土力学2014东北林业大学

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1、1. 土力学利用力学的一般原理，研究土的物理、化学和力学性质及土体在荷载、水、温度 等外界因素作用下工程性状的应用科学。它是力学的一个分支。2. 地基：为支承基础的土体或岩体。在结构物基础底面下，承受由基础传来的荷载，受建筑 物影响的那部分地层。地基分为天然地基、人工地基。3. 基础：将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。基础依据埋置深度不同划分 为浅基础、深基础第二章 土的三相组成及土的结构1. 土的三相：水（液态、固态）气体（包括水气）固体颗粒（骨架）2.原生矿物。即岩浆在 冷凝过程中形成的矿物。3. 次生矿物。系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿物4. 粘土矿物特点：粘土矿物

2、是一种复合的铝硅酸盐晶体，颗粒成片状，是由硅片和铝片构 成的晶胞所组叠而成。5. d60小于某粒径的土粒质量占土总质量60%的粒径，称为限定粒径 邙限制粒径）d10 小于某粒径的土粒质量占土总质量10的粒径，称为有效粒径；6. 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的透水层中自由水 7. 结合水指受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。这种电分子吸引力高达几千到几 万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。结合水分为强结合水和弱结合水两 种。 8.强结合水：紧靠土粒表面的结合水，其性质接近于固体，不能传递静水压力，具有巨 大的粘滞性、弹性和抗剪强度，冰点为-78

3、 度，粘土只含强结合水时，成固体状态，磨碎后 成粉末状态。 9.弱结合水:强结合水外围的结合水膜。10.土的结构:指土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。土 的结构和构造对土的性质有很大影响。7. 土的构造:物质成分和颗粒大小等都相近的同一土层及其各土层之间的相互关系的特征称 之。- Vr.第三章1. 土的天然密度：土单位体积的质量称为土的密度（单位为g/cm3或t/m3）, 2.土的含水 量：土中水的质量与土粒质量之比（用百分数表示）3土粒相对密度（比重）：土的固体颗粒质量与同体积4C时纯水的质量之比。4. 土的孔隙 比：土中孔隙体积与土颗粒体积之比5. 塑性指数

4、液性指数IL 0坚硬状态0 IL0.25硬塑状态0.25 IL 0.75可塑状态0.751 流塑状态6.土的水理性质：指土在水作用下表现出的性状特点。粘性土的胀缩性、 粘性土的崩解性、 饱和砂粉土的液化性、土的冻胀性7.触变性：粘性土结构遭到破坏，强度降低，但随时间发展土体强度恢复的胶体化学性质称 为土的触变性。也就是说土的结构逐步恢复而导致强度的恢复。（了解）8.碎石土分类：碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。漂石块石圆 形及亚圆形为主棱角形为主 粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%卵石碎石 圆形及亚圆 形为主棱角形为主粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%圆砾角砾圆形及

5、亚圆形为主棱 角形为主粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%（了解） 9.砂土分类：砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50%、粒径大于0.075mm的颗粒 超过全重的 50%。砾砂 粒径大于 2mm 的颗粒占全质量 25 - 50% 粗砂 粒径大于 0.5mm 的颗粒超过全质量 50%中砂 粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%细砂 粒径大于0.075mm的颗粒超过全 质量85%粉砂 粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%(了解)10淤泥类土特性高孔隙比、饱水、天然含水量大孔隙比常见值为1.02.0；液限 一般为 4060，饱和度一般90，天然含水量多为5070。淤泥类土天然含

6、水量大于液限； 未扰动时，处于软塑状态，一经扰动，结构破坏，处于流动状态；透水性极弱：一般垂 直方向的渗透系数较水平方向小些；高压缩性：a12 一般为0.71.5MPa 1，且随天然 含水率的增大而增大；抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关；有较显著的 触变性和蠕变性；分为：淤泥(e三1.5)、淤泥质土(1.0WeV1.5)。11.人工填土特性性质很不均匀，分布和厚度变化上缺乏规律性；物质成分异常复杂。有天 然土颗粒，有砖瓦碎片和石块，以及人类活动和生产所抛弃的各种垃圾；是一种欠压密 土，一般具有较高的压缩性，孔隙比很大;往往具有浸水湿陷性；按照成分和堆填方式 分为：素填土、杂填土、吹

7、填土。第四章 土中的应力计算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。2. 附加应力：修建建筑物后，由建筑物荷重在土体中产生的应力增量，称为附加应力。 3.中心荷载作用下基底压力计算基底附加压力(p0)第五章 土的力学性质1. 受力平衡方程2. 有效应力原理一总应力；一有效应力；u 孔隙水压力。饱和土的有效应 力原理的完整表述：土的的有效应力等于总应力减去孔隙水压力； 土的有效应力控制了 土的变形和强度性能3压缩系数a 土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值4先期固结压力pc : 土在其生成历史中曾受过的最大有效固结压力。5.莫尔一库仑强度理论(简答。自己总结要

8、点)莫尔(Mohr)1910年提出当法向应力范围较大时，抗剪强度线往往呈非线性性质的曲线形状。 抗剪强度指标c和Q并非恒定值，而应由该点的切线性质决定。c随O的增大而增加，(p随 O的增大而减小。莫尔认为土中某点达到该点的抗剪强度时，即土发生破坏。莫尔认为f =f()为曲线，f=f()用直线(库仑定律：)代替(将莫尔曲线简化为直线)，称之为莫尔一库仑强度理论。当土体中某点任一平面上的剪应力等于土的抗剪强度时，将该点即濒于破坏的临界状态称为 “极限平衡状态”。表征该状态下各种应力之间的关系称为“极限平衡条件”第六章1. 地基最终沉降量分层总和法计算步骤(简答)(a)计算原地基中自重应力分布(b)

9、基底附加压力p0 (c)确定地基中附加应力z分布(d)确定计 算深度zn (e)地基分层Hi不同土层界面；地下水位线；每层厚度不宜大于0.4B或 4m；z变化明显的土层，适当取小。(f)计算每层沉降量Si(g)各层沉降量叠加Si 第七章 土压力理论与土坡稳定分析1 挡土墙(结构)一为了防止土体边坡的坍塌失稳，保护边坡的稳定，人工完成的构筑物.2. 主动土压力 挡土墙在填土压力作用下，向着背离填土方向移动或沿墙跟的转动，直至土 体达到主动平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力Ea 3被动土压力：挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至 土体达到被动极限平衡状态，

10、形成滑动面。此时的土压力称为被动土压力EP。4.朗肯理论与库仑理论的比较(简答) 相同点：朗肯与库仑土压力理论均属于极限状态，计算出的土压力都是墙后土体处于极限平 衡状态下的主动与被动土压力Ea和Ep。不同点：研究出发点不同：朗肯理论是从研究土中一点的极限平衡应力状态出发，首先求 出的是Pa或Pp及其分布形式，然后计算Ea或Ep 极限应力法。库仑理论则是根据墙背和 滑裂面之间的土楔，整体处于极限平衡状态，用静力平衡条件，首先求出Ea或Ep,需要时再 计算出 Pa 或 Pp 及其分布形式滑动楔体法。 研究途径不同：朗肯理论在理论上比较严密，但应用不广，只能得到简单边界条件的解答。 库仑理论是一种

11、简化理论，但能适用于较为复杂的各种实际边界条件，应用广泛。第八章 岩土工程勘察概述1 不良地质作用：由地球内力或外力产生的对工程可能造成灾害的地质作用。2. 岩土工程勘察：根据建设工程的要求，查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩 土工程条件，编制勘察文件的活动。3. 地质灾害：由不良地质作用引发的危及人生、财产、工程或环境安全的事件。第九章 天然地基上浅基础的常规设计 极限承载力：使地基发生剪切破坏、失去整体稳定时的基础底面最小压力，亦即地基能承受 的最大荷载强度1. 地基基础设计应满足下列三项基本原则(1) 对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度；(强度要求)(2

12、) 应控制地基变形，使之不超过建筑物的地基变形允许值，以免引起基础和上部结构的 损坏，或影响建筑物的正常使用功能和外观；(3) 基础的材料、型式、尺寸和构造，除了应能适应上部结构、符合使用要求、满足地基 承载力(稳定性)和变形要求外，还应满足对基础结构的强度、刚度和耐久性的要求。 2. 天然地基上浅基础设计的内容和一般步骤(1) 充分掌握拟建场地的岩土工程地质条件和工程勘察资料。(2) 在研究地基勘察资料的基础上,结合上部结构的类型，荷载的性质、大小和分布，建筑布 置和使用要求以及拟建基础对原有建筑设施或环境的影响，并充分了解当地建筑经验、施工 条件、材料供应、保护环境、先进技术的推广应用等其

13、他有关情况，综合考虑选择基础类型 和平面布置方案;(3) 选择地基持力层和基础埋置深度; (4)确定地基承载力;(5) 按地基承载力(包括持力层和软弱下卧层)确定基础底面尺寸;(6) 进行必要的地基稳定性和变形验算，使地基的稳定性得到充分保证， 并使地基的沉降不 致引起结构损坏、建筑倾斜与开裂， 或影响其正常使用和外观;(7) 进行基础的结构设计,按基础结构布置进行结构的内力分析、强度计算，并满足构造设计 要求，以保证基础具有足够的强度、刚度和耐久性; (8)绘制基础施工图，并提出必要的技术 说明。3.某建筑场地表以下土层依次为：(1)中砂，厚2.0m,孔隙比e=0.650, 土粒相对密度ds

14、= 2.65, 潜水面在地表下1m处；粘土隔水层厚2.0m,重度为19kN/m3；粗砂，含承压水， 承压水位高出地表2.0m(取Y w = 9.80kN / m3)。问：基坑开挖深达1m时，坑底有无隆起开裂的危险?若基础埋深d = 1.5m，施工时除将中 砂层内地下水面降到坑底外， 还须设法将粗砂层中的承压水位至少降低几米才 行?答案：有， 1.1解释：应使承压含水层顶部的静水压力W )与总覆盖压力(o )的比值p /O 1对宽坑宜取|J /O 1,否则应设法降低承压水头式中p =Y wh, h可按预估的最高承压水位确定，或以 孔隙压力计测定；O =Y Izl+Y 2z2, y l及2分别为各

15、层土的重度，对地下水位以下的土 取饱和重度。4. 作业三：P207习题7.45. 软弱下卧层:承载力显著低于持力层的高压缩性土层。当地基受力层范围内存在有软弱下卧层时，按持力层土的承载力计算得出基础底面所需 的尺寸后，还必须对软弱下卧层进行验算。 要求：作用于软弱下卧层顶面处的附加应力与 自重应力之和不超过其承载力特征值。（图） 即O z+O czWfaz O z相应于荷载效应标准 组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值；O CZ软弱下卧层顶面处土的自重应力值；faz 软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承 载力特征值6. 矩形基础条形基础l, b分别为矩形基础的长度和宽度；p基底的平均压力值；O

16、 c基底处土的自重应力值；z基底至软弱下卧层顶面的距离；e 地基压力扩散角,规范提供了表格供查7. 地基基础与上部结构相互作用的概念对一个建筑物来说，在荷载作用下，地基、基础和上部结构三部分是彼此联系、相互制 约的整体。地基、基础与上部结构三部分功能不同，材料各异，研究方法亦不同，目前要把三部分完全统一 起来进行设计计算还有困难。传统的结构设计（包括目前的常规设计）总是把上部结构、基础与地基三者作为彼此离 散的独立结构单元进行力学分析。上部结构、基础与地基共同作用下的工程处理规定 按照具体条件可不考虑或计算整体弯曲时，必须采取措施同时满足整体弯曲的受力要求。 从结构布置上，限制梁板基础（或称连

17、续基础）在边柱或边墙以外的挑出尺寸，以减轻整体 弯曲效应。 在确定地基反力图形时，除箱形基础按相应规范（JGJ6-99）的明确规定（该规范根据实测资 料已反映整体弯曲的影响）外，柱下条形基础和筏基纵向两端起向内一定范围，如12开间， 将平均反力加大10%20%设计。 基础梁板的受拉钢筋至少应部分通长配置（具体数量详见有关规范），在合理的条件下，通 长钢 筋以多为好，尤其是顶面抵抗跨中弯曲的受拉钢筋。对筏板基础，这种钢筋应全部通长配置 为宜。8. 相对刚度： 在上部结构、基础与地基的共同作用中，起重要影响的是：“上部结构+基础” 与地基之间的刚度比，称为“相对刚度”第十章 桩基础1.浅基础：只需

18、经过挖槽、排水等普通施工程序建造一般埋深小于基础宽度的基础统称为浅 基础。2深基础：由于浅层土质不良，须把基础埋置于深处的好地层时（埋置深度大于5m）,采用 桩、沉井等特殊施工方法和设备建造一般埋深大于基础宽度的基础。3. 端承桩和嵌岩桩：一般为1224m。当相邻两个勘探点揭露的持力层层面坡度大于10% 时，应视具体情况适当加密勘探点；4. 摩擦桩：一般为2030m。遇到土层性质或状态在水平方向分布变化较大时，或存在可 能影响成桩的土层时，应适当加密勘探点；5. 承载能力极限状态：对应于桩基达到最大承载能力或整体失稳或发生不适于继续承载的变 形。计算应采用作用效应的基本组合和地震作用效应组合;

19、6. 正常使用极限状态：对应于桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求 的某项限值。验算桩基沉降时应采用荷载的长期效应组合；验算桩基的水平变位、抗裂、裂 缝宽度时，根据使用要求和裂缝控制等级应分别采用作用效应的短期效应组合或短期效应组 合考虑长期荷载的影响。7. 负摩阻力桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩侧向 下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。下列情况下应考虑桩侧负摩阻力作用：（教材 P.217）在软土地区，大范围地下水位下降，使桩周土中有效应力增大，导致桩侧土层沉降； 桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时； 桩穿

20、越较厚松散 填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层时； 冻土地区，由于温度升高而引起桩侧土的沉陷。 桩侧负摩阻力产生的条件：桩侧土体下沉必须大于桩的下沉。 要确定桩侧负摩阻力的大小，首先要确定产生负摩阻力的深度区间及其强度大小。8. 群桩效应：当桩数较多，桩距较小时，例如常用的桩距sa=（34）d时，桩端处地基中各桩 传来的压力将相互重叠。这种情况下：桩端处压力比单桩时大得多；桩端以下压缩土层的厚 度也比单桩要大；群桩中各桩的工作状态与单桩的明显不同；群桩承载力小于各单桩承载力 之总和；沉降量则大于单桩的沉降量，这就是群桩效应9.单桩的破坏模式（a）屈曲破坏（b）整体剪切破坏（c）刺

21、入破坏第十一章 地基处理概述1. 地基处理的目的：（简答）（1）提高土的抗剪强度，使地基保持稳定；（2）降低土的压缩性，使地基的沉降和不均匀沉降减至允许范围内；（3）降低土的渗透性或渗流的水力梯度，防止或减少水的渗漏，避免渗流造成地基破坏；（4）改善土的动力性能，防止地基产生震陷变形或因土的振动液化而丧失稳定性；（5）消除或减少土的湿陷性或胀缩性引起的地基变形，避免建筑物破坏或影响其正常使 用。2. 地基处理方法众多，按其处理原理和效果大致可分为换土垫层法、排水固结法、挤密振密 法、拌入法、灌浆法、加筋法等类型。（了解）托换技术（或称基础托换）0托换技术是指需对原有建筑物地基和基础进行处理、加

22、固或改建,或在原有建筑物基础下修建地下工程或因邻近建造新工程而影响到原有建筑物的安全时，所 采取的技术措施的总称第十二章 基坑工程1. 建筑基坑是指为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间。2. 基坑工程：为保证基坑施工以及主体地下结构的安全和周围环境不受损害，需对基坑进行 包括土体、降水和开挖在内的一系列勘察、设计、施工和检测等工作。3. 基坑支护工程设计的基本原则:（简答）1 在满足支护结构本身强度、稳定性和变形要求的同时，确保周围环境的安全； 2 在保证安 全可靠的前提下，设计方案应具有较好的技术经济和环境效应； 3 为基坑支护工程施工和基 础施工提供最大限度的施

23、工方便，并保证施工安全4. 基坑开挖与支护设计应包括下列内容：（简答）支护体系的方案技术经济比较和选型；支护结构的强度、稳定和变形计算；基坑内外土体的稳定性验算；基坑降水或止水帏幕设计以及围护墙的抗渗设计； 基坑开挖与地下水变化引起的基坑内外土体的变形及其对基础桩、邻近建筑物和周边环 境的影响； 基坑开挖施工方法的可行性及基坑施工过程中的监测要求。5. 基坑工程的特点（简答） 支护结构通常都是临时性的结构，一般情况下安全储备相对较小，风险性较大 由于场地的工程水文地质条件、岩土的工程性质以及周边环境条件的差异性，基坑工程 往往具有很强的地域性特征，因此，它的设计和施工，必须因地制宜，切忌生搬硬

24、套。 是一项综合性很强的系统工程。它不仅涉及结构、岩土、工程地质及环境等多门学科， 而且勘查、设计、施工、检侧等工作环环相扣，紧密相连。 具有较强的时空效应。支护结构所受荷载（如土压力）及其产生的应力和变形在时间上 和空间上具有较强的变异性，在软粘土和复杂体型基坑工程中尤为突出。 对周边环境会产生较大影响。基坑开挖、降水势必引起周边场地土的应力和地下水位发 生改变。使土体产生变形，对相邻建（构）筑物和地下管线等产生影响，严重者将危及到它们 的安全和正常使用。大量土体运输也将对交通和环境卫生产生影响。 6.基坑支护结构的类 型及适 用条件（ 1）放坡开挖及简易支护 放坡开挖是指选择合理的坡比进行

25、开挖，适用于地基土质较好、开挖深度不大以及施工 现场有足够放坡场所的工程。放坡开挖施工简便、费用低，但挖土及回填土方量大。有时为 了增加边坡稳定性和减少土方量，常采用简易支护 （2）悬臂式支护结构广义上讲，一切设有支撑和锚杆的支护结构均可归属悬臂式支护结构，但这里仅指没有 内撑和锚拉的板桩墙、排桩墙和地下连续墙支护结构（右图所示）。悬臂式支护结构依靠足够 的入土深度和结构的抗弯能力来维持基坑壁的稳定和结构的安全。适用于土质较好、开挖深 度较浅的基坑工程。（3）水泥土桩墙支护结构 利用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械在地层深部将水泥和软土强制拌和，让水 泥和软土之间产生一系列的物理化学反应

26、，硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥 土桩。水泥土桩墙中的桩与桩或排与排之问可相互咬合紧密排列，也可按网格式排列（右图）。 水泥土桩墙适合于淤泥、淤泥质土等软土地区的基坑支护。（4）内撑式支护结构 内撑式支护结构由支护桩或墙和内支撑组成（右图所示）。支护桩常采用钢筋混凝土桩或钢 板桩，支护墙通常采用地下连续墙。内支撑常采用木方、钢筋混凝土或钢管（或型钢）做成。 内支撑支护结构适合各种地基土层，但设置的内支撑会占用一定的施工空间。（5）拉锚式支护结构 拉锚式支护结构由支护桩或墙和锚杆组成。支护桩和墙采用钢筋混凝土桩或地下连续墙。 锚杆通常有地面拉锚（右图a）和土层锚杆（右图b）两种。地面

27、拉锚需要有足够的场地设置锚桩 或其他锚固装置。土层锚杆因需要土层提供较大的锚固力，适合于深部有较好土层的地层中， 不宜用于软粘土地层。（6）土钉墙支护结构 土钉墙支护结构是由被加固的原位土体、布置较密的土钉和喷射于坡面上的混凝土面板组成（右图）。土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，但也可通过直接打入较粗的钢筋 或型钢形成土钉墙支护结构。适合地下水位以上的粘性土、砂土和碎石土等地层，不宜用于 淤泥或淤泥质土等软土地层，支护深度不超过18m。（7）双排桩支护结构双排桩支护结构通常由钢筋混凝土前排桩和后排桩以及盖梁或盖板组成（右图）。其支护深 度比单排悬臂式结构要大，且变形相对较小。（8）连拱式支护结构连拱式支护结构通常采用钢筋混凝土桩与深层搅拌水泥土拱以及支锚结构组合而成（右 图）。水泥土抗拉强度很小，抗压强度较大，形成水泥土拱可有效利用材料抗压强度。拱脚 采用钢筋混凝土桩，承受由水泥土拱传递来的土压力，如果采用支锚结构承担一定的荷载， 则可取得更好的效果。（9）其他支护结构逆作拱墙支护结构（下图示）、加筋水泥土拱墙支护结构以及各种组合式支护结构。