土力学电子教材-同济大学
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同济大学土力学01
• • •
饱和度描述土中孔隙被水充满的程度,它在0~100%。 干土S =0, 孔隙全部为水充填时，S =100%。 r r
Vw Sr 100 % Vv
•应用： •工程上将砂土根据饱和度分为三种状态:
理性质指标。
•推导土的三相比例指标时通常借助于三相（草）图。 •质量m
•mw •ma
•体积V
•Vw •Va •Vs
•气 •水 •土粒 •三相草图
•m
•Vv
•V
•真实状态
•ms
二、试验指标
试验测定指标:土的密度、土粒密度（比重）和含水量。
•1. 土的密度ρ：单位体积土的质量
ms mw m V Vs Vw Va
第1章 土的物理性质及工程分类
本章内容
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6
土的三相组成与结构 土的颗粒特征 土的三相比例指标 粘性土的物理状态与界限含水量 砂土的密实度 土的工程分类
第一节 土的三相组成与结构
一、 土的三相组成
固相
液相
土中颗粒的大小、成分及三相之间的相 互作用和比例关系，反映出土的不同性 质。 土是由固体颗粒、水和气体三部分组成 的，称为土的三相组成。
对于砾类土或砂类土，同时满足Cu≥5和Cc=1～3时， 定名为良好级配砂或良好级配砾。
3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：
C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1,级配不连续土
第三节
•
• •
一、土的三相图
土的三相比例指标
三相比例指标:土的三相物质在体积和质量上的比例关系。 三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质最基本的物
同济大学土力学-第七章-土压力计算
处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o-/2
45o-/2
45o＋/2
处于被动朗肯状态，σ3方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o＋/2
45o＋/2
h
挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到△a，墙后土体处于朗肯主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角45o＋/2，水平应力降低到最低极限值
主动土压力系数
墙底处土压力强度
临界深度
主动土压力
主动土压力作用点距墙底的距离
2c√Ka
z0
Ea
(h-z0)/3
6m
hKa-2c√Ka
【解答】
1.填土表面有均布荷载（以无粘性土为例）
z＋q
h
填土表面深度z处竖向应力为(q+z)
A
B
相应主动土压力强度
A点土压力强度
B点土压力强度
若填土为粘性土，c＞0
对成层土地基，设挡土墙后各土层的重度、内摩擦角和土层厚度分别为gi、ji和hi，通常可将各土层的重度、内摩擦角按土层厚度进行加权平均，即 然后按均质土情况采用gm、jm值近似计算其库仑土压力值。
二. 成层土中的库仑土压力计算
一般挡土结构产生主动土压力所需的墙体位移比较容易出现，而产生被动土压力所需位移数量较大，往往为设计所不允许。因此，在选择计算方法前，必须考虑变形方面的要求。
水土分算法采用有效重度计算土压力，按静压力计算水压力，然后两者叠加为总的侧压力。
A点
B点
C点
土压力强度
水压力强度
B点
C点
作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形的形心处
土力学电子教材-同济大学
在线练习开始页
土的物理性质及其工程分类 土中水的运动规律 土的应力分布及计算 土的压缩与地基沉降计算 土的抗剪强度 土压力计算 土坡稳定分析 地基承载力
/jpkc/soil/zice/Question.htm2013-5-27 8:51:10
课程习题开始页
土力学教学大纲
习题
（四）土的压缩性和固结理论
1．概述 2．土的压缩特性 3．土的固结状态 4．有效应力原理 5．太沙基一维固结理论 习题
（五）土中应力和地基沉降计算
1．概述 2．地基中的自重应力 3．地基中的附加应力 4．常用沉降计算方法 5．地基沉降随时间变化规律的分析 习题
/jpkc/soil/Dagang/Jxdg.htm（第 6／9 页）2013-5-27 8:51:23
土中水的运动规律
学习指导 工程背景 渗透理论
渗流模型 达西渗透定律 渗透系数的确定 流网及其工程应用
概述 流网的绘制 流网的应用 土中渗透作用力与渗透变形
渗透力 渗透变形 本章小结
/jpkc/soil/common/book.htm（第 2／7 页）2013-5-27 8:50:31
(七)地基承载力
1．了解地基破坏模式 2．掌握地基极限承载力的计算方法 掌握按极限平衡条件确定地基临塑荷载、塑性荷载、 极限荷载的方法；同时掌握规范确定地基承载力的方 法。
/jpkc/soil/Dagang/Jxdg.htm（第 3／9 页）2013-5-27 8:51:23
土中应力和地基沉降计算 土的抗剪强度
法，熟悉土的基本物理力学性质，掌握地基沉降、地 基承载力、土压力计算方法和土坡稳定分析方法，掌 握一般土工试验方法，达到能应用土力学的基本原理
地基承载力
同济大学土力学第七章土压力计算-PPT精品文档
pa zK a
h
2 Ea ( 1 /2 ) h K a
hKa
1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布 2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积 3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处
h/3
论 （ 2 ）
当c＞0, 粘性土
2c√Ka z0
p zK 2 cK a a a
第二节 静止土压力计算
作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应 力的水平分量 静止土压力强度 z
p K z o o
静止土压力系数 K0z 1 2 测定方法： Eo h Ko 2 1.通过侧限条 静止土压力 件下的试验测定 系数 2.采用经验公 式K0 = 1-sinφ’ K0h 计算 3.按相关表格 静止土压力分布 三角形分布 提供的经验值确 土压力作用点 作用点距墙底h/3 定 h
z
h/3
第三节 朗肯土压力理论
一、基本假定：
1.挡土墙背垂直、光滑
2.填土表面水平 3.墙体为刚性体
f=0 主动 伸展 被动 压缩
z
pp＝Kpz
σx＝K0z σ =z
增加 减小
pa＝Kaz
大主应力方向
小主应力方向
f
伸展
pa K0z
45o-/2
45o＋/2
压缩
z
pp
被动极限 平衡状态 被动朗 肯状态
h
朗肯被动土压 力系数
z
朗肯被动土压力强度
p zK 2 cK p p p
讨论：
朗肯被动土 p zK 2 cK p p p 压力强度 pp zK 当c=0,无粘性土 p
h
2 Ep ( 1 /2 ) h K p
h
2 Ea ( 1 /2 ) h K a
hKa
1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布 2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积 3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处
h/3
论 （ 2 ）
当c＞0, 粘性土
2c√Ka z0
p zK 2 cK a a a
第二节 静止土压力计算
作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层自重应 力的水平分量 静止土压力强度 z
p K z o o
静止土压力系数 K0z 1 2 测定方法： Eo h Ko 2 1.通过侧限条 静止土压力 件下的试验测定 系数 2.采用经验公 式K0 = 1-sinφ’ K0h 计算 3.按相关表格 静止土压力分布 三角形分布 提供的经验值确 土压力作用点 作用点距墙底h/3 定 h
z
h/3
第三节 朗肯土压力理论
一、基本假定：
1.挡土墙背垂直、光滑
2.填土表面水平 3.墙体为刚性体
f=0 主动 伸展 被动 压缩
z
pp＝Kpz
σx＝K0z σ =z
增加 减小
pa＝Kaz
大主应力方向
小主应力方向
f
伸展
pa K0z
45o-/2
45o＋/2
压缩
z
pp
被动极限 平衡状态 被动朗 肯状态
h
朗肯被动土压 力系数
z
朗肯被动土压力强度
p zK 2 cK p p p
讨论：
朗肯被动土 p zK 2 cK p p p 压力强度 pp zK 当c=0,无粘性土 p
h
2 Ep ( 1 /2 ) h K p
同济大学土木工程施工PPT第01章 土方工程
基槽与路堤通常根据其形状（曲线、折线、变截面等）划分成若干计 算段，分段计算土方量，然后再累加求得总的土方工程量。 如果基槽、路堤是等截面的，则 F 1=F 2= F 0，由上式计算 V = HF1 。
课程内容
1 — 15
《土木施工工程学 》
第一章 土方工程
（二）场地平整土方量的计算 1. “零线” 位置的确定： 零线即挖方区与填方区的交线，在该线上，施工高度为 0 ； 在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边 线上，用插入法求出零点的位置，如图，将各 相邻的零点连接起来即为零线。
3．土方施工单价的确定
如果采用汽车或其他专用运土工具运土时，调配区之间的运土单价，可根据 预算定额确定。 当采用多种机械施工时，确定土方的施工单价就比较复杂，因为不仅是单机 核算问题，还要考虑运、填配套机械的施工单价，确定一个综合单价。
将上述平均运距或土方施工单价的计算结果填入土方平衡与单价表 （表1-4）内。
在实际工程中，应考虑下述因素，调整场地设计标高： (1) 考虑土的最终可松性； (2) 考虑工程余土或工程用土； (3) 由经济比较结果，确认场外取土或弃土的土方量的变化。
课程内容
1 — 13
《土木施工工程学 》
第一章 土方工程
第三节
土方工程量的计算与调配
一、 土方工程量计算
土方工程施工之前，需计算土方的工程量。但土方工程精确的计算工程量 很困难。一般情况下，都将其假设或划分成为一定的几何形状，并采用具有一定 精度而又和实际情况近似的方法进行计算。
P c Px ix
Py i y Pz 0
Px c Pxx ix Pxy i y Pxz 0
Py c Pxy ix Pyy i y Pyz 0
非饱和土力学(同济大学)
非饱和土力学同济大学地下建筑与工程系2006年10月第一章绪论非饱和土分布十分广泛，与工程实践紧密联系的地表土几乎都是非饱和土。
干旱与半干旱地区，由于蒸发量大于降水量，地下水位较深，这些地区的表层土是严格意义上的非饱和土；土坝、铁路和公路路基填土，机场跑道的压实填土都是处于非饱和状态，亦即非饱和土；即使是港口平台、管道等离岸工程中所遇到的土，往往是含生物气的海相沉积土，其孔隙中含有以大气泡（气泡直径远大于土粒直径）形式存在于孔隙中的生物气；另外，在地下水面附近的高饱和土体，其孔隙水中溶解了部分以小气泡（气泡直径与土粒粒径相当）形式存在于孔隙中的气体，土体卸载以后（取样或开挖等），溶解于孔隙水中的气体逸出，以气泡形式存在于孔隙水中，这两种含气泡的土也应属于非饱和土。
可见，非饱和土才是工程实践中经常遇到的土，饱和土是非饱和土的特例，真正意义上的饱和土在工程实践中很少见到。
土力学发展至今，已形成了一套完善、独立的理论体系。
然而，迄今为止的土力学主要是把其研究对象——土，视为两相体，即认为土是由土粒和孔隙水组成。
严格的讲，迄今为止的土力学只能称之为饱和土力学。
然而，实际工程中遇到的土多是以三相状态(土粒、孔隙水、孔隙气)存在。
经典的饱和土力学原理与概念并不完全符台其实际性状。
有人甚至认为在土中水一气的结合面上还存在第4相一水气结合膜。
土中气相的存在，使得土体性质复杂、性状多变。
将土作为饱和土对大多数工程来讲是一种合理的简化，但是，随着研究的逐渐深入，人们已经注意到，对于某些特殊区域或特殊性质的土，这种简化将造成研究理论的失误。
如在膨胀土地基基础的设计中。
如果单纯按照膨胀土的现有强度进行设计，则有可能将强度参数估计过高，不安全；如果按其最低强度进行设计，又将造成浪费。
因此，合理地提出膨胀土在不同状态下的强度参数是工程的客观需要。
此外，膨胀土等非饱和土的变形性能也随饱和度而变化。
这些问题都是饱和土力学难以解决的。
同济大学土力学10
高承台桩基
高承台桩基由于承台位置较 高或设在施工水位以上，可 避免或减少墩台的水下作业， 施工较为方便，且更经济。 然而，高承台桩基刚度较小， 在水平力作用下，由于承台 及基桩露出地面的一段自由 长度周围无土来共同承受水 平外力，基桩的受力情况较 为不利，桩身内力和位移都 将大于在同样水平外力作用 下的低承台桩基，在稳定性 方面也不如低承台桩基好。
桩基础
§1 概述
建筑工程应尽量采用浅基础，当建筑场地浅层的 土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求、而 又不适宜采取地基处理措施时，就可以考虑将荷载传 至深部土层的深基础方案了。 深基础主要有桩基础、沉井、地下连续墙等。其 中桩基历史最悠久、应用最广泛。本章学习桩基础。
一、桩基础、基桩的概念
上部结构 承台 软弱 土层 桩
（地基反力系数）
【例题】长10m、直径600mm的钢筋混凝土灌注桩，桩 身埋设钢筋计，经静载荷试验测得桩身不同深度处的 桩身轴力QZ如下表所示，试计算沿桩身各部位的桩侧 摩阻力qs和桩端土阻力qp 。
深度(m)
深度（m)
桩身轴力 Qz(KN)
桩身轴力Qz(KN)
0 700
700
0
2
2
4 480
480
QZ＝0
P
QS
QZ＝0
随着荷载增大，QS继续自上而下发挥
P QS QP
若荷载继续增大，位移继续增大，桩侧摩阻力 全部达极限，新增荷载将全由桩端土承担。 若荷载增大，桩端处桩身轴力QZ不 为零，则桩端出现竖向位移，从而 使桩端反力(端阻QP ）发挥。
若荷载很大，桩端阻力达极限，桩将急剧下沉、破坏。
荷载大小不同，相应的QS及QP大小和分布不同， 即桩的荷载传递情况不同
同济大学土力学04
d b
再压缩曲线
压缩曲线重合，说明土不是完 全弹性体，荷载很小时就会出 现不能恢复的塑性变形
2.土的再压缩曲线比原压缩
b 回弹曲线
c p
曲线斜率要小得多，说明土经 过压缩后，卸荷再压缩时，其 压缩性明显降低
一般用e-lgp曲线表示： 回弹指数（再压缩指数）Ce ——卸载段和再压缩段 的平均斜率。
2
p0 dd
基底任一 点沉降
A 2
p0 ( , )dd (x ) ( y )
2 2
x
o
y
b
X
p0 dd
均布矩形面 积角点沉降
1 S (0,0) E
A
p0 dd
2 2
o
l
积分
P0
1 2 sc c bp0 E ωc为角点沉降影响系数：由l/b查表。
可以由e-p曲线和e-lgp曲线的斜率来定义压缩性指标
1、 e-p曲线压缩性指标 ——压缩系数a、压缩模量Es 压缩系数a
——土体在侧限条件下单位压力增量所引起的孔隙比变化
e e0
e1 e2 M1
e e1 e2 斜率a ＝ p p2 p1
de a dp
曲线某点 的斜率
△e
地基随基础变形 F
p0 ( , )dd (x ) ( y )
2 2
1、中心荷载作用
1 2 s( x, y ) E
A
S (常数）
变形协调
S F
P
基底压力
p( , )dd F
A
静力平衡
联立求解可得S及P的分布
土力学教材
2.颗粒级配 颗粒的大小通常用粒径来表示。土粒的粒径变化时，土的性质也相应地发生变 化。工程上将各种不同的土粒，按粒径范围的大小分组，即某一级粒径的变化范围， 称为粒组。土的各粒组的相对含量就称为土的颗粒级配。 常用的土的颗粒级配的表示方法有表格法、级配曲线法和三角坐标法。 1）表格法：是以列表形式直接表达各粒组情况。详见表 1.4
-5-
【例题 1-1】取烘干土 200g（全部通过 10mm 筛），用筛分法求各粒组含量和小
于某种粒径（以筛眼直径表示）土量占总土量的百分数。
解：（1）将筛分结果列于表 1.7
表 1.7 某种土的筛分结果
筛孔直径 筛上土的质量 筛下土的质量（即 筛上土的质量占总 小于该筛孔土的质
（mm） （即粒组含 小于某粒径土的含 土质量的百分数 量占总土质量的百
岩石和土在不同的风化作用下形成不同性质的土。风化作用主要有物理风化、 化学风化和生物风化。
(1)物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化，不均匀的 膨胀与收缩破碎，或者运动过程中因碰撞和摩擦破碎。只改变颗粒的大小和形状， 不改变矿物颗粒的成分称为物理风化。只经过物理风化形成的土是无粘性土，一般 也称为原生矿物。
硅氧四面
铝氢氧八面体
硅氧晶
铝氢氧晶片
片图 1.2 粘土矿物晶片及结 构
(a)
(b)
(e)
(c)
(d)
图 1.3 粘土矿物构造
(a)高岭石的基本构造单元 (b)蒙脱石和伊利石的基
本构造单元 (c)高岭石的晶体构造 (d)蒙脱石的晶体
构造 (e)伊利石的晶体构造
-3-
2）级配曲线法：是一种图示方法，通常用半对数纸绘制，横坐标表示某一粒径， 纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量。如图 1.5 所示。级配曲线上：d60 与 d10 的比值称为不均匀系数 Cu ，即：
-5-
【例题 1-1】取烘干土 200g（全部通过 10mm 筛），用筛分法求各粒组含量和小
于某种粒径（以筛眼直径表示）土量占总土量的百分数。
解：（1）将筛分结果列于表 1.7
表 1.7 某种土的筛分结果
筛孔直径 筛上土的质量 筛下土的质量（即 筛上土的质量占总 小于该筛孔土的质
（mm） （即粒组含 小于某粒径土的含 土质量的百分数 量占总土质量的百
岩石和土在不同的风化作用下形成不同性质的土。风化作用主要有物理风化、 化学风化和生物风化。
(1)物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化，不均匀的 膨胀与收缩破碎，或者运动过程中因碰撞和摩擦破碎。只改变颗粒的大小和形状， 不改变矿物颗粒的成分称为物理风化。只经过物理风化形成的土是无粘性土，一般 也称为原生矿物。
硅氧四面
铝氢氧八面体
硅氧晶
铝氢氧晶片
片图 1.2 粘土矿物晶片及结 构
(a)
(b)
(e)
(c)
(d)
图 1.3 粘土矿物构造
(a)高岭石的基本构造单元 (b)蒙脱石和伊利石的基
本构造单元 (c)高岭石的晶体构造 (d)蒙脱石的晶体
构造 (e)伊利石的晶体构造
-3-
2）级配曲线法：是一种图示方法，通常用半对数纸绘制，横坐标表示某一粒径， 纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量。如图 1.5 所示。级配曲线上：d60 与 d10 的比值称为不均匀系数 Cu ，即：
同济大学土木工程施工土方工程精品PPT课件
如果基槽、路堤是等截面的，则 F 1=F 2= F 0，由上式计算 V = HF1 。
8
《土木施工工程学 》
第一章 土方工程
3. 场地任意点的设计标高－－以 z0 作为场地中心的标高（见图）：
z'i zo lxix l yiy
式中，
ix, iy ---- x , y 方向的泄水坡度。
4. 各角点的施工高度 Hi ：
H i zi' zi
➢
若 Hi 为正值、该点为填方；若 Hi 为负值、该点为挖方。
课程内容
9
《土木施工工程学 》
第一章 土方工程
三、最佳设计平面
➢ 要求满足： a. 规划、生产工艺，运输、排水，最高洪水位，等 b. 场地内土方的挖填平衡、且土方工程量最小。
➢ 最小二乘法原理：
● 如图，在平面上任何一点的
标高，可以根据下式求
出：
zi c xi ix yi i y
课程内容
10
《土木施工工程学 》
第一章 土方工程
● 令σ为土方施工高度之平方和，则
n
pi
H
2 i
p1
H
2 1
p2
H
2 2
pn
H
2 n
i 1
当σ的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填
挖方量相等（填挖方不平衡时，上式所得数值不可能最小）。这就是最 小二乘法求设计平面的方法。 即有，
P c Px ix Py iy Pz 0 Px c Pxx ix Pxy iy Pxz 0 Py c Pxy ix Pyy iy Pyz 0
《土木施工工程学 》
第一章 土方工程
● 场地方格网角点的施工高度为
8
《土木施工工程学 》
第一章 土方工程
3. 场地任意点的设计标高－－以 z0 作为场地中心的标高（见图）：
z'i zo lxix l yiy
式中，
ix, iy ---- x , y 方向的泄水坡度。
4. 各角点的施工高度 Hi ：
H i zi' zi
➢
若 Hi 为正值、该点为填方；若 Hi 为负值、该点为挖方。
课程内容
9
《土木施工工程学 》
第一章 土方工程
三、最佳设计平面
➢ 要求满足： a. 规划、生产工艺，运输、排水，最高洪水位，等 b. 场地内土方的挖填平衡、且土方工程量最小。
➢ 最小二乘法原理：
● 如图，在平面上任何一点的
标高，可以根据下式求
出：
zi c xi ix yi i y
课程内容
10
《土木施工工程学 》
第一章 土方工程
● 令σ为土方施工高度之平方和，则
n
pi
H
2 i
p1
H
2 1
p2
H
2 2
pn
H
2 n
i 1
当σ的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填
挖方量相等（填挖方不平衡时，上式所得数值不可能最小）。这就是最 小二乘法求设计平面的方法。 即有，
P c Px ix Py iy Pz 0 Px c Pxx ix Pxy iy Pxz 0 Py c Pxy ix Pyy iy Pyz 0
《土木施工工程学 》
第一章 土方工程
● 场地方格网角点的施工高度为
同济大学土力学05
△ --主讲教师：同济大学 李镜培
试 三轴试验方法: 验 （1）三轴不固结不排水试验（UU试验） 方 试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都不 允许排水，即从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙 法 水压力也不会消散。
^_^
试验指标：cu、 u
模拟
（2）三轴固结不排水试验（CU试验） 试样在施加周围压力排水固结和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过 程中不允许排水。 试验指标：ccu、 模拟 cu
---
主讲教师：同济大学 李镜培
2. 三轴压缩试验
仪器设备：压力室，加压系统，量测系统等组成。 ^_^
---
主讲教师：同济大学 李镜培
^_^
三 轴 压 缩 仪
---
主讲教师：同济大学 李镜培
试验基本步骤:
^_^
1.装样 2.施加周围压力 3.施加竖向压力
3 △
3 3
3
应力状态
3 3
抗剪强度影响因素： 摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土 粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度 粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的 --结构
主讲教师：同济大学 李镜培
^_^
3. 土中一点的应力状态 ^_^ 土体内一点处不同方位的截面上应力的集合（剪应
力 和法向应力）
o 1 3 tan 45 2
2
无粘性土：c=0
3 1 tan 2 45o 2
---
主讲教师：同济大学 李镜培
土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作 用面的夹角为 f ^_^
c
A
试 三轴试验方法: 验 （1）三轴不固结不排水试验（UU试验） 方 试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都不 允许排水，即从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙 法 水压力也不会消散。
^_^
试验指标：cu、 u
模拟
（2）三轴固结不排水试验（CU试验） 试样在施加周围压力排水固结和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过 程中不允许排水。 试验指标：ccu、 模拟 cu
---
主讲教师：同济大学 李镜培
2. 三轴压缩试验
仪器设备：压力室，加压系统，量测系统等组成。 ^_^
---
主讲教师：同济大学 李镜培
^_^
三 轴 压 缩 仪
---
主讲教师：同济大学 李镜培
试验基本步骤:
^_^
1.装样 2.施加周围压力 3.施加竖向压力
3 △
3 3
3
应力状态
3 3
抗剪强度影响因素： 摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土 粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度 粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的 --结构
主讲教师：同济大学 李镜培
^_^
3. 土中一点的应力状态 ^_^ 土体内一点处不同方位的截面上应力的集合（剪应
力 和法向应力）
o 1 3 tan 45 2
2
无粘性土：c=0
3 1 tan 2 45o 2
---
主讲教师：同济大学 李镜培
土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作 用面的夹角为 f ^_^
c
A
同济大学土力学3-第三章(第四版)
GD
土粒
T
渗
流
22
2.流土（砂）现象和临界水头梯度
GD
土粒
若水自下而上渗流，当向上的动水力GD与土的有 效重度（浮重度）相等时，土颗粒间的压力就为零，土 颗粒处于悬浮状态而失稳，此现象称为流砂现象，并称 土颗粒间的压力刚好为零时的水头梯度为临界水头梯度 （坡降）Icr。此时：
T
G D w I cr sa t
18
(2) 粗颗粒土(如砾、卵石等) ： 由于其孔隙很大，当水头梯度较小时，流速不大，渗流可认为是 层流，vi关系成线性变化，达西定律仍然适用。 当水头梯度较大时，流速增大，渗流将过渡为不规则的相互混杂 的流动形式—紊流，达西定律不再适用。
砂土和黏性土的v-I
三、土的渗透系数
常水头实验装置(图3-8)
13
对渗流作如下二方面的简化：
（1）不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向； （2）不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒所占的空间之 总和均为渗流所充满。
真实渗流
渗流模型
14
渗流模型与真实渗流关系
为了使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一致，应 该符合以下要求： (1) 流量相等：在同一过水断面，渗流模型的流量等于真 实渗流的流量； (2) 压力相等：在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗 流的压力相等； (3) 阻力相等：在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与 真实渗流所受到的阻力相等。
• 3. 管涌
水在砂土中渗流时，土中的一些细小颗粒在动水力的 作用下，可能通过粗颗粒的孔隙被水流带走，这种现象称为 管涌。管涌可以发生于局部范围，但也可能逐步扩大，可发 生在自下向上的渗流，也可发生在水平渗流等情况，最后导 致土体失稳破坏。 发生管涌的临界水头梯度与土的颗粒大小及其级配情况有 关。 不均匀系数越大，管涌现象愈容易发生 。 icr 2.0
同济大学土力学 地基承载力
达到塑性状态，但即将达到
《土力学》第238页
第九章 地基承载力 The bearing capacity of soil foundation
§9.3 地基临界荷载 The critical load of soil foundation 二、临塑荷载 The critical edge pressure
一、k.terzaghi极限承载力理论 K.Terzaghi's ultimate bearing capacity theory
第九章 地基承载力 §9.4 地基极限承载力
一、k.terzaghi极限承载力理论 K.Terzaghi's ultimate bearing capacity theory
极限承载力 承载力
容许承载力：承载力特征值 (设计值)
通常所说的承载力指容许承载力
第九章 地基承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundation § 9.5 地基容许承载力和地基承载力特征值
七、 极限承载力的影响因素 饱和软粘土地基 ＝0：
条形基础下：
pu(2)c0d
特例：B的变化 对Pu没有影响
第九章 地基承载力 The ultimate bearing capacity of soil foundation § 9.5 地基容许承载力和地基承载力特征值
The allowable soil bearing capacity and the characteristic value of bearing capacity of soil foundation
在粘土地基上的某谷仓地基破坏情况
第九章 地基承载力 The bearing capacity of soil foundation § 9.1 概述 Introduction
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土的物理性质及其工程分类 土中水的运动规律 土的应力分布及计算 土的压缩与地基沉降计算 土的抗剪强度 土压力计算 土坡稳定分析 地基承载力
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土力学教学大纲
课程的性质与目的
课程基本要求 绪论 土的物理性质和分类
一、课程的性质与目的
《土力学》是一门土木工程专业的必修课，属专业 基础课，课时建议54学时。《土力学》所包含的知识
土的渗透性与渗流
既是土木工程专业学生必须掌握的专业知识，又是为 后面的专业课程学习所必须的基础知识。
土的压缩性和固结理论
通过本课程的学习，使学生了解土的成因和分类方
1．概述 2．土的成因和组成 3．土的物理性质和物理状态指标 4．无粘性土的物理性质 5．粘性土的物理性质 6．土的结构性 7．土的击实性 8．土的工程分类 习题
（三）土的渗透性与渗流
1．概述 2．土的渗透性及达西定律 3．渗透系数及测定方法 4．二维渗流、流网及其工程应用 5．渗透力与渗透破坏
/jpkc/soil/Dagang/Jxdg.htm（第 5／9 页）2013-5-27 8:51:23
/jpkc/soil/Dagang/Jxdg.htm（第 1／9 页）2013-5-27 8:51:23
土力学教学大纲
课程基本内容 绪论 土的物理性质和分类 土的渗透性与渗流 土的压缩性和固结理论 土中应力和地基沉降计算 土的抗剪强度 地基承载力 土压力 土坡稳定分析
土力学教学大纲
习题
（四）土的压缩性和固结理论
1．概述 2．土的压缩特性 3．土的固结状态 4．有效应力原理 5．太沙基一维固结理论 习题
（五）土中应力和地基沉降计算
1．概述 2．地基中的自重应力 3．地基中的附加应力 4．常用沉降计算方法 5．地基沉降随时间变化规律的分析 习题
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土力学精品课程
同济大学土木工程学院 版权所有 2009
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学习指导
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无标题文档
压缩试验与压缩指 标
土的室内压 缩试验 压缩性指标 现场载荷试 验与指标 地基模量的 讨论 应力历史与 土的固结状 态 地基最终沉降量计 算
无标题文档
土的强度理论与强度 指标
土的抗剪强 度公式 土的抗剪强 度构成 土的极限平 衡理论 土的抗剪强度指标的 试验方法与应用
直接剪切试 验 三轴压缩试 验 无侧限抗压 强度试验 十字板试验 抗剪强度试 验方法与指 标的选用 应力路径的概念 本章小结
土压力计算
学习指导 工程背景 土压力的分类与相互关系 静止土压力计算
弹性理论法 分层总和法 应力面积法 固结理论
工程意义 饱和土的有 效应力原理 太沙基一维 渗流固结理 论 地基的固结 度 本章小结
土的抗剪强度
学习指导 抗剪强度的工程意 义
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[1] 李镜培, 粱发云，赵春风编著.土力学（第2版）. 北京：高 等教育出版社, 2008
[2] 高大钊、袁聚云主编土质学与土力学（第4版）. 北京： 人民交通出版社，2009
[3] 高大钊主编. 土力学与基础工程. 北京：中国建筑工业出版 社，1998
[4] 袁聚云. 土工试验与原理．上海：同济大学出版社，2003
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砂土的密实度
砂土密度的 工程意义 砂土的相对 密度 土的压实原理
土的压实与 含水量的关 系 最优含水量 和最大干密 度 土的工程分类
分类的基本 原则 土的工程分 类方法 本章小结
无标题文档
库仑土压力理论
基本假设与适用条件 库仑主动土压力 库仑被动土压力 典型情况下的库仑土压力计算 本章小结
土坡稳定分析
学习指导 土坡滑动失稳的机理 砂性土土坡的稳定分 析
砂性土土坡的 稳定分析基本 假设 砂性土土坡的 稳定分析方 法 粘性土土坡的整体稳 定分析
粘性土土坡的 滑动面形式 均质土坡的整 体稳定分析 法 粘性土土坡稳定分析 的条分法
(七)地基承载力
1．了解地基破坏模式 2．掌握地基极限承载力的计算方法 掌握按极限平衡条件确定地基临塑荷载、塑性荷载、 极限荷载的方法；同时掌握规范确定地基承载力的方 法。
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(四)土的压缩性和固结理论
1．掌握土的压缩性和固结状态 2．掌握有效应力原理 3．掌握大沙基一维固结理论
（五）土中应力和地基沉降计算
/jpkc/soil/Dagang/Jxdg.htm（第 2／9 页）2013-5-27 8:51:23
土力学教学大纲
土中应力和地基沉降计算 土的抗剪强度
法，熟悉土的基本物理力学性质，掌握地基沉降、地 基承载力、土压力计算方法和土坡稳定分析方法，掌 握一般土工试验方法，达到能应用土力学的基本原理
地基承载力
和方法解决实际工程中稳定、变形和渗流等问题的目 的。
土压力
二、课程教学基本要求
土坡稳定分析
(一)绪论
了解土力学的重要性及其发展概况，了解土力学的 学科特点，熟悉课程的学习内容、要求和学习方法。
土中水的运动规律
学习指导 工程背景 渗透理论
渗流模型 达西渗透定律 渗透系数的确定 流网及其工程应用
概述 流网的绘制 流网的应用 土中渗透作用力与渗透变形
渗透力 渗透变形 本章小结
/jpkc/soil/common/book.htm（第 2／7 页）2013-5-27 8:50:31
试验指导首页
土的物理指标试验 土的密度试验 土的含水量试验 土粒密度试验 液限塑限联合测定法 滚搓法塑限试验
固结试验 直剪试验 三轴压缩试验
三轴压缩试验简介 土样的制备 三轴压缩试验步骤 三轴试验数据整理方法 无侧限抗压强度试验
/jpkc/soil/Test/Shy.htm2013-5-27 8:51:01
无标题文档
土的应力分布及计 算
学习指导 土的自重应力
竖向自重应 力计算 水平向自重 应力计算 基础底面压力
地基反力分 布 地基反力的 简化计算 基底附加压 力 集中力作用下土中应 力计算 分布荷载作用时的土 中应力计算
基本计算原 理 空间问题 平面问题 附加应力计 算的讨论 本章小结
土的压缩与地基沉 降计算
/jpkc/soil/common/book.htm（第 7／7 页）2013-5-27 8:50:31
土力学精品课程
精品课程申报表
本课程为土木工程专业必修课，属专业基础课。 本课程将系统介绍土力学的基本原理和分析计算方法， 内容全面、完整，满足教育部土木工程专业指导委员会 制定的"土力学课程教学大纲"的要求，并在此基础上按 宽口径专业学习设置的要求有所扩展。包括土的物理性 质及工程分类、土的渗透性与土中渗流、土中应力计 算、土的压缩性与地基沉降计算、土的抗剪强度、土压 力计算、土坡稳定分析和地基承载力等。
在线练习开始页
土的物理性质及其工程分类 土中水的运动规律 土的应力分布及计算 土的压缩与地基沉降计算 土的抗剪强度 土压力计算 土坡稳定分析 地基承载力
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课程习题开始页
1．掌握地基自重应力及附加应力的计算方法 2．熟悉不同变形阶段、应力历史的沉降计算方法 3．掌握地基最终沉降量计算方法 4．掌握地基沉降随时间变化规律
(六)土的抗剪强度
1．掌握莫尔一库仑抗剪强度理论和极限平衡理论 2．掌握抗剪强度指标的测定方法 3．掌握不同固结和排水条件下土的抗剪强度指标的意 义及应用 4．熟悉抗剪强度的影响因素 5．了解应力路径的概念
条分法计算原 理 最危险圆心位 置的确定方 法 本章小结
地基承载力
学习指导
/jpkc/soil/common/book.htm（第 6／7 页）2013-5-27 8:50:31
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地基承载力的基本 概念
地基土的承载 机理 地基的破坏模 式 地基承载力的 确定方法 临塑荷载和临界荷载 临塑荷载和临 界荷载的确 定 临塑荷载和临 界荷载计算的 适用条件 极限承载力计算 普朗特尔公 式 斯肯普顿公 式 太沙基公式 汉森公式 本章小结
土力学教学大纲
(八)土压力
1．掌握静止土压力、主动土压力、被动土压力的形成 条件 2．掌握朗肯和库仑土压力理论 3．了解有超载、成层土、有地下水情况的土压力计算
（九）土坡稳定性分析
1．掌握无粘性土土坡的稳定性分析法 2．掌握粘性土土坡的圆弧稳定分析法，了解毕肖普等 其它常用分析方法 3．了解水对土坡稳定的作用
土力学教学大纲
（六）土的抗剪强度
1．概述 2．土的抗剪强度理论和极限平衡条件 3．土的剪切试验 4．土的抗剪强度与抗剪强度指标及测定方法 5．抗剪强度的影响因素 习题
无标题文档
绪论
土力学的研究对象与
方法
土力学课程的特点
学习基本要求
土的物理性质及其 工程分类
学习指导 土的组成
土的固相 土的液相 土的气相 三相比例指标
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土力学教学大纲
课程的性质与目的
课程基本要求 绪论 土的物理性质和分类
一、课程的性质与目的
《土力学》是一门土木工程专业的必修课，属专业 基础课，课时建议54学时。《土力学》所包含的知识
土的渗透性与渗流
既是土木工程专业学生必须掌握的专业知识，又是为 后面的专业课程学习所必须的基础知识。
土的压缩性和固结理论
通过本课程的学习，使学生了解土的成因和分类方
1．概述 2．土的成因和组成 3．土的物理性质和物理状态指标 4．无粘性土的物理性质 5．粘性土的物理性质 6．土的结构性 7．土的击实性 8．土的工程分类 习题
（三）土的渗透性与渗流
1．概述 2．土的渗透性及达西定律 3．渗透系数及测定方法 4．二维渗流、流网及其工程应用 5．渗透力与渗透破坏
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课程基本内容 绪论 土的物理性质和分类 土的渗透性与渗流 土的压缩性和固结理论 土中应力和地基沉降计算 土的抗剪强度 地基承载力 土压力 土坡稳定分析
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（四）土的压缩性和固结理论
1．概述 2．土的压缩特性 3．土的固结状态 4．有效应力原理 5．太沙基一维固结理论 习题
（五）土中应力和地基沉降计算
1．概述 2．地基中的自重应力 3．地基中的附加应力 4．常用沉降计算方法 5．地基沉降随时间变化规律的分析 习题
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土的室内压 缩试验 压缩性指标 现场载荷试 验与指标 地基模量的 讨论 应力历史与 土的固结状 态 地基最终沉降量计 算
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土的强度理论与强度 指标
土的抗剪强 度公式 土的抗剪强 度构成 土的极限平 衡理论 土的抗剪强度指标的 试验方法与应用
直接剪切试 验 三轴压缩试 验 无侧限抗压 强度试验 十字板试验 抗剪强度试 验方法与指 标的选用 应力路径的概念 本章小结
土压力计算
学习指导 工程背景 土压力的分类与相互关系 静止土压力计算
弹性理论法 分层总和法 应力面积法 固结理论
工程意义 饱和土的有 效应力原理 太沙基一维 渗流固结理 论 地基的固结 度 本章小结
土的抗剪强度
学习指导 抗剪强度的工程意 义
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[1] 李镜培, 粱发云，赵春风编著.土力学（第2版）. 北京：高 等教育出版社, 2008
[2] 高大钊、袁聚云主编土质学与土力学（第4版）. 北京： 人民交通出版社，2009
[3] 高大钊主编. 土力学与基础工程. 北京：中国建筑工业出版 社，1998
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砂土密度的 工程意义 砂土的相对 密度 土的压实原理
土的压实与 含水量的关 系 最优含水量 和最大干密 度 土的工程分类
分类的基本 原则 土的工程分 类方法 本章小结
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库仑土压力理论
基本假设与适用条件 库仑主动土压力 库仑被动土压力 典型情况下的库仑土压力计算 本章小结
土坡稳定分析
学习指导 土坡滑动失稳的机理 砂性土土坡的稳定分 析
砂性土土坡的 稳定分析基本 假设 砂性土土坡的 稳定分析方 法 粘性土土坡的整体稳 定分析
粘性土土坡的 滑动面形式 均质土坡的整 体稳定分析 法 粘性土土坡稳定分析 的条分法
(七)地基承载力
1．了解地基破坏模式 2．掌握地基极限承载力的计算方法 掌握按极限平衡条件确定地基临塑荷载、塑性荷载、 极限荷载的方法；同时掌握规范确定地基承载力的方 法。
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(四)土的压缩性和固结理论
1．掌握土的压缩性和固结状态 2．掌握有效应力原理 3．掌握大沙基一维固结理论
（五）土中应力和地基沉降计算
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土中应力和地基沉降计算 土的抗剪强度
法，熟悉土的基本物理力学性质，掌握地基沉降、地 基承载力、土压力计算方法和土坡稳定分析方法，掌 握一般土工试验方法，达到能应用土力学的基本原理
地基承载力
和方法解决实际工程中稳定、变形和渗流等问题的目 的。
土压力
二、课程教学基本要求
土坡稳定分析
(一)绪论
了解土力学的重要性及其发展概况，了解土力学的 学科特点，熟悉课程的学习内容、要求和学习方法。
土中水的运动规律
学习指导 工程背景 渗透理论
渗流模型 达西渗透定律 渗透系数的确定 流网及其工程应用
概述 流网的绘制 流网的应用 土中渗透作用力与渗透变形
渗透力 渗透变形 本章小结
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土的物理指标试验 土的密度试验 土的含水量试验 土粒密度试验 液限塑限联合测定法 滚搓法塑限试验
固结试验 直剪试验 三轴压缩试验
三轴压缩试验简介 土样的制备 三轴压缩试验步骤 三轴试验数据整理方法 无侧限抗压强度试验
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土的应力分布及计 算
学习指导 土的自重应力
竖向自重应 力计算 水平向自重 应力计算 基础底面压力
地基反力分 布 地基反力的 简化计算 基底附加压 力 集中力作用下土中应 力计算 分布荷载作用时的土 中应力计算
基本计算原 理 空间问题 平面问题 附加应力计 算的讨论 本章小结
土的压缩与地基沉 降计算
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本课程为土木工程专业必修课，属专业基础课。 本课程将系统介绍土力学的基本原理和分析计算方法， 内容全面、完整，满足教育部土木工程专业指导委员会 制定的"土力学课程教学大纲"的要求，并在此基础上按 宽口径专业学习设置的要求有所扩展。包括土的物理性 质及工程分类、土的渗透性与土中渗流、土中应力计 算、土的压缩性与地基沉降计算、土的抗剪强度、土压 力计算、土坡稳定分析和地基承载力等。
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土的物理性质及其工程分类 土中水的运动规律 土的应力分布及计算 土的压缩与地基沉降计算 土的抗剪强度 土压力计算 土坡稳定分析 地基承载力
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1．掌握地基自重应力及附加应力的计算方法 2．熟悉不同变形阶段、应力历史的沉降计算方法 3．掌握地基最终沉降量计算方法 4．掌握地基沉降随时间变化规律
(六)土的抗剪强度
1．掌握莫尔一库仑抗剪强度理论和极限平衡理论 2．掌握抗剪强度指标的测定方法 3．掌握不同固结和排水条件下土的抗剪强度指标的意 义及应用 4．熟悉抗剪强度的影响因素 5．了解应力路径的概念
条分法计算原 理 最危险圆心位 置的确定方 法 本章小结
地基承载力
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地基承载力的基本 概念
地基土的承载 机理 地基的破坏模 式 地基承载力的 确定方法 临塑荷载和临界荷载 临塑荷载和临 界荷载的确 定 临塑荷载和临 界荷载计算的 适用条件 极限承载力计算 普朗特尔公 式 斯肯普顿公 式 太沙基公式 汉森公式 本章小结
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(八)土压力
1．掌握静止土压力、主动土压力、被动土压力的形成 条件 2．掌握朗肯和库仑土压力理论 3．了解有超载、成层土、有地下水情况的土压力计算
（九）土坡稳定性分析
1．掌握无粘性土土坡的稳定性分析法 2．掌握粘性土土坡的圆弧稳定分析法，了解毕肖普等 其它常用分析方法 3．了解水对土坡稳定的作用
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（六）土的抗剪强度
1．概述 2．土的抗剪强度理论和极限平衡条件 3．土的剪切试验 4．土的抗剪强度与抗剪强度指标及测定方法 5．抗剪强度的影响因素 习题
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