岩土工程师土力学重点内容总结(编辑修改稿)

岩土工程师土力学重点内容总结(编辑修改稿)内容摘要：

要求。 2. 土层的不均匀性 红粘土厚度不均匀特性主要表现在以下两方面： 1)母岩岩性和成土特性决定了红粘土厚度不大。 尤其在高原山区，分布零星，由于石灰岩和白云岩岩溶化强烈，岩面起伏大，形成许多石笋石芽，导致红粘土厚度水平方向上变化大。 常见水平相距 1m，土层厚度可相差 5m或更多。 2)下伏碳酸盐岩系地层中的岩溶发育，在地表水和地下岩溶水的单独或联合作用下，由于水的冲蚀、吸蚀等作用，在红粘土地 层中可形成洞穴，称为土洞。 只要冲蚀吸蚀作用不停止，土洞可迅速发展扩大。 由于这些洞体埋藏浅，在自重或外荷作用下，可演变为地表塌陷。 3. 土体结构的裂隙性 自然状态下的红粘土呈致密状态，五层理，表面受大气影响呈坚硬或硬塑状态。 当失水后土体发生收缩，土体中出现裂缝，接近地表的裂缝呈竖向开口状，往深处逐渐减弱，呈网状微裂隙且闭合。 由于裂隙的存在，土体整体性遭到破坏，总体强度大为减弱，此外，裂隙又促使深部失水，有些裂隙发展成为地裂。 【例题 29】红粘土的液限一般为（ ）。 A. ＞ 50% B. ＞ 45% C. ＞ 60% D. ＞ 70% 答案： A 五、盐渍土 (一 )盐渍土的成因及其分布 当土体中易溶盐含量超过 ％，这种土就称为盐渍土。 盐渍土的成因主要取决于盐源、迁移和积聚这三个方面。 1. 盐源 盐渍土中盐的来源主要有三种：第一是岩石在风化过程中分离出少量的盐；第二是海水侵入、倒灌等将盐渗入土中；第三是工业废水或含盐废弃物，使土体中含盐量增高。 2. 盐的迁移和积聚盐的迁移积聚主要靠风力或水流完成的。 在沙漠干旱地区，大风常将含盐的土粒或盐的晶体吹落到远处，积聚起来，使盐重新分布。 水流是盐类迁 移和重新分布的主要因素。 地表水和地下水在流动过程中把所溶解的盐分带到低洼处，有时形成大的盐湖。 在含盐量 (矿化度 )很高的水流经过的地区，如遇到干旱的气候环境，由于强烈蒸发，盐类析出并积聚在土体中形成盐渍土。 在滨海地区，地下水中的盐分，通过毛细作用，将下部的盐输送到地表，由于地表的蒸发作用，将盐分析出，形成盐渍土。 有些地区长期大量开采地下水，农田灌溉不当，也会造成盐分积聚。 盐渍土在世界各地均有分布。 我国的盐渍土主要分布在西北干旱地区的新疆、青海、西藏北部、甘肃、宁夏、内蒙古等地势低洼的盆地和平原中，其次分布在 华北平原、松辽平原等地。 另外在滨海地区的辽东湾、渤海湾、莱州湾、杭州湾以及包括台湾在内的诸岛屿沿岸，也有相当面积的盐渍土存在。 有些盐渍土中以含碳酸钠或碳酸氢钠为主，碱性较大， pH值一般为 8～ ，这种土称为碱土，或碱性盐渍土，农业上称为苏打土。 这种土零星分布于我国东北的松辽平原以及华北的黄、淮、海河平原。 (二 )盐渍土地基的评价 对盐渍土地基的评价，主要考虑盐渍土地基的溶陷性、盐胀性和腐蚀性三个方面。 1. 溶陷性 天然状态下盐渍土在自重压力或附加压力下，受水浸湿时所产生的附加变形称作盐渍土的溶陷变 形。 根据大量研究表明，只有干燥和稍湿的盐渍土才具有溶陷性，且大多为自重溶陷。 盐渍土的溶陷性可以用单一的有荷载作用时的溶陷系数 来衡量。 2. 盐胀性 盐渍土地基的盐胀性一般可分为两类，即结晶膨胀和非结晶膨胀。 结晶膨胀是由于盐渍土因温度降低或失去水分后，溶于孔隙水中的盐浓缩并析出结晶所产生的体积膨胀。 当土中的硫酸钠含量超过某一定值(约 2％ )时，在低温或含水率下降时，硫酸钠发生结晶膨胀，对于无上覆压力的地面或路基，膨胀高度可达数十至几百毫米，这成了盐渍土地区的一个严重的工程问题。 非结晶膨胀是指由于盐渍土中 存在着大量吸附性阳离子，特别是低价的水化阳离子与粘土胶粒相互作用，使扩散层水膜厚度增大而引起土体膨胀。 最具代表性的是碳酸盐渍土，含水率增加时，土质泥泞不堪。 盐渍土地基造成的破坏主要表现在，室内外地坪、路面、路沿石、台阶、花坛，室外球场，机场跑道等。 在进行建设时，如果未受用有效的防膨胀措施，造成的危害是相当严重的。 3. 腐蚀性 盐渍土的腐蚀性是一个十分复杂的问题。 盐渍土中含有大量的无机盐，它使土具有明显的腐蚀性，对建筑物基础和地下设施构成一种严重的腐蚀环境，影响其耐久性和安全使用。 (三 )盐渍土地区施工 及防腐措施 在盐渍土地区进行工程建设，首先要注意提高建筑材料本身的防腐能力，如选用优质水泥，提高密实性，增大保护层厚度，提高钢筋的防腐能力等，同时还可采取在混凝土或砖石砌体表面做防水层和防腐涂层等方法。 防盐类侵蚀的重点部位是在接近地面或地下水干湿交替区段。 此外，对搅拌混凝土或砂浆的用水和砂石料的含盐量也必须严格控制，应满足有关规定。 【例题 30】对盐渍土地基的评价，主要考虑的几个方面中不包括（ ）。 A. 溶陷性 B. 盐胀性 C. 腐蚀性 D. 崩解性 答案： D 六、冻土 (一 )冻土的特 征及分布凡温度等于或低于摄氏零度，且含有固态冰的土称为冻土。 冻土按其冻结时间长短可分为三类：瞬时冻土、季节性冻土和多年冻土。 瞬时冻土，冻结时间小于一个月，一般为数天或几个小时 (夜间冻结 )，冻结深度从几毫米至几十毫米。 季节冻土，冻结时间等于或大于一个月，冻结深度从几十毫米至 1～ 2m，它是每年冬季发生的周期性冻土。 多年冻土，冻结时间连续二年或二年以上。 多年冻土在我国主要分布在青藏高原和东北大小兴安岭，在东部和西部地区一些高山顶部也有分布。 多年冻土占我国总面积的 20％以上，占世界多年冻土总面积的 10％。 (二 )冻土的评价 我国多年冻土地区，建筑物基底融化深度约 3m左右，所以对多年冻土融陷性分级评价也按 3m 考虑，根据计算融陷量及融陷系数 A0对冻土的融陷性分成 5级： I— 少冰冻土 (不融陷土 )：为基岩以外最好的地基土，一般建筑物可不考虑冻融问题。 II— 多冰冻土 (弱融陷土 )：为多年冻土中较良好的地基土，一般可直接作为建筑物的地基，当最大融化深度控制在 3m以内时，建筑物均未遭受明显破坏。 III— 富冰冻土 (中融陷土 )：这类土不但有较大的融陷量和压缩量，而且在冬天回冻时有较大的冻胀性，作为地基，一般应采取专门措施，如 深基、保温、防止基底融化等。 Ⅳ — 饱冰冻土 (强融陷土 )：作为天然地基，由于融陷量大，常造成建筑物的严重破坏。 这类土作为建筑物地基，原则上不允许发生融化，宜采用保持冻结原则设计，或采用桩基、架空基础等。 V— 含土冰层 (极融陷土 )：这类土含有大量的冰，当直接作为地基时，若发生融化将产生严重融陷，造成建筑物极大破坏。 如受长期荷载将产生流变作用，所以作为地基应专门处理。 【例题 31】多年冻土是指冻结持续时间为（ ）的土。 A. ＞ 1年 B. ≥2 年 C. ≥3 年 D. ≥5 年答案： B 七、填土 填土是指由人 类活动而堆填的土层。 填土的物质成分较杂，均匀性较差。 根据其物质组成和堆填方式，填土可分为素填土、杂填土和冲填土三类。 各类填土可根据下列特征予以区别： 素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一种或几种材料组成的填土，其中不含杂质或含杂质很少。 按主要组成物质又可分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性素填土。 经分层压实后则称为压实填土。 杂填土是由含大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物的填土。 按其组成物质成分可分为建筑垃圾土、工业废料土和生活垃圾土。 冲填土是由水力冲填泥沙形成的填土。 填土还可按其堆填时间 (年代 )分为老填土和新填土，对于粘土以 10年为界而粉土以 5年为界。 在工程建设中所遇到的填土变化较大。 在旧城区，一般都保留有人类活动的遗物或古建筑的碎砖瓦砾 (俗称房渣土 )，其分布范围可能很广，也可能只限于堵塞的渠道、古井或古墓。 位于乡村农田中的建设场地表层多为素填土，而一般城市市区所遇到的填土往往是炉渣、建筑垃圾及生活垃圾等杂填土。 【例题 32】对于以粘土为主的填土，当其堆填时间超过（ ）时，可认为已是老填土。 A. 5年 B. 10年 C. 20年 D. 50年 答案： B 【例题 33】某种土以粉土 为主，含有砂、粉质粘土，局部夹杂少量的碎砖屑，则该土为（ ）。 A. 粉土 B. 杂填土 C. 冲填土 D. 素填土 答案： D 第五讲 土中应力分布及计算和土的压缩性与地基沉降 一、 内容提要： 本讲主要讲述 ① 土中应力分布及计算部分包括土的自重应力、基础底面压力、基底附加压力、土中附加应力； ② 土的压缩性与地基沉降部分包括压缩试验、压缩曲线、 压缩系数、压缩指数、回弹指数、压缩模量、载荷试验、变形模量、高压固结试验、土的应力历史、先期固结压力、超固结比正常固结土、超固结土、欠固结土 、沉降计算的弹性理论法、分层总和法、有效应力原理、一维固结理论、固结系数、固结度； 二、 重点、难点： 基底与土中自重应力与附加应力的计算、土的压缩试验、利用分层总和法进行地基变形计算、有效应力原理 三、 内容讲解： 第一节 土中应力分布及计算 一、土中应力 土中应力指土体在自身重力、建筑物和构筑物荷载，以及其他因素 (如土中水的渗流、地震等 )作用下，土中产生应力。 土中应力过大时，会使土体因强度不够发生破坏，甚至使土体发生滑动失去稳定。 此外，土中应力的增加会引起土体变形，使建筑 物发生沉降，倾斜以及水平位移。 土是三相体，具有明显的各向异性和非线性特征。 为简便起见，目前计算土中应力的方法仍采用弹性理论公式，将地基土视作均匀的、连续的、各向同性的半无限体，这种假定同土体的实际情况有差别，但其计算结果尚能满足实际工程的要求。 用面上的法向应力方向与坐标轴的正方向相同时 ，则剪应力的方向与坐标轴正方向一致时为正，反之为负，若剪应力作用面上的法向应力方向与坐标轴正方向相反时，则剪应力的方向与坐标轴正方向相反时为正，反之为负。 二、土的自重应力 由土体重力引起的应力称为自重应力，自重应力一般是自土体形成之日起就产生于土中。 1. 均质土的自重应力 土体在自身重力作用下任一竖直切面均是对称面，切面上都不存在剪应力。 因此，在深度 z处平面上，土体因自身重力产生的竖向应力， (称竖向自重应力 )等于单位面积上土柱体的重力 W，如图 1551所示。 在深度 z处土的自重应力为： 式中 — 土的重度， kN／ m3； F— 土柱体的截面积， m2。 从公式 (1551)可知，自重应力随深度 Z线性增加，呈三角形分布图形。 2. 成层地基土 的自重应力 地基土通常为成层土。 当地基为成层土体时，设各土层的厚度为 ，重度为 ，则在深度 z处土的自重应力计算公式为： 式中 n— 从天然地面到深度 z处的土层数。 3. 土层中有地下水时的自重应力 当计算地下水位以下土的自重应力时，应根据土的性质确定是否需要考虑水的浮力作用。 通常认为水下的砂性土是应该考虑浮力作用的。 粘性土则视其物理状态而定，一般认为 ，若水下的粘性土其液性指数 IL1，则土处于流动状态，土颗粒之间存在着大量自由水，可认为土体受到水浮力作用，若IL≤0 ，则土处于固体状态，土中自由水受到土颗粒间结合水膜的阻碍不能传递静水压力，故认为土体不受水的浮力作用，若 0IL1，土处于塑性状态，土颗粒是否受到水的浮力作用就较难肯定，在工程实践中一般均按土体受到水浮力作用来考虑。 若地下水位以下的土受到水的浮力作用，则水下部分土的重度按有效重度 计算，其计算方法同成层土体情况。 4. 水平向自重应力 土的水平向自重应力 ， 可用下式计算 式中 K0— 侧压力系数，也称静止土压力系数。 K0值可通过室内试验测定。 【例题 1】某土层及其物理性质指标如图 1552 所示，地下水位在地表下 ，计算土中 a、 b、 c、 d各点处的自重应力。 三、基础底面压力 建筑 物荷载通过基础传递给地基的压力称基底压力，又称地基反力。 (一 )地基反力分布 基底地基反力的分布规律主要取决于基础的刚度和地基的变形条件。 对柔性基础，地基反力分布与上部荷载分布基本相同，而基础底面的沉降分布则是中央大而边缘小，如由土筑成的路堤，其自重引起的地基反力分布与路堤断面形状相同。 对刚性基础 (如箱形基础或高炉基础等 )，在外荷载作用下，基础底面基本保持平面，即基础各点的沉降几乎是相同的，但基础底面的地基反力分布则不同于上部荷载的分布情况。 刚性基础在中心荷载作用下，开始的地基反力呈马鞍形分布； 荷载较大时，边缘地基土产生塑性变形，边缘地基反力不再增加，使地基反力重新分布而呈抛物线分布，若外荷载继续增大，则地基反力会继续发展呈钟形分布。 【例题 2】基底地基反力的分布规律与下列哪些因素有关（ ）。 A. 基础的刚度 B. 地基的变形条件 C. 上部荷载大小 D. 基础面积大小 答案： A、 B 【例题 3】刚性基础在中心荷载作用下，开始的地基反力呈（ ）分布。 A. 马鞍形 B. 矩形 C. 三角形 D. 梯形 答案： A (二 )地基反力的简化计算 实用上，通常将地基反力假设为。