土力学与基础工程-第七章填土的力学性质.
土力学与基础工程
土力学与基础工程
土力学与基础工程是一门研究岩石、土壤以及土-结构物系统结构性能和反应研究的重要
领域。
它有助于更好地了解岩土体和基础的性质、变形、破坏机制，并将其有效地应用于工程设计和施工管理控制中。
土力学的研究应用于土木、城市道路、桥梁、港口、绿化等
基础工程中。
早期的土力学研究更多的是以试验的形式进行，通过物理试验室试验研究岩土的物理性质，进而通过实验数据推导岩土构件的变形及破坏机制，并以此利于工程设计和施工管理控制。
现阶段，土力学研究不断突破试验界限，结合计算机建立仿真实验，既具有直观性又具有可靠性，通过模拟和数据库，使现代工程建设工作能更好地获取到材料土木施工中的变形
和破坏特性。
土力学被广泛应用于基础工程的性能设计、分析、施工实施和整体维修中，不仅能大大提
高工程施工和检测的质量，而且能实现从技术上节约资源，提高工程安全性等。
总之，土
力学与基础工程是一种极具前景的技术，具有广阔的应用前景。
土力学与基础工程复习重点
土力学与基础工程复习重点第一章绪论（1）地基：支承基础的土体或岩体。
（2）天然地基：未经人工处理就可以满足设计要求的地基。
（3）人工地基：若地基软弱、承载力不能满足设计要求，则需对地基进行加固处理。
（4）基础：将结构承受的各重作用传递到地基上的结构组成部分.第二章土的性质及工程分类（1）土体的三相体系：土体一般由固相(固体颗粒）、液相（土中水）和气相（气体）三部分组成.（2）粒度：土粒的大小。
（3）界限粒径：划分粒组的分界尺寸。
（4）颗粒级配：土中所含各粒组的相对量，以土粒总重的百分数表示。
（5）土的颗粒级配曲线。
（6）土中的水和气（p9)（7）工程中常用不均匀系数和曲率系数来反映土颗粒级配的不均匀程度.不均匀系数反映了大小不同粒组的分布情况，曲率系数描述了级配曲线分布整体形态。
工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断：1.对于级配连续的土：，级配良好：，级配良好。
2.对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状（见图2.5曲线C），采用单一指标难以全面有效地判断土的级配好坏，同时需满足和两个条件时,才为级配良好,反之则级配不良。
颗粒分析实验：确定土中各个粒组相对含量的方法称为土的颗粒分析实验。
对于粒径大于0.075mm的粗粒土，可用筛分法。
对于粒径小于0。
075mm的细粒土，则可用沉降分析法（水分法）。
（7）土的物理性质指标三个基本实验指标1.土的天然密度土单位体积的质量称为土的密度(单位为），即。
（2。
10）2.土的含水量土中的水的质量与土粒质量之比（用百分数表示）称为土的含水量，即。
（2。
11）3.土粒相对密度土的固体颗粒质量与同体积4时纯水的质量之比，称为土粒相对密度，即（2。
12）反映土单位体积质量（或重力）的指标1.土的干密度土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度,并以表示：。
（2。
13)2.土的饱和密度土孔隙中充满水的单位体积质量,称为土的饱和密度，即，（2。
14）式中为水的密度，近似取3.土的有效密度(或浮密度）在地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后，即为单位土体积中土粒的有效质量，称为土的有效密度，即。
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
土力学与地基基础第七章
根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的 影响程度，地基基础设计应符合下列规定： 1 .所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定； 2 .设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形规定； 3.表3.0.2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下 列情况之一时，仍应作变形验算： 1）地基承载力特征值小于130kpa，且体型复杂的建筑； 2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地 基产生过大的不均匀沉降时； 3)软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时； 4)相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； 5)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。 4.对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在 斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性； 5.基坑工程应进行稳定验算； 6.当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在 地基承载力的确定
一、按土的抗剪强度指标计算 当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根据土的抗剪 强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并应满足变形 要求：
式中 fa---由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值； Mb,Md,Mc---承载力系数，按表5.2.5确定； b---基础底面宽度，大于6m时按6m取值，对于砂土小于 3m时按3m取值； ck---基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值。
第五节 基础底面尺寸的确定
基础底面的压力，应符合下式要求： 1. 当轴心荷载作用时 pk≤fa 式中 pk--相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力 值； fa--修正后的地基承载力特征值。 2. 当偏心荷载作用时，除符合式要求外，尚应符合下式要求： pkmax≤1.2fa 式中 pkmax--相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最 大压力值。
(完整版)土力学与地基基础习题集与答案第7章
第7章土的抗剪强度一、简答题1. 土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数，也就是土的强度指标，为什么？【答】土的抗剪强度可表达为，称为抗剪强度指标，抗剪强度指标实质上就是抗剪强度参数。
2. 同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的，为什么？【答】对于同一种土，抗剪强度指标与试验方法以及实验条件都有关系，不同的试验方法以及实验条件所测得的抗剪强度指标是不同。
3. 何谓土的极限平衡条件？粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同？4. 为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面？如何确定剪切破坏面与小主应力作用方向夹角？【答】因为在剪应力最大的平面上，虽然剪应力最大，但是它小于该面上的抗剪强度，所以该面上不会发生剪切破坏。
剪切破坏面与小主应力作用方向夹角5. 试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同？并指出直剪试验土样的大主应力方向。
【答】直剪试验土样的应力状态：；三轴试验土样的应力状态：。
直剪试验土样的大主应力作用方向与水平面夹角为900。
6. 试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。
7. 根据孔隙压力系数A、B的物理意义，说明三轴UU和CU试验中求A、B两系数的区别。
【答】孔隙压力系数A为在偏应力增量作用下孔隙压力系数，孔隙压力系数B为在各向应力相等条件下的孔隙压力系数，即土体在等向压缩应力状态时单位围压增量所引起的孔隙压力增量。
三轴试验中，先将土样饱和，此时B=1，在UU试验中，总孔隙压力增量为：；在CU试验中，由于试样在作用下固结稳定，故，于是总孔隙压力增量为：8. 同钢材、混凝土等建筑材料相比，土的抗剪强度有何特点？同一种土其强度值是否为一个定值？为什么？答】（1）土的抗剪强度不是常数；（2）同一种土的强度值不是一个定值；（3）土的抗剪强度与剪切滑动面上的法向应力相关，随着的增大而提高。
9. 影响土的抗剪强度的因素有哪些？【答】（1）土的基本性质，即土的组成、土的状态和土的结构，这些性质又与它的形成环境和应力历史等因素有关；（2）当前所处的应力状态；（3）试验中仪器的种类和试验方法；（4）试样的不均一、试验误差、甚至整理资料的方法等都会影响试验的结果。
《土力学与基础工程》试题库
《土力学与基础工程试卷库》一、填空题：绪论1、土是的产物，是矿物颗粒的松散集合体。
答：岩石风化2、公路桥涵设计采用的作用分为、和。
答：永久作用、可变作用、偶然作用第一章土的物理性质及工程分类1、土一般为三相土，即由、和三部分组成。
答：固体、液体、气体2、若不均匀系数C u≥5，为，若不均与系数C u<5，为。
答：不均匀土、均匀土3、土的结构可分为三种类型，分别为、和。
答：单粒结构、蜂窝结构、絮凝结构4、粘性土在某一含水率时的稀稠程度或软硬程度称为。
答：稠度5、表明粘性土处在可塑状态时的含水率变化的范围，可作为判定土的软硬程度的指标。
答：塑性指数、液性指数第二章土中水的运动规律1、粘性土的达西定律表达式为。
答：v=k(i-i0)2、水透过孔隙流动的现象称为，土可以被水透过的性质称为土的。
答：渗透；渗透性第三章土体中的应力1、当基础对地基的压力一定时，深埋基础可以减小基底附加压力，这种方法在工程上称为。
答：补偿性设计第四章土的压缩性1、土的压缩随时间变化的过程称为土的。
答：固结2、当压缩系数a1-2≥0.5MPa-1时，土为。
答：高压缩性土第五章土的抗剪强度及土坡稳定分析1、土体抵抗剪切破坏的极限能力称为土的。
答：抗剪强度2、砂性土的库仑定律表达式为。
答：τf=σtanφ3、粘性土的库仑定律表达式为。
答：τf=C+σtanφ4、粘性土的抗剪强度由和。
答：摩阻力、粘聚力5、土坡中的一部分土体相对于另一部分土体产生向下滑动，以致丧失原有稳定性的现象称为。
答：滑坡6、土坡稳定安全系数K=。
答：τf/τ7、当β=φ时，K=1，土坡处于极限平衡状态，此时的坡角β称为。
答：自然休止角第七章地基承载力1、实验研究表明地基剪切破坏一般可分为、和。
答：整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲剪破坏2、地基整体剪切破坏可分为、和。
答：弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、破坏阶段第八章天然地基上的浅基础设计1、是指砖、灰土、三合土、毛石、混凝土、毛石混凝土等材料组成的墙下条形或柱下独立基础。
土力学教学击实试验填土的力学性质
characteristics of fine grained soil
7.2.1 击实试验 (Compaction test)
1.击实仪 (Compactor) (图7-1)
试验设备：击实筒V=1000cm3；击实锤w=25牛顿 试验条件：土样分层n=3层；落高d=30cm；
d
Gsw 1 Gsw /
Sr
Sr=1
(d )sat
Gsw 1 Gsw
细粒土的压实性-击实曲线
干密度d(g/cm3)
压实机理
• 颗粒破碎（细粒土较少）
2.0 dmax
• 粒间联结力被破坏，颗粒
间孔隙被压缩
1.8
• 土粒定向排列
压实与含水量
Wop 1.6 0 4 8 12 16 20 24 28
含水量w(%)
100%
(7-1)
具有峰值 • 最大干密度dmax • 最优含水量Wop
位于饱和曲线之下
2.0 dmax
1.8
干密度d(g/cm3)
d (d )sat
粘性土透水性小，击实过
1.6
wop
程中含水量几乎不变，要 想击实到饱和状态是不可
0 4 8 12 16 20 24 28
能和劈裂法 Uniaxial tension test, earth beam bend test, Brazilian (Split) test
3.粘性土受拉时强度和变形特性的影响因素 Effect factors of strength and deformation characteristics for tension of cohesion soil
土力学与基础工程参考答案
土力学与基础工程参考答案1. 引言土力学是土木工程中非常重要的学科，它研究土体的物理特性和力学行为。
基础工程是土木工程中的一个重要分支，它涉及到建筑物和结构的基础设计和施工。
本文将介绍土力学和基础工程的基本概念，讨论相关的理论和方法，并提供一些参考答案，帮助读者更好地理解和应用这些知识。
2. 土力学基本理论土体是一种复杂的多相材料，它的物理特性和力学行为受到多种因素的影响。
土力学的基本理论提供了一种理解和描述土体行为的框架。
2.1 土体物理性质土体的物理性质包括土粒的颗粒大小分布、孔隙度、含水量等。
这些性质直接影响土体的力学行为。
例如，土粒的大小分布决定了土体的孔隙结构，进而影响了土体的透水性和渗透性。
2.2 应力和应变土体受到外部荷载的作用时会发生变形，这种变形可以通过应力和应变来描述。
应力是单位面积上的力，应变是长度的变化与原始长度的比值。
根据土体的不同行为特点，可以将应力和应变分为弹性、塑性和黏弹性等不同阶段。
2.3 孔隙水压力和饱和度土体中普遍存在着水分，水分对土体的力学行为有很大的影响。
孔隙水压力是指土体中水分的压力，它取决于土体的饱和度和水分的渗透能力。
饱和度是指土体中孔隙空间被水填充的程度。
2.4 土体的力学行为土体在受到外部作用时会发生变形，这种变形可以分为弹性、塑性和流变等。
弹性变形是指土体在外力作用下能够恢复原状的变形，塑性变形是指土体在外力作用下不能恢复原状的变形，流变是指土体在外力作用下发生流动的变形。
3. 基础工程基本理论基础工程是土木工程中的一个重要分支，它涉及到建筑物和结构的基础设计和施工。
基础工程的基本理论包括基础类型、基础设计和基础施工等。
3.1 基础类型常见的基础类型包括浅基础和深基础。
浅基础是指基础底部与地面之间的深度较小的基础，包括承台、独立柱基、隔震基础等。
深基础是指基础底部与地面之间的深度较大的基础，包括桩基、井基等。
3.2 基础设计基础设计是根据建筑物或结构的荷载要求和土壤的力学特性来确定基础的尺寸和形式。
土力学及地基基础第7讲 基底压力
基底压力
p0 p cd p 0 d
自重应力
说明：当基坑平面尺寸和深度较大 时，应考虑坑底的回弹和再压缩而
p
增加沉降。
p0 p cd
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•例题分析
【例】已知如图所示柱基础所受荷载(相 应于荷载效应标准组合)为Fk= 700 kN ，Hk= 20 kN，Mk= 77.8kN· m；若基 础底面尺寸l×b = 1.6 m×2.4 m，室外 设计地面距基底距离为1.0 m，室内
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（二）偏心荷载作用下的基底压力
Fk Mk •类似短柱偏心受压公式可得
p kmax F Gk Mk k p kmin A W
Fk+Gk
e
b
e l
pkmax
pkmin
Mk——作用于基础底面形心上的力 矩，Mk=(Fk+Gk)∙e； E——合力偏心距； W——基础底面的抵抗矩；矩形截面 W=bl2/6。
Fk=700kN Mk=77.8kN· m
Hk=20kN
设计地面高出室外设计地面0.3 m。
试求基底平均压力、基底最大压力和 基底最小压力。
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【解】
室内外的平均埋深为 基础及回填土重
d
1.3 1. 1.15 m 2
Gk G Ad 201.6 2.4 1.15 88.32 kN
pkmax pkmin
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6e Fk Gk (1 ) A l
•讨论
pkmax pkmin
6e Fk Gk (1 ) A l
当e<l/6时，pkmax，pkmin>0，基底压力呈梯形分布； 当e=l/6时，pkmax>0，pkmin=0，基底压力呈三角形分布； 当e>l/6时，pkmax>0，pkmin<0，基底出现拉力，基底压力重分布。 pkmin e<l/6 pkmax e>l/6
土力学课件(清华大学)-第七章__天然地基上浅基础的设计
3、对材料的要求
基础用材料必须有足够的强度和耐久性。
(1)砖：必须用黏土砖或蒸压灰砖.砖的强度等级不 低于MU10；严寒地区饱和地基砖的强度等级不 低于MU20。
(2) 石料：包括毛石、块石和经加工平整的料石， 应选用不易风化的硬岩石。石料厚度不宜小于15 ㎝，石料强度等级不小于MU25。
1、浅基础设计所需资料： （1）建筑场地的地形图； （2）岩土工程勘察报告； （3）建筑物平面图、立面图，荷载，特殊结构物
布置与标高；
（4）建筑场地环境，邻近建筑物基础类型与埋深， 地下管线分布；
（5）工程总投资与当地建筑材料供应情况； （6）施工队伍技术力量与工期要求。
2、浅基础的设计内容与类型
四、建筑场地的环境条件
1、邻近存在建筑物
建筑场地邻近已存在建筑物时，新建工程的基础 埋深不宜大于原有建筑物。当埋深大于原有的建 筑物时，两基础间应保持一定净距，其数值应根 据原有的建筑荷载大小、基础形式和土质情况确 定。当上述要求不能满足时，应采取分段施工， 设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措 施，或加固原有的建筑物基础，
2、靠近土坡
建筑物靠近各种土坡，基础埋深应考虑邻近土坡 临空面的稳定性。
7.4 地基计算
一、基本规定
1.地基基础设计等级 根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及 由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用 的程度，将地基基础设计分为甲级、乙级和丙级三 个设计等级（见下表）。
地基基础设计等级
3、当地经验参数法
4、地基承载力特征值的深宽修正
当基础宽度大于3米或埋深大于0.5米时，应对地基 承载力特征值加以修正：
f a f a kb( b 3 ) dm ( d 0 .5 )
土力学与基础工程课后思考题答案[1]
![土力学与基础工程课后思考题答案[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/6c35b83c195f312b3069a516.png)
土力学与基础工程课后思考题答案[1]土力学与基础工程课后思考题答案第一章1.什么是地基？基础？将受建筑物影响在土层中产生附加应力和变形所不能忽略的那部分土层称为地基。
将埋入土层一定深度的建筑物下部承受结构称为基础，它位于建筑物上部结构和地基之间，承受上部结构传来的荷载，并将荷载传给下部的地基。
因此，基础起着上承和下传的作用。
2.什么是天然地基？人工地基？未经加固处理直接利用天然土层作为地基的，称为天然地基。
需要对地基进行人工加固处理后才能作为建筑物地基的，称为人工地基。
3.什么是持力层？下卧层？地基是有一定深度和范围的，当地基由两层及两层以上土层组成时，通常将直接与基础底面接触的土层称为持力层。
在地基范围内持力层以下的土层称为下卧层。
4.简述地基与基础设计的基本要求？（1）地基承载力要求：应使地基具有足够的承载力，在荷载作用下地基不发生剪切破坏或失稳。
（2）地基变形要求：不使地基产生过大的沉降和不均匀沉降，保证建筑的正常使用。
（3）基础结构本身应具有足够的强度和刚度，在地基反力作用下不会发生强度破坏，并且具有改善地基沉降与不均匀沉降的能力。
5.什么是浅基础？深基础？基础都有一定的埋置深度，若土质较好，埋深不大（d≤5m),采用一般方法与设备施工的基础，称为浅基础。
如果建筑物荷载较大或下部土层较软弱，需要将基础埋置于较深处（d>5m)的土层上，并需采用特殊的施工方法和机械设备施工的基础，称为深基础。
第二章2.1土由哪几部分组成？土中水分为哪几类？其特征如何？对土的工程性质影响如何？土体一般由固相、液相和气相三部分组成（即土的三相）。
土中水按存在形态分为：液态水、固态水和气态水（液态水分为自由水和结合水，结合水分为强结合水和弱结合水，自由水又分为重力水和毛细水）。
特征：固态水是指存在于颗粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造的水，液态水是人们日常生活中不可缺少的物质，气态水是土中气的一部分。
影响：土中水并非处于静止状态，而是运动着的。
土力学与地基基础
土的重力
重力加速度，
γ = ρg 近似取10m/s2
2.土粒相对密度ds（土粒比重）：
土粒质量与同体积的4℃时纯水的
质量之比
ds
= ms Vs ρω
=
ρs ρω
m ms mw Vs Vw Va
V
质量m
气 水
土粒
体积V
3.土的含水量ω：土中水的质量
与土粒质量之比，以百分数表示
ω = mω ×100% = m－ms ×100%
= mw VV ρW
= ωds e
五、例题分析
【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干
后的，含干水土量质ω量、为密度16ρ7g、。重若度土粒、的干相重对度密度d 、ds为孔2隙.6比6，e、求饱该和土度样Sr、 饱和重度sat和有效重度
【解答】
ω=
mω
187－167 ×100 % =
ms
ms
三、导出指标
m ms mw Vs Vw Va
VV
质量m
气 水
土粒
体积V
1.孔隙比e和孔隙率n
孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒体
积之比
e = Vv Vs
孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积
之比，以百分数表示
2.土的饱和度Sr ：土中孔隙水
的体积与孔隙总体积之比，以
百分数表示
Sr
=
Vω Vv
×100%
n = Vv ×100% V
m ms mw Vs Vw Va
VV
质量m
气 水
土粒
体积V
3.不同状态下土的密度和重度
饱和密度ρsat ：土体中孔隙完全
被水充满时的土的密度
土力学与地基基础
塔身每层都有精美的圆柱与花纹图案，是 一座宏伟而精致的艺术品。1590年伽利略 一座宏伟而精致的艺术品。1590年伽利略 在此塔做落体实验，创建了物理学上著名 的落体定律。斜塔成为世界上最珍贵的历 史文物，吸引无数世界各地游客。全塔总 重约145MN，基础底面平均压力约50kPa。 重约145MN，基础底面平均压力约50kPa。 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。 目前塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 目前塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5° 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°，成 为危险建筑。1990年 为危险建筑。1990年1月4日被封闭。除加 固塔身外，用压重法和取土法进行地基处 理。目前已向游人开放。
与其它经验科学一样，土力学是人类在工 程实践的成功与失败中，不断总结与积累 经验而逐步发展起来的一门学科，目前已 形成了系统的理论体系。在此我们首先回 顾一下土力学的 发展历史，再通过一系列 发展历史，再通过一系列 的工程实例 来认识一下学习该课程的意义 和作用，最后让我们了解一下该课程的 学 习内容 。
（ 2）1925年至1960年左右的《古典土力学》 1925年至1960年左右的《古典土力学》 （以有效应力原理为核心） 1925年太沙基( 1925年太沙基( Terzaghi )出版的第一本《土 )出版的第一本《 力学》 力学》专著标志着土力学学科的形成，之后 世界许多学者对土 的抗剪强度 、土的变形、 土的渗透性、土的应力应变关系和破坏机理 进行了大量的研究工作，并逐渐将土力学的 基本理论普遍应用于解决各种不同条件下的 工程问题。
土力学是利用力学知识和土工试验技术来 研究土的强度、变形及其规律并将其应用到生 产实践中的一门科学, 产实践中的一门科学,它既是一门古老的工程技 术，又是一门年轻的应用科学。古人兴建的堤 坝、桥梁、蜿蜒的万里长城、大运河等，都为 本学科的发展积累了丰富的经验，17、18世纪 本学科的发展积累了丰富的经验，17、18世纪 众多学者的研究为土力学的发展奠定了理论基 础，1925年，土力学的奠基人太沙基归纳前人 础，1925年，土力学的奠基人太沙基归纳前人 的成就，发表了《土力学》 的成就，发表了《土力学》一书，系统介绍了 土力学的基本内容，土力学得以成为一门独立 的学科。20世纪60 的学科。20世纪60
《土力学与地基基础》教案
《土力学与地基基础》教案第一章：土的性质与分类1.1 教学目标了解土的组成、物理性质、力学性质及其影响因素。
掌握土的分类方法及其工程意义。
1.2 教学内容土的组成与结构土的物理性质（密度、含水率、粒径分布等）土的力学性质（抗剪强度、压缩性、渗透性等）土的分类（按照粒径、塑性、有机质含量等）1.3 教学方法采用讲授法介绍土的性质与分类的基本概念。
利用图像、案例等方式展示土的组成与结构。
通过实验或现场考察，让学生亲手操作，加深对土的物理性质与力学性质的理解。
1.4 教学活动引入话题：土地与建筑物的基础关系。
讲授土的组成与结构，配合图像与案例。
学生实验：土的密度、含水率、粒径分布等测试。
小组讨论：土的分类方法及其在工程中的应用。
第二章：土的力学性质2.1 教学目标理解土的力学性质及其在土力学分析中的重要性。
学会应用土的抗剪强度、压缩性和渗透性等力学性质进行工程计算。
2.2 教学内容土的抗剪强度（抗剪断强度、抗剪摩尔圆）土的压缩性（压缩系数、压缩模量）土的渗透性（渗透系数、达西定律）2.3 教学方法采用讲解和案例分析相结合的方式，让学生理解土的力学性质。
利用实验数据，讲解土的抗剪强度、压缩性和渗透性的测定方法。
2.4 教学活动复习土的分类，引入土的力学性质的重要性。
讲解土的抗剪强度、压缩性和渗透性的基本概念。
学生实验：土的抗剪强度、压缩性和渗透性的测定。
案例分析：应用土的力学性质进行实际工程问题的计算。
第三章：土压力与支撑力3.1 教学目标理解土压力和支撑力的概念及其在工程中的应用。
学会计算静止土压力、主动土压力和被动土压力。
3.2 教学内容土压力（静止土压力、主动土压力、被动土压力）支撑力（挡土墙、地下墙、支护结构）3.3 教学方法采用讲授法，结合实例讲解土压力和支撑力的概念。
利用公式和计算实例，让学生掌握土压力和支撑力的计算方法。
3.4 教学活动引入土压力和支撑力的概念，讲解其在工程中的应用。
讲解静止土压力、主动土压力和被动土压力的计算方法。
土力学与基础工程考试重点.doc
5.（填空题）把粘性十•可分为三种类型: 正常固结土、超固结土、欠固结土。
土的物理性质及工程分类1. 土的三相组成：鯉、宣掘、葩。
2. 土的重度Y: 土单位体积的重量称为土的重度，土的重度用环刀法测定。
对天然土求得的重度称为十•的天然重度,公式为上三业E，公式中W为土的重量，v为土的体枳。
3. 土粒的相对密度Gs：土粒质量与同体积4°C水的重量之比，乂称比重,相对密度为无量纲，表达式为YS九土粒重度,Y w为水的重度,Vs为工粒的体积.土粒相对密度在实验室内用鱼磁遂测定。
4. 土的含水量U）：土中水的重量与土粒重量Z比。
公式为：u）=WwA/VsX100%o 土的含水量常用的测定方法用“烘干法”,湿、干土重量Z差与干土重量Z比就是土的含水量。
、5. 有效重度Y *:扣除浮力土的单位体积所具有的质量。
Y =Ws-Vv Y W/V= Y sat- Y w,Y sat为为土的饱和重度，Y w为水的重度。
6. 土的孔隙比e：土中空隙的体积Vv与土粒体积Vs Z比，公式为e=Vv/VSo7. 流砂：当渗流方向从下至时，动水压力的方向向上，与亜力方向相反，使土粒间的粒间压力减少，一旦向上的动水压力等于或大于土的浮重度时，粒间压力消失，十•粒处于失重状态，土粒将随水流动，这种现象就是流砂现象。
8. 管涌（潜蚀）：当水在十•中渗流时，土中一•些细小颗粒在动水压力作用下，可能通过粗颗粒的孔隙被水带走，并在颗粒Z间形成管状孔隙，这种现彖称为管涌或潜蚀。
第一章土中应力计算I1. （填空题）土体的应力，按引起的原因分为自童应力和够勿应力,按土体竹架和土中孔隙的应力承担作用原理和应力传递方式可分为有拋Z力和孔隙应力。
（这些应力的定义仅作了解，详见课本P.27.）2.（计算题）地基竖向口觅应力：CT cz= Y乙Y : 土的天然重度，KN/m3；乙计算点距地表的深度，m。
课本P.29.例2・1.3. （1）基地压力：基础底面给基础的压力称为基地压力。
《土力学与地基基础》习题解答
第一章 土的物理性质与工程分类（习题答案）习题1-1按规范求出图1-12颗粒级配曲线①、曲线②所示土中各粒组的百分比含量，并分析其颗粒级配情况。
图1-12 习题1-1图解：由图1-12查得曲线①和②小于个界限粒径的含量分别为表一中（2）、（3）栏所示。
（1） 界限粒径d20 5 2 0.5 0.25 0.074 0.002 （2） 小于某粒径的%曲线① 100 99 92 54 25 2 0 （3）曲线②10090774815有表一计算得到各粒组含量的%如表二所示。
习题1-2使用体积60cm 3的环刀切取土样，侧的土样质量为120g ，烘干后的质量为100g ，又经比重试验测得G s ＝2.70，试求①该土的湿密度ρ、湿重度γ、含水率ω和干重度γd ②在1立方米土体中，土颗粒、水与空气所占的体积和质量。
解：（1）3/260120cm g v m ===ρ γ=ρg=2×10=20KN/m 3%20%100100100120%100=⨯-=⨯-=s s m m m ω 3/67.162.01201m KN d =+=+=ωγγ（2）当V=1m 3时（1）粒组20~5 5~2 2~0.5 0.5~0.25 0.25~0.074 0.074~0.002 ≤0.002 （2） 各粒组含量% 曲线① 1 7 38 29 23 2 0 （3） 曲线② 01013293315由kg g V m V g m d s s d 16671010167.163=⨯⨯==⇒=-γγ 由kg m m m m s w sw3.3331667%20%100=⨯==⇒⨯=ωω 3333.010003.333m m V V m w w w w w w ===⇒=ρρ 由3617.010007.21667m G m V V m G w s S S w S s s =⨯==⇒=ρρ V a =V -V s -V w =1-0.617-0.333=0.05m 3习题1-31-3 试按三相草图推证下列两个关系式：（1） eG S s r ω= （2） )1(1n G eG w s w s d -=+=γγγ解：(1)将G s 、ω、e 的定义式代入等式右侧则：右式r vw v w w V m w w v w w v s s w w s s S S V V V V V V V m V V m m V m e G W w=====ρρρω故eG S S r ω=（2）e G G G G V g V V m V g m ws V V w s V V V w s V V w s w s w s s s d svsv s s +=+=====+11γγγγρργ 由上式可知：)1(n G VV V G V V G w s Vw s S w s d -=-==γγγγ 习题1-4某原状土样，测出该土的γ=17.8kN /m 3，ω=25%，G s ＝2.65，试计算该土的干重度γd 、孔隙比e 、饱和重度γsat 、浮重度γ’、和饱和度S r 。
土力学基础知识三
土力学相关知识
项目七 极限平衡状态时 土的抗剪强度和地基承载力
1 (σ 1 −σ 3 ) 2 sin ϕ = 1 c cot ϕ + (σ 1 + σ 3 ) 2
τ
A
ϕ c
σ3
α f 2α f
σ1
σ
cctgϕ 1/2(σ1 +σ3 )
粘性土： 粘性土：
无粘性土： 无粘性土：c=0
ϕ ϕ + 2 c tan 45 o + 2 2 ϕ ϕ σ 3 = σ 1 tan 2 45 o − − 2 c tan 45 o − 2 2 ϕ 2 o σ 1 = σ 3 tan 45 + 2 σ 1 = σ 3 tan 2 45 o +
σ1 σ3 α σ1 σ3
斜面上的应力
σ τ α σ1
σ3
1 (σ 1 + σ 3 ) + 1 (σ 1 − σ 3 )cos 2α 2 2 1 τ = (σ 1 − σ 3 )sin 2α 2
σ =
根据静力平衡条件
土力学相关知识
项目七 土的抗剪强度和地基承载力
σ τ α σ1 τ
σ3
经过整理我们得到莫尔应力圆方程
1 σ − (σ 1 + σ 3 ) + τ 2
2 2
1 = (σ 1 − σ 3 ) 2
2
A(σ, τ)
圆心坐标[1/2(σ1 +σ3 )，0] 圆心坐标 ， 2α 应力圆半径r＝ 应力圆半径 ＝1/2(σ1－σ3 )
O
σ3
α
σ
1/2(σ1 +σ3 )
σ1
土力学地基基础
土力学地基基础复习土的物理性质及其工程分类1、粒径级配曲线上：纵坐标为10%所对应的粒径d10称为有效粒径；纵坐标为60%所对应的粒径d60称为限定粒径；d60与d10的比值称为不均匀系数C u，不均匀系数为表示土颗粒组成的重要特征。
当C u很小时曲线很陡，表示土均匀；当C u很大时表示曲线平缓，表示土的级配良好。
2、曲率系数C c为表示土颗粒组成的又一特征，计算方法如下：C c=(d30)2/d10*d60砾石和砂石级配C u≥5且C c=1~3为级配良好；级配不同时满足上述两个要求，则级配不良。
3、结合水：强结合水由粘土表面的电分子力牢固地吸引的水分子紧靠土粒表面，厚度小于0.003微米，这种强结合水的性质与普通水不同，它的性质接近固体不传递静水压力，100度不蒸发，并且具有很大的粘滞性，弹性和抗剪强度。
弱结合水在强结合水外侧，也是由粘土表面的电分子力吸引的水分子，厚度小于0.5微米，弱结合水也不传递静水压力，成粘滞状态，对粘性土的影响最大。
自由水在土粒表面的电场作用以外自由散乱的排列。
它分为重力水、毛细水、气态水、固态水。
4、土的密度为单位体积土的质量，重度为单位体积土所受的重力，其测定方法有环刀法、灌水法。
土粒比重Gs(d s)为土中固体矿物的质量与同体积4度的纯水质量的比值，其测定方法有比重瓶法、经验法。
土的含水率表示土中含水的数量，为土体中水的质量与固体矿物质量的比值，其测定方法有烘箱法。
5、土的空隙比e=孔隙体积/固体颗粒体积。
土的孔隙度n=孔隙体积/土体总体积6、土的饱和度S r=水的体积/孔隙体积，砂土与粉土以饱和度作为湿度划分的标准。
7、土的干密度通常用作填方工程，包括土坝、路基和人工压实地基，土体压实质量控制的标准。
土的饱和密度ρsat=孔隙全部充满水的总质量/土的总体积，土的有效重度γ=γsat-γw48、相对密度D t=（e max-e）/（e max-e min），0~1/3为松散，1/3~2/3为中密，2/3~为密实。
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三 细粒料填筑标准的确定
土料填筑的压实标准包括干容重和含水率两个不 可分割的的指标。细粒料的填筑含水率，应控制 在最优含水率附近，其上、下限控制在– 2%~+3%。 细粒填料的填筑质量以如下的压实度衡量
P
d max
ds
P——压实度，对1、2级或高坝应为98％～100％，3级 中、低坝及3级以下的中坝应为96％～98％；
d max ——标准击实试验的最大干容重，kN/m3
ds ——设计填筑干容重，kN/m3；
第三节 细粒料的力学性质
一 渗透性 二 压缩性 三 抗剪强度和应力应变特性 四 抗拉强度
一 渗透性
细粒料填土被击实后，偏干 击实土与偏湿击实土的结构 是不一样的。偏干击实土的 孔隙比较偏湿的大，其渗透 性也大 试验表明，当试样的干容重 一样时，偏湿击实土的压缩 性要比偏干的大 因此，须确定填土受水饱和 时不会产生附加压缩的下限 含水率，以便施工时对填土 的含水率进行控制
本章首先从不同土类出发介绍室 内击实试验，以确定填土的击实 特性（主要是含水率与干容重之 间的关系）；然后对含水率和干 容重下击实制备的试样研究其物 理力学特性，从而为工程设计提 供合理的计算参数。
第二节 细粒料的击实特性
一 击实试验
1 试验使用的主要仪器——击实仪 2 试验步骤：
（1） 把某一含水率的试样分三层放入击
实筒内，每放一层，用击锤打击 一定次数，将土分层击实至满筒 后，测定击实后的含水率和湿容 重 ，便可算出土的干容重 （2） 以同样方法对数个不同的初始（试 验前）含水率的试样进行试验， 得出数个击实后的含水率与干容 重，绘制含水率与干容重的关系 曲线 击实仪
含水率与干容重的关系曲线--这种 反映土的击实特性的曲线，称为击 实曲线，又称为含水率-干容重曲线
最优含水率： 在一定的压实 机械功能作用 下，土最易于 被压实，并能 达到最大密实 度时含水率 wop ，相应的 干容重为最大 干容重 d max
击实曲线
右上侧为饱和线，它表明土在饱和状态时 （Sr=100%） 含水率与干容重的关系，此线 根据下述 关系（按饱和时土 中各项的关系推出） 绘制 w 1 wsat (%) G 100% s d
第七章 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
填土的力学性质 概述 细粒料的击实特性 细粒料的力学性质 粗粒料的击实特性 粗粒料的力学性质
第一节 概述、堤坝和 作为某些建筑物（如挡土墙、地下室） 周围的回填料。这种用土料填筑而成的 土体称为填土或填方。 填土常用的研究方法： 1 是用击实仪进行室内击实试验 2 是在现场用碾压机具进行碾压试验
1．含砾量小于30%的情况
一般可用过5mm筛的细料按本章第二节小型击实 仪的试验方法进行击实，获得细料的最大干容重 和最优含水率；再按下列公式求得全土料不同粗 粒含量的最大干容重和最优含水率，并按与细粒 料相同要求的压实度控制
'd max
1 P5 1 P5 wGs 2 d max
二
粘性粗粒土的击实特性
粘性粗粒土如砾质土、风化料、冰碛土等， 当其中小于0.1mm的细颗粒含量大于15% 时，其压实标准如同细粒土一样，可用击 实试验确定最大干容重和最优含水率wop
当母岩成份、风化程度一定时，粘性粗粒土 的压实性能受含砾量（大于5mm）的影响
粘性粗粒土含水率、含砾量与干容重的关系
（一）砂砾石的压实标准
相对密度指标表示其所处的密实状态 （详见第二章）
（二）堆石（包括石渣）的压实特性
1．影响堆石压实的因素
（1）母岩性质、级配与细粒含量 （2）压实功 （3）含水率的影响 2．堆石压实标准的确定
目前，一般碾压堆石的压实标准主要根据前人的经验采用 压实参数控制，即碾重10t，铺土厚度1～2m，碾压4~6 遍，加水量20%～25%等作为填筑标准，其压实平均干容 重达到20.0～22.0kN/m3；对于重要工程或高坝还要进 行现场碾压试验来修正
第五节 粗粒料的力学性质
详见P179187
本章结束
2 不同土种类 的影响
粗粒含量较多 的土，其最大 干容重较高而 最优含水率较 小。
各种土的击实曲线 1、2、3－粗粒；4、5－细粒
3 击实功能的影响
增大击实功，可使土的 最优含水率变小，最大 干容重增加。但干容重 的增大并不与击实功增 大成正比。且当土偏湿 时，由于孔隙压力的出 现，更使击实功的增密 效果减小，故企图单纯 用增大击实功以提高干 容重效果并不好。
优点：
设备与方法都较简单，可以准确确 定抗拉强度值而且成果比较稳定。
缺点：
由于受拉变形的绝对值很小，在这 种情况下较难得到受拉变形特性曲 线
粘性土受拉时的强度 和变形特性决定于土 的干容重、含水率、 颗粒组成和矿物成份 等因素。单轴抗拉试 验的结果指出，抗拉 强度随着土料的干容 重增大、含水率降低 而增加
wsat ——土的饱和含水率，%；
Gs ——土粒比重；
w ——水的容重，kN/m3； d ——土的干容重，kN/m3
二 影响击实特性的因素
1．含水率的影响 2．不同土种类的影响 3．击实功能的影响
1 含水率的影响
含水率低于最优含水率时（称偏干 状态），土的击实干容重随含水率 增加而增大，达到最优含水率时， 填土的干容重就达到最大值。 含水率高于最优含水率时（称偏湿 状态），土的干容重随含水率增多 而减小。
粗粒料是粒径大于0.075mm的颗粒含 量超过50%的土 粗粒料填土具有下列一些特性：颗粒较 粗，多呈单粒结构，易于压实，一般透 水性强、压缩性低、强度高、性质稳定， 是良好的填方材料
一 无粘性粗粒土的击实特性
定义：砂、砾石、堆石（包括石碴），其小于 0.075mm的颗粒含量不大于15%（如按粒径小于 0.074mm为准，则其颗粒含量不应大于15%）， 且能自由排水的无粘性土
粘性击实土的试验结果
二 压缩性
三 抗剪强度和应力应变特性
填土具有扰动的超固结粘性土的抗剪强度特性
四 抗拉强度
高土石坝中，粘性土防渗体（心墙）发生抗拉强度 裂缝 ----土体的抗拉性能 最大拉伸性能 拉应力和拉应变的关系反映。
其中以抗拉强度值较为稳定可靠
抗拉强度试验方法—单轴拉伸法
单轴拉伸试验仪器设备：采用三轴压 缩试验设备，增设施加拉力的装置和 夹具 试验时根据要求含水率与干容重进行 击实备样。 试样为等截面的圆柱体；试样上下两 端分别与试样帽和不透水板粘牢后放 于压力室底座上，并用夹具、钩拉装 置将试样下端固定并将上端与活塞连 接。以应力（或应变）控制方式对试 样分级加荷，并测读拉伸变形直至试 样被拉断为止
抗拉强度与含水率、干容重的关系
右图可见，偏干击实粘 土的极限抗拉强度较之 偏湿的大；如使试样含 水率从偏干增大至稍高 于最优含水率，则土的 拉应变会明显增大，也 就是说偏湿击实土虽然 其抗拉强度较偏干的低， 但由于具有较大的塑性， 其拉应变较大，不容易 开裂
某粘土的抗拉应力与应变关系
第四节 粗粒料的击实特性
参阅《土工试验规程》SL237–1999
2．含砾量大于30%的情况
用大型击实仪对不同砾石含量的粗 粒土进行击实试验。测定土的含水 率与容重的关系，从而确定其最优 含水率与相应的最大干容重，绘制 －P5和w0－P5曲线，并按粘性土 压实度的要求和规定，选定填筑干 容重和控制含水率，参见《土工试 验规程》SL237–1999
w' op wop (1 P) w2
' d max w'op
d max wop
——校正后全料的最大干容重、最优含水率；
——细料击实的最大干容重、最优含水率；
w
——水的容重； P5、Gs2——粒径大于5mm颗粒粒含量、粒径大于 5mm颗粒的干比重； w2——粒径大于5mm颗粒的吸着含水率