土力學(xué)與基礎(chǔ)工程(趙明華)精華版

1、名詞解釋1. 土力學(xué)利用力學(xué)的一般原理，研究土的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下工程性狀的應(yīng)用科學(xué)。它是力學(xué)的一個分支。2. 地基：為支承基礎(chǔ)的土體或巖體。在結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)底面下，承受由基礎(chǔ)傳來的荷載，受建筑物影響的那部分地層。地基分為天然地基、人工地基。3. 基礎(chǔ)：將結(jié)構(gòu)承受的各種作用傳遞到地基上的結(jié)構(gòu)組成部分。基礎(chǔ)依據(jù)埋置深度不同劃分為淺基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)2土的性質(zhì)及工程分類1. 土的三相：水（液態(tài)、固態(tài)）氣體（包括水氣）固體顆粒（骨架）2. 原生礦物。即巖漿在冷凝過程中形成的礦物。 3. 次生礦物。系原生礦物經(jīng)化學(xué)風化作用后而形成新的礦物4.粘土礦物特點：粘土礦物是一種復(fù)

2、合的鋁硅酸鹽晶體，顆粒成片狀，是由硅片和鋁片構(gòu)成的晶胞所組疊而成。 5.粒組:介于一定粒度范圍內(nèi)的土粒。界限粒徑：劃分粒組的分界尺寸稱為顆粒級配:土中各粒組的相對含量就稱為土的顆粒級配。（d > 0.075mm時，用篩分法；d <0.075，沉降分析）顆粒級配曲線：曲線平緩，表示粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，即級配良好。不均勻系數(shù):Cu=d60/d10 ，反映土粒大小的均勻程度，Cu 越大表示粒度分布范圍越大，土粒越不均勻，其級配越好。曲率系數(shù):Cc=d302/(d60*d10)，反映累計曲線的整體形狀，Cc 越大，表示曲線向左凸，粗粒越多。（d60 為小于某粒徑的土重累計百分量為

3、60% ，d30 、d11 分別為限制粒徑、中值粒徑、有效粒徑） 對于級配連續(xù)的土：Cu>5，級配良好；Cu<5，級配不良。 對于級配不連續(xù)的土，級配曲線上呈臺階狀，采用單一指標Cu難以全面有效地判斷土級配好壞，需同時滿足Cu>5和Cc=13兩個條件時，才為級配良好，反之則級配不良。6.結(jié)合水指受電分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。這種電分子吸引力高達幾千到幾萬個大氣壓，使水分子和土粒表面牢固地粘結(jié)在一起。結(jié)合水分為強結(jié)合水和弱結(jié)合水兩種。 強結(jié)合水：緊靠于土顆粒的表面，受電場作用很大，無安全不能移動，表現(xiàn)出固態(tài)特性 弱結(jié)合水：強結(jié)合水外，電場作用范圍內(nèi)的水，是一種粘質(zhì)水

4、膜，受力時可以從水膜厚處向薄處移動，也可因電場引力從一個土粒周圍轉(zhuǎn)移到另一個土粒周圍，擔在重力作用下不會發(fā)生移動。 毛細水:受到水與空氣交界面處表面張力的作用,存在于地下水位以上透水層中的自由水。 毛細現(xiàn)象：指土中水在表面張力作用下，沿細的孔隙向上及其它方向移動的現(xiàn)象。 重力水:地下水面以下,土顆粒電分子引力范圍以外的水,僅受重力作用.傳遞靜水壓力產(chǎn)生浮托力.7.土的結(jié)構(gòu):指土粒單元的大小、形狀、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造對土的性質(zhì)有很大影響。（單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、絮凝結(jié)構(gòu)） 土的構(gòu)造:物質(zhì)成分和顆粒大小等都相近的同一土層及其各土層之間的相互關(guān)系的特征稱之。（層理

5、構(gòu)造、裂隙構(gòu)造、分散構(gòu)造）8.相對密實度:界限含水量：粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另外一種狀態(tài)的分界含水量。液限()：粘性土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量。塑限()：粘性土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量。塑性指數(shù)：液限與塑限之差（去掉%）稱為塑性指數(shù)，用下式表示：。反映粘粒含量的多少,反映粘性土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。液性指數(shù)(IL): 反映土的軟硬成度9.靈敏度：在不排水條件下，原狀土的無側(cè)限抗壓強度與重塑土的無側(cè)限抗壓強度之比，用表示。固結(jié)度：地基在荷載作用下，經(jīng)歷了時間的沉降量與最終沉降量之比值稱為固結(jié)度，它表示時間地基完成的固結(jié)程度。<達同一固結(jié)度，單面排水時間是雙面排水時間

6、的4倍>土的觸變性：在土的含水量和密度不變的情況下，土因重塑而軟化，又因靜置而逐漸硬化，強度有所恢復(fù)的性質(zhì)。10.潛蝕：在滲流情況下，地下水對巖土的礦物、化學(xué)成分產(chǎn)生溶蝕、溶濾后這些成分被帶走以及水流將細小顆粒從較大顆粒的空隙中直接帶走，這種作用稱為潛蝕，前者稱化學(xué)潛蝕，后者稱機械潛蝕。 管涌：水在砂性土中滲流時，細小顆粒在動水力的作用下，通過粗顆粒形成的孔隙，而被水流帶走的現(xiàn)象叫管涌。 流砂或流土：當h增大到某一數(shù)值(有效重度)時, 向上的滲流力克服了土體向下的重力, 土體浮起而處于懸浮狀態(tài)失去穩(wěn)定, 土粒隨水流動的現(xiàn)象。11.最佳含水量：在一定壓實功作用下，使土最容易壓實，并能達到最

7、大干密度時的含水量。3土中應(yīng)力計算1.、土的應(yīng)力分類：自重應(yīng)力、基地應(yīng)力、地基附加應(yīng)力自重應(yīng)力：由土體重力引起的應(yīng)力。（自重應(yīng)力一般是自土形成之日起就在土中產(chǎn)生）附加應(yīng)力：由于外荷載的作用，在土中產(chǎn)生的應(yīng)力增量?；讐毫Γ涸诨A(chǔ)底面與地基之間產(chǎn)生接觸壓力。（基底壓力分為：柔性基礎(chǔ)基底壓力和剛性基礎(chǔ)基底壓力） 基底附加壓力（p0）地基附加應(yīng)力：由建筑物荷載引起的應(yīng)力增量。2.有效應(yīng)力原理 s 總應(yīng)力; s 有效應(yīng)力; u 孔隙水壓力。飽和土的有效應(yīng)力原理的完整表述：土的的有效應(yīng)力等于總應(yīng)力減去孔隙水壓力；土的有效應(yīng)力控制了土的變形和強度性能三個基本物理指標:天然密度（環(huán)刀法）,比重或相對密度（比

8、重瓶法）,含水量（烘干法）換算指標：天然密度:天然狀態(tài)下土單位體積的質(zhì)量(g/cm3)干密度d :土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量( g/cm3)飽和密度sat :土孔隙中充滿水時的單位體積質(zhì)量(g/cm3)有效密度: 單位土體積中土粒的有效質(zhì)量(g/cm3)土粒相對密度(比重)ds :土的固體顆粒質(zhì)量與同體積4時純水的質(zhì)量之比 含水量w : 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比(%)孔隙比e :土中孔隙體積與土顆粒體積之比孔隙率 n :土中孔隙體積與總體積之比(%)飽和度 Sr : 土中水的體積與孔隙體積之比(%)1、何謂附加應(yīng)力？地基中的附加應(yīng)力分布有何特點？答：建筑物荷載在地基中增加的應(yīng)力稱為附加應(yīng)

9、力。地基中的附加應(yīng)力分布有一下規(guī)律：1)附加應(yīng)力自基底起，隨深度呈曲線衰減2)附加應(yīng)力具有一定擴散性。它不僅分布在基底范圍內(nèi)，而且分布在基底荷載面積以外的相當大的范圍之3）基底下任意深度水平面上的附加應(yīng)力，在基地中軸線上最大，隨居中軸線距離越遠而越小2、簡述飽和土的滲透固結(jié)過程？答：飽和土的滲流固結(jié)過程如下：（1）土體孔隙中自由水逐漸排出；（2）土體孔隙體積逐漸減??；（3）由孔隙水承擔的壓力逐漸轉(zhuǎn)移到土骨架來承受，成為有效應(yīng)力。3、土體中發(fā)生剪切破壞的平面，是不是剪應(yīng)力最大的平面？在什么情況下，剪切破壞面與最大剪應(yīng)力面是一致的？答：土體中發(fā)生剪切破壞的平面一般不是剪應(yīng)力最大的平面。當土的莫爾破

10、壞包線與軸平行時，即時，剪切破壞平面與最大剪應(yīng)力面是一致的。4、 莫爾-庫倫強度理論:以庫倫公式作為抗剪強度公式,根據(jù)剪力是否達到抗剪強度作為破壞準則的理論就稱為莫爾-庫倫強度理論5、 朗肯土壓力的基本假定是？庫倫土壓力的基本假定是？（1）朗肯土壓力基本原理朗肯研究自重應(yīng)力作用下，半無限土體內(nèi)各點的應(yīng)力從彈性平衡狀態(tài)發(fā)展為極限平很狀態(tài)的條件，提出計算擋土墻土壓力的理論。假設(shè)條件a擋土墻背垂直b墻后填土表面水平c擋墻背面光滑即不考慮墻與土之間的摩擦力。（2）庫倫土壓力依據(jù)的原理：楔體平衡理論基本假定：a墻后的填土是理想散粒體 b.滑動破壞面為通過墻踵的平面 c.滑動土楔為一剛塑性體，本身無變形3

11、. 朗肯土壓力與庫倫土壓力的優(yōu)缺點n朗肯土壓力理論:應(yīng)用半空間中的應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡理論計算土壓力，概念比較明確，公式簡單，應(yīng)用方便，對于粘性土和無粘性土都可以用該公式直接計算，故在工程中得到青睞。但為了使墻后填土中的應(yīng)力狀態(tài)符合半空間應(yīng)力狀態(tài)，必須假設(shè)墻背是直立光滑的，填土面是水平的，因而使其應(yīng)用范圍受到限制，并由于該理論忽略了墻背與填土之間摩擦的影響，使計算的主動土壓力偏大，被動土壓力偏小。n庫侖土壓力理論:根據(jù)墻后滑動土楔的靜力平衡條件推導(dǎo)得出土壓力計算公式，考慮了墻背與土之間的摩擦力，并可用于墻背傾斜，填土面傾斜的情況，但由于該理論假設(shè)填土是無粘性土，因此不能用庫侖公式直接計算粘性填土

12、的土壓力。庫侖土壓力理論假設(shè)墻后填土破壞時，破裂面是一平面，而實際上是一曲面，因此，庫侖土壓力理論計算結(jié)果與按曲面的計算結(jié)果有出入，這種偏差在計算被動土壓力時尤為嚴重.4 朗肯與庫侖土壓力理論的適用性（1）朗肯理論求得的是墻背各點土壓力強度分布，而庫侖理論求得的是墻背上的總土壓力 （2）朗肯理論適用于填土表面為水平的無粘性土或粘性土的土壓力計算（3）庫侖理論只適用于填土表面為水平或傾斜的無粘性土，對粘性土只能用圖解法計算被動土壓力的計算常采用朗肯理論（4） 擋土墻在滿足墻背直立光滑且填土面水平的條件下，庫侖土壓力理論與朗肯土壓力理論計算得到的土壓力是一致的.9、飽和粘性土不同排水條件下的抗剪強

13、度指標1. 不固結(jié)不排水剪(UU) ：試驗過程中試樣含水量和體積保持不變, 加壓過程中只引起試樣的孔隙水壓力變化, 而有效應(yīng)力不變, 故抗剪強度亦不變。2. 固結(jié)不排水剪(CU) ：固結(jié)過程中試樣含水量和體積減小, 剪切過程中保持不變, 只是孔隙水壓力改變, 破壞時孔隙水壓力完全由試樣受剪引起。3. 固結(jié)排水剪(CD) ：整個試驗過程中始終打開排水閥門, 讓試樣充分排水固結(jié), 保持孔隙水壓力為零, 有效應(yīng)力等于總應(yīng)力。4土的變形性質(zhì)及地基沉降計算 1.土的壓縮性：土在壓力作用下體積縮小的的特性。（壓縮快慢與滲透性有關(guān)透水 性大的無粘性土，壓縮過程短；透水性小的粘性土，壓縮時間長。） 壓縮試驗：

14、研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗方法。步驟：在壓縮儀（或固結(jié)儀）中完成。試驗時，先用金屬環(huán)刀取土，然后將土樣連同環(huán)刀一起放入壓縮儀，上下各蓋一塊透水石，以便土樣受壓后能夠自由排水，透水石上面再施加垂直荷載。（側(cè)限）2.壓縮性指標：壓縮系數(shù)，是評價地基土壓縮性高低的重要指標之一，e-p曲線上任一點的切線斜率 ，當外荷載引起的壓力變化范圍不大時，可近似 a1-2表示壓力間隔由P1=100kp增加到P2=200時所得壓縮系數(shù)a1-2評定土的壓縮高低。a1-2<0.1Mpa時，為低壓縮性土，0.1 Mpaa1-2<0.5Mpa時，為低壓縮性土、a1-20.5 Mpa壓縮指數(shù) 公式4.5

15、 、 Cc用來確定土的壓縮性大小，Cc值愈大。土的壓縮性愈高。一般認為Cc<0.2時。為低壓縮性土；Cc=0.2-0.4時，屬中壓縮性土；Cc>0.4時，屬高壓縮性土。P71壓縮模量（或側(cè)限壓縮模量）：土體在完全側(cè)限條件下，豎向附加應(yīng)力z與相應(yīng)的應(yīng)變增量z之比，用符號Es表示。Es=（1+e1）/a一般認為：Es<4Mpa時為高壓縮性土；Es>15 Mpa時為低壓縮性土：Es=415MPa時屬中壓縮性土3. 載荷試驗：由加荷穩(wěn)壓裝置、反力裝置、觀測裝置三部分組成。 變形模量：指土體在無側(cè)限條件下，單軸受壓時的應(yīng)力與應(yīng)變之比，用E0 表示 彈性模量：無側(cè)限條件下彈性階段豎

16、向應(yīng)力與應(yīng)變之比。 E0與Es關(guān)系土的荷載試驗終止加載的條件（1）承載板周圍的土明顯側(cè)向擠出或發(fā)生裂紋。 (2) 沉降s急劇增大，荷載-沉降（p-s）曲線出現(xiàn)陡降段。（3）在某一荷載下，24小時內(nèi)沉降速度不能達到穩(wěn)定標準。（4）沉降s大于等于0.06b（b為承載板寬度或直徑） 4. 應(yīng)力歷史：土在形成的地質(zhì)年代中經(jīng)受應(yīng)力變化的情況 應(yīng)力路徑: 在外力作用下土中某一點的應(yīng)力變化過程在應(yīng)力坐標圖中的軌跡。 地基變形與時間的關(guān)系：主要取決于土的滲透性和土層厚度；飽和土的滲透固結(jié)過程，就是孔隙水壓力向有效應(yīng)力轉(zhuǎn)化的過程。 土的固結(jié)：土體在外力作用下，壓縮隨時間增長的過程。 天然土層分為三種固結(jié)狀態(tài)超固

17、結(jié)狀態(tài)：天然土層在地質(zhì)歷史上受到過的固結(jié)壓力Pc大于目前的上覆壓力P1，即OCR大于1.正常固結(jié)狀態(tài)：土層在歷史上最大固結(jié)壓力作用下壓縮穩(wěn)定，但沉積后土層厚度無大變化，以后也沒有受到過其他荷載的繼續(xù)作用。.欠固結(jié)狀態(tài)：土層逐漸沉積到現(xiàn)在地面，但沒達到固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)。5. 先期固結(jié)壓力pc ：土在其生成歷史中曾受過的最大有效固結(jié)壓力。6. 沉降量的組成：瞬時沉降:加載后地基瞬時發(fā)生的沉降; 采用彈性理論,采用不排水變形模量sd主固結(jié)沉降:飽和與接近飽和的粘性土在基礎(chǔ)荷載作用下,隨著超靜孔隙水壓力的消散,土骨架產(chǎn)生變形所引起的沉降; sc次固結(jié)沉降:主固結(jié)結(jié)束后,在有效應(yīng)力不變的條件下,土骨架仍隨時

18、間發(fā)生變形. 利用S-lgt曲線,次固結(jié)指數(shù)進行計算ss7.太沙基一維固結(jié)理論的基本假定:(1) 土體是均質(zhì)彈性,完全飽和;(2) 土粒和水不能壓縮;(3) 水的滲出以及土的壓縮只能沿豎向發(fā)生;(4) 水的滲流服從Darcy定理,且滲透系數(shù)k不變;(5) 孔隙比的變化與有效應(yīng)力的變化成正比,壓縮系數(shù)a不變;(6) 外荷載一次瞬時施加.滲透固結(jié)：土體中由附加應(yīng)力引起的超靜水壓力隨時間逐漸消散，附加應(yīng)力轉(zhuǎn)移到土骨架上，骨架上的有效應(yīng)力逐漸增加，土體發(fā)生固結(jié)的過程稱為滲透固結(jié)。5土的抗剪強度1. 土的抗剪強度：土體抵抗剪切破壞的極限能力。（土的抗剪強度的組成 摩擦力 滑動摩擦: 剪切面土粒間表面粗糙

19、所產(chǎn)生的摩擦 咬合摩擦: 土粒間相互嵌入所產(chǎn)生的咬合力, 其引起土的剪脹 顆粒的破碎與重排列 粘聚力：由土粒間的膠結(jié)作用和各種物理-化學(xué)鍵力作用的結(jié)果，其大小與土的礦物組成和壓密程度有關(guān)靜電引力: 包括庫侖力侖力和離子-靜電力范德華力: 物質(zhì)的極化分子與相鄰另一極化分子間通過相反的偶極吸引 膠結(jié)力: 土或水中碳、硅、鉛、鐵等氧化物對土顆粒形成膠結(jié)作用，其粘聚力可達幾百千帕 表觀粘聚力: 如毛細力、非飽和土中吸力等）2.庫侖定律：當土所受法向應(yīng)力不很大時，土的抗剪強度與法向應(yīng)力可近似用線性關(guān)系表示，這一表征土體抗剪強度與法向應(yīng)力的公式即為庫侖定律表達式3.莫爾庫侖強度理論（簡答。自己總結(jié)要點）

20、莫爾(Mohr)1910年提出當法向應(yīng)力范圍較大時，抗剪強度線往往呈非線性性質(zhì)的曲線形狀?？辜魪姸戎笜薱和并非恒定值，而應(yīng)由該點的切線性質(zhì)決定。c隨的增大而增加，隨的增大而減小。莫爾認為土中某點t 達到該點的抗剪強度時，即土發(fā)生破壞。莫爾認為 t f =f（s）為曲線，t f=f（s）用直線（庫侖定律： ）代替（將莫爾曲線簡化為直線），稱之為莫爾庫侖強度理論。4. 簡述直接剪切試驗和三軸壓縮試驗之間的優(yōu)缺點和適用范圍。直接剪切試驗的優(yōu)缺點 優(yōu)點：直剪儀構(gòu)造簡單，操作簡便，并符合某些特定條件。缺點：（1）剪切過程中試樣內(nèi)的剪應(yīng)變和剪應(yīng)力分布不均勻。（2）剪切面人為地限制在上、下盒的接觸面上，而該

21、平面并非是試樣抗剪最弱的剪切面。（3）剪切過程中試樣面積逐漸減小，且垂直荷載發(fā)生偏心，但計算抗剪強度時卻按受剪面積不變和剪應(yīng)力均勻分布計算。（4）不能嚴格控制排水條件，因而不能量測試樣中的孔隙水壓力。（5）根據(jù)試樣破壞時的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力，雖可算出大、小主應(yīng) 1、 3的數(shù)值，但中主應(yīng)力 2無法確定。三軸壓縮試驗的優(yōu)缺點 缺點：試樣制備和試驗操作比較復(fù)雜，試樣中的應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)匀徊粔蚓鶆颉?yōu)點：（1）試驗中能嚴格控制試樣的排水條件，準備測定試樣在剪切過程中孔隙水壓力變化，從而可定量獲得土中有效應(yīng)力的變化情況。（2）與直剪試驗對比起來，試樣中的應(yīng)力狀態(tài)相對地較為明確和均勻，不硬性指定破裂面位置。（3

22、）除抗剪強度指標外，還可測定如土的靈敏度、側(cè)壓力系數(shù)、孔隙水壓力系數(shù)等力學(xué)指標。6土壓力、地基承載力和土坡穩(wěn)定1擋土墻（結(jié)構(gòu)）為了防止土體邊坡的坍塌失穩(wěn)，保護邊坡的穩(wěn)定，人工完成的構(gòu)筑物.2擋土墻的土壓力：擋土墻后填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。土壓力：主動土壓力：當擋土墻向離開土體方向偏移至墻后土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力稱為主動土壓力。用Ea表示。被動土壓力：當擋土墻在外力作用下，向土體方向偏移至墻體后土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力稱為被動土壓力。用Ep表示。靜止土壓力：當擋土墻靜止不動，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力稱為靜止土壓力。用E。表示。靜止壓力強度用公式0=K0Z提示：三者關(guān)系Ea <E。<Ep 4. 朗肯理論與庫侖理論的比較 （簡答）相同點