高等土力學基本概念與原理

高等土力學第一章：基本概念與原理土力學的基本概念土力學：利用力學的一般原理,研究土的物理,化學和力學性質及土體在荷載,水,溫度等外界因素作用下的工程性質,包括土的應力,變形,強度,穩(wěn)定和土與結構物相互作用等規(guī)律的一個力學分支。土力學的發(fā)展簡史土力學是一門既古老、又新興的學科，人類很早就懂得廣泛利用土進行工程建設（我國的長城、南北大運河）直到十八世紀中葉，人類對土在工程建設方面的特性，尚停留在感性認識階段。土力學的發(fā)展簡史十八世紀產(chǎn)業(yè)革命后，提出了大量與土力學有關的問題和不少成功的經(jīng)驗，特別是一些工程事故的教訓，迫切促使人們?nèi)で罄碚摰慕忉?，并要求永通過實踐檢驗的理論來直到以后的工程實踐。筑城學（歐洲）墻后土壓力問題鐵路、公路、水利工程土坡穩(wěn)定問題半經(jīng)驗分析階段土力學的發(fā)展簡史二十世紀，隨著土建規(guī)模的擴大，促使人們?nèi)娴叵到y(tǒng)地對土的力學性質作理論和實踐研究，科學技術不斷發(fā)展，世界不少國家分分成立專門土力學研究機構，重點研究。十八世紀二十年代，著名的土力學家太沙基的土力學專著《土力學》問世，標志著土力學作為一門獨立的較系統(tǒng)而完整的學科，自1936年以來，已召開了十一屆國際土力學和基礎工程學術會議。近四十年來，由于尖端科學、生產(chǎn)發(fā)展的需要，土力學的研究領域又有了明顯的擴大土動力學、凍土力學、海洋土力學、月球土力學同時巖石力學也已與土力學分離而單獨稱為一門學科。1.1土體的基本特征上部結構、基礎、地基示意圖研究對象：土

土的性狀變化很大，土力學理論依靠較多的簡化假設，因此在處理工程中的土力學問題時，不能單憑數(shù)學和力學的方法，我們同時需要室內(nèi)和野外的測試手段，實地觀察和經(jīng)驗判斷。土的概念：在土木工程領域，土是指覆蓋在地表的沒有膠結和弱膠結的顆粒堆積物，土與巖石的區(qū)分僅在于顆粒膠結的強弱，所以，有時也會遇到難以區(qū)分的情況。

土的來源土根據(jù)來源可分為無機土：巖石風化天然土土是巖石風化的產(chǎn)物有機土：腐殖土，由植物完全或部分分解的堆積物具有高壓縮性、低強度，為不良建筑物地基風化：物理風化：溫度應力巖石開裂水的凍脹裂縫張開巖石開裂波浪沖擊地震風沙礫沖擊巖石破裂化學風化：巖石與空氣、水和各種溶液相接觸經(jīng)氧化炭化作用分解成細小的顆粒致使巖石的礦物成分發(fā)生變化水化在自然界，物理風化和化學風化是同時或交替進行的，所以任何一種天然土通常既是物理風化的產(chǎn)物，又是化學風化的產(chǎn)物。土的種類殘積土：巖石風化后仍然留在原地的堆積物。殘積土的厚度和風化程度主要取決于氣候條件和暴露時間，其明顯特征是顆粒多為角粒，且母巖種類對殘積土的性質有顯著影響。(優(yōu)良母巖、質地不良母巖)運積土：經(jīng)流水、風和冰川等動力搬運離開產(chǎn)地的堆積物?？煞譃楹恿鬟\積土風積土冰川沉積土沼澤土（腐植土）河流沉積土水沖積形成的，上游顆粒粗，下游顆粒細，故：

上游：強透水，引起滲漏和滲透變形問題

下游：地基土的高壓縮性和低強度引起的基礎沉降和穩(wěn)定問題，同時要考慮滲透變形問題風積土黃土典型特點：濕陷性，所謂濕陷性指黃土未浸水時，含水率低，一般10%左右，仍能維持陡壁或承受較大的建筑物荷載，可一旦濕水，其膠結強度會迅速降低，會在自重或建筑物荷載下劇烈下沉，黃土的這種性質稱為濕陷性。冰川沉積土未經(jīng)水流搬運，直接從冰層中擱置下來的冰磧土。其特點是：不成層，性質一般不均勻，可作為土石壩的不透水材料，而化學膠結的冰磧土具有很高的密實性，常常是極好的建筑物地基。冰水沖積土：由冰川融化水搬運、堆積在冰層外圍的沖積土，具有與河流沖積土類似的性質，是優(yōu)良的透水材料和混凝土骨料風積土（黃土高原風成學說）雅丹地貌（風蝕作用形成）物理風化物理風化風的作用水的作用化學風化化學風化天然地質體土的物理力學性質隨母巖種類,形成過程等不同而不同；土的物理力學性質隨環(huán)境條件(溫度,濕度,水分,壓力等)不同而不同。人工土體：人為控制土的結構與組成天然土體：自然形成土體與結構不確定性：土的物理力學性質隨母巖種類,形成過程等不同而不同；不均勻性：具有明顯的空間變異性；易變性：土的物理力學性質隨環(huán)境條件(溫度,濕度,水分,壓力等)不同而不同；多相性：由固相、液相、氣相組成。固體傲礦物育顆粒（固斑相）土中派氣體（氣謊相）土中須水（液遮相）土的森組成土的鍛固體脈顆粒逃是土并的三樓相組蒜成中申的主齡體，原是決支定土激的工傳程性強質的卸主要默成分萍。土體晨與巖姐體連續(xù)輝性：譽土體柄看成速為連纖續(xù)介通質，枕巖石傘常認及為是內(nèi)不連腎續(xù)介外質；滲透政性：記土體惡一般償無明湊顯的諷方向替性，稀巖石略具有母明顯層的方謎向性錯；破壞竭機理瘋：土安體內(nèi)福部對商土顆漆粒的股約束誤較弱靈，巖沒石內(nèi)賠部的影膠結姨能力款較強旨，一板般沿女不連正續(xù)面斤發(fā)生蓋破壞走。土體幫的材漲料性涉質土體犁作為落結構腿材料歡與力辨學介跡質，桌具有多相琴性、易碎冰性、變異奴性，土強的力高學性療質取勒決于地質柿成因、物質住組成、結構瘡特征。影響見因素愿多，陜影響爭因素朗之間射的相轎互作況用，媽根據(jù)線土的跡組成嶄與結先構進睜行完備全的紗定量舉分析知是困潑難的勢，需咐要借發(fā)助工飲程經(jīng)抵驗、潮實驗團等手厭段進游行分番析。1.宰2土的蟲結構逝與組卸成土的錯固體析顆粒非粘難土礦冬物顆爐粒：土伍中的緊原生族礦物幼以石集英為編主，攤含有姑少量做長石爛、云敬母等糾。粘土顛礦物物顆粒督：次抬生礦賤物的櫻主要蕩組成鏡部分禽，最輝常見冠的是高嶺凝石、伊利濕石、蒙脫伏石，基貝本單邀元為術硅氧侵四面尚體、絨鋁氫蝴氧八限面體鴉。粘粒粉粒砂粒圓粒碎石塊石0.0050.075260200巨粒粗粒細粒粒組梢的概逝念：繭工程麻上將既大小標，性哪質相旁近的倍土粒南合并顏為一水組，按稱粒摔組，猜其分心界尺佳寸稱壯界限冊粒徑衛(wèi)。土粒鵲粒度始與粒挑組砂粒硅氧女四面伏體敢硅氧姨晶片鋁氫校氧八吼面體則鋁衰氫氧命晶片沿平先面展歪布晶胞閉（結憂構單摩元）片狀猛粘土謀礦物相互侮疊合1：1型2：1型組合蒙脫畢石伊利云石高嶺誕石礦物類型結構類型晶胞厚度(A)比表面積(m2/g)高嶺石1：17.210~20伊利石2：11080~100蒙脫石2：114800主要做粘土制礦物甲的性郵質土顆摧粒與奧孔隙舉水液態(tài)柄水結合蹦水自由竹水強結恰合水弱結抖合水不能允傳遞葡靜水摟壓力重力鼠水毛細竄水能傳第遞靜或水壓調(diào)力結合釋水：指由防電分殺子引麻力吸將附于軋土粒桌表面叉成薄這膜狀筋的水值。根欄據(jù)受嘩電場必作用葵力的新大小圣及離須顆粒積表面笛遠近勝，又磨可以斗分成強結衛(wèi)合水和弱結乎合水兩類獲?！鶑娊Y梳合水般：緊靠坦于顆旅粒表糧面、傷所受寧電場古的作棄用力昏很大港、幾畢乎完字全固權定排鳥列、別喪失響液體悼的特胡性而結接近播于固吐體，胸冰點響遠低脹于0℃，密遭度比臺自由偉水的左大，語在案10傅5℃以上慣時才圈可被盲蒸發(fā)被；※弱結隸合水蜂：緊靠返強結江合水俘的外帝圍形灑成的晚結合功水膜竄，所葡受的過電場衡作用煙力隨賀著與魚顆?；鹁嚯x爹增大季而減美弱。詞是一袍種粘父滯水漲膜，剝可因攜電場撞引力挖從一拒個土會粒周晌圍轉儲移到冬另一宏個土賢粒周絮圍。襪即弱恐結合振水膜寒能發(fā)則生變撐形，辦但不把因重盜力作及用而樂流動扣。弱琴結合遠水的蒼存在陡是粘華性土哀在某兄一含狗水量戴范圍殺內(nèi)表新現(xiàn)出因可塑弱性的賴原因再。結合漏水示施意圖土顆粒自由水弱結合水強結合水結合水存于孔隙中粘粒窮表面啟的擴松散雙健電層負電霞荷顆粒典表面擴散竊層固定峽層土的吹微觀刺結構厭特征結構斧形式粗粒蠻土：單粒晴結構、蜂窩昆結構松散搜狀態(tài)密實涉狀態(tài)粉土竹：蜂窩麻結構粘性狼土：絮狀累結構顆粒游級配不均私勻系透數(shù)d60—限定尼粒徑d10—有效慈粒徑d30—中值挑粒徑曲率鍵系數(shù)級配站評定孔隙秘分布土的預孔隙籮結構——不同幅大小風的孔宏隙所退占比侍例的沖分布跨情況d：孔鞠隙直敗徑；p(d)：大柄于d的孔惜隙體絨積百厚分含放量；V：大吼于d的孔倒隙體戴積；Vz：總亦孔隙獵體積臨。孔徑厲分布娃曲線1.精3連續(xù)昌介質閱力學上原理基本氏假定連續(xù)活性假許定——土體雁為連速續(xù)介企質。物質谷點無按孔隙愧地分特布于叔物體丹所占膏的空暖間物體押在變生形過虜程中著仍保轎持連毛續(xù)性均勻違性假利定——物體作內(nèi)各扒點的旨物理拖力學變性質趴相同時。各向質同性康假定——材料快性質晨與方浩向無鋒關小變繩形假騾定——物體繁在外旁力作證用下繭產(chǎn)生想的變例形很禁小，病不考遭慮因迫變形賽引起融的尺港寸變禍化?；疽蟹匠唐胶鈺兎匠處缀沃鄯匠?/p>