土力学重点概念总结讲课稿

土力学重点概念总结

土力学

1.土的主要矿物成分：原生矿物：石英、长石、云母

次生矿物：主要是粘土矿物，包括三种类型

高岭石、伊里石、蒙脱石

2.粒径：颗粒的大小通常以直径表示。称为粒径（mm）或粒度。

3.粒组：粒径大小在一定范围内、具有相同或相似的成分和性质的土粒集合。

4.粒组的划分：巨粒(>200mm)

粗粒(0.075~200mm) 卵石或碎石颗粒 (20~200mm)

圆砾或角砾颗粒 (2~20mm)

砂 (0.075~2mm)

细粒(<0.075mm)粉粒(0.005~0.075mm)

粘粒(<0.005mm)

5.土的颗粒级配：土由不同粒组的土颗粒混合在一起所形成，土的性质主要取决于不同粒组

的土粒的相对含量。土的颗粒级配就是指大小土粒的搭配情况。

6.级配曲线法：纵坐标：小于某粒径的土粒累积含量

横坐标：使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相差上千倍的粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有主要影响的颗粒部分清楚地表达出来.

7.不均匀系数：可以反映大小不同粒组的分布情况，Cu越大表示土粒大小分布范围广，级配

良好。

8.曲率系数：描述累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状

9.土中水-土中水是土的液体相组成部分。水对无粘性土的工程地质性质影响较小，但粘性土中水是控制其工程地质性质的重要因素，如粘性土的可塑性、压缩性及其抗剪性等，都直接或间接地与其含水量有关。

13.表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为土的三相比例指标。主要指标有：比重、天然密度、含水量（这三个指标需用实验室实测）和由它们三个计算得出的指标干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和度。

14.稠度：粘性土因含水量的不同表现出不同的稀稠、软硬状态的性质称为粘性土的稠度。

15.粘性土的界限含水量：同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量

16.可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征，可塑性的大小用土处在可塑状态时的含水量的变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化范围越大，土的可塑性越好。

1.液限WL——粘性土从可塑状态转变到流塑状态时含水量的分界值，称为粘性土的液限，记为WL。

2.塑限Wp——粘性土从可塑状态转变到半固体状态时含水量的分界值，称为粘性土的塑限，记为Wp

3.缩限Ws——从半固体状态转变到固体状态时含水量的分界值，称为粘性土的缩限，记为Ws。

塑性指数I p：粘性土液、塑限差值（去掉百分号）称为粘性土的塑性指数，记为Ip 。Ip = W L -Wp塑性指数反映的是粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围；塑性指数Ip是粘性土各种影响因子作用后的一个综合反映，从一定程度上，反映了粘性土的工程性质。它是粘性土命名的依据。工程上，用塑性指数Ip对粘性土进行工程分类。Ip ≥17 粘土10≤Ip <17粉质粘土

液性指数I L——粘性土的天然含水量与塑限的差值和塑性指数之比，记为I L。稠度指标，反

映粘性土的软、硬程度

p p

L I W

I

-

=

ω

即

p

L

p

L W

W

W

I

-

-

=

ω

当天然含水量ω小于等于塑限Wp时，土体

处于固态或者是半固态，此时I L小于或等于零；当天然含水量ω大于等于液限W L时，土体处于流塑状态，此时I L大于或等于1.0；当天然含水量在液限WL和塑限Wp之间变化时，I L 值处于0～1.0之间，此时粘性土处于可塑状态。根据IL值的大小，将粘性土的软硬状态分为土坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑等

13.影响土压实性的主要因素什么？

【答】含水量、击实能量、土的颗粒级配、试验条件。

达西定律——水在土中的渗透速度与土的水力梯度成正比v=k·i（水力梯度i，即沿渗流方向单位距离的水头损失）

密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系。达西定律适用于层流，不适用于紊流。

21.渗透：土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象称为水的渗透，而土被水流透过的性质，称为土的渗透性。

22.土渗透性的影响因素;土的粒度成分及矿物成分、合水膜厚度、土的结构构造、水的粘滞度、土中气体

23.渗透水流施于单位土体内土粒上的力称为渗流力、动水压力。

24.当渗流力和土的有效重度相同且方向相反时，土颗粒间的压力等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定。这种现象称为流土，此时的水头梯度成为临界水头梯度icr。

7. 渗透力都会引起哪些破坏？

渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，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；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体和结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌，后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。

六、流砂：在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象。

13、流土与管涌有什么不同？它们是怎样发生的？

答：流土是指向上渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。主要发生在地基或土坝下游渗流逸出处。

管涌是渗透变形的另一种形式。它是指在渗流作用下土体中的细土颗粒在粗土粒形成的孔隙比孔道中发生移动并被带出的现象。常发生在砂砾中，发生在建筑物的底部, 当土体在上下游水头差作用下产生的水力坡降大于土体临界水力坡降时，会产生流土或管涌。或者当地基为成层土时，当有由下向上的流动，粘土层的有效应力为零时，即发生流土。任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏

27.土的压实性：指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度的性质。

28.当含水率较小时，土的干密度随着含水率的增加而增大，而当干密度增加到某一值后，含水率继续增加反而使干密度减小。干密度的这一最大值称为该击数下的最大干密度，此对应的含水率称为最优含水率

29.地基变形的原因是由于土体具有可压缩性的内在因素和地基受到附加压力的作用的外在因素。

30.只有通过土粒接触点传递的粒间应力，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土的变形，而粒间应力又是影响土体强度的一个重要因素，所以粒间应力又称为有效应力。因此，土中自重应

力可定义为土自身有效重力在土体中引起的应力。土中竖向和侧向的自重应力一般均指有效自重应力。为简便起见，常把σCZ称为自重应力，用σC表示。

31.基底压力：基础底面传递给地基表面的压力，也称基底接触压力。

4基底压力分布的影响因素有哪些？简化直线分布的假设条件是什么？

基底压力的大小和分布状况与荷载的大小和分布、基础的刚度、基础的埋置深度以及地基土的性质等多种因素。

假设条件：刚性基础、基础具有一定的埋深，依据弹性理论中的圣维南原理

32.影响基底接触压力大小和分布的因素：A、地基土种类（土性）。B、基础埋深。C、荷载大小及分布情况。D、地基与基础的相对刚度。E、基础平面形状、尺寸大小

3基地压力P计算： (中心荷载作用下(偏心荷载作用下)

基地压力计算：

基地压力P为接触压力。这里的“接触”，是指基础底面与地基土之间的接触，这接触面上的压力称为基底压力。

基底附加压力为作用在基础底面的净压力。是基底压力与基底处建造前土中自重应力之差，是引起地基附加应力和变形的主要原因。

33.基底附加压力：由建筑物建造后的基底压力中扣除基底标高处原有的自重应力后，新增加于基底的压力。

34.附加应力：由建筑物荷载在地基中产生的应力

35.有效应力：通过粒间接触面传递的应力称为有效应力，只有有效应力才能使得土体产生压缩（或固结）和强度。

36.孔隙水应力：饱和土体中由孔隙水来承担或传递的应力定义为孔隙水应力，常用u表示。

孔隙水应力的特性与通常的静水压力一样，方向始终垂直于作用面，任一点的孔隙水应力在各个方向是相等的。

37.当总应力保持不变时，孔隙水应力和有效应力可以相互转化，即孔隙水应力减小（增大）等于有效应力的等量增加（减小）

7．在工程中，如何考虑土中应力分布规律？

由于附加应力扩散分布，他不仅发生在荷载面积之下，而且分布在荷载面积相当大的范围之下。所以工程中：

1、考虑相邻建筑物时，新老建筑物要保持一定的净距，其具体值依原有基础荷载和地基土质而定，一般不宜小于该相邻基础底面高差的1-2倍；

2、同样道理，当建筑物的基础临近边坡即坡肩时，会使土坡的下滑力增加，要考虑和分析边坡的稳定性。要求基础离开边坡有一个最小的控制距离a.

3、应力和应变时联系在一起的，附加应力大，地基变形也大；反之，地基变形就小，甚至可以忽略不计。因此我们在计算地基最终沉降量时，“沉降计算深度”用应力比法确定。

38.土的压缩性：地基土在压力作用下体积减小的特性。土体积缩小包括两个方面： 土中水、气从孔隙中排出，使孔隙体积减小； 土颗粒本身、土中水及封闭在土中的气体被压缩，很小可忽略不计。

39.固结：土的压缩随时间增长的过程称为固结。对于透水性大的无粘性土，其压缩过程在很短时间内就可以完成。而透水性小的粘性土，其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多。

40.土的压缩性：在附加应力作用下，地基土产生体积缩小

42.为了保证建筑物的安全和正常使用，我们必须预先对建筑物基础可能产生的最大沉降量和沉降差进行估算。如果建筑物基础可能产生的最大沉降量和沉降差，在规定的允许范围之

内，那么该建筑物的安全和正常使用一般是有保证的；否则，是没有保证的。对后一种情况，我们必须采取相应的工程措施以确保建筑物的安全和正常使用。

43.压缩系数啊：用单位压力增量所引起的孔隙比的改变，即压缩曲线的割线坡度表征土的压缩性的高低。

44.压缩指数C c：在较高的压力范围内，压缩曲线近似为一直线，很明显，该直线越陡，意味着土的压缩性越高。

45.压缩模量E s：土在完全侧限条件下竖向应力增量?p与相应的应变增量?ε的比值,侧限压缩模量，MPa

46.土体如果曾承受过比现在大的压力，其压缩性将降低，也就是说土的应力历史对压缩性有很大影响。

47.变形模量E0：表示土体在无侧限条件下应力应变之比，相当于理想弹性体的弹性模量。其大小反映了土体抵抗变形的能力，是反映土的压缩性的重要指标之一。

48.变形模量与压缩模量之间的关系：

压缩模量E s：土在完全侧限条件下，竖向正应力与相应的变形稳定情况下的竖向应变的比值。

变形模量E0：土在无侧限条件下，竖向正应力与相应的变形稳定情况下的竖向应变的比值。

49.分层总和法的基本假定：土的压缩完全是由于孔隙体积减小导致骨架变形的结果，土粒本身的压缩可忽略不计；土层仅产生竖向压缩，而无侧向变形；土层均质且在土层厚度范围内，压力是均匀分布的；只计算竖向附加应力的作用产生的压缩变形，而不考虑剪应力引起的变形；基底压力是作用于地表的局部柔性荷载，对非均质地基可按均质地基计算。

50.应力历史：土体在历史上曾经受过的应力状态。

51.固结应力：能够使土体产生固结或压缩的应力

52.能够使土体产生固结或压缩的应力：土在历史上曾受到过的最大固结应力p c

53.抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。

1. 土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数，也就是土的强度指标，为什么？

【答】土的抗剪强度可表达为，称为抗剪强度指标，抗剪强度指标实质上就是抗剪强度参数。

22土的极限平衡条件：即

或

5. 试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同？并指出直剪试验土样的大主应力方向。【答】直剪试验土样的应力状态：；三轴试验土样的应力状态：。直剪试验土样的大主应力作用方向与水平面夹角为900

54.破坏准则：土体达到破坏状态时的应力组合称为破坏准则

54抗剪强度的测试方法：直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压试验、十字板剪切试验、载荷板试验、现场直剪试验。

55.在直剪试验过程中，不能量测孔隙水应力，也不能控制排水，所以只能以总应力法来表示土的抗剪强度。但是为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率的快慢可将之间试验划分为快剪、固结快剪、慢剪

56.直剪试验的缺点：剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面；试验中试验的排水程度靠试验速度的快慢控制；由于上下土盒的错动，剪切过程中试样的有效面积减小，使试样中的应力分布不均匀，主应力方向发生变化，当剪切变形较大时这一缺陷表现更为突出。

57.土压力：挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力

58.土压力的大小和分布规律不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关还与挡土墙的刚度及其位移的方向与大小密切相关。

59.静止土压力E0、σ0

挡土墙为刚性，不动时土处于弹性平衡状态，不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力。

60.主动土压力E a、σa

挡土墙背离填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到的土压力逐渐减小，当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力降为最小值，这时作用在挡土墙上的土压力成为主动土压力。

61.被动土压力E p、σp

挡土墙向填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到挤压而引起土压力逐渐增大，当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力增大为最大值，这时作用在挡土墙上的土压力成为被动土压力。

62.朗肯土压力理论：

基本原理：墙后填土达到极限平衡状态时，与墙背接触的任一土单元体都处于极限平衡状态，然后根据土单元体处于极限平衡状态时应力所满足的条件来建立土压力的计算公式。

基本假定：土体是具有水平表面的半无限体，墙背竖直光滑，采用这样假定的目的是控制墙后单元体在水平和竖直方向的主应力方向。

63.库伦土压力理论：

破坏面为平面

滑动体为刚体

滑动体整体处于极限平衡状态，在滑动面上抗剪强度已充分发挥。