工程地质及土力学资料(4)

与自上向下渗流情况相比，孔隙压力增加了?wh，而有效应力相应的减少了?wh。若不断增加向上渗流的水位差h，直到a-a平面的孔隙水压力与总应力相等，即有效应力为零，则

????w?条件。

h??wi?j 为土的临界条件，由此看来，有效应力为零也是理论上流土的临界h2十三、成层土的自重应力?c???h（式中：?iii?1ni；??sat??w：有效应力；hi：土层厚度）

?w?10kNm3 ；?总??水??土

小结：名词解释

1.渗透力：水在土体中渗流，水流对土颗粒作用形成的作用力称为渗透力 2.水力梯度：流网中任意网格的水力梯度为相邻两等势线的水头差除以相邻两流线的平均长度

3.流土：在渗流向上流动时，土体表面局部隆起或者土颗粒群同时发生悬浮和移动的现象称为流土

4.管涌：管涌是渗透变形的另一种形式，这是指在渗透水流的作用下，土体中的细土粒在粗土粒间的孔隙通道中随水流移动并被带出流失的现象 简答题

1.渗流引起的工程问题常见的有几种？ 答：（1）渗漏（2）渗透变形（3）基坑降水引起地基沉降 2.影响渗透性的因素有哪些？ 答：（1）粗土粒的渗透性主要决定于孔隙通道的截面积（2）粉质土类渗透性的主要影响因素不是有效颗粒，而是其颗粒而产生的成分形成的团粒直径（3）粘性土渗透性的主要因素是粘土矿物表面活性作用和原状结构土的空隙比大小 3.渗透破坏的形式有哪些？

答：流土、管涌、接触流土、接触冲刷。对于单一土层来说，则主要是流土和管涌

第四章 土的压缩性与基础沉降

一、荷载越大，沉降越大；土的压缩性越大，压缩层越厚，沉降也越大 二、压缩变形：土体受到外力作用后产生的体积缩小称为、压缩变形 土的压缩性：有效应力与压缩变形变化的特性称为土的压缩性 三、目前认为土的压缩变形是由土孔隙中的水和气体向外排出引起的 四、固结：土体的压缩是一个排水固结随时间变化的过程，称为固结。 先期固结压力：形成土结构时的结构性应力，记为pc，称为 先期固结压力

五、当土体中附加有效应力未超过先期固结压力，即p0??z＜pc时，土体的压缩变形是很小的。

六、沉降（基础沉降）：在建筑物荷载作用下地基土产生应力和变形，从而引起建筑物基础的下沉的现象。

基础的沉降及沉降差的大小：1、决定于建筑物荷载的大小及分布2、取决与地基土层的压

缩性、压缩层厚度及其分布3、荷载作用下地基土的变形性状等。地基变形分为1、体积变形2、形状变形，前者是正应力作用使土体体积缩小压密，但不会导致土体破坏；后者由剪应力引起，当剪应力超过一定范围时，土体将产生剪切破坏。 压缩变形：土体受外力作用后产生的体积缩小。有效应力与压缩变形变化的特性称为土的压缩性。

引起土的压缩变形的因素：1、土体组成部分的压缩（包括土固体颗粒及孔隙中水的压缩；空隙中气体的压缩；空隙中部分水和气被挤出引起空隙缩小）2、土结构性的压缩。 固结：土体的压缩是一个排水固结随时间变化的过程。固结度：土层在固结过程中，某一时刻土层固结引起体积压缩的程度。

土体的体积压缩变形的过程主要是有效应力作用引起土结构骨架变形导致空隙中水排出的过程。

七、e-p曲线

孔隙比e由试验测定某时刻t的竖向压缩变形量st（由千分表读出）通过换算求得，试样的初始厚度为H0，相应的初始孔隙比为e0。（粘性土（特别是软弱粘土）稳定所需要的时间越长）。

试样固体颗粒的体积为：加荷前：Vs0?加荷后某时刻：Vst?1H0?A 1?e01?H0?st??A? 1?e由于侧限压缩试验中只有孔隙体积压缩，而试样中的固体颗粒是不变化的（Vso?Vst），同时试样不会产生侧向变形，仅产生竖向压缩（A?A?），因此得到某时刻的孔隙比为：

e?e0??1?e0??st (式中：e：相对孔隙比；e0：初始孔隙比；st：竖向压缩变形量；H0:H0Gs(1??0)?w初始厚度)

e0??0（式中：Gs：土的比重；?0：土样初始含水率；?0：土

的初始密度；?w：水的密度）

e-p压缩曲线反映土试样体积压缩的特性，曲线愈陡，说明随压力的增大，土的孔隙比减小愈显著，因而土的压缩性愈高 压缩系数a??ee1?e2?或e1?e2?a?p2?p1?(式中：a：土的压缩系数，?pp2?p1kPa?1或MPa?1；p1：一般指地基土层某一深度自重有效应力，kPa或MPa；p2：地基土

层某一深度自重有效应力和附加有效应力之和，kPa或MPa；e1：相应于p1作用压缩稳定至主固结终始时的孔隙比；e2：相应于p2作用压缩稳定至主固结终始时的孔隙比）

在工程中，为了便于统一比较，习惯上用100KPa至200KPa范围的压缩系数a1?2来评定土的压缩性的高低。①当a1?2＜0.1MPa时，属于低压缩性土②当0.1＜a1?2＜0.5MPa时，属于中压缩性土③当a1?2＞0.5MPa时，属于高压缩性土 八、

?1?1?1e1?e2a?p2?p1? 根据土的三相比关系，e1?e2?1?e1?为土的单位体积压缩?1?e11?e11?p 式Es量，即土的体积压缩应变增量??v,因此，上式可写成为??v?mv??p和??v?中：mv???va?p1?e1 Es? （式中：mv：土的体积压缩系数，???p1?e1??vaKPa?1或MPa?1；Es：土的侧限压缩模量，KPa或MPa）

十、e?logp曲线

Cc?e1?e2?e?epp??p??或e1?e2?Cclog2?Cclog1

pp??plogp2?logp1log2log1p1p1p1p1（式中：Cc：反映土压缩性的参数，称为压缩指数，一般为常数，不随压力大小而变化，无量纲。它表示有效压力p每变化一对数周期引起孔隙比的变化。Cc愈大，压缩曲线的坡度愈陡，土的压缩性愈高，反之，愈低；p1、p2：分别为土试样受前后两级荷载的有效压力，?p?p2?p1为荷载压力增量；e1、e2：分别为对应于荷载压力p1、p2作用下达到主固结终始时的孔隙比）

特点：e?logp曲线随压力增加，土的孔隙体积压缩变化平缓；当达到某一压力p后，压缩曲线e?logp随荷载的增大逐渐增大，并转折为近似直线的陡降段

十一、先期固结压力(1)正常固结状态：pcp0≤1为正常固结状态，土的压缩性随荷载的变化呈陡降型(2)超固结状态：pcp0＞1为超固结状态，土的压缩性随荷载的变化呈平缓型，体积压缩很小

十二、基础的沉降计算：瞬时沉降（Sd）：加荷后立即产生的沉降；固结沉降（Sc）：荷载作用下，由于地基土结构骨架受力压缩，使孔隙中水排出体积压缩的部分沉降，即由水固结

引起的沉降。特点：沉降不是加荷载后立即产生，而是随荷载作用时间的延续逐步发展，直到由荷载引起土中的孔隙水压力全部消散，并转化成作用于土骨架上的有效应力为止；次固结沉降（Se）：在荷载长期持续作用下，作用土骨架上的有效压力使土结构矿物颗粒间接触点产生剪切蠕动，水膜进一步减薄，骨架进一步压缩，导致孔隙体积进一步压缩而产生的沉降。特点：随荷载长期持续作用逐步发展并与土的结构性质、结构强度和荷载压力大小（荷载水平）有关。 总沉降S?Sd?Sc?Se

瞬时沉降和固结沉降是分不出来的，次固结沉降往往是不存在的。 十三、沉降计算的基本表达式：s???i?1nvi?zi（式中：?vi：第i层土的竖向应变，其大小

取决于作用在该土层的附加应力的大小和土的压缩性；?zi：第i层土的厚度） 十四、固结沉降计算：sc?e1i?e2i?????????zi（式中：??v?i：各分层土的竖?vizi?i?1i?1nn1?e1i向应变，相当于一维压缩土层的体积应变；?zi：各土层或分层的厚度；e1i：各天然土层的自重压力p1对应的孔隙比；e2i：各土层在自重压力及附加应力?z作用下（即p2?p1??z作用下）完全固结的孔隙比；n：计算土层的总分层数）

十五、确定固结系数的方法有多种即①通过渗透系数k和压缩系数a计算得到②通过测限压缩试验（也称固结试验）直接测定③可利用现场实测的沉降资料或者孔隙水压力资料整理求得。工程上将室内固结试验作为确定固结系数的基本方法

十六、根据固结理论，对应固结度U=50％时的时间因素Tv等于0.197，于是固结系数可按

0.197H2求得（式中：H：试样最大的排水距离，固结实验的试样是上下面排水的，Cv?t50H为试样厚度之半）

十七、根据一维固结理论解，当固结度U＜60％时，固结度与时间的关系为Tv??4U2

0.848H2十八、由固结理论得知，当U=90％时，时间因素Tv?0.848，于是固结系数为Cv?

t90小结：名词解释

1.压缩变形：地体受外力作用后产生的体积缩小称压缩变形 2.瞬时沉降：是指加荷后立即产生沉降

3.固结沉降：是指荷载压力作用下，由于地基土的结构骨架受力压缩，使孔隙中水排出体积压缩引起的部分沉降，即由水固结引起的沉降

4.次固结沉降：是指在荷载长期持续作用下，作用于土骨架上的有效压力使土结构矿物颗粒间接触点产生剪切蠕变，水膜进一步减薄，骨架进一步压缩，导致孔隙体积进一步压缩而产

生的沉降

5.固结度：土层在固结过程中，某一时刻土层固结引起体积压缩的程度 简答题

简述用分层总和法计算固结沉降量的步骤。 答：（1）选择沉降计算的剖面，计算地基中的自重应力和附加应力，绘制其分布曲线（2）确定沉降量计算的深度（或称受压层的厚度）（3）将计算深度范围内土层划分为若干层（4）确定每一层的附加应力和自重应力，以及先期固结应力（5）计算各分层的压缩量Δsci（6）计算最终固结沉降量

第五章 土的抗剪强度

一、抗剪强度：土抵抗剪切变形与破坏的极限能力。

土的抗剪强度的两种表达方法：一种为总应力抗剪强度式，另一种为有效应力抗剪强度式。 砂土液化：无粘性土（砂土）从固体状态变成液体状态的现象 砂土液化产生原因：在地下水以下的松散砂土在突发性的荷载作用下，将产生很大的孔隙水压力，当孔隙水压力等于总应力时，致使有效应力趋于零，抗剪强度也趋于零，这时便产生液化现象

流土：是一种渗流作用下的渗透破坏现象.

影响土的抗剪强度的因素1、土粒的矿物成分、形状、颗粒大小与颗粒级配2、土的密度3、含水量4、土体结构的扰动情况5、孔隙水压力的影响

二、影响土抗剪强度的因素：①土体本身所具有抗剪阻力的基本性能，包括土的成分、颗粒大小及其结构性质和应力历史等②作用于土的剪应力剪切破坏的实际条件，包括应力水平、排水条件、应力路径、加载速率和应力状态等

三、脆性破坏：当应力达到最大值后，土体产生破裂面，随应力进一步增大，迅即从最大值降低下来，最后趋于稳定，人们把这个最大值视为破坏强度，并称为脆性破坏，稳定后的强度称为残余强度

四、塑性破坏：在一定的应变下应力达到最大值，应变仍继续增大，土体无明显的破裂面，形成所谓塑流状态

五、库伦强度公式：①砂土：?f??tan?②粘性土：?f?c??tan? （式中：?f：抗剪强度，KPa；?：剪切面上法向应力，KPa；c：土的粘聚力（内聚力），KPa；?：土的内摩擦角，度）

六、粘性土的抗剪强度由两个方面组成即摩擦力和粘聚力 七、摩尔库伦极限平衡条件：①sin???1??3??2?? ②最大主应力：?1??3tan?45??

?1??32??③最小主应力：?3??1tan?45?2?????? 2?摩尔库伦极限平衡条件主要应用于判断地基土体内任一点是否出现剪切破坏。若土体内任一点M的大小主应力?1m和?3m是已知的，且土体的抗剪强度参数c，?也已给出则可分别求得达到极限平衡时所要求的内摩擦角

?m及大小主应力?1和?3即①

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