【導(dǎo)讀】黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬土、凍土、填土；土的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。時(shí)，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。工程實(shí)踐和室內(nèi)試。的強(qiáng)度問題實(shí)質(zhì)上就是土的抗剪強(qiáng)度問題。Coulomb)提出了土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)形式：?？辜魪?qiáng)度的庫侖公式為（）。隨著土中應(yīng)力狀態(tài)的改變，應(yīng)力圓與強(qiáng)度包線之。正好等于土的抗剪強(qiáng)度，此時(shí)該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)，相應(yīng)的應(yīng)力圓稱為極限應(yīng)力圓。力圓所代表的應(yīng)力狀態(tài)并不存在)；試樣分級(jí)施加水平剪應(yīng)力，同時(shí)測(cè)定相應(yīng)的位移。試驗(yàn)時(shí)，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石對(duì)試樣施加某一法向應(yīng)力，然后。不剪切破壞，可將試驗(yàn)結(jié)果繪制成抗剪強(qiáng)度f與法向應(yīng)力之間的關(guān)系。定強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)方法應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)的施工加荷條件一致。的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用表示。3)在剪切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而在計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)仍按土樣的原截面積計(jì)算；

　　

【正文】 一般粘性土的 Ce≈( ～ )Cc。 5. 彈性模量 彈性模量是指正應(yīng)力 與彈性正應(yīng)變 (即 可恢復(fù)應(yīng)變 )的比值。一般采用三軸儀進(jìn)行三軸重復(fù)壓縮試驗(yàn)，得到的應(yīng)力 — 應(yīng)變曲線上的初始切線模量 Ei 或再加荷模量 Er 作為彈性模量。在計(jì)算飽和粘性土地基上瞬時(shí)加荷所產(chǎn)生的瞬時(shí)沉降時(shí)，一般應(yīng)采用彈性模量。 【例題 12】計(jì)算飽和粘性土地基上瞬時(shí)加荷所產(chǎn)生的瞬時(shí)沉降時(shí)，一般應(yīng)采用的模量為（ ）。 A. 壓縮模量 B. 變形模量 C. 彈性模量 D. 切線模量 答案： C 【例題 13】當(dāng)需測(cè)定土的彈性模量時(shí)，所采用的儀器為（ ）。 A. 直剪儀 B. 三軸儀 C. 旁壓儀 D. 載荷試驗(yàn) 靜壓儀 答案： B 二、現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)及變形模量 1. 載荷試驗(yàn) 現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場(chǎng)通過千斤頂逐級(jí)對(duì)置于地基土上的載荷板施加荷載，觀測(cè)記錄沉降隨時(shí)間的發(fā)展以及穩(wěn)定時(shí)的沉降量 s，將上述試驗(yàn)得到的各級(jí)荷載與相應(yīng)的穩(wěn)定沒降量繪制成 p～ s 曲線，即獲得了地基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果。 2. 變形模量 在 p～ s 曲線中，當(dāng)荷載 p 小于某數(shù)值時(shí)，荷載 p 與載荷板沉降之間基本呈直線關(guān)系。在這段直線關(guān)系內(nèi)，可根據(jù)彈性理論計(jì)算沉降的公式反求地基的變形模量 E0 式中 p— 直線段的荷載強(qiáng)度， kPa； s— 相應(yīng)于 p 的載荷板下沉量； b— 載荷板的寬度或直徑； — 土的泊松 比，砂土可取 ～ ，粘性土可取 ～ ； w— 沉降影響系數(shù)，對(duì)剛性載荷板取 w=(方形板 )； w=(圓形板 )。 【例題 14】利用載荷試驗(yàn)所測(cè)得的指標(biāo)為（ ）。 A. 壓縮模量 B. 變形模量 C. 彈性模量 D. 切線模量 答案： B 三、關(guān)于三種模量的討論 壓縮模量 Es，是土在完全側(cè)限的條件下得到的，為豎向正應(yīng)力與相應(yīng)的正應(yīng)變的比值。該參數(shù)將用于地基最終沉降量計(jì)算的分層總和法、應(yīng)力面積法等方法中。 變形模量 E0 是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)載 荷試驗(yàn)得到的，它是指土在側(cè)向自由膨脹條件下正應(yīng)力與相應(yīng)的正應(yīng)變的比值。該參數(shù)將用于彈性理論法最終沉降估算中，但載荷試驗(yàn)中所規(guī)定的沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)帶有很大的近似性。 彈性模量 Ei 可通過靜力法或動(dòng)力法測(cè)定，它是指正應(yīng)力 與彈性 (即可恢復(fù) )正應(yīng)變 的比值。該參數(shù)常用于用彈性理論公式估算建筑物的初始瞬時(shí)沉降。 根據(jù)上述三種模量的定義可看出：壓縮模量和變形模量的應(yīng)變?yōu)榭偟膽?yīng)變，既包括可恢復(fù)的彈性應(yīng)變，又包括不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變。而彈性模量的應(yīng)變只包含彈性應(yīng)變。 從理論上可以得到壓縮模量與變形模量之間的換算關(guān)系： 由于土體不是完全彈性體，加上兩種試驗(yàn)的影響因素較多，使得理論關(guān)系與實(shí)測(cè)關(guān)系有一定差距。實(shí)測(cè)資料表明， E0 與 Es 的比值并 不像理論得到的在 0～ 1 之間變化，而可能出現(xiàn) E0/Es 超過 1 的情況，且土的結(jié)構(gòu)性越強(qiáng)或壓縮性越小，其比值越大。 土的彈性模量要比變形模量、壓縮模量大得多，可能是它們的十幾倍或者更大。 【例題 15】在土的彈性模量、變形模量和壓縮模量當(dāng)中，數(shù)值最大的是（ ）。 A. 彈性模量 B. 變形模量 C. 壓縮模量 答案： A 四、土的應(yīng)力歷史 目前工程上所謂應(yīng)力歷史是指土層在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中所形成的先期應(yīng)力狀態(tài)以及這個(gè)狀態(tài)對(duì)土層強(qiáng)度與變形的影響。 1. 先期固結(jié)壓力 土層在歷史上所曾經(jīng)承受過的最大固結(jié)壓力，稱為先期固結(jié)壓力，用 Pc 表示。目前對(duì)先期固結(jié)壓力 Pc 通常是根據(jù)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)獲得的 e～ lgp 曲線來確定，較簡(jiǎn)便明了的方法是卡薩格蘭德 (Cassagrande)1936年提出的經(jīng)驗(yàn)作圖法。 2. 土的固結(jié)狀態(tài) 工程中根據(jù)先期固結(jié)壓力與目前自重應(yīng)力的相對(duì)關(guān)系，將土層的天然固結(jié)狀態(tài)劃分為三 種，即正常固結(jié)、超固結(jié)和欠固結(jié)。用超固結(jié)比 OCR 作為反映土層天然固結(jié)狀態(tài)的定量指標(biāo)： 【例題 16】某天然土的 OCR，則該土屬于（ ）。 A. 正常固結(jié)土 B. 超固結(jié)土 C. 欠固結(jié)土 答案： B 【例題 17】某地層自地表以下 10m 范圍內(nèi)均為粉土，其天然重度為 ,地下水位在 16m處，已知該土層在 10m處受到的先期固結(jié)壓力為 200 kpa，則該處粉土屬于（ ）。 A. 正常固結(jié)土 B. 超固結(jié)土 C. 欠固結(jié)土 答案： B 五、地基沉降計(jì)算 (一 )彈性理論法 彈性理論法計(jì)算地基沉降是基于布辛奈斯克課題的位移解，其基本假定為地基是均質(zhì)的、各向同性的、線彈性的半無限體；此外還假定基礎(chǔ)整個(gè)底面和地基一直保持接觸。需要指出的是布辛奈斯克課題是研究荷載作用于地表的情形，因此可以近似用來研究荷載作用面埋置深度較淺的情況。當(dāng)荷載作用位置埋置深度較大時(shí) (如深基礎(chǔ) )，則應(yīng)采用明德林課題的位移解進(jìn)行彈性理論法沉降計(jì)算。 對(duì)矩形均布荷載下的角點(diǎn)沉降、中心點(diǎn)沉降和平均沉降以及圓形均布荷載下的剛性基礎(chǔ)沉降可歸納成下式表示： 式中 e— 合力的偏心距 K— 計(jì)算系數(shù)，可按 l／ b 由有關(guān)圖表查得。 【例題 18】地基 沉降計(jì)算時(shí)所采用的彈性理論法，其基本假定為 ( )。 A. 地基是均質(zhì)的、各向同性的、線彈性的半無限體；基礎(chǔ)整個(gè)底面和地基一直保持接觸； B. 地基是不均質(zhì)的、各向異性的、線彈性的半無限體；基礎(chǔ)整個(gè)底面和地基一直保持接觸； C. 地基是均質(zhì)的、各向同性的、線彈性的半無限體； D. 地基是均質(zhì)的、各向同性的、線彈性的半無限體；基礎(chǔ)整個(gè)底面和地基部分保持接觸； 答案： A (二 )分層總和法 1. 基本假設(shè) 分層總和法一般取基底中心點(diǎn)下地基附加應(yīng)力來計(jì)算各分層土 的豎向壓縮量，認(rèn)為基礎(chǔ)的平均沉降量 s 為各分層土豎向壓縮量 si 之和。在計(jì)算出 si 時(shí)，假設(shè)地基土只在豎向發(fā)生壓縮變形，沒有側(cè)向變形，故可利用室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)成果進(jìn)行計(jì)算。 2. 計(jì)算步驟 (1)地基土分層。成層土的層面 (不同土層的壓縮性及重度不同 )及地下水面 (水面上下土的有效重度不同 )是當(dāng)然的分層界面，分層厚度一般不宜大于 (b 為基底寬度 )。 (2)計(jì)算各分層界面處土自重應(yīng)力。土自重應(yīng)力應(yīng)從天然地面起算。 (3)計(jì)算各分層界面處基底中心下豎向附加應(yīng)力。 (4)確定地基沉降計(jì)算深度 (或壓縮層厚度 )。一般取地基附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的 20％ ( )深度處作為沉降計(jì)算深度的限值；若在該深度以下為高壓縮性土，則應(yīng)取地基附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的 10％ ( )深度處作為沉降計(jì)算深度的限值。 (5)計(jì)算各分層土的壓縮量 si 式中， n 為沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)的分層數(shù)。 【例題 19】某矩形基礎(chǔ)底面寬度為 8m，當(dāng)采用分層總和法進(jìn)行地基變形驗(yàn)算時(shí)，地基土的分層厚度不宜超過（ ）。 A. 2m B. C. 4m D. 6m 答案： B 【例題 20】當(dāng)確定地基的沉降計(jì)算深度時(shí)，對(duì)于中等壓縮性土的地基，其沉降計(jì)算深度為（ ）。 20％深度處作為沉降計(jì)算深度； 10％深度處作為沉降計(jì)算深度； 下基礎(chǔ)底面寬度的 3 倍處作為沉降計(jì)算深度； 3 倍處作為沉降計(jì)算深度； 答案： A 六、飽和粘性土地基沉降與時(shí)間的關(guān)系 碎石土和砂土的壓縮性小而滲透性大，在受荷后固結(jié)穩(wěn)定所需的時(shí)間很短，可以認(rèn)為在外荷載施加完畢時(shí)，其固結(jié)變形就已經(jīng)基本完成。飽和粘性土與粉土地基在建筑物荷載作用下需要經(jīng)過相當(dāng)長時(shí)間才能達(dá)到最終沉降，例如厚的飽和軟粘土層，其固結(jié)變形需要幾年甚至幾十年才能完成。因此，工程中一般只考慮粘性土和粉土的變形與時(shí)間的關(guān)系。 (一 )飽和土 的有效應(yīng)力原理 作用于飽和土體內(nèi)某截面上總的正應(yīng)力 由兩部分組成：一部分為孔隙水壓力u，它沿著各個(gè)方向均勻作用于土顆粒上，其中由孔隙水自重引起的稱為靜水壓力，由附加應(yīng)力引起的稱為超靜孔隙水壓力 (通常簡(jiǎn)稱為孔隙水壓力 )；另一部分為有效應(yīng)力它作用 ，它作用于土的骨架 (土顆粒 )上，其中由土粒自重引起的即為土的自重應(yīng)力，由附加應(yīng)力引起的稱為附加有效應(yīng)力。飽和土中總應(yīng)力與孔隙水壓力、有效應(yīng)力之間存在如下關(guān)系： 上式稱為飽和土的有效應(yīng)力公式，加上有效應(yīng)力在土中的作用，可以進(jìn)一步表述成如下的有效應(yīng)力原理： (1)飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力等于有效應(yīng)力與孔隙水壓力之和； (2)土的強(qiáng)度的變化和變形只取決于土中有效應(yīng)力的變化。 【例題 21】飽和砂層受到外力時(shí)，由砂與水共同承擔(dān)和傳遞，并符合 ，在地震作用下，下列各敘述正確的是 ( )。 A. 孔隙水壓力可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行?yīng)力，有效應(yīng)力增大，但總應(yīng)力保持不變； B. 有效應(yīng)力部分甚至全部轉(zhuǎn)變?yōu)榭紫端畨毫?，但總?yīng)力保持不變； C. 有效應(yīng)力保持不變，孔隙水壓力增大，使總壓力增大； D. 孔隙水壓力保持不變，有效應(yīng)力減少，使總壓力減少； 答案： B (二 )太沙基一維滲流固結(jié)理論 太沙基 (K。 Ter2aghi， 1925)一維固結(jié)理論可用于求解一維有側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)下，飽和 粘性土地基受外荷載作用發(fā)生滲流固結(jié)過程中任意時(shí)刻的土骨架及孔隙水的應(yīng)力分擔(dān)量，如大面積均布荷載下薄壓縮層地基的滲流固結(jié)等。 1. 基本假設(shè) (1)土是均質(zhì)的、完全飽和的； (2)土粒和水是不可壓縮的； (3)土層的壓縮和土中水的滲流只沿豎向發(fā)生，是單向 (一維 )的； (4)土中水的滲流服從達(dá)西定律，且土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)在滲流過程中保持不變； (5)外荷載是一次瞬時(shí)施加的。 2. 固結(jié)微分方程 太沙基一維固結(jié)微分方程可表示為如 下形式： H— 孔隙水的最大滲徑，單面排水條件下為土層厚度，雙面排水條件下為土層厚度之半。 【例題 22】關(guān)于太沙基一維滲流固結(jié)理論的基本假定，不包括的選項(xiàng)為（ ）。 A. 土是均質(zhì)的、完全飽和的； B. 土粒和水是不可壓縮的； C. 土層的壓縮和土中水的滲流只沿豎向發(fā)生，是 單向 (一維 )的； D. 土中水的滲流服從達(dá)西定律，但土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)在滲流過程中變化； 答案： D (三 )固結(jié)度 土層在固結(jié)過程中， t 時(shí)刻土層各點(diǎn)土骨架承擔(dān)的有效應(yīng)力圖面積與起始超孔隙水壓力(或附加應(yīng)力 )圖面積之比，稱為 t 時(shí)刻土層的固結(jié)度，用 Ut 表示，即 由于土層的變形取決于土中 有效應(yīng)力，故土層的固結(jié)度又可表述為土層在固結(jié)過程中任一時(shí)刻的壓縮量 St 與最終壓縮量 Sc 之比，即 為便于實(shí)際使用，一般將固結(jié)度計(jì)算公式按不同附加應(yīng)力分布圖形繪制成 Ut～ Tv 關(guān)系曲線。在地基固結(jié)分析中，通常有二類問題：一是已知土層固結(jié)條件時(shí)可求出某一時(shí)間對(duì)應(yīng)的固結(jié)度，從而計(jì)算出相應(yīng)的地基沉降 St； 二是推算達(dá)到某一固結(jié)度 (或某一沉降 St)所需的時(shí)間 t。 第四講 土的組成和物理性質(zhì) 一、 內(nèi)容提要： 本講主要講述土的三相組成和三相指標(biāo)、土的礦物組成和顆粒級(jí)配、土的結(jié)構(gòu)、粘性土的界限含水量、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、砂土的相對(duì)密實(shí)度、土的最佳含水量和最大干密度、土的工程分類 二、 重點(diǎn)、難點(diǎn)： 土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的計(jì)算 一、土的三相組成 土是由固體顆粒、水和氣體三部分組成的，通常稱為土的三相組成。隨著三相物質(zhì)的質(zhì)量和體積的比例不同，土的性質(zhì)也將不同。 【例題 1】土的三相組成中不包括的 部分是（ ）。 A. 水 B. 氣體 C. 固體顆粒 D. 礦物成分 答案： D (一 )土的固相 土的固相物質(zhì)包括無機(jī)礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)，是構(gòu)成土的骨架最基本的物質(zhì)，稱為土粒。對(duì)土粒應(yīng)從其礦物成分、顆粒的大小和形狀來描述。 1. 土的礦物成分 土中的礦物成分可以分為原生礦物和次生礦物兩大類。 原生礦物是指巖漿在冷凝過程中形成的礦物，如石英、長石、云母等。 次生礦物是由原生礦物經(jīng)過風(fēng)化作用后形成的新礦物，如三氧化二鋁、三氧化二鐵、次生二氧化硅、粘土 礦物以及碳酸鹽等。 【例題 2】在下列各類礦物中，屬于次生礦物的是（ ）。 A. 石英 B. 長石 C. 云母 D. 蒙脫石 答案： D 2. 土的粒度成分 (顆粒級(jí)配 ) 天然土是由大小不同的顆粒組成的，土粒的大小稱為粒度。工程上常用不同粒徑顆粒的相對(duì)含量來描述土的顆粒組成情況，這種指標(biāo)稱為粒度成分。 (1)土的粒組劃分 工程上常把大小相近的土粒合并