土力学重点

一、绪论1土力学的研究对象土力学的研究对象是土体2什么是地基，什么是基础？地基：通常把支撑基础的土体或岩体称为地基。基础：基础是将结构承受的各种荷载作用传递到地基上的结构组成部分。3地基与基础设计必须满足的三个基本条件(1)承载力条件：作用于地基上的荷载效应不得超过地基容许承载力或地基承载力特征值，保证建筑物不因地基承载力不足造成整体破坏或影响正常使用，具有足够防止破坏的安全储备。(2)变形条件：控制地基沉降使之不得超过地基变形容许值。(3)稳定性条件：挡土墙、边坡、地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。4土木工程事故类型(1)地基产生整体剪切破坏(2)地基发生不均匀沉降(3)地基土产生过量沉降(4)地基液化失效5三个三土的三个特性：①碎散性②多相性③地质历史形成的变异性三个工程问题：①强度②变形③渗流问题三大理论：①强度理论MC②有效应力原理③达西定律二、土的性质及工程分类1三相体系固相（固体颗粒）液相（土中水）气相（气体），研究土的工程性质是，及有别于固体力学，也有别于流体力学。2土的矿物颗粒成分(1)原生矿物：石英、长石、云母。①比表面积小（单位体积内颗粒的总表面积）②矿物成分的性质较稳定③若级配好，则土的密度大强度高、透水性较大、压缩性较低。(2)次生矿物：蒙脱石、伊利石、高岭石。性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点。工程性质:蒙脱石伊利石高岭石3粒度，粒组，界限粒径粒度：土粒的大小。粒组：大小、性质相近的土粒合并为一组。界限粒径：划分粒组的分界尺寸。4颗粒级配颗粒级配：通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示。表示方法：表格法，颗粒级配曲线法。实验方法：筛分法，适用于0.075mm≤d≤60mm,圆孔沉降分析法，适用于d＜0.075mm颗粒级配的描述：工程上常用不均匀系数Cu描述颗粒级配的不均匀程度。曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况。颗粒级配是否良好的判断：Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把Cu＜5的土视为级配不良的土，Cu＞5的土视为级配良好的土。对于砾类土或砂类土同时满足Cu≥5和Cc=1～3时，定名为良好级配砂或良好级配砾。5土中水水：固态水内部结晶水，内部结合水液态水结合水:强结合水（类似固体），弱结合水（对工程性质影响最大）。自由水:重力水毛细水气态水6粘土颗粒与水的作用粘土颗粒表面带有负电荷：电泳，电渗，电渗排水法7双电层与扩散层任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相与吸引，形成双电层。8毛细管现象毛细水：是受到水与空气交界面处表面张力作用、存在地下水位以上的透水层中的水。毛细现象:土中水在表面张力作用下，沿着细的空隙向上及向其他方向移动的现象。9土的冻胀，融陷原因现象因素冻胀现象：由于土层冻结时，周围未冻结区中的水分会向表层冻结区迁移集聚，使冻结区土层中的水分增加，冻结的水分逐渐增多，土体也随之发生膨胀隆起。融陷现象：当土层解冻时，土中积聚的冰晶体融化，土体随之下陷。影响冻胀现象的因素：①土的因素②水的因素③温度的因素结论：在持续负温作用下，地下水位较高处的粉砂、粉土、粉质粘土等土层常具有较大的冻胀危害。10土中气体非封闭气体封闭气体（对土的工程性质影响最大）含有气体的土成为非饱和土11土的结构和构造土的结构（微观）：在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关。单粒结构，蜂窝结构，絮凝结构。土的构造（宏观）：指在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征。层理结构，裂隙性。12土的物理性质指标大题三个基本试验指标①土的密度ρ：单位体积土的质量“环刀法”②土的含水量ω：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示“烘干法”③土粒相对密度ds（土粒比重）：土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比“比重瓶法”反映土单位体积质量的指标（换算指标）①干密度ρd：单位体积中固体颗粒部分的质量②饱和密度ρsat：土体中孔隙完全被水充满时的土的密度③浮密度，：土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的密度ρ，饱和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ(kg/m3),相应的重度指标也有4个，土的重度，饱和重度ysat，干重度yd，浮重度y’(kN/m3)反映土的孔隙特征、含水程度的指标孔隙比e：土中孔隙体积与土粒体积之比孔隙率n：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示土的饱和度Sr：土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态:Sr≤50%稍湿；50％＜Sr≤80%很湿；Sr＞80%饱和指标的换算13无粘性土的密实度土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。“标准贯入实验锤击数”14粘性土的物理特性界限含水量：粘性土从一种状态转变为另一种状态的分界含水量称为界限含水量。液限：土由可塑状态变化到流动状态的界限含水量。塑限：土由半固态变化到可塑状态的界限含水量。缩限：土由半固态不断蒸发水分，体积逐渐缩小，直到体积不在缩小时的土的界限含水量。塑性指数：IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土处在可塑状态的含水量变化范围。IP越大，表明土的颗粒越细，比表面积越大，土处在可塑状态的含水量的变化范围就越大。塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高。液性指数：IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。当IL≤0时,ω≤ωP,土处于坚硬状态;当IL＞1时,ω＞ωL,土处于流动状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态。灵敏性：St=原状土的无侧限抗压强度/重塑土的无侧限抗压强度触变性：含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。打桩要“一气呵成”15土的渗透性及渗流渗流：水在土体中流动的现象，存在水头差就会发生流动。不是水压差！土的渗透性：土被水透过的性质。达西定律：在层流状态的渗流中，渗流速度v与水力梯度i的一次方成正比。渗流计算中均采用假想的平均流速。达西定律是描述层流状态下渗透流速与水头损失关系的规律，即渗流速度v与水力坡降i成线性关系只适用于层流范围。16影响土渗透性的主要因素砂性土：颗粒大小、级配、密度、以及土中封闭气泡、孔隙比、矿物成分、结构和构造、粘性土：土的矿物成分、结合水膜厚度、土的结构构造、土中气体。17流网流网：渗流场中的两族相互正交曲线，等势线和流线所形成的网络状曲线簇。流线：水质点运动的轨迹线。(Lagrange方法，Euler方法)流网法：通过绘制流线与势线的网络状曲线簇来求解渗流问题。18流网的特征与绘制绘制流网时必满足下列几个条件：①流线与等势线必须正交。②流网为曲边正方形，流线与等势线构成的各个网格的长宽比应为常数。③相邻等势线之间的水头损失相等。④各个流槽的渗流量相等。流网的绘制①按一定比例绘出结构物和土层的剖面图。②首先根据渗流场的边界条件，确定边界流线和边界等势线。③先试绘若干条流线，流线应与进水面、出水面正交，并与不透水面接近平行，不交叉。④加绘等势线。须与流线正交，且渗流区的形状接近方块。19渗透力渗透力是水流对单位体积土体颗粒的作用力，是一种体积力。渗透力的大小与水力坡降成正比，方向与渗流方向一致。20流土与管涌流土：在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象。管涌：在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。内因——有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙。外因——渗透力足够大。潜蚀：潜蚀作用分为机械潜蚀和化学潜蚀。机械潜蚀：渗流的机械力将细粒土冲走而形成洞穴。化学潜蚀：水流溶解土中的易溶盐或胶结物使土变松散，细粒土被水冲走而形成洞穴管涌可能性的判别：发生管涌，首先决定于土的性质。一般粘性土(分散性土例外)，只会发生流土而不会发生管涌，故属于非管涌土；无粘性土中产生管涌，必须具备下列两个条件：(1)几何条件土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，才可能让细颗粒在其中移动，这是管涌产生的必要条件。(2)水力条件渗透力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动。流土和管涌的区别：流土现象发生在土体表面渗流渗出处，不发生在土体内部。而管涌现象可以发生在渗流逸出处，也可以发生于土体的内部。防治流土：减小i：上游延长渗径；下游减小水压增大[i]：下游增加透水盖重防治管涌：改善几何条件：设反滤层等改善水力条件：减小渗透坡降防治流土的措施：（1）在上游做垂直防渗帷幕，如混凝土防渗墙（2）上游做水平防渗铺盖，延长渗流途径、降低下游溢出坡降（3）在下游挖减压沟或打减压井（4）下游加透水盖（5）土层加固处理防治管涌的措施：（1）改变水力条件（2）改变几何条件21土的压实性压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性。最优含水量：在一定的压实功能下使土最容易压实，并能达到最大密实度的含水量。与其对应的干密度为最大干密度。22击实实验影响击实效果的因素：含水量、击实功、土的性质（土类及级配）含水量：当击数一定时，只有在某一含水量下才获得最佳的击实效果。击实功能：当含水量较低时击数的影响较显著。当含水量较高时含水量与干密度关系曲线趋近于饱和线，这时提高击实功能是无效的。土类及级配：含粗粒越多的土样其最大干密度越大，而最优含水量越小。级配良好的土有足够的细粒去充填较粗粒形成的孔隙，能获得较高的干密度。23土的振动液化液化：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性质而完全丧失承载力的现象（原理：有效应力原理）沙土液化造成灾害的宏观表现：①喷砂冒水②震陷③滑坡④上浮影响土液化的主要因素：①土类：粉砂土、细砂土、松砂土和粉土比中砂土及粗砂土容易液化；级配均匀的沙土比级配良好的沙土容易发生液化。②土的密度：往复剪切时，孔隙水压力增长的原因在于砂土的剪缩性（在剪切过程中，砂土体积缩小的性质），而随着砂土密度的增大其剪缩性就会减弱，剪切时内部就会产生负的孔隙水压力，土体阻抗反而增大了，因而不可能发生液化。③土的初始应力状态：④往复应力强度与往返次数：24土的动力特征参数（了解）25地基土的工程分类根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土六大类。细粒土按塑性图分类：（没有考虑土的结构性）三、土中应力计算大题1土的自重应力由于土本身的有效重力引起的应力称为自重应力。土的自重应力分布有何特点?地下水位的升降对自重应力有何影响,如何计算?答:均质土的自重应力沿深度呈线性分布非均质土的自重应力沿深度呈折线分布地下水位下降会引起自重应力的变化，使地基中原地下水位以下部分土的有效自重应力增加，从而造成地表大面积附加下沉;地下水位上升，使原来位于地下水位以上的土体处于地下水位之下，会使这部分土体压缩量增大，抗剪强度降低，引起附加沉降地下水位以上土层采用天然重度，地下水位以下土层采用浮重度.2基底压力分布3基底附加应力作用于地基表面，由于建造建筑物而新增加的压力称为基底附加压力，即导致地基中产生附加应力的那部分基底压力。如何计算基底附加压力?在计算中为什么要减去基底自重应力?答:基底附加压力:由于建造建筑物而新增加在地基表面的压力,即导致地基中产生附加应力的那部分基底压力因为一般基础都埋置于地面下一定深度,该处原有自重应力因基坑开挖而卸除,因此,在计算由建筑物造成的基底附加压力时,应扣除基底标高处土中原有的自重应力后,才是基底平面处新增加于地基的基底附加压力4地基附加应力（角点法）5地基土的非均匀性对附加应力的影响①上层软弱，下层坚硬的成层地基--应力集中上层坚硬，下层软弱