《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。運積土：是風(fēng)化所形成的的土顆粒，受自然力作用，搬運到遠(yuǎn)景不同的地點所沉積 的積累物，其特點是顆粒比擬圓滑。運積土分類：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)符號規(guī)定：正應(yīng)力壓為正、拉為負(fù)，剪應(yīng)力使微元體逆時針轉(zhuǎn)動為正、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)軸對稱性，j關(guān)于z軸對稱某點應(yīng)力合力過原點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)實際上是積分得來的，可以查表計算采用角點法計算的時候要留意點的位置，然后使用疊加可計算出任意一點的應(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，可以查表在實際工程中當(dāng)荷載面積長寬比大于等于10時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（對豎直應(yīng)力影響較小，對水平應(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)基底壓力的簡化計算:1、中心荷載作用：P =-（對于條形荷載：4=，在長度方向取1m計算） 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，主要包括顆粒移動到更穩(wěn)定的位置, 接觸點裂開，土粒斷裂?？紫端畨毫︻w粒的作用是各向相等的，不會引 起土粒移動，造成空隙變化，同時孔隙水壓力對土粒的壓縮而引起

7、的顆粒 本身體積的變化比起孔隙的變化可以忽視不計，例如海面放在海底也不會 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 也不會引起土的抗剪強度變化自重應(yīng)力下的有效應(yīng)力計算：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)境作用時會產(chǎn)生體積或外形 的 轉(zhuǎn)變土變形的特點：非線性、非彈（彈塑）性、剪脹（剪縮）性、流變性三軸試驗的三種類型：固結(jié)排水試驗、固結(jié)不排水試驗、不固結(jié)不排水試驗固結(jié)：指的是在施加四周應(yīng)力時翻開排水閥，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）土的顆粒級配：土中各粒組的相對含量（各粒組占土?？偤康陌俜?jǐn)?shù)）顆粒級配的分析方法：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配曲線:顆粒級配曲線是依據(jù)篩分試

9、驗成果繪制的曲線，采納對數(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，不勻稱系數(shù)越大土粒分布的范圍4（）越大，土越不勻稱，級配越好。）顆粒級配曲線光滑程度（級配連續(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：級配曲線消失平臺（曲線緩）說明粗細(xì)粒差異大，勻稱土級配不良, 必需同時滿意Cu5, Q=13才是級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，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?；蛲亮＜象w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)，受到擾動強度變低壓縮性變高，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：再采用三相圖計算的時候要留意，水的質(zhì)量等于水的體積，設(shè)其中的某一 個未知量為1,這樣就只剩下三個未知量，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)：必需通過試驗測定的指標(biāo)1、土粒比重也成為比密度或者土粒相對密度（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、對于無粘性土（粗粒土）：密實程度密實度：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度指標(biāo)的缺點是沒有考慮到級配的 影響相對密實度：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 （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)強度對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)時的含水率（開頭有自由水）塑限（3p）: 土由半固態(tài)進入塑性狀態(tài)時的含水率（強結(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）土的靈敏度（SQ：原狀土樣的單軸抗壓強度與重塑土樣的單軸抗壓強度之比土的靈敏性越強其結(jié)構(gòu)性越強

16、，受擾動后土的強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，用肯定的壓實方法和功 能壓實，含水量為某值時，壓實干容重最大，此時相對應(yīng)的含水量即最優(yōu) 含水量影響土工程性質(zhì)的三個因素：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)量液體所具有的動能總水頭：單位質(zhì)量液體所具有的總機械能總水頭差：單位質(zhì)量的液體從一點到另一點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：流淌時相鄰兩質(zhì)點流線永不相交2、湍流：流淌時相鄰兩質(zhì)點流線相溝通動時消失旋渦達西定律：=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際平均速度2、達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黏土要修正u = Z泮、v-o)滲透系數(shù)的測定：1、常水頭試驗法，室內(nèi)，粗粒土2、變水頭試驗法，室內(nèi)，細(xì)粒土3、注水試驗或者抽水試驗，室外，重要工程對滲透系數(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：1、各土層在豎直截面上各點的水頭相等，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：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、試驗法4、圖解法流網(wǎng)：由流線和等勢線所組成的曲線正交網(wǎng)格繪制原那么：1、流線與等勢線必需正交2、流線與等勢線構(gòu)成的各個網(wǎng)格的長寬比應(yīng)為常數(shù)，