中南大学高等土力学课件__基本概念回顾
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中南大学土木工程材料 课件 土木工程材料课件 第一章
如硅酸钠玻璃是典型的玻璃 体结构，其结构中，Na、Si、 也称无定型结构。 和O离子无序堆积。 而石英玻璃是晶体，其结构 结构特点： 中Si、和O离子有序堆积。 质点排列无序，且无周
期性； 没有固定的几何外形。 胶体结构—只由微细的固体粒子和分散介质（液
体）组成的结构 种类：
针状晶体的微观结构
解答：
1）∵ V’o=10L, m’2=13.5kg; ρ0’ =（m’/V0’）= 13.5/10 = 1.35 g/cm3 ∵ m’=1000g, 吸水后质量=1036g. 设水的密度＝1。 则， Vo = 791－(1411－1036) = 416mL ∴ ρ0 =（m’/V0）= 1000/416 = 2.40 g/cm3 ∵ V=18.8mL, m=50g; ∴ ρ=(m/V)= 50/18.8=2.66 g/cm3 碎石在水中吸水的质量 2) P = [1－ρ0/ρ] ×100% =(1－2.40/2.66)=9.77% ＝开口孔隙体积 其中： P开= 36/416=8.65% P闭= 9.77%－8.65%=1.12% 3) D=1－P=90.23% P’=[1－ρ0’/ρ0] ×100% =(1－1.35/2.40)=43.8% D’=1－P’=1－43.8%=56.2%
单位体积的质量。
堆积密度ρ0’ ——松散堆积状态下
密度、表观密度和堆积密度测量方法
密度
表观密度 堆积密度
试样—颗粒；质量测量—固定体积法
堆积体积＝自然状态体 积＋堆积空隙体积
为什么要蜡封？ 试样— 粉末；体积测量—排液法。
排除任何孔隙后，材料的绝 对密实体积 自然状态下体积＝绝对密实体 积＋孔隙(开口与闭口)体积
V ×100% = 1－P V0
高等土力学第一章 课件
土的动应力-应 变关系
土的动力性质分 类
地震工程中的土动力学问题
土的动力性质：土的动剪切强度、动压缩强度和阻尼比等 地震工程中的土动力学问题：地震引起的土体液化、震陷、滑坡等 土的动力学模型：土的动力学本构模型、数值模拟方法等 抗震设计方法：基于土动力学原理的抗震设计方法、土体加固技术等
抗震设计方法与措施
土的应力-应变关系
土的应变：土体变形的程度
土的应力：土体受到的压力 或拉力
土的应力-应变关系曲线： 描述土的应力与应变之间的
关系
土的应力-应变关系的影响 因素：如土的种类、含水率、
温度等
04
土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力
土的强度分类：天然强度、有效强度、瞬时强度
地下水渗流 对工程的影 响
排水设计的 基本原则和 方法
排水设施的 种类和特点
排水设施的 布置和设计 要点
排水设施的 施工和维护
渗流对土体稳定性的影响
渗流现象及其产生原因 渗流对土体稳定性的影响 土体排水与加固措施 实际工程中的应用与案例分析
06
土的动力性质与地 震工程
土的动力性质
土的动强度
土的动变形
土力学的基本原理和概念 土力学在土木工程中的应用范围 土力学在土木工程中的具体应用案例 高等土力学在土木工程中的重要性
高等土力学在水利工程中的应用
水利工程中的土压力问题：介绍土压力的 产生、分类和计算方法，以及在水利工程 中的应用。
水利工程中的渗流问题：介绍渗流的基本 原理、计算方法和在水利工程中的应用， 包括堤坝、水库等。
土的物理性质
土的分类：根据土的颗粒大小、矿物成分、结构等特点进行分类 土的物理性质指标：包括密度、含水量、孔隙率、塑性指数等，用于描述土的物理性质 土的力学性质：包括抗剪强度、压缩性、渗透性等，用于描述土在力作用下的行为 土的工程分类：根据土的工程性质和特点，将土分为不同的类型，以便于工程设计和施工
高等土力学谢定义
高等土力学高等土力学是土木工程领域的一个重要分支，主要研究土壤的力学性质及其在土木工程中的应用。
土力学研究的对象是土壤的物理力学性质和土体在外力作用下的变形和破坏规律，帮助工程师能够正确地选择土壤基础和岩土工程结构设计，确保工程的安全性和可靠性。
土力学基本概念土壤是由固体颗粒、水和空气构成的多相体系，力学性质和结构会随着固体颗粒的类型、粒径和颗粒之间的相互作用、含水量等因素而变化。
土力学研究的基本概念包括以下几个方面：1. 土体力学性质土体的力学性质是指土壤在外力作用下的变形和破坏规律。
它包括土体的弹性性质、塑性性质、强度性质以及变形性质等。
土体在受到外力作用时，会发生弹性、塑性、粘塑性和黏塑性等不同类型的变形，并且会有一定的变形极限和破坏极限。
2. 土体结构土体的结构是指土壤颗粒之间的空隙状态和排列规律。
土壤颗粒之间的接触状态和排列规律会影响土体的力学性质和水力性质。
土体的结构包括颗粒间接触状况、颗粒间的连通性以及孔隙分布和孔隙比等参数。
不同的土体结构对于土体的刚度、渗透性和稳定性会产生重要影响。
3. 土体水力性质土体的水力性质是指土壤中水分的分布和运动规律。
水分含量对土壤的力学性质和稳定状态有重要影响。
土体中的水分可以分为吸附水、毛细水和重力水等不同形式。
高等土力学的应用高等土力学的研究结果将直接应用于土木工程中，确保工程的安全性和可靠性。
以下是高等土力学在工程实践中的一些应用：1. 土壤基础设计土壤基础是土木工程中的重要组成部分，包括建筑物、桥梁、道路等的基础和地基。
通过对土壤岩石的力学性质、结构和水力性质的研究，高等土力学可以对土壤基础进行设计和优化，确保基础的稳定性和承载能力。
2. 土壤侧向力设计土体在侧向力作用下会发生变形和破坏，特别是在边坡、挡墙和隧道施工等工程中。
高等土力学可以通过研究土体的强度性质和侧向变形规律，提供给工程师合理设计和施工，确保工程的稳定性和安全性。
3. 地基处理和加固在某些情况下，土壤的承载力和稳定性不足以满足工程的要求。
高等土力学
（7）.土体变形完全是由空隙水排出和超静水压力消散引起的
土的本构关系
太沙基方程：
2u u Cv 2 z t
k C v 其中：固结系数 mv
mv
k
为常数
关系。
1 x ( y x ) E 1 y y ( z x ) E 1 z z ( y x ) E 2(1 ) xy xy E 2(1 ) yz yz E 2(1 ) zx zx E
可写为：
3 I1 2 I 2 I3 0
土的本构关系
应力不变量： 第一应力不变量 第二应力不变量
I1 x y z
2 2 2 I 2 x y y z z x xy yz zx
第三应力不变量
f c tan
c:粘聚强度
tan
：摩擦强度
影响土强度的因素： 1.颗粒矿物成分的影响 2.粗粒土颗粒的几何性质 3.土的组成 4.土的状态
5.土的结构
土的强度
有效应力原理： 作用在饱和土体上的总应力由两种介质承担，一种是：孔隙水压力，
另一种是：土颗粒组成的骨架上的有效应力，而土的抗剪强度由：有效
y
1 zy 2
1 xz 2 1 yz 2 z
故有6个分量是独立的：
x y z xy yz zx
土的本构关系
三个应变不变量
I1 x y z 1 2 3 1 2 I 2 x y y z z x ( xy 2 yz 2 zx ) 1 2 2 3 31 4 I 3 1 2 3
高等土力学第一章 课件
添加副标题
高等土力学第一章课件
汇报人：
目录
CONTENTS
01 添加目录标题 03 土的应力与应变
02 土力学基本概念 04 土的强度与稳定性
05 土压力与挡土墙设 计
06 地基承载力与沉降 计算
07 特殊土工程性质与 处理方法
添加章节标题
土力学基本概念
土的气组成的自然体
黄土的工程分类：根据黄土的工程性质，可 以将黄土分为不同的类型，不同类型的黄土 在工程中的处理方法也有所不同。
黄土的处理方法：包括排水固结法、强夯 法、换填法等，这些方法可以有效地改善 黄土的工程性质，提高工程的稳定性和安 全性。
膨胀土工程性质与处理方法
膨胀土的定义与分类
膨胀土的工程性质
膨胀土的膨胀机理
土的应变：土体变形的大小 和方向
土的应力-应变关系曲线：描述 土的应力与应变之间关系的曲 线
土的应力：土体受到的力，包 括压应力、剪应力和弯应力等
土的应力-应变关系特点：非 线性和弹塑性等
土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力 土的强度分类：天然强度、残余强度、有效强度等 影响土强度的因素：土的成分、结构、应力历史、环境条件等 土的强度试验方法：直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压试验等
稳定的能力。
地基承载力的影响 因素：包括土的物 理性质、力学性质、 地质条件、地下水 位、荷载大小和分
布等。
添加标题
添加标题
地基承载力与沉降 计算的关系：地基 承载力是影响建筑 物沉降的重要因素 之一，通过合理的 地基设计和沉降计 算，可以确保建筑 物的稳定性和安全
性。
添加标题
地基承载力与建筑 物安全性的关系： 地基承载力不足可 能导致建筑物沉降、 倾斜甚至倒塌，因 此在进行建筑设计 时，必须充分考虑 地基承载力的要求。
高等土力学第一章课件
汇报人：
目录
CONTENTS
01 添加目录标题 03 土的应力与应变
02 土力学基本概念 04 土的强度与稳定性
05 土压力与挡土墙设 计
06 地基承载力与沉降 计算
07 特殊土工程性质与 处理方法
添加章节标题
土力学基本概念
土的气组成的自然体
黄土的工程分类：根据黄土的工程性质，可 以将黄土分为不同的类型，不同类型的黄土 在工程中的处理方法也有所不同。
黄土的处理方法：包括排水固结法、强夯 法、换填法等，这些方法可以有效地改善 黄土的工程性质，提高工程的稳定性和安 全性。
膨胀土工程性质与处理方法
膨胀土的定义与分类
膨胀土的工程性质
膨胀土的膨胀机理
土的应变：土体变形的大小 和方向
土的应力-应变关系曲线：描述 土的应力与应变之间关系的曲 线
土的应力：土体受到的力，包 括压应力、剪应力和弯应力等
土的应力-应变关系特点：非 线性和弹塑性等
土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力 土的强度分类：天然强度、残余强度、有效强度等 影响土强度的因素：土的成分、结构、应力历史、环境条件等 土的强度试验方法：直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压试验等
稳定的能力。
地基承载力的影响 因素：包括土的物 理性质、力学性质、 地质条件、地下水 位、荷载大小和分
布等。
添加标题
添加标题
地基承载力与沉降 计算的关系：地基 承载力是影响建筑 物沉降的重要因素 之一，通过合理的 地基设计和沉降计 算，可以确保建筑 物的稳定性和安全
性。
添加标题
地基承载力与建筑 物安全性的关系： 地基承载力不足可 能导致建筑物沉降、 倾斜甚至倒塌，因 此在进行建筑设计 时，必须充分考虑 地基承载力的要求。
中南大学土力学与基础工程课件 土力学1-第六章
0
p1/ 4
说明：当地下水位上升时，地基的承载力将降低
第六章 地基承载力
§6.1 概述 √ §6.2 地基临塑压力 √ §6.3 地基极限承载力的理论近似解 §6.4 按《规范》确定地基承载力 §6.5 原位测试确定地基承载力
§6.3 地基极限承载力的近似解
一、普朗特—维西克理论
45o＋ / 2 45o－ / Ⅰ 2 Ⅱ Ⅱ
铁路桥涵地基基础设计规范
TB10002.5—2005
J464—2005
建筑地基基础设计规范
GB50007—2002
铁路桥涵地基基础设计规范
一、基本容许承载力 指基础宽度b≦2m，埋置深度H≦3m 时的承载力，一般以σ0表示
Q4年代：液性指数和孔隙比，表6-3
粘性土
Q3年代：压缩模量，表6-4 残积土：压缩模量，表6-5
§6.5 按原位测试确定地基承载力
一、载荷试验法 二、静力触探试验法 三、动力触探试验法 四、标准贯入试验法 五、旁压试验法 六、十字板试验法
本章作业 P191 6-7,6-8
c.计算内摩擦角和粘聚力 的标准值
k ck c c
2.确定地基承载力特征值
当e≤0.033b，根据土的抗 剪强度指标确定地基承载力
f a M bb M d m d M c征值
Mb、Md、Mc ——承载力系数（可根据k查表得到)
P
d Ⅲ
c
b
Ⅲ c
d
Ⅰ区：主动朗肯 区， 1竖直向， 破裂面与水平面 成45o＋/2
Ⅱ区：普朗特区， 边界是对数螺线
Ⅰ： 将无限长，底面光滑的荷载 板至于无质量的土(＝0)的表面上， 荷载板下土体处于塑性平衡状态时， 塑性区分成五个区
土的基本性质高等土力学课件
Bazant ZP, Oh BH. Microplane model for creep of anisotropic clay. J Eng Mech, ASCE, 1983.
59
蠕变微观机理
9次2×21点在二十面上的非正交对称分布
60
蠕变微观机理
9次2×21点在球面上的正交对称分布
61
蠕变微观机理
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土 层，强度较低，变形较大。
1
2
3
4
1995年阪神地震大阪的街道路面液化
5
1999年台湾大地震中台中县由于液化引 起的楼房倒塌
6
赵洲桥
隋朝石工李春所建，他把石台砌筑于密 实的粗砂 层上，一千三百多年来估计沉 降仅几厘米。
7
提纲
土的构成 土的物理化学性质 土的基本力学性质 土的分类
11次2×33点在多面上的正交对称分布
62
变形
本构模型 固结理论
63
土的分类
64
塑性指数分类指标界限值及土类名称
0 13
7
国家建委TJ7-74规范 砂土
轻亚粘土
水利部土工实验6规范 砂土 砂壤土
10
17
亚粘土 粘土
壤土
粘土
交通部79规范 冶金部冶基规103-77
地质矿产部84规范
砂土 砂土 砂土
ij
f
.
(n)ds
.
ij ij
3
2
bijkm
s
1
.
k2 T
sh1
.
T
k1
f
(n)ds
. km
.
ij
57
蠕变微观机理
土力学与基础工程课件-绪论.
•学习中，必须牢牢抓住土的变形、强度和稳定性 这一重要线索，并特别注意认识土的多样性和易 变性等特点。同时还必须掌握有关的土工试验技 术及地基勘察知识。
•要求理解有关公式的意义及应用条件，不要把过 多的注意力放在公式推导上。
•学习必须理论联系实际。
绪论
一、关于“土”
土是矿物碎屑构成的松软集合体。 “土体”，soil mass
基本特征： 1.土是自然历史的产物
许多矿物，一定地质历史时期，复杂自然作用， 形成地点、时期、各种矿物数量与质量，排列，性质 土是自然漫长的地质年代内所形成的性质复杂、不均匀、各 向异性且随时间不断变化的材料。----土的自然变异性 2.土是三相体系
研究方法：工程地质原理出发，试验研究，力学分析
土力学内容: 基本内容：基本概念、基本原理-------土力学 工程应用-----基础工程 试验-----土工试验
基本组成部分： 物理性质 渗流 固结沉降理论 抗剪强度 地基承载力 土压力
三、本课的特点和学习要求
•土木专业的一门重要的主干课程。涉及领域广、 内容多、综合性、理论性和实践性都很强。
固、液、气相。不同组合，性质不同
3.碎散性 散体，孔隙，透水透气
土的复杂性和特殊性 复杂性：散体，颗粒之间移动性 特殊性：个体
二、土力学
采用力学原理，研究土的物理、化学和力学性质以及土 体在荷载、水、温度等外界因素作用下的工程性状的应 用科学。 研究对象：矿物颗粒组成的松散集合体 研究内容：土的物理、化学和力学性质，工程性质 物理性质：土粒大小、成分、三相比例、结构、构造 力学性质：荷载作用下的压缩沉降、剪切破坏 工程性质：建筑物作用下土体固结沉降、破坏特征
•要求理解有关公式的意义及应用条件，不要把过 多的注意力放在公式推导上。
•学习必须理论联系实际。
绪论
一、关于“土”
土是矿物碎屑构成的松软集合体。 “土体”，soil mass
基本特征： 1.土是自然历史的产物
许多矿物，一定地质历史时期，复杂自然作用， 形成地点、时期、各种矿物数量与质量，排列，性质 土是自然漫长的地质年代内所形成的性质复杂、不均匀、各 向异性且随时间不断变化的材料。----土的自然变异性 2.土是三相体系
研究方法：工程地质原理出发，试验研究，力学分析
土力学内容: 基本内容：基本概念、基本原理-------土力学 工程应用-----基础工程 试验-----土工试验
基本组成部分： 物理性质 渗流 固结沉降理论 抗剪强度 地基承载力 土压力
三、本课的特点和学习要求
•土木专业的一门重要的主干课程。涉及领域广、 内容多、综合性、理论性和实践性都很强。
固、液、气相。不同组合，性质不同
3.碎散性 散体，孔隙，透水透气
土的复杂性和特殊性 复杂性：散体，颗粒之间移动性 特殊性：个体
二、土力学
采用力学原理，研究土的物理、化学和力学性质以及土 体在荷载、水、温度等外界因素作用下的工程性状的应 用科学。 研究对象：矿物颗粒组成的松散集合体 研究内容：土的物理、化学和力学性质，工程性质 物理性质：土粒大小、成分、三相比例、结构、构造 力学性质：荷载作用下的压缩沉降、剪切破坏 工程性质：建筑物作用下土体固结沉降、破坏特征
中南大学土力学与基础工程课件 土力学1-第四章概要
Es
p
e e0 e 孔隙 固体 颗粒
e a p
1 e0 Es a
1 a mv Es 1 e 0
e 1 e0
体积压缩系数
1
压缩指标间的关系
e
0.9
1
Cc
特点：在压力较大部分， 接近直线段 反映了土的应力历史
0.8
0.7 0.6
1 Cs
侧限压缩试验指标汇总
先期固结压力：土层历史上所经受到的最大压力p
如土层当前 承受的自重 压力为s
p= s：正常固结土 p> s：超固结土
p< s：欠固结土
超固结比： OCR
p s
OCR=1：正常固结 OCR>1：超固结 OCR<1：欠固结
相同s 时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小
压力 Pf 破坏荷载 P极限荷载 k P l 比例极限
沉 降 曲 线
S
D S 沉降量
五、旁压试验
自学
第四章：土的压缩性与地基沉降计算
§4.1 概述 §4.2 土的压缩性测试方法 §4.3 一维压缩性及其指标 §4.4 地基的最终沉降量计算 §4.5 饱和土体的渗流固结理论
§4.3 一维压缩性及其指标
常规三轴：
• 存在破坏应力
z=p
侧限压 缩试验 常规三 轴试验
侧限压缩试验：
• 不存在破坏应力 • 存在体积压缩极限
e0 ( 1 e0 )
z
变形模量 E 与侧限变形模量 Es间的关系 虎 克 定 律
z x y E E x x y z E E y y z x E E z
高等土力学第二章课件
A＋
f
T
D
g
＝
D
D
g
A
＋
f
f
T
D
T
D
g
d
＝ D ep d
Dep＝D
Dg
f
T
ห้องสมุดไป่ตู้
D
A＋f
T
Dg
不相适应： fg
Dep＝D
Df
f
T
D
A＋f
T
Df
相适应： f=g
2.6 土的剑桥模型（Cam-clay)
2.6 土的剑桥模型
2.6.1 正常固结粘土的物态边界面（state boundary surface) 2.6.2 超固结土及完全的物态边界面 2.6.3 弹性墙与剑桥模型的屈服函数 2.6.4 修正的剑桥模型
弹性－理想塑性 Elasto-Plastic
刚塑性 Perfectly plastic
增量弹塑性-
Incremental Elastoplastic
不同塑性模型的应用：
刚塑性理论-极限平衡法：刚体滑动法、各 种条分法、滑移线法（不计变形，不计过程）
弹－塑性理论：在一定范围为弹性，超过 某一屈服条件为塑性变形。数值计算中出现
CS：v=常数的Roscoe 面 TS：超固结土的强度线-Hvorslev面 0T：零应力线 包括了正常固结土、重超固结土的 可能的（极限）应力状态
包括超固 结土的完 全的物态 边界面
vi-Ti-Si-Ni
HS
超固结
CS
正常 固结
2.6.3 弹性墙与屈服轨迹
1. 弹性墙 正常固结粘土与轻超固结粘土 （wet clay) 各向等压固结: 加载：NCL
高等土力学固结理论课件
试验前需准备土样，将土样置于压力 室中，施加预压力，然后逐渐增加垂 直压力至预定值，记录土样的变形和 孔隙水压力的变化。
试验结果分析
应力和应变关系
通过测量土样在不同压力下的变 形，可以得出应力和应变之间的 关系，进而分析土体的应力应变 特性。
孔隙水压力变化
观察土样在压力作用下的孔隙水 压力变化，可以了解土体的排水 固结过程和强度增长机制。
地下水对各类工程都有重要影 响，特别是对岩土工程的影响
尤为显著。
高等土力学固结理论可以用来 分析地下水对工程的影响，包 括水压力、渗透压力、浮力等
问题。
依据固结理论，可以研究地下 水位变化对工程结构的影响， 例如建筑物沉降和变形。
同时，固结理论还可以用来评 估地下水对工程稳定性和安全 性的影响，为工程设计和施工 提供依据。
粘性土
含有大量粘粒的土，具 有较高的可塑性和压缩 性，工程性质较为复杂
。
软土
含水量高、压缩性大、 承载力低的软弱土层，
需要进行特殊处理。
土的应力与应变
有效应力与孔隙水压力
01
土中颗粒受到的有效应力与孔隙水压力是不同的，它们对土的
力学性质有重要影响。
应变与应变率
02
土的应变分为可逆应变和不可逆应变，应变率对土的力学性质
课程目标
掌握土力学的基本原理和固结理论，了解土的压缩性和固结过程中的应力 应变关系。
学习并掌握高等土力学固结理论中的一些重要概念和方法，如有效应力原 理、太沙基固结理论等。
培养学生对高等土力学固结理论的应用能力，提高解决实际工程问题的能 力。
02
土力学基础
土的物理性质
土的颗粒组成与级配
土是由固体颗粒、水和空气组成的复杂体系。颗粒组成和级配对 土的工程性质有重要影响。
试验结果分析
应力和应变关系
通过测量土样在不同压力下的变 形，可以得出应力和应变之间的 关系，进而分析土体的应力应变 特性。
孔隙水压力变化
观察土样在压力作用下的孔隙水 压力变化，可以了解土体的排水 固结过程和强度增长机制。
地下水对各类工程都有重要影 响，特别是对岩土工程的影响
尤为显著。
高等土力学固结理论可以用来 分析地下水对工程的影响，包 括水压力、渗透压力、浮力等
问题。
依据固结理论，可以研究地下 水位变化对工程结构的影响， 例如建筑物沉降和变形。
同时，固结理论还可以用来评 估地下水对工程稳定性和安全 性的影响，为工程设计和施工 提供依据。
粘性土
含有大量粘粒的土，具 有较高的可塑性和压缩 性，工程性质较为复杂
。
软土
含水量高、压缩性大、 承载力低的软弱土层，
需要进行特殊处理。
土的应力与应变
有效应力与孔隙水压力
01
土中颗粒受到的有效应力与孔隙水压力是不同的，它们对土的
力学性质有重要影响。
应变与应变率
02
土的应变分为可逆应变和不可逆应变，应变率对土的力学性质
课程目标
掌握土力学的基本原理和固结理论，了解土的压缩性和固结过程中的应力 应变关系。
学习并掌握高等土力学固结理论中的一些重要概念和方法，如有效应力原 理、太沙基固结理论等。
培养学生对高等土力学固结理论的应用能力，提高解决实际工程问题的能 力。
02
土力学基础
土的物理性质
土的颗粒组成与级配
土是由固体颗粒、水和空气组成的复杂体系。颗粒组成和级配对 土的工程性质有重要影响。
中南大学土力学内容总结-19页文档资料
中南大学土力学教学安排二、课程的基本要求学完“土力学”后，应达到以下基本要求：①认识土为松散体这一特点，并以此解释土的变形规律、渗透性质、强度特性；②掌握土的物理性质及其基本指标，土的分类，确定土的物理状态和土的定名，以及土的物理性质指标和土的强度和变形的关系；③掌握土中应力分布，地基变形，一维渗透固结理论，库仑——莫尔强度理论；④要求掌握库仑、朗金土压力计算理论及适用范围，以及几种常见情况的土压力计算；⑤掌握土坡稳定的一些基本概念和土坡稳定计算的条分法，了解摩擦圆法和增加土坡稳定的一些措施。
三、课程的基本内容以及重点难点绪论介绍“土力学”的主要内容、任务和工程应用成就。
第一章土的物理力学性质讲授内容：土的生成，土的粒径组成和矿物成分，土中的水和气体，土的三相含量指标，土的物理状态及指标，土的工程分类。
自学内容：土的结构及其联结，土的膨胀、收缩及冻胀。
重点：土的组成，三相含量指标和物理状态指标的计算，土的分类。
上述实验方法和资料整理。
难点：认识土的物理指标和状态指标的变化对土性质的影响。
第二章土的渗透性及水的渗流、第三章土中应力和地基应力分布讲授内容：土中一点的应力状态和应力平衡方程，土的渗透性，饱和土的有效压力和孔隙水压力，在简单受力条件下地基中应力分布，基底的接触应力，刚性基础基底压力简化算法，弹性半无限体内的应力分布。
自学内容：部分饱和土的孔隙压力及有效压力，孔隙压力系数。
重点：土的渗透性和有效压力的概念，饱和土的有效压力和孔隙水压力计算，弹性半无限体内的应力分布计算。
难点：在渗透条件下，土的有效压力和孔隙水压力计算。
第四章土的变形性质及地基沉降计算讲授内容：土的弹性变形性质，土的压缩性，饱和粘土的渗透固结和太沙基一维固结理论，试验方法测定土的变形模量，地基沉降计算，沉降差与倾斜，饱和粘土的沉降过程。
自学内容：太沙基一维固结方程的详细推导和固结度公式的推导。
重点：土的压缩性和压缩性指标，土的固结概念，地基沉降的计算。
高等土力学-课件
E 1
ε
1、沉降计算问题
σ
τf
ε
2、土压力问题 3、边坡稳定问题 4、地基承载力问题
强度问题加变形问题
极限平衡分析 条分法 k=1.4
强度问题加变形问题
上海倒楼问题 成寿寺邮电出版社基坑(上抬)
相互作用问题
有限土体土压力问题
深、大基础承载力问题 Pu=cNC + rdNq + rbNr/2
内蒙鄂尔多斯某砼搅拌站
（1930年，美国哈佛大学工硬化 加工软化
εa
不同应力路径下来做三轴试验:
1、常规 σr不变 σa增加
三轴压缩
σr不变 σa减小
三轴挤压（三轴拉伸）
其他
σa不变 σr增加 三轴挤压 σa不变 σr减小 三轴压缩 σa增大 σr减小 但平均应力不变
三轴压缩
σr增大 σa减小 但平均应力不变 三轴挤压
J.H.Atkinson, P.L.Bransby
主要内容
1、引言 2、土工试验 3、应力分析、应变分析 4、屈服准则 5、几个模型
Duncan— Chang Model Lade—Duncan Model Cambridge Model 6、渗流问题 7、简单的测试与讨论
李广信 70万字
龚晓南 24万字
高等土力学
（Advanced Soil Mechanics）
张钦喜
北京工业大学
2014.09
高等土力学（32h） （Advanced Soil Mechanics）
主要参考文献：
1、土的本构关系 蒋彭年 科学出版社 1982 2、土的塑性力学 屈智炯 成都科技大学出版社
1987 3、土的塑性力学 龚晓南 浙江大学出版社
ε
1、沉降计算问题
σ
τf
ε
2、土压力问题 3、边坡稳定问题 4、地基承载力问题
强度问题加变形问题
极限平衡分析 条分法 k=1.4
强度问题加变形问题
上海倒楼问题 成寿寺邮电出版社基坑(上抬)
相互作用问题
有限土体土压力问题
深、大基础承载力问题 Pu=cNC + rdNq + rbNr/2
内蒙鄂尔多斯某砼搅拌站
（1930年，美国哈佛大学工硬化 加工软化
εa
不同应力路径下来做三轴试验:
1、常规 σr不变 σa增加
三轴压缩
σr不变 σa减小
三轴挤压（三轴拉伸）
其他
σa不变 σr增加 三轴挤压 σa不变 σr减小 三轴压缩 σa增大 σr减小 但平均应力不变
三轴压缩
σr增大 σa减小 但平均应力不变 三轴挤压
J.H.Atkinson, P.L.Bransby
主要内容
1、引言 2、土工试验 3、应力分析、应变分析 4、屈服准则 5、几个模型
Duncan— Chang Model Lade—Duncan Model Cambridge Model 6、渗流问题 7、简单的测试与讨论
李广信 70万字
龚晓南 24万字
高等土力学
（Advanced Soil Mechanics）
张钦喜
北京工业大学
2014.09
高等土力学（32h） （Advanced Soil Mechanics）
主要参考文献：
1、土的本构关系 蒋彭年 科学出版社 1982 2、土的塑性力学 屈智炯 成都科技大学出版社
1987 3、土的塑性力学 龚晓南 浙江大学出版社
中南大学工程地质课件
第4章 土的工程性质与分类
4.2土的物理力学性质
1.土的三项比例指标
• 1.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），是指土的质 量与4℃时同体积水的质量之比，其值与土粒密度相同， 但没有单位，在用作土的三相指标计算时必须乘以水的 密度值才能平衡量纲。
14
第4章 土的工程性质与分类
4.2土的物理力学性质
4.土的力学性质
土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性
压缩量的组成
固体颗粒的压缩 土中水的压缩
占总压缩量的1/400不到， 忽略不计
空气的排出
压缩量主要组成部分
说明水的：排土出的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果
无粘性土
透水性好，水易于排出
4.2土的物理力学性质
3.粘性土的物理特征
液性指数和塑性指数
土处于何种稠度状态取决于土中的含水量，但是由于 不同土的稠度界限是不同的，因此天然含水量不能说 明土的稠度状态。为判别自然界中粘性土的稠度状态， 通常采用液性指数（IL）进行评价，即：
按液性指数划分粘性土的稠度状态表
液性指数IL 稠度状态
IL≤0 坚硬
dm Vs G 1sew1
n VV e V 1e
sa t (Gs1 1e)w
Sr
Vw VV
Hale Waihona Puke VV mwWGse8
三相比例指标之间的换算表
指标名称
天然密度 ρ
土粒密度 ρs
干密度 ρd
饱和密度 ρsat
浮重度 γ′
三相比例定义式
孔隙比e
土力学与数值方法：基本概念与原理
高等土力学
第一章：基本概念与原理
土力学的Байду номын сангаас本概念
• 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 因素作用下的工程性质,包括土的应力,变形, 强度,稳定和土与结构物相互作用等规律的一 个力学分支。
土力学的发展简史
• 土力学是一门既古老、又 新兴的学科，人类很早就 懂得广泛利用土进行工程 建设（我国的长城、南北 大运河）直到十八世纪中 叶，人类对土在工程建设 方面的特性，尚停留在感 性认识阶段。
土体作为结构材料与力学介质，具有多相性、易 碎性、变异性，土的力学性质取决于地质成因、 物质组成、结构特征。
影响因素多，影响因素之间的相互作用，根 据土的组成与结构进行完全的定量分析是困难的， 需要借助工程经验、实验等手段进行分析。
1.2 土的结构与组成
土的固体颗粒
• 非粘土矿物颗粒：土中的原生矿物以石英为主， 含有少量长石、云母等。
• 近四十年来，由于尖端科学、生产发展的需要，土力学的 研究领域又有了明显的扩大
• 土动力学、冻土力学、海洋土力学、月球土力学 • 同时岩石力学也已与土力学分离而单独称为一门学科。
1.1 土体的基本特征
上
部
结
示 意 图
构 、 基 础
、
地
基
土 • 研究对象：
土的性状变化很大，土力学理论依靠较 多的简化假设，因此在处理工程中的土力学 问题时，不能单凭数学和力学的方法，我们 同时需要室内和野外的测试手段，实地观察 和经验判断。
• 风化：
物理风化：温度 应力 岩石开裂 水的冻胀 裂缝张开 岩石开裂 波浪冲击 地震 风 沙砾冲击 岩石破裂
化学风化：岩石与空气、水和各种溶液相接触经 氧化 炭化 作用 分解成细小的颗粒 致使岩石的矿物成分发生变化 水化
第一章：基本概念与原理
土力学的Байду номын сангаас本概念
• 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 因素作用下的工程性质,包括土的应力,变形, 强度,稳定和土与结构物相互作用等规律的一 个力学分支。
土力学的发展简史
• 土力学是一门既古老、又 新兴的学科，人类很早就 懂得广泛利用土进行工程 建设（我国的长城、南北 大运河）直到十八世纪中 叶，人类对土在工程建设 方面的特性，尚停留在感 性认识阶段。
土体作为结构材料与力学介质，具有多相性、易 碎性、变异性，土的力学性质取决于地质成因、 物质组成、结构特征。
影响因素多，影响因素之间的相互作用，根 据土的组成与结构进行完全的定量分析是困难的， 需要借助工程经验、实验等手段进行分析。
1.2 土的结构与组成
土的固体颗粒
• 非粘土矿物颗粒：土中的原生矿物以石英为主， 含有少量长石、云母等。
• 近四十年来，由于尖端科学、生产发展的需要，土力学的 研究领域又有了明显的扩大
• 土动力学、冻土力学、海洋土力学、月球土力学 • 同时岩石力学也已与土力学分离而单独称为一门学科。
1.1 土体的基本特征
上
部
结
示 意 图
构 、 基 础
、
地
基
土 • 研究对象：
土的性状变化很大，土力学理论依靠较 多的简化假设，因此在处理工程中的土力学 问题时，不能单凭数学和力学的方法，我们 同时需要室内和野外的测试手段，实地观察 和经验判断。
• 风化：
物理风化：温度 应力 岩石开裂 水的冻胀 裂缝张开 岩石开裂 波浪冲击 地震 风 沙砾冲击 岩石破裂
化学风化：岩石与空气、水和各种溶液相接触经 氧化 炭化 作用 分解成细小的颗粒 致使岩石的矿物成分发生变化 水化
土力学课件第2章
32
§3 土体中的应力计算
§3.1 应力状态 §3.2 地基中自重应力的计算 §3.3 地基中附加应力的计算 §3.4 基底压力计算 §3.5 有效应力原理
33
§3 土体中的应力计算 §3.4 基底压力计算
y E
E
x
z
0
yxz
▪独立变量
x , z , xz ; x , z , xz ; F(x,z)
ij =
x 0xy xz 0yx 0 y 0 yz zx 0 zy z
ij =
x 0xy xz 0yx y 0yz
zx 0zy z
10
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态
一. 土力学中应力符号的规定
z zx
∞
地基：半无限空间
o
y z
∞
xy
x
y yz
∞
x
ij =
x xy xz yx y yz
zx zy z
4
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态
一. 土力学中应力符号的规定
莫尔圆应力分析
- zx
z +
材料力学
xz
x
z
- zx +
土力学
xz
x
正应力
▪应变条件
y x 0;
xyyzzx0
▪应力条件
xyyzzx0;
x y;
x E xE yz 0;
xy1zK0z;
▪独立变量 z,z F(z)
K0：侧压力系数
ij =
0 x 0xy 0xz 0yx 0 y 0yz
0zx 0 zy z
ij =
x 0xy 0xz 0yx y 0yz
0zx 0zy z
§3 土体中的应力计算
§3.1 应力状态 §3.2 地基中自重应力的计算 §3.3 地基中附加应力的计算 §3.4 基底压力计算 §3.5 有效应力原理
33
§3 土体中的应力计算 §3.4 基底压力计算
y E
E
x
z
0
yxz
▪独立变量
x , z , xz ; x , z , xz ; F(x,z)
ij =
x 0xy xz 0yx 0 y 0 yz zx 0 zy z
ij =
x 0xy xz 0yx y 0yz
zx 0zy z
10
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态
一. 土力学中应力符号的规定
z zx
∞
地基：半无限空间
o
y z
∞
xy
x
y yz
∞
x
ij =
x xy xz yx y yz
zx zy z
4
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态
一. 土力学中应力符号的规定
莫尔圆应力分析
- zx
z +
材料力学
xz
x
z
- zx +
土力学
xz
x
正应力
▪应变条件
y x 0;
xyyzzx0
▪应力条件
xyyzzx0;
x y;
x E xE yz 0;
xy1zK0z;
▪独立变量 z,z F(z)
K0：侧压力系数
ij =
0 x 0xy 0xz 0yx 0 y 0yz
0zx 0 zy z
ij =
x 0xy 0xz 0yx y 0yz
0zx 0zy z