土力学 基本知识

土力学基本知识土是由岩石经物理风化和化学分化，生物分化的产物。

土是由固体颗粒，水和气体三部分组成。

矿物按生成条件分为原生矿物和次生矿物颗粒级配曲线越平缓，不均匀系数越大，颗粒级配越好。

为获得较大密实度，应选择级配良好（或不均匀系数较大）的土料作为填方或砂垫层的土料。

粘粒含量越多，则颗粒粒径越细。

比表面积越大，则亲水性越强，可吸附弱结合水的含量越多，粘土的塑性指标越大地下水位以下的土是两相（即水和土粒）相体系。

粉土的工程性质介于砂土和粘性土之间Mw是土中水的质量Ms是固体质量土的孔隙比e是空隙的体积Vv与固相体积Vs之比土的空隙率n是空隙的体积Vv与土的总体积V之比土的饱和度是Sr指空隙中水的体积Vw与空隙体积Vv之比流动状态与可塑状态之间的分界含水量称为液限wL，可塑状态与半固体状态之间的分界含水量称为塑限Wp，土的结构：土中颗粒及其集合物的堆积方式和相互联结方式土的渗透性因素1土的粒度成分及矿物成分2结合水膜的厚度3土的结构构造4水的粘滞度5土中气体冻土现象在冻土地区随着土中水的冻结和融化，会发生一些独特的现象。

冻胀现象某些细粒土层在冻结时，往往会发生土层体积膨胀，是地面隆起成丘冻胀的原因是因为冻结时土中的水向冻结区迁移和积聚，冰冻季节因为大气负温的影响，土层温度也跟随降低到负温度，土颗粒孔隙中的自由水在0℃以下时，自由水首先冻结成冰晶体。

随着气温的继续下降，周围未冻结区土中的水分会向表层冻结冰晶体迁移积聚，使冻结区土层中水分逐渐增大，冻结后的冰晶体也不断增大，由于结合水膜减薄使水膜中的离子浓度增加，因为结合水的水分子结成冰晶体，使离子浓度增加，产生渗附压力。

在两种引力作用下，未冻结区水膜较厚处的结合水被吸引到冻结区的水膜较薄处。

这一不平衡的引力不间断地作用下，未冰冻区的水分不断地向冰冻区迁移积聚，使冰晶体不断扩大。

冻胀原因因素1土的因素2水的因素3温度的因素土的压缩性主要特点1土的压缩主要由于孔隙体积减少而引起的2由于孔隙水的排除而引起的压缩对于饱和土来说是需要时间的，土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。

三种模量：1压缩模量2变形模量3弹性模量固结度深度处在T时刻竖向有效应力与起始超孔隙水压力P的比值，称为某时刻的固结度。

土的抗剪强度是指土体对外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。

土的抗剪强度主要是土的性质和应力状态无粘性土的抗剪强度，主要来源于土粒之间的滑动与滚动摩擦以及土粒凹凸面间相互嵌入、连锁作用所产生的咬合摩阻力(指土体产生相对滑动时，将嵌入其他土粒间的颗粒拔出所需的力)。

粘性土的抗剪强度，除来源与无粘性土一样的摩阻力外，还包括来源于土粒间吸附水膜与相邻土粒间的电分子引力所形成的原始粘聚力、土中胶结物质对土粒的胶结作用所产生的固化粘聚力以及土中毛细水压力所引起的毛细粘聚力。

不均匀系数：用特征粒径间相互关系表示土的粒径级配均匀与否的系数，用下式表示2．库仑定律：当土所受法向应力不很大时，土的抗剪强度与法向应力可近似用线性关系表示，这一表征土体抗剪强度与法向应力的公式即为库仑定律表达式3．前期固结压力：土体在历史过程中所承受的最大压力（指有效应力）σp。

4．平均固度：指某一时间，土层一平面所承受的有效应力与总应力的比值。

5．地基容许承载力：地基稳定且有足够的安全度，且地基的变形控制在建筑物容许范围内时承载力。

固结状态1正常固结土2超固结土3欠固结土粘性土的抗剪强度由内摩阻力和粘聚力两部分构成咬合力是指当土体相对滑动时，将嵌在其它颗粒之间的土粒拔出所需的力，土越密实，联锁作用越强。

抗剪强度与摩尔应力圆三种关系1整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线下方，说明通过该点的任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，不回发生剪切破坏2摩尔应力圆与抗剪强度包线相割，表明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，该应力圆代表应力状态不存在。

3摩尔应力圆与抗剪强度包线相切，切点说明代表的平面，剪应力正好等于土的抗剪强度，即该点处于极限平衡状态，称为极限应力圆。

土的抗剪强度试验方法1直接剪切试验2三轴压缩直剪试验方法1快剪对试样施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。

2 固结快剪对试样施加竖向压力后，让试样充分排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏3慢剪对试样施加竖向压力后，让试样充分排水，待固结稳定后，以缓慢的速率施加水平抗剪应力直至试样剪切破坏，从而使试样在受剪过程中一直充分排水和产生体积变形。

三轴试验方法1不固结不排水剪UU试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪切的整个试验过程中都不允许排水，这样从开始施压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不可能消散。

2固结不排水CU3固结排水剪CD在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个过程中都将排水阀门打开，并给予充分的时间让试样中的孔隙水压力能够完全消散。

三轴剪切实验的优点：能控制排水条件，测量孔隙水压力，没有人为规定的破坏面，受力条件比较符合实际情况（三向应力状态）。

三轴剪切实验的缺点：设备与操作比较复杂，费用较高。

直接剪切实验的优点：设备简单，操作方便，费用较低。

直接剪切实验的缺点：不能控制排水条件，受力条件不明确，破坏面为人为规定的面。

粘性土的强度会因受扰动而削弱，但经过静置又可得到一定程度的恢复，对粘性土的这一特性称为触变性。

由于粘性土具有触变性，故在粘性土地基中进行钻探取样，若土样受到明显扰动，则试样就不能反映其天然强度，土的灵敏度愈大，这种影响就愈显著，另外当扰动停止后粘性土的强度又会随时间而逐渐增长。

固结沉降是指什么？答：地基受荷后产生的附加应力，使土体的孔隙减小而产生的沉降称为固结沉降，通常这部分沉降是地基沉降的主要部分。

土压力挡土结构背后土体的自重或外荷载在结构上产生的侧向作用力静止土压力刚性的挡土保持原来位置静止不动，则作用在墙上的土压力。

主动土压力挡土墙在墙后填土压力的作用下，背离着填土方向移动，这时作用在墙上的土压力将由静止土压力逐渐减小，当墙后土体达到极限平衡，并出现连续滑动面使土体下滑，这时土压力减至最小值。

被动土压力挡土墙在墙后填土压力的作用下，向着土方向移动，这时作用在墙上的土压力将由静止土压力逐渐增大，土体达到极限平衡并出现连续滑动面，墙后土体向上挤出隆起，这时土压力增至最大值。

地基承载力地基在不破坏、不产生过大沉降的前提下能够承受的荷载的大小整体剪切破坏密实砂土或硬粘土整体剪切破坏密实砂土或硬粘土局部剪切破坏中密砂土或一般粘性土荷载作用下地基变形3个1压密阶段2剪切阶段3破坏阶段临塑荷载：塑性变形区的最大深度Zmax = 0，地基处于刚要出现塑性变形区时作用在地基上的荷载，称为临塑荷载土体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的性状，完全失去强度和刚度的现象土中矿物类型有原生矿物、次生矿物、有机质，粘性土中主要以蒙脱石、高岭石、伊利石三大类粘土矿物为主。

土孔隙中水的类型有强结合水、弱结合水、毛细水和重力水。

粒度成分：土中不同粒组以占干土总质量的百分比表示的相对含量压缩定律：在压力变化范围不大时，孔隙比的变化（减少值）与压力的变化值（增加值）成正比。

渗透固结：土体中由附加应力引起的超静水压力随时间逐渐消散，附加应力转移到土骨架上，骨架上的有效应力逐渐增加，土体发生固结的过程称为渗透固结。

角点法：利用角点下的应力计算公式和应力叠加原理推求地基中任意点的附加应力的方法称为角点法。

主动土压力：当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动位移量达到一定量时，滑动面上的剪应力等于抗剪强度，墙后土达到主动极限平衡状态，填土中开始出现滑动面，这时作用在墙背上的土压力就称为主动土压力。

基底附加压力：由于建筑物荷载在基础底面所引起的附加应力，即引起地基变形的应力。

有效应力：由颗粒间接触点传递的应力，它对土体变形和强度有效的粒间应力，称为有效应力应力路径：土内某一点的应力变化过程可用摩尔圆上剪力最大点在坐标第中的运动轨迹来表示，这个点的移动轨迹叫应力路径。

基底压力：建筑物荷载由基础传递给地基，称基础底面传递给地基表面的压力为基底压力塑性指数：液限与塑限之差称为塑性指数，用下式表示：IP=WL—WP 平均固结度：土层发生渗流固结，在某一时刻t，土层骨架已经承担起来的有效应力对全部附加压应力的比值，称为土层的平均固结度。

库伦定律：当法向应力不很大时，土的抗剪强度可以简化为法向应力的线性函数渗透系数：渗透系数是反映土的透水性能的比例系数，是单位面积单位水力梯度单位时间内透过的水量压缩曲线的陡缓如何反应土的压缩性高低?压缩曲线的缓陡决定了压缩系数的大小，压缩曲线的越陡，土的压缩性越高，反之土的压缩性越低。

2沉降主要发生在浅层？地基竖向变形量取决于所受附加应力的大小，在基础范围内附加应力值随深度的增加而减小。

所以地基土的竖向变形量也逐渐减小。

沉降主要发生在附加应力较大的浅层地基土。

压缩试验有哪些指标？反映土的压缩性的指标主要有压缩系数、压缩模量、压缩指数和变形模量。

土的压缩性的高低，常用压缩性指标定量表示，条分法计算土坡稳定性的基本原理与方法？答：假定滑动面为一圆弧，将滑动土体竖直分成若干个土条，把土条看成是刚体，在忽略土条之间的相互作用力条件下，分别求出作用于土条上的力对圆心的滑动力矩、抗滑力矩，然后求出土坡的稳定安全系数。

此方法只满足于滑动土体整体的力矩平衡条件，却不满足土条之间的静力平衡条件，所得的安全系数偏低4．粘性土坡稳定性分析中整体圆弧法和条分法的主要区别。

？答：整体圆弧法分析时，认为滑动土体饶圆心发生转动，把土体作为刚体分析，土体的重力产生下滑力矩，土的内聚力和重力的反力产生抗滑力矩，抗滑力矩和下滑力矩的比值为土坡的稳定安全系数。

只适用于φ=0的情况。

条分法是假设滑动面为一圆弧面，将土体分为若干土条，设每个土条为刚体，求出每一条的抗滑力、力矩和下滑力、力矩，不同的条分法按不同的公式求滑动土体的稳定安全系数。

1．自重应力与附加应力各自在地基中的分布特点？答：自重应力的分布特点：（1）自重应力曲线为一折线，在各土层层面与地下水位处发生转折，在各层中为直线；（2）自重应力在水平方向上一般变化不大；（3）自重应力的大小随深度的增加而增大。

附加应力的分布特点：（1）附加应力曲线为一曲线；（2）附加应力在水平方向上一般是荷载作用的中心处最大，向周围不断变小，有一定的影响范围；（3）附加应力的大小一般是随深度的增加而减小的。

5、粘性土坡稳定性分析中三种条分法的主要区别？答：瑞典条分法不考虑条块间作用力或认为条块间作用力对整体土坡的稳定性无多大影响，它不满足各条块的静力平衡条件，只满足整体土体力矩平衡条件。

比肖普法考虑了条块间侧向力作用，满足整体力矩平衡条件，各条块满足力的多边形闭和条件，但不满足条块力矩平衡条件，它只考虑条块间法向力不考虑切向力。