土力学与基础工程-第五章
土力学与地基基础课后答案
mw 129.5 − 121.5 m − ms * 100% = * 100% = * 100% =6.6% ms ms 121.5
3
土力学与地基基础参考答案
由 ds =
m 121.5 ms ⇒ vs = s = = 45 ds 2.7 vs ρ w
vv = v − vs = 72 − 45 = 27
粒比重为 2.7，试计算该土样的含水量 w、孔隙比 e、饱和度 sr 、重度 r、饱和重 度 rsat 浮重度 r ' 以及干重度 rd ,并比较各重度的数值大小（先导得公式然后求解） 。 解： v = 72cm 3 m=129.5g (1) w = ms = 121.5 g d s = 2.7 ρ = m 129.5 = = 1.799 g / cm3 v 72
w= 2.8
粒分析结果如下表 土粒组的粒径范 2～0.5 0.5～0.25 0.2 ～0.075 <0.075 >2 围（mm） 粒组占干土总质 21．0 9.4 18.6 37.5 13.5 量的百分数 （%） 试求： （1） 确定该土样的名称； （2） 计算该土的孔隙比和饱和度； （3） 确定该土的湿度状态； （4） 如该土埋深在离地面 3m 以内，某标准贯入试验锤击数 N=14，试确定该 土的密实度。 解： （1）粒径大于 0.075mm 的颗粒为 9.4%+18.6%+21.0%+37.5%=86.9%超过全 重的 50%因此为细砂。 （2） e =
2
土力学与地基基础参考答案
由e =
d s (1 + w) ρ w 2.70(1 + 0.322)1.0 −1 = − 1 = 0.87 ρ 1.91
（1） v v = e = 0.87 cm 3 （2） vw = wd s = 0.322 *2.70=0.87 cm 3 （3） v = 1 + e = 1 + 0.87 = 1.87 cm 3 （4） ms = d s ρ w = 2.70 *1.0=2.70g （5） mw = wd s ρ w = 0.322 * 2.70 * 1.0 = 0.87 g （6） m = ms + mw = 3.57 g （7） sr =
《土力学与地基基础》教案
《土力学与地基基础》教案第一章：土的性质与分类1.1 教学目标了解土的组成、性质和分类，掌握土的三相指标及土的密度、含水率和塑性指数的概念。
学会使用土工试验仪器进行土的物理性质试验。
理解土的工程特性及其对地基基础的影响。
1.2 教学内容土壤的组成与结构土壤的物理性质：密度、含水率、塑性指数土壤的力学性质：抗剪强度、压缩性、渗透性土的分类与工程特性土工试验：密度试验、含水率试验、塑性指数试验1.3 教学方法课堂讲授：讲解土壤的性质、分类和工程特性。
实验教学：指导学生使用土工试验仪器进行土的物理性质试验。
案例分析：分析实际工程案例，理解土壤性质对地基基础的影响。
第二章：土力学基本理论2.1 教学目标掌握土力学的基本概念、原理和定律，包括剪切强度理论、压缩理论和小应变弹性理论。
学会运用土力学理论分析土壤的力学行为。
土力学的基本概念：应力、应变、应力路径剪切强度理论：抗剪强度、库仑定律、莫尔-库仑准则压缩理论：压缩性、压缩系数、压缩模量小应变弹性理论：弹性模量、泊松比、弹性应变2.3 教学方法课堂讲授：讲解土力学的基本概念、原理和定律。
数值分析：运用数值方法分析土壤的力学行为。
案例分析：分析实际工程案例，运用土力学理论解决问题。
第三章：地基基础设计原理3.1 教学目标掌握地基基础的设计原理和方法，包括浅基础、深基础和地下工程的设计。
学会运用土力学和结构力学的知识进行地基基础的设计。
3.2 教学内容浅基础设计原理：承载力计算、基础尺寸确定、沉降计算深基础设计原理：桩基础、沉井基础、地下连续墙地下工程设计原理：隧道、地铁、地下室3.3 教学方法课堂讲授：讲解地基基础的设计原理和方法。
数值分析：运用数值方法分析地基基础的设计问题。
案例分析：分析实际工程案例，运用土力学和结构力学的知识进行地基基础设计。
第四章：地基承载力与稳定性分析掌握地基承载力和稳定性的分析方法，包括极限平衡法、数值方法和实验方法。
学会运用地基承载力和稳定性分析方法解决实际工程问题。
大学土力学试题及答案
土力学与基础工程0.土：地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。
1.土的主要矿物成分：原生矿物：石英、长石、云母=次生矿物：主要是粘土矿物，包括三种类型=高岭石、伊里石、蒙脱石4.粒组的划分：巨粒(>200mm)粗粒(0.075~200mm) 卵石或碎石颗粒(20~200mm)圆砾或角砾颗粒(2~20mm)砂(0.075~2mm)细粒(<0.075mm)粉粒(0.005~0.075mm)粘粒(<0.005mm)5.土的颗粒级配：土由不同粒组的土颗粒混合在一起所形成，土的性质主要取决于不同粒组的土粒的相对含量。
土的颗粒级配就是指大小土粒的搭配情况。
6.级配曲线法：纵坐标：小于某粒径的土粒累积含量横坐标：使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相差上千倍的粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有主要影响的颗粒部分清楚地表达出来.7.不均匀系数：可以反映大小不同粒组的分布情况，Cu越大表示土粒大小分布范围广，级配良好。
8.曲率系数：描述累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状9.土中水-土中水是土的液体相组成部分。
水对无粘性土的工程地质性质影响较小，但粘性土中水是控制其工程地质性质的重要因素，如粘性土的可塑性、压缩性及其抗剪性等，都直接或间接地与其含水量有关。
10.结晶水：土粒矿物内部的水。
11.结合水：受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。
12.自由水：存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。
13.表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为土的三相比例指标。
主要指标有：比重、天然密度、含水量（这三个指标需用实验室实测）和由它们三个计算得出的指标干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和度。
14.稠度：粘性土因含水量的不同表现出不同的稀稠、软硬状态的性质称为粘性土的稠度。
15.粘性土的界限含水量：同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。
土力学与地基基础复习资料
土力学复习资料绪论一、概念1土力学：是利用力学根本原理和土工测试技术等方法，研究地表土的物理、力学特性及其受力后强度和体积变化规律的学科土力学里的"两个理论，一个原理"是强度理论、变形理论和有效应力原理土力学中的根本物理性质有哪四个？应力、变形、强度、渗流。
2地基:支撑根底的土体或岩体。
分类:天然地基、人工地基3根底:结构的各种作用传递到地基上的结构组成局部。
根据根底埋深分为:深根底、浅根底4土:连续、巩固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。
二、知识点1土的工程用途：（1）建筑物的地基（2）建筑材料（3）建筑环境或介质2地基与根底设计必须满足的三个条件：①作用于地基上的荷载效应〔基底压应力〕不得超过地基容许承载力特征值，挡土墙、边坡以及地基根底保证具有足够防止失稳破坏的平安储藏。
即满足土地稳定性、承载力要求。
②根底沉降不得超过地基变形容许值。
即满足变形要求。
③根底要有足够的强度、刚度、耐久性。
3假设地基软弱、承载力不满足设计要求如何处理？需对地基进行根底加固处理，例如采用换土垫层、深层密实、排水固结、化学加固、加筋土技术等方法进行处理，称为人工地基。
土的结构组成与物理性质一、概念1粒组：工程上常把大小、性质相近的土粒合为一组，称粒组2土的颗粒级配：土中所含各颗粒的相对含量，以及土粒总重的百分数表示。
△3结合水：指受电分子吸引作用吸附于土粒外表的水4土的结构：指土粒的原位集合体特征，是由颗粒大小、形状、外表特征相互排列和联结关系等因素形成的综合特征。
5土的构造：指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征6界限含水量：黏性土从一种状态变成另一种状态的分界。
〔名词解释4分〕二、知识点1三相体系:固相〔固体颗粒〕、液相〔土中水〕、气相〔气体〕三局部组成。
2粒组划分〔如图〕粒度分析方法有哪些？使用条件？答：土的颗粒粒径及级配是通过土的颗粒分析试验测定的。
土力学与基础工程课后思考题答案[1]
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⼟⼒学与基础⼯程课后思考题答案[1]⼟⼒学与基础⼯程课后思考题答案第⼀章1.什么是地基？基础？将受建筑物影响在⼟层中产⽣附加应⼒和变形所不能忽略的那部分⼟层称为地基。
将埋⼊⼟层⼀定深度的建筑物下部承受结构称为基础，它位于建筑物上部结构和地基之间，承受上部结构传来的荷载，并将荷载传给下部的地基。
因此，基础起着上承和下传的作⽤。
2.什么是天然地基？⼈⼯地基？未经加固处理直接利⽤天然⼟层作为地基的，称为天然地基。
需要对地基进⾏⼈⼯加固处理后才能作为建筑物地基的，称为⼈⼯地基。
3.什么是持⼒层？下卧层？地基是有⼀定深度和范围的，当地基由两层及两层以上⼟层组成时，通常将直接与基础底⾯接触的⼟层称为持⼒层。
在地基范围内持⼒层以下的⼟层称为下卧层。
4.简述地基与基础设计的基本要求？（1）地基承载⼒要求：应使地基具有⾜够的承载⼒，在荷载作⽤下地基不发⽣剪切破坏或失稳。
（2）地基变形要求：不使地基产⽣过⼤的沉降和不均匀沉降，保证建筑的正常使⽤。
（3）基础结构本⾝应具有⾜够的强度和刚度，在地基反⼒作⽤下不会发⽣强度破坏，并且具有改善地基沉降与不均匀沉降的能⼒。
5.什么是浅基础？深基础？基础都有⼀定的埋置深度，若⼟质较好，埋深不⼤（d≤5m),采⽤⼀般⽅法与设备施⼯的基础，称为浅基础。
如果建筑物荷载较⼤或下部⼟层较软弱，需要将基础埋置于较深处（d>5m)的⼟层上，并需采⽤特殊的施⼯⽅法和机械设备施⼯的基础，称为深基础。
第⼆章2.1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。
影响：⼟中⽔并⾮处于静⽌状态，⽽是运动着的。
土力学
第五章 土压力与土坡稳定5.1解：Ko=1-sin φ=1-sin36=0.41墙顶墙底静止土压力强度e o = Ko γh=0 Kpa/m墙底静止土压力强度e o = Ko γh=0.41×18×4=29.5 Kpa/m墙背总的静止土压力，即虚线三角形面积为：Po=0.5×29.5×4=59KN/m 墙后填土为砂土，达到主动极限状态需要的位移为墙高的略0.5%，略2cm 。
5.2解：根据条件，墙背竖直、光滑、墙后地表水平，可以按照朗金公式计算土压力。
1、主动土压力：主动土压力系数Ka=tg 2(45-φ/2)= tg 2(45-36/2)=0.26 地表主动土压力强度e a = Ka γh=0.26×18×0=0 Kpa/m 地下水位处：e a = Ka γh=0.26×18×2=9.4 Kpa/m墙底：e a = Ka γh=0.26×（18×2+11×2）=15.1 Kpa/m地下水位以上的主动土压力为三角形分布，面积为0.5×9.4×2=9.4 KN/m地下水位以X 下的主动土压力为梯形分布，面积为（9.4+15.1）×2/2=24.5 KN/m 所以，墙后总主动土压力为9.4+24.5=33.9 KN/m2、静止土压力：静止土压力系数Ko=1-sin φ=1-sin36=0.41地表静止土压力强度e o = Ko γh=0.41×18×0=0 Kpa/mH=4m砂土 γsat =21KN/m 3 φ=3602m地下水位 γ=18KN/m 3 H=4m干砂 γ=18KN/m 3 φ=360 29.5地下水位处：e o = Ko γh=0.41×18×2=14.8 Kpa/m 墙底：e o = Ko γh=0.41×（18×2+11×2）=23.8 Kpa/m地下水位以上的静止土压力为三角形分布，面积为0.5×14.8×2=14.8 KN/m地下水位以X 下的静止土压力为梯形分布，面积为（14.8+23.8）×2/2=38.6 KN/m 所以，墙后总静止土压力为14.8+38.6=33.9 KN/m3、水压力：地下水位处水压力强度：Pw=γw h w =10×0=0 Kpa/m 墙底处水压力强度：Pw=γw h w =10×2=20 Kpa/m墙后水压力为三角形分布，面积为0.5×20×2=20 KN/m4、水、土压力分布如下图所示：5.3解：0.235cos24sin36sin601cos2436cos cos sin )(sin 1cos cos K 00)(cos )(cos )(sin )(sin 1)(cos cos )(cos K 2222a 222a =⎥⎦⎤⎢⎣⎡∙+∙=⎥⎦⎤⎢⎣⎡δφφ+δ+∙δφ==β=ε⎥⎦⎤⎢⎣⎡β-εε+δβ-φφ+δ+ε+δ∙εε-φ=，有：，，因为 Pa=0.5Ka γH 2=0.5×0.235×18×42=33.8KN/m5.4解：此题应该做错了，书中答案很可能错误。
土力学与基础工程-第五章 土的压缩性
Cu pc 0.11 0.0037 I p
C 式中， u -土的不排水剪 抗剪强度，kpa, I p-塑性指数
第三节 地基最终变形计算
一 单向分层总和法
1.基本假设
地基是均质、各向同性的半无限线性 变形体，可按弹性理论计算土中应力。 为了弥补假定 在压力作用下，地基土不产生侧向变 所引起误差，取 形，可采用侧限条件下的压缩性指标。 基底中心点下的
a12 / MPa
1
0.5 高压缩性
中压缩性
(2)土的压缩指数
e1 e2 Cc e / log( p2 / p1 ) log p2 log p1
(3)土的压缩模量
e1 e2 推导：H H1 1 e1
e ap
ap H H1 1 e1
Es p 1 e1 H / H 1 a
pc p0
pc p0
OCR<1：欠固结
相同 p0 时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小
e
e
e
p
p
p0 pc p c p0
p
z z p0 pc OCR 1
正常固结状态
pc p0 OCR 1
pc p0 OCR 1
超固结状态
欠固结状态
先期固结压力 pc 的确定
dt时段内：
孔隙体积的变化＝流出的水量
q q qdxdydz q dz dxdydz dxdydzdt z z Vv e 1 e dxdydz dt dxdydzdt t t 1 e 1 e t
系数）
k0
1
( 土的泊松比）
土力学_第5章(固结与压缩)
P0 P H
③计算地基中自重应力σsz分布
不排水
孔隙水压力
孔隙水压力
（五）三轴压缩试验成果—应力--应变关系
1 3
(1 3 ) y
1 3
f
E
1
b c
②-超固结土或密实砂 b ③-正常固结土或松砂
①-理想弹塑性
a O
b点为峰值强度
土 的 本 构 模 型
线弹性-理想塑性 1 3 1 2
1
应变硬化段
应变软化段
C
s
p
lg '
（五）三轴压缩试验
三轴试验测定： 轴向应变 轴向应力 体应变或孔隙水压力
轴向加压杆 顶帽
压力室
试 样
有机玻璃罩 橡皮膜 加压进水
类型 固结排水 施加σ3时 固结
透水石 排水管
量测体应变或 孔隙水压力
阀门
施加σ1-σ3时 排水
量 测 体应变
固结不排水
不固结不排水
固结
不固结
不排水
将地基分成若干层，认为整个地基 的最终沉降量为各层沉降量之和。
n n
o
s si i H i
i 1 i 1
ΔS1 ΔS2 ΔS3 ΔS4 Δ Si ΔSn
i第i层土的
压缩应变
z v
e e1 e2 1 e1 1 e1
z
取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代
400
e-p曲线
p(kPa)
（σ'）
Δp
（σ'）
p(kPa)
Δ p相等而 ΔeA> ΔeB,所以曲线A的压缩性 ＞曲线B的压缩性
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精品课件
b
2 1
3 3
60
40
20
0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
b
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5.4 土的抗剪强度指标的测定
➢ 直接剪切试验 ➢ 三轴压缩试验 ➢ 无侧限抗压强度试验 ➢ 十字板剪切试验
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直接剪切试验
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直接剪切试验
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直接剪切试验
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直接剪切试验
慢剪 固结快剪
快剪
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直接剪切试验的优缺点
直剪试验的缺点 剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面； 试验中试验的排水程度靠试验速度的快慢控
制； 由于上下土盒的错动，剪切过程中试样的有
效面积减小，使试样中的应力分布不均匀， 主应力方向发生变化，当剪切变形较大时这 一缺陷表现更为突出。
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工程实例－地基承载力问题
加拿大特朗斯康谷仓 精品课件
概述
抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。 破坏准则：土体达到破坏状态时的应力组合
称为破坏准则。
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思考
固体之间的摩擦力与土的抗剪强度是否 会有一定联系？？？？
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土的库仑定律
固体间的摩擦力直接取决于接触面上的法向力和接触材料的
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直接剪切试验
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直接剪切试验
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直接剪切试验
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直接剪切试验
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直接剪切试验
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直接剪切试验
在直剪试验过程中，不能量测孔隙水应力， 也不能控制排水，所以只能以总应力法来表 示土的抗剪强度。但是为了考虑固结程度和 排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率 的快慢可将之间试验划分为 快剪 固结快剪 慢剪
❖ 不固结不排水试验（UU试验）cu 、u 1 关闭排水阀门，围压下不固结；
2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水
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1.固结排水试验
v
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f=f
=’
2.固结不排水试验
轴向应力和孔压渐进增加并趋于稳定，
孔压 u >0
u
精品课件cu
f
cuf
3.不固结不排水试验
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三轴压缩试验
三轴压缩试验直接量测的是试样在不同恒定 周围压力下的抗压强度，然后利用莫尔－库 仑破坏理论间接推求土的抗剪强度。
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三轴压缩试验
精品课件
三轴压缩试验
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三轴压缩试验
精品课件
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三轴压缩试验
三轴试验根据试样的固结和排水条件不同， 可分为不固结不排水剪（UU）、固结不排水 剪（CU）、固结排水剪（CD）。分别对应 于直剪试验的快剪、固结快剪、和慢剪试验 。
cu
Cu依赖
于
初始状态
u =0 , cu, 并且有效应力莫尔圆是唯一的 思考题：可否由不排水试验精品确课定件 有效应力强度指标？
试验条件与现场条件 的对应关系
固结排水试验
固结不排水试验
2 1
在1层固结后，快速施工2层
粘土地基上的分层慢 速填方
不固结不排水试验
精品课件软土地基上的快速填方
优点和缺点
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摩擦强度
摩擦强度影响因素 粘聚强度影响因素
密 度 粒径级配 颗粒形状 矿物成分
地质历史 粘土颗粒矿物成分 密度 离子价与离子浓度
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思考
剪切破坏面的位置？ 剪切破坏面上满足什么应力条件？
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莫尔强度理论
τ <τ f τ =τ f τ >τ f
弹性平衡状态 极限平衡状态 破坏状态
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试验类型
❖ 固结排水试验（CD试验） cd 、d 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，
超静孔隙水压力完全消散； 2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差
以便充分排水，避免产生超静孔压
❖ 固结不排水试验（CU试验）ccu 、cu 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；
2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水
❖ 优点：
1 应力状态和应力路径明确； 2 排水条件清楚，可控制； 3 破坏面不是人为固定的
❖ 缺点：
设备相对复杂，现场难以试验
•真三轴仪 •空心圆柱扭剪仪
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无侧限抗压强度试验
精品课件
莫尔应力圆
1313co2s
2
2
13 sin2
2
1322132
2
2
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莫尔应力圆
1322132
2
2
•
o
(1+3)/2
精品课件
(1-3)/2
土的莫尔－库仑强度理论
τ <τ f τ =τ f τ >τ f
稳定状态 极限状态 破坏状态
精品课件
土的莫尔－库仑强度理论
=
f
极限平衡状态
f ctg
D
O
AB
精品课件
极限应力圆 破坏应力圆
土的极限平衡条件
土体处于极限平衡状态时的应力组合及强度 指标之间的数学表达式称为极限平衡条件。
莫尔－库仑破坏准则
精品课件
土的极限平衡条件
1 3
sin
1
2
3
c
2 精品课ta件n
土的极限平衡条件
1 3
sin
1
2
3
c
2 tan
13ta2 4 no5 2 2 cta 4 no5 2
土的抗剪强度
安徽建筑大学 土木工程学院
精品课件
主要内容
概述 土的库仑定律 土的莫尔－库仑强度理论 土的抗剪强度指标的测定
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本章要点
➢ 牢固掌握库仑公式和莫尔－库仑强度理论； ➢ 掌握土的抗剪强度指标的测定方法； ➢ 明确不同固结和排水条件下的抗剪强度指标
的意义及其应用。精品课件概述Fra bibliotek摩擦角
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直接剪切试验
精品课件
库仑定律
f
f
c
砂土
粘性土
f tan
f ctan
精品课件
f tan
f ctan
f tan
f c tan
c', -------有效抗剪强度指标 c, --------总应力抗剪强度指标
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土的抗剪强度来源
AC B
剪切面
A B
-C+
--
f ctan
粘聚强度
土的破坏主要是由于剪切引 起的，剪切破坏是土体破坏 的重要特点。
工程时间中与土的抗剪强度 有关的工程主要有以下3类
(1) 土质土坝的稳定 (2) 土压力 (3) 地基的承载力问题
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工程实例－土坡稳定
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工程实例－土压力
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精品课件
精品课件
精品课件
工程实例－地基承载力问题
31ta2 4 no5 2 2 cta 4 no5 2
精品课件
土的极限平衡条件
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【例题】已知某土体单元的大主应力σ1＝200kPa，小 主应力σ3＝50kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标φ
＝30°，问该单元土体处于什么状态？ （方法1: 方法2: 方法3:）
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拓展思考