《土力学》教学大纲 |
|
模块名称 | 包含单元 | 学习目标 | 内容概述 |
绪论(2学时) | ◆0101 绪论1 土、土力学 | ◆0102 绪论2 土力学的应用 |
| 了解土力学的特点;掌握土的3个特点;
了解土的工程应用,掌握与土有关的工程问题。 | 土是地球表面的岩石经过风化作用以后形成的碎散颗粒堆积物,具有三相性和天然性的特点。土力学就是研究土的渗透特性、变形特性及强度特性的学科,具有不同与其他力学的特点,即不连续、碎散体材料。因而土力学有很多的假定,需要结合工程实践经经验修正后使用。
土可以作为土工建筑的材料,如砖;土也可作为建筑物基础的地基,如砂土地基、粘性土地基等;土也是人们赖以居住的建筑环境,很多的工程失事,都与土的强度、变形和渗透特性有关。 |
第一章 土的物理性质及工程分类(24学时) | ◆0201 第一节 土的形成 | ◆0202 第二节 土的三相组成-液相 | ◆0203 第三节 土的三相组成-固相 粒径级配累积曲线的作法 | ◆0204 第四节 土的三相组成-固相 粒径级配累积曲线的应用 | ◆0205 第五节 土的物理状态-土的三个实测指标 | ◆0206 第六节 土的物理状态-土的推导指标 | ◆0207 第七节 土的物理状态 -- 土的物理状态指标 | ◆0208 第八节 土的结构 | ◆0209 第九节 土的工程分类 | ◆0210 第十节 土的压实性 | ◆0211 第十一节 铁路-填料分组 | ◆0212 第十二节 习题课 |
| 了解粘土矿物的带电性质;熟悉运积土和残积土的特点;掌握风化作用的实质,掌握三种粘土矿物的名称及结合水的名称
熟悉粒径级配累积曲线的作法
掌握粒径级配累积曲线的应用
熟悉三相草图,掌握土的三个实测指标
掌握土的孔隙比、孔隙率、饱和密度和饱和重度、干密度和干重度、浮重度的定义及计算
掌握评价粗粒土密实程度的指标和评价细粒土稠度状态的指标
掌握粗粒土和细粒土的结构;掌握粗粒土和细粒土的分类原则及其分类
了解击实试验,掌握最优含水量和压实度的概念
掌握路基填料的分组与压实度的控制
掌握土的物理性质指标的计算、黏性土物理状态指标的计算、定名与状态判定 | 土是岩石经过风化作用后在不同条件下自然形成的历史的产物。风化作用包括物理风化、化学风化及生物风化。物理风化和化学风化的区别是有没有新的矿物生成。
从土的搬运和沉积方式上分为运积土和残积土。
土的三相组成包括固相、液相和气相。
固相,即固体颗粒,包括粒径级配、颗粒形状与矿物组成。液相,即孔隙中的水,主要有结晶水、结合水、自由水。气相,包括封闭气体和自由气体。
颗粒的大小是影响土的主要因素。.颗粒的大小怎么衡量呢?引入粒组的定义。粒组指按土颗粒的粗细进行分类,将粒径接近的归成一类。粗粒与细粒的界限值为0.075mm。什么是粒径级配呢?定义为各粒组的相对含量,用质量百分数表示。用筛分法确定,筛分范围:60mm~0.075mm之间的粗粒土,结果用粒径级配累积曲线表示,它是一个半对数坐标。
从粒径级配累积曲线分辨土的级配均匀程度和连续程度,查找特征粒径,计算评价土的级配好坏的两个指标并对土进行评价。
土的性质不仅取决于三相组成的性质,而且三相之间的相互之间体积和质量的比例关系也是一个很重要的影响因素。通过三相草图能形象地反映土中的三相组成及其比例关系。为了确定三相草图中的三个量,必须通过实验室测定,易操作测定的三个指标分别是土的密度、土粒比重和含水量。
通过测了的土的密度、土粒的比重和土的含水量,根据三相草图,可以计算出土中的三相组成各自在体积和质量(重量)上的含量。为了工程上上方便应用,分别定义为:孔隙比和孔隙率、饱和度、饱和密度和饱和重度、干密度和干重度、浮重度。
土的物理状态指土的松密和软硬状态。对于粗粒土指其松密程度,对细粒土指其软硬程度,也称为粘性土的稠度。评价粗粒土的密实度的指标有孔隙比或干密度、相对密度、标准贯入试验锤击数;评价粘性土的稠度状态的指标为液性指数。
土的结构对土的性质影响很大,粗粒土为单粒结构,细粒土为分散结构和絮凝结构。为了方便研究和工程应用,把土按其特征进行分类,由于各工程部门使用的规范中土的分类标准不完全一样,本次以《建筑地基基础设计》GB50007-2011分类体系进行土的工程分类。
填土在地基、路基、土堤和土坝等工程中广泛应用,在室内击实试验的基础上,从击实曲线得到土的最优含水量和最大干密度。结合粘性填土,控制施工含水量在最优含水量的左右,以控制填土达到压实标准,即压实度的要求。
《铁路路基设计规范》TB10001-2005中普通填料的分组,包括巨粒土、粗粒土和细粒土填料按一级和二级定名进行分组,路基压实标准采用的双指标控制。
1.关于土的物理性质指标的计算;
2.关于土料料场的体积计算;
3.关于黏性土状态指标的计算 |
第二章 土的渗透性和渗透变形(4学时) | ◆0301 第一节 土的渗透性 | ◆0302 第二节 渗透力 | ◆0303 第三节 渗透变形 | ◆0304 第四节 土的渗透性-习题 |
| 熟悉土体渗透性的概念。
掌握土体渗透规律——达西定律;熟悉渗透系数的影响因素和测定方法。
熟悉渗透力的计算方法;掌握流土或管涌现象发生的条件和判别方法。 | 本章首先介绍土的渗透性概念;主要介绍土体渗透定律即达西定律,包括渗透系数的影响因素和测定方法;接着,介绍渗透力的概念和计算方法;然后,介绍均质土的渗透变形类型、发生条件和防治措施。 |
第三章 土体中的应力计算(10学时) | ◆0401 第一节 自重应力计算 | ◆0402 第二节 自重力应力计算例题 | ◆0403 第三节 基底压力的计算 | ◆0404 第四节 附加应力力的计算 | ◆0405 第五节 附加应力力的计算例题 |
| 熟悉自重应力的概念,掌握自重高学应力的计算及其分布规律
掌握自重应力的计算过程
掌握基底压力的分布形式及其计算
掌握角点法计算地基中的附加应力
掌握基底压力和附加应力的计算 | 《土力学》中应力符号的规定:压为正拉为负,逆时针为正,顺时针为负。假定地基为水平的半无限空间弹性体,满足侧限应变条件,按一维问题进行地基中自重应力的计算。根据有无地下水的情况,进行地基中自重应力的计算,关键是有效重度的取值,地下水位以上取天然重度,地下水位以下取浮重度(地层为透水层)或饱和重度(地层为不透水层)。
自重应力的计算
由于修建了建筑物和建筑物上的上部结构,在基础底面上产生的压力为基底压力。通过讨论基底压力的分布,提出的基底压力的简化计算方法:假定基底压力按直线分布的材料力学方法。根据偏心距和b/6的大小判断,进行基底压力的计算。
由于修建建筑物以后,在基础底面上额外增加的力,为基底附加应力,基底附加应力向下基础底面下的土层传播,形成地基中的附加应力。提出用角点法计算地基中的附加应力计算。
通过例题学习基底压力、基底附加应力及附加应力的计算。 |
第四章 土的变形特征与沉降计算(14学时) | ◆0501 第一节 土的压缩指标 | ◆0502 第二节 地基最终沉降量计算计算公式 | ◆0503 第三节 地基最终沉降量计算 -- 分层总和法 | ◆0504 第四节 地基最终沉降量计算 -- 地基变形量计算 | ◆0505 第五节 地基一维渗透固结理论 | ◆0506 第六节 固结度的计算 | ◆0507 第七节 固结度的计算例题 |
| 掌握评价土的压缩性的三个指标
掌握分层总和法计算地基的最终沉降量的概念及单一土层压缩量的计算公式
掌握分层总和法计算地基最终沉降量的计算步骤
掌握地基变形量的计算方法
掌握地基一维渗透固结理论的基本假定及固结系数和时间因素
掌握固结度的定义及计算
掌握与固结度有关的计算 | 在外力作用下土体压缩的实质是孔隙体积的减小。通过室内压缩试验得出的e-p曲线和e-lgp曲线,分别得到压缩系数、压缩模量和压缩指数三个评价土的压缩性的指标。受土的应力历史的影响,提出前期固结压力及超固结比的概念。
通过地基沉降的三个部分分析,提出地基最终沉降量的概念。根据侧限压缩条件假定,提出单一土层的压缩计算公式。
对地基土进行假定的前提下,讲述了分层总和法的基本原理和计算步骤。结合实际应用,对分层总和法的计算结果要求按沉降经验系数进行修正。
用不同的方法对每一个土层的沉降量进行计算
在大面积瞬时加载的背景下,提出了土的一维渗透固结理论。通过有效应力原理物理模型,通过假定,建立了一维渗透固结理论微分方程并进行求解。提出了描述土的固结速度的指标固结系数和描述土的固结程度的指标时间因素。
为了表征土中有效应力所占的比例,提出固结度的概念,对地基土而言,要求掌握地基的平均固结度,实质是有效应力面积点总应力面积的质量百分数。根据不同的地基应力条件进行固结度的计算。
固结系数、时间因数、固结度的计算例题。 |
第五章 土的抗剪强度(4学时) | ◆0601 第一节 概述 | ◆0602 第二节 土的抗剪强度:库仑定律 | ◆0603 第三节 土中一点的应力状态 | ◆0604 第四节 土中一点的应力极限平衡-莫尔库伦破坏准则 |
| 了解土的抗剪强度和土的破坏形式
掌握库仑定律
熟悉应力状态,掌握平面应力圆与应力状态的关系
掌握摩尔-库伦强度准则 | 土的破坏大部分是剪切破坏,在滑动面上的剪应力达到抗剪强度,土体发生剪切破坏。通过破坏形式归纳破坏类型。
从土的直剪实验,得出库伦定律的表达式。该式表明:土的抗剪强度由两部分组成,一部分由内摩擦角产生,与土的竖向应力成正比,一部分由粘聚力产生,与应力状态无关。
土中一点任一方向(夹角α)的应力状态与应力圆周上的点(2α)对应。
土中一点的应力状态可用应力圆表示,土的抗剪强度用库仑定律表示。当应力圆与抗剪强度先相切时,达到极限应力平衡,土中一点发生破坏。 |
第六章 地基承载力(4学时) | ◆0701 第一节 地基承载力概述 | ◆0702 第二节 临塑荷载和临界荷载 | ◆0703 第三节 地基的极限承载力 | ◆0704 第四节 容许承载力的确定 | ◆0705 第五节 地基承载力-习题 |
| 掌握承载力的概念,了解竖向荷载作用下地基的变形阶段和地基的破坏类型。
了解极限承载力的计算公式和影响极限承载力大小的因素。
熟悉地基容许承载力的各种确定方法和适用条件,掌握利用规范确定地基容许承载力的方法。 | 本章首先介绍承载力的概念,竖向荷载作用下地基的变形阶段和地基的破坏类型;然后,介绍临塑荷载和界限荷载的计算方法;接着,介绍地基极限承载力的计算方法;最后,主要介绍地基容许承载力的确定方法。 |
第七章 土压力(7学时) | ◆0801 第一节 土压力概述 | ◆0802 第二节 静止土压力 | ◆0803 第三节 朗金土压力 | ◆0804 第四节 库伦土压力 | ◆0805 第五节 几种常见的土压力计算 | ◆0806 土压力计算习题课 |
| 熟悉静止、主动、被动三种土压力;
掌握计算方法;
掌握主动、被动土压力;
掌握主动、被动土压力;
了解均布荷载、墙后分层填土、地下水位在墙高范围内、填土边界不规则等工况的土压力计算方法;
朗金土压力;掌握分层土压力计算 | 三种土压力主要依据是墙体的位移。墙体位移为0的是静止土压力;墙体位移远离墙后填土的是主动土压力;墙体位移造成挤压墙后填土的是被动土压力。一般情况下,主动土压力所需的墙体位移小,而被动土压力所需的墙体位移大。被动土压力>静止土压力>主动土压力。
从土中一点的应力极限平衡,推导出朗金土压力公式(主动、被动),同时给出土压力分布和作用点位置和破裂面角度,根据破裂棱体的极限平衡,推导出朗金土压力公式(主动、被动),同时给出土压力分布和作用点位置和破裂面角度,先用等代土层的方法推导出墙后填土上有均布荷载的土压力计算公式;然后导出分层土的计算方法;提出水土合算、水土分算的方法;提出利用库仑土压力计算方法解决边界不规则问题。
朗金土压力的计算(分布、大小、方向、作用点位置、破裂面角度);库伦土压力的计算(分布、大小、方向、作用点位置、破裂面角度) |
第八章 土坡稳定分析(4学时) | ◆0901 第一节 土坡稳定分析概述 | ◆0902 第二节 无黏性土坡稳定分析 | ◆0903 第三节 黏性土坡稳定分析 | ◆0904 第四节 习题课 |
| 熟悉土坡稳定的概念。
掌握无黏性土的土坡滑动面形状和稳定检算方法。
掌握黏性土的土坡滑动面形状和瑞典条分法稳定检算方法。 | 本章首先介绍土坡失稳的概念和滑动面形状;然后,介绍无黏性土坡稳定分析的直线滑面法;最后,介绍黏性土坡稳定分析的圆弧滑动法。 |