湖南大学土力学复习资料.doc

名词解释:
1、潜蚀：在渗流情况下，地下水对岩土的矿物、化学成分产生溶蚀、溶滤后这些成分被带走以及水流将细小颗粒从较大颗粒的空隙中直接带走，这种作用称为潜蚀，前者称化学潜蚀，后者称机械潜蚀。
2、管涌：水在砂性土中渗流时，细小颗粒在动水力的作用下，通过粗颗粒形成的孔隙，而被水流带走的现象叫管涌。
流砂或流土：当Δh增大到某一数值(有效重度)时, 向上的渗流力克服了土体向下的重力, 土体浮起而处于悬浮状态失去稳定, 土粒随水流动的现象
3、灵敏度：在不排水条件下，原状土的无侧限抗压强度与重塑土的无侧限抗压强度之比，用表示。
4、固结度：地基在荷载作用下，经历了时间的沉降量与最终沉降量之比值称为固结度，它表示时间地基完成的固结程度。<达同一固结度，单面排水时间是双面排水时间的4倍>
7、土的触变性：在土的含水量和密度不变的情况下，土因重塑而软化，又因静置而逐渐硬化，强度有所恢复的性质。
8、角点法：利用角点下的应力计算公式和应力叠加原理推求地基中任意点的附加应力的方法称为角点法。
9、渗透固结：土体中由附加应力引起的超静水压力随时间逐渐消散，附加应力转移到土骨架上，骨架上的有效应力逐渐增加，土体发生固结的过程称为渗透固结。
10、压缩系数：压缩曲线上，当压力变化范围不大时，孔隙比的变化值与压力的变化值的比值，即：

15、超固结比：土层目前的自重应力等于先期固结压力的土层\超固结土\欠固结土
16、库仑定律：当土所受法向应力不很大时，土的抗剪强度与法向应力可近似用线性关系表示，这一表征土体抗剪强度与法向应力的公式即为库仑定律表达式

17、相对密实度:
界限含水量：粘性土由一种状态转到另外一种状态的分界含水量。
液限()：粘性土由可塑状态转到流动状态的界限含水量。
塑限()：粘性土由半固态转到可塑状态的界限含水量。
塑性指数：液限与塑限之差（去掉%）称为塑性指数，用下式表示：。
反映粘粒含量的多少,反映粘性土处在可塑状态的含水量变化范围。
液性指数(IL): 反映土的软硬成度
18、最佳含水量：在一定压实功作用下，使土最容易压实，并能达到最大干密度时的含水量。

19、附加应力：在建筑物等外荷载作用下，土体中各点产生的应力增量。
自重应力:建筑物修建以前，地基中由土体本身的有效重量所产生的应力。
20、临塑荷载pcr：指地基土中将要而尚未出现塑性变形区（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时的基地压力。
极限荷载pu：地基承受基础荷载的极限压力。
21、强结合水：紧靠于土颗粒的表面，受电场作用很大，无安全不能移动，表现出固态特性
弱结合水：强结合水外，电场作用范围内的水，是一种粘质水膜，受力时可以从水膜厚处向薄处移动，也可因电场引力从一个土粒周围转移到另一个土粒周围，担在重力作用下不会发生移动。
毛细水: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透水层中的自由水
重力水:地下水面以下,土颗粒电分子引力范围以外的水,仅受重力作用.传递静水压力产生浮托力.
毛细现象：指土中水在表面张力作用下，沿细的孔隙向上及其它方向移动的现象。

22、粒组:介于一定粒度范围内的土粒。
界限粒径：划分粒组的分界尺寸称为
颗粒级配:土中各粒组的相对含量就称为土的颗粒级配。（d > 0.075mm时，用筛分法；d <0.075，沉降分析）
颗粒级配曲线：曲线平缓，表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好。
不均匀系数:Cu=d60/d10 ，反映土粒大小的均匀程度，Cu 越大表示粒度分布范围越大，土粒越不均匀，其级配越好。
曲率系数:Cc=d302/(d60*d10)，反映累计曲线的整体形状，Cc 越大，表示曲线向左凸，粗粒越多。
（d60 为小于某粒径的土重累计百分量为60% ，d30 、d11 分别为限制粒径、中值粒径、有效粒径）
23.土的结构: 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(单粒结构、蜂窝结构、絮凝结构)
土的构造：指土层的层理、裂隙和大孔隙等宏观特征。（层理构造、裂隙构造、分散构造）
24、土的压实性: 影响因素：1）含水量 2）击实功（能） 3）土类及级配
特殊土：软土、红黏土、黄土、膨胀土、多年冻土、盐渍土
人工填土：素填土、杂填土、冲填土
常见的粘土矿物：蒙脱石、伊利石、高岭石；三者的亲水性、膨胀性和收缩性依次降低
土的冻胀因素：1）土因素 2）水因素 3）温度因素 即：在持续负温作用下，地下水位较高处的粉矿、粉土、粉质黏土等土层冻胀危害大。
26、二维流网的特点：1)流线与等势线互相正交； 2）流网为曲边正方形； 3）任意两相邻等势线之间的水头损失相等；4）任意两相邻流线间的单位渗流亮相等
27、影响渗透系数的因素有哪些?
1）土粒大小与级配:细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。
2）土的密实度：同种土在不同密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，渗透系数相应减小。
3）土中封闭气体含量：土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透系数愈小。
4）土的矿物成分 ：粘土矿物的结合水占据孔隙。蒙脱土膨胀，阻塞孔隙；淤泥不透水——含有机质。——渗透系数减小
28、有效应力原理:总应力由有效应力及孔隙水压力组成;土的变形和强度只与有效应力有关
29、土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。土的压缩变形快慢与土的渗透性有关：透水性大的无粘性土，压缩过程短；透水性小的粘性土，压缩时间长。
30、土的固结：土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程。
31、压缩性指标：压缩系数:曲线上任一点的切线斜率a表示了相应于压力P作用下的压缩性
压缩指数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压应力常用对数增量的比值
压缩模量：土体在完全侧限条件下，竖向附加应力与相应的应变增量之比
说明：土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成反比，Es愈大，a愈小，土的压缩性愈低
载荷试验：由加荷稳压装置、反力装置、观测装置三部分组成。
变形模量：指土体在无侧限条件下，单轴受压时的应力与应变之比，用E0 表示
弹性模量：无侧限条件下弹性阶段竖向应力与应变之比。
E0与Es关系
1. 应力历史：土在形成的地质年代中经受应力变化的情况
2. 应力路径: 在外力作用下土中某一点的应力变化过程在应力坐标图中的轨迹。
3. 地基变形与时间的关系：主要取决于土的渗透性和土层厚度；饱和土的渗透固结过程，就是孔隙水压力向有效应力转化的过程。
4. 粘性土沉降组成:
瞬时沉降:加载后地基瞬时发生的沉降; 采用弹性理论,采用不排水变形模量
主固结沉降:饱和与接近饱和的粘性土在基础荷载作用下,随着超静孔隙水压力的消散,土骨架产生变形所引起的沉降;
次固结沉降:主固结结束后,在有效应力不变的条件下,土骨架仍随时间发生变形. 利用S-lgt曲线,次固结指数进行计算
4、太沙基一维固结理论的基本假定:
(1) 土体是均质弹性,完全饱和;
(2) 土粒和水不能压缩;
(3) 水的渗出以及土的压缩只能沿竖向发生;
(4) 水的渗流服从Darcy定理,且渗透系数k不变;
(5) 孔隙比的变化与有效应力的变化成正比,压缩系数a不变;
(6) 外荷载一次瞬时施加.
5、土的抗剪强度的组成
⑴ 摩擦力
滑动摩擦: 剪切面土粒间表面粗糙所产生的摩擦
咬合摩擦: 土粒间相互嵌入所产生的咬合力, 其引起土的剪胀
颗粒的破碎与重排列
⑵ 粘聚力：由土粒间的胶结作用和各种物理-化学键力作用的结果，其大小与土的矿物组成和压密程度有关
静电引力: 包括库仑力仑力和离子-静电力
范德华力: 物质的极化分子与相邻另一极化分子间通过相反的偶极吸引
胶结力: 土或水中碳、硅、铅、铁等氧化物对土颗粒形成胶结作用，其粘聚力可达几百千帕
表观粘聚力: 如毛细力、非饱和土中吸力等
影响抗剪强度的因素有哪些?
摩擦力: 剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度
粘聚力: 土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构

6、 三种土压力与位移之间的关系？三种土压力之间的大小关系？
被动土压力：墙推土内移达到极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力称为被动土压力。
主动土压力：土推墙外移达到极限平衡状态，这时作用在墙背上的土压力就称为主动土压力。
静止土压力 ：墙静止不动, 墙后土体处于弹性平衡状态时, 作用在墙背的土压力E0
Ea<Eo<Ep
7、档土墙的验算
验算内容：稳定性验算（抗倾覆、抗滑移）；地基承载力验算；墙身强度验算

抗压抗拉强度及抗剪强度验算验算时，墙身断面位置应取最不利的位置计算，如断面急剧变化或转折处，一般在墙身与基础接触处应力可能最大

8、地基变形的三个阶段：线性、弹塑性、破坏阶段，三个阶段各自的特点有哪些？
典型p-s曲线：
1. 线性变形阶段
oa段: 荷载小, 主要产生压缩变形, 荷载与沉降关系接近于直线, 土中t<tf , 地基处于弹性平衡状态.
2. 弹塑性变形阶段
ab段: 荷载与沉降关系呈曲线, 地基中局部产生剪切破坏, 出现塑性变形区;
3. 破坏阶段
bc段: 塑性区扩大, 发展成连续滑动面, 荷载增加, 沉降急剧变化.

9、条分法分析步骤：
1.按比例绘制土坡剖面图;
2.任选一点O为圆心, 以Oa为半径(R)作圆弧ab得滑动圆弧面；
3.将滑动面以上土体竖直分为宽度相等的若干土条并编号；
抗剪力Si为：
4.计算作用在土条ef上的剪切力Ti和抗剪力Si。土条自重Gi和荷载Qi在滑动面ef上的法向反力Ni和切向反力Ti分别为：

5. 计算稳定性系数(沿整个滑动面上的抗剪力与剪切力之比)Ks。
6. 假定几个可能的滑动面（例陈惠发法）, 分别计算相应的Ks值, 其中Ksmin对应的滑动面则为最危险滑动面。

1、何谓附加应力？地基中的附加应力分布有何特点？
答：建筑物荷载在地基中增加的应力称为附加应力。
地基中的附加应力分布有一下规律：
1)附加应力自基底起，随深度呈曲线衰减
2)附加应力具有一定扩散性。它不仅分布在基底范围内，而且分布在基底荷载面积以外的相当大的范围之
3）基底下任意深度水平面上的附加应力，在基地中轴线上最大，随居中轴线距离越远而越小
2、简述饱和土的渗透固结过程？
答：饱和土的渗流固结过程如下：
（1）土体孔隙中自由水逐渐排出；
（2）土体孔隙体积逐渐减小；
（3）由孔隙水承担的压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。

3、土体中发生剪切破坏的平面，是不是剪应力最大的平面？在什么情况下，剪切破坏面与最大剪应力面是一致的？
答：土体中发生剪切破坏的平面一般不是剪应力最大的平面。
当土的莫尔破坏包线与轴平行时，即时，剪切破坏平面与最大剪应力面是一致的。

4、 莫尔-库伦强度理论:以库伦公式作为抗剪强度公式,根据剪力是否达到抗剪强度作为破坏准则的理论就称为莫尔-库伦强度理论
5、 掌握最终沉降量的计算方法(分层总和法,规范法的基本假定及其计算过程)二者之间的比较
基本假定:
(1)地基是均质、各向同性的半无限线性变形体
(2)地基在外荷载作用下只产生竖向变形，不产生侧向膨胀变形
(3)采用基地中心下的附加应力计算地基变形量

分层总和法的计算步骤:
(1) 分层 分层原则 ; 天然土层面及地下水位处
(2)绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线
(3)确定地基沉降计算深度 按照 (软土取0.1)确定
(4)计算各分层土的平均自重应力和平均附加应力
(5)计算各分层沉降量
(6)计算基础最终沉降量
规范法的计算步骤:
1）求基底压力和基底附加压力
2）确定沉降计算深度, 不存在相邻荷载时初步取 (Zn=b(2.5-0.4lnb)
3）沉降计算
4）求平均附加应力系数,计算每层沉降量
5）校验Zn(按照确定
6）计算并计算最终沉降量
与及p0与fak的关系有关
规范法与分层总和法的比较:
相同点:
基本假定: 规范法是基于分层总和法的基础之上引进平均附加应力系数及经验修正系数的一种简化计算方法,两者的基本假定相同.
不同点：
比较项 分层总和法 规范法
计算公式
计算深度 依(软土取0.1)确定 不存在相邻荷载时初步取 (Zn=b(2.5-0.4lnb)
校验Zn(按照确定
分层厚度 ; 天然土层面及地下水位处 每层土及地下水位处
压缩模量 每一计算分层均不同 同一土层不变
经验系数 无 有经验修正系数
繁琐程度及准备确性 繁琐,硬土结果偏小,软土结果偏大 简洁,考虑了大量的工程实际经验,结果教准确
6．直剪试验与三轴试验的优缺点
直剪试验：
优点：设备简单、操作方便、结果便宜整理、测试时间短
缺点：试样的应力状态复杂、应变不均匀、不能控制排水条件、剪切面固定
三轴试验：
优点：应力状态和应力路径明确、排水条件清楚，可控制、可量测孔隙水压力、了解土中有效应力变化情况、破坏面不是人为固定的

缺点：设备相对复杂、现场无法实验、实验在2 3轴对称条件下进行、与土体实际受力情况可能不符
7、物理状态指标:
三个基本物理指标:天然密度（环刀法）,比重或相对密度（比重瓶法）,含水量（烘干法）
换算指标：天然密度ρ:天然状态下土单位体积的质量(g/cm3)
干密度ρd :土单位体积中固体颗粒部分的质量( g/cm3)
饱和密度ρsat :土孔隙中充满水时的单位体积质量(g/cm3)
有效密度ρ: 单位土体积中土粒的有效质量(g/cm3)
土粒相对密度(比重)ds :土的固体颗粒质量与同体积4℃时纯水的质量之比
含水量w : 土中水的质量与土粒质量之比(%)
孔隙比e :土中孔隙体积与土颗粒体积之比
孔隙率 n :土中孔隙体积与总体积之比(%)
饱和度 Sr : 土中水的体积与孔隙体积之比(%)
8、朗肯土压力的基本假定是？库伦土压力的基本假定是？
（1）朗肯土压力
基本原理
朗肯研究自重应力作用下，半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极限平很状态的条件，提出计算挡土墙土压力的理论。
假设条件
a挡土墙背垂直
b．墙后填土表面水平
c．挡墙背面光滑即不考虑墙与土之间的摩擦力。
（2）库伦土压力
依据的原理：楔体平衡理论
基本假定：
a墙后的填土是理想散粒体
b.滑动破坏面为通过墙踵的平面
c.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形

3. 朗肯土压力与库伦土压力的优缺点
n朗肯土压力理论:应用半空间中的应力状态和极限平衡理论计算土压力，概念比较明确，公式简单，应用方便，对于粘性土和无粘性土都可以用该公式直接计算，故在工程中得到青睐。但为了使墙后填土中的应力状态符合半空间应力状态，必须假设墙背是直立光滑的，填土面是水平的，因而使其应用范围受到限制，并由于该理论忽略了墙背与填土之间摩擦的影响，使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小。
n库仑土压力理论:根据墙后滑动土楔的静力平衡条件推导得出土压力计算公式，考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背倾斜，填土面倾斜的情况，但由于该理论假设填土是无粘性土，因此不能用库仑公式直接计算粘性填土的土压力。库仑土压力理论假设墙后填土破坏时，破裂面是一平面，而实际上是一曲面，因此，库仑土压力理论计算结果与按曲面的计算结果有出入，这种偏差在计算被动土压力时尤为严重.

4． 朗肯与库仑土压力理论的适用性
（1）朗肯理论求得的是墙背各点土压力强度分布，而库仑理论求得的是墙背上的总土压力
（2）朗肯理论适用于填土表面为水平的无粘性土或粘性土的土压力计算
（3）库仑理论只适用于填土表面为水平或倾斜的无粘性土，对粘性土只能用图解法计算
被动土压力的计算常采用朗肯理论
（4）挡土墙在满足墙背直立光滑且填土面水平的条件下，库仑土压力理论与朗肯土压力理论计算得到的土压力是一致的.
9、饱和粘性土不同排水条件下的抗剪强度指标
1. 不固结不排水剪(UU) ：试验过程中试样含水量和体积保持不变, 加压过程中只引起试样的孔隙水压力变化, 而有效应力不变, 故抗剪强度亦不变。
2. 固结不排水剪(CU) ：固结过程中试样含水量和体积减小, 剪切过程中保持不变, 只是孔隙水压力改变, 破坏时孔隙水压力完全由试样受剪引起。
3. 固结排水剪(CD) ：整个试验过程中始终打开排水阀门, 让试样充分排水固结, 保持孔隙水压力为零, 有效应力等于总应力。
试验方法
适 用 条 件
不排水剪
(快 剪)
地基土的透水性和排水条件不良, 建筑物施工速度较快
排 水 剪
(慢 剪)
地基土的透水性好, 排水条件较佳, 建筑物加荷速率较慢
固结不排水剪
(固结快剪)
建筑物竣工后较久, 荷载又突然增大, 或地基条件等介于上述两种情况之间