土力学满分攻略.pdf
7页
土力学 第一章 1、自然界的土是由岩石经风化、搬运、堆积而形成的; 2、粒组划分颗粒界限 mm：漂石 200 卵石 20 砾石 2 砂粒 1/20 粉粒 1/200 粘粒; 3、土的三相比例指标： 1 土密度ρ=M/V 一般为~cm3 2 土粒密度ρs=Ms/Vs 3 土含水量ω=Mω/Ms100% 水的质量与土粒质量之比 4 干密度 ρd=Ms/V 土粒质量除以总体积 5 饱和密度 ρsat =Mω+Ms/V 6 有效重度 γ’=10Ms-Vsγω/V 7 孔隙比 e=Vv/Vs 空隙体积与固体体积之比 8 孔隙率 n=Vv/V 空隙体积与总体积之比 9 饱和度 Sr=Vω/Vv 水的体积与空隙体积之比 4、换算 1e=γs1+ω/γ-1 e=γs/γd-1 e=ωγs/Srγω 2γd=γ/1+ω γd=γs/1+e 5、土的结构的基本类型：单粒结构,蜂窝结构,絮状结构; 6、粘性土的状态与界限含水量：流动状态液限ωL 可塑状态塑限ωp 半固体状态缩 限ωs 固体状态; 7、塑性指数：Ip=ωL-ωp 液性指数 IL=ω-ωp/ωL-ω 8、土的状态：IL 坚硬 0 硬塑可塑软塑 1 流塑; 第二章 1、达西渗透定律：v=q/A=ki i 是水力梯度,k 是渗透系数 2、有效应力原理：饱和土体内任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和 ；土的变形和强度取决于有效应力而不是总应力; 3、流网的特征：流线与等势线彼此正交；每个网格的长宽比为常数；相邻等势线间的水头损失相等；各流槽的渗流量相等; 4、渗透力的概念：水在土中流动的过程中将受到土阻力的作用 ,使水头逐渐损失;同时,水的渗透将对土骨架产生拖曳力,导致土体中的应力与变形发生变化;渗透力：渗透水流施于单位土体内土粒上的拖曳力,也称渗流力、动水压力,用 f 表示 kN/m3; 5、渗透力计算：j=J/V=γωi 6、流土： 在渗流作用下局部土体表面隆起,或土粒群同时起动而流失的现象;主要发生在地基或土坝下游渗流溢出处;渗流水流将整个土体带走 7、管涌：在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象;主要发生在砂砾土中;土体大颗粒之间的小颗粒被冲出 第三章 1、按照应力产生的原因,土中应力分为自重应力和附加应力;自重应力是土体受到重力作用而产生的应力；附加应力是由于外载荷建筑荷载、车辆荷载、土中水的渗流力、地震力等的作用,在土中产生的应力增量; 2、按照应力分担角度来分,则土中应力还可分为有效应力和孔隙水压力; 3、3 个假定：1 认为土是连续的；2 认为土具有均匀性且满足弹性理论；3 认为土是半无限体; 4、土中一点应力状态：正应力σα=σx+σy/2+σx-σy/2cos2α+τxysin2α 切应力τα=σx-σy/2sin2α+τxycos2α 5、自重应力：σcz=γz 6、成层土的自重应力：σcz=∑γihi 7、土层中有地下水时的自重应力： 1 砂性土考虑浮力； 2 粘性土先判断土的液性指数,大于 1算浮力,否则不算; 8、水平向自重应力：σcx=σcy=K0σcz K0 为侧压力系数 9、基底地基反力的分布规律主要取决于基础的刚度和地基的变形条件;注意下柔性基础和刚性基础的区别 10、地基反力的简化计算方法： 1 中心荷载： p=N/A 2 单向偏心荷载： p=N/lb1±6e/l 3双向偏心载荷：p=N/lb1±6ex/l±6ey/l 11、集中力作用在地表时的应力计算：布西奈斯克是明德林解法的特例,前者附加应力在地表,后者在土层内部; 12、矩形面积均布荷载作用时,土中任一点的竖向应力σz 的角点法计算：第三章 ppt 38 页,课本 57 页; 13、土的泊松比：λ=εx/εy x、y 方向的应变之比 第四章 1、土在外力作用下体积缩小的特性即为土的压缩性; 2、土的压缩性特点： 1 土的压缩主要由孔隙体积减少引起;饱和土可不予考虑;但土中水具有流动性,在外力作用下会沿土中孔隙排出,从而引起土体积减少而发生压缩；2 孔隙水的排出对于饱和粘性土需要时间;土的压缩随时间增长的过程称为土的固结; 3、基底地基土主要由于压缩而引起的竖直方向位移称为沉降; 4、研究建筑物地基沉降包括：1 绝对沉降量的大小最终沉降；2 沉降与时间的关系; 5、室内侧限压缩试验及压缩模量：加荷等级 p 为 50、100、200、300、400kPa; 6、孔隙比 e=e0-ΔH/H01+e0 或者 ΔH/H0=e0-e/1+e0 7、8 个概念：1 压缩系数 a=tanα=-Δe/Δp=e1-e2/p2-p1 ；2 压缩模量 Es=Δp/Δε=Δp/ΔH/H=1+e/a ； 3 变形模量 E;： 土在侧向自由膨胀条件下正应力与相应的正应变之比,ppt25 页；4 弹性模量 E：前两个的应变包括弹性和塑性应变,这个只有弹性应变；5 压缩指数Cc=e1-e2/lgp2/p1,e-logp 曲线直线段的斜率；6 回弹指数 Ce:卸载段和再压缩段的平均斜率,远小于 Cc；7 前期固结压力 Pc：土体在固结过程中所曾受的最大有效应力；8 超固结比OCR=Pc/Po1 为正常固结土,>1 为超固结土,<1 为欠固结土; 8、分层总和法计算最终沉降：基本假设 1 取基地中心点下地基附加应力来计算各分层的竖向压缩量,认为基础的平均沉降量为各分层土竖向压缩量之和； 2 假设地基土只在竖向发生压缩变形,没有侧向变形,可用室内侧限压缩试验成果; 9、计算步骤：1 地基土分层：成层土和地下水面为自然分层层面,此外分层厚度不大于 b 为基地宽度； 2 计算各分层界面处土自重应力,从天然地面起算,地下水位下应用有效重度γm3；3 利用角点法计算各分层界面处基底中心下竖向附加应力； 4 确定地基沉降计算深度,取附加应力等于自重应力的深度所在层为计算深度的限值,若遇到花岗岩则直接作为深度限值；5计算压缩量,Δs=ΔeHi/1+e1;e-p 曲线,插值; 10、简单讨论： 只有竖向压缩的假设在压缩土层厚度同基底荷载分布面基相比很薄时才比较接近,此假设引起计算结果偏小,但取基底中心计算偏大,一定程度相互弥补； 相邻荷载的影响可以用叠加法处理；当基坑开挖面积较大,较深以及暴露时间长,考虑回弹和再压缩; 11、其它方法：弹性理论法、应力面积、Logistic 曲线、泊松曲线拟合的概率法、传递矩阵法、反馈计算法、灰色群优化预测模型、静力触探法和瞬态 R 波法、指数曲线配合法 12、太沙基一维渗流固结理论基本假设：1 土是均质、各向同性且饱和的；2 土粒和孔隙水是不可压缩的,土的压缩完全由孔隙体积的减小引起；3 土的压缩和固结仅在竖直方向发生；4 孔隙水的向外排出符合达西定律,土的固结快慢决定于它的渗流速度； 5 在整个固结过程中,土的渗透系数、压缩系数等均视为常数；6 地面上作用着连续均布荷载并且是一次施加的; 13、固结度：就是指在某一附加应力下,经某一时间 t 后,土体发生固结或孔隙水应力消散的程度;有效应力与附加应力之比; 14、饱和粘性土地基沉降的三个阶段：瞬时沉降：初始沉降、不排水沉降,施加荷载后瞬时发生的；固结沉降：主固结沉降,在荷载作用下,孔隙水逐渐被挤出孔隙体积减小引起；次固结沉降：次压缩沉降、徐变沉降,超静孔隙水压力消散为零,结合水以粘滞流动的形态引起的; 第五章 1、库伦定律：τf=σtanφ+c τf 为抗剪强度,σ为法向应力,φ为土的内摩擦角,c 为土的粘聚力,若 c 为 0,则为砂土,c 和φ为土抗剪强度指标 2、摩尔包线：材料受到不同应力作用达到极限状态时,滑动面上法向应力和剪切力的关系; 3、摩尔库伦理论：摩尔应力圆和库伦线相切,极限平衡,相割剪切破坏,相离未破坏;公式见书本 108 页; 4、破坏面与最大主应力面夹角：α=45°+φ/2 5、判断土体极限平衡状态,必须同时掌握大小主应力和土的抗剪强度指标大小及其关系； 破坏面不是在最大剪应力作用面; 6、抗剪强度指标实验：1 直接剪切试验：快剪不排水,min,固结快剪排水,固结稳定,,慢剪排水,固结稳定,;优点：设备简单,土样制备及实验操作方便；缺点：破坏面不一定是土样最薄弱面；剪切面上应力分布不均匀,且竖向荷载会发生偏转；剪切面逐渐缩小；不能严格控制排水,无法量测孔隙水压力；上下盒之间易嵌入沙粒,使结果偏大;2 三轴压缩试验：不固结不排水剪 UU 试验,固结不排水剪 CU 试验,先充分排水到固结稳定,再不排水剪切,固结排水剪 CD试验,全程排水;优点：①能控制排水条件,量测孔隙水压力;②试样的应力分布比较均匀,剪切破坏面为最薄弱面;缺点：①试验仪器复杂,操作技术要求高,试样制备较复杂;②试验在σ2=σ3 的轴对称条件下进行,与土体实际受力情况可能不符;3 无侧限抗压强度试验;4 十字板剪切试验; 7、应力路径：在外力作用下某一点应力变化过程在应力座标图中的轨迹; 8、总应力路径 Total Stress Path：受到荷载后土中某点的总应力变化的轨迹,它与加荷条件有关,而与土质和土的排水条件无关; 9、有效应力路径 Effective Stress Path：则指在已知的总应力条件下,土中某点的有效应力变化的轨迹,它不仅与加荷条件有关,而且也与土体排水条件及土的初始状态,初始固结条件及土类等等土质条件有关; 10、土的抗剪强度影响因素：1 土的性质：矿物成分、颗粒形状和级配,含水量,原始密度,粘性土的触变性；2 应力状态：土的应力历史; 第六章 1、静止土压力 Eo：挡土结构在土压力作用下,不发生变形和位移,土体处于弹性平衡状态；主动土压力 Ea：挡土结构在土压力作用下向离开土体方向位移,当土体达到主动极限平衡状态时的土压力；被动土压力 Ep：挡土结构在荷载作用下向土体方向位移,使土体达到被动极限平衡状态时的土压力; 2、土压力的大小及分布与作用在挡土结构上的土体性质、挡土结构本身的材料及挡土结构的位移有关; 3、朗肯土压力理论：朗金土压力理论应用于半空间中的应力状态和极限平衡理论的概念,比较明确,公式简单,适用于粘性土和无粘性土,工程上应用广泛；其假设条件为墙背直立、光 滑、墙后填土水平并无限延伸,适用受限；该理论忽略了墙背与填土之间的摩擦力,使计算的主动土压力偏大,而计算的被动土压力偏小; 4、库伦土压力理论根据墙后滑动土楔的静力平衡条件推导得到土压力计算公式,考虑了墙背与墙后填土之间的摩擦力,可用于墙背倾斜,填土面倾斜的情况, 由于理论假设填土为无粘性土,因此不可用库伦土压力理论直接计算粘性土的土压力;库伦土压力理论假设墙后填土破坏时,破裂面是一平面,实际是一曲面;计算主动土压力时,只有当墙背的斜度不大,墙背与填土间的摩擦力较小时,破裂面才近似为一平面;通常,用此理论计算主动土压力偏差较小2%~10%,满足实际工程要求精度；但计算被动土压力时,由于破坏面接近对数螺线,计算结果误差较大,可达 2~3 倍,甚至更大; 5、朗肯主动土压力： 23tan(45)2tan(45)222aaapzczKcK土不受拉力,令 Pa=0 有临界深度 z0.被动的话,上述减号都改为加号; 第七章 1、土坡：天然土坡山坡、岸坡,人工土坡边坡; 2、滑坡的实质：土坡内滑动面上作用的滑动力超过了土的抗剪强度; 3、砂土土坡稳定的极限坡脚等于砂土的内摩擦角,特称之为自然休止角; 4、费伦纽斯瑞典条分法：基本原理：将滑动土体分成许多竖向土条,考虑每一个土条的静力平衡,最后叠加计算整个滑动面的稳定安全系数;基本假定：滑动面上的法向反力和切向反力都作用在滑动面的中点；认为土条间的作用力对土坡的整体稳定性影响不大,可以忽略,即假定土条两侧的作用力大小相等、方向相反且作用于同一直线上而相互抵消; 5、毕肖普条分法：基本假定：忽略土条间的竖向剪切力的作用；假设土条滑动面上的抗剪强度与切向下滑力相平衡；假定各土条的抗滑安全系数相同,即等于滑动面的平均安全系数; 6、不平衡推力传递法：基本假定：假定土条间作用力的合力与上一土条底面相平行；土条的底面必须为平面; 7、岩石边坡的破坏类型分为：1 滑动破坏；2 倾倒破坏；3 断裂破坏; 8、内部加固的结构：铺设型：条形加筋构件、土工布、格删型加筋构件、插入型锚固构件；现场改良型：土钉、锚索、树根桩; 第八章 1、当土中一点的剪应力达到土的抗剪强度时,这一点的土就处于极限平衡状态; 2、若土体中某一区域内各点都达到极限平衡状态,这一区域就称为极限平衡区,或塑性区; 3、地基单位面积上承受荷载的能力称为地基承载力; 4、地基即将丧失稳定性时的承载能力称为地基极限承载力 pu; 5、容许承载力 R 是指： 地基稳定有足够的安全度,并且变形控制在建筑物的容许范围内时的承载力; 6、承载力基本值 f0：是指按有关规范规定的一定的基础宽度和埋深条件下的地基承载能力,按有关规范查表确定; 7、承载力标准值 fk：是指按有关规范规定的标准方法试验并经统计处理后的地基承载能力; 8、承载力设计值 f：地基承载力标准值经过深宽修正后的地基承载力; 9、变形要求：建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降 差,应该在该建筑物所允许的范围内；稳定要求：建筑物的基底压力,应该在地基所允许的承载能力之内; 10、 a.线弹性变形阶段压密阶段：转折点为比例界限 Pcr；b.弹塑性变形阶段剪切阶段：转折点为极限荷载 Pu；c.破坏阶段; 11、地基破坏形式：整体剪切破坏；局部剪切破坏；刺入剪切破坏; 12、临塑荷载：Pcr； 临界荷载：P1/4,P1/3; 13、 上述计算公式注意事项： 1 计算公式适用于条形基础,这些计算公式是从平面问题的条形均布荷载情况下推得的,若将它近似地用于矩形基础,其结果是偏安全的; 2 计算土中由自重产生的主应力时,假定土的侧压力系数 K0=1,这是与土的实际情况不符的,但这样可使计算公式简化; 3计算临界荷载p1/4时,土中已经出现塑性区,但这时仍按弹性理论计算土中应力,这在理论上是自相矛盾的,其所引起的误差是随塑性区范围的扩大而扩大的; 14、45°+φ/2 朗肯主动区,接下来是过渡区,最后 45°－φ/2 是朗肯被动区; 第九章 1、基础设计步骤：资料、设计、出图、预算; 2、上部结构：建构筑物在地表以上的部分；基础：建构筑物在地表以下的结构；地基：支承基础的土层; 3、基础的作用： “承上启下” ；基础设计的目标：保证基础本身有足够的强度和刚度；选择合理的尺寸和布置方案,使地基的反力和沉降在允许范围之内; 4、地基分类：天然地基,人工地基；按埋置深度：浅基础 h
