土力学复习知识点

第一章土的物理性质及工程分类土是由岩石，经物理化学风化、剥蚀、搬运沉积，形成固体矿物、液体水和气体的一种集合体。土的结构土颗粒之间的相互排列和联接形式。单粒结构粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的结构。蜂窝状结构颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链环联结起来，形成孔隙较大的结构。絮状结构细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的结构。土的构造在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分间的相互关系的特征。土的工程特性压缩性高、强度低（特指抗剪强度）、透水性大土的三相组成固相(固体颗粒)、液相(土中水)、气相(土中气体)粒度土粒的大小粒组大小相近的土颗粒合并为一组土的粒径级配土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量，占土粒总质量的百分数来表示。级配曲线形状陡竣、土粒大小均匀、级配差；平缓、土粒大小不均匀、级配好。不均匀系数Cu=d60/d10曲率系数Cc=d302/d10*d60d10（有效粒径）、d30、d60（限定粒径）小于某粒径的土粒含量为10%、30%和60%时所对应的粒径。结合水指受电分子吸引力作用而吸附于土粒表面成薄膜状的水。自由水土粒电场影响范围以外的水。重力水受重力作用或压力差作用能自由流动的水。毛细水受水与空气界面的表面张力作用而存在于土细孔隙中的自由水。土的重度γ土单位体积的质量。土粒比重(土粒相对密度)土的固体颗粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比。含水率w土中水的质量和土粒质量之比土的孔隙比e土的孔隙体积与土的颗粒体积之比土的孔隙率n土的孔隙体积与土的总体积之比饱和度Sr土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比干密度d单位土体体积干土中固体颗粒部分的质量土的饱和密度sat土孔隙中充满水时的单位土体体积质量土的密实度单位体积土中固体颗粒的含量。相对密实度Dr=(emax-e)/(emax-emin)稠度粘性土因含水多少而表现出的稀稠软硬程度。土的稠度界限粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量。可塑性粘性土在某含水量内，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，当移动外力后仍能保持既得形状。液限wL液性界限，相当于土从塑性状态转变为液性状态时的含水量。塑限wp塑性界限，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时的含水量。缩限ws相当于土从固体状态转变为半固态状态时的含水量。塑性指数IP液限与塑限的差值，去掉百分数符号。IP=（wLwP）*100（IP17为粘土，17≥IP10为粉质粘土）液性指数IL(相对稠度)粘性土的天然含水率和塑限的差值与液限和塑限差值之比。Il=(w-wp)/(wl-wp)活动度A塑性指数与土中胶粒（d＜0.002mm）的含量百分数的比值。A=IP/m灵敏度St粘性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值。地基土(岩)的工程分类岩石、碎石土、砂土、粘性土和人工填土。岩石颗粒间牢固联结、呈整体或具有节理裂隙的岩体。碎石类土粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。（角砾、圆砾、碎石、卵石、块石、漂石）砂类土粒径大于2mm的颗粒含量不超过50%，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过50%的土。（粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂）粉土粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%，塑性指数Ip小于或等于10的土。粘性土塑性指数Ip大于10的土。人工填土土由人类活动堆填形成的各类土。特殊土具有特殊的成分、结构、构造、物理力学性质的土。软土主要由细粒土组成、孔隙比大（一般大于1.0）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（a1-20.5MPa-1）及强度低的土层。）基础建筑物最底下的一部分，由砖石、混凝土或钢筋混凝土等建筑材料建造，将上部结构荷载扩散并传递给地基。地基受建筑物荷载的那一部分地层。土粒的矿物成分原生矿物、次生矿物、有机质。土的粒径分组粘粒、粉粒、砂粒、圆砾、乱石、漂石。第二章土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性土在压力作用下体积缩小的特性。蠕变粘性土在长期荷载作用下，变形随时间而缓慢持续的现象。饱和土体的渗流固结过程：土体孔隙中自由水逐渐排出；土体孔隙逐渐减小；由孔隙承担的压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。排水、压缩、压力转移，三者同时进行。主应力作用在剪应力等于0平面上的法向应力。主应面剪应力等于0平面。莫尔应力圆在-直角坐标系中，在横坐标上点出最大主应力1与最小主应力3，再以1-3为直径作圆。土的应力与应变关系及测定方法现场试验（荷载试验、旁压试验）；室内试验（单轴压缩试验、侧限压缩试验、直剪试验、三轴压缩试验）有效应力土粒所传递的对土体的变形和强度变化有效的粒间应力。（是控制土的体积(变形)和强度两者变化的土中应力）孔隙应力由土中水和土中气传递的应力。有效应力原理饱和土体所承受的总应力为有效应力’与孔隙水压力u之和。=’+u。侧限条件侧向限制不能变形，只有竖向单向压缩的条件。压缩系数a单位压力增量作用下土的孔隙比的减小值。弹性模量受力方向的应力与应变之比。压缩模量Es在完全侧限条件下,土的竖向应力z与相应的应变增量z的之比.地基土的变形模量无侧限情况下，单轴受压时的应力与应变之比。自重应力土体受到重力作用而产生的应力。（注意自重应力分布曲线绘制：计算各土层分界处土的自重应力、连成曲线即可）附加应力由于外荷载的作用，在土中产生的应力增量。（注意地基中的附加应力计算（角点法）：竖向集中力、矩形荷载、条形荷载等）基底压力P(接触压力)基础底面传递给地基表面的压力。中心荷载P=(N+G)/A；偏心荷载P=(N+G)/A±M/W基底附加压力P0由于建筑物荷重使基底增加的压力。P0=P-cz=P-md影响土中应力分布的因素地基与基础的相对刚度、荷载大小与分布情况、基础埋深大小、地基土的性质等。单向固结土中的孔隙水，只沿一个方向渗流，同时土体也只沿一个方向压缩。固结度地基在固结过程中任一时刻t的固结沉降量Sct与其最终固结沉降量Sc之比地基应力与变形关系（P-S曲线）①直线变形阶段：地基压密②局部剪切阶段：出现塑性变形区③完全破坏阶段：形成连续滑动面，地基完全破坏。22、地基承载力的确定：①若p~s线出现直线段，取a点对应荷载为fak，即取fak=p1；②若pu能定，且pu2p1，取极限荷载一半为fak，即取fak=pu/2；③若p~s线不出现直线段，另行讨论(粘性土：取s=0.02b(承压板宽度)所对应的荷载作fak，且≤∑P/2;砂土：取s=(0.01~0.015)b(承压板宽度)所对应的荷载作fak，且≤∑P/2)④n3时，且fakmax－fakmin≤0.3fak，计算fak的平均值。地基的最终沉降量地基土层在建筑物荷载作用下，不断地产生压缩，直至压缩稳定后地基表面的沉降量。（注意地基的最终沉降量计算：分层总和法、规范法）正常固结土土层历史上经受的最大压力，等于现有覆盖土的自重应力。超固结土土层历史上经受过最大压力，大于现有覆盖土的自重应力。欠固结土土层目前还未完全固结，实际固结压力小于土层自重压力。超固结比前期固结压力与现有土重压力之比。第三章土的抗剪强度及地基承载力土的抗剪强度土体抵抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。破坏准则土体破坏时的应力组合关系。极限平衡状态当土体中任一点在某方向的平面上的剪应力达到土的抗剪强度的状态。莫尔破坏包线当剪应力等于抗剪强度时该点就发生破坏，在破坏面上的剪应力f是法向应力的函数，即f＝f()。这个函数关系确定的曲线，称为莫尔破坏包线。剪切试验确定土的抗剪强度指标(粘聚力c,内摩擦角φ)的试验。（直剪、三轴）直剪试验根据排水条件可分为快剪、固结快剪和慢剪。快剪试验在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。固结快剪允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。慢剪试验允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。直剪试验优缺点优点：直接剪切仪构造简单，操作方便。缺点：①限定的剪切面②剪切面上剪应力分布不均匀③在计算抗剪强度时按土样的原截面积计算④试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力。三轴试验类型按剪切前的固结程度和剪切过程中的排水条件分为：不固结不排水试验（UU）、固结不排水试验（CU）、固结排水试验（CD）三轴压缩实验优缺点优点：①可严格控制排水条件②可量测孔隙水压力③破裂面在最软弱处。缺点：①2=3，而实际上土体的受力状态未必都属于这类轴对称情况②实验比较复杂。无粘性土抗剪强度的来源摩擦强度（摩擦力）包括滑动摩擦和咬合摩擦。滑动摩擦存在于颗粒表面间，土粒发生相对移动所产生的摩擦。咬合摩擦相邻颗粒对于相对移动的约束作用。粘性土的抗剪强度包括内摩擦力、粘聚力。影响抗剪强度指标的因素①土的物理化学性质：矿物成分、颗粒形状与级配、土的原始密度、的含水率、土的结构②孔隙水压力地基承载力指地基承担荷载的能力。地基的临塑荷载Pcr指在外荷作用下，地基中刚开始产生塑性变形时基础底面单位面积上所承受的界限荷载。Pcr=Ndd+Ncc临界荷载当地基中的塑性变形区最大深度为：中心荷载Zmax=b/4;偏心荷载Zmax=b/3;与此对应的基础底面压力，分别以P1/4或P1/3表示.P1/4=N1/4b+Ndd+Ncc;P1/3=N1/3b+Ndd+Ncc.地基临塑压力地基中仅个别点的应力达到极限平衡时的基底压力，记为pa。极限荷载指塑性区已互相靠拢，形成了贯通的滑动面，地基丧失稳定时基底单位面积上的压力，用符号Pu表示。Pu=cNc+qNq+bNr/217、太沙基公式（适用于基础底面粗糙的条形、方形和圆形基础）：理论假设：①条形基础，均布荷载②滑动面两端为直线，中间为曲线③滑动土体分三个区。①条形基础（密实地基）：Pu=bNr/2+cNc+qNq②条形基础（松软地基）：Pu=bNr’/2+2cNc’/3+dNq’③方形基础：Pu=0.4b0Nr+1.2cNc+dNq④圆形基础：Pu=0.6b0Nr+1.2cNc+dNq地基承载力：f=Pu/KK≥318、斯凯普顿公式（适用于饱和软土地基、内摩擦角为0；浅基础、d2.5b；矩形基础、考虑了l/b的影响）：Pu=5c(1+0.2b/l)(1+0.2d/b)+d地基承载力:f=Pu/KK=1.1~1.519、汉森公式（适用于倾斜荷载作用；矩形基础或条形基础；考虑基础埋深与宽度之比）Puv=1b0NrSrir/2+cNcScdcic+qNqSqdqiq地基承载力:f=Pu/KK≥2.影响极限荷载的因素①地基的破坏形式：整体滑动、局部剪切、冲切剪切②地基土的指标：土的内摩擦角、粘聚力c、重度③基础设计的尺寸：基础宽度b、埋深d④载荷作用方向：倾斜、竖向⑤载荷作用时间：短暂、长期第四章土压力及土坡稳定挡土墙防止土体坍塌的构筑物。土压力土体作用在挡土墙上的压力。挡土墙的结构类型重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、加筋土挡土墙。土压力种类(PaP0Pp(ap))①静止土压力Po：挡土墙在土压力作用下，不向任何方向发生位移和转动时，墙后土体处于弹性平衡状态，作用在墙背上的土压力。②主动土压力Pa：当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动，且位移达到一定量时，墙后土体达到主动极限平衡状态，填土中开始出现滑动面，这时作用在挡土墙上的土压力。③被动土压力Pp：当挡土墙在外力作用下向墙背填土方向转动或平行移动时，土压力逐渐增大，当位移达到一定量时，潜在滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体达到被动极限平衡状态，填土内开始出现滑动面，这时作用在挡土墙上的土压力增加至最大，称为被动土压力。5、极限平衡条件：①粘性土：1=3tan2(45°+/2)+2ctan(45°+/2);3=1tan2(45°