《土力学》考试重点

填空、选择、判断颗粒级配曲线的用途：1）由曲线的坡度可判断土的均匀程度，确定其不均匀程度：曲线平缓——级配良好；曲线较陡——级配不良。小于某粒径的土粒含量为10%时相应的粒径，称为有效粒径；小于某粒径的土粒含量为60%时相应的粒径，称为限制粒径。不均匀系数反映大小不同粒组的分布情况。Cu愈大，土粒粒径分布愈广，表示愈不均匀，土愈易于压实。Cu愈小，土粒粒径分布愈窄，表示愈均匀，土愈不易压实。工程上Cu＜5的土为均匀土(级配不良土)；Cu＞10的土为不均匀土(级配良好的土)。Cc值为1～3的土级配良好，小于1或大于3时级配不良。砾类土和砂类土同时满足Cu≥5和Cc＝1～3两个条件时，为级配良好的砂和砾。不能同时满足上述条件的土，为级配不良的土。土中水分为结合水和自由水两大类：1、结合水：(1)强结合水(2)弱结合水2、自由水：(1)重力水(2)毛细水毛细压力能使潮湿砂土开挖一定高度，但失水干燥后就会松散坍塌。土的结构分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。密实的单粒结构的土较稳定，力学性能好，是良好的天然地基；蜂窝和絮状结构的土强度低、压缩性高，不可作为天然地基。土的构造最主要特征就是成层的层理构造和具有裂隙的裂隙构造。土工试验（试验方法）1、烘干法：测含水率（当前的含水率）2、环刀法、灌砂法：测密度3、比重瓶法：测土粒比重4、筛分法、密度计法：颗粒分析试验5、平衡锥式液限仪法、液塑限联合测定仪法：测界限含水率（液限、塑限）6、击实试验：测最优含水率7、渗透试验：测渗透系数8、固结试验：测土体固结性能（压缩、固结）（有侧限抗压强度）（压缩系数、压缩模量）9、直接剪切试验：测抗剪强度（黏聚力、内摩擦角）10、三轴剪切（三轴压缩）试验：测抗剪强度（黏聚力、内摩擦角）土粒相对密度比重（ds或Gs）：土粒质量与同体积(4°C)纯水的质量之比。土的天然含水率（w）：土中水的质量与土粒质量之比。土的天然密度（ρ）：土的总质量与总体积之比。土的孔隙比（e）：土中孔隙体积与土粒体积之比。孔隙比反映天然土层的密实程度。e0.6的土是密实的低压缩性土，e1.0的土是疏松的高压缩性土。土的孔隙率（n）：土中孔隙体积与土的总体积之比。土的饱和度（Sr）：土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比。饱和度愈大，表明土中孔隙充水愈多。Sr为0～100%，干土时Sr=0孔隙充满水时Sr=100%土的干密度（ρd）：土单位体积中土固体颗粒的质量。土的饱和密度（ρsat）：土的孔隙完全被水充满时的密度。土的浮密度(有效密度)（ρ′）：地下水位以下，土单位体积中土粒的质量与同体积水的质量之差。同一种土同体积时：ρsatρρdρ′土的重度指标：即单位体积土的重量。单位：kN/m3砂土的密实度可分：松散、稍密、中密、密实同一种黏性土随着含水量的不同分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。界限含水量中，由可塑状态转变到流动状态的液限wL由半固态转变到可塑状态的塑限wP分为：根据塑性指数把黏性土塑性指数：pLpwwI黏性土分类粉土粉质黏土黏土塑性指数IPIP1010IP≤17IP17的状态分为：根据液性指数把黏性土液性指数：ppLIwwI黏性土状态坚硬硬塑可塑软塑流塑液性指数ILIL≤00IL≤0.25IL0.75ILIL1.00.25≤0.75≤1.0在压实填土时，填土的含水率是否能达到充分压实的最大影响因素，因此，需要先通过击实试验测定回填土的最优含水率和最大干密度。填土分为：素填土、杂填土、冲填土和压实填土。地下水的运动方式的分类：按流线形态分为：层流、紊流水头梯度：是指沿渗流方向单位距离的水头损失。无单位。渗流方向单位距离时的水头损失。只有在水头梯度很小的情况下才能适用达西定律；因为在较大水力梯度下，水在土中的流动进入紊流状态，渗流速度与水力梯度开始呈非线性关系，此时达西定律不能适用。砂土完全符合达西定律达西渗透定律的适用条件：只有当渗流为层流的时候才能适用达西渗透定律。实验室测定渗透系数分为常水头试验和变水头试验，常水头法适用于透水性强的粗粒土，变水头法适用于透水性弱的细粒土。渗透力（又称动水压力）：单位体积土颗粒所受到的渗透水流作用力。其值为：wijLhij——渗透力，kN/m3；γw——水的重度，10kN/m3；i——水头梯度。渗透力与水头梯度成正比，作用力方向与渗流（流线）方向一致。流砂(流土)：当渗透力j≥γ′(土的有效重度)，土颗粒完全失重，将处于悬浮状态而失去稳定，并随水流动的现象。发生流砂的条件：当j=γ′(有效重度)时，土颗粒就处于流砂临界状态。此时的水头梯度称为临界水头梯度（icr）。流砂现象只发生在土体表面渗流逸出之处，不发生在土体内部，当土颗粒不断逸出，将形成流砂通道并不断扩大，从而造成工程事故。管涌：水在土中渗流时，土中细颗粒在渗透力作用下通过粗颗粒的孔隙被水流带走，土的孔隙不断扩大，较粗颗粒也被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的通道，造成土体塌陷的现象。发生管涌的条件：1、几何条件：孔隙直径＞细颗粒直径、Cu＞102、水力条件：水力梯度＞临界水头梯度由于土是由三相组成的，则σ应由土颗粒、水、气共同承担。有效应力：由土颗粒承担的应力。孔隙应力：由孔隙内的水、气承担的应力。孔隙水压力：由孔隙水承担的应力。孔隙气压力：由孔隙气体承担的应力。饱和土的有效应力原理：uu或u自重应力：是土体由于自身重力作用而存在的应力。附加应力：是指土体受到外荷以及地下水渗流、地震、风、雪等作用下附加产生的应力增量。它是使地基失去稳定和产生变形的主要原因。竖向自重应力——土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积(1m×1m)上土柱的有效重量，单位KN/m2=kPa。zcz地下水位以上，计算竖向自重应力用天然重度γ地下水位以下，计算竖向自重应力用有效重度γ′地下水下降，竖向自重应力增加基底压力：是指建筑物的荷载通过自身基础传递给地基，基础底面单位面积土体所受到的压力。AGFpF—基础顶面的竖向力，kN；G—基础自重及其上土重，kN；G=γGAd,γG为基础及其上回填土重的平均重度，取γG=20kN/m3，地下水位以下扣除浮力。d—基础埋深，m；从室内地面或室内外地面算起；A—基底面积，m2；矩形基础A=L(长度)×b(宽度)；条形基础沿长度方向取1m计算，式中A=b×1，F、G为单位长度基础内的相应值，kN/m。中心荷载：上部荷载的重心作用线与构件的几何中心线重合。此时构件中只受压而不受弯矩。偏心荷载：上部荷载的重心作用线偏离构件的几何中心线。此时构件既受压又受弯矩，偏离形心的垂直距离，就是偏心距。偏心矩e：指偏心受力构件中轴向力作用点至截面形心的距离。基底附加应力：建筑物建造后的基底压力扣除基底标高处原有土的自重应力后，新增加的应力。基底附加压力等于基底压力扣除基底标高处原有土体的自重应力。在一般压力（100－600kN)作用下，土粒和水的压缩与土的总压缩量之比是很微小的，因此完全可以忽略不计，所以把土的压缩看作是土中水和气体从孔隙中被挤出。压缩固结实验的e—p曲线图。压缩系数peppeeav△△1221斜率越陡，压缩系数越大，则土的压缩性越大。为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由kPap1001增加到kPap2002时所得的压缩系数21a来评价土的压缩性。压缩模量：是土在无侧向变形条件下，竖向应力与应变的比值。vSaeE01单位：av——压缩系数，MPa-1；Es——压缩模量，MPa。压缩模量Es也是土的一个重要的压缩性指标，与压缩系数av成反比。Es越大，av越小，土的压缩性越低。av、Es都是反映土体在单向压缩时对压缩变形的抵抗力。使用压缩系数和压缩模量判断土的压缩性：低压缩性土：a1-20.1MPa-1，Es15MPa；中压缩性土：0.1MPa-1≤a1-20.5MPa-1，Es=4～15MPa；高压缩性土：a1-2≥0.5MPa-1，Es4MPa；变形模量——土在无侧限条件下，应力与应变的比值。)121(E20sEE0——变形模量，kPa；Es——压缩模量，MPa。μ——土的泊松比，一般为0.3～0.4，饱和黏性土在不排水条件下可取0.5。变形模量E的大小反映土体抵抗弹塑性变形的能力。也是土的一个重要的压缩性指标。压缩模量与变形模量的区别：两者反映的是变形条件不一样。压缩模量：只有竖向变形变形模量：竖向和侧向变形应力历史对土的压缩性影响土的回弹与再压缩：对土试样分级加荷压缩至b点，分级卸荷回弹至c点，再分级加荷压缩时：卸荷回弹曲线与原压缩曲线不重合，土产生了弹性变形和塑性变形。正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩性大；再压缩曲线，曲线平缓，压缩性明显降低。土的应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态。先期固结压力pc：指土层在地质历史上曾经承受到过的并已固结稳定的最大有效应力。土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明显的影响，用先期固结压力pc与现时的土压力p0的比值描述土层的应力历史，将黏性土进行分类：正常固结土——先期固结压力等于目前的土压力pc＝p0超固结土——先期固结压力大于目前的土压力pcp0（相当于挖方）欠固结土——土在自重作用下尚未完全固结pcp0（相当于填方）计算地基最终变形量有两种方法：分层总和法《建筑地基基础设计规范》法——简称“规范法”分层总和法如何确定地基压缩层深度Zn；一般土层按σz=0.2σc(即附加应力等于上覆土层有效自重压力20%的深度）；软弱土层按σz=0.1σc(即附加应力等于上覆土层有效自重压力10%的的深度）。当上述压缩层深度范围内遇到不能压缩的岩层时，计算深度至岩层面。分层总和法如何分层：1）每层厚度hi≤0.4b，一般为1～2m；B——基底短边长度2）不同的土层分界线，应分层；3）地下水位界面应分层；分层总和法如何计算各土层的压缩量：iiiheees)1(121iziiiheas)1(1isiziihsE最后求和，得出地基最终沉降量：niinsssss121规范法如何分层：1）按天然土层分层；2）地下水位界面处：如压缩模量Es上下一致，不分层；如压缩模量Es上下不一致应分层。土的单向固结理论研究表明：粘性土地基在基底压力作用下的沉降量S由三种不同的原因引起scdSSSS初始沉降(瞬时沉降)Sd有限范围的外荷载作用下地基由于发生侧向位移(即剪切变形)引起。主固结沉降(渗流固结沉降)Sc由于超孔隙水压力逐渐向有效应力转化而发生的土渗透固结变形引起的。是地基变形的主要部分。次固结沉降Ss主固结沉降完成以后，在有效应力不变条件下，由于土骨架的蠕变特性引起的变形。这种变形的速率与孔隙压力消散的速率无关，取决于土的蠕变性质，既包括剪应变，又包括体应变。施工期间不同地基完成的沉降量：1、碎石土和砂土：压缩性小、渗透性大，施工期间沉降基本完成，即100%。2、低压缩黏性土：施工期间完成最终沉降量的50%～80%。3、中压缩黏性土：施工期间完成最终沉降量的20%～50%。4、高压缩黏性土：施工期间完成最终沉降量的5%～20%。剪切破坏是土体破坏的主要形式。土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。有效应力是由土颗粒之间的黏结作用和相互之间的咬合作用组成。黏结作用产生的力称为土的黏聚力（内聚力），咬合作用产生的咬合与摩擦称为土的内摩擦角。黏性土：直线在纵轴上的截距为黏聚力c，与横轴的夹角为内摩擦角φ。无黏性土：则是通过原点的一条直线。库仑定律公式——抗剪强度公式砂土的抗剪强度的表达式：tanf黏性土的抗剪强度表达式：tanfc式中：τf—土的抗剪强度，KPa；σ—剪切面上的法向正应力，KPa；c—土的黏聚力，KPa；φ—内摩擦角（°）。式中c、φ称为土的抗剪强度指标其实抗剪强度类似于高中学习的摩擦力：数摩擦μ正压N系—力；—摩擦力：NF土体内某一点的应力状态如下：1——竖向应力(最大主应力)3——侧向应力(最小主应力