土力学学习小结

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1、这学期我们期待已久的土力学终于开课了，可谓是千呼万唤始出来。还未接触 这门课程之前，早就听很多人说过土力学的重要性，还听说是一门很难的课程。 很高兴的是开课的时候，我看到了于教授出现在土力学的讲堂上，让我有信心 会学好这门课程。通过前六章的学习，土力学的课程也将近学完了一半。我觉 得土力学是一门很特殊的课程，学习过程中基本概念和计算应用同等重要，并 不偏颇遇哪一方，这让我们需要更加用心。下面是土力学前六章的小结。绪论 1 土力学、地基及基础的概念 土是矿物或岩石碎屑构成的松软集合体：是自然历史的产物；岩石是广义的土。土的工程性质：散粒性、渗透性、压缩性、整体强度弱。 地基是受土木工程影响的地层

2、，是支承基础的土体或岩石，包括天然地基和人 工地基。 基础是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分，是墙柱地面下的 扩大延伸部分，包括深基础和浅基础。 持力层：埋置基础，直接 支撑基础的土层。 下卧层：卧在持力层下方 软弱下卧层：软弱下卧层强度下卧层 地基和基础是建筑物的根本，统称为基础工程。基础工程为建筑物的隐蔽工程， 一旦出事，不仅损失巨大，且补救十分困难，因此基础工程在土木工程中具有 十分重要的作用。 地基与基础设计必须满足三个条件：作用于地基上的荷载效应不得超过地基 容许承载力或地基承载力特征值。基础沉降不等超过地基变形允许值。挡 土墙、边坡以及地基基础保证具有具有足够防止失稳

3、破坏的安全储备。一、土的性质及工程分类 2.2 土的三相组成及土的结构 土是三相体系，土的三相数量比例决定着土的物理性质和状态。状态有：轻重、 松密、干湿、软硬。 大多数粘土矿物是有硅片和铝片构成的晶胞所组叠而成的，依铝片和硅片的组 叠形式的不同，可以分为蒙脱石、伊利石和高岭石三种主要类型。 蒙脱石。遇水体积膨胀，亲水性最强，工程性质最差。蒙脱石的晶格是活动 的，晶胞之间键力很弱，亲水性强，遇水体积可增大数倍，脱水后则可收缩。 伊利石。其力学性质介于高岭石和蒙脱石之间。 高岭石。遇水稳定，可塑性低，压缩性低，亲水性差。 工程上把大小、性质相近的土粒合并为一组，称为粒组，而划分粒组的分界尺寸称为

4、界限粒径。界限粒径：200、60、2、0.075、0.005。细分为 六个粒组：漂石（块石） 、卵石（碎石） 、砾粒、砂砾、粉粒、粘粒。土中所含 各粒组的相对含量，以土粒总重的百分数表示，称为土的颗粒级配。 限定粒径：小于某粒径的土粒质量占土总质量的 60%的粒径，d60 有效粒径：小于某粒径的土粒质量占土总质量的 10%的粒径，d10 中值粒径：小于某粒径的土粒质量占土总质量的 30%的粒径，d30 不均匀系数：Cu=d60d10 曲率系数：Cc= d10*d60260d 对于级配连续的土：Cu5 级配良好；Cu5 且 Cc=13，级配良好；反之则级配不良。 土的液态水分为结合水和自由水。其

5、中弱结合水对土的工程性质影响很大。粘 土粒表面带有负电荷，结合水是指受电分子吸引力作用吸附于土粒表面成薄膜 状的水。自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。 黏土矿物和水分子的相互作用：扩散层：静电引力弱，水化离子和阳离子活动 性大。固定层：牢固的吸附水化离子和阳离子。双电层：固定层和扩散层中所 含的阳离子（反离子）与土粒表面负电荷一起构成双电层。 毛细水：毛细水是受到水与空气交界面处表面张力的作用、存在于地下水位以 上的透水层中的自由水。砾类与粗砂，毛细水上升高度很小，而粉细砂和粉土， 则毛细水高度大，而且上升速度也快，及毛细现象严重，若毛细水上升至地表， 会引起土质盐渍化、沼泽化，

6、而且会使地基湿润、强度降低、变形增大。在寒 冷地区还会促使土的冻胀，地下室会过分潮湿，故在工程中药注意防潮、防冻。冻胀：未冻结的水分不断向冻结区迁移和积聚，使冰晶体不断扩大，在土层中 形成冰夹层，土体随之发生隆起，即冻胀现象。 融陷：当气温升高、土层解冻时，土中积聚的冰晶体融化，土体随之下陷，即 出现融陷现象。 土的冻胀现象和融陷现象是季节性冻土的特性，即土的冻胀性。 影响冻胀的因素：土的因素、水的因素、温度的因素。 防治冻胀的工程措施：将构筑物基础底面置于当地冻结深度以下。 土的结构是指土颗粒或集合体的大小和形状、表面特征、排列形式以及他们之 间的连接特征，而构造是指土层的层理、裂缝和大孔隙

7、等宏观特征，亦称宏观 结构。 土的结构一般分为单力结构、蜂窝结构及絮凝结构三种。土的构造最主要的特 征就是成层性，即层理构造。 2.3 土的物理性质指标 三个基本试验指标 土的天然密度：土体单位体积的质量，用环刀法测定m V土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比100%wnm m土的相对密度：土的固体颗粒质量与同体积 4C 是纯水的质量之比111SssWWSmdV-土粒密度S-纯水在 4C 是的密度，等于1w31 g cm土的干密度：土单位体积重固体颗粒部分的质量s dm V土的饱和密度土孔隙中充满水是的单位体积质量svw satmV V土的有效密度：在地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同

8、体积水的质量 后，即为单位体积中土粒的有效质量 sswmV V土的孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比VSVeV土的孔隙率：土中孔隙体积与总体积之比100%VVnV土的饱和度：土中水的体积与孔隙体积之比100%wVVSrV重度 土的三相比例指标换算公式令则得11,SwwV,1VVe Ve ,(1)sswwswswmdmdmd (1) 111 (1)111 () 1swssw dswswdsVwsw satsatmd Ve md Vee ddee mVde Ve (1) 1swd es rdSe相对密实度max maxminreeDeeDr 一般一般分数表示。当 Dr=0，即 e=时，表示砂土处于

9、最疏松状态；maxe Dr=1，即时，表示砂土处于最紧密状态。因此，根据值可把沙土的密mineerD 实度状态分为下列三种：10.67 密实rD0.670.33 中密rD0.330 松散rD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。 塑性指数：Ip=wl-wp 习惯用不带%的百分数表示 液限指数：Il=(w-wp)/(wl-wp)一般用小数表示达西定律：=v=ki=kh/lq A 式中 q单位渗水量；i-水力梯度或水力坡度，i=，即水头差与其距离之比，也表12hh L示单位渗流长度上的水头损失v-渗流速度k-土的渗透系数动水力计算公式：GD=T=r 流动的水对单位体积土骨架作

10、用的力，称为动水力，是水流对土体施加的体积 力，也称为渗流力。 渗透破坏的形式包括管涌和潜蚀。当地下水流动的水力坡降很大时，水流由层 流变成紊流，此时渗流力将土体粗粒孔隙中填充的细粒土带走，最终导致土体 内形成贯通的渗流通道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。 潜蚀分为机械潜蚀和化学潜蚀，机械潜蚀是指渗流的机械力将细土粒冲走而形 成洞穴；化学潜蚀是水流溶解了土中易溶盐或胶结物使土变松散，细土粒被水 冲走而形成洞穴，这两种作用往往是同时存在的。 地基土的工程分类： 岩石：岩石是指颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂缝的岩体。 碎石土：碎石土是指粒径大于 2mmd 颗粒含量超过全重 50%的土，根据粒

11、组含 量及颗粒形状可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。 砂土：砂土是指粒径大于 2mm 的颗粒含量不超过全重 50%，而粒径大于 0.075mm 的颗粒超过全重 50%的土。 粉土：粉土是指粒径大于 0.075mm 的颗粒含量不超过全重 50%，且塑性指数 小于或等于 10 土。 黏性土：是指塑性指数大于 10 的土。pI人工填土：是指由于人类活动而堆填形成的各类土，其物理成分杂乱，均匀 性较差。 特殊土：是指具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特 征的土。三、土中应力的计算 在地表以下深度处自重应力：czz 自重应力沿水平均匀分布，且与 z 成正比，即随深度呈线性增加。

12、 成层土的自重应力： 在一般情况下，天然地基往往由成层土所组成，设各土层的厚度为，则深度ih z 处土的自重应力可通过对各层土自重应力求和得到，即：1112233nicziihhhh L式中 n自天然地面至深度 z 处土的层数;h第 i 层土的厚度；第 i 层土的天然重度，对地下水位以下的土层取有效重度，因i为土受到水的浮力影响，其自重应力相应减小。 绘土的自重应力步鄹： 建立坐标系； 确定特征点并编号，地面、层面、地下水位面、不透水层层面 计算各点的竖向自重应力 按比例绘出上述各点自重应力的位置 基地压力的的简化计算方法： （1）中心荷载作用时 作用于基底的荷载合理通过基底形心，基底压力假定

13、为均匀分布，平均压力设 计值 p 可按下式计算：FGpA式中 F基础顶面的竖向力值；G基础自重及其上回填土重之和，其中为基础及回GGAdG填土之平均厚度，一般取 20kN/,地下水位以下部分应扣除 10 kN/的浮力；3m3md基础埋深，一般从室外设计地面或室内外品均设计地面算起； A基底面积，矩形基础 A=l*b,l 和 b 分别为矩形基底的长度和宽 度，对于条形基础，可沿长度方向取 1m 计算，则上式中 F、G 代表每延米内的相应值。 （2）偏心荷载作用时短柱偏心受压公式：max min6(1)FGMFGepAWAl式中 M-作用在基底形心上的力矩值，M=(F+G)ee-荷载偏心距W-基础

14、底面的抵抗矩，对矩形基础 W= 。2/6bl从式可知，按荷载偏心距 e 的大小，基地压力的分布可能出现三种情况： 当 e0,基底压力呈梯形分布minp 当 e=l/6 时，=0，基底压力呈三角形分布minp 当 el/6 时，15Mpa 时为低压缩性土；sE=415Mpa 时属中压缩性土。sE 变形模量：EoEs地基最终沉降量计算 分层总和法：（1）地基土是均质、各向同性的半无限线性体； （2）地基土在外荷载作用下，只产生竖向变形，侧向不发生膨胀变形； （3）采用基底中心点下的附加应力计算地基变形量 计算步鄹： （1） 分层。从基础地面开始将地基土分为若干薄层，分层原则：厚度hi0.4b；天然

15、土层分界处地下水位处（2） 计算基地压力 p 及基底附加压力 po：中心荷载 FGpA偏心荷载 max2() 3 ( /2)F Gpb le ooppd计算各分层面上土的自重应力和附加应力，并绘制分布曲线。 确定沉降计算深度。按应力比法确定，即 一般土 /0.2znczn 软土 /0.1znczn计算各分层土的平均自重应力和平均附加应力(1) 2cz icz czi，并设，(1) 2z iz zi1iczip2iczizip按下列任一公式计算每一分层土的变形量：121()1ii ii ieesheV据压缩系数 a 的定义及关系还有：11 seEa21 1()1i iiii iasppheVsiEzi iishV计算地基最终沉降量：121niin sssssVVLVV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。 孔隙水压力 u:作用在孔隙水中的压力有效应力：土粒承