土质学与土力学中国矿业大学.docx

1、土质学与土力学中国矿业大学土质学与土力学课 程 手 册 中国矿业大学资源与地球科学学院土质学与土力学课程组2004年6月前 言土质学与土力学是中国矿业大学地质工程专业的一门专业基础课，在大学三年级第一学期开设，每周4课时。它是学生学习后继课程工程地质学基础、岩土工程勘察、地基与基础等的先修课程。本门课程的学习，对于培养学生掌握土质学与土力学的基本理论，并具有初步对各种岩土工程特别是土工问题进行定性定量评价的能力和进行岩土工程地质勘察的基础知识和初步工作能力具有重要意义。为了强化改革，提高本课程的课程建设，配合2004版教学大纲的执行，我们编写了这份土质学与土力学课程手册。该手册按照大纲要求，详

2、细列出了本课程的知识点及能力培养要求，这为教师组织教学，编制试题创造了条件，也为今后考核及评估提供了依据。 土质学与土力学课程组 2004.6土质学与土力学教学目标分类表目标类别 代 号 分类目标说明 了 解 O 知识系统的一部分，处于边缘地位，不在大纲规 定的知识点范围内，应达到以下要求： (1)所授知识以信息形式存入大脑；(2)应用时可通过查阅资料得到。 识 记 A 目标分类中的较低层次，应达到以下要求： (1)所授知识以原有形式存入大脑，并能准确再见；(2)直接应用所记知识进行判断，填空和计算。理 解 B 在识记的基础上，达到以下要求： (1)理解知识的要点；(2)了解知识的来龙去脉，与

3、已有知识建立联系，使之系统化。 简单应用 C 在理解的基本上，达到以下要求：(1)应用已掌握的知识熟练解答一般难度实际工程问题；(2)进行较简单的推理论证。 综合应用 D 目标分类中最高层次，应达到以下要求： (1)能应用所授知识解答综合性较高习题；(2)能应用所授知识解决实际问题；(3)能应用所授知识获取新知识。第一章 绪论章节名称序号知识点知识点细目目标等级1.11该学科在工程建设中的作用是解决工程建设中所遇到的岩土工程问题的理论基础之一O2土和土体土是由多种矿物组成的的多相分散系统，是地质作用的产物；B3研究内容1土的工程地质性质及形成分布规律,2土的改良方法和原则,3土的应力应变关系，

4、4土的强度及变形和时间关系，5荷载作用下土的稳定性A第二章 土的物质组成和结构章节名称序号知识点知识点细目目标等级2.1土（体）分布与成因1工程地质成因演化论工程地质条件是长期自然地质历史发展演化塑造而成的，自然地质历史发展演化区域性规律和自然地理环境的分带性规律控制着工程地质条件及其空间分布与组合规律性，促使工程地质条件的形成、发展演化的是内外动力地质作用;它们相互依存而又相互制约，基本控制着工程地质条件的形成。B2我国松散层分布规律自北向南有规律变化：沙漠、黄土、膨胀土、红土、淤泥质土。A3土的形成过程无机土来自岩石的物理、化学风化,有机土中的有机物来自植物、小动物的骨骼和外壳。A4残积土

5、岩石的物理、化学风化物仍残留原地。A5运积土岩石的物理、化学风化物由风、水、波浪、冰川或重力搬运而形成的沉积物。A2.2土的粒度成分6粒度成分土中各种不同粒组的相对含量，亦称颗粒级配。以干土质量的百分比表示。C7粒度成分的表示方法1.表格法，2.累积(累计)曲线法，3.三角坐标法C8土的粒度成分分析方法1.筛分析法(粒度大于0.075mm的土)2.沉降分析法(粒度小于0.075mm的土）C9粗粒土按粒度成分的分类执行中国国家标准建筑地基基础设计规范（2002）B第三章 土的物理性质章节名称序 号知 识 点知 识 点 细 目目标等级3.1土的重量1土粒比重土粒质量与同体积4C水的质量之比B2土的

6、质量密度土的总质量和总体积的比值B3土的重度土在天然状态下单位体积的重力B5土的饱和重度土中孔隙全部被水充填时的单位体积的重力，B6土的干重度土在干燥状态下单位体积的重力B7土的有效重度当土浸没于水中时，受浮力作用时单位体积的重力，B3.2土的含水性及指标8土的含水量B9含水量的测定方法1.烘干法，2.酒精燃烧法，3.炒干法C10土的饱和度B11砂土湿度分类 Sr50% 稍湿的 50%80% 饱和的B3.3土的孔隙性及指标12孔隙度土中孔隙总体积于土体总体积的比值B13孔隙比孔隙体积与土粒体积的比值，一般用小数表B示，14孔隙度和孔隙比之间的换算，C15砂土的相对密实度B16砂土密实度的分类（

7、按孔隙比分类和按相对密度分类）B3.4土的物理性质指标的测定及换算17土的物理性质指标与土的物质组成、结构的关系。18土的物理性质的测定土粒比重Gs、土的质量密度r（ g ）、土的含水量w的测定C19土的各物理性质指标的换算。C第四章 土的水理性质章节名称序号知识点知识点细目目标等级4.1粘性土的稠度和可塑性1稠度粘性土由于含水量变化而表现出的稀稠程度。A2界限含水量相应于从一种稠度状态向另一种稠度状态转变点的含水量。A3液限、塑限、缩限液限：土由可塑状态过渡到流动状态的界限含水量塑限：土由可塑状态过渡到半固体状态的界限含水量缩限：土由半固态过渡到固体状态的界限含水量B4液性指数土的含水量和塑

8、限之差与液限和塑限之差的比值，即C5按液性指数划分粘性土稠度状态B6塑性指数土的液限和塑限之差，即C7细粒土的分类、定名C4.2土的渗透性8土的渗透性土具有使水在其中渗透流动的能力，这种性质通常称为渗透性。A9砾石类和砂类土的渗透系数B10粘性土的渗透系数B11渗透力水在土体孔隙中流动过程中施加与土粒上的作用力，即C12临界水力坡度C4.3粘性土的抗水性13土的膨胀性和收缩性膨胀性：土在浸水过程中其体积增加的性能收缩性：土在失水过程中所表现体积减小的性能A14膨胀率自由膨胀率：线膨胀率：B15膨胀力土体膨胀所产生的压力，即B16体缩率和线缩率体缩率：线缩率：B17收缩系数每减少单位含水量时土样

9、所产生的线缩率增量，即B18土的崩解性粘性土在静水作用下产生崩散解体的性能B第五章 土的力学性质章节名称序知识点知识点细目目标号等级5.1土的压缩性1土的压缩性定义土的压缩性是指在压力作用下体积压缩变小的性能。A2土压缩变形的本质1.土粒本身的压缩变形；2.孔隙中水和气的压缩变形；3.孔隙中水和气被挤出，土颗粒相互靠拢，孔隙体积缩小。A3饱和土的有效应力原理1.土的有效应力等于总应力减去孔隙水压力，即；2.土的有效应力控制了土的变形和强度性能。C4室内压缩试验室内压缩试验所需的仪器和测定方法。B5压缩定律在压力不大的情况下，孔隙比的变化与压力的变化成正比，即C6压缩系数C7压缩指数B8压缩模量

10、C9变形模量土的变形模量是指土在无侧限条件下受压时，压应力与相应应变的比值，即C10泊松比、侧压力系数泊松比：无侧限条件下，侧向膨胀应变与竖向压缩应变之比，即侧压力系数：侧限条件下侧向压力与竖向压力之比，即C11回弹指数B12先期固结压力pc和超固结比OCR先期固结压力：土在历史上曾经经受过的最大固结压力成为先期固结压力；超固结比OCR：先期固结压力和现有土层上覆压力之比，即B13土的固结状态1.正常固结土，2.超固结土 ，3.欠固结土 A5.2土的抗剪性14土的抗剪性定义土的抗剪性是指在外力作用下土体间相对滑动时，土体抵抗剪切破坏的极限强度。A14土的直剪试验1.直剪试验的仪器；2.直剪试验

11、的剪切方法：快剪、固结快剪、满剪B15剪切定律砂土：粘土：D16三轴剪切试验1.三轴剪切的仪器；2.三轴剪切的方法：不固结不排水剪（UU）、固结不排水剪（CU）、固结排水剪（CD）。B15无侧限抗压强度试验1.无侧限抗压强度是指在围压为零，试样剪切破坏时的轴向压力，即2.灵敏度St：饱和软粘土对结构扰动的敏感程度,即B16十字板剪切试验测定软土的抗剪强度：B17莫尔-库仑强度理论库仑定律的总应力表达式：库仑定律的有效应力表达式：D18极限平衡条件在极限平衡状态下主应力之间的关系，其满足：与C19临界孔隙比当砂土处于松密之间某一状态时，剪切对体积变化影响最小，此时的孔隙比称为临界孔隙比。A20孔

12、隙水压力A5.3土的动力性质15砂土液化机理饱和砂土受震动时颗粒间趋于紧密，使孔隙水压力增大，有效应力减小。当有效应力趋于零时，砂土的抗剪强度消失，从而引起地面沉陷、斜坡失稳或者地基失效的现象称为砂土液化。常伴随又喷水冒砂。B16砂土液化评价1.液化可能性判定：经验、标贯试验、剪切波速、静力触探、Seed简化；2.液化等级划分，液化指数；3.抗液化措施。B17土的压实性1.土的压实性是指采用一定的压缩功能和方法，把具有一定级配、含水量的松散土压实到具有一定强度的土层的过程；2.最大干密度（rdmax）和最优含水量（wop）；3.研究土压实的方法：现场压实和室内击实试验B18土的动力变形和动力强

13、度1.土在往复载荷作用下的应力应变特性；2.土动力性能的室内试验；3.土动力特性现场测试指标；4.土的动强度。A第六章 土中的应力计算章节名称序号知识点知识点细目目标等级6.1土中自重应力计算1基础1.基础：建筑物的下部结构，它将整个建筑物（包括基础）的重量及荷重传递给地基。2.基础的分类。A2地基1.地基：建筑物修建后，使土体中一定范围内应力状态发生了变化，这部分由建筑物荷载引起土体内应力变化的土层。2.地基的分类：天然地基和人工地基。A3持力层直接与基础接触，并承受压力的土层。A4自重应力1.自重应力：未修建建筑物之前，由土体重力在土中产生的应力，即D2.自重水平应力：6.2基础底面的压力

14、分布与计算5附加应力修建建筑物后，由建筑物荷重在土体产生的应力增量，称为附加应力A6基底压力的计算1.垂直中心荷载作用下基底压力2.偏心垂直荷载作用下基底压力计算D7基础底面附加压力D6.4竖向集中力作用下的土中应力计算8地表受垂直集中力作用下的附加应力分布D9竖向分布荷载作用下土中应力计算1.不同类型载荷作用在不同基础形状上土中应力的计算方法：(1)均布荷载：矩形面积、圆形面积，(2)三角形荷载：矩形面积，(3)条形面积均布荷载，(4)条形面积三角形荷载2.应力分布计算公式：3.角点法的应用D第七章 地基沉降计算章节名称序号知识点知识点细目目标等级7.1地基最终沉降量计算1地基变形量计算的目

15、的计算的目的是为了保证由于地基沉降而引起的建筑物上部结构的变形不出现妨碍使用的裂缝。O2地基变形量的种类1.变形特征分类：沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜2.时间过程分类：瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降A3应力面积法1. 如果在地基压缩层范围内是成层土层，有n层，则地基变形量2.沉降量经验修正系数3.沉降计算深度的确定：(1)无相邻荷载影响时：zn=B(2.50.4lnB) ；(2)有相邻荷载影响时：D7.2地基变形和时间的关系2固结度土固结完成的程度，即B3单向固结理论1.饱和土的单项固结渗压模型2.单向固结方程的建立3.微分方程的求解D第八章 地基土承载力计算章节名称序号知识点知识点细目目标

16、等级8.1基本概念1地基土变形的三个阶段压密变形阶段，局部剪切阶段，整体破坏阶段B2地基承载力、极限承载力、容许承载力的概念地基承载力：地基对基础及上部结构载荷的承受能力。极限承载力：地基由塑性变形达到整体破坏阶段的界限压力。容许承载力：指满足（1）地基不会产生剪切破坏而失稳；（2）地基变形引起的建筑物沉降及沉降差等应限制在允许范围内时地基土所能承担的最大荷载。A3地基承载力的特征值基本概念是指载荷试验测定的地基土压力变形曲线线形变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值A4地基承载力的特征值确定方法1.原位测试（如载荷试验等）2.理论公式计算3.工程实践经验B8.2根据理论公式确

17、定地基承载力的特征值7按塑性变形区发展范围确定根据地基土的性质，让塑性区发展到一定的深度是容许的，将容许发展的这个深度带入上式，求得 p 即为容许承载力D8临塑荷载当塑性区刚刚出现时的荷载称为临塑荷载，也称为比例荷载，其计算公式：B9临界荷载实际工程中将Zmax控制在1/3-1/4B，相应的荷载称为临界荷载，其计算公式：C10按不同的理论公式计算出极限承载力1.太沙基公式2.普朗特尔公式3.魏锡克太沙基公式条形基础 非条形基础4.汉森公式B10按不同的理论公式计算出极限承载力5.斯凯普顿公式 饱和软土地基（j=0）B第九章 土坡稳定及土压力计算章节名称序号知识点知识点细目目标等级9.1土坡稳定

18、性分析1土坡的稳定系数稳定系数 Fs= 抗滑力/下滑力B2无粘性土土坡稳定性1.干的及水下的无粘性土土坡2.渗流作用下的无粘性土土坡D3粘性土土坡稳定性分析1.瑞典圆弧法：1.瑞典条分法：D9.2挡土墙土压力4挡土结构物的类型及用途A5土压力的种类及产生条件1.主动土压力：挡土墙背在墙后填土的侧压力作用下，离开填土方向向前移动或转动时，土体内出现主动滑裂面，同时产生剪切阻力作用，阻止土体滑移，使侧向压力减小，随着墙身向前位移的不断增加，墙后填土内的剪切阻力作用也随之不断增大，直至土的抗剪强度已完全发挥，土体达到主动极限平衡状态，此时墙后填土作用在墙背上的土压力减至某一最小值，该土压力称为主动土

19、压力。2.挡土墙在自重或外力作用下，墙背向后(填土方向)发生位移或转动，墙后填土受到墙背的推挤，亦向后产生位移，填土体内将产生被动滑裂面，填土内同时产生剪切阻力作用而阻止墙的挤压，使得侧向压力不断增大，随着墙身后位移不断增大，墙后土体内的剪切阻力作用也随之不断增大，直至土的抗剪强度已完全发挥，达到被动极属状态，比时填土对墙身所产生的抗力称为被动土压力。3.静止土压力：当挡土墙不发生任何位移时，墙后填土作用于墙背上的土压力，称为静止土压力。B6朗金土压力理论1.主动土压力：无粘性土 粘性土 主动土压力系数 2.被动土压力：无粘性土 粘性土 主动土压力系数 D7库仑土压力理论1.无粘性土主动土压力：2.无粘性土被动土压力：C第十章 地基处理概述章节名称序号知识点知识点细目目标等级10.1地基处理方法分类及方案选择1地基处理方法分类分类及适用条件O2处理方案选择方案选择要考虑的问题O10.2地基处理方法3土的碾压夯实基本原理及应用条件A4砂垫层或碎石垫层A5堆载预压A6砂桩及碎石桩A7土工织物A8化学加固A （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）