹性與崩解性（膨脹率、膨脹力、體縮率和線縮率、收縮系數(shù)、土的崩解性）土的物理性質的測定土的各物理性質指標的換算。能力點：掌握土的粒度成分的累積曲線繪制方法及判讀熟練掌握表征土的物理性質的各個指標的定義、計算公式、各指標的工程含義與應用目的熟練掌握用三相圖方法推導各物理性質指標間的關系熟練掌握各指標間的換算及計算掌握基本物理性質實測指標和基本導出指標的關系熟練掌握塑性指數(shù)和液性指數(shù)的計算并明確其意義熟練掌握用塑性指數(shù)和塑性圖對土進行分類定名的方法掌握根據(jù)土的粒度成分和塑性綜合確定土名的方法實驗技能：篩分法、沉降法顆粒分析；比重、重

8、度、含水量測定；塑限、液限測定第二章土中的水知識點：土中水的分類土的滲透性（達西定律、礫石類和砂類土的滲透系數(shù)、粘性土的滲透系數(shù)）土的毛細性流網(wǎng)及其應用滲透力臨界水力坡度滲透破壞（流砂、管涌）能力點：熟練掌握流網(wǎng)的繪制方法，能夠用流網(wǎng)計算滲流速度、計算滲流量、計算孔隙水壓力和求滲透力熟練掌握滲透力的計算方法熟練掌握土的臨界水力坡度的計算方法及滲透破壞判別實驗技能：常水頭、變水頭測定土的滲透系數(shù)第三章土的力學性質知識點：土的壓縮性土壓縮變形的本質飽和土的有效應力原理室內(nèi)壓縮試驗壓縮定律壓縮系數(shù)壓縮指數(shù)壓縮模量變形模量泊松比、側壓力系數(shù)回彈指數(shù)先期固結壓力超固結比和土的固結狀態(tài)土的抗剪性剪切定律直

9、接剪切試驗三軸剪切試驗無側限抗壓強度試驗十字板剪切試驗無側限抗壓強度試驗莫爾-庫侖強度理論極限平衡條件臨界孔隙比孔隙水壓力系數(shù)砂土液化機理22.砂土液化評價土的壓實性最優(yōu)含水量土的動力變形和動力強度非飽和土有效應力原理能力點：深刻理解飽和土的有效應力原理,并能用它解釋一些常見的土力學問題掌握采用固結試驗曲線求取先期固結壓力的方法，并能用超固結比判斷土的受力歷史及固結狀態(tài)熟練掌握土的極限平衡條件,并能用它分析一些土力學問題,如擋土墻壓力、地基穩(wěn)定性、判斷破壞面的方向等掌握孔隙水壓力參數(shù)的基本概念和計算方法掌握飽和砂土震動液化的判別方法掌握從土的擊實特性曲線求取最優(yōu)含水量方法實驗技能：直接剪切實驗

10、、壓縮試驗、三軸實驗、擊實試驗第四章土中的應力計算知識點：基礎地基持力層自重應力附加應力基底壓力基地附加壓力地表受垂直集中力作用下的附加應力分布豎向分布荷載作用下土中應力計算能力點：熟練掌握自重應力、附加應力、基底壓力、基底附加壓力的計算方法會用角點法計算復雜形狀及非均布荷載下地基中的附加應力第五章地基沉降計算知識點：地基變形種類地基最終沉降量計算的彈性理論法、應力面積法、原始壓縮曲線法、應變影響系數(shù)法太沙基一維固結理論固結度能力點：熟練掌握彈性理論法、規(guī)范法（應力面積法）、原始壓縮曲線法計算地基最終沉降量的方法熟練掌握用太沙基一維固結理論計算沉降時間關系的方法第六章土坡穩(wěn)定和土壓力計算知識點

11、：土坡的穩(wěn)定系數(shù)干的無粘性土土坡穩(wěn)定性有滲流的無粘性土突破的穩(wěn)定性粘性土土坡穩(wěn)定性瑞典園弧法瑞典條分法畢肖普條分法擋土結構物類型土壓力種類及產(chǎn)生的條件主動土壓力被動土壓力靜止土壓力朗金土壓力理論庫侖土壓力理論能力點：熟練掌握無粘性土無滲流和有滲流作用時的安全系數(shù)的計算掌握粘性土坡分析的瑞典園弧法、條分法及畢肖普條分法掌握三種擋土墻壓力的計算方法第七章地基土承載力計算知識點：地基土變形的三個階段地基承載力極限承載力容許承載力地基承載力的特征值臨塑荷載臨界荷載能力點：熟練掌握確定地基承載力特征值的理論公式法熟練掌握常見的極限承載力的計算方法第八章不同類型土的工程性質知識點：一般土的工程性質黃土淤泥

12、類土紅粘土膨脹土污染土人工填土能力點：掌握黃土濕陷性判別方法掌握膨脹土判別方法第九章地基處理概述知識點：1.土的碾壓夯實2.砂墊層或碎石墊層堆載預壓砂樁及碎石樁土工織物化學加固能力點：1.初步掌握根據(jù)地基土力學性質選擇地基處理方案的方法七、學時分配表八、研究型課程實施本課程的研究型課題教學的探索始于2000年，從2009年獲得國家級精品課程建設后，通過進一步研究和實踐，成為比較成熟的教學方式。主要做法是（1）提出課題。課程開設之初可以由教師引導學生如何提出課題，接著，要鼓勵學生自主提出課題。例如以土力學部分，可以采用以下大的課題：地基中的應力分布、地基最終沉降量的計算、地基變形與時間的關系、地

13、基承載力、土坡穩(wěn)定性分析和擋土墻壓力。（2）明確學習要求。如對地基中的應力分布課題的基本要求是：理解和掌握地基和基礎的基本概念、土體中的應力種類、土中的自重應力及其計算、基底壓力計算、基底附加壓力及其計算和地基中的附加應力。（3）課題細化。例如地基中的應力分布部分可以設計以下小型課題：1）自重應力是有效應力還是總應力？2）從基底壓力簡化計算方法說明為什么基底壓力又稱基底應力?3）地基附加應力計算中能抽象出的關鍵力學問題（或力學模型）是什么，是由誰先解決的，如何解決的?4）角點法計算地基應力的依據(jù)是什么?5）對教科書和現(xiàn)行規(guī)范中地基應力計算存在的不足進行評述？存在的主要問題是什么，現(xiàn)在解決得如何

14、，有何解決設想？設計并實施一個實驗方案。6）選擇一種非均質或各向異性地基分析其中應力分布。（4）團隊合作研究或者實驗研究。針對課題組成團隊，通過自主學習或者實驗研究，獲得對課題的認識和理解，形成學習報告和實驗報告。（5）交流與研討。按照班級每個團隊匯報學習和實驗成果，相互討論、辯論、學習，培養(yǎng)學生的表達能力和學術交流能力，鼓勵批判性思維和學術思辨。九、主要參考書1.隋旺華等.土質學與土力學.中國礦業(yè)大學出版社，2012.2.高大釗等.土質學與土力學.人民交通出版社，2010.Person.Essentialofsoilmechanics,2007.DAS.GEOTECHNICALEnginee

15、ring,2008.WilliamPowrie.Soilmechanics，SponPress,2004.十、考核方式（包括作業(yè)、測驗、考試等及其所占比例）期末閉卷考試占40%，期中測驗占20%，作業(yè)和實驗報告占30%，研討占10%。十一、說明（包括：與相關課程的關系、對自學內(nèi)容的指導意見、其他專業(yè)運用此大綱的意見等。）1.本課程由土質學與土力學兩部分組成，兩者之間關系密切，教學中要交待清楚。本課程的實踐性很強，要重視實驗，教學中穿插一些工程實例，實驗可安排部分內(nèi)容參觀。2.教學中在土的物理性質、水理性質、力學性質、地基沉降計算、承載力計算、土坡穩(wěn)定及土壓力計算應布置相應的課內(nèi)外練習。實驗七至

16、實驗十為課外實驗，由教師根據(jù)實際情況安排選做，由學生選題，教師輔導，學院協(xié)調安排實驗時間。課外研討由學生組成興趣小組，采用文獻閱讀、設計性試驗等方式進行。制定者：隋旺華審定者：楊偉峰批準者：董守華課程編號：土質學與土力學課程實驗教學大綱總學時48總學分3實驗學時12一、課程性質本課程為地質工程專業(yè)主干基礎課。二、實驗類型驗證性實驗、綜合性試驗。三、適用專業(yè)地質工程專業(yè)、土木工程專業(yè)等。四、先修課程地質學基礎、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、工程力學、彈性力學。五、實驗簡介1.實驗目的本課程的實驗是課程教學的重要組成部分。要求學生掌握土的基本物理力學性質指標的測定的原理、技術方法、結果的計算和分析等。熟悉土工

17、儀器的使用方法和簡單的維護。初步具備針對具體工程選擇實驗方法、種類的能力和判斷實驗結果可靠性的能力。學會土工實驗報告的編寫。了解土工實驗方法、儀器的最新進展及發(fā)展趨勢。2.基本要求實驗前，學生要認真復習相關理論內(nèi)容，預習實驗指導書，并寫出預習報告，重點對實驗原理、使用的儀器、操作步驟、誤差要求等進行預習；實驗中，要求學生首先了解解儀器的使用方法，操作過程和注意事項；做好原始記錄，并認真復查，要求指導教師檢查和簽字；按要求編寫實驗報告，內(nèi)容齊全，文字通順，繪圖規(guī)范，格式符合規(guī)定。實驗方式學生獨立或分組進行試驗，采用各種儀器和方法測定土的物理力學性質指標。實驗報告格式與內(nèi)容每個實驗均應編寫實驗報告

18、。實驗報告按統(tǒng)一格式，采用統(tǒng)一封面和報告紙，報告內(nèi)容應包括：實驗名稱、目的、內(nèi)容、原理和理論基礎、實驗儀器設備、實驗步驟、實驗記錄、數(shù)據(jù)處理、實驗結果分析、回答有關問題等。任課教師要認真批閱每份實驗報告，打錯誤或不妥之處要指明，要綜合評定給出成績并簽名、簽批改日期。六、實驗項目設置與內(nèi)容-序”實驗名稱內(nèi)容提要實驗學時每組人數(shù)實驗屬性開出要求開放要求1土的顆粒分析用篩分法和（或）比重計法分析土的粒度組成235驗證必做21土的重度測試采用環(huán)刀法測定土的密度，并換算成重度135驗證必做22土的含水量測定采用烘干法測定土的含水量135驗證必做3土的塑限、液限試驗采用搓條法測定土的塑限，采用圓錐法測定土的液限，使用聯(lián)合測定儀235驗證必