土力学与基础工程

土力学与基础工程第二章、.图的性质及工程分类2.1概述1．土的三相体系：固相（固体颗粒）、液相（土中水）、气相(气体)。饱和土为二相体：固相、液相。2．2土的三相组成及土的结构2.2.1土的固体颗粒（固相）1.、高岭石：水稳性好，可塑性低，压缩性低，亲水性差，稳定性最好。2、（1）、土的颗粒级配曲线：横坐标：土的粒径（mm），为对数坐标；纵坐标：小于某粒径的土粒质量百分数（%），常数指标。（2）、.由曲线的形态可评定土颗粒大小的均匀程度。曲线平缓则表示粒径大小相差悬殊，颗粒不均匀，级配良好；反之，颗粒均匀，级配不良。3、工程中用不均匀系数CU和曲率系数CC来反映土颗粒级配的不均匀程度CU=d60/d10;CC=(d30)2/(d10×d60)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。2.2.2土中水和气1．土中液态水分为结合水和自由水两大类。2.土中气体：粗颗粒中常见与大气相连通的空气，它对土的工程性质影响不大；在细颗粒中则存在与大气隔绝的封闭气泡，使土在外力作用下压缩性提高，透水性降低，对土的工程性质影响较大。2.2.3土的结构和构造1土的构造最主要特征就是成层性，即层理构造。2.3土的物理性质指标（都很重要，建议整节复习，不赘述）会做P19例2.4无黏性土的密实度1、影响砂、卵石等无黏性土工程性质的主要因素是密实度。2、相对密实度（1）Dr=(emax-e)/(emax-emin)2.1e天然空隙比；emax最大空隙比（土处于最松散状态的e）；emin最小空隙比（土处于最紧密状态的e）（2）相对密实度的值介于0—1之间，值越大，表示越密实。2.5黏性土的物理特性2.5.1黏性土的界限含水量1、黏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（掌握上图）2.5.2黏性土的塑性指数和液性指数1、（1）塑性指数Ip=wL-wp(wL:液限；wp塑限)（2）、塑性指数习惯上用不带“%”的百分数表示。（3）、Ip越大，表明土的颗粒越细，土的黏粒或亲水矿物（如蒙脱石）含量越高，土处在可塑状态的含水量变化范围就越大。（判断题）（4）、塑性指数常作为工程上对黏性土进行分类的依据。2、（1）液性指数IL=(w-wp)/(wL-wp)=(w-wp)/Ip。用小数表示。w为天然含水量。（2）、可以利用IL来表示黏性土所处的软硬状态（判断题）2.5.3黏性土的灵敏度和触变性1、天然状态下的黏性土，由于地质历史作用常具有一定的结构性。工程上常用灵敏度St来衡量黏性土结构性对强度的影响。St=qu/qu’qu,qu’----分别为原状土和重塑土式样的无侧限抗压强度。2、土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低就越明显。3、与结构性相反的是土的触变性。黏性土结构遭到破坏，强度降低，但随时间发展土体强度恢复的胶体化学性质称为土的触变性。2.6土的渗透及渗流1、水透过土空隙流动的现象，称为渗透或渗流，而土被水透过的的性质，称为土的渗透性。2.6.1土的渗透性1、达西定律v=ki得到的结论：渗透速度=土的渗透系数×水力梯度或水力坡降2.6.3动水力及渗流破坏1、流砂或流土：当动水力的数值等于或大于土的浮重度时（即向上的动水力克服了土粒向下的重力时），土体发生浮起而随水流动的现象。（名词解释）2、管涌：当地下水流动的水力坡降i很大时，水流由层流变为紊流，此时渗流力将土体粗粒孔隙中充填的细粒土带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。（名词解释）2.7土的压实性及动力特性2.7.1土的压实原理1、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称为土的最优（或最佳）含水量，用wop表示。与其相对应的干密度则成为最大干密度，以ρdmax表示。2.7.2击实试验及其影响因素1、击实曲线的特点：（结合P33图2.40理解记忆）①峰值。只有当土的含水量达到最优含水量时，才能达到这个峰值ρdmax②击实曲线位于理论饱和曲线左边。③击实曲线的形态。2、只有在适当含水量的情况下，土才能达到比较好的压实效果。2.7.3土的振动液化1、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。（可能名词解释）2.8地基土（岩）的工程分类2.8.7特殊土（必考）1、软土的特性：孔隙比大（e≥1），天然含水量高（w≥wL）、压缩性高、强度低和具有灵敏性、结构性。为不良地基。包括淤泥、淤泥质黏性土、淤泥质粉土等。2、淤泥和淤泥质土是工程建设中经常遇到的软土。当黏性土的w≥wL，e≥1.5时称为淤泥；当w≥wL，1.5＞e≥1.0时称为淤泥质土。附：上课复习题一、是非题1、若土的颗粒级配曲线较平缓，则表示粒径相差悬殊，土粒级配良好。√2、土的相对密实度越大，表示该土越密实。√3、当某土样的含水量在缩限和塑限之间时，土处于可塑状态。×4、黏性土的塑性指数越大，说明黏性土处于可塑状态的含水量变化范围越大。√5、液性指数是指无黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。×6、甲土的饱和度大于乙土的饱和度，则甲土的含水量就一定高于乙土的含水量。×7、颗粒级配曲线平缓，表明粒径大小相差较多，土粒不均匀；曲线较陡，表明土粒大小相差不多，土粒较均匀。√8、土的灵敏度越高，其结构性越强，工程性质就越好。×9、土的灵敏度定义为：原状土的无侧限抗压强度与经重塑后的土体无侧线抗压强度之比。√10、天然孔隙比大于或等于1.5的黏性土称为淤泥质土。×二、选择题（填空题形式）1、若甲乙两种图的不均匀系数相同，则。2、黏性土的塑性指数越大，表示土的。3、下列黏土矿物中，亲水性最强的是蒙脱石。4、土的三个基本试验指标是5、若土的颗粒级配曲线很陡，则表示6、不同状态下同一种土的重度由大到小的排列顺序.7、某砂土的天然孔隙比与其所能达到的最大空隙比相等，则该土处于最松散状态。8、对无黏性土的工程性质影响最大的因素是。9、无黏性土，随着孔隙比的增大，它的物理状态是趋向。10、黏性土以塑限指数Ip的大小来进行分类时，当Ip大于17为黏土。（超了，应该不会考，书上没有，百度知道，10到17之间为粉质黏土）11、对黏性土进行分类定名的依据是。第三章、土中应力计算（无计算）3.1土的自重应力1、土体因自身重力产生的竖向应力σcz即为自重应力。3.1.1均质土的自重应力1、对于均质土（土的重度为常数），在地表以下深度z处自重应力为σcz=γ3.1.2、成层土的自重应力1、各土层厚度为hi,重度为γi，则深处z处土的自重应力可通过对各土层自重应力求和得到，即：z“尚需注意”部分老师说考，看看吧3.2基地压力1、基础底面传递给地基表面的压力，称为基底压力。3.2.2基底压力的简化计算1、中心荷载作用时其中，公式G=γGAd需掌握，考。3.3地基附加应力3.3.1竖向集中力下的地基附加应力1、在工程实践中应用最多的是竖向法向应力σz，有σz=选择、判断α称为集中力作用下的地基竖向应力系数，是r/z的函数，由表3.1查取。2、P52例3.2不要求掌握。但图会出选择或判断需知道r=1m处竖直面上附加应力是先大后小；z=3m处水平面上是向四周渐变小的。3.3.2分布荷载作用下地基附加应力（填空、判断、选择）1、需会做P55的例3.3与例3.4，在此不赘述。2、应用角点法时尚须注意：①要使角点M’位于所划分的每一个矩形的公共角点②划分矩形的总面积应等于原有的受荷面积③查表时，所有分块矩形都是长边为l，短边为b。3.4有效应力原理1、σ’=σ-u称为饱和土的有效应力原理。其中：σ’为有效应力，σ为总应力，u为孔隙水压力。第四章、土的变形性质及地基沉降计算4.1土的压缩性4.1.1基本概念1、土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。4.1.2压缩试验及压缩性指标1、评价土体压缩性通常有①压缩系数②压缩指数③压缩模量2、压缩系数a：e-p曲线上任一点的切线斜率a表示相应于压力p作用下的压缩性如图4.4所示，压力由p1增至p2，所对应的点为M1、M2，则土的压缩性可用图中割线M1M2斜率表示由上式可知，只有附加应力才会引起地基的变形。为了统一标准，通常采用压力间隔由p1=100kPa（0.1MPa）增加到p2=200kPa（0.2MPa）时所得到的压缩系数a1-2来评定土的压缩性高低。3、压缩指数Cc：（1）、用e-lgp曲线求得。图4.5；（2）、压缩指数越大，土的压缩性越高（压缩系数也是一样）4、压缩模量Es：压缩模量越小，土的压缩性越高。（由此可见，压缩模量Es与压缩系数a成反比，Es越大，a就越小，土的压缩性越低）Es=（1+e1）/a4.1.3土的荷载试验及变形模量1、土的变形模量是指土体在无侧限条件下单轴受压时的应力与应变之比，用符号E0表示。（考）4.2地基最终沉降量计算4.2.1分层总和法1、分层。从基础底面开始将地基土分为若干薄层，分层原则：①厚度hi≤0.4b（b为基础宽度）②天然土层分界处③地下水位处。2、确定沉降深度zn。按“应力比”法确定，即一般土σzn/σczn≤0.2软土σzn/σczn≤0.13、按公式计算每一分层土的变形量ΔSi=该式即为σ=Eε的变形其中：ESi表示第i层土的侧限压缩模量（MPa）4、计算地基最终沉降量sS=Δs1+Δs2+···Δsn=ΔSi4.2.2《建筑地基基础设计规范方法》1、地基沉降计算深度zn，规范法通过“变形比”试算确定。4.3应力历史对地基沉降的影响4.3.1天然土层应力历史（会有判断、选择、填空）1、黏性土在形成及存在过程中所经受的地质作用和应力变化不同，所产生的压密过程及固结状态亦不同。根据土的先（前）期固结压力pc（天然土层在历史上所承受过的最大固结压力）与现有土层自重应力p1=γz之比，即pc/p1，称为“超固结比”（OCR）,可把天然土层划分为三种固结状态。（1）、超固结状态。pc＞p1,即OCR＞1。其可能由于地面上升或河流冲刷将其上部的一部分土体剥蚀掉，或古冰川下的土层曾经受过冰荷载（荷载强度为pc）的压缩，后来由于气候转暖、冰川融化以致使上覆压力减小等。（2）、正常固结状态。pc=p1=γz，OCR=1.土层沉积后厚度无大变化，以后也无其他荷载的继续作用。（3）、欠固结状态。土层逐渐沉积到现在地面，但没有达到固结稳定状态。如新近沉积黏性土、人工填土等。pc＜p1（这里pc=γhc,hc代表固结完成后地面下的计算深度。）4.4地基变形与时间的关系4.4.1饱和土的渗透固结1、饱和粘土在压力作用下，孔隙水将随时间的迁延而逐渐被排除，同时孔隙体积也随之缩小，这一过程称为饱和土的渗透固结。2、如图，弹簧—活塞模型。外力σZ，弹簧承担的压力为σ’，水承担的压力为孔隙水压力u，则有σZ=σ’+u（实为饱和土的有效应力原理）可见，饱和土的渗透固结也就是孔隙水压力逐渐消散和有效应力相应增长的过程。4.4.2太沙基一维固结理论1、Cv—土的竖向固结系数k、a、e0分别为渗透系数、压缩系数和土的初始孔隙比2、（不记公式，需知道字母的含义）式中：uz,t---深度z处某一时刻t的孔隙水压力H---压缩土层最远的排水距离，当土层为单面排水时，H取土层的厚度；双面排水时，水由土层中心分别向上下两方向排出，此时H应取土层厚度之半。Tv---竖向固结时间因素式中：t---时间。变换形式则为由上式及H的定义可得，达同一固结度时，双面排水所需时间仅为单面排水的1/4。3、固结度：地基荷载作用下，时间t的沉降量与最终沉降量之比。即Ut=sct/sc可知固结度是时间因数的函数。给公式需会转化。5、P95例4.3。注意单位。P79习题4.1第五章、土的抗剪强度5.1土的抗剪强度概述（计算题）1、土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。5.1.1库伦公式1、沙土的抗剪强度表达式τf=σtan式中τf--