土質學與土力學教學大綱

#《土質學與土力學》教學大綱適用專業(yè): 地質工程課程編號:課程類別:必修課內學時: 72開課學期:5一、課程性質與目的本課程是為地質工程專業(yè)開設的一門專業(yè)必修課。其目就是使學生了解和掌握土的基本特性、土力學的基本原理、土體變形及穩(wěn)定的分析和計算方法。為從事地質工程工作打下基礎。二、課程的基本要求本課程為地質工程專業(yè)的專業(yè)主干課，只有在掌握了數理化、力學、地質學基礎知識后才能學習本課程。因此，本課程的開設時間應設在高等數學、普通物理學、工程力學、普通化學、普通地質學、巖石學、構造地質學、水文地質學等課程之后。本課程的內容也涉及工程檢測技術和土工實驗與地球物理勘探和土工實驗課程同步開設。通過課堂教學、課堂討論、多媒體教學、習題作業(yè)等教學手段，學生應達到如下要求：.牢固掌握土的基本物理力學性質，土的應力、變形、強度和地基計算等土力學的基本原理和計算方法；.掌握主要土工試驗的基本原理的一般操作技術；.土的主要特點是復雜性、易變性，因此，學習時應注重理論聯系實際，將土力學理論應用于實踐，在實踐中注意積累資料及經驗，再去豐富理論。三、本課程的重點本課程的重點是研究土的應力、變形、強度和穩(wěn)定性以及與此有關的工程問題。四、本課程與其它相關課程的關系與本課程相關的課程有：工程力學、工程地質學、專門工程地質學、巖體力學、地基處理、基礎工程設計與施工、巖土工程物探技術、地球物理勘探、水文地質學、巖石學。為本課程的基礎課程。五、課程內容緒論學習土質學與土力學概念及工程問題、學科特點與性質、學科發(fā)展、學習內容與參考書；第一章土的物理性質與工程分類第一節(jié)土的形成與結構與構造：：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。學習顆粒間的作用力、顆粒間的排列型式（結構類型）、土的構造、粘性土的靈敏度，掌握單粒結構、蜂窩結構、絮狀結構的特點與不同，了解土的層狀構造、分散構造、結構狀構造、裂隙狀構造，理解靈敏度的含義與劃分。第二節(jié)土的三相組成：學習土的固體顆粒、礦物成分、土粒形狀、土中水、土中氣等內容，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，土中水的主要形態(tài)類型。第三節(jié)土的物理性質指標主要學習土的重量、土的含水性、土的孔隙性以及各項物理性質指標的換算。第四節(jié)土的水理性質學習土的透水性、毛細性、粘性土的稠度和可塑性，粘性土的抗水性等。第五節(jié)土的力學性質學習土的變形特性，土的壓縮性，抗剪性，土的擊實性，以及影響土的力學性質的因素。第六節(jié)特殊土與土的工程分類學習最具代表性的工程分類方法。掌握碎石土、砂土、粉土、粘性土的分類標志。本章重點內容之一，應掌握各類土的分類方法，會根據土的物性指標，確定土的名稱。學習黃土、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習土的滲透性含義、滲流試驗與達西定律滲透系數的測定與影響因素，土的滲透變形，土的毛細性和土在凍結過程中水分的遷移和積累等內容，重點掌握滲透定律的內容與適用范圍。第三節(jié)二維滲流與流網第四節(jié)滲透力和滲透變形學習滲流力的概念，滲流力的分析方法及土的滲透變形類型與條件。重點掌握滲流力及流沙、管涌的基本概念。第三章土體中的應力計算本章內容是地基基礎設計和施工的基礎知識，也是下章討論地基變形的前提，因此應很好地掌握。地基中的應力包括自重應力和附加應力，前者是土受的重力作用而產生的，后者是由于基礎等外部荷載所引起的，由于產生條件不同，因此兩者的分布規(guī)律和計算方法也不同。要學會自重應力的計算方法和分布規(guī)律，及常用的典型規(guī)則的均布荷載下地基附加應力的計算方法，并掌握基礎底面應力計算和分布特點。要求明確有效應力的概念。學習內容與要求如下：第一節(jié)概述學習地基的應力類型與意義、土的應力--應變關系假定、地基中常見的幾種應力狀態(tài)、應力符號規(guī)定。第二節(jié)土體的自重應力計算學習均勻地基、成層地基土自重應力的計算。第三節(jié)基底壓力及基底附加壓力的計算學習基底應力分布形式、實用簡化計算方法、基底附加壓力的計算等內容，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算公式。第四節(jié)地基中的附加應力計算是本章重要內容。學習地基基本假定、垂直集中力作用下的附加應力（解）、矩形面積上不同的分布荷載作用下的附加應力、圓形面積垂直均布荷載作用中心點下的附加應力、條形荷載下地基應力、非均質和各向異性地基中的附加應力。要求建立地基彈性體內應力擴散概念、掌握幾種典型規(guī)則的分布荷載下附加應力計算、會利用學過知識求不規(guī)則荷載作用下的附加應力；要求記住幾個主要公式、條形均布荷載下應力分布規(guī)律、非均質和各向異性地基對附加應力有何影響。第五節(jié)有效應力原理是土力學最重要的原理之一，也是本章重要內容，學習有效應力原理的概念，飽和土中M和。的計算。要求掌握有效應力原理的概念、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、附加應力引起的超靜孔隙數壓力、三軸等向壓縮狀態(tài)、軸對稱三軸應力狀態(tài)下的孔隙水壓力計算及相應的孔壓系數、的含義，會用有效應力原理解釋有關實際問題，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算本章討論荷載作用下土體的變形，這是土力學重要問題之一，學習本章時，重點要理解地基計算的基本原理，掌握估算基礎沉降的分層總和法、《規(guī)范》推薦法和彈性力學公式，學會地基最終沉降量的計算方法。第一節(jié)概述學習土的變形特點、土的本構關系模型，了解與土的力學性質有關的土的工程特點，要求從變形機理、應力-應-變關系及變形與時間關系三個方面區(qū)分土材料與彈性材料的變形特點。第二節(jié)土的壓縮性學習土在側限應力狀態(tài)下的變形特性、土的變形模量。掌握壓縮試驗及有關指標的測定，四個壓縮特性指標（壓縮系數、壓縮指數、壓縮模量、變形模量）的關系，土的應力歷史對壓縮性的影響。第三節(jié)地基沉降量計算是本章重要內容。學習有關概念、地基沉降的彈性力學公式、分層總和法、《規(guī)范》推薦法、三維變形狀態(tài)下求固結沉降、用 曲線計算基礎沉降。要求掌握求地基沉降的彈性力學法、分層總和法、《規(guī)范》推薦法，會用 曲線計算基礎沉降。第四節(jié)飽和土體滲流固結理論學習固結方程的建立與求解，固結度的計算和固結系數的確定方法，重點掌握飽和土體單向滲透固結方程是根據什么條件建立的，固結方程的推導步驟、適用條件，固結度的計算方法和固結系數的確定方法。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度本章要求重點掌握庫侖定律、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度指標的方法及三軸試驗成果的整理。學習內容與要求如下：第一節(jié)概述學習地基強度的意義、土的強度成果在工程上的應用。第二節(jié)土的抗剪強度和破壞理論是本章較為重要的內容，學習土中一點的應力狀態(tài)、土的極限平衡條件、摩爾--庫侖強度理論。要求掌握土的極限平衡條件表達式和摩爾--庫侖強度理論的內容。第三節(jié)土的抗剪強度試驗方法是本章重要內容，學習直剪試驗、三軸剪切試驗、抗剪強度的其它測定方法（無側限抗壓強度試驗、十字板剪切試驗）。要求掌握各個試驗的原理和測定的指標。第四節(jié)土的抗剪強度機理和影響因素學習土的抗剪強度的概念、抗剪強度機理（強度來源）、影響土抗剪強度的因素。要求理解土的抗剪強度的含義，認清其機理，掌握影響土的抗剪強度的因素。第五節(jié)土在剪切中的性狀和各類抗剪強度指標學習砂土和粘性土的性狀，要求掌握砂土和粘性土殘余強度的概念、砂土液化機理、粘土的蠕變性。學習總應力強度指標與有效應力強度指標（有效應力原理在強度上的應用）、三軸試驗強度指標、直剪試驗的強度指標。要求掌握固結排水剪、固結不排水剪不固結不排水剪試驗條件下，土的應力歷史為正常固結土、超固結土總應力強度指標（、中）和有效應力強度指標（、5）。第六章擋土結構物上的土壓力土壓力是與土的抗剪強度有關的問題，也是土力學重要問題之一。學習本章時，要熟悉土壓力的類型及它們產生的條件和適用范圍，熟練掌握主動土壓力計算方法，并熟悉重力式擋土墻的設計要點與計算步驟。本章的學習內容與要求如下：第一節(jié)概述學習工程上常用擋土墻類型、土坡失穩(wěn)實例分析。學習影響土壓力的因素、土壓力的種類、產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)靜止土壓力計算學習其產生的條件、計算方法、土壓力分布及應用。第三節(jié)朗肯土壓力理論是本章重要內容，學習朗肯假設條件、主動土壓力、被動土壓力。要求掌握朗肯假設條件，熟練掌握其計算方法。第四節(jié)庫倫土壓力理論是本章重要內容，學習要點與假設條件、數值解法與庫爾曼圖解法、朗肯與庫侖土壓力理論比較。要求掌握其假設條件及數值解法，從分析方法與計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算是本章重要內容，學習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度有關的問題。本章的學習內容與要求如下：第一節(jié)概述學習土坡的類型及常見的滑坡現象。第二節(jié)無粘性土坡的穩(wěn)定分析學習兩種情況下（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)定安全系數的定義及推導過程，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)定安全系數有何聯系。第三節(jié)粘性土坡的穩(wěn)定分析學習其整體圓弧法、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)定分析中的應用。要求掌握圓弧法進行土坡穩(wěn)定分析及幾種特殊條件下土坡穩(wěn)定分析計算。第四節(jié)邊坡穩(wěn)定分析的總應力法和有效應力法學習穩(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)定問題學習討論三個問題：土坡穩(wěn)定分析中計算方法問題、強度指標的選用問題和容許安全系數問題。第八章地基承載力本章學習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、地基承載力設計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算，并從這些計算公式中了解影響地基承載力的因素。第一節(jié)概述學習地基的承載力、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)學習地基從變形到失穩(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。其次學習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習極限平衡理論