土力学:
一.绪论
1.土是矿物或岩石碎屑构成的松软集合体。
2.土力学是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
度等外接因素作用下工程性状的应用科学。
3.地基是支承基础的土体或岩体。
4.基础是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。
二.土的性质及工程分类
1.土体一般由固相,液相,气相三部分组成。
2.毛细水是受到水与空气交界表面张力作用,存在于地下水位以上的透水层中的自由水。
3.固体颗粒构成土的骨架,其大小和形状,矿物成分及其组成情况是决定土物理力学性的
重要因素。
4.矿物颗粒分为1原生矿物2次生矿物。
5.土力的大小称为粒度。
6.粒组:工程上把大小,性质相近的土粒合并为一组,称为粒组。
7.土中所含各粒组的相对含量,以土力自重百分比数表示,称为土力级配。
8.对于连续级配的土,Cu大于5,级配良好,小于5,级配不良好;对于不连续的土,同
时满足Cu大于5,Cc=1-3,才级配良好。
9.土中液态水的存在形态1结合水(强结合水)(弱结合水)2自由水(重力水)(毛细水)
10.影响冻胀的因素1土的因素2水的因素3温度的因素
11.土中的气体1与大气相通2封闭于土中(压缩性)(渗透性)。
12.土的结构分为单粒结构,蜂窝结构,絮凝结构。
13.土的构造最主要的特征是成层性,即层理结构,另一特征是裂隙性,不均匀性。
14.三个基本试验指标1土的天然密度2土的含水量3土粒的相对密度。
15.相对密度Dr 1-0.67密实0.67-0.33中密0.33-0松散
16.土由可塑状态变化到流动状态的界限含水量为流限,WL。
17.由半固态变化到可塑状态的界限含水量为塑限,Wp。
18.我国采用锥式液限仪来测定土的液限,经过15s圆锥进入土样深度恰好为10mm时,则
试样的含水量为液限WL。
塑限指数Ip=WL-Wp 流性指数IL=W-Wp/Ip
小于0坚硬0-0.25硬塑0.25-0.75可塑0.75-1.0 软塑大于1流塑
19.影响土渗透性的因素:颗粒大小,级配以及土中的密闭气泡。
20.流沙现象与管涌的区别:管涌现象发生在土体表面逸出处,也可以发生在土体内部,而
流沙一般发生在表面逸出处,不发生在土体内部。
21.在一定的压实功下使土容易压实,并能达到最大密室度时的含水量称为土的最优含水
量。
22.影响击实效果的因素:含水量,击实功和土的性质。
23.土体液化是指饱和状态砂土或粉土在一定强度的动荷载下表现出类似液体性质而完全
丧失承载力的现象。
24.影响液化的主要因素:1土类2土的密度3土的初始应力状态4往复应力强度与往复次
数。
25.(建筑地基基础设计规范)把土作为建筑地基的工程分类为岩石,碎石土,砂土,粉土,
粘性土人工填土六种。
26.粘性土指塑性指数Ip大于10的土,Ip大于17而粘土10-17为粉质粘土。
三.土中应力计算
1.由土体重力引起的应力称为自重应力。
2.附加应力指由外荷载的作用,在土中产生的应力增量。
3.地基附加应力:一般建筑物都埋于地表以下,建筑物建成后,作用于基地的平均压力减
去基地原先存在于土中的自重应力才是新增的压力,此压力即为地基附加应力。
4.注意:1.自重应力是指土颗粒之间接触点传递的粒间应力,故称为有效自重应力。
2. 自重应力不再引起建筑物的基础沉降。
4. 在计算由建筑物造成的基地附加应力时,应扣除基底标高处土中原有的自重应力后才是
基面处的新增加的附加应力。
四.土的变形性质和地基沉降计算
1.土的压缩可只看做是土中水和气体从空隙中被挤出,与此同时,土颗粒相应发生移动,
重新排列,靠拢挤紧,从而土空隙体积减小。
2. 土在压力作用下体积缩小的特征称为土的压缩性。
3.压缩系数a1-2小于0.1MPa-1为低压缩性土0.1-0.5中压缩性土大于0.5高压缩性
压缩系数Cc 小于0.2为低压缩性土0.2-0.4中大于0.4高
压缩模量小于4MPa 为高4-15中大于15低
5.地基沉降量是指地基土在建筑荷载作用下,不断产生压缩,直至压缩稳定时地基表面的
沉降量。
6.土的变形模量:土体在无侧限条件下的应力与应变的比值。
7.固结度:地基在任一时间t的固结沉降量Sct与其最终沉降量Sc之比。
8.饱和土的升头固结就是孔隙水压力逐渐消失和有效应力逐渐增长的过程。
9.土的抗剪强度:指土体抵抗剪切破坏的极限能力。
10.根据土的先期固结压力Pl与现有土层自重应力P1之比称为超固结比,可分为三个固结
状态:1超固结状态2正常固结状态3负固结状态
11.正常固结土:土层在历史上最大的固结力作用下压缩稳定,但沉积后土层无大变化,以
后也没有受过其他荷载继续作用的土体
12.超固结土:天然土层在地质历史上受过的固结压力大于目前上覆压力的土体
13.欠固结土:土层逐渐沉积到现在地面,但没有达到固结的状态
14.由土体孔隙内的水及气体承受的应力称为孔隙应力。
15.分层法的假设:1.地基土是均质,各向同性的半无限线性体。2地基土在外荷载的作用
下,只产生竖向变形,侧向不发生膨胀变形。3采用地基中心点下的附加应力计算地基变形量。
16.分层原则:1厚度h小于等于0.4b。2自然分层分界处。3地下水位处。
四.土的抗剪强度
1.三轴压缩试验可使在复杂应力条件下研究土的抗剪强度特性之用,其突出优点:
(1)试验能严格控制试样的排水条件,准确测定试样在剪切过程中孔隙水压力变化
从而可定量获得土中有效应力的变化情况。
(2)与直剪试验对比起来,试样中的应力状态相对地较为明确和均与,不硬性指定
破裂面位置。
(3)除抗剪强度指标外,还可以测定土的灵敏度,侧压力系数,孔隙水压力系数等
力学指标。
2.粘土在不同固结和排水条件下的抗剪强度指标。
3.极限平衡状态:当土体中某点任一平面上的剪应力等于土的抗剪强度,将该店即濒于破
坏的临界状态。
(1)固结不排水CU(2)不固结不排水UU(3)固结排水CD
4.三种试验方法的适用范围
UU:地基透水性的饱和粘性土或排水不良,且建筑物施工速度快,常用于施工期强度与稳定验算。
CU:建筑物竣工后较长时间,突遇荷载增大。如房屋加层,天然土坡荷载等。
CD:地基透水性较佳,排水良好而建筑施工速度又慢。
5.在应力坐标图中用应力点的移动轨迹来描述土体在加荷过程中的应力变化,这种应力点
的轨迹就称为应力路径。
6.抗剪强度的方法:直剪试验,三轴压缩试验,无侧限抗压强度试验,十字板剪切试验。
六.土压力,地基承载力和土块稳定
1.影响挡土墙大小及其分布规律的因素有挡土墙的位移方向和位移量。分为1主动土压力
2静止土压力3被动土压力
2.主动土压力:当挡土墙向离开土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时,作用在墙背
上的土压力称为主动土压力
3.被动土压力:当挡土墙在外力作用下,向土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时,
作用在墙背上的土压力称为被动土压力
4.静止土压力:当挡土墙静止不动,墙后土体出于弹性平衡状态时,作用在墙背上的土压力
称为静止土压力
5.地基的破坏形式分为整体剪切破坏,局部剪切破坏及冲剪破坏。
6.临塑荷载是指地基土中将要而尚未出现塑性变形区时的基底压力。
7.无黏性土的稳定性仅与坡脚有关Ks一般取1.1-1.5。
8.库伦土压力基本假设为:1墙后填土是理想的散粒体2滑动破裂面为通过墙踵的平面。
七.基础设计
1.地基基础设计和计算应满足下述三项基本原则:
(1)在防止地基土剪切破坏和丧失稳定性方面,应有足够的安全度。
(2)控制地基的变形,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怪。
(3)建筑的材料,形式,尺寸和构造除能适应上部结构,符合使用要求,满足上述
地基承载力和变形要求外,还应满足对基础结构的强度,刚度和耐久性要求。
2.受荷后不允许挠曲变形和开裂的基础为刚性基础。
3.基础埋深时应考虑的几个主要因素:1建筑结构条件和场地坏境条件2工程地质条件3
水文地质条件4地基冻融条件
4.减轻不均匀沉降量损害的
措施
《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施
:
建筑措施:1建筑物体形力求简单2控制建筑物长高比以及合理布置纵横墙3设置沉降缝4控制相邻建筑物基础的问题5调整建筑物局部标高
结构措施:1减轻建筑自重2设置圈梁3减小或调整基地附加应力4增强上部结构刚度或用非敏感性结构。
施工措施:1合理安排施工顺序2避免长时间堆放大量集中荷载3施工时候保持地基土原状。
八.桩基础
1.桩基础设计原则P210
2.桩的分类:按承载力分类1摩擦桩2端承桩。按施工方法1预制桩2灌注桩
3.单桩的破坏形式1屈曲破坏2整体剪切破坏3刺入破坏
4.桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向,当桩周土层相对侧向向下时,桩侧
摩阻力方向向下,称为负摩阻力。通常下列情况下考虑负摩阻力P217
5.群桩中各桩的工作状态与单桩截然不同,其承载力小于各单桩承载力之总和,沉降量大
于单桩沉降量,即为群桩效应。
十一。黄土
在一定压力下受水浸湿,土结构迅速破坏,并发生显著附加下沉的黄土称为湿陷性黄土。湿陷性评价:1湿陷系数,湿陷起始压力及黄土湿陷性的判别2湿陷类型划分3黄土地基湿陷等级表11 P297
简答题:
一.简述土中附加应力的分布规律?
1附加应力自基地起算,随深度呈曲线衰减;2附加应力具有一定的扩散性,它不仅分布在基地范围内,而且分布在基地和在表面积以外相当大的范围之下;3基地下任意深度水平面上的附加应力在基地的中轴线上最大,随距中轴线距离越远而越小。
二.土的抗剪强度特点?
由于土体中土粒的强度,土粒间的连结强度所以:a土体的剪力破坏是土粒间的连结破坏而本身未被破坏;b土的抗剪强度与法向应力有关,不为常数。
三.朗金和库伦土压力的理论依据和基本假定有什么不同?
朗金土压力理论是通过研究弹性半空间体内的应力状态,根据土的极限平衡条件而得;库伦土压力的理论是根据墙后土体处于极限平衡状态形成一滑动楔体时,从楔体的静力平衡条件而得出的。
18.试比较朗金土压力理论和库仑土压力理论的基本假定和适用条件。朗金土压力理论基本假定:挡土墙墙背竖直、光滑,填土面水平。适用条件:适用于墙背垂直光滑而墙厚填土坡度比较简单的情况。库仑土压力理论基本假定:墙后填土是理想的散粒体(黏聚力C=0),滑动破裂面为通过墙踵的平面适用条件:适用于砂土或碎石填料的挡土墙计算,可考虑墙背倾斜、填土面倾斜以及墙背与填土间的摩擦等多种因素的影响
四.太沙基一维固结理论的基本假定?
1荷载一次加上并且均匀;2土在自重作用下已压缩稳定;3土是均匀且饱和的;4土粒不可压缩;5压缩,渗透只沿竖向;6压缩过程中a,k,r为常数。
五.土压缩性实验指标?
1压缩系数a:压缩量与压强的比值,e-p曲线斜率。
2压缩指数c:e-p曲线后段直线斜率。
3压缩模量E:土体在完全测限条件下,竖向附加应力与相应的应变增量之比。
六.什么是桩侧负摩阻力?哪些情况需要考虑?
当桩周土体因某种原因产生下沉,其沉降速率大于桩的下沉时,则土层相对于桩侧向下位移,产生于桩侧的向下的摩阻力则称为负摩阻力。
情况:1软土地去,大范围地下水位下降,桩周土中有效应力增大,导致桩侧土层沉降;2桩侧地面承受局部较大长期荷载或地面大面积堆载时;3桩穿越较厚松散填土,自重湿陷性黄土,欠固结土层,液化土层进入相对较硬土层时;4冻土地区,由于温度升高而引起的桩侧土的缺陷。
1土由哪几部分组成?土中水分为哪几类?其特征如何?对土的工程性质影响如何?
土体一般由固相、液相和气相三部分组成(即土的三相)。
土中水按存在形态分为:液态水、固态水和气态水(液态水分为自由水和结
合水,结合水分为强结合水和弱结合水,自由水又分为重力水和毛细水)。
特征:固态水是指存在于颗粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造的水,液态水是人们日常生活中不可缺少的物质,气态水是土中气的一部分。2地基土分为几大类?各类土的划分依据是什么?为什么粒度成分和塑性指数可作为土分类的依据?比较这两种分类的优缺点和适用条件。
地基土分为:粗粒土和细粒土两大类。
划分依据:颗粒度和粒间作用力。粗粒土的工程性质和大程度上取决于土的粒径级配,故按其粒径级配累积曲线再分成细类。细粒土分类基于长基实验结果
统计分析所得结论,多用塑性指数或者液限加塑性指数作为分类指标。
3刚性基础的基底压力分布有何特征?
刚性基础:刚度较大,基底压力分布随上部荷载的大小、基础的埋深及土的性质而异
4.压缩模量Es与变形模量Eo有何异同?相互有何关系
不同点:变形模量E0与压缩模量Es在土力学与基础工程中经常用到,而两者概念上是有所区别的。E0是在现场通过荷载试验测得,土体压缩过程无侧限;而Es是通过
室内压缩试验获得,土体是在完全侧限条件下的压缩。
相同点:都有部分不可恢复的残余变形
关系:E0=βEs
5.简述直剪试验的原理和优缺点。
由杠杆系统通过活塞对试样施加垂直压力,水平推力则由等速前进的轮轴施加于下盒使试样在沿盒接触面产生剪切位移剪应力大小则由量力环换算求出。
直剪实验的优点:构造简单、操作方便缺点:(1)剪切面限定在上下盒之间的平面,而不是沿土样最薄弱的剪切面破坏(2)剪切面上的剪应力分布不均,在边缘发生应力集中现象(3)在剪切过程中,剪切面逐渐缩小,而计算抗剪强度时却按圆截面计算(4)试验时不能严格控制排水条件,不能量测孔隙水压力。
6土的不均匀系数Cu及曲率系数Cc的定义是什么?如何从土的颗粒级配曲线形态上,Cu和Cc数值上评价土的工程性质。
不均匀系数Cu反映了大小不同粒组的分布情况。
曲率系数Cc描述了级配曲线分布的整体形态,表示是否有某粒组缺失的情况。
评价:(1)对于级配连续的土:Cu>5,级配良好;Cu<5,级配不良。
(2)对于级配不连续的土:同时满足Cu>5和Cc=1~3,级配良好,反之
则级配不良
7基础底面尺寸如何确定?为什么要验算软弱下卧层的强度?
1 要满足承载力要求,包括持力层承载力计算和软弱下卧层的验算
2 对于部分建筑物还要考虑地基变形的影响,验算建筑物的变形特征值,
并对基础尺寸作必要调整
(2)基底应力经过持力层的应力扩散以后,到软弱下卧层顶面时,其应力已减少很多。但
是,这时的应力必须小于软弱下卧层的设计承载力特征值,否则,地基将会在软弱下卧层发生破坏。
8何谓最优含水量?影响填土压实效果的主要因素有哪些?
在一定的压实功(能)下使土最容易压实,并能达到最大密实度时的含水量
称为土的最优含水量。
影响因素:(1)含水量(2)击实功(3)土的性质
9简述渗透定理的意义,渗透系数K如何测定?动水如何计算?何谓流砂现象?
渗透定理即达西定律V=ki,其反映土中水渗流快慢。
室内测定渗透系数有常水头法和变水头法,也可在现场进行抽水实验测定。
G D=ir w
流砂现象:当动水为G D数值等于或大于土的浮重度时,土体发生浮起而随水流动。
14 土的最终沉降量是由哪几部分组成?各部分的意义如何?
瞬时沉降;指在加载瞬间土孔隙中的水来不及排出,孔隙体积尚未变化,地基在荷载作用下不仅发生剪切变形时的沉降
固结沉降指在荷载作用下,随着孔隙水的排出,孔隙体积相应的减少。土体逐渐压密而产生沉降
次固结沉降指土中孔隙水已经消散,有效应力增长基本不变之后仍随时间而缓慢增长引起的沉降
38.计算地基沉降的分层总和法与《建筑地基基础设计规范》方法有何异同?
分层法假定地基土为直线变形体,将压缩层厚度内的地基土分为若干层,分别、求出各分层地基的应力,然后用土的应力-应变关系式求出各分层的变形量,总和起来就是地基的最终沉降量,而《建筑地基基础设计规范》提出的地基沉降计算方法是一种简化并经修正了的分层总和法,起关键在于引入了平均附加应力系数的概念,并在
总结
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大量实践经验的基础上重新规定了地基沉降计算深度的标准及地基沉降计算经验系数。
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