土力学
第一章土的物理性质及工程分类
1.土的特点:碎散性、三相性(固,液,气) 、天然性(自然变异性)或成层性.
2.土粒大小是影响土的性质最主要因素.土性取决于颗粒的形状,大小和矿物成分.
3.常用的粒度成分的表示方法有表格法、累计曲线法和三角坐标法.
1).表格法.表格法是以列表形式直接表达各粒组的百分含量.它用于粒度成分的分类是十分方便的.
2)累计曲线法.该方法是比较全面和通用的一种图解法,适应于各种土级配好坏的相对比较.由累计曲线的坡度可以大致判断土粒的均匀程度或级配是否良好.
3)三角坐标法.三角坐标法只适用于划分三个组粒的情况.
4.研究土中水必须考虑到水的存在状态及其土粒的相互作用;存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类.
结合水是指受电分子吸引力吸附在土粒表面的土中水.
自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水.
5.土中气:土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位.
含气体的土称为非饱和土,非饱和土的工程性质研究已形成土力学的一个热点.
6.我们把粘土颗粒在直流电作用下向阳极移动的现象称为电泳;而水分子向阴极移动的现象称为电渗.
7.双电层的厚度既取决于颗粒表面的带电性,又取决于溶液中阳离子的价数.
8.粘土间的相互作用力:(1)粒间吸引力土粒间吸引力主要来源于分子间的范德华力.(2)土粒间排斥力
9.土的结构:是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征.
10.土的构造:土中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分土层之间的相互关系的特征.
11.反映土轻重程度的指标:(1)土的天然密度ρ.ρ=m/V (2)土的干密度ρd =m s/V. (3)土的饱和密度ρsat=m s+Vvρw/V (4)土的浮密度ρ′(5)土粒的相对密度
12.反映土松密程度的指标(1)孔隙比e:土中孔隙体积与土粒体积之比(2)孔隙率n :土中孔隙体积与总体积之比,以百分数表示.
13.反映土含水程度的指标(1)土的含水率ω:土中水的质量与土颗粒质量之比,称为土的含水率,以百分数计.
14.影响压实效果的因素:土类、级配、压实功能和含水率,另外土的毛细管压力以及孔隙压力对土的压实性也有一定影响.
第二章土中水的运动规律
1.孔隙中的自由水在重力(水位差)作用下,发生运动(从土内孔隙中透过)的现象叫渗透.
2.土体具有被水透过的性质称为土的渗透性或透水性.
3.渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类:一是因渗流力的作用,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,如深基坑中流沙和管涌现象;二是由于渗流作用,使水压力或浮力发生变化,导致土体或结构失稳.
4.渗流力:水在土中渗流时,受到土颗粒的阻力T的作用,这个力的作用方向与水流方向相反.
5.流沙现象:土颗粒之间的压力等于零,土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定.
6.流沙现象的防治原则:(1)减小或消除水头差,如采取基坑外的井点降水法降低地下水位或水下挖掘;(2)增长渗流途径,如打板桩;(3)在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力;(4)土层处理,减小土的渗透系数,如冻结法、注浆法等.
7.管涌现象:水在砂性土中渗流时,土中的一些细小颗粒在渗流力作用下,可能通过粗颗粒的孔隙被水流带走,这种现象称为管涌.
8.防治管涌现象,一般从下列三个方面采取措施:(1)改变几何条件,在渗流逸出部位设反滤层是防止管涌破坏的有效措施;(2)改变水力条件,降低水力梯度,如打板桩等;(3)土层处理,减小土的渗透系数.
9.流网是由一组流线和一组等势线相互正交组成的网格.流网具有以下特征:(1)流线与等势线相互正交.(2)流线与等势线构成的各个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(即各相邻两流线间)的渗流量相等.
10.土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下,沿着孔隙向上及其他地方移动的现象.这种细微孔隙中的水被称为毛细水.
11.影响冻胀的因素:(1)土的因素(2)水的因素(3)温度的因素(4)外载荷的因素
第三章土中应力计算
1.土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种.土中应力按其作用原理或传递方式可分为有效应力和孔隙应力两种.
2.土体的应力-应变关系:(1)土的连续性假定(2)土的线弹性假定(3)土的各向同性假定
3.土中某点的自重应力与附加应力之和为土体总的应力.
4.在土力学中,正应力以压为正,拉为负.剪应力以逆时针为正.
5.地下水位升降,使地基土中自重应力也相应发生变化.
6.基底附加压力是指超出原有地基竖向应力的那部分基底压力,也即是作用在基础底面的压力与基底处建造前土中自重应力之差.
7.有效应力原理:计算土中应力的目的是为了研究土体受力后的变形和强度问题.
8.土中有效应力是指土中固体颗粒(土粒)接触点传递的粒间应力.
9.存在土体中某点的总应力有三种情况,即自重应力附加应力、自重应力与附加应力之和.
10.有效应力原理:(1)饱和土中任意点的总应力σ总是等于有效应力加上孔隙水压力;(2)土的有效应力控制了土的变形及强度.
第四章土的压缩性与地基沉降计算
1.土的三大工程问题:渗流、变形、强度.
2.在外力作用下土体体积缩小的特性称为土的压缩性.
3.土的压缩通常由三部分组成:(1)固体土颗粒被压缩;(2)土中水及封闭气体被压缩;(3)水和气体从孔隙中排出.
4.对饱和土来说,土体的压缩变形主要是孔隙水的排出.
5沉降:在建筑物荷载作用下,地基土主要由于压缩而引起基础的竖向位移.
6.计算地基沉降时,必须取得土的压缩性指标.土的压缩性指标可以通过室内压缩试验或现场原位试验的方式获得.
7.土的变形模量是指土体在无侧限条件下的应力与应变的比值.变形模量是反映土的压缩性的重要指标之一.
8.土的弹性模量的定义是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力-应变模量.
9.变形顺序:初始沉降、固结沉降、次固结沉降.
10.几种沉降计算方法:分层总和法、应力面积法和弹性理论方法.
第五章土的抗剪强度
1.土的抗剪强度是指土抵抗剪切破坏的极限能力.
2.土的c和ф统称为土的抗剪强度指标.
3.土的抗剪强度是决定建筑物地基和土工建筑物稳定性的关键因素.
4.无粘性土的抗剪强度决定于有效法向应力和内摩擦角.
5.应力路径是指在外力作用下,土中某一点的应力变化过程在应力坐标图中的轨迹.它是描述土体在外力作用下应力变化情况或过程的一种方法.
第六章土压力与挡土墙
1.用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌,保持土体稳定性的一种建筑物,俗称挡土墙.
2.土压力是设计挡土墙结构物断面及验算其稳定性的主要外载荷.
3.根据挡土墙的方向,大小及墙后填土处的应力状态,将土压力分为静止土压力,主动土压力,被动土压力三种.
4.影响土压力的最主要因素:墙体位移条件.
5.挡土墙的类型:重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚定板及锚杆式挡土墙.
第七章地基承载力
1.地基承载力是指单位面积上地基所能承受的荷载.
2.地基破坏模式可分为整体剪切破坏、局部剪切破坏及冲切破坏三种。
3.地基临塑载荷是地基中将要而尚未出现塑性变形区时的基底压力.
4.地基极限承载力pu是指地基发生剪切破坏失去整体稳定时的基底压力,地基承受载荷的极限压力.将地基极限承载力除以安全系数K,即为地基承载力的设计值。
第八章土坡稳定分析
1.土坡上部分岩体或土体在自然或人为因素的影响下沿某一明显界面发生剪切破坏向坡下运动的现象称为滑坡.
2.影响土坡滑动的原因较多,但其根本原因在于土体内部某个面上的剪应力达到抗剪强度,使稳定平衡达到破坏。
因此,导致土坡滑动失稳的原因可归纳为两种:(1)外界其他荷载作用或土坡环境变化等导致土
体内部剪应力加大.(2)外界其他因素导致土体抗剪强度降低.
3.无粘性土的土坡滑动稳定安全系数为:K=tanф/tanβ
ф表示内摩擦角,β表示坡角。
由上可见,对于均质无粘性土坡,理论上突破的稳定性与坡高无关,只要坡角小于土的内摩擦角,K>1,土体就是稳定的。
当坡角与土的内摩擦角相等时,稳定安全系数K=1,此时抗滑力等于滑动力,土坡处于极限平衡状态,相应的坡角就等于无粘性土的内摩擦角,特称之为自然休止角。
通常为了保证土坡具有足够的安全储备,可取K》1.25-1.5。
4.土坡稳定分析方法分为了两种:①土坡圆弧滑动体按整体稳定分析法,主要适应于均质简单土坡.②条分法分析土坡稳定,该法对非均质土坡、土坡外形复杂、土坡部分在水下时均适用。
第九章土在动荷载作用下的力学性质
1.根据动荷载的主要特点,一般分为三类:①单一的大脉冲的瞬时冲击荷载.②有限次、随机性的振动荷载.③多次重复的微震幅振动荷载
2.动荷载作用对土体产生的影响主要有:①土的强度降低;②地基产生附加沉降;③沙土与粉土的液化;④粘性土发生蠕变。
3.土的主要动力特征参数:①土的动剪切模量;②土的阻尼比;③土的剪切波速。