土力学1-第一章-清华大学
清华大学版土力学课后答案详解
第一章1-1：已知：V=72cm3 m=129.1g ms =121.5g Gs=2.70则：129.1121.56.3%121.5ssm mwm--===3333 129.1*1017.9/72121.5452.77245271.0*27121.5*1020.6/72sssV ssat w V ssat satmg g KN mvmV cmV V V cmm V mg g g KN mV Vγρρργρ========-=-=++=====3320.61010.6/121.5*1016.9/72sat wsdsat dKN mmg KN mVγγγγγγγγ'=-=-===='>>>则1-2：已知：Gs =2.72 设Vs=1cm3则33332.72/2.722.72*1016/1.72.720.7*1*1020.1/1.720.11010.1/75%1.0*0.7*75%0.5250.52519.3%2.720.525 2.721.sssd ds V wwrw w V rwsw sg cmm gmg g KN mVm Vg g KN mVKN mm V S gmwmm mg gVργρργργγγργρ======++===='=-=-========++===当S时，3*1019.1/7KN m=1-3：3477777331.70*10*8*1013.6*1013.6*10*20%2.72*1013.6*10 2.72*10850001.92*10s d w s s wm V kg m m w kg m m V m ρρ======++==挖1-4： 甲：33334025151* 2.72.7*30%0.81100%0.812.70.811.94/10.8119.4/2.71.48/1.8114.8/0.81p L P s s s s w r wV ws w s w s d s w d d v sI w w V m V g m g S m V m m g cm V V g KN m m g cm V V g KN m Ve V ρρργρργρ=-=-=======∴==++===++=====+====设则又因为乙：3333381 2.682.68*22%0.47960.47962.680.47962.14/10.47962.14*1021.4/2.681.84/1.47961.84*1018.4/0.4796p L p s s s s w s V s w s V s d s w d d VsI w w V m V g m m w g V cm m m g cm V V g KN m m g cm V V g KN m V e V ρργρργρ=-========++===++======+=====设则则γγ∴<乙甲 d d γγ<乙甲 e e >乙甲 p p I I >乙甲则（1）、（4）正确1-5：1s w d G eρρ=+ 则2.7*1110.591.7022%*2.7185%0.59s wds r G e wG S e ρρ=-=-====>所以该料场的土料不适合筑坝，建议翻晒，使其含水率降低。
清华大学-土力学与地基基础学课后习题答案
《土力学地基基础》第四版习题集解答第一章 工程地质1.1 如何鉴定矿物？准备一些常见的矿物，如石英、正长石、斜长石、角闪石、辉石、方解石、云母、滑石和高岭土等，进行比较与鉴定。
1.2 岩浆岩有何特征？准备若干常见的岩浆岩标本，如花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、玢岩和辉岩进行鉴定。
1.3 沉积岩最显著的特征是什么？准备多种常见的沉积岩标本，如砾岩、角砾岩、砂岩、凝灰岩、泥岩、页岩、石灰岩和泥灰岩等，进行对比鉴定。
1.4 变质岩有什么特征？准备几种常见的变质岩，如大理岩、石英岩、板岩、云母片岩和片麻岩进行比较与鉴定。
1.5解：水池长度、宽度、高度分别为50、20、4m 壁厚0.3m。
水池与地面齐平。
1）底板浮力计算：底板~水面之间的水位深度h=4-2.5=1.5m底板静水压力强度：Pw=γw h=10×1.5=15KPa=15KN/m 2底板面积S 底板=50×20=1000m 2底板上的浮力P 浮= Pw×S 底板=15000KN2）不考虑钢筋混凝土水池自重的侧壁摩擦阻力F 1和抗浮安全系数计算：钢筋混凝土水池的侧壁面积S 侧壁=2×[（50×4）+（20×4）]= 560m 2已知侧壁与土体之间的摩擦强度为μ=10KPa； 侧壁总摩擦力F 1=μ×S 侧壁=10×560＝5600KN∵F 1＜P 浮，抗浮安全系数K= F 1/P 浮=5600/15000=0.37＜1，∴在不考虑钢筋混凝土水池自重时，水池刚竣工，未充水，也不考虑池中水重量，此时不安全。
3）考虑钢筋混凝土水池自重的抗浮安全系数计算：钢筋混凝土的重度一般为γ砼=24KN/m 3；钢筋混凝土水池四个侧壁体积V 1=2×[（50×4×0.3）+（20-2×0.3）×4×0.3]=166.56m 3扣掉侧壁厚度尺寸后钢筋混凝土水池底板体积V 2：V 2=[（50-0.6）×（20-0.6）] ×0.3=287.5m 3所以，水池本身钢筋混凝土的体积V=V 1+V 2=454 m 3钢筋混凝土水池重量W=γ砼×V=24×454＝10896KN∵F 1+W=16496＞P 浮，抗浮安全系数K= 16496/15000=1.1＞1， ∴在考虑钢筋混凝土水池自重时，此时安全。
新版土力学课后习题答案(清华大学出版社)-新版.pdf
1-5：
Gs w
d
则
1e
e G s w 1 2.7 *1 1 0.59
d
1.70
Sr
wGs
22% * 2.7 1 85%
e
0.59
所以该料场的土料不适合筑坝，建议翻晒，使其含水率降低。
1-6：
Dr
(d
) d min
d max
( d max
) d min
d
式中 Dr=0.7
d m ax 1.96 g / cm 3
sat 粘 土
sat 砂 层 ，故只考虑
sat 粘 土 就可以
3
i cr
sat 粘 土 1 2.04 1 1.04 g / cm
h 又 icr
L 则 h 1.38 故开挖深度为
7.5 (h 3) 3
4.5 h 3
6m 时，基坑中水深至少
1.38m 才能防止发生流土现象
i cr 时
L
h L * i cr 30 *1.055 31.65 cm
水头差值为 32cm 时就可使土样发生流土破坏
2-4 解：
（1） h A 6 m , hC
7.5 m , hB
h A hC 2
6.75 m
j r w * i r w * h 3.675 kN / m 3 l
（2）若要保持水深 1m ， i
3
1.94 g / cm
ms
2.7
3
d
1.48 g / cm
V s V w 1.81
3
d
d g 14.8 K N / m
Vv e
Vs
0.81
乙：
I p wL w p 8
清华大学《土力学与地基基础》 PPT课件
v 公式如下(图1—25)： ki
粘性土的达西定律
v k(i i' )
2—8 地基土(岩)的分类
地基土(岩)分类的任务是根据分类用途和土 (岩)的各种性质的差异将其划分为一定的类别。
土(岩)的合理分类具有很大的实际意义，例 如根据分类名称可以大致判断土(岩)的工程特性、 评价土(岩)作为建筑材料的适宜性以及结合其他 指标来确定地基的承载力等等。阅读33-39页内容。
··········································171 第八章 桩基础设计··········································
第一章 绪 论
一、 土力学、地基及基础的有关概念 1.地基—支撑建筑物荷载、且受建筑物荷载影响的那
一部分地层称为地基。地基有天然地基和人工地基之分。 2.基础--建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础。
第三章 土中应力计算
概述
研究地基的应力和变 形，必须从土的应力与应 变的基本关系出发来研究。 当应力很小时，土的应 力·应变关系曲线就不是 一根直线(图2—1)，亦即 土的变形具有明显的非线 性特征。
假设
地基土为均匀、连续、 各向同性的半空间线性变 形体。
3—1 土的自重应力
一、单层土中自重应力的计算
称为界限粒径。 表l-8提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。
表中根据界限粒径200、20、2、0．05和0．005mm把土 粒分为六大粒组：漂石<块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、 圆砾(角砾)颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。
土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组 的相对含量(各粒组占土粒总量的百 分数)来表示， 称为土的颗粒级配。
清华大学《土力学与地基基础》238页PPT
2—3 土的物理性质指标（三相比例指标）
上节介绍了土的 组成，特别是土颗粒 的粒组和矿物成分， 是从本质方面了解土 的性质的根据。但是 为了对土的基本物理 性质有所了解，还需 要对土的三相——土 粒(固相)、土中水(液 相)和土中气(气相)的 组成情况进行数量上 的研究。 土的三相比例指标：土粒比重、含水量、密度、干密度、 饱和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、饱和度。
三.本课程的重要性
1.地基与基础工程工期长，造价高；
2.地基与基础工程在地面之下，属于隐蔽工程。
四、土力学的发展简况 1.十八世纪中叶以前——感性认识阶段； 2.十八世纪产业革命至二十世纪初——半经验分析阶段； 3.二十世纪以后——理论与实践相结合的研究阶段。
第二章 土的物理性质及分类
2—1 概 述
地下水在土中的渗透速度一般可按达西 Darcy)根据实验得到的直线渗透定律计算，其
v 公式如下(图1—25)： ki
粘性土的达西定律
v k(i i')
2—8 地基土(岩)的分类
地基土(岩)分类的任务是根据分类用途和土 (岩)的各种性质的差异将其划分为一定的类别。
土(岩)的合理分类具有很大的实际意义，例 如根据分类名称可以大致判断土(岩)的工程特性、 评价土(岩)作为建筑材料的适宜性以及结合其他 指标来确定地基的承载力等等。阅读33-39页内容。
2—4 无粘性土的密实度
无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的 关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良好的 天然地基，呈松散状态时，则是不良地基。对于 同一种无粘性土，当其孔隙比小于某一限度时， 处于密实状态，随着孔隙比的增大，则处于中密、 稍密直到松散状态。
以下介绍与无粘性土的最大和最小孔隙比、相 对密实度等有关密实度的指标。
土力学笔记(清华大学出版社)
第一章:土的物理性质及工程分类土是三相体——固相（土颗粒）、液相（土中水）和气相（土中空气）。
固相：是由难溶于水或不溶于水的各种矿物颗粒和部分有机质所组成。
2.土粒颗粒级配（粒度） 2. 土粒大小及其粒组划分b.土粒颗粒级配（粒度成分）土中各粒组相对含量百分数称为土的粒度或颗粒级配。
粒径大于等于0.075mm 的颗粒可采用筛分法来区分。
1.3<<重力密度γ：单位体积土的重量 常见值：土粒密度ρs ：土中固体颗粒单位体积的质量土粒相对密度ds ：土颗粒重量与同体积4°C 时纯水的重量比。
常见值：砂土——26.5～26.9粉土——27.0～27.1粘性土——27.2～27.4sss V m =ρ(%)100⨯=wm ω常见值：砂土——（0～4）％ ； 粘性土——（20～60）％土的六个导出指标1、孔隙比e ：土中孔隙体积与土颗粒体积之比 常见值：砂土——0.5～1.0，e < 0.6时呈密实状态，为良好地基；粘性土——0.5～1.2，e > 1.0时，为软弱地基2、孔隙率n ：土中孔隙体积与土总体积之比 常见值：n=(30~50)%第三章 饱和度s r ：水在空隙中充满的程度w V常见值：0～15 6e 1.2.3.液性指数I L ——粘性土的天然含水量与塑限的差值和塑性指数之比，记为I L 。
稠度指标，反映粘性土的软、硬程度ppL I W I -=ω即pL pL W W W I --=ω当天然含水量ω小于等于塑限Wp 时，土体处于固态或者是半固态，此时I L 小于或等于零；当天然含水量ω大于等于液限W L 时，土体处于流塑状态，此时I L 大于或等于1.0；当天然含水量在液限WL 和塑限Wp 之间变化时，I L 值处于0～1.0之间，此时粘性土处于可塑状态。
各类规范根据IL 值的大小，将粘性土的s vV V e =(%)100⨯=V V n v )3液、塑限的测定1.液限测定：国家标准：锥式液限仪。
清华大学版土力学课后答案详解
e VV hV 0.89 0.8 Vs h 1.11
1-8 ： 甲： I L
w wp wL wp
45 25 1.33 40 25
流塑状态
乙： I L
w wp wL wp
20 25 40 25
0.33
坚硬（半固态）
I p wL wp 15 属于合作天然地基
则可得： d 1.78g / cm3
d min 1.46g / cm3
1-7 ： 设 S=1 ， 则 Vs Sh h 则压缩后：
ms VsGs 2.7h mw msw 2.7h *28%
则 Vw mw 2.7h *28%
w
Vs Vw 2.7h *28% h 1.95 则 h 1.11cm
hV 2.0 1.11 0.89cm
1-9 ：
A甲
I p甲
P0.002甲
53 36 55
0.31 0.75
属非活性粘土
A乙
I p乙 P0.002乙
70 35 1.3 1.25 27
属活性粘土
乙土活动性高，可能为伊利石，及少量的高岭石，工程性质乙土的可能较
精彩文案
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2-1 解：
第二章
根据渗流连续原理，流经三种土样的渗透速度
v 应相等，即 vA vB vC
7
85000m3
1-4 ： 甲：
I p wL wP 40 25 15 设 Vs 1则 ms s * Vs 2.7 g mw 2.7*30% 0.81g 又因为 Sr 100%
VV mw 0.81
w
ms mw 2.7 0.81 1.94 g / cm3 Vs Vw 1 0.81 g 19.4 KN / m3
新版清华大学版土力学课后答案-新版.pdf
h j 1* rw
L
（2） i cr
Gs 1
2.72 1 1.055
1 e 1 0.63
h 20
i
0.667
L 30
20 1*9.8*
30
6.53 N
i icr 则土体处于稳定状态，不会发生流土现象
（3）当 i
icr 时，会发生流土破坏，
即h L
icr时
h L * icr 30*1.055 31.65cm
1-7： 设 S=1， 则 Vs Sh h 则压缩后： ms VsGs 2.7h mw msw 2. 7h * 2 8 % 则 Vw mw 2.7h *28%
w
Vs Vw 2.7h *28% h 1.95 则 h 1.11cm
hV 2.0 1.11 0.89cm
e VV hV 0.89 0.8 Vs h 1.11
1-8： 甲： I L
w wp wL wp
45 25 1.33 40 25
流塑状态
乙： I L
w wp wL wp
20 25 40 25
0.33
坚硬（半固态）
I p wL wp 15 属于粉质粘土（中液限粘质土）
乙土较适合作天然地基
1-9：
A甲
I p甲
P0.002甲
53 36 55
0.31 0.75
1-4： 甲：
I p wL wP 40 25 15 设 Vs 1则 ms s * Vs 2.7 g mw 2.7*30% 0.81g 又因为 Sr 100%
VV mw 0.81
w
ms mw 2.7 0.81 1.94 g / cm3 Vs Vw 1 0.81 g 19.4 KN / m3
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粘 土 矿 物
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
粘土的电泳和电渗现象
(列依斯, 1809)
粘土粒
+ 玻璃筒
水位 升高
粘土膏 玻璃皿
粘土矿物的带电性质
研究表明，片状粘土颗粒表
粘土颗粒 水分子
面常带有电荷，净电荷通常 为负电荷
阳离子
粘土矿物的带电特性
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
粘 土 矿 物
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
依硅片和铝片组叠 形式的不同，可分 成如下三种类型：
2:1的三 层结构
Si Si
Si Si
钾离子
Si Si
Si Si
Al Al
Al Al
• 是云母在碱性介质中风化的产物。 高岭石 蒙特石 伊利石 • 与蒙特石相似，由两层硅片夹一层 铝片所形成的三层结构，但晶层之 间有钾离子连结。 • 主要特征：连结强度弱于高岭石而 高于蒙特石，其特征也介于两者之 间。
• 晶层间通过氢键联结，联结力强，晶 格不能自由活动，水难以进入晶格间 • 能组叠很多晶层，多达百个以上，成 为一个颗粒。颗粒长宽约0.3-3，厚 约0.03-1。 • 主要特征：颗粒较粗，不容易吸水膨 胀和失水收缩，或者说亲水能力差。
粘 土 矿 物
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
残积土
无搬运
岩屑或细小颗粒后，未经搬 运残留在原地的堆积物 残积土
运积土
有搬运
强风化
弱风化 微风化 母岩体
• 颗粒表面粗糙 • 多棱角 • 粗细不均 • 无明显层理
搬运与沉积
§1.2 土的形成
仁者乐山 智者乐水
风化所形成的土颗粒，受自然力的 残积土
无搬运
作用搬运到远近不同的地点所沉积
的堆积物
土的形成与风化作用
§1.2 土的形成
仁者乐山 智者乐水
物理风化
• 包括植物、动物和土壤微 生物的作用
化学风化
• 可加剧物理和化学风化
• 构成土中有机质和营养物
质的生物循环
生物活动
• 导致腐殖质的形成，改变 土壤的结构
土的形成与风化作用
§1.2 土的形成
仁者乐山 智者乐水
母岩表层经风化作用破碎成
引力
自由水
d
土中水 – 结合水
§1.2 土的三相组成 – 土中水
仁者乐山 智者乐水
自由水：不受颗粒电场引 力作用的孔隙水
- 毛细水：由于土体孔隙的毛细 作用升至自由水面以上的水。 毛细水承受表面张力和重力的 作用 - 重力水：自由水面以下的孔隙 自由水，在重力作用下可在土 中自由流动
毛细水
hc
粘土颗粒的形状
颗粒形状和比表面积
§1.2 土的三相组成 – 土中水
仁者乐山 智者乐水
结晶水
结合水 自由水 土中冰
矿物内部的水
吸附在土颗粒表面的水 电场引力作用范围之外的水 由自由水冻成，冻胀融沉
水蒸气
存在孔隙空气中
土 中 水
§1.2 土的三相组成 – 土中水
仁者乐山 智者乐水 阳离子
10 16 18 24
66
55
22
筛 分 法
38 36 72
粒径(mm)
水分法
粒径(mm) 百分数P(%)
0.05 26
0.01 13.5
固体颗粒 - 粒径级配
0.01 0.005
0.005 10
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
曲率系数举例
Cc=13, 级配连续 缺少小颗粒，Cc 缺少大颗粒，Cc
粒径(mm)
曲线 d60
L M R 0.33
d10
d30
Cu
66
0.081 0.005 0.063 0.030
0.01 0.005
Cc
3.98 2.41 0.545
0.001
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 5.0
学习要点
仁者乐山 智者乐水
土的形成过程
土的三相组成 土的物理状态 土的结构
决定
渗透特性 变形特性 强度特性
土的工程分类：便于研究和应用 土的压实性：如何获得较好的土
仁者乐山 智者乐水
1-1，1-2，1-3，1-5，1-6 1-4 （假定两种土的活性指数相同） 1-8，1-9，1-10，1-12
• 矿物成分与母岩相同，称原 生矿物
• 产生无粘性土
土的形成与风化作用
§1.2 土的形成
仁者乐山 智者乐水
• 母岩表面和碎散的颗粒受环
物理风化
境因素的作用而改变其矿物 的化学成分，形成新的矿物 • 颗粒成分发生质的变化 • 矿物成分与母岩不同，称次 生矿物
化学风化
生物活动
• 形成十分细微的土颗粒，最 主要为粘性颗粒及可溶盐类
仁者乐山 智者乐水
过程、条件
土的组成、结构 和物理力学性质
风化、搬运、沉积
岩石
地质成岩作用
土
土 的 形 成
§1.2 土的形成
仁者乐山 智者乐水
物理风化
• 岩石和土的粗颗粒受各种气 候等物理因素的影响产生胀
化学风化
缩而发生裂缝,或在运动过 程中因碰撞和摩擦而破碎
• 是颗粒大小发生量的变化
生物活动
重力水
仁者乐山 智者乐水
原生矿物：一般颗粒较粗，呈粒状。 有圆状、浑圆状、棱角状等。 次生矿物：颗粒较细，多呈针状、片 状、扁平状。 比表面积：单位质量土颗粒所拥有的 总表面积。对于粘性土，其大小直接 反映土颗粒与四周介质,特别是水,相 互作用的强烈程度,是代表粘性土特 征的一个很重要的指标。 高岭石的比表面积为：10-20m2/g,伊 利石：80-l00m2/g,蒙特石：800m2/g 粗颗粒的形状
d60 d50 d30
粒径(mm) 0.10 0.05 1.0 0.5
固体颗粒 – 级配曲线
0.01 0.005
0.001
d10
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
小于某粒径之土质量百分数（％）
土的粗细度：用d50 表示 土的不均匀程度：用不 均匀系数： Cu = d60 / d10 表示，Cu 5，称为不均 匀土，反之称为均匀土 连续程度: 用曲率系数 Cc = d302 / (d60 ×d10 ) 度量, Cc=1~3为连续级 配, >3或<1为不连续级配
第一章：土的物理性质与工程分类
§1.1 §1.2 §1.3 土的形成 土的三相组成 土的物理状态 • 风化作用 • 搬运与沉积
§1.4
§1.5 §1.6
土的结构
土的工程分类 土的压实性
§1.2 土的三相组成
仁者乐山 智者乐水
固体颗粒 土中水 土中气体
固相 液相 气相
构成土体骨架 起决定作用 重要影响 次要作用
提醒：请同学们上教育在线2003年
版进行土力学实验预习 IP地址：166.111.92.9 用户名和密码已通知
仁者乐山 智者乐水
第一章：土的物理性质与工程分类
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6 土的形成 土的三相组成 土的物理状态 土的结构 土的工程分类 土的压实性
§1.2 土的形成
粉粒
粘粒 0.005
胶粒 0.002
2
0.5 0.25
0.075
粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。 细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。
固体颗粒 - 颗粒大小
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
粒径级配：各粒组的相对含量，用质量百分
数来表示
分析方法：
OH1铝离子Al3+
硅片
Al Al
铝片
铝-氢氧八面体 硅片的结构 硅片简图
粘 土 矿 物
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
依硅片和铝片组叠 形式的不同，可分 成如下三种类型：
1:1的两 层结构
Al Al Si Si
高岭 石微粒
Al Al
Si Si Al Al
Si Si
高岭石 蒙特石 伊利石
饱和土 ：土体孔隙完全被水充满 干 土 ：土体孔隙完全被气充满 非饱和土：孔隙中水和气均存在
土体的三相构成
§1.2 土的三相ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
• 粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 • 界限粒径 60
巨粒 粗粒
砾石
粗 中
20 5
0.075
细粒
砂粒
细 粗 中 细
d
(mm) 60
土的粒径级 配累积曲线
d60
1.0 0.5
d30
0.10 0.05
d10
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
粒组含量用于土的分类定名； 不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu 5为不均匀土； Cu 5为 均匀土 曲率系数Cc用于判定土的连续程度： Cc =1~3为级配连续土；Cc>3 或 Cc<1为级配不连续土 不均匀系数Cu和曲率系数Cc 用于判定土的级配优劣： Cu 5且 Cc=1~3为级配 良好的土；如果Cu< 5 或Cc>3 或Cc<1为 级配 不良的土