土力学专业课

第一章土力学：研究土体的一门力学，它是研究土体的应力，变形，强度，渗流及长期稳定的一门学科。粒度：土粒的大小粒组：一定粒度范围的土粒颗粒级配：粒组相对含量，即各粒组质量占土粒总质量的百分比限制，中值，有效粒径：小于某粒径累计百分比的60%，30%，10%不均匀系数：粒组分布情况，反应土粒均匀程度结合水：受电分子引力影响吸附在土粒表面的自由水强结合水：紧靠在土粒表面的结合水膜弱结合水：紧靠在强结合水外围的结合水膜自由水：存在于电分子引力范围以外的水重力水：地下水位以下的透水层中的地下水毛细水：地下水位以上，受水与空气交界面表面张力的自由水毛细压力：由于弯液面张力与土粒表面的浸润作用，使毛细弯液面切线反向产生使土粒挤紧的力P19图1-9比表面：单位体积颗粒总表面积电泳：黏土颗粒本身带有一定量的负电荷，在电场作用下向阳极移动的现象电渗：极性水分子和水中阳离子形成水化离子，在电场作用下向阴极移动的现象土的结构：土粒单元体大小，矿物成分，形状，相互排列和链接关系，以及土中水的性质，孔隙等因素形成的综合特征土的构造：同一土层中的物质和颗粒大小等相似的各部分之间的关系，表征了土的层理（成层性），裂缝等特征单粒结构：由粗大土粒在水或空气中下沉形成，土颗粒相互间有稳定的空间位置蜂窝结构：主要由粉粒或细粒组成的结构形式，有很大孔隙，相互间引力大于重力，土粒停留在最初的接触点不再下沉絮状结构：由细小黏粒组成，能在土中长期悬浮第二章1、相对密度：土粒质量与同体积4°时纯水质量之比Ga=ds=比重=sssVmG=s2、含水量：土中水的质量与土质量之比%100smm3、密度（湿密度）：土体单位体积的质量Vm＝，（kg/m3）4、干密度：土中单位体积固体颗粒部分质量Vmsd，（kg/m3）5、饱和密度：土孔隙中充满水时的单位体积质量VVmvssat=()1sGee6、浮密度（有效密度）：地下水位以下单位体积土粒质量与同体积水质量土之差'sswmVV7、重度：土的重力密度称为重度g，（kN/m3）8、孔隙比：孔隙体积与土粒体积比svVVe9、孔隙率：孔隙体积与总体积之比VVnv100％10、饱和度：水体积与孔隙体积之比%100vrVVS11、可塑状态：黏性土在某含水量范围内，可由外力朔成任何形状而不发生裂纹，外力移去后任可保持既得形状，这种性能也叫可塑性12、液限：土由可朔状态到流动状态的界限含水量L13、朔限：土由可朔状态到半固态的界限含水量p14、缩限：土由半固态不断蒸发水分，体积不断缩小直到，体积不再缩小时的界限含水量Ws15、朔性指数：液与朔差Ip=L－P16、液性指数：天然含水量与朔限的差与朔性指数的比PLpPpLII－－＝－＝17、天然稠度：原状土样的液限和天然含水量的差与朔性指数的比cLLP－＝－18、土的灵敏度：原状土强度与重塑土强度之比19、触变性：黏性土抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质20、砂土的相对密实度：minmaxmaxeeeeDr当e=emax，Dr=0时；表示土体处于最疏松状态；当e=emin，Dr=1.0；表示土样处于最紧密状态。一般情况下，可以用相对密度Dr的值对砂土的密实程度进行划分：Dr≤31松散；31Dr≤32中密；32Dr密实。21、饱和重度：eeGssat1=satg，（kN/m3）22、干重度：单位体积中土粒的重量d=dg，（kN/m3）23、有效重度（浮重度）：VVgmss=11sGe=s1s1G（）G（）（kN/m3）sat＞＞d＞＋＝sat1d或eGsd1een＋＝1或sdGn－＝1eGSsr砂粒（粒径2~0.075mm）粉粒（0.075~0.005mm）黏粒（＜0.005mm）密实度密实中密稍密孔隙比ee＜0.750.75≤e≤0.90e＞0.90粉土密实度与湿度分类湿度很湿湿稍湿含水量（%）＞3020≤≤30≤20土的胀缩性：指黏性土具有吸水膨胀和失水收缩的变形特征具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率≥40%的土：①裂隙发育，常有光滑面和擦痕②多出露于二级或二级以上阶地③常见浅层塑性滑坡、地裂④建筑物裂隙随气候变化而张开和闭合简述土的冻胀性，危害以及产生原因？答：土的冻胀性：是土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的变形特性。危害：①冻胀使地基隆起，使柔性路面鼓包、开裂。使刚性路面错缝或折断②冻胀将修建在其上的建筑物抬起使其发生开裂，倾斜，甚至倒塌，③对工程危害更大的是土层冻融后，上部聚集的冰晶融化，使土中含水量上升，加之细粒土排水困难，使土层软化，强度大大降低。路基冻融后经车辆反复碾压路面出现开裂，冒泥，即翻浆现象④冻胀还会使涵管、桥梁、房屋发生不均匀沉降，引起建筑物开裂破坏原因：土中水分向冻结区迁移和聚集的结果，当土层温度降到负温时，土中自由水首先在0度结成冰晶，随着温度下降，弱结合水最外层也开始结成冰晶→结合水膜变薄→a.产生剩余分子引力，b.离子浓度增加，加大渗透压→附近为冻结区结合水膜较厚的结合水被吸引到冻结区上述过程反复作用，发生冻胀，直到水源补给停止防治：在地基或路基中换填砂土第三章水在土中的渗流，一方面会引起水量损失或基坑积水，影响工程效益和进度；另一方面将引起土体变形，改变构筑物或地基的稳定条件，直接影响工程安全。1、渗透：液体从物质微孔中透过的现象2、渗透性：土具有被液体透过的性质3、渗流：液体在土孔隙或其他透水性介质中流动的问题称为渗流4、渗流力：土中渗流对土颗粒施加的作用力5、渗透变形：渗流力引起土颗粒或土体的移动，土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏。基本类型：流砂与管涌6、层流:：水的每个粒组沿着一定的路线移动，不与其他任何粒子路线相交（相邻两个水分子运动的轨迹相互平行而不混流）7、渗透系数：反应土透水性的比例系数，单位水力梯度的渗流速度8、起始水力梯度：对于密实黏土，当水力梯度达到某一数值后，才发生渗透，将这一水力梯度称为起始水力梯度9、流砂：向上的渗流力克服了向下的重力，粒间有效应力为0时，颗粒发生悬浮，移动的现象称为流砂10、临界水力梯度：使土开始发生流砂现象时的水力梯度/crwi=11sGn11、管涌：在渗流作用下，较细的颗粒在较粗颗粒形成的孔隙中移动，甚至流失，随着孔隙的不断扩大，流速的不断加快，较粗的颗粒也开始被水流带走。最终形成贯通的渗流管道造成土体塌陷的现象称为管涌，人类工程活动引起，是渐进性质的破坏。水头：wphzp-水压z-基准面高度达西定律：土中水渗透速度与能量（水头）损失之间的关系的规律q=vA=kiAq-单位渗流量v-断面平均渗流速度A-圆筒断面积i-水力梯度，△h/Lk-反应土透水性的比例系数，称为渗透系数黏性土的起始水力梯度：使粘性土开始发生渗透时的水力坡降影响土的渗透系数的主要因素：①土的粒度成分②土的密实度③土的饱和度④土的结构⑤水的温度⑥土的构造成层土与层面平行的平均渗透系数总大于＞与层面垂直的平均渗透系数稳定渗流：渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变二维渗流方程：211221k?zh=h1-k?+k?HH（0≤z≤H1）11211212(z)kkkHHhhHH（H1≤z≤H2）11222120()()hhhqkAkAHHP76图3-15流网：由流线和等势线组成的曲线正交网格。在稳定渗流场中，流线表示水质点的流动路线渗流力会引起哪些破坏：①由于渗流作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳。如流砂，管涌②由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体或结构物失稳。如岸坡滑动，挡土墙失稳。Q3Q2Q1k1k2k3F1F2F3H1H2H3k1k2k3QF1F2F3h1h2h3H1H2H3水头损失：水在土体中流动时受到土粒的阻力JT·iJ-渗流力T-土粒对水的阻力i=△h/LL-水通过距离简述流沙和管涌？答：流砂：向上的渗流力克服了向下的重力，粒间有效应力为0，导致土体产生悬浮，移动,的现象。发生条件：必要条件是水力梯度大于临界水力梯度，同样受土颗粒级配，密度，透水性的影响防治：①改变水力条件，降低水头差，如采取基坑外井点降水法或采取水下挖掘；改变水力条件还包括增加渗流路径，如打板桩；②在渗流流出部位用透水性材料覆盖压重以平衡渗流力③土层加固处理如冻结法、注浆法管涌（人类活动产生）：在渗流力作用下较小的颗粒在较大颗粒形成的空隙中移动，甚至流失，随着空隙不断的增大，流速不断的加快，较达大的颗粒也相继流失，最终形成贯通的管道，造成土体塌陷在自然界中的管涌称之为潜蚀：又分为机械潜蚀和化学潜蚀，机械潜蚀：细土粒单纯在渗流力作用下流失，形成洞穴。化学潜蚀：水流溶解了土中的易溶盐和胶结物，土体变松，细土粒在渗流力作用下流失，形成洞穴（两种潜蚀同时存在）发生条件：几何条件：细颗粒的直径，小于粗颗粒形成的空隙，一般不均与系数大于10；水力条件：渗流力要能构提供细颗粒移动所需的水力条件防治措施：①改变水力条件中的降低渗流路径如打板桩；②改变几何条件，在渗流逸出部位设置反滤层是防治渗流破坏的有效措施两者区别：①流砂发生在水力梯度大于临界水力梯度，而管涌可以发生在水力梯度小于临界水力梯度情况下②流砂发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可在渗流逸出处，也可在土体内部③流砂发生在水流方向向上，而管涌没有限制。④流砂发生具有突发性，管涌一般有个时间过程第四章1、自重应力：土体受到自身重力作用而存在的应力，（可以分为成土年代久，在自重作用下完成压缩的；和新近沉积没有完成压缩的）2、附加应力：土体受到外荷载，地下水渗流，地震等作用产生的附加应力增量，是地基变形的主要原因，也是地基土强度破坏与失稳的重要原因3、有效应力：土粒传递的粒间应力，控制土体积变形和强度两者变化的土中应力4、孔隙水（气）压力：土中水（气）传递的孔隙水（气）压力5、超静孔隙水压力：由附加应力引起的孔隙水压力，超过了经水压力水头6、应力路径：土中某点应力变化，在应力坐标图上的轨迹（可以用来表示总应力变化，也可表示有效应力变化）7、基底压力（基底反力）：建筑物通过基础将荷载传递给地基，在基础底面和地基之间产生的荷载效应8、基地附加压力：基地压力与基地建造之前的自重应力之差9、角点法：利用矩形面积下的附加应力计算公式，通过叠加原理，推出地基中任意点的附加应力竖向自重应力‘‘‘‘第五章1、土的压缩性：土在压力作用下，体积缩小的特性2、土的压缩：土中孔隙体积的缩小，及土中水和土中气所占体积的缩小3、土的固结：饱和土压缩的全过程，即在压力作用下土中水缩小的全过程。4、压缩系数（指数）：侧限条件下，孔隙比减少量和有效应力增量（常用对数）的比值；5、压缩模量（体积压缩系数）：侧限条件下竖向附加压应力与竖向应变的比值（倒数）6、回弹模量：侧限条件下，卸载再加载时竖向附加压应力与竖向应变的比值7、先期固结压力：天然土层历史上受过的最大固结压力。zcz8、正常，超，欠固结：历史上受过的先期固结压力等于（小于，大于）现有覆盖土重9、超固结比：先期固结压力与现有覆盖土重的比10、原始压缩曲线：现场土层在其沉积过程中由上覆土重原本存在的压缩曲线11、变形模量：无侧限条件下，竖向附加压应力应力与应变的比值12、弹性模量：无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。第六章1、地基压缩层深度：基础底面以下需要计算变形所达到的深度，大于该深度的变形值可以忽略不计2、地基平均附加应力系数：基地某点下至地基任意深度范围内的附加应力分布图面积，对基底附加压力和地基深度的乘积之比3、正常使用极限状态：对应与结构或构件达到正常使用或耐久性的某项限值状态4、瞬时沉降：紧随加压之后地基即时发生的沉降，此时地基体积还来不及发生变形，是地基土的不排水剪切变形，也称初始沉降或不排水沉降5、固结沉降：在荷载作用下，随超孔隙水压力消散，有效