土力学总复习提纲

塑性指数IP : 液限与塑限的差值，用去 掉百分号的数值表示。
IPLP
液性指数IL : 细粒土的天然含水量和 塑限的差值与液限和塑限的差值之比即
为液性指数；
IL
P
IP
IL值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬。
塑限wp是用搓条法测定的。 液限wL可采用平衡锥式液限仪测定。
按液性指数值确定粘性土状态
隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所 充满。 作了这种简化后的渗流其实只是一种假 想的土体渗流，称之为渗流模型
（二）达西（Darcy）渗透定律
达西（Henri Philibert Gaspard Darcy,1803～1858）,法国著名工程师， 1855年提出了达西定律，1857年提出了 紊流沿程水头损失计算的著名经验公式。
的特性称崩解性。
2、粘性土的崩解形式
是多种多样的：有的是均匀的散粒状，有的呈 鳞片状，碎块状或崩裂状等。
崩解现象的产生是由于土水化，使颗粒间连接 减弱及部分胶结物溶解而引起的崩解。
是表征土的抗水性的指标。
1.5 砂土的密实度
砂土的密实程度并不完全取决于孔隙比， 而在很大程度上还取决于土的级配情况。
体积和质量上的比例关系称为土的三相比例指 标。
土的三相基本指标反映了土的干燥与潮湿、 疏松与紧密。
分为试验指标和换算指标。
一、试验指标： 1、土的密度：土单位体积的质量，称为土
的天然密度，记为ρ 公式：ρ=m/v
重度定义： 土的天然重力密度，记为γ 公式：γ=W/v=ρg=9.8ρ
常用环刀法测定。
§1.2 土的颗粒特征
一、土的粒度成分：
粒径：颗粒大小以直径计，称为粒径（或粒度）。 粒组：界于一定粒径范围的土粒。
界限粒径：200、20、2、0.075、0.005mm分 为六大粒组：
漂石（块石）颗粒、卵石（碎石）颗粒、 圆砾（角砾）颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。
1.3 土的物理性质指标
土的三相比例指标：土的三相物质在
灵敏度高的土，其结构性愈高，受扰动 后土的强度降低就愈多，施工时应特别 注意保护基槽，使结构不扰动，避免降 低地基强度。
触变性：当粘性土结构受扰动时，土
的强度降低。但静置一段时间，土的强 度又逐渐增长，这种性质称为土的触变 性。这是由于土粒、离子和水分子体系 随时间而趋于新的平衡状态之故。
四、粘性土的胀缩性及崩解性
3）是应用材料力学、流体力学等基础知识 研究土的工程性质以及与土有关的工程
问题的技术学科。
第一章 土的物理性质及工程分类
土：是连续、坚固的岩石在风化作
用下形成的大小悬殊的颗粒，在原 地残留或经过不同的搬运方式，在 各种自然环境中形成的堆积物。
§1.1 土的三相组成
一、土的组成
土的三相组成为：固体颗粒、水和气体。
固处理。
渗流稳定性的评价
设计时，为保证建筑物安全，通常要求将 溢出坡降ic限制在容许坡降[i]之内，即：
式中Fs为流土ic安全[系i]数，Fi常crs 取2.0~2.5
所以评价渗流稳定的关键是求出 ic和icr;
其中icr由下式求得：
icr
'
w
sat 1 w
或：
(s 1)w
'
icr
w
(1e)
绪论
一、基本概念
1、土：土是岩石经风化后，产生崩
解、破碎、变质，又经过各种自然力 搬运，在新的环境下沉积下来的颗粒 状松散堆积物.
2、土力学
1）是研究土的应力、应变、强度、稳定、 渗透性等及土与结构相互作用等规律的 一门科学；
2）是研究土的本构关系（应力－应变－强 度－时间四变量之间的关系）及土与结 构相互作用等规律的一门科学；
1、达西定律
地下水在土体孔隙中渗透时，由于渗透阻 力的作用，沿程必然伴随着能量的损失。 为了揭示水在土体中的渗透规律，法国工 程师达西经过大量的试验研究，1856年总 结得出渗透能量损失与渗流速度之间的相 互关系即为达西定律。
在层流状态下，土中水的渗流速度与能量 损失之间服从线性渗流规律。
其表达式为
第四章 土中应力计算
第一节 概述
一、几个常用名词
1、线弹性体（理想弹性体）
从力学的概念来讲，理想弹性体就是符合 虎克定律的物体，即物体受荷载作用时， 其应力与应变成直线关系，卸荷时仍沿此 直线回弹。
2、半无限空间
向两边无限延伸的平面称为为无限大平 面；无限大平面以下的无限空间称半无 限空间。
IL值 IL≤0 0<IL≤0.25 0.25<IL≤0.75 0.75<IL≤1.0 1.0<IL
状态 坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑
三、灵敏度（St）
灵敏度反映粘性土结构性的强弱。
St
qu q0
式中：
S q
t u
——粘性土的灵敏度 ——原状土的灵敏度
q 0 ——与原状土密度、含水量相同，
结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度。
控制填土工程的施工质量。 ρd越大，土 体越密实，工程质量越好，但花费也大。
2、饱和密度
土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和 密度，是指土孔隙中全部充满液态水时 的单位体积土的质量，即
satmwV ms (gcm 3)
3、有效重度：
是扣除浮力以后的固相重力与土的总 体积之比（又称为浮重度）。
1m 0 sV V Swsa t w (km N 3)
2.土粒密度（土粒比重） 土粒密度是指固体颗粒的质量与其体积之
比，即单位体积土粒的质量，其单位为 g/cm3。
土粒密度也称土粒比重（土粒相对密度），
土粒密度常用比重试验法测定。
3、土的含水量 土中水的质量与土粒质量的比值，记为
W; 公式：w= mw/ms×100％
注：粘性土的含水量越大，土的压缩性越 大，强度越低。
3、应力符号的规定
材料力学中规定：法向应力以拉为正， 剪应力以顺时针为正；
土力学中规定：法向应力以压为正，剪 应力以逆时针为正。
4、应力状态 土内一点的应力状态是指土内一点各个
方向上应力的大小。 5、侧限应力状态 侧向应变为零的一种应力状态，对于侧
限应力状态有，
二、土的分类
1、按地质成因分类： 土按地质成因可分为：残积、坡积、
洪积、冲积、冰积、风积等类型。 2、按颗粒级配和塑性指数分类 土按颗粒级配和塑性指数可分为碎
石土、砂土、粉土和粘性土。
（2）根据塑性指数Ip分
土的名称 粉质粘土
粘土
塑性指数 10＜Ip≤17
Ip＞17
第三章 土的渗透性和渗流问题
§3.1 概述
渗透：在水头差作用下，水透过土体孔
隙的现象
渗透性：土允许水透过的性能称为土的
渗透性。
§3.2 土的渗透性
一、土的渗透定律——达西定律 （一）达西定律 （二）土的渗透系数 （三）渗透性的影响因素
（一）渗透模型
对渗流作出简化： 一是不考虑渗流路径的迂回曲折，只分
析它的主要流向； 二是不考虑土体中颗粒的影响，认为孔
（一）粘性土的胀缩性
粘性土由于含水量的增加而发生体积增 大的性能称膨胀性；由于土中水分蒸发 而引起体积减少的性能称收缩性；两者 统称胀缩性。
粘性土的膨胀性和收缩性对基坑、边坡、 坑道及地基土的稳定性有着很重要的意 义。
（二）粘性土的崩解性(slaking)
1、定义：粘性土由于浸水而发生崩解散体
渗透力方向与重力方向相反时，渗 透力对土骨架起浮托作用，对稳定 不利。当渗透力大到某一数值时， 会使该处土体发生浮起和破坏，因 此要研究渗流逸出区的渗透力和逸 出坡降。
2、渗透破坏
土工建筑物及地基由于渗流作用而出 现的变形或破坏称为渗透变形或渗透 破坏。
渗透变形的基本型式为流土和管涌。
1、流土（Flowing soil） 指在向上的 渗透水流作用下，表层土局部范围内的 土体或颗粒同时发生悬浮、移动的现象。
此时向上的动水力j与土的有效重度 ' 相等，
即： jw•I'satw
2、管涌 （Piping）
指在渗透水流的作用下，土 中的颗粒被水 流逐渐带走，最 终导致土体内形成贯通 的渗流管道，造成土体坍塌的现象。
3、渗透变形的防治
（一）水工建筑物防渗措施
（1）设置垂直防渗体延长渗径； （2）设置水平粘土铺盖或铺设土工合成材料，与坝 体防渗体连接； （3）设置反滤层和盖重； （4）设置减压设备； （二）基坑开挖防渗措施 （1）井点降水法； （2）设置板桩，可增长渗透路径，减少水力坡降； （3）采用水下挖掘或枯水期开挖，也可进行土层加
的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔
隙度一般为27~52%。
6、土的饱和度
土中被水充填的孔隙体积与孔隙总体 积之比，记为Sr;
公式： Sr=Vw/Vv ×100％ 注：饱和度反映土中的孔隙被水充满的程
度，当孔隙中没有水存在时Sr=0；孔隙 中充满水时，Sr=1.饱和度愈大，表明孔 隙中充水愈多。
三、三相指标的互相换算
v k h ki L
注意： （1）层流状态 （2）L：渗径长度是流动路径而非水平距离 （3）V与i线性关系 （4）A：为垂直于渗流方向的土样截面积，V为全
断面平均流速
2、达西定律的适用范围
达西定律适用范围 （1）只适用于层流状态：砂类土（中
砂、细砂、粉砂），粉土，疏松的 粘土； （2）对于密实的粘土、某些粗粒土 （粗砂、砾石和卵石等）不适合；
w
(s1)(1e)Fra bibliotek ic如何求得?
溢出坡降ic实际上是不可能求出的，通常 是把渗流溢出处的流网网格的平均水力
坡降作为溢出坡降的。
h ic l
h h n1
最后将ic和icr进行比较，即 可对渗流稳定性进行评价。
判断土体稳定性
ic ic
icr icr
ic icr
土体处于稳定状态 土体发生流土破坏 土体处于临界状态
(三). 土的渗透系数
1、渗透系数k
是综合反映土体渗透能力的一个指 标，其数值的正确确定对渗透计算有着 非常重要的意义。
要建立计算渗透系数k的精确理论公式比 较困难，通常可通过试验方法或经验估 算法来确定k值。
2、影响因素 （一） 土粒大小与级配 愈粗，愈均匀，愈浑圆，k则愈大 细粒土颗粒愈细，粘粒愈多，k愈小 （二） 土的密实度 土愈密实，孔隙比愈小，k愈小 （三） 水的温度 水的动力粘滞系数随温度升高减小，k大 （四） 封闭气体含量 渗透面积减小，k降低
常用烘干法测定。
二、换算指标
除了上述三个试验指标之外，还有六个可以 计算求得的指标，称为换算指标，包括以 下指标：
干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、 有效重度、孔隙比、孔隙率和饱和度。
1、干 密 度
定义：单位体积中固体颗粒的质量，记 为ρd; 公式： ρd=Ms/V
干重度： γd＝9.8 ρd 注： 是评价土体紧密程度的标准，用来
(四)、渗透力与渗透破坏
1、定义：流经土体的水流会对土颗粒
和土体施加作用力，每单位土体内土颗 粒所受的渗流作用力称为渗透力(动水 力），用j表示。 渗透力是一种体积力，单位为kN/m3 ， 其大小和水力坡降成正比，方向与渗流 方向一致。
j W •I
渗透力方向与重力方向一致时，渗 透力对土骨架起渗流压密作用，对 稳定有利;
4、土的孔隙比：
孔隙比——指土中孔隙体积与土中固体颗 粒总体积的比值，用小数表示。
e=Vv/Vs
注：孔隙比是土的一个重要物理性质指标， 它反映土的密实度。
5、土的孔隙率
孔隙度——又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土 的总体积之比，用百分数表示。
n=Vv/V×100％
注：它表示土中孔隙大小的程度，一般土孔隙率 的范围为30% -- 50%。 土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土
为了同时考虑孔隙比和级配的影响，引 入砂土相对密实度的概念。
砂土密实度划分标准
密实度 密实
中密 松散
相对密度 1.0～0.67 0.67～0.33 0.33～0
§1.6 土的工程分类
一、土的工程分类的一般原则和形式： 国内外的土质分类方案很多，归纳起
来有三种不同体系： 1、按粒度成分； 2、按塑性指标； 3、综合考虑粒度和塑性的影响。
§1.4 粘性土的界限含水量
粘性土的物理状态指标为软硬程度，称 为稠度。
粘性土随含水量的不同，分别处于固态、 半固态、可塑性态及流塑状态，反映粘 性土物理特征的指标是一组特征含水量 及其构成的指标。
粘性土从一种状态变到另一种状态 的含水量分界点称为界限含水量。
流动状态与可塑状态间的分界含水 量称为液限wL； 可塑状态与半固体状态间的分界含 水量称为塑限wp； 半固体状态与固体状态间的分界含 水量称为缩限ws。