土力学与地基基础试验指导详解

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土力学与地基基础

土力学是力学的一个分支，研究土体的力学行为和力学性质。它主要研究土体的强度、变形特性、流变性和孔隙特性等。土力学的研究内容包括土体的力学性质试验、土体强度理论、土体变形特性、土体的流变性和孔隙特性等。

地基基础是建筑工程中的一个重要组成部分，它是为建筑物提供稳定支撑和传递荷载的基于地面以下部分。地基基础承受建筑物和荷载产生的重力荷载、水平荷载和地震荷载等，同时还要满足土壤的承载力和变形要求。地基基础的设计和施工需要考虑土壤的力学性质和承载力，通过合理的设计和施工保证建筑物的安全和稳定。

土力学与地基基础密切相关，土力学的理论和方法为地基基础的设计和分析提供了重要的依据和指导。通过研究土体的力学性质和力学行为，可以确定地基基础的荷载传递机理和承载力计算方法，以及地基基础的变形控制和稳定性分析等。在地基基础工程中，土力学的知识和方法被广泛应用于基坑支护、地基处理、地基改良和基础设计等方面，可以提高工程的安全性和经济性。

1

土力学与地基基础知识点总结

一、土力学基础知识点

1. 土的物理性质：包括土的颗粒组成、密度、孔隙度、含水量等。

2. 土的力学性质：包括土的强度、变形特性等。

3. 土与水的相互作用：包括渗透流、饱和流等。

4. 土与结构物的相互作用：包括土压力、承载力等。

5. 土与环境的相互作用：包括土壤侵蚀、沉降等。

二、地基基础基础知识点

1. 岩石和土壤的分类：岩石按照成因分为火成岩、沉积岩和变质岩；土壤按照成因分为残积土、冲积土和沉积土。

2. 建筑物荷载：建筑物荷载分为永久荷载和可变荷载，其中永久荷载主要来自建筑本身，可变荷载则主要来自人员活动和设备运行等。

3. 地基基础类型：地基基础类型主要有浅基础和深基础两种，其中浅基础包括简单地基（如垫板）、连续墙式地基和筏式地基，深基础包括桩基和墙式基础。

4. 地基处理技术：地基处理技术包括加固、加厚、排水等方法。

5. 地基设计：地基设计主要考虑建筑物荷载、土壤特性、地质条件等因素，以确定合适的地基类型和尺寸。

三、土力学与地基工程实践应用

1. 工程勘察：工程勘察是土力学和地基工程实践的重要环节，其目的是了解现场土壤和岩石的特性以及环境条件，为后续工作提供依据。

2. 土体强度试验：土体强度试验包括压缩试验、剪切试验等，可以确定土壤的强度参数，为后续设计提供数据支持。

3. 地下水位测定：地下水位测定是确定渗透流方向和水压力大小的重要手段。

4. 岩土钻探：岩土钻探可以获取现场岩石和土壤样品，进一步了解现场情况。

5. 土壤改良：土壤改良是通过加固、加厚或排水等方法来提高土壤承载力或稳定性的技术手段。

土力学地基根底教案

土力学地基根底教案

《土力学与地基根底》授课教案深圳大学建筑与土木工程学院第一章绪论§1.1本课程的内容和作用科与理论:国内外地基根底工程事故及分类举例并分析^p 事故原因二、本门课程知识构架三、地基根底设计中需满足的技术条件要求: 概括理解地基根底工程事故的种类及原因.对本学科需解决的问题有初步的总体认识. 理解地基根底概念,建筑工程对地基根底的要求,理解本门课程的知识构架. 理解地基根底设计中需满足的技术条件. 授课方法:通过大量图片实例,让学生直观理解教学内容,进步学习和对本课程的兴趣,学生提早适应和入门. §1.2本课程开展概况要求: 理解本学科中关键理论的产生、开展情况及学科现状. 授课方法:在强调学科的实验性时,要举例简要讲解.如:2个土压力理论,3种剪切试验方法. §1.3本课程的特点和学习要求要求: 理解本课程内容的广泛性和综合性及实验性,对本课程应掌握的内容要有总体的认识. 授课方法:讲解本门课程知识构架时,对应土力学定义,结合教材目录.使学生清楚教材内容的编排顺序和原因.从而对本课程教学内容有宏观和总体的把握. 第二章地基土

(岩)的物理性质及分类§2.1土的三相组成要求: 理解土的矿物成分. 掌握土的粒组、颗粒级配概念. 理解颗粒级配曲线的含义及Cu、Cc与级配好坏的关系. 理解毛细水分类与原理,强弱结合水的概念和特性. 掌握土的构造和构造划分. 重点: 土的粒组,颗粒级配的概念. 弱结合水的工程特性,毛细水对工程的影响. 授课方法:结合生活与工程实际举例讲解毛细水的作用.使用图例讲解土的构造与构造. §2.2土的物理性质指标要求: 理解掌握三项根本指标的概念.理解根本实验方法. 理解掌握六项换算指标的概念. 理解和区别指标的常见值及工程应用. 理解应用三相草图求解换算公式. 记住有效重度与饱和重度关系公式. 重点: 9个指标的含义及区别. 指标的工程应用. 三项根本指标的实验方法. 授课方法:通过指标定义公式的比拟及强调各自的物理意义,区别9个物理性质指标.通过与实际工程中各种建筑材料的重度的比拟,使学生记住各种重度的常见值,增强学生的量化概念. §2.3土的物理状态指标一、无粘性土的密实度要求: 掌握密实度的概念及各种密实度指标概念. 理解各种指标的优缺点,适用范围及密实度划分结果. 重点: 砂土,碎石土密实度划分方法及划分结果. 二、粘性土的稠度要求: 掌握稠度及稠度界限含水量的概念. 掌握界限含水量概念含义和实验方法. 掌握塑性指数,液性指数概念含义及应用. 掌握粘性土软硬状态的划分. 理解粘性土灵

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《土力学及地基基础》

课

程

学

习

指

导

书

作者：刘忠玉

第一章 绪论

（一）本章学习目标

1．理解地基基础的概念、地基与基础设计必须满足的基本条件

（二）本章重点、要点

地基基础的概念

（三）本章练习题或思考题：

1．名词解释：

基础、浅基础、深基础、天然地基、人工地基

2．简答题：

地基基础设计必须满足的基本条件是什么？

第二章 土的性质及工程分类

（一）本章学习目标

1．理解土的三相组成及土的结构，土的渗流规律，土的压实原理

2．熟练掌握土的物理力学性质指标，无粘性土和粘性土的物理性质

3．学会渗透力与渗透破坏

4．能运用土的工程分类

（二）本章重点、要点

土的物理力学性质指标，无粘性土和粘性土的物理性质，土的工程分类

（三）本章练习题或思考题：

1．名词解释：

粒组、颗粒级配、不均匀系数、曲率系数、结合水、自由水、重度、密度、比重、含水量、干密度、饱和度、孔隙比、孔隙率、饱和度、有效重度、砂土的相对密实度、界限含水量、塑性指数、液性指数、灵敏度、触变性、渗透系数、流砂、管涌、渗流力、临界水头梯度、最优含水量、压实系数、砂土液化、碎石土、粉土、粘性土、淤泥、淤泥质土

2．填空：

1）__________是指粒径大于0.075mm 的颗粒含量不超过全重50%，且塑性指数小于或等于10的土。

2）省去%号后的液限和塑限的差值称为 。

3）土的结构一般分为单粒结构、蜂窝结构和 。

4）红粘土的液限一般大于 。

5）一基坑底地层产生自下向上的竖直渗流，已知水力梯度为i ，土的饱和重度为sat γ，水的重度为w γ，那么产生流砂的临界条件为sat γ= 。

土力学实验指导书

土木工程

2018年

目录

实验一土的含水量实验

实验二土的容重和干密度实验

实验三 A、液限、塑限实验

B、塑限实验

实验四土的抗剪强度实验

实验五土的固结实验

实验六土的渗透实验

实验一土的含水量实验

一、目的

本实验之目的在于测定土的含水量，借与其它实验配合计算土的干密度，孔隙比及饱和度等；

并查表确定地基土的承载力。

b5E2RGbCAP

二、解释

含水量为土在105℃~110℃

下烘至恒重时所失去水分的质量

和到达恒值后干土质量的比值，

用百分数表示

三、仪器设备

<1）有盖的称量盒数只；

<2）天平、感量0.01克；

<3）烘箱

<4）有干燥剂<）干燥器。

四、操作步骤

<1）选取具有代表性的土样15~20克

<3）将烘好的试样同称量盒一并放入干燥器内，让其冷却至室

温。

<4）从干燥器内取出试样，称盒加干土质量。

<5）本实验称量应准确至0.01克以上，同一实验进行两次平行

测定，取其算术平均值。

<6）按下列公式计算含水量

×100 %

式中：——为含水量，用%；

W1——称量盒加湿土质量，克；

W2——称量盒加干土质量，克；

W——称量盒质量，克。

本实验须进行2两次平行测定，其平行误差规定为：

<1）当含水量小于40%时，允许平行误差1%；

<2）当含水量等于或大于40%，允许平行误差2%。

五、注意事项

<1）使用称量盒前，应先检查盒盖和盒底号码是否一致，发现不一致时应另换相符者进行称量。

<2）使用天平时不准用手拿砝码，记重量时不要忘读某一砝码，也不要将砝码的质量读错。1克=1000毫克。5PCzVD7HxA <3）烘干土从烘箱内取出时，切勿外露在空气中，以免干土吸收水蒸气。

《土力学》试验指导书

重庆交心

二００八年七月

目录

前言 (2)

实验一土工参数测试综合试验 (3)

(一)、土样制备 (3)

(二)、含水量试验 (4)

(三)、密度试验 (5)

(四)、比重试验 (6)

(五)、固结试验 (7)

(六)、直接剪切试验 (9)

实验二颗粒分析试验 (12)

实验三液限和塑限试验 (14)

3.1搓条法及平衡锥法 (14)

3.2液限塑限联合测定法 (16)

实验四滲透试验 (18)

实验五载荷试验 (20)

实验六击实试验 (22)

实验七三轴试验 (23)

前言

本试验指导书适用于土木工程、港口航道与海岸工程、水利水电等专业的本科生、研究生使用。

本试验是《土力学》课程的重要实践教学环节。该试验指导书包括以下内容：土工参数测试综合试验、颗粒分析试验、液限和塑限试验、滲透试验、击实试验、载荷试验、三轴试验等试验项目，通过上述试验可以让学生熟悉各种仪器设备在试验项目中的使用方法，锻炼学生的试验基本技能，掌握试验内容和试验的基本方法，培养学生的动手能力及综合分析问题和解决问题的能力，使学生知道为什么要做这些试验，试验参数在工程设计和施工中如何应用，为今后的实际工程设计、施工和研究工作奠定了坚实的基础。

本指导书主要依据中华人民共和国行业标准《公路土工试验规程》JTJ051-93和ＪＴＧＥ４０－２００７，中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021-2001、中华人民共和国行业标准《公路工程地质勘察规范》JTJ 064-98等国家和行业标准，并结合工程实践经验及教材特点编制而成。由于编者水平有限，若有不当之处，请批评指正。

《土力学与地基基础》实验指导书深圳大学建工学院土木工程系

一、颗粒分析试验

（筛分法）

（一）试验目的

测定干土各粒组占该土总质量的百分数，以便了解土粒的组成情况。供砂类土的分类、判断土的工程性质及建材选料之用。 （二）试验原理

土的颗粒组成在一定程度上反映了土的性质，工程上常依据颗粒组成对土进行分类，粗粒土主要是依据颗粒组成进行分类的，细粒土由于矿物成分、颗粒形状及胶体含量等因素，则不能单以颗粒组成进行分类，而要借助于塑性图或塑性指数进行分类。颗粒分析试验可分为筛析法和密度计法，对于粒径大于0.075mm 的土粒可用筛析法测定，而对于粒径小于0.075mm 的土粒则用密度计法来测定。筛析法是将土样通过各种不同孔径的筛子，并按筛子孔径的大小将颗粒加以分组，然后再称量并计算出各个粒组占总量的百分数。 （三）仪器设备

1．标准筛：孔径10、5、2、1.0、0.5、0.25、0.075mm ；（见附图1） 2．天平：称量1000g ，分度值0.1g ； 3．台称：称量5kg ，分度值1g ； 4．其它：毛刷、木碾等。 （四）操作步骤 1．备土：从大于粒径0.075mm 的风干松散的无粘性土中，用四分对角法取出代表性的试样。2．取土：取干砂500g 称量准确至0.2g 。

3．摇筛：将称好的试样倒入依次叠好的筛，然后按照顺时针或逆时针进行筛析。振摇时间一般为10～15分钟。

4．称量：逐级称取留在各筛上的质量。 （五）试验注意事项

1．将土样倒入依次叠好的筛子中进行筛析。

2．筛析法采用振筛机，在筛析过程中应能上下振动，水平转动。 3．称重后干砂总重精确至 2g 。 （六）计算及制图

土力学与地基基础实验报告

土力学与地基基础实验报告

二零年

目录

实验一实验二实验三实验四

土的密度试验土的含水量实验土的液、塑限实验土的直接剪切试验

班姓名实验日期日

实验一土的密度试验

一、实验目的

测定土样的密度，以了解土体的疏密状态。二、实验原理

密度是指土的单位体积质量，用ρ表示，ρ=三、实验仪器

环刀、天平、修土刀、钢丝锯、凡士林等。四、试验方法及步骤

实验的方法有环刀法、腊封法、灌水法、灌砂法，本实验采用环刀法。 1.将环刀内壁擦净，并涂抹一层凡士林，同时记下环刀号码。

2.取实验制备的土样，将环刀的刃口向下放在土面上，然后将环刀垂直下压，边压边切削，到土样上端伸出环刀为止，削去两端余土修平。

3.擦净环刀外壁，称出环刀加土的质量，准确到0.1g 五、实验记录及数据处理

密度试验记录表

m

，实验室常用g/cm3为单位。 v

六、误差分析及问题讨论

班姓名实验日期日

实验二土的含水量实验

一、实验目的

测定土的含水量，它是计算土的干密度、孔隙比、饱和度等的必要指标。二、实验原理

含水量是土的基本物理量指标之一，是指试样在105~110℃下烘干到恒量时所失去的水质量与干土质量的比值，用百分比表示。三、仪器设备（学生可根据需要自己选定）

烘箱、天平、干燥器、铝盒、削土刀和匙等。四、试验方法及步骤

含水量试验方法有烘干法、酒精燃烧法以及炒干法等。其中以烘干法为室内试验的标准方法，本次试验采用烘干法。

1.取具有代表性试样，放入铝盒内，称量湿土质量，精确到0.01g。

2.将盒置于烘箱内，在105~110℃的恒温下烘干，烘干时间对粘性土不得少于8小时，对沙土不得少于6小时，对含有机质超过5％的土，应将温度控制在65~70℃的恒温下烘干。

《土力学与地基基础》实验指导书

深圳大学建工学院土木工程系

一、颗粒分析试验

（筛分法）

（一）试验目的

测定干土各粒组占该土总质量的百分数，以便了解土粒的组成情况。供砂类土的分类、判断土的工程性质及建材选料之用。

（二）试验原理

土的颗粒组成在一定程度上反映了土的性质，工程上常依据颗粒组成对土进行分类，粗粒土主要是依据颗粒组成进行分类的，细粒土由于矿物成分、颗粒形状及胶体含量等因素，则不能单以颗粒组成进行分类，而要借助于塑性图或塑性指数进行分类。颗粒分析试验可分

为筛析法和密度计法，对于粒径大于0.075mm的土粒可用筛析法测定，而对于粒径小于

0.075mm的土粒则用密度计法来测定。筛析法是将土样通过各种不同孔径的筛子，并按筛子孔径的大小将颗粒加以分组，然后再称量并计算出各个粒组占总量的百分数。

（三）仪器设备

1 标准筛：孔径10、5、2、1.0、0.5、0.25、0.075mm；（见附图1）

2. 天平：称量1000g，分度值0.1g;

3•台称：称量5kg，分度值1g;

4.其它：毛刷、木碾等。

（四）操作步骤

1. 备土：从大于粒径0.075mm的风干松散的无粘性土中，用四分对角法取出代表性的试样。

2. 取土：取干砂500g称量准确至0.2g。

3. 摇筛：将称好的试样倒入依次叠好的筛，然后按照顺时针或逆时针进行筛析。振摇时间一般为10〜15分钟。

4. 称量：逐级称取留在各筛上的质量。

（五）试验注意事项

1•将土样倒入依次叠好的筛子中进行筛析。

2. 筛析法采用振筛机，在筛析过程中应能上下振动，水平转动。

3•称重后干砂总重精确至2g。

第6章

土的抗剪强度

6.1 学习要求

学习要点：掌握库伦定律及强度理论；掌握抗剪强度的测定方法。了解饱和粘性土的抗剪强度及应力路径。

重点和难点：土的抗剪强度指标的测定，土的强度理论。

6.2 学习要点

1. 土的抗剪强度理论

★库伦公式

土的抗剪强度表达式(库伦公式)为：

无黏性土 ϕστtan f = (6-1) 黏性土 ϕστtan f +=c (6-2) 式中 f τ——土的抗剪强度(kPa) ;

σ——剪切滑动面上的法向总应力(kPa)；

c ——土的黏聚力(kPa) ;

ϕ——土的内摩擦角(°

)。 c 、ϕ统称为土的抗剪强度指标(参数)。在στ-f 坐标中(图6-1)，库伦公式为一条直线，称为抗剪强度包线。ϕ为直线与水平

土力学与地基基础学习与考试指导

·2· 轴的夹角，c 为直线在纵轴上的截距。

土的抗剪强度不仅与土的性质有关，还与试验时的排水条件、剪切速率、应力状态和应力历史等许多因素有关，其中最重要的是试验时的排水条件。

★抗剪强度的总应力法和有效应力法

根据太沙基的有效应力概念，土体内的剪应力只能由土的骨架承担，因此，土的抗剪强度f τ应表示为剪切破坏面上的法向有效应力σ'的函数，即

ϕσϕστ'-+'=''+'=tan )(tan f u c c

(6-3) 式中 c '、ϕ'——分别为有效黏聚力和有效内摩擦角，统称为有

效应力强度指标，对无性土，c '=0;

σ'——剪切滑动面上的法向有效应力;

u ——孔隙水压力。

因此，土的抗剪强度有两种表达方法，一种是以总应力σ表示剪切破坏面上的法向应力，其抗剪强度表达式为式(6-1)和式(6-2)，称为抗剪强度总应力法，相应的c 、ϕ称为总应力强度指标(参数)；另一种则以有效应力σ'表示剪切破坏面上的法向应力，其表达式为式(6-3)，称为抗剪强度有效应力法， c '、ϕ'称为有效应

《土力学》实验指导书

王保林编

土木建筑学院实验中心

2013年9日

前言

《土力学》是土木工程和交通工程（道路与桥梁方向）专业的一门重要的专业基础课。土力学实验是土力学课程教学的重要组成部分。

土力学实验主要是测定土的物理力学性质指标，为土木工程的设计、施工提供必要的测试数据和资料。掌握土力学实验技术，不但对于巩固课堂所学理论知识、增强对土的工程性质的理解起重要作用，而且是学习土工实验方法和实验技能的主要途径。因此，要求学生必须认真对待每个实验，做好实验前预习。

土的物理力学性质指标很多，实验项目也很多。根据课程教学大纲要求，结合我院实验条件，本实验指导书仅列出土木工程和交通工程（道路与桥梁方向）专业的五个基本教学实验（有些实验可合并为综合试验）。每个实验的方法和标准主要是根据《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）结合教学要求而编写的。同时也参考了一些其他行业规范的标准。

限于水平有限，不妥之处，请批评指正。

编者

2013年9月

目录

实验一含水率实验（烘干法）

实验二密度实验（环刀法）

实验三液限和塑限实验（液、塑限联合测定法）实验四直接剪切实验

实验五压缩实验

实验一、含水率实验（烘干法）

一、实验目的及用途

土的含水率表示土中含水的比例，为土体中水的质量与干土质量的比值，用百分数表示。

0100%1100%w

d d m m w m m ⎛⎫=

⨯=-⨯ ⎪⎝⎭

式中： w —— 含水率 (%)；

w m —— 土样中水的质量（g ） d m —— 土样中干土质量（g ）

0m —— 土样总质量（g ）

《土力学与地基基础》习题解答

学习项目1 土中应力计算

任务1.1 土中自重应力的计算

学习评价

（1）土中自重应力计算的假定是什么？

【答】计算土中自重应力时，假定土体为半无限体，即土体的表面尺寸和深度都是无限大，土体自重应力作用下的地基为均质的线性变形的半无限体，即任何一个竖直平面均可视为半无限体对称面。这样，在任意竖直平面上，土的自重都不会产生剪应力，只有正应力存在。因此，在均匀土体中，土中某点的自重应力将只与该点的深度有关。

（2）地基中自重应力的分布有什么特点？

【答】自重应力在等重度的土中随深度呈直线分布，自重应力分布线的斜率是土的重度；自重应力在不同重度的成层土中呈折线分布，折点在土层分界线和地下水位线处；自重应力随深度的增加而增大。

（3）图1-7所示为某地基剖面图各土层的重度及地下水位，计算土中的自重应力并绘制自重应力分布图。

γ = 18.5 kN/m 黏土γ = 18 kN/m γ = 20 kN/m sat 细砂

γ = 19 kN/m sat 黏土(按透水考虑)

γ = 195 kN/m sat 砂砾2m 1m 1m 3m 2m 地下水位3333

3

图1-7 某地基剖面图各土层的重度及地下水位

【解】 第二层为细砂，地下水位以上的细砂不受浮力作用，而地下水位以下的受到浮力作用，其有效重度为

333w sat 1

m /kN 19.10kN/m 81.9kN/m 20=-=-='γγγ 第三层黏土按透水考虑，故认为黏土层受到水的浮力作用，其有效重度为

333w sat 2

m /kN 19.9kN/m 81.9kN/m 19=-=-='γγγ 第四层为砂砾，受到浮力作用，其有效重度为