土力学复习要点总结(6500字)

来源:m.ttfanwen.com时间:2018.1.26

土力学

第一章

土是由固体颗粒,气体和水组成的。通常称为土的三相组成。

土的液相指的是土孔隙里的水。可以分为自由水和结合水。结合水指的是存在土颗粒表面水膜总的水。自由水分为毛细水和重力水。毛细水对公路路基的干湿状态,以及建筑物的防潮有着重要影响,重力水,在重力或压力的状态下能在土中渗流。

土的粒度:土颗粒的大小用其直径表示的。

对于0.075mm以上的土用筛分析的方法,0.075mm以下的用沉降分析的方法。

对于粒组的划分各个国家都有不同的标准。

常用的土的颗粒及配的方法有表格法,累计曲线法,三角坐标法。

d60d230累计曲线法通常用半对数纸绘制。其不均匀系数Cu?;曲率系数Cs d10d10d60

d10称为有效粒径,d60称为限值粒径。不均匀系数反应的是大小不同粒径的分布状况。其小于5称为均粒土,级配不良;不均匀系数分配越大证明其粒组分布越广。但是其过大依然有可能表示其中缺少某一粒组,所以又用曲率系数(描绘累积曲线整体形状的指标)来评价。其增大表示较小颗粒缺少,其减小表示较大颗粒缺少。当不均匀系数大于5,曲率系数在1~3之间最好。

我国最小孔径的筛为0.075,相当于美国的200号筛。在用孔径最小的筛,筛分时,因该用水筛的方法。

土的三相指标可以分为实验类指标和换算类指标。

土的实验指标有密度(常用环刀法测定),含水率(用烘干法测定),比重(是与同体积4'C的水的质量相比,可采用重瓶法测定)。

换算指标有:土的干密度:(土的干密度越大,他的强度越高,水稳定性就越好);土的饱和密度:(即充满孔隙中水的质量和土颗粒的质量与土体积之比);土的有效重度;土的孔隙比(可以来评价土的密实程度);土的孔隙率;土的饱和度(指的是孔隙中的水的体积与孔隙的体积之比)。

三相比例的换算指标:

黏性土从一种状态到另一种状态称为界限含水率。当粘性土从流动状态到可塑状态时称为液限?L,从可塑状态到半固体状态叫塑限?P,从半固体状态到固体状态叫缩限?S。

我国采用圆锥仪法测定液限,仪器为平衡锥式液限仪。锥质量为76g,锥角为30'.

塑性指数的用途,它是黏性土最重要,最基本的指标之一,它综合的反应了土的物质组成。

可塑性是黏性土区别沙土的重要特征,从液限到塑限的范围越大,说明可塑性越好,这个范围称为可塑指数。IP??L??P

液性指数是指是指黏性土的天然含水率和塑限的差值与塑性指数之比。它可以用来表示粘土的软硬状态。IL????P

IP????P. 可塑状态的土的液性指数在0~1之间(?在?L~?P?L??P

之间),液性指数越大就表示土越软;液性指数大于1的土处于流动状态(?大于?L);小于1的处于固结状态。

液性指数可以反应黏性土所处的状态,但是塑限和液限都是用重塑土膏测定的,没有完全反应水对土的原状结构状态。

黏性土的状态划分:P18 例题1-3

土的空隙比可以反映土的密实状态,但沙土的密实程度不单单看土的空隙比,还要考虑土的级配状况。为了同时考虑土的空隙比和颗粒级配的影响,引入了相对密度的概念。

沙土的相对密度是沙土处于最疏松状态的空隙比,与天然状态的空隙比之差和最疏松状态的孔隙率与最紧密状态的孔隙率之差之比。Dr?emax?e。沙土的密实度决定了沙土的承emax?emin

载力。在工程试验时,通常采用标准贯入击数来划分沙土的密实度。

碎石土是指直径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50%的土

沙土是指直径大于2mm的颗粒质量不超过总量的50%,且粒径大于0.075mm的颗粒的质量超过总量的50%的土。

粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50%的土属于细粒土,按塑性指数,细粒土可以划分为黏性土和粉土。黏性土可以分为粉质黏土和黏土。

第四章

土中的应力包括自重应力和附加应力。前者因为土受到重力作用而产生也称常驻应力;后者是受建筑物等外荷载产生。

计算土的应力的方法主要采用弹性理学公式。其计算结构能满足工程的原因有以下几点:

若土是半无限体,重度为?,长度为z,截面积F=1,设土重为W,土的自重应力计算的基本公式?czF?W??zF即?cz??z,深度呈线性增加,呈三角形分布。

当土体呈层时,土的自重应力为:?cz??1h1??2h2?...???h ii

i?1n

计算地下水位以下的土的自重应力时,因该根据土的性质决定是否考虑浮力作用。常认为沙土因该考虑浮力作用,而黏土视其物理状态决定。一般认为黏性土的液性指数大于等于1时,它处于流动状态,土受到浮力作用;其小于等于0,可以认为他属于固体状态,不受浮力作用;在0到1之间,处于可塑状态,按在实践中的不利状态考虑。自重应力水下部分土的重度按浮重度计算,其计算方法如同成层土的情况。

例题4-1 P60

基础底面的压力分布问题,涉及到基础与地基土两种不同物体之间的接触压力问题,在弹性理论中称为接触压力问题。其影响因素很多。

基地压力的简化计算方法:

1,中心荷载作用:p?

2,偏心荷载时:pmax?

minN N—作用在基础底面中心的竖直荷载;F—基础底面积。 FNMN6eM=Ne ??(1?) N,M作用在基地的竖直载荷及弯矩,FWFb

lb2

e,荷载偏心距;W,基础底面抵抗矩,对矩形基础W?;b,l,基础底面的宽度与长度。 6

从上面可知,按e的大小,基地压力的分布可能出现三种状况:当e?

形分布;当···(P63)pmax?b时,基底压力呈梯62N b3(?e)l2

竖向分布荷载作用下土的应力计算,角点法。P71

在计算三角形分布荷载时:B值指的是三角形荷载分布方向的边长。

若在半无限体表面作用无限长条形荷载,在计算土中任意一点应力时,只与改点平面坐标有关,与荷载藏独方向Y轴无关。

计算土中任意一点的主应力,在土的表面作用均匀条形载荷p,计算中任意一点的M的最大,

最小的主应力?1,?3时,可以用材料力学中的相关公式计算。。。。。。。。。。。。。。。。。。

?1??x??z2?xz???z22 ?(x)??xz tan2?????z??x?3?22

书上P77.78,80

应力中的其它问题,应力扩散角概念;表面荷载通过土体向深部扩散,在距离地面越深的平面上,应力分布范围越大,z越小。

有效应力原理是土力学的常用基本原理,阐明了碎散介质的土体与连续固体介质在应力应变关系上的重大区别,使土力学从固体力学中分离出来。

在土中某点截取一水平面,其面积为F,截面上作用应力是由 土的重力,静水压力,外荷载所产生的应力,称为总应力。

饱和土的有效应力原理,它包含两个基本要点:1,土的有效应力等于总应力减去孔隙水压力;2,土的有效应力控制了土的形变及强度性能。

第五章 土的压缩性与地基沉降计算

土的压缩性主要有两点:土的压缩主要由孔隙的体积减少而引起;由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和黏土是需要时间的,土的压缩随着时间增长的过程叫做固结。这是由于黏性土的排水性很差。

建筑物在荷载作用下,地基由于收缩而引起竖直方向位移称为沉降。建筑物的地基沉降包括两个特点:1,绝对沉降量大小,2,沉降与时间的关系。

室内压缩实验(固结实验)是研究土的压缩性最好的方法。 实验时应该用环刀钻取天然结构原土土样,在实验增加荷载时,每一级荷载要求压缩24h或当1h压缩量不超过0.01m时,认为形变已经稳定,并测定其总的压缩量。

e~p曲线的斜率反应土压缩性的大小。压缩系数a(概念,用途),a?tan???ee1?e2??pp2?p1土的压缩系数越大表示土的压缩性越高。

压缩模量E,定义为土在完全侧限条件下,竖向应力增加量与相应的应变增量的比值。同压缩系数一样,压缩模量也不是常数,而是随着压力大小而变化,显然,在压力小的时候压缩系数大,压缩模量小。

压缩指数,回弹指数

将e~lgp曲线直线段的斜率用C来表示,称为压缩指数,它是无刚量。Cc?e1?e2压lgp2?lgp1缩指数与压缩系数不同,a随着压力的变化而变化,而Cc在压力较大的情况下为常数。

前期固结压力在e~lgp曲线上,曲线过渡到直线的某拐点是土层历史上曾经受到的最大固结压力,也就是土体在固结过程中受到的最大有效应力,用Pc表示。

绘制方法:

在图上找到最小曲率半径的点A,过A点做水平线A1和切线A3.

做A1,A3的平分线A2,与土中曲率直线的延长线相交与点B。B所对应的应力就是前期固结压力。

通过测定的前期固结压力和自重应力(Po)的状态比较,可以将土划分为,正常固结土,超固结土,欠固结土。并用超固结比OCR=Pc/Po去判别。OCR等于1是正常固结土,小于1是欠固结土,大于1是超固结土。

除了室内压缩实验以外,还可以通过现场原位实验的方法研究测定土的压缩性。 pb(1?u2)变形模量E0??其中取值见书p95,变形模量是反映土的压缩性的重要指标之s

一,相比室内实验,现场荷载实验排除了排除了在取样和试样备置过程中应力释放及认为干扰的情况,更接近于实际工作条件,能比较真实的反映土在天然条件下的压缩性,但是仍存在一些缺点,首先是现场荷载实验需要的设备比较笨重,操作繁杂,时间较长,费用较大。此外荷载板得尺寸难取得与原型基础一样的尺寸,所以它只能反映深度不大范围内土的变形,为此深度在2~3倍板宽或直径。

弹性模量E是指正应力与弹性应变的比值。在计算高耸结构物在风荷载作用下的倾斜。 因为风荷载是瞬时重复的荷载,因此土孔隙中的水来不及或没有完全排出,因此大部分变形的土会恢复其原型,因此使用弹性模量。

关于三种模量的讨论:

压缩模量是在室内压缩实验下得到的,他是在土完全侧限条件下,竖向正应力与相应的变形稳定情况下正应变的比值。

变形模量是根据现场荷载实验得到的,它是指土在侧向自由膨胀下正应力与相应应变的比值。

弹性模量是根据三轴重复压缩实验得到的,指正应力与弹性正应变的比值,其测定方法有两类:静力法,动力法

压缩模量和变形模量的应变为总的应变,包括弹性应变和不可恢复的塑性应变。

地基沉降的计算方法

分层总和法计算最终沉降P100

应力面积法与分层总和法相比主要有以下三个特点

1,由于附加应力沿着深度的分布是非线性的,因此如果分层总和法中厚度太大,用分层上下层面附加应力的平均值来作为该分层平均附加应力将产生较大误差;而应力面积法采用了精确“应力面积”的概念,因此可以划分较少的层数,一般可以按地基土的天然层面划分,使计算工作简化。误差小,计算简化。

2,地基沉降计算深度的确定方法更加合理

3,提出了沉降经验系数,她综合反映了许多因素的影响。

应力面积法师一种简化并经过修正的分层总和法。

太沙基一维固结理论假定;土是均质的,完全饱和的。土粒和水是不可压缩的,土层的压缩和土中水的渗流只沿着竖向发生,是一维的,土中水的渗流服从达西定律,且渗透系数保持不变,孔隙比的变化与有效应力的变化成正比,且压缩系数保持不变,外荷载时一次瞬间施加的。

固结度

某点的固结度,土层的平均固结度。

第六章 土的抗剪强度

土体发生剪切破坏时,将沿着其内部某一曲线产生相对滑动,而滑动面上的剪切应力就是土的抗剪强度

沙土的抗剪强度是由内摩擦力构成的,而黏土是由内摩擦和粘聚力构成的。内摩擦力是由土粒之间的表面摩擦力以及土体连续作用而产生的咬合力而形成的。

粘聚力是由土粒水膜受到临粒土之间的引力,土中化合物的胶结作用而形成。

根据应力圆与包线之间的几何关系,可以建立土的极限平衡条件

三轴实验方法

根据排水条件和剪切时的排水条件,三轴实验课分为不固结不排水剪实验(实验在施加周围压力之后施加偏应力直至剪坏,整个过程中都不允许排水),固结排水剪实验(施加周围压力后施加轴向压力直至剪坏,整个过程都将排水阀打开),固结不排水剪实验。(施加周围压力的时候将排水阀打开,待稳定固结后关闭排水阀,再施加轴向压力)

三轴实验的有点是能够控制排水条件可以测量孔隙水中的压力变化。

实验是应该注意几点:

采用的强度指标应该与所采用的分析方法相吻合。

实验中排水条件的控制应该与实际工程相符合。

在实际过程中,一些工程情况不一定都是很明确的。

直接剪切实验不能控制排水条件。

第七章 土压力计算

土压力的大小及其分布规律与挡土结构物的侧向位移方向和大小,土的性质,挡土的结构的刚度和高度等因素有关,可以分为

静力土压力:若刚性的挡土墙保持原来的位置静止不动,则作用在挡土的土压力称为。 主动土压力:若挡土墙在墙后填土的压力作用下,背向坑面产生平动或者转动,土压力由静止土压力逐渐减小,当墙后主体达到极限平衡,并出现滑动面使土体下滑,这时土压力减到最小值,称为。

被动土压力:若在挡土墙外力作用下,向填土方向移动,这时作用在墙上的土压力将由静止压力逐渐增大,一直达到极限平衡,并出现连续滑动面,这时土压力增大至最大值,称为被动土压力。

土压力计算计算题

等代内摩擦角,是将黏性土的黏聚力折算成内摩擦角,经过折算后的内摩擦角称之为等效内摩擦角或等值内摩擦角。

关于朗金土压力和库伦土压力理论比较P161

第八章 土坡稳定分析

土坡滑动失稳的原因:

1,外界荷载破坏了土原来的平衡状态。

2,土的抗剪强度降低,促使土坡失稳。

突破的失稳形态与当地的工程地质条件有关。

在工程中应该结合土坡的实际加载情况,填土性质和排水条件等,选用合适的抗剪强度指标。

第九章,地基承载力

工程经验和实验结论表明,地基的破坏形式有:整体剪切破坏,局部剪切破坏,刺入剪切破坏。

当地基土受到荷载作用下地基中可能出现一定的塑性变形区,当地基土要出现,尚未出现塑性变形区时,地基所承受的相应荷载为临塑荷载。当地基土中塑性区发展到某一程度时,其相应荷载称为临界荷载。当土中的塑性区充分发展,并且形成连续滑动面时,此时的荷载称作极限荷载。

确定地基承载力的方法;

(一)根据荷载实验的p~s曲线来确定地基承载力。

有三种方法:1,用极限承载力除以安全系数可以得到承载力容许值,一般安全系数取2~3。2,取p~s曲线上的临塑荷载作为地基承载力的容许值。3,对于拐点不明的实验曲线,可以用相对变形来确定地基承载力容许值。

(二)根据设计规范确定地基承载力

(三)根据地基承载力理论公式来确定地基承载力。

通过上述临塑荷载及其计算公式,可以看出这些公式是建立在:

1,公式适用于条形基础,

2,在计算土中由自重应力时,假定土的侧压力系数K=1,这与土的实际情况不符合,但这样可以计算公式简化;

3,在计算临界荷载时,土中已经出现塑性区,但这时仍按弹性理论计算土中应力。

公路桥涵地基承载力容许值可以根据 地质勘测,原位测试,野外荷载实验的方法取得,其值不应大于地基承载力的1/2。

按照我国的习惯,容许承载力实际上包含了两个概念:一种仅指取用的承载力满足强度与稳定性的要求;另一种不但满足强度的要求,还满足形变的要求。

关于承载力计算公式;pu??bNr?qNq?cNc

极限承载力的含义

滑裂土体自重所产生的摩擦抗力

基础两侧均布荷载

滑裂面上粘聚力所产生的抗力

第十章土的动力性质和压实性

土的击实实验就是模拟施工现场压实条件,采用锤击方法使土的密实度增大,强度提高,沉降变小。其目的:测定试样在一定的击实次数下或某种压实功能下的含水率与干密度之间的关系,从而确定土的最大干密度和最优含水率,为施工控制填土密度提供依据。

击实曲线是研究土的压缩特性的基本关系图。其峰值处干密度最大,称为最大干密度,其相应的含水率称为最佳含水率。峰值点表明,在一定的锤击作用下,只有土体在最佳含水率时才能达到最大干密度,从而达到最大压实效果。


第二篇:《土力学》知识点总结 11200字

第一章 土的物理性质

一 思考题

1 土是如何生成的?它与其他材料的最大区别是什么?

答:土是地壳岩石经受强烈风化的产物,是各种矿物颗粒的集合体。

与其他材料的最大区别是:

①一般的建筑材料可由设计人员指定品种或型号,品种或型号一旦确定,力学性质参数也就确定;土则不同,建筑物以天然土层作为地基。拟建地点是什么土,设计人员就以这种土作为设计对象,且由于土是自然历史的产物,性质很不均匀,而且复杂多变。

②土的应力-应变关系是非线形的,而且不唯一;

③土的变形在卸荷后一般不能完全恢复;

④土的强度也是变化的;

⑤土对扰动特别敏感。

2 土是由哪几部分组成的?

答:自然界的土体由固相(固体颗粒)、液相(土中水)和气相(土中气体)组成,通常称为三相分散体系。

3 什么叫土粒的颗粒级配?如何从级配曲线的陡缓判断土的工程性质?

答:天然土体中包含大小不同的颗粒,为了表示土粒的大小及组成情况,通常以土中各个粒组的相对含量来表示,称为土的颗粒级配。 根据曲线的坡度和曲率可判断土的级配情况。如果曲线平缓,表示土粒大小都有,即级配良好;如果曲线较陡,则表示颗粒粒径相差不大,粒径较均匀,即级配不良。级配良好的土,较粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充,因而土的密实度较好。

4 何谓土的结构?土的结构有几种?

答:土的结构是指土在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式,与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关。一般可归纳为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。

5 土的物理性质指标有几个?哪些是直接测定的?如何测定?

答:土的物理性质指标有:土的密度、土粒相对密度、土的含水量、土的干密度、土的饱和密度、土的有效密度、土的孔隙比和孔隙率等。

土的密度(通过环刀法测定)、土粒相对密度(通过比重瓶法测定)和土的含水量(通过烘干法测定)是直接测定的物理性质指标。 6 土的物理状态指标有几个?

答:土的物理状态,对于无粘性土是指土的密实程度,对于粘性土则是指土的软硬程度,也称为粘性土的稠度。

描述砂土密实状态的指标有:孔隙比和相对密度;粘性土的稠度状态的指标有:液限、塑限、塑性指数和液性指数等。

7 地基土如何按其工程性质进行分类?

答:根据《地基规范》作为建筑地基上的土(岩),可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。

二 习题

1-1 一块原状土样,经试验测得土的天然密度?

和饱和度Sr。

解:(1)e

(2)n?1.67m3,含水量为12.9%,土粒相对密度ds?2.67,求孔隙比e、孔隙率n?ds(1?w)?w??1?2.67(1?0.129)?1?0.805 1.67e0.805??44.6% 1?e1?0.805

wds0.129?2.67 (3)Sr???43% e0.805

31-2 某砂土土样的天然密度为1.77g,天然含水量为9.8%,土粒的相对密度为2.67,烘干后测定最小孔隙比为 0.461,最大孔隙

比为0.943,试求天然孔隙比e和相对密度Dr,并评定该砂土的密实度。 ?

2.67(1?0.098)?1?0.656 ?1.77

emax?e0.943?0.656??0.595 (2)Dr?emax?emin0.943?0.461解:(1)e?ds(1?w)?w?1?

判定该砂土的密实度为:中密

1-3粘性土的含水量w?36.4%,液限wL

解:(1)Ip

(2)IL

第二章 土的渗透性

一 思考题

1 什么是土的毛细性?什么是土的毛细现象?土的毛细现象对工程有什么影响?

答:土的毛细性是指土能够产生毛细现象的性质。

土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下,沿着细微孔隙向上及向其他方向移动的现象。

对工程的影响如下:

1) 毛细水的上升是引起路基冻害的因素之一;

2) 对于房屋建筑,毛细水的上升会引起地下室过分潮湿;

3) 毛细水的上升可能引起土的沼泽化和盐渍化,对建筑工程及农业经济都有很大影响。 ?48%,塑限wp?25.4%,要求:计算该土的塑性指数:根据塑性指数确定该土的名称;计算该土的液性指数;按液性指数确定土的状态。 ?wL?wp?48%?25.4%?22.6 为粘土 ?w?wpwL?wp?36.4?25.4?0.49 土的状态为可塑态 48?25.4

2 土层中的毛细水带分为几种?有什么特点?

答:分为三种:正常毛细水带;毛细网状水带和毛细悬挂水带。正常毛细水带位于毛细水的下部,与地下潜水连通,它会随着地下水位的升降而做相应的移动;毛细网状水带位于毛细水带的中部,它可以在表面张力和重力作用下移动;毛细悬挂水带位于毛细水带的上部,当地表有大气降水补给时,毛细悬挂水在重力作用下向下移动。

3 何谓动力水?何谓临界水头梯度?

答:我们把水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力称为动水力,也称渗流力。它的作用方向与水流方向一致。

当向上的动水力与土的有效重度相等时,这时土颗粒间的压力等于零,土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定,这种现象就称为流沙现象。这时的水头梯度称为临界水头梯度。

4 土发生冻胀的原因是什么?影响冻胀的因素有哪些?

答:使土发生冻胀的原因是冻结使土中水分向冻结区迁移和积聚。

影响因素有:土的因素;水的因素和温度因素。

二 习题

2-1 某基坑在细砂层中开挖,经施工抽水,待水位稳定后,实测水位从初始水位5.5m降到3.0m。渗流路径长10m。根据场地勘察报告:细?18.7kNm3,k?4.5?10?2s,试求渗透水流的平均速度v和渗流力j,并判别是否会产生流砂现象。 5.5?3.0解:i??0.25 10

v?ki?4.5?10?2?0.25?1.125?10?2s砂层饱和重度?sat

j??wi?10?0.25?2.5kNm

细砂层的有效重度????sat3 ??w?18.7?10?8.7?j?2.5

第三章 土中的应力 所以不会因基坑抽水而产生流砂现象。

一 思考题

1 什么是土的自重应力和附加应力?研究自重应力的目的是什么?

答:地基中的自重应力是指土体本身的有效重力产生的应力;附加应力是由于外荷载(建筑荷载、车辆荷载、土中水的渗流力、地震力等)的作用,在土体中产生的应力增量。

研究地基自重应力的目的是为了确定土体的初始应力状态。

2 何谓基底压力?影响基底压力分布的因素有哪些?工程实践中对基底压力分布作了怎样的简化?

答:基底压力:作用于基础底面传至地基的单位面积压力称为基底压力。由于基底压力作用于基础与地基的接触面上,也称为接触压力。其反作用力即地基对基础的作用力,称为地基反力。

影响基底压力分布的因素有很多如:基础的形状、平面尺寸、刚度、埋深、基础上作用荷载的大小及性质、地基土的性质等。精确地确定基底压力是一个相当复杂的问题。目前在工程实践中,一般将基底压力分布近似按直线考虑,根据材料力学公式进行简化计算。 3 在集中荷载作用下地基中附加应力的分布规律是什么?

答:①在荷载面以下同一深度的水平面上,沿荷载轴线上的附加应力最大,向两边逐渐减小;②在荷载轴线上,里荷载面愈远,附加应力愈小。这是由于荷载作用在地基上时,产生应力扩散的结果。

4 何谓角点法?应用角点法时应注意什么问题?

答:计算矩形面积受竖向均布荷载作用下,地基中任一点的附加应力时,可以加几条辅助线,通过需计算的点,将矩形面积划分成n个矩形,应用公式分别计算各划分的矩形上的荷载产生的附加应力,进行叠加,此法称为角点法。

应用角点法时应注意:①划分的每一个矩形,都有一个角点为所求应力的点;②所有划分的各矩形面积的总和,应等于原有受荷的面积;③所划分的每一个矩形面积中L为长边,b为短边。

6 对于上层硬下层软或上层软下层硬的双层地基,在软硬分界面上的应力分布较均质土有何区别?

答:对于上层软下层硬的双层地基,此时,土层中的附加应力比均质土有所增加,即存在所谓的应力集中现象。岩层埋藏越浅,应力集中的影响越明显。对于上层硬下层软的双层地基,则往往出现应力.

二 习题

3-1有一多层地基地质剖面图如图所示:试计算自重应力?cz。

解:?cz1??1h1?18?2?36kPa

?cz2??1h1??2h2?36?20?1?56kPa

?h3?56?11?1?67kPa ?cz3??1h1??2h2??3

?h3??4?h4??whw?67?12?1?10?2?99kPa ?cz4??1h1??2h2??3

3-2 已知某工程为条形基础,长度为l=18b,宽度为b。在偏心荷载作用下,基础底面边缘处附加应力?max?150kPa,?min?50kPa。选择一种最简便方法,计算此条形基础中心点下,深度为:0,0.5b,1.0b,2.0b,3.0b处地基中的附加应力。

解:最简便方法取:(1)

p0?

?max??min

2

?

200

?100kPa 2

lz

?18,?0,查表得:?c1?0.25 bb

?z1?4p0?c1?100kPa

lz

(2)?18,?0.5,查表得:?c2?0.239

bb

?z2?4p0?c2?95.6kPa

lz

(3)?18,?1,查表得:?c3?0.205

bb

?z3?4p0?c3?82kPa

一 思考题

1 为什么可以说土的压缩变形实际上是土的孔隙体积的减小?

lz

?18,?2,查表得:?c4?0.137 bb

?z4?4p0?c4?54.8kPa

lz

(5)?18,?3,查表得:?c5?0.099

bb

?z5?4p0?c5?39.6kPa

(4)

第四章 土的压缩性及地基沉降

答:土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性。研究表明,在工程实践中可能遇到的压力(?600kPa)作用下,土粒与土中水本身的压缩极为微小,可以忽略不计。因此,土的压缩被认为只是由于孔隙体积减少的结果。 2 地基土的压缩摸量和变形摸量在概念上有什么区别?

答:压缩摸量:土体在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变之比。

变形摸量:土体在侧向自由变形条件下竖向压应力与竖向总应变之比。 3 什么叫正常固结土、超固结土和欠固结土?

答:正常固结土:历史上所经受的先期固结压力等于现有上覆荷重的土层;

超固结土:历史上所经受的先期固结压力大于现有上覆荷重的土层; 欠固结土:历史上所经受的先期固结压力小于现有上覆荷重的土层。 4地基变形特征值分为几类?

答:沉降量;沉降差;倾斜和局部倾斜。

6 何谓地基变形计算的分层总和法?它有哪些基本假定?

答:分层总和法把地基土视为直线变形体,在外荷载作用下的变形只发生在有限厚度的范围内,将压缩层厚度内的土体分层,分别求出各分层的应力,然后用土 的应力-应变关系式求出各分层的变形量再总和起来即为地基的沉降量。

分层总和法隐含了以下几个假定:土体单向压缩;采用基础中心点下的 附加应力来进行变形计算;基坑开挖后地基土没有回弹。 二 习题

4-1某厂房为框架结构,柱基底面为正方形,边长l

?b?4m,基础埋臵深度为d?1m。上部结构传至基础顶面荷载P?1440kN。3

地基为粉质粘土,土的天然重度??16kNm,土的天然孔隙比e?0.97。地下水位深3.4m,地下水位以下土的饱和重度?sat?18.2kNm3。土的压缩系数:地下水位以上为?1?0.3MPa?1,地下水位以下为?2?0.25MPa?1。利用分层总和法计算柱

基中点的沉降量。

解:① 计算地基土的自重应力 基础底面:?cd地下水面:?cw

??d?16kNm

3

⑤ 地基受压层深度zn

zn

?3.4??3.4?16?54.4kPa

?6.0m

⑥ 地基沉降计算分层 计算层每层厚度hi

② 基础底面接触压力?

??110kPa

③基础底面附加应力 ?0

?0.4b?1.6m。地下水位以上2.4m分两

????d?110.0?16?94kPa

层,各1.2m;第三层1.6m;第四层因附加压力很小,可取2m. ⑦地基沉降计算 si

④地基中的附加应力

基础底面为正方形用角点法计算,分成相等的四小块,计算过程略

?

?

1?e1

?zhi?16.3?12.9?9?6.1?44.3mm

?5.5MPa

,地下水位以下为

4-2 建筑物荷载、基础尺寸和地基土的分布与性质同上题。地基土的平均压缩摸量:地下水位以上为Es1

Es2?6.5MPa。地基土承载力标准值fk?94kPa。用《规范》推荐法计算柱基中点的沉降量。

解:①地基受压层计算深度zn

zn?b(2.5?0.4lnb)?4(2.5?0.4ln4)?7.8m ② 柱基中点沉降量s

?p0?p0

s??s?(z1?1)?(z1?2?z1a1)?

EEs2?s1?

?1.1?94?(

2.4?0.8587.8?0.455?2.4?0.8582.0591.49

?)?103.4?(?)?62mm

5.56.55.56.5

4-3 厚度H=10m的粘土层,上覆透水层,下卧不透水层,上下层的压缩应力分别为:235kPa和157kPa。已知粘土层的初始孔隙比e1压缩系数?

?0.8,

?0.00025kPa?1,渗透系数k?0.02m/年。试求:

(1)加荷一年后的沉降量St; (2)地基固结度达Ut解:①

?0.75时所需的时间t.

由?

S?

?

1?e1

?zH?

0.00025235?157

?()?10000?273mm

1?0.82

?1.5及Tv?0.144,查图得Ut?0.45 ?UtS?0.45?273?123mm ?0.75及??1.5,查图得Tv?0.47

则 St

② 由Ut

0.02?(1?0.8)

cv???14.4m2??w0.00025?10c14.4

Tv?v2t?2?1?0.144

H10

235???1.5

157

一 思考题

1 何谓土的抗剪强度?砂土与粘性土的抗剪强度表达式有何不同? 答:土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。 砂土的抗剪强度表达式:?f

k(1?e1)

TvH2

?3.26年 则 t?cv

第五章 土的抗剪强度

??tan?

粘性土的抗剪强度表达式:?f

??tan??c

2 测定土的抗剪强度指标主要有哪几种方法?

答:土的抗剪强度指标是通过剪切试验测定的。按常用的剪切试验仪器分类,共有四种:直接剪切试验、三轴剪切试验、无侧限抗压强度试验和十字板剪切试验。

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,破裂面与最大剪应力面是一致的?一般情况下,破裂面与大主应力面成什么角度?

答:土体中发生剪切破坏的平面不一定是剪应力最大的平面。当破裂面与大主应力面成45角时破裂面与最大剪应力面是一致的。一般情况下,破裂面与大主应力面成45

?

?

?

?

2

角。

4 何谓土的极限平衡状态和极限平衡条件?

答:当土体的剪应力?等于土的抗剪强度?f时的临界状态称谓“极限平衡状态”。当土体处于极限平衡状态时的土的抗剪强度指标之间的关系式,即?1,?3与内摩擦角?、内聚力c之间的数学表达式称为土的“极限平衡条件”。

5 影响土体抗剪强度的因素有哪些?

答:土的组成、原始密度、孔隙比及含水量等因素;土的结构性;应力历史;加荷条件;土的各向异性;应变强度软化。 二 习题

5-1 某条形基础下地基土中一点的应力为:?z否破坏? 解:根据

?250kPa,?x?100kPa,?xz?40kPa,已知土的??30?,c?0,问该点是

和?3

2

求出?1?260,?3?90

?

?1??90tan2(45??30)?270??1?260

所以该点未剪切破坏

?1?

?z??x

(?z??x)2???2xz

4

?

?z??x

2(?z??x)2???2xz

4

5-2 设砂土地基中一点的大小主应力分别为500kPa和180kPa,其内摩擦角??36?,求:

(1)该点最大剪应力是多少?最大剪应力面上的法向应力为多少? (2)此点是否已达到极限平衡状态?为什么?

(3)如果此点未达到平衡状态,令大主应力不变,而改变小主应力,使该点达到极限平衡状态,这时小主应力应为多少? (答案:160kPa,340kPa,未达到极限平衡状态;129.8kPa)

500?180

?160kPa

?22???1tan2(45??)?500tan227??130??3 解:(1)(2)?3

???3500?1802??1??340kPa

22

?max?

?1??3

?

所以该点未剪切破坏 (3)要破坏,?3

?130kPa

5-3 某饱和粘性土无侧限抗压强度试验得不排水抗剪强度cu

?70kPa,如果对同一土样进行三轴不固结不排水试验,施加周围压力

?3?150kPa,问试件将在多大的轴向压力作用下发生破坏?(答案:290kPa)

解:已知cu?70kPa,可知:摩尔应力圆直径为2?70?140

又 ?3?150kPa,?f为水平线 所以 ?1?150?140?290kPa

第六章 土压力

一 思考题

1 土压力有哪几种?影响土压力大小的因素是什么?

答:静止土压力,被动土压力和主动土压力。

根据研究,影响土压力的大小和分布的因素很多,处了与土的性质有关外,还和墙体的位移方向、位移量、土体与结构物间的相互作用以及挡土结构物类型有关。

2 试阐述主动、被动、静止土压力产生的条件,并比较三者的大小。

答:当挡土墙具有足够的截面,并且建立在坚实的地基上,墙在墙后填土的推力作用下,不产生任何移动或转动时,墙后土体处于弹性平衡状态,此时,作用于墙背上的土压力称为静止土压力(E0)。

如果墙基可以变形,墙在土压力作用下产生向着离开填土方向的移动或绕墙根的转动时,墙后土体因侧面所受限制的放松而有下滑趋势。当墙的移动或转到达到某一数量时,滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度,墙后土体达到主动极限平衡状态,这时作用在墙上的土推力达到最小值,称为主动土压力(Ea)。

当挡土墙在外力作用下向着填土方向移动或转动时,墙后土体受到挤压,有上滑趋势。为阻止其上滑,土内剪应力反向增加,使得作用在墙背上的土压力加大。直到墙的移动量足够大时,滑动面上的剪应力又等于抗剪强度,墙后土体达到被动极限平衡状态,这时作用在墙上的土抗力达到最大值,称为被动土压力(Ep)。

三者之间的关系:Ea?E0?Ep

3 郎肯土压力理论有何假设条件?

答:它是根据半空间土体处于极限平衡状态下的大小主应力之间关系,导出土压力计算方法。它假设:墙体为刚体;墙背垂直、光滑;填土面水平。

4 库仑土压力理论的基本假定是什么?适用于什么范围?

答:假定为:墙后的填土是理想的散粒体;滑动破坏面为通过墙踵的平面;滑动土楔为一刚塑性体,本身无变形。库仑土压力理论的适用范围很广,它可用于填土面形状任意、墙背倾斜情况,并可考虑墙背实际的摩擦角,但应注意只能求解墙后填土为无粘性土,对粘性土不能用该理论求解。

5 挡土墙有哪几种类型?各有什么特点?各自适用于什么条件?

答:①重力式挡土墙。这种形式的挡土墙通常由块石或素混凝土砌筑而成。靠自身的重力来维持墙体稳定,墙体的抗拉、抗剪强度都比较低。它具有结构简单、施工方便、易于就地取材等优点,在工程中应用较广。

②悬壁式挡土墙。一般是用钢筋混凝土建造,它是由三个悬臂组成。墙的稳定主要靠墙踵悬臂上的土重维持,墙体内的拉应力由钢筋承受。这类挡土墙的优点是能充分利用钢筋混凝土的受力特点,墙体截面尺寸较小,在市政工程以及厂矿储库中较常使用。

③扶壁式挡土墙。当墙高较大时,悬臂式挡土墙的立臂推力作用产生的弯矩与挠度较大,为了增加立臂抗弯性能和减少钢筋用量,常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶臂。墙体稳定主要靠扶臂间土重维持。

6 挡土墙设计中需要进行哪些验算?

答:稳定性验算:包括抗倾覆稳定和抗滑移稳定验算,必要时还要进行地基深层稳定性验算;地基承载力验算;墙身强度验算。

二 习题

?6-1 挡土墙高6m,墙背竖直光滑,填土面水平,填土为粘性土,其重度、内摩擦角、内聚力分别为:

试计算主动土压力Ea及作用点位臵。

解:墙底处的土压力强度 ?17m3,??200,c?8kPa,

pa??htan2(45??)?2ctan(45??)22

20?20?

2???17?6?tan(45?)?2?8?tan(45?)?38.8kPa22

临界深度:z0???2c

?ka?2?820?017?tan(45?)2?1.34m 1?(6?1.34)?38.8?90.4kN/m2(h?z0)(6?1.34)主动土压力距墙底的距离为:??1.55m 33主动土压力:Ea?6-2挡土墙高5m,墙背竖直光滑,墙后填土为砂土,表面水平, ?

水下土的饱和重度为?sat?30?,墙后地下水位高出墙底2m,水上填土的重度??18kNm3,?20m3,求出总侧压力的大小。

解:各层面得土压力强度为:

pa0?0

30?

pa1??h1Ka?18?3?tan(45?)?18kPa22? ?30?

pa2?(?h1???h2)Ka?18?(20?10)?2?tan(45?)?24.7kPa2

11主动土压力:Ea??18?3?(18?24.7)?2?69.7kNm 22

1静水压力:Ew??20?2?20m 2

总侧侧向压力:E?Ea?Ew?89.7kNm 2

6-3某重力式挡土墙高5m ,墙顶宽0.5m,墙底宽1.7m。墙背直立,光滑,填土面水平,墙体重度为?k无粘性土,内摩擦角?和抗滑移稳定性。 解:

?24m3,墙后填土为

?38?,重度??18m3,墙底摩擦系数??0.8,地基承载力设计值f?200kPa。验算挡土墙的抗倾覆

1?

??h2tan2(45??)?53.5kNm 22

1

挡土墙的自重:G?(0.5?1.7)?5?24?132m

2

土压力:Ea

72?0.8?60?1.45

?1.61?1.6

53.5?1.67

稳定性验算:

0.8?132ks??1.97?1.3

53.5

kt?

所以稳定性满足要求。

第七章 土坡稳定分析

一 思考题

1什么是土坡的稳定性分析?常用的分析方法有哪些?最危险的滑动面怎么确定?

答:所谓土坡的稳定性分析,就是用土力学的理论来研究发生滑坡时滑面可能的位臵和形式、滑面上的剪应力和抗剪强度的大小、抵抗下滑的因素分析以及如何采取措施等问题,以估计土坡是否安全,设计的坡度是否符合技术和经济的要求。简言之,在工程实践中,分析土坡稳定的目的是检验所设计的土坡断面是否安全与合理,边坡过陡可能发生塌滑,过缓则使土方量增加。土坡的稳定安全度是用稳定安全系数表示的。 土坡稳定分析方法主要有极限平衡法、极限分析法和有限元法等,目前最常用的是极限平衡法。它的一般步骤是先假定土坡沿某一确定的滑动面滑动,根据滑动土体的静力平衡条件和摩尔-库伦破坏准则计算该滑动面滑动的可能性,即安全系数的大小。然后系统选取许多个可能的滑动面,用同样方法计算稳定安全系数,安全系数最小的滑动面就是最可能出现的危险滑动面。 2 导致土坡失稳的因素有哪些?如何防止边坡滑动?

答:导致土坡失稳的因素有:土坡作用力发生变化;土抗剪强度降低;静水压力的作用;地下水在土坝或基坑等边坡中的渗流常常是边坡失稳的重要因素。防止边坡滑动的措施:①加强岩土工程勘察;②根据当地经验,选取适宜的坡形和坡度;③对于土质边坡或易于软化的岩质边坡,在开挖时应采取相应的排水和坡脚、坡面保护措施,并不得在影响边坡稳定性的范围内积水。④开挖土石方时,宜从上到下依次进行,并防止超挖。⑤若边坡稳定性不足时,可采取放缓坡度,设臵减荷平台,分期加荷及设臵相应的支挡结构等措施。⑥对软土,特别是灵敏度较高的软土,应注意防止对土的扰动,控制加荷速率。⑦为防止振动等对边坡的影响,桩基施工宜采取压桩、人工挖孔桩或重锤低击、低频锤击等施工方式。 二 习题

7-1 某高层建筑基坑开挖深度为6m,土坡坡度为1:1。地基土分两层:第一层为粉质粘土,天然重度,内摩擦角、粘聚力和层厚分别为:

?1?18kNm3,c1?5.4kPa,?1?20?,h1?3m

;第二层为粘土,天然重度,内摩擦角、粘聚力和层厚分别为:

?2?19kNm3,c2?10kPa,?2?16?,h2?10m。试用圆弧法计算此土坡的稳定性。 (答案:K?1.0)

第八章 地基承载力

一 思考题

1 地基的破坏形式有几种?影响地基破坏的因素有哪些?答:根据地基剪切破坏的特征,可将地基破坏分为整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏三种模式。 影响地基破坏的因素有: ①土的压缩性,这是影响破坏模式的主要因素。 ②与地基土本身的条件,如种类、密度、含水量、压缩性、抗剪强度等有关。 ③与基础条件及加荷速率有关。

2 何谓临塑荷载、临界荷载和极限荷载?答:临塑荷载:是指基础边缘地基中刚要出现塑性区时基底单位面积上所承担的荷载,它相当于地基中应力状态从压缩阶段过渡到剪切阶段时的界限荷载,根据地基塑性区边界方程,即可导出地基临塑荷载。 临界荷载:是指允许地基产生一定范围塑性区所对应的荷载。地基极限荷载:是指地基剪切破坏发展即将失稳时所能承受的极限荷载,或者说是地基内部整体达到极限平衡时所承受的荷载,也称地基极限承载力。

3 影响地基承载力的因素有哪些?答:地基的破坏形式;地基土的指标;基础设计的尺寸;荷载作用方向;荷载作用时间等。 4 确定地基承载力的方法有哪些?答:理论公式法;载荷试验法;规范查表法;当地经验法。 二 习题

b?1.5m,埋深d?1.4m,地下水位埋深7.8m,粉土的天然重度、粘聚力、内摩擦角分别为

??18m3,??300,c?10kPa,试按太沙基公式计算地基极限荷载pu。如果安全系数K?3,则地基承载力设计值是多少? 解:(1)条形 ,由太沙基公式: 1

p??bNr?qNq?cNc?1060.1kPa u12pu??bNr?qNq?cNc

(2)地基承载力 2

?

pu1060.1因为??30,查曲线得:Nr?19,Nc?35,Nq?18,

f???353.4kPa

代入公式有 K3

30

8-2 某条形基础,基底宽度b?5m,埋深d?1.2m,建于均质粘性地基土上,粘土的??18m,??22,c?15kPa,试求临塑荷载pcr和p1。

8-1 某条形基础,基底宽度

4

解:根据临塑荷载的表达式求得:

pcr?

?(18?1.2?15cot22)

cot22??22????

?

?18?1.2?164.8kPap1?

4

?(18?1.2?15cot22??18?)

cot22?22??

?

?

?

??

?18?1.2?219.7kP

根据临塑荷载的表达式求得:

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