在土力学之前-学生已经学习过材料力学-弹性力学-结构力学等先要点

在土力学之前，学生已经学习过材料力学，弹性力学，结构力学等先行力学课程，这些力学课程均以连续介质力学为基础，土力学是一种研究多孔多相介质的力学，与以前所学的力学课程有较大的差别，将学生由连续介质力学思维方式引导到土力学的思维方式是该课程学习中的难点。为顺利实现这种过渡，我们在多年教学经验总结的基础上提出了土力学教学的十大重点、难点问题，并对其进行了剖析，整理出适宜的教学方案。本课程的重点和难点包括以下十个方面：

（一）土的物理性质指标

难点包括1）由土的三相来分析土性；2）各个指标定义的涵义；3）各个指标的数值范围以及指标大小与土性间的关系。其讲授系统是：从土的生成的自然历史条件阐明土的基本特性(多孔多相松散介质)，提出土的三相基本模型：矿物颗粒构成骨架，其中由水、气充填；分析固、液、气三相组成相在实际条件下的特性状态，相对含量及相互作用上可能的变化及其对土性的影响；说明作为决定土的变形强度特性的四大内在因素（粒度、密度、湿度、结构）。同时对无粘性土的密度状态指标和粘性土的稠度状态指标的必要性和表示方法予以讨论。然后说明其中哪些指标由试验直接确定，哪些指标由试验指标间接推求，并集中写出计算公式，再由三相图反复推证计算公式，并适当选择2-3个公式用直接演证法推证，最后给出常见土类各指标变化范围。然后展开分析：1）以探讨土这种多孔多相松散介质的变形－强度特性为目的，讨论土性变化的内在因素，特性指标及其例算，最后返回到指标大小与变形－强度特性的联系，系统清晰，逐渐展开，步步深入，前后呼应，避免杂乱无章，且紧密联系实际。2)将土性指标按粒度、密度、湿度、结构及状态分五类，使土性与指标紧密联系形成体系，重点阐述，易记易用。土性指标按试验与计算两方面分别介绍，重点突出。

（二）土的工程分类

难点：各分类方法的特点，分类指标的选择，分类方法相互之间的关系。其讲授系统是：首先讲解土工程分类的目的和分类的基本原则。主要阐述土工程分类的实用意义，使学生了解它是探讨一切有关岩土工程问题的出发点。再介绍分类的基本原则，阐明不同部门由于研究问题的出发点不同，分类方法各异，但都以能反映本质属性的指标作为分类依据。其次介绍我国各部门目前所采用的分类方法，主要介绍建筑工程分类法和水利工程分类方法，并举例题加以说明。然后展开分析：1）重点突出分类的基本原则。2）主次清楚，目前各部门分类方法各不相同，水利工程分类方法体系完整，方法严密，是介绍的重点内容，而其它分类方法在实际工程中运用较多，也应加以介绍。

（三）土的渗透性

难点：（1）渗透力的概念，渗透力与渗透稳定性的关系；（2）渗透破坏的两种形式及其破坏机理、判别条件。其讲授系统是：首先从土体发生渗透破坏的事例说明必须了解水在土中的流动规律和渗透破坏机理及判别计算。简述达西定律，着重土质因素的分析。讲它的适用范围。从达西定律引出渗透系数的概念，讲清它的物理意义，再讲它的两种测定方法原理及公式，变化范围和表示渗透性强弱的界限。从渗透变形的试验入手，分析土样在渗透破坏过程中力的平衡条件，导出渗透力的计算公式，强调它的大小、分析渗透力对土体渗透稳定性的影响，引出渗透变形的现象，导出渗透稳定性的判别式，并举例讲解流网的应用。简述渗透力作用下土体发生渗透变形的两种形式，破坏机理及其区别，简述其判别标准和防止渗透破坏的增稳措施。

然后展开分析：1）围绕土体的渗透稳定性问题，从研究土的渗透规律入手，着重土质因素的分析，对渗流与土之间的关系展开讨论，以建立渗透力与渗透稳定性的概念。2）对流网在此只作引用，结合土质因素和土工建筑物进行分析应用。

（四）土体中的应力计算问题

难点：1）对附加应力计算公式推导过程，从布幸奈斯克课题和西罗弟课题到空间问题和平面的附加应力的计算公式推导；2）图表运用方法。其讲授系统是：简述土的自重应力计算方法，强调成层土及地下水位变化时自重应力的计算。简要介绍基底压力的概念，分析基础的刚度、尺寸、埋深及荷载大小，土质强弱对基底压力分布的影响。讲解地基中附加应力的计算可首先以表格形式列出建筑物在常见的基础形式及荷载形式的条件下竖直附加应力的计算模式。进一步分析竖直附加应力竖直向和水平向的分布规律，介绍应力扩散和应力泡的概念。

然后展开分析：1）以附加应力计算为重点，先讲解计算模式，突出掌握计算方法，避免了繁杂的公式推导，以基本概念为主。2）注意具体计算的训练，使学生很快能运用图表进行运算。

（五）土的变形及沉降计算问题

难点：1）不同条件下土的压缩性；2）在建立渗透固结微分方程时缺乏明确的物理概念，因此觉得繁乱；3）用一维压缩及一维固结的理论结果推广计算实际较复杂情况下基础的最终沉降量及固结过程。其讲授系统：首先从实际出发提出计算基础最终沉降量（包括沉降差）及沉降过程的方法，这种计算必须建立在对土的压密特性及固结特性的有关规律研究的基础上。对土的变形问题，首先讲解变形是固结发展的结果，再讲变形的固结过程；分压缩机理、压缩曲线和压缩指标三个问题逐步深入。在机理问题上，应明确指出压密是孔隙体积减小的结果，压密后卸荷时可以发现弹性变形和塑性变形两部分，随着加卸荷往复次数的增多，每循环总变形及塑性变形愈小，弹性变形在总变形中的比重愈大，最后将会达到纯弹性变形，由此引出历史荷载与当今荷载不同时，土压缩特性上的差别，弄清超固结、正常固结与欠固结的涵义以及考虑这些差别的实际意义。讲压缩曲线时，应对各种条件下压缩曲线的形状和曲线相对位置进行对比，用压缩曲线全面地表征土的压缩特性。固结过程：分渗透固结过程，渗透固结微分方程及固结系数三个问题讲授。讲渗透固结过程时，可结合太沙基固结模型阐明土的固结过程是孔隙水压力与有效应力的转化过程，伴随着水的逐渐外渗，孔隙的逐渐减小和变形的逐渐积累。因此，土中任一点的固结程度可以用该点有效应力的变化表示，土层的固结程度可以用该土层有效应力分布图形的面积表示，列出土层固结度的表达式，把问题归结为求算不同时刻不同深度上的孔隙水压力，过渡到渗透固结偏微分方程。讲固结方程时，从基本条件出发列出单元体内微分时段水量变化的连续方程式，然后用达西定理将水量变化改写为由孔隙水压力表示，用压缩定理将孔隙体积的变化改写为由孔隙水压力表示，代入求得渗透固结偏微分方程式，定义固结系数，说明它在固结过程中的作用，再列出方程求解的起始条件和边界条件，直接写出解答，阐述时间因数及其作用。最后代入地基平均固结度的表达式，求解。基础的最终沉降量的计算：先从地基的压缩量等于基础的沉降量出发，说明基础沉降量计算时考虑基础刚度来确定沉降量和沉降差的方法，然后讨论计算任一点下地基压密变形量的方法。此时阐明将一维压缩成果推广到计算地基压缩量时的依据和假定，讲述分层综合法的步骤及各项的要点及理由。基础的固结过程计算：在一维固结计算基础上，考虑实际附加压力的分布，排水边界的不同以及成层的不同，讨论处理的方法和简化假定的依据，最后汇列出计算步骤。