土力学完整版.docx
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土力学完整版
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交通工程系
绪论……………………………………………………………1
1.土的物理性质和分类………………………………………2
2.土的渗透性…………………………………………………6
3.地基中的应力………………………………………………4
4.土的压缩性和地基变形……………………………………14
5.土的抗剪强度和地基承载力………………………………19
6.土压力及土坡稳定…………………………………………26
绪论
一、填空题
1、工程用土总体上分为（一般土）和（特殊土），土力学研究（土的工程性质）。
2、土力学需要研究和解决的三大类问题（土体强度）、（土体变形）、（水的渗流对土体变形的影响）。
二、选择题
1、被大家公认的土力学的奠基人（C）。
A、库伦B、达西C、太沙基D、朗肯
三、判断正误
1、土木工程中，土可以作为地基使用；土可以作为建筑物周围的环境；还可以作为土工建筑材料用。
（√）
四、名词解释、简答土：
1、土:
是由岩石经理物理，化学，生物风化作用以及剥蚀，搬运，沉积作用等交错复杂的自然环境中所生成的各类沉积物；土是由土颗粒（固相）、土中的孔隙水（液相）和孔隙气（气相）所组成的三项物质。
2、查找资料，说明常见的特殊土有哪些？
特殊土有遇水沉陷的湿陷性土（如常见的湿陷性黄土、湿胀干缩的胀缩性土（膨胀土）、冻胀性土（冻土）、红黏土、软土、填土、混合土、盐渍土、污染土、风化岩与残积土等。
3、查找资料，论述土力学的发展简史:
土力学的发展大致可分为三个阶段：
远在古代，由于生产和生活上的需要，人们已懂得利用土来进行工程建设。
例如中国很早就修建了万里长城、大运河、灵渠和大型宫殿等伟大建筑物；古埃及和巴比伦也修建了不少农田水利工程；古罗马的桥梁工程和腓尼基的海港工程也都具有重要意义。
由于社会生产发展水平和技术条件的限制，发展极慢。
直到18世纪中叶，这门学科仍停留在感性认识阶段。
这是本学科发展的第一阶段。
第二阶段开始于产业革命时期。
大型建筑物的兴建和有关学科的发展，为研究地基与基础问题提供了条件，人们开始从已得的感性认识来寻求理性的解释。
不少学者从工程观点来进行土的力学问题的理论和试验研究。
法国科学家C.-A.de库仑发表了著名的土的抗剪强度和土压力理论（1773），英国W．J．M．兰金也发表了土压力理论这两种土压力理论至今还被广泛应用。
18世纪中期以前﹐人类的建筑工程实践主要是根据建筑者的经验进行的。
18世纪中叶至20世纪初期﹐工程建筑事业迅猛发展﹐许多学者相继总结前人和自己实践经验﹐发表了迄今仍然行之有效的﹑多方面的重要研究成果。
例如法国的C.-A.de库仑发表了土压力滑动楔体理论（1773）和土的抗剪强度准则（1776）﹔法国的H.P.G.达西在研究水在砂土中渗透的基础上提出了著名线性渗透定律（1856）﹔英国的W.J.M.兰金分析半无限空间土体在自重作用下达到极限平衡状态时的应力条件﹐提出了另一著名的土压力理论﹐与库仑理论一起构成了古典土压力理论﹔法国的J.V.博西内斯克（1885）提出的半无限弹性体中应力分布的计算公式﹐成为地基土体中应力分布的重要计算方法﹔德国的O.莫尔（1900）提出了至今仍广泛应用的土的强度理论﹔19世纪末至20世纪初期瑞典的A.M.阿特贝里提出了黏性土的塑性界限和按塑性指数的分类﹐至今仍在实践中广泛应用。
19世纪中叶到20世纪初期，随着生产的发展，基础工程有了很大进步，桩基和深基础的理论和施工方法也大有发展。
人们在工程实践中积累了大量有关土的实际观测和模型试验的资料，并对土的强度、土的变形和土渗透性等专门课题作了某些理论探讨。
从20世纪初以来是本学科发展的第三阶段。
巨大工程的兴建、地基勘探、土工试验和现场观测技术的发展，促使人们开展理论研究并系统地总结实验成果。
于是，土力学逐步形成了一门独立学科。
奥地利学者K.泰尔扎吉（又译太沙基）于1925年出版第一本土力学专著《土力学》，是土力学作为一个完整﹑独立学科已经形成的重要标志﹐在此专著中﹐他提出了著名的有效压力理论。
苏联学者H.M.格尔谢瓦诺夫于1931年出版《土体动力学原理》。
后来陆续出版了一些著作。
但是，以古典弹性力学和塑性力学为基础的土力学不能满足实践要求，有些学者便把相邻学科的新概念引入土力学，如50年代E.C.W.A.盖兹和中国陈宗基将流变学基本概念引进土力学，随着生产的发展，大批土力学专著纷纷问世，现代物理学、物理化学和胶体化学、流变学、塑性力学等基础科学的发展和电子计算机的应用，更为土力学开辟了许多新的研究途径。
1土的物理性质和分类
一、填空题
1、根据《地基规范》作为建筑地基上的土，可分为（碎石土）、（砂土）、（粉土）、（黏性土）、和（人工填土）。
2、土是由地壳表层的岩石，经风化、剥蚀、搬运、沉积等地质作用形成的各种堆积物的总称。
风化作用包括（物理风化）、（化学风化）、（生物风化）。
3、自然界的土，由于形成条件、搬运方式、沉积环境不同，即按土的成因，分为（残积土）、（坡积土）、（洪积土）、（冲击土）、（湖积土）、（海积土）、（风积土）、（冰积土）。
4、土的颗粒级配是通过颗粒分析试验确定，常用方法用（筛分法）和（比重计法）。
颗粒粒径大于（0.075mm）的砾石类土、砂类土用筛分法。
5、土中水有（结合水）和（自由水）。
6、土中矿物成分不同，土的工程性质有很大的不同，粘土矿物颗粒细小，与水的作用能力强，粘土的主要矿物：
（高岭石）、（蒙脱石）、（伊利石）。
高岭石的主要特征是颗粒较粗，不容易吸水膨胀、失水收缩，亲水能力差。
蒙脱石的主要特征是颗粒细微，具有容易吸水膨胀、失水收缩的特征，即亲水能力强。
伊利石的特征介于二者之间。
7、土中气体在土中两种形式存在，与大气连通的气体，以气泡形式存在的封闭气体。
（封闭）的气体对土的工程性质影响比较大，含气体的土称为非饱和土。
非饱和土的工程性质复杂。
8、无粘性土（碎石、砂土）的密实度用（相对密实度）和（标准贯入实验）来衡量。
对无粘性土的工程性质影响最大的是（土的相对密实度），工程上用（孔隙比）、（干重度）衡量。
9、砂土是按（粒径含量）分类的，粘性土是按（塑性指数）分类的。
10、有一个湿土重23克，烘干厚重15克，测得土的液限为40%，塑限为24%，则土样的塑性指标lp=（16），液性指数IL=（1.83）。
11、土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低越（多）。
12、粘性土的状态分类为（坚硬）、（硬塑）、（可塑）、（软塑）和流塑状态。
二、选择题
1、工程上控制填土的施工质量和评价土的密实程度常用的指标是（D）
A、有效重度B、土粒相对密度C、饱和密度D、干密度
2、绘制土的颗粒级配曲线时，其纵坐标为（C）
A、界限含水量B、各粒组的相对含水C、小于或大于某粒径的累计百分含量D、有效粒径
3、某土样的孔隙体积等于土粒体积0.95倍，当空隙为水充满时，土样的重度为多少？
（若土粒重度ys=27KN/m^3）（C）
A、13.8KN/m^3B、16.3KN/m^3C、18.7KN/m^3D、19.2KN/m^3
4、土的三相物理指标是（C）
A、孔隙比、天然含水量和饱和度B、孔隙率、相对密度和密度C、天然重度、天然含水量和相对密度D、相对密度、饱和度和密度
5、对无粘性土的工程性质影响最大的因素是（B）
A、含水量B、密实度C、矿物成分D、颗粒的均匀程度
6.粘性土的塑性指数越大，表示土的（B）。
A、含水量w越大B、粘粒含量越高C、粉粒含量越高D、塑限Wp越高
7、若甲、乙两种土的不均匀系数相同，则两种土的（D）。
A、粒径级配曲线相同B、有效粒径相同C、限定粒径相同D、限定粒径相同与有效粒径之比值相同
8、不同状态下同一种土的重度由大到小排列顺序是（A）。
A、ysat>y>yd>y’B、ysat>y’>y>ydC、yd>y>ysat>y’D、yd>y’>y>ysat
9、若某砂土的天然孔隙比与其所能达到的最大孔隙比相等，则该土（B）。
A、处于最密实的状态B、处于最松散的状态C、处于中等密实的状态D、相对密实度Dr=1
10、粘性土以塑性指数Ip的大小来进行分类时，当Ip（C）为粘性土。
A、小于17B、等于17C、大于17D、大于10且小于17
11、已知甲、乙两土样物理性质指标如表2-1：
判断下列结论中，正确的是（A、D）。
A、甲比乙具有更多的粘粒；B、甲比乙具有更大的密度；C、甲比乙具有更大的干密度；D、甲比乙具有更大的孔隙比。
12、某建筑物地基需要压实填土8000m^3，控制压实后的含水量W1=14%，饱和度Sr=90%；填料重度r=15.5KN/m^3，天然含水量W1=10%，相对密度ds=2.72，此时需要填料的方量最接近下列（B）。
A、10650m^3B、10850m^3C、11050m^3D、11250m^3
13、处于天然状态的砂土的密实度一般用哪一种试验来测定？
（C）
A、载荷试验B、现场十字板剪切试验C、标准贯入试验D、轻便触探试验
14、在毛细带范围内，土颗粒会受到一个附加应力。
这种附加应力性质主要表现为（C）。
A、浮力B、张力C、压力D、拉力
15、对粘性土性质影响最大的是土中的（C）。
A、强结合水B、弱结合水C、自由水D、毛细水
16、土中所含不能传递静水压力，但水膜可缓慢转移从而使土具有一定的可塑性的水，称为（D）。
A、结合水B、自由水C、强结合水D、弱结合水
17、一块1kg的土样，置放一段时间后，含水量由25%下降到20%,则土中的水减少了（C）kg。
A、0.06B、0.05C、0.04D、0.03
三、判断题
1、相对密实度Dr主要用来比较不同砂土的密实度大小。
（×）
2、甲土的饱和度大于乙土的饱和度，则甲的含水量一定高于乙土的含水量。
（×）
3、在填方工程施工中，常用土的干密度来评价填土的压实程度。
（✓）
4、砂土的孔隙比越小越密实。
（X）
5、粘性土的塑性指数越大，说明黏性土处于可塑状态的含水量范围越小。
（X）
6、结合水是液态水的一种，故能传递静水压力。
（X）
7、颗粒级配曲线的粒径坐标采用对数坐标。
（✓）
8、级配均匀的土，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。
（✓）
9、土是碎散矿物颗粒组成的，不是连续体。
（✓）
10、土在最优含水量时，压实密度最大，同一种土的压实能量越大，最优含水量越大。
（X）
11、两种不同的粘性土，其天然含水量相同，则其软硬程度相同。
（X）
12、地下水位上升时，在浸湿的土层中，其颗粒相对密度和孔隙比将增大。
（X）
13、粘性土的物理状态是用含水率表示的，现有甲、乙两种土，测得它们的含水率W甲>W乙，则可以断定甲土比乙土软。
（X）
14、用塑性指数Ip可以对土进行分类。
（X）
15、颗粒级配曲线的曲率系数越大，说明土中所含的粘粒越多，土越不均匀。
（X）
四、名词解释、简答
1、何为最有含水量？
影响填土压实效果的主要因素有哪些？
答：
在一定功能的压实作用下，能使填土达到最大干密度所对应的含水率。
含水量对整个压实过程的影响；击实功对最佳含水量和最大干密度的影响；不同压实机械对压实的影响；土粒级配的影响。
2、水在土中的存在状态？
答：
土中水分为结合水和自由水。
1、结合水又可分为：
强结合水和弱结合水。
1）、强结合水存在于最靠近土颗粒表面处，水分子和水化离子排列非常紧密，以致于密度大于1，并有过冷现象（即温度降到0度以下也不发生冻结现象）。
2）、弱结合水距土粒表面较远地方的结合水，因为引力降低，弱结合水的水分子的排列不如强结合水紧密，可能从较厚水膜或浓度较低处缓慢地迁移到较薄的水膜或浓度较高处，亦可从土粒周围迁移到另一个土粒的周围，这种运动与重力无关，这层不能传递静水压力的水定义为弱结合水。
结合水因离颗粒表面远近不同，受电场作用力的大小也不同，所以分为强结合水和弱结合水。
2、自由水分为重力水和毛细水1）重力水是受重力作用，在土的孔隙中流动的水。
重力水常处于地下水位以下。
与一般水一样，重力水可以传递静水压力和动水压力。
具有溶解能力，可溶解土中的水溶盐，使土的强度降低，压缩性增大；可以对土颗粒产生浮托力，使土的重度减小；还可以在水头差的作用下形成渗透水流，并对土粒产生渗透力，使土体发生渗透变形。
2）毛细水：
毛细水是由于水分子与土粒表面之间的附着力和水表面张力的作用，地下水将沿着土中的细小通道逐渐上升，形成一定高度的毛细水水带。
在工程实践中应注意：
毛细水的上升可能使地基浸湿，使地下室受潮或使地基、路基产生冻胀，造成土地盐渍化等问题。
3、土的三项指标有哪些？
那些可以直接测定？
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。
4、土的塑性指数、液性指数？
写出公式。
答：
Ip=WL-Wp塑性指数是液限和塑限的差值，实际上反映了土在可塑状态范围内的含水量变化。
IL=（W-Wp）/（WL-Wp）液性指数是天然含水量与塑限的差值除以塑性指数。
5、什么是土的颗粒级配？
纵、横坐标分别代表什么？
如何绘制？
答：
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（粒度成分）。
根据颗分试验成果绘制的曲线（采用对数坐标表示，横坐标为粒径，纵坐标为小于（或大于）某粒径的土重（累计百分）含量）称为颗粒级配曲线，它的坡度可以大致判断土的均匀程度或级配是否良好。
6、为什么仅用天然含水量说明不了粘性土的物理状态，而用液性指数却能说明？
答：
对于粘性土，因粘土矿物含量高、颗粒细小，其物理状态与含水量关系非常密切。
同一种粘性土随其含水量不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态，但是由于含不同矿物成分的粘性土，即使具有相同的含水量，也未必处于相同的物理状态，因为含不同矿物成分的粘性土在同一含水量下稠度不同，在一定含水量下，一种土可能处于可塑状态，而含不同矿物颗粒的另一种粘性土可能处于流动状态。
因此，考虑矿物成分的影响，粘性土的软硬状态不用含水量直接判断。
7、粘性土的灵敏度、触变性
答：
粘性土的灵敏度、触变性天然状态下的粘性土，通常都具有一定的结构性，当受到外来因素的扰动时，土粒间的胶结物质以及土粒、离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，土的强度降低和压缩性增大，土的结构性对强度的这种影响，一般用灵敏度来衡量。
土的灵敏度是以原状土的强度与同一土经重塑（指在含水量不变条件下使土的结构彻底破坏）后的强度之比来表示的。
8、土的工程分类的目的？
分类标准
答：
为了统一工程用土的鉴别，定名，描述，同时也便于对土的性状做出一般定性描述。
分类标准：
土粒粒径范围
9、为什么含水量小于最优含水量时，干密度随含水量增加而增大，含水量大于最优含水量时，干密度随含水量增加而减小？
【答】因为含水量小于最优含水量ωop时，土中水主要是强结合水，颗粒间具有很大的分子引力，阻止颗粒移动，压实比较困难，干密度较小；当含水量适当增大时，土中结合水膜变厚，土粒间的连接力减弱而使粒易于移动，压实效果变好，干密度增加；当含水量继续增加时超过最优含水量ωop出现了自由水，击实时水不易立即排除，阻止土粒靠近，压实效果下降，干密度又下降。
五、计算题
1.有一完全饱和的原状土样切满于容积为21.7cm^3的环刀内，称得总质量为72.49g，经105℃烘干至恒重为61.28g，已知环刀质量为32.54g，土粒相对密度（比重）为2.74，试求该土样的湿密度、含水量、干密度及孔隙比（要求按三项比例指标定义求解）。
解：
m=72.49-32.54=39.95g；ms=61.28-32.54=28.74g；mw=m-ms=39.95-28.74=11.21g；v=21.7cm^3；Vv=Vw=mw/pw=11.2/1=11.2cm^3；Vs=V-Vv=21.7-11.21=10.49cm^3；p=m/v=39.95/21.7=1.841g/cm^3；w=Mw/Ms=11.21/28.74=39.0%；pd=Ms/v=28.74/21.7=1.324g/cm^3；e=Vv/Vs=11.21/10.49=1.069
2.从某土层中取原状土做试验，测得土样体积为50cm^3，湿土样质量为98g，烘干后质量为77.5g，土粒相对密度为2.65。
计算土的天然密度、干密度、饱和密度、天然含水率、孔隙率。
解：
m=98g,v=50cm3,ms=77.5g,ds2.65g;P=m/v=98/50=1.96g/cm3;pd=ms/v=77.5/50=1.55g/cm3;e=ds*pw/pd-1=2.65*1/1.55-1=0.71;psat=（ds+e）/（1+e）pw=（2.65+0.71/1+0.71）*1=1.96g/cm3;p’=（（ds-1）/（1+e））pw=（（2.65-1）/（1+e））*1=0.96g/cm3;w=（mw/ms）*100%=（98-77.5）*77.5*100%=26.45%
3.某一完全饱和粘性土试样的含水量为30%，土粒相对密度为2.73，液限为33%，塑限为17%，试求孔隙比、干密度和饱和密度，并按塑性指数和液性指数分别定出该粘性土的分类名称和软硬状态。
解：
由
得
因为10因为0.754.某一施工现场需要填土，基坑的体积为2000m3，土方来源是从附近土丘开挖，经勘察土的相对密度为2.70,含水量为15%,孔隙比为0.60。
要求填土的含水量为17%,干重度为17.6kN/m3。
（1）取土场的重度、干重度和饱和度是多少？
（2）应从取土场开采多少方土?
（3）碾压时应洒多少水?
填土的孔隙比是多少?
（1）
（2）填土场
取土场
（３）洒多少水
5.利用三相图求证e=[ds（1+W）γw/γ]—1
6.教材p30:
1.9、1.11、1.15、1.18
2土的渗透性
一、填空题
1、出现流沙的水力梯度称（临界水力梯度）
2、渗透力的大小和（水力梯度）成正比，作用方向与（渗透方向）相一致。
3、饱和土体的渗透固结过程，是土中的（孔隙水压力）消散，（有效应力）增加的过程。
4、管涌是指在渗流作用下土体中细颗粒在粗颗粒之间形成的空隙孔道中发生的（土体塌陷）现象，主要发生在（河堤）中。
5、土的渗透系数k是表征土的（渗透性）性强弱的指标，其单位是（m/s）。
二、选择题
1、反应土透水性质的指标是（D）
A、不均匀系数B、相对密实度C、压缩系数D、渗透系数
2、下列流土与管涌的概念，正确的说法是（C）
A、发生流土时，水流向上渗流；发生管涌时，水流向下渗流
B、流土多发生在粘性土中，而管涌多发生在无粘性土中
C、流土属突发性破坏，管涌属渐进式破坏
D、流土属渗流破坏，管涌不属渗流破坏
3、土透水性的强弱可用土的哪一项指标来反映？
（D）
A、压缩系数B、固结系数C、压缩模量D、渗透系数
4、发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形？
（A）
A、坑底隆起B、流土C、砂沸D、流砂
5、下列关于渗流力的描述不正确的是（D）
A、其数值与水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致
B、是一种体积力，其量纲与重度的量纲相同
C、流网中等势线越密集的区域，其渗流力也越大
D、渗流力的存在对土体稳定总是不利的
6、下列哪一种土样更容易发生流砂？
（B）
A、砂砾或粗砂B、细砂或粉砂C、粉质粘土D、黏土
7、成层土水平方向的等效渗透系数kx与垂直方向的等效渗透系数ky的关系是（A）
A、kx>kyB、kx=kyC、kx8、在渗流场中某点的渗流力（A）
A、随水力梯度增加而增加B、随水力梯度增加而减少C、与水力梯度无关D、无法确定
9、评价下列说法的正误。
（D）
①土的渗透系数越大，土的透水性也越大，土的水力梯度也越大；②任何一种土，只要水力梯度足够大，就有可能发生流土和管涌；③土中任一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小④渗透力的大小不仅取决于水力梯度，还与其方向有关。
A、①对B、②对C、③和④对D、全不对
10、下列描述正确的是（C）
A、流网中网格越密处，其水力梯度越小
B、位于同一条等势线上的两点，其孔隙水压力总是相同的
C、同一流网中，任意两相邻等势线间的势能差相等
D、渗流流速的方向为流线的法线方向
11、土体渗流研究的主要问题不包括（D）
A、渗流量问题B、渗流变形问题C、渗流控制问题D地基承载力问题
12、某岸边工程场地细砂含水层的流线上A、B两点，A点的水位标高2、5米，B点的水位标高3、0米，两点间流线长为10米，计算两点间的平均渗透力最接近下列（C）个值。
A、1.25KN/m^3;B、0.83KN/m^3;C、0.50KN/m^3;D、0.20KN/m^3
13、四个坝基土样的孔隙率和细粒含量（以质量百分率记）如下，试按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）计算判别下列（D）选项的土的渗透变形的破坏形式属于管涌。
A、n1=20.3%，Pc1=38.1%B、n2=25.8%，Pc2=37.5%
C、n3=31.2%，Pc3=38.5%D、n4=35.5%，Pc4=38.0%
14、饱和土体的渗透固过程应该是（B）
A、孔隙水的压力不断增加的过程B、有效应力的增加而孔隙水的压力减下的过程
C、有效应力不断减小的过程D、有效应力的减小而孔隙水压力增加的过程
15、土中超净孔隙水压力不变化的情况是（C）
A、地基表面一次加载后B、基坑开挖过程中
C、土坝中新城渗流后，上下游水位不便期间D、地下水位下降过程中
16、在渗流场中，某点的渗透力（A）
A、随水利梯度的增加而增加B、随水利梯度的增加而减下C、与水利坡度无关D、不确定
17、泰沙基建立了模拟饱和土体中某点的渗透固结过程的弹簧模型。
该模型活塞中的小孔大小代表了土体的（B）
A、固结度与时间T和深度Z时间的关系B、孔隙水压力与时间T和深度Z之间的关系
C、孔隙水的压力和时间T的关系D、土的压缩大小和固结快慢的关系
三、判断题
1、绘制流网时必须满足的基本条件之一是流线和等势线必须正交。
（√）
2、达西定律中的渗透速度不是孔隙水的实际流速（√）
3、土的孔隙比愈大，其渗透系数也愈大（X）对黏性土不成正比。
4、在流网图中，流线愈密集的地方，水力坡度也愈小。
（X）改“愈小”为“愈大”。
5、发生流砂时，渗流力方向与重力方向相同。
（X）改“相同”为“相反”。
6、细粒土的渗透系数测定通常采用“常水头”试验进行（X）改常水头为降水头或变水头
7、绘制流网时，每个网格的长度比没有要求（X）每个网格的长宽比必须为定值。
8、在流网中，任意两相连流线间的渗流
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