土力学复习知识点整理

土力学复习知识点整理第一章土的物理性质及其工程分类1.土:岩石经过风化作用后在不同条件下形成的自然历史的产物。物理风化原生矿物（量变）无粘性土风化作用化学风化次生矿物（质变）粘性土生物风化有机质2.土具有三大特点：碎散性、三相体系、自然变异性。3.三相体系:固相（固体颗粒）、液相（土中水）、气相（气体）三部分组成。4.固相:土的固体颗粒，构成土的骨架，其大小形状、矿物成分及组成情况是决定土物理性质的重要因素。（1）土的矿物成分:土的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机质。颗粒矿物成分有两大类:原生矿物、次生矿物。原生矿物:岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母。次生矿物:原生矿物经化学风化作用的新的矿物，如黏土矿物。粘土矿物的主要类型:蒙脱石、伊利石、高岭石（吸水能力逐渐变小）（2）土的粒组:粒度:土粒的大小。粒组:大小、性质相近的土粒合并为一组。（3）土的颗粒级配：土中所含各颗粒的相对含量，以及土粒总重的百分数表示。①△颗粒级配表示方法:曲线纵坐标表示小于某土粒的累计百分比，横坐标则是用对数值表示的土的粒径。曲线平缓则表示粒径大小相差很大，颗粒不均匀，级配良好；反之，则颗粒均匀，级配不良。②反映土颗粒级配的不均匀程度的指标:不均匀系数Cu和曲率系数Cc，用来定量说明天然土颗粒的组成情况。公式:不均匀系数Cu=d60/d10曲率系数Cc=(d30)²/（d60×d10）d60——小于某粒径的土粒质量占土总质量60％的粒径，称限定粒径；d10——小于某粒径的土粒质量占土总质量10％的粒径，称有效粒径；d30——小于某粒径的土粒质量占土总质量30％的粒径，称中值粒径。级配是否良好的判断:a.级配连续的土:Cu5，级配良好;Cu5级配不良。b.级配不连续的土，级配曲线呈台阶状，同时满Cu5和Cc=1~3两个条件时，才为级配良好;反之则级配不良。③颗粒分析实验:确定各个粒组相对含量的方法。筛分法:（粒径大于0.075mm的粗粒土）水分法:（沉降分析法、密度计法）（粒径小于0.075mm的细粒土）5.液相:土中水按存在形态分为液态水、固态水、气态水。土中液态水分为结合水和自由水两大类。粘土粒表面吸附水（表面带负电荷）结合水是指受电分子吸引力作用吸附于土粒表面成薄膜状的水。分类:强结合水和弱结合水。自由水是指存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。分类:重力水和毛细水。细粒土的可塑性的本质原因:在于结合水的能力。工程实践中的流砂、管涌、冻胀、渗透固结、渗流时的边坡稳定等问题都与土中水的运动有关。6.气相:土中气体存在于孔隙中未被水所占据的部位。①自由气体:对土的性质影响不大。②封闭气体:增大土体的弹性和压缩性。7.土的结构（内部特征）三种基本类型①单粒结构:是粗粒土的主要结构形式。（砂粒）（脱水）②蜂窝结构:是粉粒的主要结构形式。（居中）③絮状结构:是黏粒的主要结构形式。（不脱水）8.灵敏度：反映粘土结构性的强弱。St=qu/qu'式中qu、qu'分别为原状土无侧限抗压强度、重塑土无侧限抗压强度低灵敏度：(1.0＜st≤2.0)中等灵敏(2.0＜st≤4.0)和高灵敏度(st4.0)灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降低就愈明显。9.土的构造（外部特征）:①层状构造;②裂隙构造;③结核或孔洞。10.土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态，也间接反映土的工程性质。而土的松密和软硬程度主要取决于土的三相各自在数量上所占的比例关系。11.★土的三相比例指标：土的三相物质在体积和质量上的比例关系12.★土的物理状态指标（粗粒土的松密程度，粘性土的软硬程度）三个基本试验指标:⑴土的天然密度ρρ=m/v（单位：g/cm3)测试方法：土的密度可采用环刀法、蜡封法、灌砂法、灌水法等方法测定，其中环刀法常用于细粒土的密度测定。⑵土的含水率ωω=Mω/Ms×100％注意：含水率是土中所含水分质量与土体颗粒质量之比，可100％，而含水量必须100％.测试方法：一般用烘干法测定，即先称小块原状土样的湿土质量m，然后置于烘箱内维持100—105℃烘至恒重，再称干土质量ms,湿干土质量之差m-ms，与干土质量ms之比值，就是土的含水率⑶土粒比重Gs:指烘干土粒与同体积4℃纯水之间的质量比。测试方法：一般用比重瓶法测定，即将干土粒（ms）放入比重瓶，加蒸馏水煮沸除气，测得土粒排开水的体积Vs，代入上式计算。天然容重γ:指天然状态下单位体积土的重量。饱和度Sr：指土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值。孔隙比e:指土中孔隙体积与土中固体颗粒总体积的比值。孔隙率n:指土中孔隙体积与土的总体积之比。对于同一种土，大小关系:γsatγγd大γ'13.判断无粘性土密实度影响砂、卵石等无黏性土工程性质的主要因素是密实度。判断方法:(1)用孔隙比e来描述。e越大表示土中孔隙大，则土质疏松。优点：简单；缺点：未能考虑级配的因素。(2)用相对密实度Dr描述。Dr=（emax-e）/（emax-emin）（e=ρs×Gs/ρd-1）Dr0——0.03———0.67———1松散|中密|密实|N来评价砂类土的密实度，是一个行之有效(4)试验法。标准贯入试验采用重量为63.5kg穿心锤，以76cm的落距自由下落，把标准贯入靴打入土中，先打入15cm不计数，接着每打入10cm记下击数，累计打入30cm的锤击数，即为标准贯入击数N。N(锤击数)0——10——15——30——|松散|稍密|中密|密实(5)碎石根据野外鉴别方法划分为密实、中密、稍密、松散四种状态。14.黏性土的物理特性（1）基本概念稠度：粘土因含水多少而表现出的稀稠软硬程度。稠度状态：粘土因含水多少而呈现出不同的物理状态。土的稠度状态因含水率的不同，可表现为固态、塑态、流态三种状态。界限含水率：黏性土从一种状态变成另一种状态的分界。液限：由可塑状态变化到流动状态的界限含水量，用WL表示。塑限：土由半固态变化到可塑状态的界限含水量，用Wp表示。缩限：土由半固态不断蒸发水分，体积逐渐缩小，直到体积不再缩小时土的界限含水量，用Ws表示。（2）粘性土的界限含水率测定方法①碟式仪液限试验适用于粒径小于0.5mm的土②搓条法塑限试验土条直径恰好为3mm左右土条自动断裂，此时土条的含水率即为塑限。③液、塑限联合测定法坐标上对应于圆锥体入土深度为10mm建筑规范(17mm公路规范)和2mm时土样的含水率分别为该土的液限和塑限（3）粘性土稠度状态评价液性指数:ΙL=(ω-ωp)/(ωL-ωp)ΙL1，则土处于流态；0ΙL1，则土处于塑态；ΙL0，则土处于固态。（4）土的可塑性：具有可塑状态的土（即黏性土）在外力的作用下，可塑成任何形状而不产生裂缝，当外力去掉后，仍可保持原形状不变。塑性指数:Ιp=ωL-ωpΙp17为粘土；17≥Ιp10为粉质粘土；Ιp≦10为粉土或砂土。影响可塑性的因素：①粒径；②矿物成分；③活性指数。15.粘土的压实性：ρd=Gs×ρw/(1+Gs×w)影响压实效果的因素：土的类型及级配；击实功能；含水率等16.无粘性土的压实特性①压实特征：不存在最优含水率潮湿状态下ρd明显降低在完全风干和饱和两种状态下易于击实②压实标准：相对密度控制：Dr0.7~0.75施工过程中要么风干，要么就充分洒水17.土的膨胀与收缩粘性土可能吸水膨胀，也可能失水收缩。无粘性土就没有这种特点。18.土的工程性质分类（1）目前国内有两大类分类体系：①建筑工程系统的分类体系，它侧重于把土作为建筑地基和环境，故以原状土为基本对象。②工程材料系统的分类体系，它侧重于把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基等工程。该体系以扰动土为基本对象，注重土的组成，不考虑土的天然结构性。（2）目的：①便于调查研究②便于分析评价③便于交流土的组成（3）依据：最能反映土的物理力学性质的指标土的状态土的结构（4）土的工程分类：①直观上分成两大类：粗粒土(无黏性土)、细粒土或者黏性土(有的规范细分粉土或黏性土)②规范中把土(岩)作为建筑物地基分为六类：岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土。第二章土的渗透性及有效应力原理1.土的渗透定律（i为水力梯度,z+hw称为测压管水头，代表流体所具有的总势能.。hv=v²/2g）（2）达西渗透定律：AvkiAq（仅适用于层流）式中，k为渗透系数,影响k的因素主要有土颗粒级配;孔隙比;土的结构构造;封闭气体等等2.渗透系数的测定（1）常水头渗透试验（适用于透水性大的土，例如砂土、粗粒土）试验原理：（2）变水头渗透试验（适用于粘性土）（a是变水头管的内截面积）（3）现场抽水试验①原理：根据渗流流速处处相等，由微元处的渗流关系推导出微元体的渗流平衡式，并积分得解。②公式：③优点：可获得现场较为可靠的平均渗流系数。缺点：费用较高，耗时较长3.成层土的平均渗透系数水平等效渗透性由渗透性最大的土层决定；垂直等效渗透性由渗透性最小的土层决定。（1）渗流方向平行于土层（2）渗流方向垂直于土层三、土的渗透破坏4.渗透力：水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力，渗透力是一种体积力。iwDG方向：与水流方向一致作用对象：土骨架5.临界水力梯度：土颗粒受渗透力作用，刚发生悬浮时的水力梯度。6.土的渗透破坏（1）流土：渗流作用下局部土体隆起,某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生移动而流失，有突发性。基本特征：①iicr；②有突发性；③防治：上防渗、下减压、加盖重。（2）管涌：在渗透作用下，土中细颗粒在粗颗粒所形成的孔隙通道中流失，形成贯通的渗流通道，渗流逐渐增大至破坏。基本特征：①无粘性土；②Cu10，级配不连续；③水力梯度过大（0.2~0.25）；④防治：降低水力梯度、设反滤层。四、二维稳定渗流问题1.基本微分方程2.等势线：流场中总水头均相等的点连成的线。流线：流场中与等势线垂直，表征各点渗流方向的线。流场中，等势线与流线处处正交（垂直）。3.流网：流网是二维稳定渗流基本微分方程的解的图解表示。特征：（1）流线与等势线正交；（2）相邻等势线水头差相等；（3）相邻流线流量相等。五、有效应力原理1.有效应力原理：（1）土的任一平面总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分；（2）土的变形及强度取决于有效应力。2.土的有效应力公式静水压力（水面以下水柱压力）孔隙水压力超静水压力（水面以上外力）3.土的变形机理：（1）土颗粒间克服摩擦相对滑动；（2）接触点处应力过大而破碎。4.土的强度机理：土颗粒间的粘聚力与摩擦力5.孔隙水的作用：不能承受剪应力第3章土中应力计算自重应力(σcz)土体受到重力所产生的应力1.土中的应力强度理论附加应力(σz)外荷载作用在土中所引起的应力2土力学基本假定：①连续；②均质各向同性；③理想弹性。3.土力学中应力符号的规定（法向应力以压为正，拉为负；剪应力根据法向应力方向和坐标轴判断）①基底压力(P):基础与地基之间产生接触压力(方向向下)。②基底附加压力(P0):通常是由于新增的建筑物，在土中附加应力的产生的压力。③地基的附加应力:由于建筑物荷载引起的应力增量。.④竖向自重应力的分布规律:①土的自重应力分布线是条折线，折点在土层交界处或地下水位处，在不透水层面处分布线有突变;②自重应力随深度增加而变大;③在同一层面自重应力各点相等。3.土中自重应力计算（1）均质土体自重应力计算（2）土的侧向应力（K0为土的侧压力系数）（3）层状土自重应力的计算（土层中有地下水用有效容重计算）4.基底压力的计算（1）基底压力分布形式影响因素：①基础刚度；②压力幅值；③土体类型（2）中心荷载作用时的基底压力计算𝑫𝒄=填土干密度室内击实试验最大干密度=𝝆𝒅𝝆𝒅𝒎𝒂𝒙试验得到最优含水率wop，工程上取w=wop±2~3%工程上常采用压实度Dc控制（作为填方密度控制标准）击实试验的作用判别在某一击实功作用下土的击实性能是否良好，土可能达到的最佳密实度范围与相应的含水率值研究现场填土的力学特性时，提供合理的密度和含水AGFp（其中AdGG，通常取G=20kN/m³