《土力学与基础工程》

《土力学与基础工程》

1.1土的物理性质及工程分类

1.1.1本章概述

本章介绍了土的生成和演变、土的物质组成、水——土系统的相互作用、土的结构以及土的物理性质和土的分类等内容 1.1.2本章知识点

(1)土的生成和组成

地球表面的整体岩石在阳光、大气、水和生物等因素影响下发生风化作用，使得岩石崩解、破碎，经流水、风、冰川等动力作用，形成形状各异、大小不一的颗粒。其中包括物理风化、化学风化、生物风化。

土的组成包括土的固体颗粒、土的矿物成分、土中的水、土中的气体。土的粒径级配直接影响土的性质，要确定各粒组的相对含量，常用方法有筛分法和沉降法。

(2)土的物理性质指标

主要有测定土的密度、土粒相对密度和含水量的实测指标;通过计算求得的土的干密度、饱和密度、有效密度、孔隙比、孔隙率、饱和度的换算指标;三相指标的换算。

(3)无黏性土的密实度

根据砂土的相对密实度可以反应砂土密实的程度。还有一些如按标准贯入击数、重型圆锥动力触探数、超重型圆锥动力触探数划分方法。

(4)黏性土的物理性质

黏性土的物理性质包括节界含水量、塑性指标和液性指数、灵敏度和触变性。

(5)土的压实性

土的压实性的研究包括现场填筑试验和室内击实试验两种方法。 (6)土的工程分类

依据土颗粒组成及其特征、土的塑性指标及土中有机质的含量三类指标可以将土进行分类。对于建筑地基基础设计的规范可以把土简单的分为碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土。另外，首先由美国萨格兰德提出的塑性图分类法也成为了世界通用的一种细粒土分类方法。

1.2土的渗透性与渗流

1.2.1本章概述

本章介绍了达西定律、土的渗透系数测定方法、有效应力原理、二维渗流、流网以及渗透力与渗透稳定性等。

1.2.2本章知识点

(1)水头和水力坡降

2uv hz,，，2ygw

其中

——相对于基准面的高度，代表单位水体所具有的位能，叫位置水z

头，m;

——孔隙水压力，代表单位质量水体所具有的压力势能，kPa; u

u——该点孔隙水压力的水柱高度，叫压力水头，m yw

——渗流速度，m/s v

2v——单位重量水体所具有的动能这算水柱高度，叫速度水头,m 2g

——总水头，表示单位重量水体所具有的总机械能，m h

位置水头z的大小与基准面的选定有关。因此，水头的大小随着基准面的选取而不同。但实际渗流问题中关心是水头差，基准面可以任取。由于水在土中渗流时所受土的阻力较大，因此一般情况下水在土中渗流的速度很小，产生的速度水头也很小，与位置水头和压力水头比较可忽略其影响。所以公式可以简化为。

uhz,， y

由图可知，水从1点渗流到2点过程中的水头损失为,h，那么可用水在单位渗流过程中的水头损失来表征水在土中渗流的推动力的大小，即用水力坡降i来表示，表达式为:

,h ,,l

(2)达西定律

法国学者达西根据砂土渗透试验，发表了水在饱和砂土中的流动方程式，即达西定律:

,h vkki,,L其中

——断面平均渗透速度，即为单位时间内通过与渗流方向成直角v

的单位截面积的水量，为方便起见，以后称之为渗透速度，m/s

L——渗流长度，即渗径，m ——土的渗透系数，m/s或cm/s k

(3)土的渗透系数

1，渗透系数的室内测定

1) 带水头渗透试验

QAvtAkit,,()

3Qm——总水量,

2mA——土试样的截面积, ——收集时间，s t

2) 变水法渗透试验

h dqkAdtadh,,,l

3dqcms/——流量,

2m——水管的截面积， a

2mA——土试样截面积， 2)现场井点抽水试验确定渗透系数方法

1.3土中应力和地基沉降量计算 1.3.1本章概述

本章便于了解土中应力的基本形式、基本定义，并掌握其分布规

律，熟悉土中自重应力、附加应力和基地压力的计算方法;了解双

层地基中附加应力的变化规律。

1.3.2本章知识点

(1)土中自重应力计算

1)均质土中无地下水条件下的自重应力

,,yzcz

2)成层土中自重应力

n

,,，，，,yhyhyhyh..... ,cznnii1122,1i3)水平向自重应力

,,,,,k cxcycz0(2)基地压力(接触应力)计算 1)基地压力的简化计算

中心荷载作用下的基地压力

FG， p,A偏心荷载作用下的基地压力

FGM， p,，maxlbW

FGM， p,,minlbW由推论得

2()FG， p',minl3()be,22)基地附加压力

pp,,,0ch

(3)土中附加应力计算

1)竖向集中力作用下的地基附加应力

2)矩形与圆形面积上作用荷载时的土中附加应力 3)作用在一条直线上和一条形面积上的均布荷载引起的土中附加

应力

(4)土的压缩性

1)室内侧限压缩试验

2)压缩曲线与压缩性指标

1.压缩系数

,eee,12a,,, ,,ppp21

2.压缩指数

ee,,e12 c,,,c,,lglglgppp21

3.压缩模具

,,,ppz21E,, ,,,,zz

(5)地基最终沉降量计算

(6)地基变形与时间的关系

1.4土的抗剪强度与浅基础的地基承载力 1.4.1本章概述

本章介绍了土的抗剪强度理论、抗剪强度指标的测定方法、饱和

黏性土与无黏性土的抗剪强度特征、孔隙压力系数、应力路径、地

基破坏形式、浅基础的地基临塑荷载、地基临界荷载以及地基承载力的确定1.4.2本章知识点

(1)土的抗剪强度理论

1)库伦定律

,,,tan,

,,c，,tan, f

式中——土的抗剪强度，kPa; ,f

——剪切面上的法向应力，kPa; ,

. ——土的内摩擦角，() ,

c——土的黏聚力，kPa。

,f土的抗剪强度用剪切面上的有效应力来表示更合适，即:

''',,c，,tan, f

3) 莫尔-库仑强度理论