土力学
期末土力学复习资料
期末土力学复习资料
土力学是土木工程中的重要学科，研究土体的力学性质和行为。
学习土力学对于理解土壤的力学行为和土壤力学参数的计算具有重
要意义。
为了帮助大家复习土力学知识，本文将从土力学的基本概
念和理论开始，介绍土体的力学行为、土壤参数的计算方法以及一
些常见的土力学实验方法。
一、土力学的基本概念和理论
1.土力学的定义和研究对象
土力学是研究岩土体的力学性质和行为的学科，它主要研究土
壤的力学特性、力学参数和应力应变关系等。
2.土壤的基本性质
土壤是由固体颗粒、水分和空气组成的多相多孔介质。
土壤的
基本性质包括颗粒密实度、含水率、孔隙度等。
3.土壤力学的基本假设
在土力学中，常用的基本假设包括孔隙水压力均衡假设、线弹
性假设和等效应力原理等。
二、土体的力学行为
1.土体力学参数
土体力学参数主要包括弹性模量、剪切模量、泊松比、内摩擦角、内聚力等。
这些参数对于描述土体的力学性质和行为至关重要。
2.土壤的压缩性行为
土壤在受到外加压力时会发生压缩行为，这是由于土壤颗粒重
排和水分压缩引起的。
了解土壤的压缩性行为对工程设计和土地利
用具有重要的影响。
3.土体的剪切行为
土体的剪切行为是指土壤在受到剪切应力时的变形和破坏过程。
了解土体的剪切行为对于土方工程的设计和施工至关重要。
三、土壤参数的计算方法
1.黏塑性土壤的力学参数计算。
土力学
承压水:指充满于两个稳定隔水层之间的含水 层中的地下水。 角点法: 计算均布矩形荷载下得地基竖向附 加压力时,若计算点不位于矩形荷载面角点之 下,则可以通过作辅助线把荷载面分成若干个 矩形面积,使计算点正好位于这些矩形面积的 角点之下,然后应用叠加原理进行计算,这种 方法称为角点法。 自重应力:由土的自重在地基内所产生的应力 称为自重应力。 基底附加压力:从建筑物建造后的基底压力中 扣除基底标高处原有土的自重应力后,才是基 底平面处新增加于地基表面的压力,即基底附 加压力。 有效应力:通过土粒承受和传递的粒间应力, 称为有效应力。 基底压力:是指作用于地基表面单位面积上的 压力。 附加应力:由建筑物荷载在地基土中引起的应 力,是引起地基变形和破坏的主要因素,用σ 表示。 土的压缩性:土在压力作用下体积减小的特性 称为土的压缩性。 土的固结:土的压缩性随时间的增长的过程, 称为土的固结。 压缩模量:土在完全侧限条件下得竖向附加压 力与相应的竖向应变的比值,称为压缩模量。 地基承载力:地基承受荷载压力的能力。 地基的最终沉降量:是指地基在建筑物荷载作 用下,地基表面的最终稳定沉降量。 地基沉降计算深度:是自基底以下需要计算压 缩变形的土层总厚度。 前期固结压力:天然土层在历史所经历过得最 大固结压力称为前期固结压力。 超固结比:前期固结压力(Pc)与现有土层自重 压力(Po)之比称为超固结比。 正常固结土:土体现有的上覆有效压力等于先 期固结压力的土。 超固结土:前期固结压力大于现有土自重应力 的这类土称为超固结土。 欠固结土:前期固结压力小于现在自重应力, 在现有自重应力作用下没有完全固结的土。 土的抗剪强度:是指土体抵抗剪切破坏的极限 能力。 触变性:粘性土的抗剪强度随时间恢复的胶体 化学性质称为土的触变性。 地基承载力特征值:在保证地基稳定的条件下, 使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载 力称为地基承载力的特征值。 不固结不排水剪:试样在施加周围压力和随后 施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都 不允许排水,试验至始至终关闭排水阀门。 土压力的临界深度:墙背上压应力等于拉应力 的点到地面的距离。 地基塑性区:当地基土中的各点都处于极限平 衡状态时,这一区域就称为地基塑性区。 土的抗剪强度:是指土体抵抗剪切破坏的极限 能力,其数值等于剪切破坏时滑动面上的剪切 力。 土的极限平衡条件:是指土体处于极限平衡状 态时土的应力状态和土的抗剪强度指标之间 的的关系式。 地基的临塑荷载:是指在外荷载作用下,地基 中刚开始产生朔性变形时地基底面单位面积 上所承受的荷载。 快剪:是再转让那个试验过程中,都不让土样 排水固结,亦即不让孔隙水压力消散。 慢剪:施加垂直压力并待试样固结完成后,以 缓慢的剪切速度施加水平剪力,使试样在剪切
土力学
1 浅基础：埋置深度不大于3~5m，只需要经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础。
2 深基础：浅层土质不良，埋置深度大于5m，需要借助特殊的施工方法建造起来的基础。
3土的结构：指土颗粒或集合的大小和形状、表面特征、排列形式以及它们直接的连接特征。
4土的构造：指土层的层理、裂缝和大孔隙等宏观特征，亦称宏观结构。
5黏性土的界限含水量：黏性土从一种状态转变另一种状态的分界含水量。
6灵敏度：当土体受到外部扰动作用，其结构遭受破坏时，土的强度降低，压缩性增高。
工程上用灵敏度来衡量黏性土结构性对强度的影响。
7土的抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的极限能力。
8 触变性：与结构性相反的是土的触变性。
9特殊土：是指具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土，在工程中需要特别加以注意。
10土的液化：是指饱和状态砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出类似液体性质而完全丧失承载能力的现象。
11主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时。
作用在墙背上的土压力称为主动土压力。
一般用Ea表示。
12被动土压力：当挡土墙在外力作用下，向土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称被动土压力。
13静止土压力：当挡土墙静止不动。
墙后土体处于弹性平衡状态时，作用在墙背上的土压力称谓静止压力，用Eo表示。
14简单土坡：指土坡的坡度不变，顶面和底面水平，且土质均匀，无地下水。
15桩基础可以采用单根桩的形式承受和传递上的结构的荷载，这种独立基础称为单桩基础。
16由两根或两根以上桩数组成的桩基础称为群桩基础，群桩基础中的单桩称为基桩。
17桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。
19 单桩的破坏模式：屈曲破坏，整体剪切破坏，刺入破坏。
20单桩承载力是指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性不产生过大变形的承载能力。
土力学重点知识
1．相对密度D r 的表达式是 D r =(e max -e)/(e max -e min ) ，D r 等于 1 时砂土处于最紧密-2砂土-大于 2mm 粒径-不超过全重50%，而大于 0.075mm 粒径-超过全重50%的土。
3自重应力自 室外地面 起算，随着深度呈 增加的趋势 。
4、a 1-2表示压力范围p 1= 100kpa ，p 2= 200kpa 时-压缩系数，-a 1-2来评价土的压缩性高低。
5土完全侧限条件下土样压缩稳定后的孔隙比，受压前后的 土粒体积 、 截面面积 。
6．粘性土的极限平衡条件是 σ1=σ3tg 2(45.+φ/2)+2ctg(45.+φ/2 ) 剪切破坏面与大主应力面的夹角为 45。
+φ/2 。
7．确定地基承载力的方法有 理论公式法、 载荷试验法 和经验法等几种。
8．抗剪强度的指标为 内聚力 和 内摩擦角 。
9．钢筋混凝土独立基础应按__冲切___破坏确定,条形基础应按___剪切_____破坏确定。
10．桩静载荷试验时，在同一条件下的试桩数量不宜少于 总桩数的 1﹪，并不应小于 3根。
1．土的粒径越不均匀，颗粒级配曲线越 平缓 ，不均匀系数越 大 。
2．抽取地下水位，地下水位下降，有效自重应力 增加 ，而造成 地面沉陷 的严重后果。
3．抗剪强度曲线与摩尔应力圆在A 点相切，表明A 点所代表的平面的剪应力τ 等于 土的抗剪强度τf ，即该点处于 极限平衡 状态。
4．附加应力自 基础底面 起算，随着深度呈 减小的趋势 。
5．塑性指数Ip 的表达式是 wl -wp 。
粘性土的Ip 越大，说明土中 粘粒 含量越高。
6．土在荷载作用下发生变形总沉降量三部分组成固结沉降、瞬时 沉降和 次固结 沉降。
7．地基的破坏形式有 整体剪切破坏、 局部剪切破坏 、 冲剪破坏 等几种。
10．桩按承载性能分类，可分为 摩擦型桩 和 端承型桩 两类。
1．粘粒在最优含水量时，压实密度最大，同一种土的压实能量越大，最优含水量越大。
土力学
第一章土的组成1土的定义：土是岩石风化的产物。
常见的化学风化作用：水解作用，水化作用，氧化作用。
2土是由固体颗粒，水，和气体组成的三相体系。
3固体颗粒:岩石风化后的碎屑物质简称土粒，土粒集合构成土的骨架4土具有三个重要特点：散体性；多相性；自然变异性5粒组：介于一定粒度范围内的土粒。
土粒的大小叫做粒度。
6采用粒径累计曲线表示土的颗粒级配；不均匀系数Cu：反映大小不同粒组分布的均匀程度，Cu越大，越不均匀。
曲率系数Cc:反映了d10、d60之间各粒组含量的分布连续情况。
Cc过大或过小，均表明缺少中间粒组。
7土粒大小：也称为粒度，以粒径表示；8土体：9粘土矿物10液相11强结合水是指紧靠土粒表面的结合水膜，亦称吸着水弱结合水紧靠强结合水的外围而形成的结合水膜，也称薄膜水。
12自由水指土粒表面引力作用范围之外的水.自由水分为：重力水，毛细水。
重力水是存在于地下水位以下的透水土层中的自由水。
毛细水存在于地下水位以上，受水与空气交界面处表面张力作用的自由水。
13土的构造：指同一土层中的物质成分和颗粒大小都相近的各部分之间的相互关系的特征。
有层理构造，裂隙构造，分散构造14土的结构：指土粒大小、形状、相互排列及其联结关系、土中水性质及孔隙特征等因素的综合特征。
有单粒结构，蜂窝结构，絮状结构15承压水16潜水：17排水距离18双面排水19电泳：在电场作用下向阳极移动；电渗：水分子在电场作用下向负极移动，因水中含有一定量的阳离子（K+，Na+等），水的移动实际上是水分子随这些水化了的阳离子一起移动。
20双电层：反离子层与土粒表面负电荷层组成双电层。
第二章土的物理性质及分类1重度：单位体积土的重量，用γ表示密度：单位体积土的质量，用ρ表示2干密度ρd干容重γd：单位体积内土粒的质量或重量饱和密度ρsat与饱和容重γsat ：土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量浮密度与浮容重：单位体积内土粒质量与同体积水质量之差3土粒相对密度:土的质量与同体积4℃时纯水的质量之比4土的含水率w :土中水的质量与土粒质量之比.测定方法：烘干法。
土力学
土力学几个基本概念1、 土：土是矿物或岩石碎屑构成的松软集合体，岩石是广义的土。
土是自然历史的产物，是岩石经风化、搬运、剥蚀、推挤形成的松散集合体。
2、 地基：支撑基础的土体或岩土称为地基，是受土木工程影响的地层。
分类：有天然地基和人工地基两种。
3、 基础：指墙、柱地面以下的延伸扩大部分。
作用：将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。
根据其埋置深度可以分为浅基础和深基础。
4、 基础工程：地基与基础的统称。
5、 持力层：埋置基础，直接支撑基础的土层。
6、 下卧层：卧在持力层下方的土层。
7、 软弱下卧层：f f 软持软弱下卧层的强度远小于持力层的强度。
8、 土的工程性质1. 土的散粒性2. 土的渗透性3. 土的压缩性4. 整体强度弱5.6. 土的性质及工程分类1、土的三相组成：在天然状态下，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，简称三相体系。
A 、 土的固体颗粒（固相）a 、土的矿物成分土的矿物成分主要取决于母岩的成分及其所经受的风化作用。
矿物颗粒成分有两大类：原生矿物，次生矿物。
(1) 原生矿物：即岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、云母、长石等。
其矿物成分于母岩相同，其抗水性和抗风化作用都强，故其工程性质比较稳定。
若级配好，则土的密度大、强度高，压缩性低。
(2) 次生矿物：原生矿物经风化作用后形成的新矿物。
如黏土矿物等。
黏土矿物主要由蒙脱石、伊利石和高岭石。
蒙脱石,它的晶胞是由两层硅氧晶片之间的夹一层铝氢氧晶片所组成称为2:1型结构单位层或三层型晶胞。
它的亲水性特强工程性质差。
伊利石它的工程性质介于蒙脱石与高岭石之间。
高岭石，它是由一层硅氧晶片和一层铝氢氧晶片组成的晶胞，属于1:1型结构单位层或者两层。
它的亲水性质差，工程性质好。
b 、土粒粒组土粒的大小称为粒度，在工程中，粒度的不同、矿物成分的不同，土的工程性质就不同，因此工程上常把大小、性质相近的土粒合并为一组，称为粒组。
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土力学一、介绍土力学是土木工程中的一个重要学科，研究土壤力学和土木工程中土壤的应力、应变和变形等方面的规律。
土力学的研究对象是土壤及其力学性质，通过对土壤的特性和行为的研究，可以预测和控制土壤在工程中的行为，为土木工程的设计和施工提供科学依据。
二、土壤力学的基本概念1. 土壤物理性质土壤的物理性质包括土壤的颗粒组成、容重、孔隙比、相对密度等。
这些性质直接影响土壤的承载力、抗剪强度和渗透性等力学性质，是土壤力学研究的基础。
2. 土壤力学参数土壤力学参数包括土壤的压缩性、内摩擦角、剪切强度参数等。
这些参数描述了土壤在受力作用下的变形和破坏特性，是土壤力学分析和计算的重要依据。
3. 土壤应力状态土壤应力状态是指土壤中的应力分布情况，包括垂直应力、水平应力和剪应力等。
了解土壤的应力状态可以帮助工程师预测土壤的承载力、变形和破坏状态，从而设计出安全可靠的土木工程。
三、土壤力学的应用1. 土壤的承载力分析土壤的承载力是指土壤在承受外力作用下的最大抵抗能力。
工程师通过对土壤的颗粒组成、孔隙结构、内摩擦角等参数的分析，计算得出土壤的承载力，并根据承载力的大小来设计和选择合适的基础结构和土方工程。
2. 土壤的变形特性研究土壤在受力作用下会发生变形，包括压缩变形、剪切变形和液化等。
了解土壤的变形特性可以帮助工程师预测土壤的沉降和位移，并采取相应的补充措施，确保土木工程的安全和稳定。
3. 土壤的抗剪强度分析土壤的抗剪强度是指土壤在剪切作用下的抵抗能力。
通过对土壤的剪切试验和理论分析，工程师可以确定土壤的剪切强度参数，并结合实际工程条件进行抗剪强度的计算和分析，为土木工程的设计和施工提供重要依据。
四、土力学的挑战与发展土力学作为土木工程中的重要学科，正面临着一系列的挑战和发展机遇。
首先，随着城市化进程的加快和人口增长的需求，工程建设规模不断扩大，对土力学的研究和应用提出了新的要求。
其次，随着科技的进步和实验技术的发展，土力学研究手段和方法也将得到加强和完善，从而能够更加准确和全面地研究土壤的力学性质和行为规律。
土力学
土力学（工程管理专业）一：名词解释1.管涌：在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的空隙中流失的现象称为管涌。
2.颗粒级配：土中所含各颗粒的相对含量，以土粒总含量的百分数表示。
3.临塑荷载：地基中将要出现但尚未出现塑性变形区，其相应的荷载。
4.被动土压力：当挡土墙在外力的作用下，向土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力。
5.主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力。
6.静止土压力：当挡土墙静止不动，墙后土体处于弹性平衡状态时，作用在墙背上的土压力。
7.地基：支撑基础的土体或岩体。
8.基础：将结构承重的各种作用传递到地基上的结构组成部分。
9.流砂：当地下水流动，流动力的数值等于或大于土的浮重度时，土体发生浮起而随水流动，这种现象称为流砂。
10.无筋扩展基础：指用砖，毛石，混泥土，毛石混泥土，灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。
11.土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比。
12.液限：土自可塑状态变化到流动状态的临界含水量。
13.压缩模量：土体在完全侧限条件下，竖向附加应力与相应的应变增量之比。
14.土的相对密度：土的固体颗粒质量与同体积4℃时纯水的质量之比。
ds=w sρρ/15.塑性荷载：指地基塑性区开展到一定深度对应的基底压力。
16.附加应力：由建（构）筑物荷载在地基中引起的应力增量。
17.土的抗剪强度：土体抵抗剪力破坏的极限能力。
二：选择与填空1.土中孔隙体积与土粒体积之比称为土的孔隙比。
2.土中水的体积与孔隙体积之比称为土的饱和度Sr。
3.实验室中可测的指标：重度，密度，含水量。
4.土中水的质量与土粒质量之比称为土的含水量。
5.土的颗粒级配曲线比较陡说明：级配不好。
6.常见的粘土矿物中，亲水性最好的是：蒙脱石。
7.粘土矿物可分为：蒙脱石，伊利石，高岭石。
8.土是在岩石的风化作用下形成的。
9.Cu>5，级配良好，Cu<5，级配不良。
土力学
目录第一章土的物理性质 (1)第二章土的渗透性和水的渗流 (11)第三章土中应力和地基应力分布 (14)第四章土的压缩性及地基沉降计算 (23)第五章土的抗剪强度 (34)第六章天然地基承载力 (43)第七章土压力 (51)第一章土的物理性质一、内容简介土的力学性质由其物理性质所决定，而土的物理性质又取决于土的成分、结构和形成过程等。
在本章中将介绍土的生成、矿物组成、结构及其联结、三相含量指标、土体状态、土（岩）的工程分类等。
二、基本内容和要求1 ．基本内容（ 1 ）土的形成；（ 2 ）土的粒径组成及物质成分；（ 3 ）土中的水及其对土性的影响（粘粒与水的表面作用）；（ 4 ）土的结构及联结；（ 5 ）土的三相含量指标及换算关系；（ 6 ）土的物理状态及有关指标；（ 7 ）土（岩）的工程分类。
2 ．基本要求★ 概念及基本原理【掌握】土的粒径组成（或颗粒级配、粒度成分）；粒组划分；粒径分析；粒径分布曲线（级配曲线）及其分析应用；土的三相含量指标；砂土及粘性土的物理状态及相应指标；砂土的相对密实度及状态划分；粘性土的稠度和可塑性；稠度和稠度界限；塑性指数及液性指数；【理解】土的形成过程；粒径分析方法（筛分法、比重计法）；不均匀系数；曲率系数；土的矿物成分及相应的物理性质；土中水的形态及相应的性质；粗粒土、粉土、粘性土的结构及对土性的影响；重塑土；粘性土的灵敏度及触变性；标准贯入试验及标贯数；塑限及液限的确定方法；土（岩）的工程分类★ 计算理论及计算方法【掌握】土的三相含量指标关系的推导；土的三相含量指标的计算；相对密实度的计算；塑性指数及液性指数的计算；★ 试验【掌握】三个基本指标容重、比重、含水量的确定方法；塑限及液限的确定（搓条法及锥式液限仪法）三、重点内容介绍1 ．土的生成土的多相性、分布不均匀性的主要原因就是因为其生成的原因和历史不同。
总的来说，土是由地壳表层的岩石（完整的）经长期的变为碎屑，原地堆积或经风力水流等搬运后沉积而形成。
土力学课件
§ 1.4 土的结构和构造
1.4.1 土的结构
1.单粒结构 单粒结构 • 粗大土粒在水或空气中下沉 • 颗粒间位置稳定 • 碎石土和砂土的结构特征 • 密实的单粒结构土是良好的天然地基 2.蜂窝结构 蜂窝结构 • 粉粒（0.075～0.005mm）的结构形式 粉粒（ ～ ） • 孔隙大 • 受动力荷载，结构破坏 受动力荷载，
蜂窝结构 单粒结构
3.絮状结构 絮状结构 • 黏粒（0.005～0.0001mm）的结构形式 黏粒（ ～ ） • 结构不稳定
絮状结构
在取土试验或施工过程中都必须尽量减少对土的扰动， 在取土试验或施工过程中都必须尽量减少对土的扰动， 避免破坏土的原状结构。 避免破坏土的原状结构。
1.4.2 土的构造
物理风化 化学风化 生物风化
原生矿物 次生矿物 有 机 质
无粘性土 粘性土
动植物活动引起的岩石和土体 粗颗粒的粒度或成分的变化
2. 土的三相组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用 构成土骨架，
重要影响
次要作用
§1-2 土中固体颗粒
1.2.1 土粒的粒度成分
1. 基本概念
• 粒度 —— 土粒的大小，以粒径表示。 土粒的大小，以粒径表示。
1. 土的特点 2. 土粒粒组的划分 3. 级配的判别
1.2.2 土粒的矿物成分
1. 矿物成分分类 原生矿物 （物理风化） 物理风化） 石英 长石 云母 高岭石 次生矿物 化学风化） （化学风化）
高 岭 石
9克蒙脱土的总表 面积大约与一个足 粗粒土 性质稳定 球场一样大
伊利石 蒙脱石
伊 利 石
细粒土
3.自由水 自由水
重力水: 重力水 •在重力或水头压力作用下运动的自由水 在重力或水头压力作用下运动的自由水 •对土粒有浮力作用 对土粒有浮力作用 •渗流对土体稳定有重大影响 渗流对土体稳定有重大影响 毛细水: 毛细水 • 存在于水与空气交界面 • 在重力和表面张力作用下自由移动 • 上升高度与颗粒粒径有关
土力学完整版
1. 土力学：土力学是研究土体的一门力学。
它以力学和工程地质学为基础，研究土体的应 力，变形，强度，渗流及长期稳定性的一门学科。
2. 地基：承受建筑物，构筑物全部荷载的那一部分天然的或部分人工改造地层。
3. 地基设计时应满足的基本条件：强度，稳定性，安全度，变形。
4. 土：土是由岩石经理物理，化学，生物风化作用以及剥蚀，搬运，沉积作用等交错复杂 的自然环境中所生成的各类沉积物。
5. 土粒：土中的固体颗粒经岩石风化后的碎屑物质，简称土粒。
6. 土是由土粒（固相），土中水（液相）和土中气（气相）所组成的三相物质。
Eg ："冻土”是固体颗粒，液体水，冰，气四相体。
7. 物理风化：由于温度变化，水的膨胀，波浪冲击，地震等引起的物理力使岩体崩解，碎 裂的过程，这种作用使岩体逐渐变成细小的颗粒。
（只改变大小，不改变性质）8. 化学风化：岩体（或岩块，岩屑）与空气，水和各种水溶液相互作用的过程，这种作用 不仅使岩石颗粒变细，更重要的是使岩石成分发生变化，形成大量细微颗粒（黏粒）和 可溶岩类（发生质的变化） 。
9. 残积土：指岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑堆积物。
它的基本特征是颗粒表 面粗糙，多棱角，六分选，天层理，分布在宽广的分水岭地带，变形大，不稳定，属于 不良地质。
10. 坡积土：残积土受重力和暂时性流水（雨水，雪水）的作用，搬运到山坡或坡脚处沉积起来的土坡积颗粒随斜坡自上而下呈现由粗而细的分选性和局部层理。
分布在山脚或山腰平缓部位上部与残积物相连，厚度变化大。
矿物成分宇母岩不同，不稳定，属于不良 地质。
11. 洪积土：残积土和坡积土受洪水冲刷，搬运，在山沟出口处或山前平原沉积下来的土。
随离山由近及远有一定的分选性，近山区颗粒粗大，远山区颗粒细小，密实，颗粒有一 定的磨圆度。
12. 粒度：土粒的大小称为粒度，通常以粒径表示。
13. 粒组：介于一定的粒度范围内的土粒，称为粒组。
14. 颗粒级配：以土中各个粒组的相对含量（各个组粒占总量的百分比）表示土中颗粒大小 及其组成情况。
土力学 第一章
土 风：风积土
颗粒均匀，层厚而不具层理
地质成因与土类
风积土（黄土高原风成学说）
雅丹地貌（风蚀作用形成）
残积土
坡积土 洪积土 基岩
冲积土
土具有特殊的物理力学性质，三个特点 （1） 散体性 （2）多相性：固体颗粒、水和气体。
（1）自然变异性
第二节 土中固体颗粒
（一）粒组的划分和颗粒级配曲线
Cu>10级配良好。
级配不连续的土，还需要考虑曲率系数: 曲率系数：
d30（中值粒径）—小于该粒径的含量占总量的30%
该指标考虑了中间粒径的
影响； Cc 过大或过小，均表明缺 少中间粒径，级配变差； 1<Cc<3曲率变化平缓；
（4）土级配优劣的标准
a、级配良好土：曲线光滑连续，不存在平台段，坡度平缓 满足Cu>5及Cc=1-3两个条件
土的气相
粗颗粒：对土性质影响不大， 细颗粒：影响较大， 成分：二氧化碳和氮气较多，氧气较少。
第四节 黏土颗粒与水的相互作用
分类：根据黏土矿物的晶体结构，黏土矿 物主要分为蒙脱石、伊利石和高岭石。 比表面：单位体积的颗粒的总表面积。 特点:扁平颗粒，与水作用能力强。 黏土矿物比表面积越大，亲水性、膨胀性 和收缩性越强，
而与土粒分离。可以把结晶水当作矿物颗粒的一部分。
（2）结合水
结合水是由土颗粒表面电分子吸附在土粒表面的 一层水，分为强结合水和弱结合水两种。
强结合水
强结合水存在于最靠近土颗粒表面处，水分子和 水化离子排列的非常紧密，其密度大于1，并有过冷现
象（-78°C）。这种水牢固的结合在土粒表面，其性 质接近于固体，所以具有极大的粘滞性、弹性及抗剪 强度。
表1 土的矿物成分与粒组的关系
土力学计算公式
土力学计算公式1.土壤颗粒级配不均匀程度可以用CU指数来表示，其中d60为小于某粒径颗粒含量占总土质量的60%时的粒径，d10为小于某粒径颗粒含量占总土质量的10%时的粒径，CU小于5时表示颗粒级配不良，大于10时表示颗粒级配良好。
2.土壤的密度ρ和重力密度γ可以表示土壤的湿密度和天然重度。
一般ρ为1.6-2.2（t/m3），γ为16-22（KN/m3）。
其中，ρ可以用土壤质量m和体积v表示，γ可以用ρ和重力加速度g表示。
3.土壤的含水量ω可以表示土壤中水分的含量，可以用质量m和干体积v表示。
常用的换算公式为ω=ms/mv×100%。
4.土壤的孔隙比e可以表示土壤中孔隙的比例，可以用孔隙体积vs和总体积v表示。
常用的换算公式为e=vs/v。
5.土壤的孔隙率n可以表示土壤中孔隙的比例，可以用孔隙体积vs和总体积v表示。
常用的换算公式为n=vs/v×100%。
6.土壤的饱和度Sr可以表示土壤中孔隙被水填满的程度，可以用水分质量ms和孔隙体积vs表示。
常用的换算公式为Sr=ms/mv×100%或Sr=vs/v。
7.土壤的干密度ρ可以表示土壤在干燥状态下的密度，可以用质量m和体积v表示。
常用的换算公式为ρ=dm/v或ρ=ρg。
8.土壤的饱和密度ρsat可以表示土壤在饱和状态下的密度，可以用质量m和体积v表示。
常用的换算公式为ρsat=(ms+mv)/v或ρsat=ρg。
9.土壤的有效密度ρ和有效重度γ可以表示土壤中有效颗粒的密度和重力密度。
常用的换算公式为ρ=(ms-mv)/v或ρ=ρsat-ρwv，γ=ρg或γ=γsat-γw。
10.砂的相对密度Dr可以表示砂颗粒的紧密程度，可以用极限孔隙比emax和实际孔隙比e表示。
常用的换算公式为Dr=(emax-e)/(emax-emin)。
11.塑性指数IP可以表示土壤的可塑性，包括液性指数IL和塑性指数IP。
IL可以用液限ωL和塑限ωP表示，常用的换算公式为IL=ωL-ωP。
土力学
砂 粒
粗砂
中砂 细砂 粉粒 粘粒
0.5<d≤2
0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.25 0.005<d≤0.075 d≤0.005
细粒
二、颗粒级配的测定
土 力 学
• 土的颗粒级配是指土中各粒组的相对百分含量，通常 用各粒组占土粒总质量（干土质量）的百分数表示， 也称为土的粒度成分。
• 粗粒土指以砾石和砂粒为主的土，又称为无粘性土。 • 细粒土指以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，又称为粘性 土。 • 筛分法（适用于砾石类和砂类土，d>0.1mm） • 静水沉降分析法（适用于粉土和粘性土，d<0.1mm） （虹吸比重瓶法、移液管法、比重计法）
3
5
10
20
15
20
30
颗粒级配累积曲线（图解法）
土 力 学
• 横坐标采用对数坐标，表示土颗粒直径，单位mm；纵 坐标为小于某粒径土的累积含量，用百分比表示。 • 土的粗细常用平均粒径（mm）d50表示，d50指土中大 于或小于此粒径的土粒含量均占50。
•颗粒级配累积曲线
土 力 学
特征粒径
• D10——有效粒径（de）；d50—平均粒径； • d30 ——中值粒径； d60——限制粒径；。
土粒的大小通常以粒径表示，以mm为单位。 • 土粒按粒径大小分为若干组别，称为粒组。粒组就是 一定的粒径区段，以毫米表示。 粒组的划分的原则 1. 符合粒径变化所引起的质的变化规律，即每个粒组的 成分与性质无质的变化，具相同或相似的成分与性质； 2. 与粒组的分析技术条件相适应，即不同大小的土粒可 采用不同的适用方法进行分析； 3. 粒组界限值力求服从简单的数学规律。
土的结构－土粒间的相互作用
土力学
一、名词解释土力学：利用力学的一般原理，研究土的物理、化学和力学性质及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学。
基础：将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分，一般应埋入地下一定的深度，进入较好的地层。
土的颗粒级配：土中所含各粒组的相对含量，以土粒总重的百分数表示。
土的结构：指土颗粒或集合体的大小和形状、表面特征、排列形式以及它们之间的连接特征。
包括单粒结构、蜂窝结构和絮凝结构。
土的触变性：黏性土结构遭到破坏，强度降低，但随时间发展土体强度恢复的胶体化学性质。
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，称为土粒的相对密度。
固结度：地基在荷载作用下，历经时间t 的固结沉降量ct s 与其最终沉降量c s之比。
临塑荷载：指地基土中将要而尚未出现塑性变形区时的基地压力。
土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。
最优含水量：在一定的压实功（能）下使土最容易压实，并能达到最大密实度时的含水量。
界限含水量：粘性土从一种状态转变为另一种状态的分界含水量。
液性指数：表征土的天然含水量与分界含水量之间相对关系的指标。
塑性指数：液限与塑限之差定义为塑性指数。
基底附加压力：引起地基沉降的那部分压力。
地基：支承基础的土体或岩体。
天然地基：未经人工处理就可以满足设计要求的地基。
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，称为人工地基。
桩侧摩阻力：在竖向荷载作用下，桩身材料将发生弹性压缩变形，桩与桩侧土体发生相对位移，桩侧土对桩身产生的向上摩阻力。
桩端阻力：桩侧摩阻力不足以抵抗竖向荷载，一部分竖向荷载传递到桩底，桩底持力层将产生压缩变形，桩底土对桩端产生的阻力。
桩的负摩阻力：桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。
土的固结：土的压缩随时间增长的过程，主要指孔隙水压力消散，有效应力增长的过程。
土力学
第2章土的物理性质及工程分类1. 岩石有哪几种风化风化作用: 物理作用：岩石产生量的变化化学作用，生物作用岩石产生质的变化2. 土的三相组成是什么土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。
因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)所组成的三相体系。
3. 土粒的主要矿物成分有哪些⑴原生矿物——由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同，包括：单矿物颗粒——一个颗粒为单一的矿物，如常见的石英、长石、云母、角闪石与辉石等，砂土多为单矿物颗粒；多矿物颗粒——一个颗粒中包含多种矿物，如巨粒土的漂石、卵石和粗粒土的砾石，往往为多矿物颗粒。
⑵次生矿物——母岩岩屑经化学风化，改变原来的成份，成为一种颗粒很细的新矿物，主要是粘土矿物。
粘土矿物的粒径d<0.005mm,肉眼看不清，电子显微镜下为鳞片状。
⑶腐植质4. 利用土颗粒的级配指标及级配曲线判断土的级配状态一土的固体颗粒·土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。
(一) 土的颗粒级配在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。
土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化，例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。
将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。
划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
根据界限粒径200、20、2、0．05和0．005mm把土粒分为六大粒组：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。
土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总量的百分数)来表示，称为土的颗粒级配。
颗粒分析试验：筛分法；密度计法,移液管法根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如图1—10所示的颗粒级配累积曲线由曲线的坡度可判断土的均匀程度有效粒径；限定粒径。
土力学(全套318页PPT课件)
苏州名胜虎丘塔
土 • 虎丘塔共七层，高47.5m，底层直径13.7m。 呈八角形，全为砖砌，在建筑艺术风格上有独 特的创意，被国务院公布为全国重点文物保护 单位。
力 • 目前该塔倾斜严重塔顶偏离中心线2.31m。经 勘探发现，该塔位于倾斜基岩上，复盖层一边 深3.8m，另一边为5.8m。由于在一千余年前
土 • 作为建筑地基、建筑介质或建筑材料的地壳表 层土体是土力学的研究对象。
• 土力学不仅研究土体当前的性状，也要分析其 性质的形成条件，并结合自然条件和建筑物修
力 建后对土体的影响，分析并预测土体性质的可 能变化，提出有关的工程措施，以满足各类工 程建筑的要求。
学 • 土力学是一门实践性很强的学科，它是进行地 基基础设计和计算的理论依据。
• 土力学研究对象：与工程建设有关的土
上部结构、基础和地基三者之间的关系
土 • 地基（Ground） 由于建筑
物的修建，使一定范围内土层
的应力状态发生变化，这一范
力
围内的地层称为地基。
• 基础（Foundation）指与地基
接触的建筑物下部结构。
学 • 一般建筑物由上部结构 （Superstructure）和基础两 部分组成。
坏或不能正常使用，这类问题在土力学中叫做 变形问题。
力 • 如果土受力超过了它所能承受的能力，土便要 被破坏，建筑物将随之倒毁或不能使用。土体 的破坏，在力学中亦称为稳定性丧失。研究土
学 体是否会破坏这一类问题称为稳定问题，土的 稳定性取决于它的强度。
二、土力学研究特点.内容与方法
土 • 土力学是研究与工程建筑有关的土的变形和强度 特性，并据此计算土体的固结与稳定，为各项专 门工程服务。
学 • 掌握土体变形与强度指标的测定方法及在工程实践中 的应用。 • 掌握土的动力特性的基本概念。来自三、土力学发展简史与趋势
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一、物理指标计算 1.土的密度p=1.80g/cm ³，土粒比重Gs=2.70，土的含水率w=18.0% （1）绘制三项计算草图 （2）令V=1cm ³（3）p=m/V=1.80g/cm ³，m=1.80g （4）w=mw/ms=0.18,mw=0.18ms mw+ms=1.80,ms=1.80/1.18=1.525g mw=m-ms=1.80-1.525=0.275g （5）Vw=0.275cm ³（6）Gs=ms/Vs=2.70,Vs=ms/2.70=1.525/2.70=0.565cm ³ （7）孔隙体积Vv=V-Vs=1-0.565=0.435cm ³ （8）气相体积Va=V-Vw=0.435-0.275=0.16cm ³ （9）孔隙比=Vv/Vs=0.435/0.565=0.77 孔隙度n=Vs/V=0.435=43.5%饱和度Sr=Vw/Vv=0.275/0.435=0.632干密度pd=ms/V=1.525g/cm ³，干重度γd=15.25kN/m ³ 饱和密度psat=mw+ms+Vapw/V=1.80+0.16=1.96g/cm ³ 饱和重度γsat=19.6kN/m ³有效重度γ’=γsat=γw=19.6-10=9.6kN/³ 2.在对某地基土进行试验时，以环刀切取土样。
土样高度2cm ，上、下底面积为50cm ²，称得原状土样质量为190g ，烘干后土样质量为150g 。
试计算土样的密度和含水量。
若该土样处于饱和状态，试计算土样的孔隙比。
3.某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为 187g ，烘干后，干土质量为167g 。
若土粒的相对密度Gs 为2.66，求该土样的含水量ω、密度ρ、重度γ、干重度γd 、孔隙比e 、饱和重度γsat 和有效重度γ’三.地基中某一单元土体上的大主应力为420kPa ，小主应力为180kPa 。
通过试验测得土的抗剪强度指标c=20 kPa ，φ=20°。
试问：（1）该单元土体处于何种状态？（2）是否会沿剪应力最大的面破坏？ （1）解：根据土体单元处于极限平衡状态时的条件： σ1=σ3tan ²（45°+φ/2）+2ctan （45°+φ/2） σ3=180kPa ，σ1f=418.5kPa<σ1=420kPa 根据莫尔-库仑定律可知，该点已破坏。
或σ3=σ1tan ²（45°-φ/2）-2ctan （45°-φ/2）σ3f <σ3=180kPa ，根据摩尔—库伦破坏准则，该土尚未发生破坏，处于弹性平衡状态。
四、1.已知某混凝土挡土墙，墙高为H ＝6.0m ，墙背竖直，墙后填土表面水平，填土的重度γ=18.5kN/m3,φ=20°,c=19kPa 。
试计算作用在此挡土墙上的静止土压力，主动土压力和被动土压力，并绘出土压力分布图。
解：（1）静止土压力，取K0＝0.5，P0=γzK0 E0=1/2γH ²K0=1/2 x 17.5 x 6² x 0.5=166.5kN/m E0的作用点位于下H/2=2.0m 处，如图a 所示（2）主动土压力，P0=γZK0-2c 根Ka ，Ka=tan ²(45°-φ/2) Ea=1/2γH ²Ka-2cH 根Ka+2c ²/γ=，临界深度Z0=2c/γ根Ka= Ea 的作用点距墙底：1/3(H-Z0)=，见图b 所示 （3）被动土压力,Ep=1/2γH ²Kp+2cH 根Kp= 墙顶处土压力：Pa1=2c 根Kp墙底处土压力为Pb=γHKp+2c 根Kp总被动土压力作用点位于梯形底重心，距墙底2.32处，见图c 所示2.某挡土墙高5m ，墙后填土为黏土，重度γ=18.6kN/m ³，饱和重度γsat=19.6kN/m ³，粘聚力c=20kPa ，内摩擦角φ=25°，地下水Hw=2m ，试计算该挡土墙后静止土压力值及其作用点位置。
3有一挡土墙，高6米，墙背直立、光滑，墙后填土 面水平。
填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图4.图示挡土墙，墙高H 为5 m ，填土表面作用大面积分布的荷载q=25kPa ，填土的物理力学指标如图，试用朗肯理论计算被动土压力Ep 的大小。
5.某挡土墙墙高H=5.2m ，墙背垂直光滑，墙后填土水平，填土为干砂，重度y=18. 8kN/ m3，内摩擦角φ= 30°，墙后填土表面有超载15kN/m 。
(1)求作用在挡墙上被动土压力分布，并画出分布图； (2)计算作用在挡墙上被动土压力EP 。
6.某挡土墙高7m ，墙后填土指标如图示。
试采用朗肯土压力理论求作用于墙背上的主动土压力分布（不要求计算土压力合力及作用点）7.已知挡土墙及墙后填土情况符合朗肯理论计算模式。
粘性土：γ1=18kN/m ³，φ1=20°，c1=10kPa ，h1=3m ；砂土：γ2=17kN/m ³，φ2=35°，c2=0，h2=4m ，表面作用的超载q=20kPa ，试求（1）主动土压力的大小；（2）当地下水位上升到离墙顶3m 时，求总压力的大小，此时砂土的饱和重度γsat=20kN/m ³。
（3）比较后说明结论：地下水上升对挡土墙是否有利？五、1.柱基础底面尺寸为 1.2×1.0m2，作用在基础底面的偏心荷载F+G=150kN，如下图所示。
如果偏心距分别为0.1m、0.2m、0.3m。
试确定基础底面应力数值，并绘出应力分布图。
解：1、当偏心距e=0.1m时，因为e=0.1m<B/6=1.2/6=0.2m，故最大和最小应力2、当偏心距e=0.2m时，因为e=0.2m=B/6=0.2m，最大和最小应力仍3、当偏心距e=0.3m时，因为e=0.3m>B/6=0.2m，故基底应力2.如图所示的某建筑物柱下单独基础，其基底尺寸ι=6m，b=2m，作用在±0.00标高（室内地面）处的竖向荷载设计值为2295- 6kN，天然地面标高为-0.45m，其他指标见图。
试按持力层承载力的要求，验算基底尺寸是否合适。
3.某工业厂房柱基础，基底尺寸4³6m²，作用在基础顶部的竖向荷载F= 3000kN，弯矩M=2100kN²m，地质条件及基础埋深如图所示，地下水位于基础底面处，试验算该地基土承载力是否满足要求。
(γw= 1OkN/m³，γG= 20kN/ m³)1.oa1=(19*0+18)*Ka，oa2=(19kN/m³*6+q)*Ka Ka=tan²(45°-32°/2) ，Ea=oa1*6+1/2(oa2-oa1)*6，z=1/Ea[(oa1*6*6/2+(1/2)*(oa2-oa1)*(6/3)]2.极限承载力定义：指地基在外荷作用下产生的应力达到极限平衡时的荷载。
3.沉降和时间的关系Ut=1-(8/π²)e^[(-π²/4)(Tv)]，图丿，x=Tv，y=Ut，α=o1/o2，st=Ut*s4.Pc/Po（ORC）=1，正常固结状态；Pc/Po>1，超固结状态；Pc/Po<1，欠固结状态。
正常固结土：土层历史上经受的最大压力，等于现有覆盖图的自重压力，即为土的有效自重压力。
超固结土：土层历史上曾经受过大于现有覆盖土重的前期固结压力。
欠固结土：土层目前还没有达到完全固结，土层实际固结压力小于土层自重压力。
5.土力学之父凯尔太沙基《土力学》土体受到外力后，可以认为土体变形是孔隙中流体体积变化的结果。
土体在外加荷载作用下，由于孔隙比减少而压密变形，同时提高了强度。
对于饱和土，只有当孔隙水挤出以后，变形才能产生。
开始时，土中应力全部由孔隙水承担。
随着孔隙水的挤出，孔隙水压力逐步转变为由土骨架承受的有效应力。
研究这两种应力的相互消长以及土体变形达到最终值的过程，称为固结理论。
地基土的压缩是由于孔隙水压力减小，有效应力增大的结果。
附加应力一定的条件下，求得某一时刻孔隙水压力即可确定有效应力。
地基的这种固结过程中，任意时刻的沉降变形量与最终沉降变形量的比值，即定义固结度。
6.颗粒级配：土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示。
土粒直径>0.075mm筛析法，<密度计法，图ㄟ，x=土粒直径，y=百分数，土的颗粒级配曲线越平缓表示越均匀良好。
纵坐标为10%所对应的粒径d10称为有效粒径，纵坐标为60%所对应的为限定粒径，不均匀系数Cu=d60/d10砾石和砂土级配Cu≥5且Cc=1~3为级配良好7.（1）结合水：①强结合水（吸着水）：由黏土表面的电分子力牢固地吸引的水分子紧靠土粒表面，厚度只有几个水分子厚，小于0.003um。
性质接近固体，不传递净水压力，100℃不蒸发，密度pw=1.2~2.4g/cm³，具有很大的黏滞性、弹性和抗剪强度。
当黏土只含强结合水时呈坚硬状态。
②弱结合水（薄膜水）：在强结合水外侧，也是由黏土表面的电分子吸引的水分子，其厚度小于0.5um（1um=0.001），密度pw=1.0~1.7g/cm³。
弱结合水也不传递净水压力，呈黏滞体状态，此部分水对黏性土的影响最大。
（2）自由水：离土粒较远，在土粒表面的电场作用以外的水分子自由散乱地排列。
①重力水：地下水位以下，具有浮力的作用，可以从总水头较高处向总水头较低处流动。
②毛细水：地下水位以上，受毛细作用而上升，粉土中孔隙小，毛细水上升高。
8.附加应力的计算基础位于地面上：p0=p，基础底面的附加应力，即基础底面接触压力。
基础位于地面下：p0=p-γmd（γm-基础底面以上地基土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度的加权平0均值），超过自重应力γmd的压力为附加应力。
①在地面下任一深度的水平面上，各点的附加应力非等值，在集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减少。
②距离地面越远，附加应力分布的范围越广，在同一竖向线上的附加应力随深度而变化9.土的压缩性指标包括压缩系数、压缩指数和压缩模量。
压缩系数、压缩指数数值越大，压缩性越大，压缩模量与压缩系数成反比关系。
10.摩尔库伦破坏理论：土的强度特指抗剪强度，土体破坏为剪切破坏砂土的抗剪强度τf与作用在剪切面上的方向压力o成正比，比例系数为内摩擦系数。