《土质学与土力学》复习资料土质学与土力学Word下载.docx
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由土的质量产生的单位体积的重力，等于密度乘以重力加速度，二?
g=10’（kN/m3）
2.土粒密度：
干土粒的质量ms与其体积Vs之比，6二匹（g/cm3）。
Vs
一般在2.65〜2.76。
由砂到粘越来越重。
3.土的含水量■■:
水的质量与固体（土粒）ms质量之比，•二匹100%
ms
含水量常用烘干法测定，是描述土的干湿程度的重要指标，常以百分数表示。
二、换算指标
包括土的干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、有效重度、孔隙比、孔隙率、饱和度
2•饱和密度Lt:
当土的孔隙中全部为水充满时的密度,
土的干密度越大，土越密实，强度就越高，水稳定性也好。
常用作填土密实度的施工控制指标。
m^m3、
satv（g/cm）。
3•有效重度•：
当涂浸没在水中时，土的固相收到水的浮力的作用，土体的重力也应扣除浮力。
计算地下水位以下土层的自重应力时应当用有效重度，有效重度是扣除浮力以后的固相重力与土的总体积之
比（又称浮重度），•二sat-w（kN/m3）
水的重度w，纯水在4C是的重度等于9.81kN/m3，在工程上化整为10kN/m3。
（「为有效密度（浮密度））
4.
土的孔隙比:
孔隙的体积V
5.
土的孔隙率:
6.
土的饱和度:
孔隙中水的体积
土的固相体积V之比，e=Vv/Vs土的总体积V之比，n=Vv/VVw与孔隙体积Vv之比，Sr=Vw/Vv
第四节粘性土的界限含水量
、粘性土的状态与界限含水量
Ip习惯上用不带%的数值表示。
Il
（从一种状态到另一种状态的含水量分界点成为界限含水量）
液限测定，用碟式液限仪和锥式液限仪。
3mm左右时断裂）
塑限测定，撮条法。
（把塑性状态的土在毛玻璃上用手搓条，搓到土条直径为
二、塑性指数Ip
可塑性是粘土区别于砂土的重要特征。
从液限到塑限含水量的变化范围越大，土的可塑性越好。
Ip八L
塑性指数
三、液性指数
第五节砂土的密实度
砂土的密实度对其工程性质具有重要的影响。
密实的砂土具有较高的强度和较低的压缩性，是良好的建筑物地基；
一、相对密实度
土的孔隙比一般可以用来描述土的密实程度，但砂土还取决于土的级配情况。
为了同时考虑孔隙比和级配的影响，弓I入砂土相对密实度的概念。
最小孔隙比emin:
砂土处于最密实状态时的孔隙比；
最大孔隙比emax:
砂土处于最疏松状态时的孔隙比。
Dr越接近1，越密实；
二、标准贯入试验
从理论上讲，用相对密实度划分砂土的密实度比较合理。
但实际不好操作。
在工程实践中，通常用标准贯入击数来划分砂土的密实度
标准贯入试验：
使用规定的锤重（63.5kg）和落距（76cm）把标准贯入器（带有刃口的对开管，外径
50cm，内径35cm）打入土中，记录贯入一定深度（30cm）所需的锤击数N值的原位测试方法。
标准贯入试验的贯入锤击数反映了土层的松密和软硬程度，是一种简便的测试手段。
第六节土的工程分类
第二章粘性土的物理化学性质
粘性土根据界限含水量分为四个状态，砂土没有这种性质。
粘性土的这种特质取决于粘粒粒组的含
量与粘粒的矿物成分。
粘土的粒径<
0.002mm，因此它具有很大的表面积。
颗粒越细，比表面积越大，表面能越大。
粘土可以分为蒙脱石、伊利石、高岭石三种类型。
粘土的塑性、压缩性、胀缩性、强度等工程性质受到原子、分子间键力的制约，这是粘土物理化学特性的本质。
第一节键力的基本概念
键力：
原子与原子之间或分子与分子之间的一种联结力。
包括化学键、分子键、氢键三种。
一、化学键
化学键：
原子与原子之间的联结。
也称为主键或高能键。
分为离子键、共价键、金属键三种。
简单的说，不同元素的原子通过化学反应构成一种新的物质分子。
异性原子之间的联结力称为离子
键；
两个同性原子形成同一元素分子的联结力称为共价键；
通过自由电子将原子或离子联结成结晶格架
的力称为金属键。
化学键影响范围最小，约为0.1〜0.2，但联结力最大，相当于8.4〜84J/kmol。
二、分子键
即范德华键，或称次键、低能键。
分子与分子之间的联结力。
三、氢键
介于主键与次键之间的一种键力。
第二节粘土矿物颗粒的结晶结构
粘土矿物大都属于硅酸盐，晶体的原子排列与矿物颗粒的物理性质、化学性质和光学性质有非常密
切的关系。
粘土矿物的结晶结构主要是两个基本结构单元组成：
硅氧四面体和氢氧化铝八面体。
第三节粘土颗粒的胶体化学性质
粘土颗粒粒径非常微小，<
0.002mm，在介质中具有明显的胶体化学特性，因为粘土颗粒表面带负电。
_
第四节粘土工程性质的利用和改良
粘土矿物具有特殊的结晶构造和带电的特性。
一、电渗排水和电化学加固
二、利用离子交换改良粘土的工程性质
蒙脱石和伊利石，具有很强的亲水性，具有吸水膨胀和失水收缩的特性，称为膨胀土。
在工程中，可以用高价阳离子置换低价离子的办法来改善土的工程性质。
因为低价离子使土颗粒周
围的水膜变厚，即液限明显上升，可塑性增加。
三、粘土的结构性
在粘土颗粒薄片的面上分布着负电荷，而在边角处呈现正电荷。
四、粘土的抗剪强度
粘土的抗剪强度由粘聚力分量和摩擦力分量组成。
五、触变性和触变泥浆
将纯粘土矿物（高岭土或蒙脱石等）与水制成泥浆时，矿物颗粒吸附大量水化离子和水分子，由于
颗粒的水膜很厚，颗粒与颗粒之间的引力很薄弱，可以长时期悬浮在水中。
当悬浮液在静止状态时，颗
粒之间的微弱引力，使其聚集起来，悬液成为一种糊状、粘滞度较大的流体。
一旦受到振动或扰动时，颗粒之间的联结立即丧失，又恢复成为流动的液体。
这种性质成为触变性。
第三章土中水的运动规律
第一节土的毛细性
土的毛细性是指能够产生毛细现象的性质。
土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着细的
孔隙向上及其他方向移动的现象。
这种细微孔隙中的水被称为毛细水。
一、土层中的毛细水带
从下到上分为：
正常毛细水带t毛细网状水带t毛细悬挂水带
毛细悬挂水带：
由地表水渗入而成。
当地表有大气降水补给时，在重力作用下向下移动。
三个毛细水带不一定同时存在，取决于当地的水文地质。
如地下水位很高时，可能就只有正常毛细
水带，而没有毛细网状水带和毛细悬挂水带；
反之，当地下水位较低时，则可能三个同时出现。
二、毛细水上升高度及上升速度
一个细管插入水中，可以看到水会沿着毛细管上升。
湿润现象。
三、毛细压力
干燥的砂土是松散的，湿砂可捏成团。
因为湿砂的土粒间有一些粘结力，这个粘结力是由于土粒间
接触面上一些水的毛细压力形成的。
第二节土的渗透性
土的渗透性：
土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象，称为土的渗透性。
一、渗流模型
二、土的层流渗透定律
三、土的渗透性
四、影响土的渗透性的因素
1•土的粒度成分及矿物成分
2•结合水膜的厚度
3.土的结构构造
4.水的粘滞度
5•土中气体
五、动水力及渗流破坏
流砂：
若水的渗流方向自下而上，当向上的动水力与土的有效重度相等时，这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，这种现象成为流砂现象。
管涌：
当水在砂土中渗流时,土中的一些细小颗粒在动水力的作用下，可能通过粗颗粒的孔隙被水流带
走，这种现象称为管涌。
第三节流网及其应用
第四节土在冻结过程中水分的迁移和积聚
一、冻土现象及其对工程的危害
冻土根据冻融情况分为：
季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。
冻土现象是由冻结及融化两种作用引起的。
冻胀现象：
某些细粒土在冻结时，往往会发生土层体积膨胀，使地面隆起成丘，即冻胀现象。
冻胀的原因：
不仅是由于水分冻结成冰时体积要增大9%，而主要是由于土层冻结，周围未冻结区
中的水分会向表层冻结区集聚，使冻结区土层中水分增加，冻结后的冰晶体不断增大，土体积也随着发
生膨胀隆起。
冻胀的危害：
冻土的冻胀会使路基隆起，使柔性路面鼓包、开裂，使刚性路面错缝或折断；
冻胀还能使修建在其上的建筑物抬起，引起建筑物开裂、倾斜，甚至倒塌。
对工程危害更大的是在季节性冻土
地区。
二、冻胀的机理与影响因素
1•冻胀的原因
是因为冻结时土中的水向冻结区迁移和积聚。
2•影响冻胀的因素
（1）土的因素：
冻胀通常发生在细粒土中，特别是粉土、粉质粘土中，冻结时水分迁移积聚最强烈,冻胀现象最严重。
相反粘土较前两者为小。
砂砾等粗颗粒土，不会发生冻胀。
所以在工程实践中，常在路基或路基中换填砂土，以防治冻胀。
（2）水的因素
开敞型冻胀（有外来水源补给）和封闭型冻胀（没有外来水源补给）。
开敞型冻胀更强烈。
3•温度的因素
气温骤降且冷却强度很大时，这时形成的冻土一般无明显的冻胀；
气温缓慢下降，冷却强度小，冻
胀明显。
上述三方面的因素是图层发生冻胀的三个必要因素。
因此，在持续负温作用下，地下水较高处的粉砂、
粉土、粉质粘土等土层具有较大的冻胀危害。
三、冻结深度
一般设计中，均要求将基础底面至于当地冻结深度以下。
第四章土中应力计算
第五章土的压缩性与地基沉降计算
第一节概述
1.土的压缩性：
在外力作用下土体积缩小的特性
土的压缩性的两个特点：
（1）土的压缩主要是由于孔隙体积减少引起的。
土中水具有流动性，在外力作用下会沿着土中孔
隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩。
（2）由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘土来说是需要时间的，土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。
这是由于粘性土的透水性很差，土中水沿着孔隙排出速度很慢。
2•沉降：
在建筑物载荷作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖直方向的位移称为沉降。
由此，研究建筑物地基沉降包含两方面内容：
（1）绝对沉降量的大小，即最终沉降。
（2）沉降与时间的关系。
第二节研究土压缩性的试验及指标
一、室内侧限压缩试验及压缩模量
室内侧限压缩试验（亦称固结试验）是研究土压缩性的最基本的方法。
二、现场载荷试验及变形模量
三、弹性模量及试验测定
弹性模量是指正应力二与弹性（即可恢复）正应变；
d的比值，通常用E来表示。
四、关于三种模量的讨论
压缩模量Es、变形模量Eo、弹性模量E
1•压缩模量：
是根据室内侧限压缩试验得到的，它的定义是土在完全侧限的条件下，竖向正应力与相应的变形稳定情况下正应变的比值。
2•变形模量：
是根据现场载荷试验得到的，它是指土在侧向自由膨胀条件下正应力与相应的正应变的比值。
3•弹性模量：
根据测定方法（静力法和动力法）分为静弹模E和动弹模Ed。
该参数常用于弹性理论
公式估算建筑物的初始瞬时沉降。
根据上述三种模量的定义可看出：
压缩模量和变形模量的应变为总的应变，既包括可恢复的弹性应变，又包括不可恢复的塑性应变；
而弹性模量的应变只包含弹性应变。
第三节地基沉降实用计算方法
第四节饱和粘性土地基沉降与时间的关系
饱和粘性土地基在建筑物荷载作用下经过相当长时间才能达到最终沉降,不是瞬时完成的。
为了建筑物
的安全与正常使用,对于一些重要特殊的建筑物应在工程实践和分析研究中掌握沉降与时间关系的规律性，这是因为较快的沉降速率对于建筑物有较大的危害。
碎石和砂土的压缩性很小，而渗透性很大，因此受力后固结稳定所需的时间很短，可以认为在外荷
载施加完毕时，固结变形基本就已经完成；
而对于粘性土及粉土，完全固结所需的时间就比较长，例如
厚的饱和软粘土层，其固结变形需要几年甚至几十年才能完成。
因此，实践中一般只考虑粘性土和粉土的变形与时间的关系。
一、饱和土的渗流固结弹簧-活塞-水模型
E5-22弾鶯-活銮-水模型
这个模型可用来模拟实际的饱和粘土的渗流固结。
弹簧与土的固体颗粒构成的骨架相当，圆筒内的水与
土骨架周围空隙中的水相当，水从活塞内的细小孔排出相当于水在土中的渗透。
二、太沙基一维渗流固结理论
三、利用沉降观测资料推算后期沉降与时间关系
用实测资料推算建筑物沉降S与时间t关系的关键问题是必须有足够长时间的观测资料，才能得到
比较可靠的St〜t关系，同时它也提供了一种估算建筑物最终沉降的方法。
四、饱和粘性土地基沉降的三个阶段
饱和粘性土地基最终沉降量从机理上分析，由三个部分组成，即：
s=SdScSs
Sd――瞬时沉降（初始沉降、不排水沉降）
Sc――固结沉降（主固结沉降）
Ss――次固结沉降（次压缩沉降、徐变沉降）
1•瞬时沉降Sd
瞬时沉降是在施加荷载后瞬时发生的，在很短的时间内，孔隙中的水来不及排出。
因此对于饱和的
粘性土来说，沉降是在没有体积变形的条件下产生的这种变形实质上是通过剪应变引起的侧向挤出，是
形状变形。
因此这一沉降计算是考虑了侧向变形的地基沉降计算。
在单向压缩时由于没有剪应力，也就
没有侧向变形，可以不考虑瞬时沉降这一分量。
2•固结沉降｛
固结沉降是在荷载作用下，孔隙水被逐渐挤出，孔隙体积逐渐减小，从而土体压密产生体积变形而
引起的沉降，是粘性土地基沉降最主要的组成部分。
3•次固结沉降sS
一般认为这是在恒定应力状态下，土骨架产生徐变的结果。
干净的粗砂地基沉降可认为是在荷载施加后瞬间发生的（包括瞬时沉降和固结沉降，此时已很难分
开），次固结沉降不明显。
对于饱和软粘土，实测的瞬时沉降可占最终沉降量的30%〜40%，次固结沉
降量同固结沉降量相比往往是不重要的。
但对于含有有机质的软粘土，就不能不考虑次固结沉降。
第六章土的抗剪强度
土的抗剪强度：
土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。
土体的破坏都是剪切破坏。
土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。
第二节土的强度理论与强度指标
一、抗剪强度的库伦定律
抗剪强度表达形式：
.f=c•二tg‘
式中：
f――土的抗剪强度（kPa）
-――剪切滑动面上的法向应力
c——土的粘聚力（kPa）
®
――土的内摩擦角（°
此式称为库仑定律，表明一般应力水平时土的抗剪强度与滑动面上的法向应力之间呈直线关系，其
中c、「称为土的抗剪强度指标。
这是研究土的抗剪强度的最基本的定律。
二、土的抗剪强度的构成因素
砂土的抗剪强度由内摩阻力构成，而粘性土的抗剪强度由内摩阻力和粘聚力两个部分组成。
砂土的内摩擦角「变化范围：
中砂、粗砂、砾砂为「=32°
〜40°
粉砂、细砂为：
=28°
-36°
粘性土的抗剪强度变化范围很大，内摩擦角为「=0°
〜30°
三、土的强度理论一一极限平衡理论
摩尔包线：
破坏面上的剪应力•与为该面上法向应力二的函数，二二f（；
「）。
摩尔-库伦强度理论：
由库伦公式表示摩尔包线的土体强度理论称为摩尔-库伦强度理论。
第三节土的抗剪强度指标的试验方法及其应用
目前室内最常用的是直接剪切试验和三轴压缩试验。
圏3应变控制式直剪仪
齐鸵轴2底座注透水石艸测微炭；
乩活塞；
卜上盒：
7-土样洛-测徹表；
9-握力环；
1心卜倉
||.
（
r
/
图£
9二抽压蜡骰
I甬压琦总闌国压力表炸周田压力诵炸排木御呼体变管;
債拌水管汙愛彫最农齊童力环¥
排岂扎:
心轴向加压港和□•压力宅；
12JJ简阀汀3.零鱼措示器畀4■扎隙压力表；
1•■靳1•扎障压力陶也•翦台雷；
1&
手轮；
IG马达;
於变建給
第四节土的天然强度及其在荷载作用下的强度增长
正确的确定土的天然强度是地基基础设计中首先要解决的问题。
第五节关于土的抗剪强度影响因素的讨论
主要是土的性质（如土的颗粒组成、原始密度、粘性土的触变性等）和应力状态（如前期固结压力等）两个方面。
一、土的矿物成分、颗粒形状和级配的影响
粘性土：
主要是矿物成分的影响。
矿物成分主要是对粘性土的粘聚力产生显著影响。
一般来说，粘
性土的抗剪强度随着粘粒和粘土矿物含量的增加而增大，或者说随着胶体活动性的增强而增大。
砂性土：
主要是颗粒形状、大小及级配的影响。
一般来说，在土的颗粒级配中，粗颗粒越多、形状越不规则、表面越粗糙，则其内摩擦角越大，因而其抗剪强度也越高。
二、含水量的影响
含水量的增高一般将使土的抗剪强度降低。
表现在两方面：
一是水分在较粗颗粒之间起着润滑作用，
使摩阻力降低；
二是粘土颗粒表面结合水膜的增厚使原始粘聚力减小。
砂土：
含水量对砂土抗剪强度的影响较小。
粘土：
含水量对粘土抗剪强度的影响较大。
三、原始密度的影响
土的原始密度越大，抗剪强度越高。
四、粘性土触变性的影响
粘性土的强度会因扰动而削弱，但经过静置又可得到一定程度的恢复。
即触变性。
五、土的应力历史的影响
土的受压过程所造成的受力历史状态，对土体强度的试验结果也有影响。
第七章土压力计算第一节概述
在土建工程中，挡土结构是一种常用的结构物。
图LI备种觅式的挡上结构物
£
支擢建筑勒周围填I:
的捋土墳止）桥台“）陡浦厨）基坑圉护结檢：
小支推边熾的挡土博；
f）码头
根据挡土结构物侧向位移方向和大小可分为三种类型的土压力:
1•静止土压力。
若刚性的挡土墙保持原来位置静止不动，则作用在墙上的土压力称为静止土压力。
作用在每延米挡土墙上静止土压力的合力用E0（kN/m）表示，静止土压力强度用p0（kPa）表示。
2•主动土压力。
若挡土墙在墙后填土压力作用下，背离着填土方向移动，这时作用在墙上的土压
力将由静止土压力逐渐减小，当墙后土体达到极限平衡，并出现连续滑动面使土体下滑，这时土压力减
至最小值，称为主动土压力，用Ea（kN/m）和pa（kPa）表示。
图工2土压力的上种类型
Q靜止土压力；
小主动'
压力北）被幼土压力
实际上，土压力是挡土结构与土体相互作用的结果，大部分情况下的土压力均介于上述三种极限状
态土压力之间。
挡土墙达到被动土压力的位移远大于导致主动土压力所需的位移。
第二节静止土压力计算
可假定墙后
计算静止土压力时，墙后填土处于弹性平衡状态，由于墙静止不动，土体无侧向位移,填土内的应力状态为半无限⑴弹性体的应力状态。
这时，土体表面下任意深度z处的静止土压力强度为：
Po二Ko；
「cz=KoZ
Ko――静止压力系数；
3
——土的重度（kN/m）
静止土压力系数Ko:
在理论上为，」为土体泊松比；
实际Ko由试验确定，可由三轴仪或
1-卩
应力路径三轴仪测得，在原位可用自钻式旁压仪测得。
在缺乏试验资料时，可用以下经验公式估算：
05
Ko=1-sin「'
；
Ko=0.95-sin「'
超固结土：
K°
=OCR.（1-sin「）
――土的有效内摩擦角；
OCR――土的超固结比。
第三节朗金土压力理论
第四节库伦土压力理论
第五节几种特殊情况下的库伦土压力计算
第六节关于土压力的讨论
一、关于朗金土压力理论和库伦土压力理论的比较
二、关于挡土结构物位移与土压力的关系
位移:
.的数量级为：
对于主动土压力=0.001H
对于被动土压力、；
a=0.01H
H墙咼。
三、地下水渗流对土压力的影响
四、土体蠕变和松弛与土压力的关系
第八章土坡稳定分析
在道路及桥梁工程中常常会遇到路堑、路堤或基坑开挖时的边坡稳定性问题。
土坡滑动失稳的原因有以下两种：
（1）外界力的作用破坏了土体内原来的应力平衡。
如路堑或基坑的开挖，是由于土自身的重力发生变化，从而改变了土体原来的应力平衡状态；
此外,
路堤的填筑或土坡面上作用外荷载时，以及土体内部水的渗流力、地震力的作用，也都会破坏土体原有
的应力平衡，促使土坡坍塌。
（2）土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低，促使土体失稳破坏。
如由于外界气候等自然条件的变化，使土时干时湿、收缩膨胀、冻结、融化等，从而使土变松强度降低；
土坡内因雨水的浸入使土湿化，强度降低；
土坡附近因施工引起的震动，如打桩、爆破等，以及地震力的作用，引起土的液化或徐变，使土的强度降低。
在工程实践中，分析土坡稳定的目的是检验所设计的土坡断面是否安全与合理，边坡过陡可能发生
坍塌，过缓则使土方量增加。
土坡的稳定安全度使用稳定安全系数K表示的，它是指土的抗剪强度与
土坡中可能滑动面上产生的剪应力间的比值，即K。
第二节砂性土的土坡稳定分析
在分析砂性土的土坡稳定时，根据实际观测，同时为了计算简便，一般假定滑动面是平面。
图乩2砂性土的土坡橈定计算
如图，滑动土体ABC沿AC面上滑动的稳定安全系数K值为:
Wcos：
丄.
眄kg
Wsin:
AC
即:
可见，当:
.=■:
时滑动稳定安全系数最小，即土坡面上的一层土是最容易滑动的。
一般要求K>
1.25〜1.30
第三节粘性土的土坡稳定分析
均质粘性土的土坡失稳破坏时，其滑动面常常是曲面，通常可近似地假定为圆弧滑动面。
第四节土坡稳定分析的几个问题
第九章地基承载力
建筑物因地基问题而引起破坏，一般有两种情形：
一是强度
升级会员 