2017年上学期土质学与土力学期末复习指导6831.doc
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1、土质学与土力学 复习资料第一部分 知识点 试题类型分为四类:第一类单项选择题,10题,占10;第二类填空题,10题,占10;第三类简答题,4题,占30;第四类计算题,2题,占50。第二部分 知识点第一章 土的物理性质及工程分类 土是岩石经过物理风化、化学风化、生物风化作用后的产物,是由各种大小不同的土粒按各种比例组成的集合体。 土粒之间的孔隙中包含着水和气体,是一种三相体系。 土的三相组成(物理风化) 无机矿物颗粒 原生矿物:岩浆在冷凝过程中形成的矿物,如石英、长石、云母等(化学风化) 固体颗粒 次生矿物:原生矿物风化作用的新矿物、次生、(固相) 粘土矿物以及碳酸盐等(生物风化) 有机质:由于
2、微生物作用,土中产生的复杂的腐殖质矿物,还有动植物残体等有机物,如泥炭等。土 结合水 强结合水 水 弱结合水 (液相) 自由水 毛细水 重力水 气体 与大气联通: 与空气相似,受到外力作用时排出,对土的工程性质没多大影响。 (气相) 与大气不连通:密闭气体,压力大被压缩或溶解于水中,压力小时气泡恢复原状或重游 离,对土的工程性质有很大影响。 (含气体的土成为非饱和土,非饱和土的工程性质研究已成为土力学的一个新分支) 土的颗粒特征1描述土粒大小及各种颗粒的相对含量的常用方法:对粒径0.075mm的土粒,筛分法;粒径0.075mm的土粒,沉降分析法。2土粒大小划分:块-碎-砾-砂-粉-粘 土的三相
3、比例指标 试验指标 包括土的密度、土粒密度、含水量1土的密度:单位体积土的质量,()。 土的密度常用环刀法测定,单位是,一般土的密度为1.602.20。 (重度:由土的质量产生的单位体积的重力,等于密度乘以重力加速度,2土粒密度:干土粒的质量与其体积之比,。3土的含水量:水的质量与固体(土粒)质量之比, 含水量常用烘干法测定,是描述土的干湿程度的重要指标,常以百分数表示。 换算指标 包括土的干密度(干重度)、饱和密度(饱和重度)、有效重度、孔隙比、孔隙率、饱和度1干密度:土的固相质量与土的总体积之比,。 土的干密度越大,土越密实,强度就越高,水稳定性也好。常用作填土密实度的施工控制指标。2饱和
4、密度:当土的孔隙中全部为水充满时的密度,。3有效重度:当涂浸没在水中时,土的固相收到水的浮力的作用,土体的重力也应扣除浮力。计算地下水位以下土层的自重应力时应当用有效重度,有效重度是扣除浮力以后的固相重力与土的总体积之比(又称浮重度), 水的重度,纯水在4是的重度等于9.81,在工程上化整为10。4土的孔隙比:孔隙的体积与土的固相体积之比,5土的孔隙率:孔隙的体积与土的总体积之比,6土的饱和度:孔隙中水的体积与孔隙体积之比, 粘性土的界限含水量一、粘性土的状态与界限含水量 流动状态 可塑状态 半固体状态 固体状态 液限 塑限 缩限 (从一种状态到另一种状态的含水量分界点成为界限含水量)液限测定
5、,用碟式液限仪和锥式液限仪。 塑限测定,撮条法。二、塑性指数 可塑性是粘土区别于砂土的重要特征。从液限到塑限含水量的变化范围越大,土的可塑性越好。 塑性指数习惯上用不带%的数值表示。三、液性指数 液性指数:01时,土处于流动状态;0时,处于半固体或固体状态。 砂土的密实度 砂土的密实度对其工程性质具有重要的影响。 密实的砂土具有较高的强度和较低的压缩性,是良好的建筑物地基;一、相对密实度 土的孔隙比一般可以用来描述土的密实程度,但砂土还取决于土的级配情况。 为了同时考虑孔隙比和级配的影响,引入砂土相对密实度的概念。 最小孔隙比:砂土处于最密实状态时的孔隙比; 最大孔隙比:砂土处于最疏松状态时的
6、孔隙比。 相对密实度: 越接近1,越密实;越接近0,越松散。二、标准贯入试验 从理论上讲,用相对密实度划分砂土的密实度比较合理。但实际不好操作。 在工程实践中,通常用标准贯入击数来划分砂土的密实度。 标准贯入试验:使用规定的锤重(63.5kg)和落距(76cm)把标准贯入器(带有刃口的对开管,外径50cm,内径35cm)打入土中,记录贯入一定深度(30cm)所需的锤击数N值的原位测试方法。 标准贯入试验的贯入锤击数反映了土层的松密和软硬程度,是一种简便的测试手段。第二章 粘性土的物理化学性质 粘性土根据界限含水量分为四个状态,砂土没有这种性质。粘性土的这种特质取决于粘粒粒组的含量与粘粒的矿物成
7、分。 粘土的粒径0.002mm,因此它具有很大的表面积。颗粒越细,比表面积越大,表面能越大。 粘土可以分为蒙脱石、伊利石、高岭石三种类型。 粘土的塑性、压缩性、胀缩性、强度等工程性质受到原子、分子间键力的制约,这是粘土物理化学特性的本质。 键力的基本概念 键力:原子与原子之间或分子与分子之间的一种联结力。包括化学键、分子键、氢键三种。一、化学键 化学键:原子与原子之间的联结。也称为主键或高能键。分为离子键、共价键、金属键三种。 简单的说,不同元素的原子通过化学反应构成一种新的物质分子。异性原子之间的联结力称为离子键;两个同性原子形成同一元素分子的联结力称为共价键;通过自由电子将原子或离子联结成
8、结晶格架的力称为金属键。 化学键影响范围最小,约为0.10.2,但联结力最大,相当于8.484。二、分子键 即范德华键,或称次键、低能键。分子与分子之间的联结力。三、氢键 介于主键与次键之间的一种键力。 粘土矿物颗粒的结晶结构 粘土矿物大都属于硅酸盐,晶体的原子排列与矿物颗粒的物理性质、化学性质和光学性质有非常密切的关系。 粘土矿物的结晶结构主要是两个基本结构单元组成:硅氧四面体和氢氧化铝八面体。 粘土颗粒的胶体化学性质 粘土颗粒粒径非常微小,1.251.30第三节 粘性土的土坡稳定分析均质粘性土的土坡失稳破坏时,其滑动面常常是曲面,通常可近似地假定为圆弧滑动面。第九章 地基承载力第一节 概述
9、 建筑物因地基问题而引起破坏,一般有两种情形: 一是强度和稳定性问题。建筑物荷载过大,超过了地基所能承受的荷载能力而使地基破坏失稳。 二是变性问题。在建筑物荷载作用下,地基和基础产生了过大的沉降和沉降差,使建筑物产生结构性损坏或丧失使用功能。地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力,以kPa计。(极限承载力,容许承载力) 通常把地基不致失稳时地基土单位面积上所能承受的最大荷载称为极限承载力()。由于工程设计中必须确保地基有足够的稳定性,必须限制建筑物基础基底的压力(),使其不得超过地基的容许承载力,因此地基容许承载力是指考虑一定安全储备后的地基承载力。同时根据地基承载力进行基础设计时,
10、应考虑不同建筑物对地基变形的控制要求,进行地基变形预算。 变性问题前面章节已有介绍,本章主要从强度和稳定性角度介绍由于承载力问题引起的地基破坏及地基承载力确定。一、地基破坏的性状 现场载荷试验:在测定的地基上放置一块模拟基础的载荷板。载荷板的尺寸较实际基础为小,一般约为0.251.0,然后在载荷板上逐级施加载荷,同时测定在各级荷载下载荷板的沉降量及周围土的位移情况,直到地基土破坏失稳为止。 通过试验得到载荷板下各级压力p与相应的稳定沉降量s之间的关系,绘出p曲线。对曲线进行分析,可以了解地基破坏的机理。 地基破坏的3个阶段: 1压密阶段(或称直线变形阶段) p曲线上的0a段。这时p曲线接近于直
11、线,土中各点的剪应力均小于土的抗剪强度,土体处于弹性平衡状态,载荷板的沉降主要是由于土的压密变形引起的。相应于a点的荷载称为比例界限。 2剪切阶段 ab段。此时曲线不再保持线性关系,地基中局部范围内(首先在基础边缘处)剪应力达到土的抗剪强度,土体发生剪切破坏。这些区域也称塑性区。随着荷载的继续增加,土中塑性区的范围也逐步扩大,直到土中形成连续的滑动面,由载荷板两侧挤出而破坏。因此,剪切阶段也是地基中塑性区的发生于发展阶段。相应于b点的荷载称为极限荷载。 3破坏阶段 bc段。当荷载超过极限荷载后,载荷板急剧下沉,即使不增加荷载,沉降也不能稳定,因此ps曲线陡直下降。在这一阶段,由于土中塑性区范围
12、的不断扩展,最后在土中形成连续滑动面,土从载荷板四周挤出隆起,地基土失稳而破坏。二、确定地基容许承载力的方法 有三种:1根据载荷试验的ps曲线来确定地基容许承载力。 (1)用极限承载力除以安全系数K的到容许承载力,一般K去23。 (2)用ps曲线上的比例界限作为地基容许承载力。 (3)对于拐点不明显的试验曲线,可以相对变形来确定。对软塑或可塑粘性土取相对沉降s=0.02b(b为载荷板高度)对应的压力为地基容许承载力;对砂土或坚硬粘性土取s=(0.010.015)b对应的压力为地基容许承载力。2根据设计规范确定 在公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)中给出了各种土类的地基容许承载力表
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