高等土力学-复习大纲-Word-

0高等土力学考纲一、土质学..................................................................................................................1知识点：...................................................................................................................1题目：.......................................................................................................................3二、土的强度..............................................................................................................5知识点：...................................................................................................................5题目：.......................................................................................................................8三、本构理论..............................................................................................................9知识点：...................................................................................................................9题目：.....................................................................................................................10四、固结与流变........................................................................................................12知识点：.................................................................................................................12题目：.....................................................................................................................13五、边坡稳定............................................................................................................14知识点：.................................................................................................................14题目：.....................................................................................................................151一、土质学知识点：土的来源：土是母岩经过风化作用、搬运作用、沉积作用形成的松散堆积物质。因此，土是由岩石风化而来的。沉积岩是土经过成岩作用形成的岩石，因此，土和岩石实际上是互为物质来源，在地质历史时期是相互转化的。举例：花岗岩风化作用，风力侵蚀（海蚀风、风蚀城堡、风蚀柱、风蚀蘑菇、风蚀洼地、戈壁滩），流水侵蚀（V形谷、沟谷、峡谷、瀑布），冰川侵蚀，海浪侵蚀。成土作用：冰川堆积，风沙堆积，风力堆积（带有大量沙粒的气流，如果遇到灌丛或石块，风沙受阻堆积下来，就形成沙丘。需利用植被阻滞），流水沉积。土中矿物：原生矿物，次生矿物，水溶盐，有机质，次生氧化物和难容盐。土的分类：按土堆积的地点与母岩关系分为残积土（母岩风化后未经搬运而与母岩处于同一地点的土叫残积土）、坡积土（母岩风化后经过重力短距离搬运的土）、运积土（岩石风化后经过搬运作用而存在于与母岩有一定距离的土），运积土按搬运力不同分为洪积土、冰渍土、冲积土、风积土；按土的沉积环境分残积土、动水沉积土（坡积土，洪积土，冲积土）、静水沉积土（湖相沉积土，海相沉积土）、风积土、冰渍土。土的三相：指土矿物颗粒组成的固相，土孔隙中的水组成的液相和土孔隙中的气体组成的气相。（三相之间的相互作用和三相比例的变化及各相的物质组成变化是土的性质变化的内因）土壤中的晶体粘土矿物是母岩在经受化学风化而成土过程中形成的层状硅酸盐晶体矿物粘土矿物具有可塑性、粘结性、膨胀性、阳离子交换与吸附特性等特殊性质，是土壤中最活跃的成分之一，因此成为土质学的主要研究对象（粘土矿物内部电荷经常处于不平衡状态，因此表面可吸附阳离子和水分子，在水中能分散成胶体悬浮状态）。硅酸盐是由硅酸阴离子和各种金属阳离子组成的盐类，其骨干是硅离子和氧离子。层状硅酸盐通常是由Si—O四面积层和Al—OH八面体层组成（由硅氧配位组成的四面体[SiO4]4-是最稳定的基本结构单元，硅氧四面体可以呈孤立的岛状形式，也可以通过公用氧离子相互连接成其它形状：环状、链状、层状等。）层状硅酸盐粘土矿物晶体结构：组成晶体最基本的单元叫晶片，粘土矿物最基本的晶片通常由Si—O四面体层和Al—OH八面体层组成。粘土矿物晶体通常有四面体片和八面体片组合形成层状硅酸盐的晶层。粘土矿物晶体的晶胞按照两种晶片的配合比例分为1:1和2:1两大类型。典型粘土矿物：高岭石Al4Si4O10(OH)8，伊利石KAl2(AlSi3O10)(OH)2·nH2O，蒙脱石Al2Si4O10(OH)2·nH2O土壤中的氧化物以单粒、凝胶、氢氧聚合物等形式存在。还经常与层状硅酸盐矿物相结合，使粘土矿物的负电荷数量下降，阳离子交换量降低，土粒间连接增强。氧化铁主要特点：1）大多数情况下是含量最高的氧化物，活动性也高，环境条件稍微变化都会对铁氧化物形态和性质发生影响；2）氧化铁在土壤团聚体形成过程中起到重要胶结作用，要分析粘粒的胶体性质通常要经过去铁处理；3）由氧化铁胶结的土壤通常渗透性低、孔隙小，孔隙率低，土壤脱水后易形成结核和硬壳，造成土壤板结。我国红壤是含铁高的典型土壤。氧化物的功能：（1）氧化物的巨大表面使其具有较大活性；（2）氧化物的胶结作用使粘土颗粒聚集；（3）氧化物胶体的两性离解可使其带正电，与带负电的粘土颗粒发生反应而降低粘土矿物的阳离子交换量；（4）氧化铝吸附氧化硅胶体发生化学反应成为粘土矿物颗粒。粘土矿物鉴定：差热分析法，X射线衍射分析（原理是利用单色光通过晶体不同层面后产生反射线会存在相2位差而出现干涉现象得到晶体参数），化学分析法，其它方法（染色法、红外光谱法、能谱法、电子显微镜法等）土壤中的有机质：非腐殖质，腐殖质随着土壤中有机质含量的增加，土的分散性加大，天然含水率增高，干密度减小，胀缩性增加，压缩性增大，强度减小，承载力降低。当其含量高于5%后，其对土的工程性质就会产生很大的影响。土壤中有机化合物与粘粒的复合机理比较复杂，结合的方式很多，主要是通过库伦引力和范德华力作用。土中水的类型：固态水1）矿物中的化学结合水：结构水、结晶水、沸石水；2）土壤孔隙中的固态水：冰。（起着暂时的胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性）液态水1）土粒表面的吸着水：强吸着水、弱吸着水；2）土壤孔隙中的非吸着水：毛细水、重力水。气态水吸着水的主要性质有：1)密度达1.2～1.4g/cm3,粘滞度高，流动性差，在小的水力梯度下不流动，不符合Darcy定律；2)比热达1.1cal/g，介电常数低于正常水，冰点低于00C;3)粘土颗粒间通过共用吸着水膜连接，使粘土具有粘性、可塑性；4)在压力作用下，吸着水膜缓慢变薄，使粘土具有流变性；5)根据吸着水所受静电引力的强弱可分为强吸着水和弱吸着水。土中的气体主要是空气和水汽，有时也有沼气等。土中水的能量是指土体孔隙水的机械能，即动能和势能。由于土体中的孔隙水运动速度很慢，动能可以忽略不计，所以土中水的能量通常就是指土中水的势能，简称土水势。总土水势=重力势+基质势+溶质势+压力势+荷载势+……重力势就是地球的万有引力对引力场中水的作用；压力势是由静水压力在孔隙水中的传递产生的；基质势是由固体颗粒基质与水之间的相互作用引起的；溶质势是土中水与纯水之间的势能差，纯水的溶质势为零，土中水的溶质势为负；荷载势是由外加荷载或土的自重引起的孔隙水的势能。对饱和土来讲，总土水势应包括重力势、压力势、荷载势等；对非饱和土，总土水势通常包括重力势、基质势、荷载势等。非饱和土的基质势可以通过张力计、压力板膜仪等试验方法确定，对一定的土体，基质势与它的含水率之间有一定的对应关系，这种关系称之为土的水分特征曲线。不同的土，以及土的吸水和脱水的水分特征曲线是不同的；同种土的原状土和重塑土的水分特征曲线也不同。粘性土的强度机理：粘土矿物颗粒晶格内的原子、离子的相互作用是使固体具有力学强度的根本原因。粘性土的颗粒之间，通过凝聚力连接着，使其宏观上出现了力学强度和抗水性。土体的凝聚力按照产生的机理和时间分为:原始凝聚力（范德华力）和固化凝聚力（胶结作用、再结晶作用、后来物质的胶结作用）。粘性土在沉积后，土体强度会随时间增长，砂性土在自然环境下，沉积后强度也会随时间增长。粘性土具有原始凝聚力，使土体具有可塑性和流变特性；具有固化凝聚力，使土体在比较低的压力作用下，产生类似于固体的弹性变形；当压力超过一定值后，产生流动变形。粘性土的变形特征：不均匀特征（1）晶体颗粒的强度远大于颗粒间的连接强度，粘性土的变形基本由连接强度破坏引起；（2）土体中各颗粒之间的连接强度差别很大，有些连接很强，有些连接很弱，因此在外力作用下，颗粒间的连接破坏是从连接弱的到连接强的逐渐破坏过程；（3）土体孔隙所占体积与土颗粒所占体积是同阶的，土体变形基本由孔隙体积减小产生的；（4）粘土颗粒外和连接点被吸着水包围，吸着水在外力作用下逐渐转化成自由水，使土体不断发生变形。弹性变形，结构变形（不可恢复，最大特点是：单位体积内颗粒数目的不断增多），吸附变形以天然土为研究对象，满足工程建设为目的，同时考虑土的状态和工程特性的分类方法叫土的工程分类。基本用途：（1）确定土类名称。土的名称必须有广泛的实用性，兼顾特殊土的性质，利于科学交流；（2）土3的名称与工程性质有大致对应关系，可初步评价各类土作为地基和材料的实用性；（3）能明确各类土渗入开展土质、土力学研究的重点内容、试验项目、选择有效的试验方法和手段。分类基本原则：（1）土质分类国家标准是各类工程适用的通用标准，是编制专门分类的基础（2）博采各国土的分类之长，结合我国实际，靠拢国际通用的分类方法（3）分类指标的试验方法和取值标准靠拢国际通用方法，采用简易的分类指标，附有野外的简便鉴别方法。土的颗粒大小和级配、塑性指