《土力學(xué)簡明教程》復(fù)習(xí)筆記

1、緒論土力學(xué)：是討論土體在四周環(huán)境與力的作用下的變形和強(qiáng)度以及滲流規(guī)律的一門科學(xué)。第一章土的物理性質(zhì)和工程分類: 一般指掩蓋在地表上的碎散礦物幾何體，是原巖經(jīng)物理和化學(xué)風(fēng)化作用形成的積累 物。土可以分為殘積土和運(yùn)積土兩大類：殘積土：母巖層經(jīng)風(fēng)化作用裂開成為巖屑或細(xì)小顆粒后殘留在原地的積累物，其特 征是顆粒外表粗糙、多棱角、粗細(xì)不勻稱、無層理。運(yùn)積土：是風(fēng)化所形成的的土顆粒，受自然力作用，搬運(yùn)到遠(yuǎn)景不同的地點(diǎn)所沉積 的積累物，其特點(diǎn)是顆粒比擬圓滑。運(yùn)積土分類：坡積土、洪積土、沖積土、湖泊沼澤沉積土、海相沉積土、冰積 土、風(fēng)積土。主要1分坡積土（殘積土在雨季水流和重力的作用下，被帶到山坡坡腳出聚集

2、起來的積累物）和洪積土 （殘積土和坡積土受洪水沖刷帶到山麓積累起來的積累物）、 洪積土（殘積土和坡積土受洪水沖刷帶到山麓積累起來的積累物）和沖積土（由江 河水流搬運(yùn)所形成的沉積物）土的主要物理特征：1、碎散性（巖石的物理風(fēng)化所致）2、三相體系3、自然變異性土是自然界漫長的地質(zhì)年月內(nèi)多形成的性質(zhì)簡單、不勻稱、各向異性且雖時(shí)間 變化不斷變化的物質(zhì)。巖石的風(fēng)化：是指巖石在自然界各種因素和外力的作用下產(chǎn)生裂開與分解。導(dǎo)致顆粒變 小化學(xué)成分轉(zhuǎn)變等。1、物理風(fēng)化（產(chǎn)生無粘性土，化學(xué)成分不變）2、化學(xué)風(fēng)化（產(chǎn)生粘性土顆粒和可溶鹽，化學(xué)成分轉(zhuǎn)變）3、生物風(fēng)化（產(chǎn)生腐殖質(zhì)，轉(zhuǎn)變土壤結(jié)構(gòu)）土的工程特性：1、壓縮性

3、高2、強(qiáng)度低3、透水性大2、附加應(yīng)力一一外荷載作用引起3、慣性力地震引起4、滲透力一一滲流引起應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系假定：1、連續(xù)介質(zhì)2、線彈性體3、均質(zhì)各向同性地基中三種典型應(yīng)力狀態(tài)：1、一維應(yīng)變狀態(tài)2、二維應(yīng)變狀態(tài)3、三維應(yīng)變狀態(tài)符號(hào)規(guī)定：正應(yīng)力壓為正、拉為負(fù)，剪應(yīng)力使微元體逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正、反之為負(fù)自重威力：在沒有修建建筑物之前，地基中由于土體本身的有效重力而產(chǎn)生的應(yīng)力豎直向自重應(yīng)力：a二=%水平向自重應(yīng)力：5, = Ko/,. =4/一v yV 人V-/ V 人 L 41K0： 土的側(cè)向壓縮系數(shù)，指側(cè)限條件下水平有效應(yīng)力與數(shù)值有效應(yīng)力之比附加應(yīng)力：由于修建建筑物而產(chǎn)生的應(yīng)力垂直集中力的作用: TO

4、C o 1-5 h z 3P z3 3P 3 八 3P z5 1 P=7 - cos， 0 =晨 = K 2 R5 2冰22萬 R5 z2 z23Pz2x3Px2八=7-COS 82R52成33Pz2y3Py2A2=cos-9InR52欣31、1、2、27r(-)2+1z5)軸對(duì)稱性，j關(guān)于z軸對(duì)稱某點(diǎn)應(yīng)力合力過原點(diǎn)3、在集中力作用線上。二隨深度的增加而遞減4、在某一圓柱面上隨深度增加J先從零漸漸增加然后漸漸減小5、在某一水平面上隨r的增加而漸漸減小6、應(yīng)力等值線為泡狀水平集中力作用：西羅提解3Ph xz25 =丁z 271 R53Ph ZJC2s 7-盯2兀R5=3R 5“171 R5矩形面

5、積上的豎直均布荷載：q = KJ。應(yīng)力分布系數(shù)實(shí)際上是積分得來的，可以查表計(jì)算采用角點(diǎn)法計(jì)算的時(shí)候要留意點(diǎn)的位置，然后使用疊加可計(jì)算出任意一點(diǎn)的應(yīng)力矩形面積上的豎直三角形荷載：/=（-KO”。系數(shù)照舊是積分得來的，可以查表在實(shí)際工程中當(dāng)荷載面積長寬比大于等于10時(shí)可以看做條形荷載依據(jù)平面問題解地基中附加應(yīng)力的影響因素：1、材料非線性影響（對(duì)豎直應(yīng)力影響較小，對(duì)水平應(yīng)力影響較大）2、成層地基的影響（剛性層消失應(yīng)力集中，軟性層消失應(yīng)力集中）3、變形模量隨地基深度的增大而增大的影響（地基中的應(yīng)力向力的作用線四周集 中）基底壓力（基底接觸力）：基礎(chǔ)底面?zhèn)鬟f給地基外表的壓力1、彈性地基上的完全柔性基礎(chǔ)（

6、7 = 0）2、彈性土體上的剛性基礎(chǔ)（E7 = oo）3、彈塑性地基上的有限剛性基礎(chǔ)基底壓力的簡化計(jì)算:1、中心荷載作用：P =-（對(duì)于條形荷載：4=，在長度方向取1m計(jì)算） A bP M y Mx2、偏心荷載作用：P（x,y） = +3 + 一A1 y有效應(yīng)力原理：a = a +u1、飽和土體內(nèi)人以平面受到的總應(yīng)力可分為由土顆粒擔(dān)當(dāng)?shù)挠行?yīng)力和孔隙水承 擔(dān)的孔隙水壓力2、土的變形與強(qiáng)度只取決于有效應(yīng)力緣由：土的變形一般指土中空隙的變化，主要包括顆粒移動(dòng)到更穩(wěn)定的位置, 接觸點(diǎn)裂開，土粒斷裂?？紫端畨毫?duì)顆粒的作用是各向相等的，不會(huì)引 起土粒移動(dòng)，造成空隙變化，同時(shí)孔隙水壓力對(duì)土粒的壓縮而引起

7、的顆粒 本身體積的變化比起孔隙的變化可以忽視不計(jì)，例如海面放在海底也不會(huì) 由于巨大的水壓力產(chǎn)生變形，由于水不能承受剪力因此孔隙水壓力的變化 也不會(huì)引起土的抗剪強(qiáng)度變化自重應(yīng)力下的有效應(yīng)力計(jì)算：1、靜水條件下應(yīng)力分布2、毛細(xì)飽和區(qū)內(nèi)應(yīng)力分布3、穩(wěn)定滲流條件下的應(yīng)力穩(wěn)定向上滲流：有效應(yīng)力減小穩(wěn)定向下滲流：有效應(yīng)力增加第四章土的壓縮性與地基沉降量計(jì)算土的可壓縮性：自然 土體具有孔隙，在受到外力及四周環(huán)境作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生體積或外形 的 轉(zhuǎn)變土變形的特點(diǎn)：非線性、非彈（彈塑）性、剪脹（剪縮）性、流變性三軸試驗(yàn)的三種類型：固結(jié)排水試驗(yàn)、固結(jié)不排水試驗(yàn)、不固結(jié)不排水試驗(yàn)固結(jié)：指的是在施加四周應(yīng)力時(shí)翻開排水閥，讓

8、土樣充分排水，直至變形穩(wěn)定排水：在施加豎向應(yīng)力時(shí)翻開排水閥并且加載速度要慢，保證加載過程中不產(chǎn)生超 靜孔隙水壓力土的三相組成：一般狀況下是由固態(tài)的土顆粒、空隙中的液體、可氣體三相組成飽和土： 土的空隙完全被水布滿非飽和土：空隙局部被水占據(jù)另一局部被氣體占據(jù)干土：空隙全部布滿氣體土的固體顆粒：界限粒徑：依據(jù)粒徑的范圍將土粒分為假設(shè)干粒組，粒組之間的分界尺寸成為界限尺 寸巨粒、粗粒、細(xì)粒（60, 0.75）土的顆粒級(jí)配：土中各粒組的相對(duì)含量（各粒組占土?？偤康陌俜?jǐn)?shù)）顆粒級(jí)配的分析方法：篩分法（適用于0.075的粗粒）、水分法（適用于細(xì)粒）、激 光粒度分析法顆粒級(jí)配曲線:顆粒級(jí)配曲線是依據(jù)篩分試

9、驗(yàn)成果繪制的曲線，采納對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示, 橫坐標(biāo)為粒徑，縱坐標(biāo)為小于（或大于）某粒徑的土重（累計(jì)百分） 含量土的粗細(xì)一一平均粒徑（幺0,表示土中大于此粒徑和小于此粒徑的土的含量均占50%）土的粒組分布狀況一一不勻稱系數(shù)（Cu=強(qiáng)，不勻稱系數(shù)越大土粒分布的范圍4（）越大，土越不勻稱，級(jí)配越好。）顆粒級(jí)配曲線光滑程度（級(jí)配連續(xù)程度）曲率系數(shù)（C，=曲率系數(shù)大說明缺少小顆粒，曲率系數(shù)小說明缺少大顆粒）總結(jié)一下就是：級(jí)配曲線消失平臺(tái)（曲線緩）說明粗細(xì)粒差異大，勻稱土級(jí)配不良, 必需同時(shí)滿意Cu5, Q=13才是級(jí)配良好的土土粒的礦物成分：1、原生礦物，粗粒土，礦物成分有石英、長石、云母等，顆粒粗、呈粒狀2

10、、次生礦物，細(xì)粒土，主要是黏土礦物，顆粒微小、多呈片狀或針狀三類不同性質(zhì)的黏土礦物：蒙脫石：顆粒細(xì)、親水力量極強(qiáng)，比外表積大伊利石：親水力量介于蒙脫石和高嶺石之間、比外表積介于二者之間高嶺石：顆粒粗，親水力量差，比外表積小比外表積：單位質(zhì)量或體積的顆粒所擁有的外表積土的顆粒越細(xì)、外形越扁平、比外表積越大土中的液體：1、結(jié)合水A、強(qiáng)結(jié)合水，物理化學(xué)力，失去液體的特性而接近固體，不能流淌，具有蠕 變性B、弱結(jié)合水，物理化學(xué)力，黏滯水膜，能發(fā)生變形，但是不會(huì)由于重力作用 而流淌2、自由水A、重力水，重力，地下水位以下透水層中的地下水可以自由流淌B、毛細(xì)水，外表張力及重力，地下水位以上的土層中的自由水

11、土中的氣體：1、粗粒土中，對(duì)土的性質(zhì)沒有多大影響2、細(xì)粒土中，增加土體彈塑性變形、堵塞滲流、減小土的透水性、使土層具有很 高的壓縮性土的結(jié)構(gòu)：土粒或土粒集合體在空間的排列和相互聯(lián)結(jié)形式1、單粒狀結(jié)構(gòu)，疏松的單粒狀結(jié)構(gòu)土外荷載下易產(chǎn)生較大的變形或沉降不宜做建 筑物地基，緊密單粒狀結(jié)構(gòu)土強(qiáng)度高壓縮性小是良好的自然 地基2、蜂窩狀結(jié)構(gòu)，較不穩(wěn)定外力作用下會(huì)產(chǎn)生較大變形，不行做自然地基3、絮狀結(jié)構(gòu)，受到擾動(dòng)強(qiáng)度變低壓縮性變高，不行做自然 地基土體構(gòu)造：同一土層中顆?；蛘哳w粒結(jié)合體相互間的位置與填充空間狀況1、層狀構(gòu)造，由不同顏色或粒徑的土粒構(gòu)成的一層一層的構(gòu)造狀態(tài)，大局部細(xì)粒 土的土層2、分散構(gòu)造，土

12、層中土粒分布勻稱性質(zhì)相近，大局部粗粒土3、裂隙狀構(gòu)造，土體被很多不連續(xù)的小裂隙所分割，破壞了原狀土的整體性，使 其工程性質(zhì)變差，一些堅(jiān)硬和硬塑狀態(tài)的黏土4、結(jié)核狀構(gòu)造，細(xì)粒土中明顯摻有粗顆?；蚋鞣N結(jié)合，土的性質(zhì)主要取決于細(xì)粒 土局部，含礫石的冰漬黏土含結(jié)核的黏土等。土的三相圖：再采用三相圖計(jì)算的時(shí)候要留意，水的質(zhì)量等于水的體積，設(shè)其中的某一 個(gè)未知量為1,這樣就只剩下三個(gè)未知量，可以用三相圖推導(dǎo)公式土的三相物理指標(biāo)：直接指標(biāo)：必需通過試驗(yàn)測定的指標(biāo)1、土粒比重也成為比密度或者土粒相對(duì)密度（G,）： 土粒在105110溫度下烘干至恒重是的質(zhì)量與4是同體積純水的質(zhì)量之比（實(shí)際上土粒比重在數(shù)值上等于

13、土粒密度，但是量綱為1）2、土的含水量（3）： 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比以百分?jǐn)?shù)表示（可以超過 100%,同一類土含水量越大其強(qiáng)度就越低）3、土的密度又稱為自然 密度或者濕密度（P ）：單位體積的土所具有的質(zhì)量間接指標(biāo)：可以依據(jù)直接指標(biāo)換算的指標(biāo)1、重度也叫容重（丫）：單位體積土的重量2、干密度（P.）和干重度（兀）：分別指單位體積土中固體顆粒的質(zhì)量和重量3、飽和密度（P刈）和飽和重度（丫刈）：分別指土中空隙完全被水布滿時(shí)單位體積的直連或重量4、有效密度也叫浮密度（P,）和有效重度也叫浮重度（-）：分別指地下水位以下的土體在受到浮力作用時(shí)的單位體積的質(zhì)量和重量5、孔隙比（e）： 土壤中孔隙體

14、積與土粒體積之比6、孔隙率（n）： 土中空隙占體積的百分?jǐn)?shù)7、土的飽和度（S,）：空隙被水布滿的程度土的物理狀態(tài)指標(biāo)：1、對(duì)于無粘性土（粗粒土）：密實(shí)程度密實(shí)度：單位體積土體中固體顆粒的含量直接用干密度和孔隙比作為密實(shí)度指標(biāo)的缺點(diǎn)是沒有考慮到級(jí)配的 影響相對(duì)密實(shí)度：D,= maxip Pmax min，ax、/in分別表示土最疏松的、自然 的、最緊密的孔隙比D,接近于1說明土呈密實(shí)狀態(tài)，接近于0說明處于疏松狀態(tài)（1/3,2/3）標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)：用63.5KG的錘從76cm的高度自由下落，將貫入器擊入土中30cm所需的錘擊次數(shù)N依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)可以將自然 砂分為四類：松散，稍密，中密，密實(shí) （10

15、,15,30）2、粘性土（細(xì)粒土）：軟硬程度稠度：指土的軟硬程度或者某一含水率下對(duì)抗外力引起變形或破壞的力量（粘 性土的稠度反映了土粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度對(duì)含水量變化而變化的狀況）塑性狀態(tài)：土體受外力作用可以被捏成任何外形而不發(fā)生裂開，外力取消后仍 然保持轉(zhuǎn)變后的狀態(tài)液限（37： 土由塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐盒誀顟B(tài)時(shí)的含水率（開頭有自由水）塑限（3p）: 土由半固態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)時(shí)的含水率（強(qiáng)結(jié)合水量最大開頭有弱 結(jié)合水）3匕-3P液性指數(shù)越小土質(zhì)越硬，液性指數(shù)越大土質(zhì)越軟塑性指數(shù)：Ip=C03P （習(xí)慣上去掉百分號(hào)）土的靈敏度（SQ：原狀土樣的單軸抗壓強(qiáng)度與重塑土樣的單軸抗壓強(qiáng)度之比土的靈敏性越強(qiáng)其結(jié)構(gòu)性越強(qiáng)

16、，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低的就越多土的觸變性:在含水量和密度不變的條件下土因重塑而軟化又因靜置而漸漸硬 化的性質(zhì)土的最優(yōu)含水量：將肯定量黏性土制成不同的含水量，用肯定的壓實(shí)方法和功 能壓實(shí)，含水量為某值時(shí)，壓實(shí)干容重最大，此時(shí)相對(duì)應(yīng)的含水量即最優(yōu) 含水量影響土工程性質(zhì)的三個(gè)因素：1、土的三相組成2、土的物理狀態(tài)3、土的結(jié)構(gòu)土的分類：1、碎石土：粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量50%的土2、沙土：粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量50%,而粒徑大于0.075mm的 顆粒質(zhì)量超過全重50%的土3、粉土：介于沙土與粘性土之間，塑性指數(shù)小于等于10且粒徑大于0.075mm的 顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量50%

17、的土4、粘性土：塑性指數(shù)大于10的細(xì)粒土，10到17為粉質(zhì)粘土，17以上為黏土第二章土的滲透性和滲流滲透性：土具有被水等液體透過的性質(zhì)滲流：在水位差的作用下水在土體空隙中流淌的現(xiàn)象水頭：單位水體所具有的能量位置水頭：單位質(zhì)量液體所具有的的位能壓力水頭：某點(diǎn)孔隙水的壓力的水柱高度流速水頭：單位質(zhì)量液體所具有的動(dòng)能總水頭：單位質(zhì)量液體所具有的總機(jī)械能總水頭差：單位質(zhì)量的液體從一點(diǎn)到另一點(diǎn)為克服阻力而損失的能量水力坡降：，=L其物理意義是單位滲流長度上的水頭損失管內(nèi)水流的兩種形式：1、層流：流淌時(shí)相鄰兩質(zhì)點(diǎn)流線永不相交2、湍流：流淌時(shí)相鄰兩質(zhì)點(diǎn)流線相溝通動(dòng)時(shí)消失旋渦達(dá)西定律：=A Lv為滲透斷面的平

18、均滲流速度k為土的滲透系數(shù)，相當(dāng)于水力坡降為1時(shí)的滲流速度，量綱與流速相同1、滲透速度V并不是土空隙中水的實(shí)際平均速度2、達(dá)西定律只適用于層流，沙土和一般黏土可直接使用，很黏的礫石和粘性很大的密實(shí)黏土要修正u = Z泮、v-o)滲透系數(shù)的測定：1、常水頭試驗(yàn)法，室內(nèi)，粗粒土2、變水頭試驗(yàn)法，室內(nèi)，細(xì)粒土3、注水試驗(yàn)或者抽水試驗(yàn)，室外，重要工程對(duì)滲透系數(shù)的影響：1、土的性質(zhì)：粒徑及粗配、孔隙比、礦物成分、結(jié)構(gòu)、飽和度2、水的性質(zhì)：溫度不同水的黏滯度不同成層土的滲透系數(shù)：11、水平滲流：除=一2也H z=i結(jié)論：水平滲流的等效滲透系數(shù)等于各層滲透系數(shù)按厚度加權(quán)平均特點(diǎn)：1、各土層在豎直截面上各點(diǎn)的水頭相等，各層土的水力坡降與等效水 力坡降相等2、等效土層的總滲流量等于各土層的滲流量之和2、垂直滲流：kr =、乜L特點(diǎn)：1、通過各層的流量與通過等效土層的流量相同2、等效土層的水頭損失等于各土層的水頭損失之和結(jié)論：水平滲流的等效滲透系數(shù)由滲透系數(shù)最大的土層掌握，垂直滲流的等效滲透 系數(shù)由滲透系數(shù)最小的土層掌握拉普拉斯方程：粵+警dx2 dz2求解方法：1、解析法2、數(shù)值解3、試驗(yàn)法4、圖解法流網(wǎng)：由流線和等勢(shì)線所組成的曲線正交網(wǎng)格繪制原那么：1、流線與等勢(shì)線必需正交2、流線與等勢(shì)線構(gòu)成的各個(gè)網(wǎng)格的長寬比應(yīng)為常數(shù)，