2．思考题
（1）何谓土的级配和级配曲线。
土的级配曲线的特征可用哪两个系数来表示。
（2）如何利用土的级配曲线来判别土的级配的好坏。
（3）什么叫砂土的相对密度。
有何用途。
（5）何谓塑性指数和液性指数。
各有何用途。
第2章粘性土的物理化学性质
2.1基本要求
1．了解土的矿物成分和土中水的种类。
2．掌握组成粘性土的主要矿物成分。
3．了解粘土矿物的带电性质、比表面。
4．了解土的矿物组成对土的工程性质（土的塑性、土的强度、土的触变性）的意义。
5．了解粘性土的结构性和灵敏度等。
2.2重点和难点
1．重点
组成粘性土的主要矿物成分。
2．难点
土的矿物成分和土中水的种类，粘土矿物颗粒的结晶结构。
2.3内容辅导
例题解析
[例1]概念解释
组成粘性土矿物的三种主要成分：
蒙脱石、伊利石、高岭石。
由于其亲水性不同，当其含量不同时土的工程性质也就不同。
[例2]塑性指数的物理意义及其影响因素。
塑性指数IP是指液限和塑限的差值，也就是土处在可塑状态时含水量的变化范围。
可见，塑性指数愈大，土处于可塑状态的含水量范围也愈大。
换句话说，塑性指数的大小与土中结合水的可能含量有关，亦即与土的颗粒组成，土粒的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度等因素有关。
从土的颗粒来说，土粒越细、且细颗粒（粘粒）的含量越高，则其比表面和可能的结合水含量愈高，因而IP也随之增大。
从矿物成分来说，粘土矿物可能具有的结合水量大（其中尤以蒙脱石类土为最大），因而IP也大。
从土中水的离子成分和浓度来说，当水中高价阳离子的浓度增加时，土粒表面吸附的反离子层的厚度变薄，结合水含量相应减少，IP也小；反之随着反离子层中的低价阳离子的增加，IP变大。
[例3]概念解释。
土的结构性：
土的结构性是指土的物质组成（主要指土粒，也包括孔隙）的空间相互排列，以及土粒间的联结特征的综合。
它对土的物理力学性质有重要的影响。
土的结构，按其颗粒的排列方式有：
单粒结构、聚粒结构、絮凝结构等。
土的结构在形成过程中，以及形成之后，当外界条件变化时（例如荷载条件、湿度条件、温度条件或介质条件的变化），都会使土的结构发生变化。
土的灵敏度：
保持原来含水量不变但天然结构被破坏的重塑土的强度比保持天然结构的原状土的强度低，其比值可作为结构性的指标，即灵敏度。
第3章土中水的运动规律
3.1基本要求
1．了解土的毛细现象和毛细特征。
2．掌握达西渗流定律及其影响因素，土的渗透系数及其影响因素。
3．掌握动水力、流砂和管涌的概念，掌握单层或多层土时流砂现象发生的条件和判别方法。
3.2重点和难点
1．重点
达西渗流定律及其影响因素。
土的渗透系数及其影响因素。
2．难点
流砂和管涌现象发生的条件和判别方法。
3.3内容辅导
3.3.1本章重点和难点解析
土中水并非处于静止不变的状态，而是在运动着的。
土中水的运动原因和形式很多，例如在重力的作用下，地下水的流动（土的渗透性问题），在土中附加应力作用下孔隙水的挤出（土的固结问题），由于表面现象产生的水分移动（土的毛细现象）；在土颗粒的分子引力作用下结合水的移动（如冻结时土中水分的移动）；由于孔隙水溶液中离子浓度的差别产生的渗附现象等。
土中水的运动将对土的性质产生影响，在许多工程实践中碰到的问题，如流砂、冻胀、渗透固结，渗流时的边坡稳定等，都与土中水的运动有关。
本章主要讨论土中水的运动规律及其对土性质的影响。
影响土的渗透性的因素必须掌握，也是本章的重点。
影响因素包括：
土的粒度成分与矿物成分；结合水膜的厚度；土的结构和构造；水的粘滞度；土中气体。
特别值得注意的是：
从现场取得的土样进行室内试验测定的渗透系数与现场的实际情况差异很大，往往相差几个数量级，这主要与土的结构的破坏有关。
所以，必要时必须进行现场抽水试验。
应注意常水头渗透试验与变水头渗透试验的适用范围和优缺点。
对于成层土渗透系数的计算也应掌握。
此外，流砂和管涌也是本章的两个基本概念。
注意流砂现象发生在土体表面渗流逸出处，不发生于土体内部，而管涌可以发生在渗流逸出处，也可能发生在土体内部。
渗流模型的提出及基本假定：
水在土中的渗流是在土颗粒间的孔隙中发生的。
由于土体孔隙的形状、大小及分布极为复杂，导致渗流水质点的运动轨迹很不规则，因而可以对渗流作如下的简化：
一是不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；二是不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满。
为了使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一致，它还应该符合以下要求：
（a）在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量；（b）在任一界面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等；（c）在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力相等。
3.3.2例题解析
[例1]设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30cm2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.4cm，试验开始时的水位差为145cm，经时段7分25秒观察得水位差为130cm，试验时的水温为20C，试求试样的渗透系数。
[解]已知试样的截面积A=30cm2，渗径长度L=4cm，细玻璃管的内截面积a=d2/4=3.14（0.4）2/4=0.1256cm2,h1=145cm,h2=130cm,t1=0,t2=760+25=445s。
则可得试样在20℃时的渗透系数为
cm/s
[例2]简要回答影响土的渗透性的因素主要有那些。
[答]：
（1）土的粒度成分及矿物成分。
土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。
土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。
砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。
（2）结合水膜厚度。
粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。
（3）土的结构构造。
天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。
如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。
层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。
（4）水的粘滞度。
水在土中的渗流速度与水的容重及粘滞度有关，从而也影响到土的渗透性。
3.4作业
（1）何谓土的渗透性。
达西渗透定律及其影响因素。
（2）何谓土的渗透系数。
回答土的渗透系数及其影响因素。
（3）什么叫毛细水。
毛细水有何特性。
第4章土中应力计算
4.1基本要求
1．了解土中一点的应力分布情况。
2．掌握自重应力的分布规律，掌握自重应力的计算方法。
3．掌握基底压力的计算方法及其分布规律
4．了解在弹性半空间表面作用荷载时应力的分布与衰减情况。
8．弄清孔隙水应力和有效应力的基本概念以及两者之间的关系。
9．重点掌握有效应力的概念和有效应力原理及其工程意义。
4.2重点和难点
1．重点
自重应力的分布规律和计算方法。
附加应力的分布规律和计算方法。
有效应力的概念及其工程意义。
2．难点
孔隙水应力和有效应力的基本概念以及两者之间的关系。
有效应力原理的工程意义。
4.3内容辅导
4.3.1本章重点和难点解析
本章主要是围绕着土中应力的计算来进行的，讨论土中应力的目的是为下一章沉降计算奠定基础。
主要包括下列一些内容：
第一部分主要阐明土中应力的概念和讨论土中应力的目的。
土中的应力按其产生的原因。
可分为自重应力和附加应力两种。
前者是指由土体本身重量产生的；后者是指由建筑物的荷载所引起的。
按照力的传递方式，则有孔隙水应力和有效应力两种，并把这两者之和称为总应力。
讨论应力的目的，是为了研究土的变形和强度问题，这两个问题将分别在后面加以讨论。
第二部分主要介绍土中自重应力的计算。
在这一部分中，首先要明确地基中的自重应力不会再引起土的变形。
但新近沉积的土或人工填土以及地下水位的升降，还会引起相应的变形。
其次，在自重应力计算时，把地基当作半无限弹性体来考虑。
最后，应清楚自重应力是随深度线性增大、呈三角形分布的规律。
在计算自重应力时还应注意下列几点：
（1）计算的起始点必须从原地面开始，与基坑开挖与否无关。
因为自重应力实质上是指土体中所受到的原始应力。
（2）当地基土成层时，由于各土层的容重不同，在各土层交界面处的自重应力分布会出现转折现象。
（3）在地下水位以下，必须采用土的浮容重来计算。
因为不论从考虑水对土体的浮力或按有效应力原理都可以证明，处于地下水位以下的土，它实际所受到的应力就是有效应力或有效重量。
应该提及，当地下水位下降时，由于浮力消失（或孔隙水应力减小），土的重量（或有效应力）增加，将会引起土的压缩变形。
第三部分主要介绍了土中的附加应力问题，它是本章的中心或重点内容，必须掌握。
地基中的附加应力与基础底面压力的大小和分布有关。
因此，必须掌握在各种荷载作用下，基底压力的计算方法，并通过大量计算达到熟练的程度。
若基础的埋置深度为D，则在计算附加应力时一定要采用基底净压力，即p0=p-D。
当基底压力为梯形分布时，则只需在竖直均布压力中考虑即可。
在计算地基中的附加应力时，应注意下列几点：
（1）首先要分清空间问题还是平面问题。
当基础的长度L与宽度B之比，即L/B<10时，则属空间问题；而当L/B≥10时，则属平面问题。
在实用上只要L/B≥5，就可按平面问题考虑。
（2）若该课题属于空间问题，则只能求解基础角点下任意深度z处的附加应力，而其他各点（包括基础内外）均应利用“角点法”并按叠加原理来求解。
应用“角点法”时应注意三点：
①该点必须落在新划分的基础角点上；②L和B均以新划分后的尺寸为准；③对于梯形分布压力，除了对基础要进行划分外，荷载本身也要进行相应地划分。
在空间问题中，必须搞清不同压力分布情况下L和B的含义。
（3）若该课题属于平面问题，则可以求解地基中任意点的附加应力。
但在计算时必须注意竖直均布压力、三角形分布压力和水平分布压力情况下的坐标原点及其正、负方向。
（4）在求解附加应力时，z必须从基础底面起算，切勿从原地面开始。
此外，对附加应力计算中存在的主要问题也应作一般了解。
第四部分进一步阐明孔隙水应力和有效应力的概念，导出了著名的太沙基有效应力原理的表达式，即=u+。
有效应力原理是土力学的一个重要理论，它是贯穿土力学学科的一条主线，也是本章需特别关注的问题。
它也是以后讨论土的固结和强度问题的基础。
在这部分内容中，以静水和单向渗流条件下的饱和土为例，说明有效应力原理的应用，而并未涉及到由于荷载作用引起的孔隙水应力和有效应力的问题，关于这一问题在以后各章中会陆续重点介绍。
因此，这里要求大家着重搞清有效应力原理的概念，为以后进一步应用打下良好的基础。
4.3.2例题解析
[例1]设有如图所示的多层地基，各土层的厚度及重度示于图中，试求各土层交界面上的自重应力并绘出自重应力沿深度的分布图。
例1计算图
[解]根据图中所给资料，各土层交界面上的自重应力分别计算如下：
=0
=1h1=182=36kPa
=1h1+2h2=36+192=74kPa
=1h1+2h2+3h3=74+9.52=93kPa
=1h1+2h2+3h3+4h4=93+9.82.5=117.5kPa
由于自重应力计算公式中每项都是深度的一次函数，所以各土层交界面之间的自重应力分布可用直线连接，该地基自重应力分布如图。
[例3]土中应力计算的基本假定及理由有那些。
目前土中应力的计算方法，主要是采用弹性力学公式，也就是把地基土视为均匀的、各向同性的半无限弹性体。
其计算结果能满足实际工程的要求，其原因有：
（a）建筑物基础底面尺寸远远大于土颗粒尺寸，同时考虑的也只是计算平面上的平均应力，而不是土颗粒间的接触集中应力。
因此可以近似地把土体作为连续体来考虑，应用弹性理论。
（b）土在形成过程中具有各种结构与构造，使土呈现不均匀性。
同时土体也不是一种理想的弹性体。
但是，在实际工程中土中应力水平较低，土的应力应变关系接近于线性关系。
因此，当土层间的性质差异并不大时，采用弹性理论计算土中应力在实用上是允许的。
（c）地基土在水平方向及深度方向相对于建筑物基础的尺寸而言，可以认为是无限延伸的，因此可以认为地基土是符合半无限体的假定。
4.4作业
（3）有效应力原理的概念和意义。
第5章土的压缩性与地基沉降计算
5.1基本要求
1．了解土的压缩特性，其中包括压缩的基本概念、压缩曲线、压缩系数及其用途等。
2．掌握压缩试验方法及压缩曲线的绘制、压缩性高低的判别、侧限变形条件下压缩变形计算的各种公式。
3．掌握应力历史对粘性土压缩性的影响。
4．了解Pc、Cs、Cc的确定方法和试验曲线的修正。
5．理解e-p曲线或e-logp曲线实质上是反映了土的应力-应变关系的曲线。
6．掌握土样沉降的计算方法。
理解正常固结、超固结与欠固结的概念与有关的沉降计算公式。
7．明确无侧向变形条件下压缩量公式的推导原理和假定；掌握利用分层总和法计算最终沉降量。
8．掌握太沙基一维渗透固结理论基本概念和适用条件，掌握不同定解条件下通过图表确定固结或反之由固结度确定时间因子、有效应力和t时刻的沉降的方法。
5.2重点和难点
1．重点
分层总和法计算沉降量。
太沙基一维渗透固结理论计算
2．难点
太沙基一维渗透固结理论
5.3内容辅导
5.3.1本章重点和难点解析
本章主要是围绕着基础沉降以及沉降与时间关系这两个中心问题来进行的。
在学习本章时，首先要明确为什么要提出基础沉降以及沉降与时间关系问题，即它与工程的安危和保证建筑物的正常使用有何重要意义，其次要清楚基础沉降产生的原因及其影响的因素，在此基础上，应熟练地掌握沉降及其与时间关系的计算方法。
现将本章主要内容归纳如下：
1．土的压缩性。
土在外界压力作用下体积缩小的性能称为土的压缩性。
土之所以具有压缩性主要是由于它具有孔隙，这是土区别于其他材料的重要特征之一。
土中孔隙所占的体积愈多、其压缩性愈高，反之，则愈低。
土的压缩性的高低通常以侧限压缩试验所得到的压缩曲线及其相应的压缩系数av来表示。
压缩系数定义为单位压力增量引起孔隙比的减小。
压缩曲线愈陡，土的压缩性愈高，反之则曲线平缓，土的压缩性愈低。
土的压缩性高低还可以用e～logp曲线上的斜率（称为压缩指数CC）和压缩模量ES来表示。
影响土的压缩性的高低除了土的种类、颗粒组成以及土的结构等因素以外，还与土的应力历史有关。
土的应力历史以超固结比OCR来表示，并根据OCR的大小将土划分为正常固结、超固结和欠固结等三种。
土的压缩过程是指在某一压力作用下，孔隙中的水和气向外排出，土粒互相靠拢的过程。
对于饱和土体来说，则是孔隙中的水向外排出的过程。
通常把饱和土的压缩称为固结。
因此，从土压缩的基本概念可以得出下列四点重要的结论：
①土中孔隙的存在是土产生压缩的主要原因，但外界压力作用是引起土体压缩的必要条件；②孔隙中的水和气（饱和土仅为水）向外排出是土产生压缩（或固结）的充分条件，如果把土置于密闭的容器中，即使施加很大的压力也不可能引起压缩；③由于土的压缩（或固结）是随着水和气的排出而逐渐发生的。
因此，土的压缩（或固结）是时间的函数；④压缩量的大小与土的初始密度有关。
土除了具有压缩特性外，尚具有回弹（卸荷）再压缩（再加荷）的特性。
前述超固结土即处于回弹再压缩状态，所以其压缩性最低。
工程上常利用这一特性对软土地基进行加固。
2．基础的沉降计算。
基础的沉降是由于地基中土的压缩引起的。
土的压缩量的基本公式是S=
，其中e1为初始孔隙比，它与初始压力p1相对应；e2为加压力增量p后压缩稳定的孔隙比，它与p2= p1+p相对应。
将此基本公式用于计算基础沉降时，则初始压力就是地基的自重应力，而压力增量就是地基的附加应力。
土的压缩量基本公式是在下列三个假定条件下得到的：
①土的压缩仅在竖直方向发生而无侧向变形；②土的压缩是由于孔隙体积的减小，土粒的体积保持不变；③在土层厚度H范围内压力为均匀分布。
地基中的自重应力和附加应力都是随着土层的深度而变化的。
因此，为了能符合基本公式的假定，在计算基础沉降时，将地基进行分层，求出每一分层的压缩，然后加以总和即得基础的沉降，故把基础沉降的计算方法称为分层总和法。
e-p曲线法和e～logp曲线法都以前述基本公式为依据的分层总和法，但后者可以考虑应力历史的影响。
目前国内常用的是e～p曲线法，要求大家熟练掌握其计算步骤和方法，由于沉降计算是在无侧向变形条件下得到的。
因此，其结果常与实际不甚相符，需要进行修正。
3．基础沉降与时间的关系。
前已提及，土的压缩或固结，在某一压力作用下是随着时间的增长而逐渐发生的。
这一增长的过程，对于饱和土体来说，按照有效应力原理，实际上就是在总应力（称固结应力，对于沉降计算即为附加应力）不变的条件下，孔隙水应力不断消散、有效（固结）应力不断增长的过程。
因此，任一时刻基础的沉降量St可由下式来进行计算：
从上式可知，求任一时刻基础的沉降量实际上即为求解任一时刻孔隙水应力u的问题。
为了求解孔隙水应力，本章特别提出了单向固结模型及其相应的固结理论，并根据初始和边界条件，得到了孔隙水应力u的表达式。
为了便于计算，又提出了固结度的概念。
有关固结度及其应用主要掌握下列各点：
（1）土层平均固结度定义为土层孔隙水应力平均消散程度。
它与固结应力的大小无关，但与固结应力分布有关，是时间因数Tv的单值函数。
（2）土层平均固结度还可用下式表示，即Ut=St/S。
其中St为任一时刻基础的沉降量，S为基础的最终沉降量。
（3）在使用时应注意，若为一面排水，则H等于土层厚度；若为两面排水，则均查=1的情况，此时H等于土层厚度的一半。
为排水面的固结应力
与不排水面的固结应力
之比。
4．基础沉降按照其发生的顺序和原因可分为初始沉降、固结沉
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