2019-2020(2)土力学【土工原理】 课程内容整理1 综述《土力学》是土木工程、水利工程等相关专业的一门重要的专业基础课，是用基础力学的基本原理和土工试验技术研究土的强度、变形、渗透及其规律的一门学科，具有很强的理论性和实践性。

通过本次土力学课程学习，我对土力学的研究内容、研究方法有了一定的了解，掌握了一些重要指标的计算方法。

为了更好地掌握土力学的知识，我绘制了如下知识体系框架图。

依照这一思路，从绪论入手，以“如何解决土力学的三大核心问题”为线索，结合土力学的工程应用，整理本学期《土力学》课程的一些重点内容如下。

2 绪论图 1-1 知识结构思维导图2.1 学科概况2.1.1 土力学的学习目的定义：土是自然历史的产物，是由地壳表层不同成因的岩石在物理、化学生物等风化作用后经过搬运、沉积形成的松散颗粒堆积物。

应用：①把土作为建筑物地基，在土层上修建厂房等；②用土作为材料，修筑堤坝、路基以及空间填料等；③作为环境介质，修建地下商城等；目的：①预防岩土灾害发生；②保障建筑物的安全和正常使用；2.1.2 土的基本特性和特点土是大小不同，形状各异的固体颗粒的集合体。

且具有以下性质：①碎散性，在外力作用下颗粒之间容易产生相对移动；②不均匀性，土的性质随空间和时间而变；③多孔多相，具有区域性2.2 土的物理性质及工程分类1知识点梳理如下（思维导图见下页）：名词解释：土的定义：土是岩石经风化、搬运、沉积或堆积后形成的松散颗粒集合体，是由固相、液相、气相组成的三相体系。

物理风化：物理风化是指岩石中发生的只改变颗粒大小与形状，不改变岩石矿物成分的过程。

化学风化：化学风化指岩石与水、氧气、二氧化碳等物质长时间接触，产生水化、氧化和碳化等化学变化，分解为细小颗粒并且矿物成分发生改变的过程。

生物风化：生物风化指动、植物及人类活动对岩石产生的破坏作用。

（人类的开矿爆破活动也算）1土的工程分类考试不作重点，但考证要引起重视图2-1 第二章思维导图残积土：指岩石经风化后未经自然力搬运而残留在原地的岩石碎屑组成的土。

运积土：指岩石风化后的产物经重力、风力、水力以及人类活动等动力搬运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。

原生矿物：是岩石经物理风化生成的颗粒，其矿物成分与母岩相同，常见的有石英、长石和云母等。

次生矿物：是岩石中矿物经化学风化作用后形成的新矿物，性质与母岩完全不同，颗粒小，性质不稳定。

土粒粒组：土粒的大小称为粒度，把大小、性质相近的土粒合并为一组，称为粒组。

划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。

★土的颗粒级配：工程上常用土中各粒组的相对含量占总质量的百分数来表示土的组成情况，称为土的颗粒级配。

★不均匀系数与曲率系数：不均匀系数反映了不同粒组的分布情况，其越大表示土越不均匀；曲率系数反映了级配曲线分布的整体形态，表示了是否有某粒组缺失的情况。

（P10）★级配良好的标准：Cu>=5和Cc=1-3结合水：结合水是受土颗粒表面电分子引力作用吸附在土颗粒表面上的水，分为强结合水和弱结合水两种。

自由水：土空隙中存在于土颗粒表面电场影响范围以外的水称为自由水。

重力水：重力水是位于地下水位以下透水层中的水，受重力和压力差的作用在土中流动。

自由水。

（危害：地基、路基冻害；使建筑物地下室过分潮湿；引起土的沼泽化和盐渍化）灵敏度：黏性土的原状土无侧限抗压强度与重塑土无侧限抗压强度之比。

原状土：从地层中取出保持原有结构的土。

重塑土：将原状土的结构彻底破坏后再按原状土的密度和含水率制备的试样。

触变性：黏性土受到扰动后，结构破坏，强度降低，但静置一段时间后，土的强度又会逐渐增长，这种特性称为土的触变性。

【填空】土的结构是指土粒单元的大小、形状、相互排列及其连结关系等因素形成的综合特征。

密实度：指单位体积中固体颗粒的含量★塑性指数和液性指数：塑性指数是液限与塑限之差，塑性指数越大，可塑状态含水率变化范围就越大，表明该土能吸附的结合水多，仍处于可塑状态。

液性指数可以用来表示黏性土所处的软硬状态。

压实系数：现场压实填土的控制干密度与室内试验所得到的最大干密度的比值。

简答题：★击实效果的影响因素：①含水率。

只有当土体处在最优含水率时，土才能得到充分压实。

②击实功。

当含水率较小时，增加击实功对于提高干密度的影响较大；含水率较大时，收效不大。

③土的性质。

无黏性土的级配、颗粒粗细对压实效果有很大影响。

黏土的压实效果与其中矿物成分含量有很大关系。

④击实方式。

3 渗透问题知识点梳理如下：图3-1 第三章思维导图名词解释：达西定律：在层流状态的渗流中，水的渗透性与水头梯度成正比。

★流砂：当渗透力j大于或等于土的有效重度时，土粒间的压力被抵消，土粒处于悬浮状态而失去稳定，土粒随水流动，这种现象称为流砂。

【危害】大量土颗粒流失，使土结构被破坏，地面凹陷，使施工困难，影响临近建筑物和地下管网稳定和安全。

【预防措施】①采取井点降水法消除水头差；②在上游做混凝土防渗墙增长渗流路径；③在渗流出口覆盖压重的防水材料平衡渗透力；④下游挖减压沟；⑤采用土层加固或冻结法施工★管涌：在渗流作用下．土体细颗粒沿骨架颗粒形成的孔隙，水在土孔隙中的流速增大引起土的细颗粒被冲刷带走，最终形成贯通的通道造成土体塌陷，这种现象称作管涌。

【发生条件】①几何条件，粗颗粒构成的空隙直径大于细颗粒的直径，不均匀系数Cu>10；②水力条件，水头梯度超过临界水头梯度。

【预防措施】①改变几何条件，在渗流溢出部位设置反滤层。

②改变水力条件，在上游做防渗铺盖或是打板桩，从而降低土层内部和渗流逸出口处的水力梯度。

★饱和土的有效应力原理：饱和土中任一点的总应力总是等于有效应力加上孔隙水压力; 或是有效应力总是等于总应力减去孔隙水压力。

4 土中应力计算知识点梳理如下（思维导图见下页）：名词解释：自重应力：指土体受到自身重力作用而存在的应力，又分为两种情况；附加应力：指土体受外荷载以及地下水渗流、地震等作用下附加产生的应力增量，是地基变形的主要原因之一。

等代荷载法：如果地基中某点M与局部荷载的距离比尺寸面尺寸大很多时，就可以用一个集中力P代替局部荷载，称为等代荷载法。

★这章以计算为主，附加应力计算涉及到了很多参数，查表时需要注意。

必要的公式需要记一记。

5 土体变形问题（土的压缩与固结） 知识点梳理如下（思维导图见下页）：名词解释：土的压缩性：土在压力作用下体积压缩变小的性能。

压缩系数&压缩指数：两者都是反映土的压缩性的指标，但也有所不同，前者随所取的初始压力及压力增量的大小而异，后者在较高压力范围内是常数。

★压缩模量：土体在侧限条件下竖向附加压应力与竖向应变之比值(MPa), 也称侧限模量。

★分层总和法基本假设：①土的压缩完全是由于空隙体积减小导致骨架变形的结图 4-1 第四章思维导图果，土粒本身的压缩忽略不计；②土体仅产生竖向压缩，无侧向变形；③在土层厚度范围内，压力均布。

土的单向固结理论研究沉降随时间的变化过程。

简答：★分层总和法的计算步骤（9步）和三个计算公式；6 土体强度问题（土的抗剪强度）知识点梳理如下（思维导图见下页）：名词解释：土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的主要力学性质之一。

土体发生剪切破坏的内因主要是由于土具有碎散性，土颗粒本身强度大于颗粒间的联结强度。

图 5-1 第五章思维导图★土力学中摩尔应力圆的规定与材料力学相反，正应力符号压为正，拉为负；剪应力以绕外法线逆时针旋转为正。

简答题： 三轴试验的三种方法；★要注意利用应力圆的几何关系来解题。

7 土的工程应用7.1 土压力与挡土结构土压力是支挡结构和地下结构上承受的主要外力之一，对支挡结构的稳定性有着重要的影响。

（挡土墙后的土体作用在挡土墙上的侧向压力叫土压力，是挡土墙上的主要荷载）。

名词解释：图 6-1 第六章思维导图墙位移的增加，土压力不断减小，随着位移增加墙后土体出现连续滑动面，应力状态达到主动极限平衡状态时，墙背所受到的土压力，称为主动土压力，用E a表示。

位移的增加，土压力不断增大，随着位移增加墙后土体出现连续滑动面，应力状态达到主动极限平衡状态时，墙背所受到的土压力，称为被动土压力，用E p表示。

上的土压力称为静止土压力，用E0表示。

E p >E0 >E a挡土墙：是防止土体坍塌的构筑物。

在房屋建筑、桥梁、道路以及水利工程等工程中得到广泛应用区别：朗肯理论与库仑理论分别根据不同的假设，以不同的分析方法计算土压力。

朗肯土压力：１）应用半空间中的应力状态和极限平衡理论的概念比较明确，公式简单，便于记忆，对于粘性土和无粘性土都可以应用该公式计算，故应用广泛。

２）但为了使墙后的应力状态符合半空间的应力状态，必须假设墙背是直立的，光滑的，墙后填土面是水平的。

４）朗肯理论广泛用于非均质填土，有地下水情况，填土面上有均布荷载。

库伦土压力：１）根据墙后滑动土楔的静力平衡条件导得计算公式，考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背倾斜，填土面倾斜情况。

２）但由于该理论假设填土是无粘性，因此不能用库仑理论的原始公式直接计算粘性土的土压力。

３）库仑理论假设墙后填土破坏时，破坏面是一个平面，而实际上是曲面，因此计算结果与按曲面计算有出入。

7.2 土坡稳定分析名词解释：土坡：具有倾斜坡面的土体，通常可分为天然土坡和人工土坡。

天然土坡：由于地质作用自然形成的土坡，如山坡，江河岸坡。

人工土坡：经过人工挖、填的土工建筑物边坡，如基坑、渠道、土坝、路堤。

简单土坡：当土坡的顶面和底面都是水平的，并延伸至无穷远，且由均质土组成图7-1 土的工程应用时。

滑坡（边坡破坏）：土坡上的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。

根本原因：土体内部某个滑动面上的剪应力达到了它的抗剪强度，使稳定平衡遭到破坏。

土坡滑动失稳的原因：①土体内部剪应力加大，如：路堑或基坑开挖,堤坝施工中上部填土荷重增加等。

②土体抗剪强度降低，如：黏土夹层因雨水侵入而软化导致土体强度降低.7.3 地基承载力名词解释：地基承载力：是指地基承担荷载的能力。

确定地基承载力的方法：（1）原位试验法：通过现场试验直接确定承载力的方法。

包括(静)载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等，其中以载荷试验法为最可靠的基本的原位测试法。

（3）规范表格法：根据室内试验指标、现场测试指标或野外鉴别指标，通过查规范表格得到承载力的方法。

（2）理论公式法：根据土的抗剪强度指标的理论公式计算确定承载力的方法。

（4）当地经验法：基于地区的使用经验，进行类比判断确定承载力的方法。

它是一种宏观辅助的方法。

荷载。

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