福州大学土力学复习要点

1土的组成土粒的大小及组成情况，通常以各个粒组的相对含量来表示称为土的粒度成分或颗粒级配土的颗粒级配常用的测定方法是：筛分法和沉降分析法颗粒级配有两个定量指标不均匀系数UC和曲率系数CC60102301060dddCddCCU10d等的含义在书上15页有自己看UC越大级配曲线越平缓，说明土粒越不均匀，级配越良好，反之亦然。一般工程中将UC10的土视为级配良好,UC5的属于级配不良原生矿物矿物质黏土矿物：蒙脱石、伊利石、高岭石次生矿物可溶盐土体的固体颗粒无定型氧化物胶体有机质土中水分为结合水结合水又分为强结合水和弱结合水自由水自由水分为重力水和毛细水其中结合水不能传递静水压力，自由水可以传递静水压力土的结构分为：单粒结构、蜂窝结构、絮状结构土的物理性质及分类土粒质量sm土体体积V孔隙体积VV土颗粒体积SV土的三个三相比例指标（必须会背并且明白含义）名称定义表达式实验室测定方法土粒相对密度sd土粒质量与同体积4摄氏度纯水的质量之比wssd比重瓶法土的含水量sw土中水的质量与土粒质量之比%100swmmw烘干法土的密度土单位体积的质量vm环刀法这些指标理解其含义就可以自己推出其表达式了2干密度vmsd表示土单位体积中固体颗粒的质量饱和密度VVmWvssat表示土孔隙中充满水后单位体积质量有效密度VVmwSs表示单位体积中土粒质量与同体积水的质量之差土的重度是单位体积土的重力（密度重力加速度g），与密度、干密度、饱和密度和有效密度对应的是重度、干重度、饱和重度、有效重度孔隙比e：土中孔隙体积和土颗粒体积之比e=SVVV孔隙率n：土中孔隙体积和土总体积之比n=VVV饱和度rS：土中水体积和孔隙体积之比rS=VVw，由此可知只有当土完全饱和也就是饱和度为1的时候土中水的体积才等于孔隙体积指标换算，假定土颗粒体积为1，则土颗粒的质量为sdw，由含水量定义推出土中水的质量wm=swsdw由孔隙比定义则孔隙体积为e，土体总体积为1+evm=emmws1=wssewd11（2-1）由上式可以推出孔隙比e=11wsswd（2-2）这个公式非常重要，关键是记住怎样推出来的，所有的指标换算都是先算出孔隙比e再根据定义去求的。不要死记硬背公式要理解其含义，上面的各种指标定义理解了公式非常好推，土的指标换算肯定会考一道计算题，注意练习。粘性土的物理特征粘性土含水量由小到大其状态分为：固态→半固态→可塑状态→流动状态↓↓↓临界含水量称为缩限塑限(PW)液限(LW)我国采用76g锥角为30度的锥式液限仪来测定粘性土的液限和塑限，锥下沉2mm对应的含水量为塑限，下沉17mm对应的含水量为液限。土的塑性指数PI是指液限和塑限的差值PI=LW-PW土的液性指数LI是指粘性土天然含水量与塑限的差值和塑性指数之比LI=PPIWW3粘性土的状态按液性指数分类，粘性土的种类（粉质粘土、粘性土）按塑性指数分具体如下表，两个表格都要背诵状态坚硬硬塑可塑软塑流塑液性指数LI00LI0.250.25LI0.750.75LI1LI1土的名称粉土粉质粘土黏土塑性指数PI≤1010PI≤17PI17粘性土的触变性：饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，停止扰动后强度随时间逐渐恢复的性质土的分类原则1：简明；2：要反映工程特性差异土的六大粒组：块石、碎石、砾粒、砂粒、粉粒、黏粒土按有机质含量分为：无机土、有机质土、泥炭质土、泥炭4种类型。土的渗透性及渗流土体具有被液体透过的性质称为土的渗透性水头的h=wp+z（wp称为压力水头，z称为高程水头）Z高程水头的大小与高程基准面的选取有关，所以总水头也和高程基准面选取有关，但是任意一点压力水头的大小是一定的。a、b两点的水头差h=bh-ah，在算水头差的时候两点的高程基准面一定要相同水力梯度i=LhL为渗透路径大小达西定律：公式使用条件达西定律kAiqkiv层流条件下，紊流不行K为渗透系数，单位为cm/s实验室测渗透系数有常水头法和变水头法（书上66页，大家看一下特别是常水头法）影响土渗透系数的因素有六点（书上68页有，看一下）成层土的等效渗透系数土层每层厚度为iH，总厚度为H与土层平行方向的每层土的渗透系数为xk，垂直土层方向上每层土的渗透系数为yk4则整个土层水平方向的渗透系数k=iNiixHkH11垂直土层方向渗透系数k=NiiyikHH1)(（这两个式子要记住）流网的特征（1）流线与等势线互相正交（2）流线与等势线构成的网格的长宽比为常数（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渗流量的计算见书78、79页例题，这里重点说一下如何求流网中任一点孔隙水压由水头的定义知道总水头有压力水头和高程水头组成，但是孔隙水压只与压力水头有关孔隙水压u=ywhyh为压力水头，所以我们只要求出任一点的压力水头就行了，方法就是计算这点的水头时将高程基准面取成通过该点的水平面，这样算出的总水头就是压力水头因为高程水头为0。在78页3-2例题中运用就是，高程基准面通过A点，则板桩左边地面的总水头h=11（压力水头）+5（高程水头），由左边地面渗流到A点水头损失为h，则A点的水头ah=h-h，这个水头就是压力水头，所以u=ywh=wah=9.8（11+5-0.9）=148KN/2m利用这种方法做一下84页的3-11题渗流力J=Wi流砂：土体在向上的渗流力作用下，粒间的有效应力为零时，颗粒就会发生悬浮移动。当渗流力等于土的有效重度时Wi='时土处于产生流砂的临界状态，这时候的水力梯度成为临界水力梯度cri=w'=eds11（要求理解而且会计算临界水力梯度）流砂防治的措施（1）增长渗透路径如打板桩（2）减小或消除水头差如采取基坑外井降低地下水位（3）在向上渗流出口出地表用透水材料覆盖压重平衡渗流力（4）土层加固处理如冻结法、注浆法土中应力自重应力计算方法在89页有，仔细看一下需要注意的是（1）地下水位以下土的重度取有效重度（2）不透水层顶面的自重应力及层面以下自重应力应该按上覆土层水土总重计算（不懂的可以问我，女生优先且免费，男生要收钱）地下水位下降会引起地面沉降由天然重度推算出有效重度的过程要熟练，以加快做题速度5=g=gedwgemwgemmwssws1)1(1)1(1（1）gedgemgwsws1)1(11''（2）式子（2）比式子（1）得到ssdwd)1(1'基地压力的计算见教材93、94页，注意偏心载荷作用下的基地压力计算方法，可能会考。基地附加压力计算见95页，一定要会算基地附加压力基地附加压力=现在地基总压力—未加基础时该面上的压力基地附加应力主要记住均布矩形载荷作用下用角点法求该平面任一点基地附加应力就行了均布条形载荷作用下任意深度土附加应力z的分布规律在课本115页一共三点主要记住两点（1）z会在载荷面积作用之外产生，也就是会发生应力扩散（2）在载荷边缘外任一点沿竖直方向的z，随深度从0开始先加大后减少对那个椭圆形的图要有印象非均质地基中的附加应力应力扩散与应力集中现象上层为可压缩土层，下层为坚硬岩层，则出现应力集中现象上层为坚硬岩层，下层为软弱土层，则出现应力扩散现象（且坚硬土层越厚，扩散现象越明显）口诀：上软下硬集中，上硬下软扩散土的压缩性这一节的几个指标的定义要牢记为第六章的计算打基础指标名称定义计算公式与土的压缩性关系压缩系数a土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效应力增量的比值（1MPa)peaa越大压缩性越高压缩模量SE土体在侧限条件下竖向附加应力与竖向附加应变的比值（MPa)SE=ae11SE越大压缩性越低体积压缩系数vm土的压缩模量的倒数vm=SE1vm越大压缩性越高变形模量OE土体在无侧限条件下竖向附加应力与竖向附加应变的比值（MPa)6先期固结压力cp：天然土层在历史上受过的最大固结压力（要会背）超固结比OCR：先期固结压力和现有覆盖土重1P之比OCR=1PPC根据应力历史将土层分为超固结土、正常固结土、欠固结土特征如下表（牢记)土体类型超固结土正常固结土欠固结土定义先期固结压力大于现有覆盖土重先期固结压力等于现有覆盖土重先期固结压力小于现有覆盖土重超固结比OCR特点OCR1OCR=1OCR1地基变形分层总和法陈林靖老师说不考就不再说了，想看的在课本145页自己熟悉一下规范法估计会考大家好好看书，这里不再讲了（不懂的可以问问懂得，也可以问我，我可以专人辅导，只限女生，哈哈）但是规范法的实质就是用附加应力图的面积A比土的压缩模量SE为地基最终沉降量即：SEAs'这个要牢记然后在对这个值进行修正，具体怎么修正的好好看一下书上的例题155页的有效应力理论适用于饱和土有效应力'：土体中通过土粒接触点传递的粒间应力孔隙应力：通过孔隙传递的应力，主要是孔隙水压力土中的总应力=+'，总应力通常是指土中的附加应力饱和土体受到骤然施加的压力时刚开始压力全部由孔隙水承担，之后孔隙水压渐渐消散，有效应力逐渐增大，最后全部由土颗粒承担，这时候土的固结才完成，所以土的固结过程就是孔隙水压消散，有效应力增长的过程。太沙基一维固结理论：适用条件为：载荷面积远大于可压缩土层厚度，地基孔隙水主要沿竖向渗流基本假设如下（1）土层是均质的，各向同性且完全饱和（2）土粒和孔隙水是不可压缩的（3）附加应力沿水平面无限均匀分布，因此土层固结和水的渗流都是竖向的（4）土中水的渗流服从达西定律（5）渗透固结中渗透系数k和压缩系数a都是不变的7（6）外荷载一次骤然施加且在固结过程中保持不变（7）土体变形完全由孔隙水压消散引起以下两个三个系数必记系数名称计算公式备注土的竖向固结系数VC(scm/2)VC=aekw)1(K土的渗透系数e土的孔隙比a土的压缩系数土的竖向固结时间因数VTVT=2HtCVt为固结历时H为土层最大排水距离，单面排水时为土层厚度，双面排水时为土层厚度一半地基固结度ZUZU=CctSSctS历经t时间地基固结变形量cS地基最终固结变形量（地基最终沉降量）这三个系数必须会背会求土层固结度ZU=1—28*)4exp(2VT这个公式要会背很重要，考试的时候就要用计算器算的，因为考试不给你那个表格只能用算的下面是本章的重点，地基任意时刻固结变形量ctS的求法（1）利用SEAs'求出地基最终变形量cSA为附加应力图的面积，SE为压缩模量题目中一般会给，没给的话用前面讲的方法算，在第5页（注意它要是说大面积均布载荷0p的话，则附加应力沿深度分布是均匀的，就等于0p（2）计算出竖向固结系数VC（3）由VC计算出竖向固结时间因数VT（4）由VT和式子ZU=1—28*)4exp(2VT计算出地基固结度ZU（5）由ZU=CctSS得到ctS=ZUcS这是给你任意时刻求固结变形量的题，还有一种是给你变形量让你求固结历时t的，解题过程是（1）→（2）→求出VC然后（5）→（3）→求出VT，利用VT=2HtCV，求出时间t。大家试着做一下178页例题和186页6—12。（一定要自己做，因为那些单位的换算比较麻烦，只有练过才会比较熟练）8土的抗剪强度土的抗剪强度指标测定室内试验有：直剪试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验室外有：十字板剪切试验库伦公式及抗剪强度指标库伦定律普遍表达式f=c+tanf土的抗剪强度c土的黏聚力，砂土的为零，粘性土的不为零总应力土的内摩擦角根据太沙基的有效应力原理，库伦公式还有以下形式f='c+''tan'为有效应力'c为有效黏聚力'为有效内摩擦角莫尔——库伦强度理论及极限平衡条件首先记住结构力学上的两个公式，与1作用面呈角的任意平面上的正应力和切应力正应力=231+2312cos切应力=2312sin如果给定了土的抗剪强度参数c、及土中某点应力状态则可将强度包线和莫尔圆画在同一坐标图上，若强度包线位于莫尔圆上方说明土体