《土力学与基础工程》自学指导书

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1、1 土 力 学 与 基 础 工 程 自 学 指 导 书一、前言本书是一本供土木工程专业所开设的教科书。系统阐述了土的性质及工程分类、地基的应力和沉降计算、土的抗剪强度、土压力以及挡土墙和土坡稳定分析；重点讨论了浅基础、桩基础常规设计计算；简要介绍了我国目前常用的各种软土地基处理技术；并对区域性地基、地震区地基以及滑坡等进行了讨论。二、内容第 1 章 绪论1学习目的与要求(1) 了解土力学、地基及基础的概念；(2) 了解本课程的特点和学习要求；(3) 了解本学科的发展情况。2考核知识点(1) 土的概念；(2) 基础的概念；(3) 地基与基础设计满足的条件。3综合练习(1) 名词解释：土；(2)

2、名词解释：基础；(3) 问答题：地基与基础设计满足的条件有哪些？4综合练习答案(1) 矿物或岩石碎屑构成的松软集合体。(2) 将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。(3) 必须满足三个基本条件：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，保证建筑物不因地基承载力不足造成整体破坏或影响正常使用，具有足够防止整体破坏的安全储备；基础沉降不得超过地基容许变形值，保证建筑物不因地基变形而损坏或影响其正常使用；挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。第 2 章 土的性质及工程分类1学习目的与要求(1) 熟悉土的三相组成及土的结构；(2) 掌握土的物理性质

3、指标的计算；(3) 了解粘性土及无粘性土的物理特性；(4) 了解土的工程分类。2章节内容提要土的性质包括它的物理性质、力学性质、水理性质以及工程性质等。2土是由颗粒、水和气所组成的三相分散体系。土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系，反映出土的不同物理性质。如土湿软、松散则强度低，压缩性大；土颗粒大则渗透性好；土粒大小不均匀，则在动荷载作用下，易于压实等。在进行土力学计算及地基处理问题时，不仅要知道土的物理性质特征及其变化规律，了解各类土的特性，还必须熟练掌握反映土三相组成比例和状态的指标定义和计算方法，以及按土的有关特性和指标确定土的分类方法。3考核知识点(1) 土的矿物成分；(2) 土的

4、颗粒级配；(3) 土的物理性质指标；(4) 土的工程分类。4综合练习(1) 土的矿物成分主要有： 、 、 ；(2) 反映土颗粒级配的指标有： 、 ；(3) 土颗粒分析实验方法有： 、 ；(4) 土中液态水有： 、 两大类；(5) 土的密度测定一般用 法。(6) 名词解释：土的有效重度；(7) 名词解释：粘性土的界限含水量；(8) 判断：颗粒级配曲线越陡说明土粒的组成越不均匀。 （ ）(9) 判断：标准贯入锤击数越大，表明地基承载力越低。 （ ）(10) 土的灵敏度越大，表明土的结构性越强。 （ ）(11) 液性指数 可以大于 1，也可以小于 0。 （ ）LI(12)选择题：在粘性土的击实试验中

5、，击实效果最好的是（ ） 。A含水率较小时 B含水率在塑限值附近时C含水率较大时 D含水率在缩限值附近时(13) 简答题：按照 建筑物地基基础设计规范 ，如何把土进行工程分类？(14)计算题：某原状土样体积为 ，湿土重 129.5 克，烘干后土重 121.5 克，土粒比重 2.7，试计372cm算该土样的含水率、密度、干密度、孔隙比、孔隙率、饱和度。(15)计算题：某粘性土的含水量为 36.4%，液限 48%，塑限 35.4% 。计算该土的塑性指数及液性指数；确定土名及状态。5综合练习答案(1) 蒙脱石；伊利石；高岭石。(2) 不均匀系数；曲率系数。(3) 筛分法；沉降分析法。(4) 结合水；

6、自由水。3(5) 环刀。(6) 在地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后，即为有效重度。(7) 粘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；(8) (9) (10) (11) (12) B(13) 分为：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。(14) %6.5.1293/87cmg9.6.d6.0181)(2e%5.370.n926rS(15) .14.58pI08.23l由 可知该粘性土为粉质粘土； 710pI由 可知该粘性土处于硬塑状态。5.l第 3 章 土中应力计算1学习目的与要求(1) 掌握土的自重应力计算；(2) 掌握基底压力的计算；(3) 掌握

7、基底附加压力的计算；(4) 了解地基附加应力的分布规律；(5) 熟悉有效应力原理。2章节内容提要由土体自重引起的应力称为自重应力。自重应力一般是自土形成之日起就在土中产生。附加应力是指由于外荷载的作用，在土中产生的应力增量。两种应力由于产生的原因不同，因而分布规律和计算方法也不同。目前计算土中应力的方法，主要是采用弹性理论公式，把地基土视为均匀的、各向同性的半无限空间弹性体。4土是一种三相的物质，作用在土中微小面积上的应力，部分通过土粒之间传递，部分由空隙中的液体、气体承受。对于饱和土来说，因为空隙中没有气体存在，故总应力等于有效应力和孔隙水压力之和。3考核知识点(1) 土的自重应力计算；(2

8、) 基底压力的计算；(3) 基底附加压力的计算。4综合练习(1) 判断题：基底附加压力 不变，作用面积增大，土中的附加应力不变。 （ ）0P(2) 判断题：水面若在地面以上，水位的升降不会使土层产生变形。 （ ）(3) 判断题：不透水层层面上的自重应力等于上覆土重和水的总压力。 （ ）(4) 选择题：地下水位突然从基础底面处下降 ，试问对土中的应力有何影响（ ） 。m3A应力不变 B应力增加 C应力减小 D不一定5综合练习答案(1) ；(2) ；(3) ；(4) B。第 4 章 土的变形性质及地基沉降计算1学习目的与要求(1) 熟悉土的压缩试验；(2) 掌握土的压缩性指标；(3) 了解地基最终

9、沉降量的计算； (4) 了解地基变形与时间的关系。2章节内容提要地基土在建筑物的荷载作用下产生变形，建筑物基础及随之沉降，尤其是当荷载差异较大，往往导致建筑物基础出现不均匀沉降，以致建筑物某些部位开裂、倾斜，甚至倒塌。为了保证建筑物的正常使用，在地基基础设计中，要求地基土的变形不超过允许值。本章重点为土的压缩性和压缩性指标的确定，计算基础沉降的分层综合法和规范法。至于一维固结理论和考虑固结历史等问题，只作一般性的了解。3考核知识点(1) 土的压缩组成；(2) 提高梁抗弯能力的措施；(3) 截面的几何特征；(4) 梁的正应力强度的计算。54综合练习(1) 简答题：土的压缩有哪几部分组成？(2)

10、名词解释：土的变形模量；(3) 判断题：土的压缩系数是变量，随压力增大而增大。 （ ）(4) 判断题：规范法中当符合 时，下面土层的变形可忽略不计。 （ ） inss025.(5) 判断题：地基固结变形的主要原因是孔隙水排出导致孔隙体积减小。 （ ）(6) 选择题：土样 A 的压缩性小于土样 B 的压缩性，其原因是（ ） 。A土样 A 的压缩曲线比土样 B 的压缩曲线陡 B土样 A 的压缩系数大于土样 B 的压缩系数C土样 A 的压缩指数大于土样 B 的压缩指数 D土样 A 的压缩模量大于土样 B 的压缩模量(7) 选择题：当地基中无软弱土层时，分层总和法变形计算深度确定的条件是（ ） 。A

11、B czz1.0czz2.0C Db4inss55综合练习答案(1) 固体土颗粒被压缩；土中水及封闭气体被压缩；水和气体从孔隙中被挤出。(2) 土体在无侧限条件下的应力与应变的比值。(3) ；(4) ； (5) ；(6) D；(7) B。第 5 章 土的抗剪强度1学习目的与要求(1) 掌握土的抗剪强度的定义；(2) 掌握库伦公式的计算；(3) 掌握莫尔-库仑理论的计算；(4) 了解抗剪强度的测定方法；(5) 了解应力路径的概念。2章节内容提要建筑物地基和路基的承载力，挡土墙和地下结构的土压力，堤坝、基坑、路堑以及各类边坡的稳定性均由土的抗剪强度所控制。土的抗剪强度是土体稳定性计算的最重要的参数

12、。能否正确测定土的抗剪强度，往往是设计质量和工程成败的关键所在。6本章内容主要有土的强度理论、抗剪强度的主要测定方法、土的抗剪强度指标及其影响因素，并对孔隙水压力系数和应力路径概念做了简要介绍。对内容的基本要求是，掌握库伦公式和莫尔-库仑强度理论、土的抗剪强度指标的测定方法。3考核知识点(1) 土的抗剪强度的定义；(2) 库伦公式的计算；(3) 莫尔-库仑理论的计算；(4) 抗剪强度的测定方法；(5) 应力路径的概念。4综合练习(1) 对一般粘性土而言，最大剪应力平面安全，该点一定安全。 （ ）(2) 土的抗剪强度是变量，随法向应力的增大而减小。 （ ）(3) 天然土层中同一深度处竖直面上的抗

13、剪强度在数值上大于水平面上的抗剪强度。 （ ）(4) 某地基土的抗剪强度指标 ， ，地基中有 A、B 两点，A 点某平面上的剪应力30kpaC2，法向应力 ，B 点其应力状态为 ， 。kpa125kpa14kpa401kpa1603试判断：A 点是否会沿剪应力方向剪破；B 点处于何种状态。(5) 填空题：抗剪强度的测定方法有： 、 、 、 。(6) 名词解释：土的抗剪强度；(7) 名词解释：应力路径。5综合练习答案(1) ；(2) ；(3) ；(4) 78.1023tan140tan0c所以，A 点不会沿剪应力方向剪破。 )45t()5(t 00231 cf aakpkp4028.9361所以

14、，B 点处于弹性平衡状态。(5) 直接剪切试验；三轴压缩试验；无侧限抗压强度实验；十字板剪切试验。(6) 土体抵抗剪切破坏的能力。(7) 在应力坐标图中用应力点的移动轨迹来描述土体在加荷过程中的应力变化，这种应力点的轨迹称为应力路径。第 6 章 土压力、地基承载力和土坡稳定71学习目的与要求(1) 掌握土压力的概念；(2) 掌握朗肯土压力理论；(3) 了结库仑土压力理论；(4) 熟悉地基破坏模式和地基承载力的概念。2章节内容提要土压力计算、地基承载力确定和土坡稳定性分析都是建立在土的强度理论基础之上。本章重点讨论了挡土墙朗肯土压力理论和库仑土压力理论，简要介绍了重力式挡土墙设计算例和构造措施，

15、并对地基土的破坏模式进行了分析，以及地基稳定性的分析方法。要求掌握土压力的概念和形成条件，朗肯土压力理论的计算方法以及地基土的破坏模式。3考核知识点(1) 土压力的概念；(2) 朗肯土压力理论计算方法；(3) 地基破坏模式；(4) 地基承载力的概念。4综合练习(1) 主动、被动土压力分别为 Ea、Ep，所需挡土墙的位移分别为 、 ，则有 ，appaE。 （ ）pa(2) 无粘性土坡的稳定仅取决于坡角，与坡高无关。 （ ）(3) 同一地基的承载力界限值 、 、 、 ，其中 最小。 （ ）41P3cruP31(4) 设计仅起挡土作用的重力式挡土墙时，土压力按被动土压力计算。 （ ）(5) 主动、被动土压力分别为 Ea、Ep，所需挡土墙的位移量分别为 、 ，下列正确的是（ ） 。apA ， B ，paEpaEC ， D ，(6) 简答题：地基的破坏型式有哪些？(7) 如下图墙背竖直光滑，计算主动土压力。(8) 名词解释：土压力；(9) 名词解释：地基承载力。85综合练习