考研土力學(xué)重點(diǎn)1詳解

緒論土力學(xué)是研究土的物理性質(zhì)以及在荷載作用下土體內(nèi)部的應(yīng)力變形和強(qiáng)度規(guī)律的力學(xué)研究對(duì)象是土問題：滲流：滲透變形與滲透穩(wěn)定。第一章土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類1-1土的形成土是松散顆粒的堆積物，是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物(人工破碎;堆石壩的壩殼料；相當(dāng)于物理風(fēng)化)。土是指覆蓋在地表的沒有膠結(jié)或弱膠結(jié)的顆粒堆積物根據(jù)來源分：有機(jī)土和無機(jī)土巖石風(fēng)化分為物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化。溫度的變化、凍脹等因素使整體巖石產(chǎn)生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑的過程。第一章土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類1-1土的形成化學(xué)風(fēng)化：巖體(或巖塊、巖屑)與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質(zhì)化學(xué)風(fēng)化：質(zhì)變過程，形成的土顆粒很細(xì)。土從其堆積或沉積的條件來看可分為：(((殘積土殘積土(河流沖積土|風(fēng)積土〈(|土〈運(yùn)積土殘積土：巖石風(fēng)化后仍留在原地的堆積物。寒冷地帶，巖塊或砂，物理風(fēng)化，穩(wěn)定。砂或粉粒；黃土冰磧土：由冰川剝落、搬運(yùn)形成的堆積物；不成層、從漂石到粘粒沼澤土：在沼澤地的沉積物；含有機(jī)質(zhì)、壓縮性高、強(qiáng)度低1-2土的組成土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱土為三相系。當(dāng)土骨架的孔隙全部被水占滿時(shí)，這種土稱為飽和土；含空氣時(shí)，就成為干土；根據(jù)土的粘性分：粘性土：顆粒很細(xì)；，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石(直徑幾十cm甚至1m)一、土的固相(一)成土礦物原生礦物：由物理風(fēng)化生成的土粒；顆粒較粗，一般為無粘性土；石英、長石、云母等；(二)粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu)粘土礦物：由各種硅酸鹽礦物分解形成的水鋁硅酸鹽礦物。其結(jié)構(gòu)可分為晶體和非晶體，以晶體礦物為主。形孔硅片；(二)粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu)接，一個(gè)顆粒多達(dá)近百個(gè)晶層。(三)土粒的大小和土的級(jí)配干土總質(zhì)量之比。土的級(jí)配：土中各種大小的粒組中土粒的相對(duì)含量。(四)顆粒大小分析試驗(yàn)測定土中各粒組顆粒質(zhì)量所占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，確定粒徑分布范圍的試驗(yàn)稱為土的顆粒大小分析試驗(yàn)。常用的方法：篩分法：粒徑>0.075mm密度計(jì)法：粒徑<0.075mm的篩mX=i100m2.密度計(jì)法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量的方法。通過密度計(jì)測定土水懸濁液的密度來確定。3.土的級(jí)配曲線(1)粒徑分布曲線(2)粒組頻率曲線粒徑分布曲線度和曲線的形狀又可用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)來衡量。Cc過大，臺(tái)階在d~d間；C過小，臺(tái)階在d~d間；1030c3060土的級(jí)配的連續(xù)性也可用粒組頻率曲線來反映。雙峰，谷點(diǎn)<3％，不連續(xù)；二、土的液相(一)吸著水由土顆粒表面電分子力吸附在土粒表面的一層水。吸著水可分為強(qiáng)吸著水和弱吸著水。(一)吸著水大多數(shù)粘粒表面帶有凈的負(fù)電荷:原子替代;吸著水形成原因:土粒表面的負(fù)電荷,陽離子,氫鍵。強(qiáng)吸著水性質(zhì)接近于固體，冰點(diǎn)很低，沸點(diǎn)較高，且不能傳遞壓力。離開土顆粒表面較遠(yuǎn)，不受土顆粒電分子引力作用，且可自由移動(dòng)???的水稱為自由水。(分為毛細(xì)管水和重力水)1.毛細(xì)管水土中存在許多大小不同的相互連通的彎曲孔道，由于水分子與土粒分子之間的附著力和水氣界面上的表面張力，于是，將引起迫使相鄰?fù)亮Ｏ嗷シe緊的壓力，這個(gè)壓力稱為毛管水壓在潮濕的粉、細(xì)砂中孔隙水僅存在于土粒接觸點(diǎn)周圍，彼此是不連續(xù)的。這時(shí)，由于空襲中的氣與大氣連通，因此，孔隙中的壓力亦將小于大氣壓力。力液就不再存在。把這種粘聚力稱為假粘聚力。2.重力水在重力或水位差作用下能在土中流動(dòng)的自由水稱微重力水。具有溶解能力，能傳遞靜水和動(dòng)水壓力，對(duì)土顆粒有浮力作用。當(dāng)它在土孔隙中流動(dòng)時(shí)，對(duì)所流經(jīng)的土體施加滲流力(亦稱動(dòng)水壓力、滲透力)，計(jì)算中應(yīng)考慮其影響。三、土的氣相1-3土的結(jié)構(gòu)一、土粒間的相互作用當(dāng)粘粒在溶液中沉淀時(shí)，粒間引力主要是范得華力(分子鍵)，還有吸著水層中異性電荷引力:而與溶液的性質(zhì)無關(guān)。理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類1-3土的結(jié)構(gòu)一、土粒間的相互作用粒上得凈負(fù)電荷就發(fā)生粒間斥力。大小取決于溶液的性質(zhì)，并隨粒間間距得指數(shù)函數(shù)遞減。二、土的結(jié)構(gòu)(一)單粒結(jié)構(gòu)(二)蜂窩狀結(jié)構(gòu)(三)絮狀結(jié)構(gòu)粒呈任意排列，具有較大的孔隙，其強(qiáng)度低，壓縮性高，對(duì)擾動(dòng)比較敏感。1-4土的物理性質(zhì)指標(biāo)一類是必須通過試驗(yàn)測定的，如含水率、密度和土粒比重，稱為直接指標(biāo)；另一類是根據(jù)直接指標(biāo)換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標(biāo)。1-4土的物理性質(zhì)指標(biāo)(一)土的密度ρ與重度γ土的密度定義為單位體積土的質(zhì)量，用ρ表示，單位為Mg/m3(或g/cm3)。表達(dá)式如下：對(duì)于粘性土，土的密度常用環(huán)刀法測定。GsGs=V.g)sw4CswagVV(二)土粒比重Gs土粒比重定義為土粒的質(zhì)量(或重量)與同體積4℃時(shí)純水的質(zhì)量(或重量)之比(無因人()＝(p)ssw4Cw4C式中：ρs——土粒的密度，即土粒單位體積的質(zhì)量；(ρw)4℃——4℃時(shí)純水的密度，1g/cm3(γw)4℃——4℃時(shí)純水的重度。干克裝入該空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質(zhì)量，按下式計(jì)算土粒比重：m瓶加土加水的質(zhì)量；ms——烘干土的質(zhì)量。(三)土的含水率w測定含水率常用的方法是烘干法，先稱出天然土的質(zhì)量，然后放在烘箱中，在100℃~105℃常溫下烘干，稱得干土質(zhì)量，按上式可算得。ms二、間接換算得物理性質(zhì)指標(biāo)(一)土的孔隙比e定義：土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數(shù)表示，其表達(dá)式為：(二)土的孔隙率ns(三)土的飽和度Sr定義：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為：rVv(四)干密度ρd與干重度γd土的干密度：單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量，表達(dá)式：pp=sdV土的干重度：單位體積內(nèi)土粒的重量，表達(dá)式為：WWmgy=s=s=pgdVVd土烘干，體積要減小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是評(píng)定土密實(shí)程度的指標(biāo)，干密度或干重度愈大表明土愈密實(shí)，反之愈疏松。(五)飽和密度ρsat與飽和重度γsat飽和密度定義：土中孔隙完全被水充滿土處于飽和狀態(tài)時(shí)單位體積土的質(zhì)量。表達(dá)式為：mm+Vpp=svwsatV在飽和狀態(tài)下，單位體積土的重量稱為飽和重度，其表達(dá)式為：WW+Vymg+Vpgy=svw=svw=pgsatVVsat六)浮密度ρ’與浮重度(有效重度)γ’ywmsgVspwgpgVV從上述四種土的密度或重度的定義可知，同一土樣各種密度或重度在數(shù)值上有如下關(guān)系：pp'pp'=msVspwp>p>p>p'Vsatd三、物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算w=ssw=sw=swm=ssw=sw=sw和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和飽和度?！窘狻?1)已知V＝60cm3，m=108g，則由式(1－4)得(2)已知ms=96.43g，則mw=m－ms=108－96.43=11.57g按式(1－9)，于是w=mw／ms＝11.57／96.43=12%(3)已知Gs=2.7，則Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3按式(1－10)，于是e=Vv／Vs＝24.3／35.7=0.68(4)按式(1－11)n=Vv／V＝24.3／60=40.5％(5)根據(jù)ρw的定義于是按式(1－12)St=Vw／Vv=11.57／24.3＝48％無粘性土得相對(duì)密實(shí)度、粘性土得稠度及土的壓實(shí)性一、無粘性土的相對(duì)密實(shí)度DD=max0reemaxmineeemax——無粘性土處在最松狀態(tài)時(shí)的孔隙比；emin——無粘性土處在最密狀態(tài)時(shí)的孔隙比；e0——無粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。GpeGpe=ss1pd按式(1－23)可得相對(duì)密實(shí)度得使用表達(dá)式Dr=(pddnd)axdmaxdmind式中：ρdmax——無粘性土的最大干密度；將風(fēng)干的無粘性土試樣用漏斗法測定其最小干密度，用振擊法測定其最大干密度。0＜Dr≤1/31/3＜Dr≤2/32/3＜Dr≤1二、粘性土的稠度疏松的(一)粘性土的稠度狀態(tài)流動(dòng)、軟、可塑、硬等描述態(tài)(二)界限含水率及其測定1.界限含水率稠度界限或阿太堡界限。液限(W)——從流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的上限含水率；L塑限(W)——從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的下限含水p體積開始不變時(shí)的含水率。2.液、塑限的測定2.液、塑限的測定第一章土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類www12p100smwsVV式中：ws——土的縮限(％)w——制備時(shí)的含水率(％)V1——濕試樣的體積(cm3)，V2——干試樣的體積(cm3)(三)塑性指數(shù)和液性指數(shù)1.塑性指數(shù)塑性指數(shù)：液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值(去掉百分號(hào))。I=ww用Ip表示，取整數(shù)，即：pLp塑性指數(shù)越高，吸著水含量可能高，土的粘粒含量越高。2.液性指數(shù)粘性土的狀態(tài)可用液性指數(shù)來判別。I=p=pILw——土的天然含水率。液性指數(shù)表征了土的天然含水率與界限含水率之間的相對(duì)關(guān)系，表達(dá)了天然土所處的狀pLwIpLLLL三、土的壓實(shí)性填土的密實(shí)程度常以干密度表示三、土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性影響因素：(一)含水率的影響最大干密度(對(duì)于與某N)，最優(yōu)含水率wop三、土的壓實(shí)性(二)擊實(shí)功能的影響1、土料的最大干密度和最優(yōu)含水率不是常數(shù)。2、當(dāng)含水率較低時(shí)擊數(shù)的影響較顯著。(三)土類和級(jí)配的影響(四)粗粒含量的影響對(duì)d>5mm粒徑的含量不超過25％~30％時(shí)，仍可用輕型擊實(shí)，但要修正。1-6土的工程分類粗粒土按顆粒組成進(jìn)行分類；粘性土按塑性指數(shù)分類。(一)巨粒土和含巨粒土的分類巨粒土和含巨粒土應(yīng)按試樣中所含劃分。試樣中含巨粒組質(zhì)量多于總