土力学总结

土力学总结（精选8篇）

土力学总结 篇1

土力学地基基础实验是课程教学的一个重要组成部分。参与实验的是05级建筑工程技术专业两个班的学生，其中一班34人，二班35人。根据实验室设备情况，将每个班分成四批次，每批学生8~9人，每一批次又分成4个小组，每小组2人协调配合操作共同完成实验。

本学期土力学实验出勤情况总体很好，能够按照实验课程时间的安排和实验大纲的要求进行实验。学生对实验的积极性比较高，对动手操作的实验课程比较感兴趣，能积极主动的参与到实验操作中来。甚至平时学习不太努力，学习成绩比较差的同学也能积极主动参加实验。

在刚开始的几个实验中，能明显看的出来学生动手能力不强。经了解很多同学在中学阶段很少参与亲自动手的实验，甚至有些学生在上大学前学习的时候实验课程就是看老师进行实验演示，从来没有参加过这样的动手实验，这也许是学生动手能力不太强的一个原因。在前几个实验中，明显感觉到学生操作动作比较生硬，动作过于谨慎，刚开始的实验虽然安排的是密度、含水量这些比较简单的实验，但实验过程还不够连贯，实验数据准确度不够。经过实验指导教师的鼓励、指导和演示，这一现象很快就有了较大变化，后面实验如压缩实验，剪切实验虽然复杂很多，但学生的操作明显比前面的实验要好。这基本达到我们本实验课程在一定程度上提高学生动手操作能力的目的。

通过实验后的抽问的情况来看，学生对土力学的基本概念有了更深的了解。同时也增加了学生对土力学基本理论学习的兴趣，反过来发现学生在学理论课时原来只是走马观花或死记硬背的概念和理论，他们能够自觉深入去理解。这也达到我们通过实验加深理论知识的学习的目的。通过实验还发现实验课程能增进师生交流的作用，由于实验每一批次学生人数比较少，提供了教师与学生面对面交流的更多机会，老师对学生有了更多的了解，学生和老师也建立了更密切的关系。在实验过程中充分发现学生的优点和进步，通过表扬和鼓励，在获得学生好感的同时，学生实验不但能更好地遵守纪律，不但实验进行的更加顺利，实验气氛也比较好。教师也更大一步获得学生的信任，师生之间也有了感情交流。通过实验发现学生在课余时间和老师见面时打招呼时明显热情多了，在密切了师生关系的同时，更进一步提高了学生对课程学习的兴趣。

从实验具体内容来看，在密度实验中，学生在预习是普遍不能很好理解凡士林作为润滑剂涂在环刀内壁的作用，应该在实验之前给予解释润滑剂保持切面土体更加完整，保持土体体积更加准确的作用。在含水量实验中学生觉得称量盒盖是多余的，结合实验应该讲解在野外取土时称量盒盖保持水分不流失得以准确称量的作用。在塑限实验中学生对土条粗细把握方面不太准确，在搓土条时用力把握的不是很好，容易形成空心搓，对裂纹具体是怎样一种情况作为判定标准也把握的不是很好，应该在实验过程中找一组做的好的样品给同学展示，让该实验有更具体的参照标准。在液限实验中落锥时锥尖的高度把握不太好，学生对加水的量没有认识，这个实验要经过多次反复调试才能达到实验要求，实验时间拉的比较长，结果准确度有较大偏差，学生在试了多次还不成功的情况下容易产生急噪心理，实验指导教师应该在实验过程中对加水量进行指导，同时在实验之前应该让学生有足够的心理准备，在锻炼学生耐心的同时，也可以提高实验数据能准确度。在压缩实验时，由于该实验时间比较长，在发生错误时要求学生重新做比困难，在实验之前就要求学生注意实验操作步骤；这个实验在百分表的安装，砝码的加装上面都有可能出现错误，在实验开始前要反复强调，同时在实验过程中要加强检查，有错误以便在早期加以更正，避免带来较长时间的返工。剪切实验中，应该强调推进手轮旋转的速度，避免剪切速度过快；学生在做实验过程中容易忘记拔出用于上下盒对齐的销钉，这样带来销钉剪弯甚至破坏剪切实验设备，在实验之前一定要重点强调。

土力学总结 篇2

土力学是一门实践性很强的学科, 研究对象为工程建设活动密切相关的土体, 被广泛应用于基础设计、挡土构筑物、土工建筑物、水工建筑物 (土石坝) 、边坡、基坑及隧道等设计中, 是土木工程的重要分枝, 有其固有的特点和规律。

土力学发展可分为三个阶段:18世纪中叶以前土力学发展以感性认识为主, 在此阶段涌现重要影响的建筑物。比如, 中国的万里长城、京杭大运河及大型宫殿等伟大建筑物;古埃及和巴比伦农田水利工程;古罗马的桥梁工程和腓尼基的海港工程等。第二阶段始于工业革命时期, 在此期间, 提出了至今仍在广泛应用的土力学理论。比如, 法国科学家库仑提出的土的抗剪强度理论和土压力理论;法国的Darcy提出的渗透定律;法国的布辛内斯克提出的半无限弹性体中应力分布的计算公式。通过工程实践的积累, 对土的强度、土的变形和土渗透性等课题做了初步的理论探讨。第三阶段始于20世纪初, 通过巨大工程的兴建、地基勘探、土工试验、监测及计算机技术的发展, 促使人们开展理论研究并系统地总结实验成果, 特别是太沙基提出的有效应力原理, 使土力学成为一门独立学科的重要标志。

由于越江跨海隧道、交通运输工程、城市建设和人类向地下空间发展的需要, 工程的规模越来越大, 所涉及的土力学问题也越来越复杂。19世纪是桥的世纪, 桥是现代人非常熟悉的建筑, 他在人们的交通道路中是必不可少的一项建筑。从19世纪开始, 中国开始有了桥, 这也为中国的交通带来了非常便利的交通条件。让中国人民告别了船只运输, 更多地方便大家的出行。同时桥的建立也是中国土工力学应用的一个突破;20世纪是高层建筑的世纪, 进入20世纪以来, 由于建筑面积的大片减少, 以及国家对于建筑面积的变革, 那么高层建筑出现在了开发商的眼界, 从此中国开启了高层建筑的年代。高层建筑的出现, 也促进了中国新兴城市出现的脚步, 使得中国的经济和国民的生活得到了进一步的提高, 为中国建设具有中国特色的新中国打下了坚实的基础。21世纪为了节约能源、保护环境, 人类必须大量利用地下空间, 21世纪对人类来说是地下空间的世纪。城市地下空间开发用于最多的莫过于地铁了。翻开巴黎、伦敦、纽约和日本东京、大阪等城市的地铁线路图, 密如蛛网。这些城市的地铁占城市交通总量的相当大份额, 四通八达, 方便快捷, 不仅大大减少了地面交通流量, 还在速度上占有绝对优势。我国城市地下空间利用近年来有了较大发展, 一些城市先后开建了地铁, 建设了地下商场、地下旅馆、地发电厂、地下娱乐设施等, 但与国际上发达国家相比, 还有一定差距。

土体不仅为一般材料, 更重要的是一种地质结构体, 它具有非均质、非连续、非线性及复杂的加卸载条件和边界条件, 这使得土力学问题通常无法用解析方法简单求解, 而拓宽专业口径成为教学改革的一大趋势, 学生在校期间不断增加基础课程的教学内容, 以扩大知识面, 这使得用于专业课程教学的学时越来越少。土力学课程具有涉及学科内容广、经验公式多、试验内容多且操作复杂等特点, 再加上近年来新技术、新理论、新工程问题不断涌现, 造成教学学时少与教学内容广泛之间的矛盾。

二、土力学学科特点

“从实践中来, 到实践中去”, 是实用性很强的土力学的发展的必由之路。

1.随着对土物理力学特性认识的深入及工程经验积累, 许多问题已不能借助于经典土力学理论或弹塑性本构理论来解决, 人们开始从细观结构上对土的工程特性进行研究。

2.基于土的三相性、非均匀性及各向异性, 尝试利用随机理论对土的同城特性进行研究。

3.随着计算理论与信息技术的发展, 复杂大型工程可通过数值仿真计算方法, 预测将来发展趋势。

4.随着观测数据的积累, 工程与科研界开始注意到室内土样试验的结果往往与实际情况相差较大, 因此, 现场试验/原位试验正成为土力学的一个重要组成部分;另外, 离心模型试验正在逐步成长为土力学的一个重要分支。

5.“边设计———边观测”是Terzaghi和Peck提出的一种研究方法, 当今可将其称之为信息化施工, 随着观测手段与计算设备进步, 信息化施工必将成为土力学的一个重要授课内容。

6.基础理论、试验与测试、工程应用及仿真分析实际上互为补充, 而现在很多教材将这些内容条块分割, 没有将理论和实践应用把这三部分内容串联起来, 仅仅是为编书而编书, 造成任课教师授课难, 学生学习枯燥, 学习效果差。

7.教学内容更新滞后、实践教学环节不受重视、课程内容偏于陈旧。近年来, 新科技、新理论、测试技术与数值模拟计算等发展迅速, 而这些新变化并未在教学中出现, 教学内容更新程度远落后于本学科发展。

三、土力学教学改革方向漫谈

针对新形势, 土力学教学改革过程中, 可重点在以下三个方面加强研究:

1.充实试验教学内容。土力学是实践性很强的学科, 要求学生对能够通过观察、测试、分析等方法对岩石工程问题有一个感性认识, 通过积累最后形成土力学存在工程问题的基本概念。在基本概念掌握的基础上, 介绍土力学新的测试技术与监测技术, 比如微震技术、离心模型试验等。这促使使学生能够从微观角度理解岩土工程问题发生的本质。

2.拓宽理论知识。比如, 21世纪初期, CAD辅助制图在我国大学生当中还未普及, 能够熟练掌握这一方法学生可为凤毛麟角, 但是, 今天甚至刚刚进入大学求学的大学生都可以熟练运用CAD进行各种建筑设计, 由此可见, 技术进步对课堂教学影响。当前, 数值计算已广为应用于岩土工程稳定及变形分析中, 不仅是大工程项目, 甚至“小”项目开始引入数值计算。因此, 土力学的教学内容对这一新形势应有所体现, 从而使大学本科毕业生, 在将来工作、研究过程中具有较强的竞争力。

3.加强理论与实际联系。土力学主要是面向工程建设的, 随着我国基础设施建设规模不断增大, 各类工程中遇到了许多亟待解决的新问题, 特别是随着人们对于环境、生态和资源的认识及重视, 各种土力学新知识、新技术、新工艺在工程建设中得到了大量应用。例如:湿陷性黄土地区工程建设、南水北调、地铁施工过程中土力学问题等。这要求大学应加强与企事业单位或社会团体的合作, 增强学生对土力学知识在解决实际工程问题中作用的认识。

可见, 土力学的教学改革是我们必须要做的项目。由于目前各个学校的教学条件参差不齐, 所以个人认为在学校能力范围的基础上, 对于教学进行改革。我们能力范围内的, 拓宽学生的理论知识, 让学生能够更多方面地去了解本专业的内容, 以便将来在就业时能够更从容地解决一些偏难问题, 其二, 增加学生学习的机会, 与各建筑工地相联系, 让学生工学结合, 在实践中掌握知识, 理解知识内涵, 为国家的进一步建设培养出更能适合目前国家需要的实用性人才。

摘要：土力学是一本实践性很强的学科, 是土木工程的重要分支, 有其固有的特点和规律。分析了土力学教学过程中基础理论、试验与测试、工程应用及仿真分析内容条块分割, 教学内容的更新滞后、实践教学环节不受重视、课程内容偏于陈旧等问题;根据土力学的相关特点指出为了培养合格土木工程师, 在今后土力学教学过程中, 应充实试验教学内容、扩宽理论知识及加强理论与实际联系。

关键词：土力学,教学改革,试验研究,课堂教学

参考文献

[1]周东, 王业田.土力学地基基础课程建设[J].广西大学学报:自然科学版, 2004, (增刊) :168-171.

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[3]傅鹤林.计算机技术在土力学与基础工程教学中应用探讨[J].高等建筑教育, 2002, (1) :29-30.

[4]赖铮.课堂教学三要:行家、专家和当家[J].高等工程教育研究, 2006, (2) .

[5]张建龙.《地基及基础》课程的教学改革与实验[J].高等工程教育研究, 1997, (1) .

[6]王伟, 杨尧志.论《土力学基础工程》教学与培养创新人才[J].山西省教育学院学报, 2001, (1) .

[7]刘之葵, 周单.土木工程专业土力学与地基基础课程教学实践与体会[J].高校论坛, 2004, (3) :32-36.

[8]张建龙.地基及基础课程的教学改革与实验[J].高等工程教育研究, 1997, (1) :79-85.

《高等土力学》启发式教学探讨 篇3

关键词：高等土力学 启发式教学 地基承载力

一、引言

近年来，随着我国教育体制改革的不断深入和各高校硕士生的不断扩招，在校硕士研究生的数量不断增加。2000年我国研究生招生数量为？2012年我国研究生招生数量为？同本科生教育一样，硕士研究生教育也开始向大众化方向发展。随之而来的是，硕士研究生毕业后的就业单位也發生了很大的改变，毕业后能留在高校任教并从事科研的学生减少。同时科研单位也因体制改革，使得许多科研人员开始被迫从事工程项目的实践活动。其中有一部分毕业生直接到了生产第一线，另外还有一部分继续深造攻读博士学位。因此在进行硕士研究生的培养时不能不考虑如下两个问题：1.如何定位硕士研究生未来的发展方向？2.社会对毕业硕士生有何要求？这是新形势下进行研究生教学必须要考虑的问题。目前，从国家层面可将硕士研究生分为学术型和专业型两类，这种方法对于定位研究生的发展方向并予以培养具有重要的指导意义。然而，目前研究生的培养还尚未达到预期目标，从教学模式上进一步探讨上述问题具有重要意义。

高速发展的现代社会需要具有创新能力的人才，而不是“死读书、读死书”的“书呆子”。适合现代社会需要的创新型人才具有发现问题的能力、解决问题的能力和完备的表达能力。发现问题的能力指从自己所从事的工作中发现不足之处，如某种技术工作精度不高，或者还有其他可以改良该技术的方法，等等。解决问题的能力包括自学新知识、查阅资料、设计实验、建立物理或数学或数值模型，并进行求解的能力。表达能力是将上述研究过程准确地进行书面和口头表达的能力。

二、高等土力学的特点

《高等土力学》作为矿业工程、土木工程、水利工程、道路与铁道工程、地下工程、环境岩土工程等众多专业的基础课程，不仅与工程实践紧密相连，而且还具有很强的区域性。比如，我国幅员辽阔，土质具有十分明显的区域性特征，各类特殊土对工程影响广泛，有时会出现很多问题。如软土地基沉降和地基承载力不足问题，湿陷性黄土遇水的超限沉降问题，膨胀土的遇水膨胀和力学特性劣化等问题。又如岩石的非均质、非连续、各项异性、非线性等特征对岩石工程破坏的影响，等等。若硕士研究生拘泥于个别书本理论，只了解一些表面现象而认识不到岩土工程材料的特殊性，就会影响其毕业后所从事的工程设计和工程施工能力，导致无法体现出其所受到的高于本科生的科学研究训练优势。因此，采用启发式教学方法，培养学生的创新精神、应用能力和自学能力，具有重要的意义。

三、启发式教学模式

为培养创新型人才，讲授《高等土力学》不仅应讲授基本的理论框架体系，还应结合教师自身的现场工程经验，结合国内外最新的科研和应用技术成果。为此，我们制定了启发式教学流程。

首先我们为学生分析了近年来毕业生的去向以及社会对毕业生应具备的基本技术素质的要求。硕士毕业生除了能解决常规的技术问题以外，还应能够发现常规工作中的不足，并能用新的方法去完善和改良这些不足。同时还应具有较好的表达能力，以便让上司和业主接受自己的观点。教师要将关于土力学方面的权威学术期刊介绍给学生，这样可以引导学生学会查询资料和分析文献。

以地基承载力内容作为实例，启发式教学模式的基本流程为：

（一）地基承载力的工程背景。从我们身边出发，从学生宿舍、教学楼、图书馆等周围建筑物出发，可引出这些建筑物设计施工中的地基基础问题。如地质勘查工作、勘查点位布设、地基土层成层分布的特点、地基土物理力学性质的非均质和各向异性特征、地基持力层的选定方法、基础形式选择方法、基础底面尺寸确定方法、基础高度确定方法和基础底板配筋等，介绍国际著名建筑物如比萨斜塔等的地基承载能力及地基沉降计算和监测问题。

（二）从理论上总结地基承载力的力学实质，介绍不同年代学者对地基承载力问题的研究，介绍因实际工程需要对地基承载力理论解的各种修正。

（三）结合理论研究成果，从试验方法、工程经验多个角度阐述地基承载力问题的目前研究水平，从工程实践中进一步凝练相应的前沿科学问题，如土的非均质和地基破坏的概率问题、随机有限元方法中的参数随机赋值问题、极限塑性理论方法中的问题、多种荷载（弯矩、剪力、轴力）联合作用下的地基承载力及地基承载力包络面问题，以激发学生的学习兴趣，引导学生在某一或若干问题上进行深入探究。

（四）为学生解决相关课题提供指导，包括该领域研究的主要国内外学术期刊、代表性论著、主要研究机构、代表性研究人员、研究现状调研方法、课题解决的基本思路等。结合个性化的教育教学，指导学生采取理论分析、实验研究和计算等方式解决相关课题，提高学生的创新能力、动手能力和解决问题的能力。

（五）组织专题学术讨论会，引导学生发言，培养学生的口头表达能力，活跃学生气氛，撰写研究报告，培养学生的书面写作能力。

四、结语

以河北科技大学土木工程专业2011级土木工程专业硕士研究生为对象，采用上述方法进行教学，并对教学结果进行调查，结果表明该教学方法达到了如下目标：

（一）加深了学生对课程理论知识的理解。

（二）培养了学生的课程学习兴趣和工程意识。

（三）培养了学生解决岩土工程问题的思路，锻炼了表达和写作能力。

参考文献：

龚晓南.21世纪岩土工程发展展望[J].岩土工程学报，2000（2）.

基金项目：河北科技大学研究生学院教研课题，河北科技大学理工学院教研课题

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土力学总结 篇4

第一节 土的压缩性 压缩性

概念：土在压力作用下体积减小的特性叫做压缩性 2 体积减小机理

土矿物颗粒的压缩；孔隙中水和空气的压缩；水和空气从孔隙中被挤出。土是压缩主要由于土中孔隙体积的减少，也就是说孔隙中一部分水和空气被挤出，封闭气体被压缩；同时，土颗粒相应发生移动，重新排列，靠拢挤紧。对饱和土来说，则其压缩主要是由于孔隙水的挤出。3 土的压缩表现 竖向变形和侧向变形

一 压缩试验 压缩曲线

室内侧限压缩仪（固结仪）渗透固结（主固结、固结）：孔隙水的排出需要经过一定的时间过程，这个时间过程叫做渗透固结。次固结（次压缩）：孔隙水停止排出后，土还继续随时间的发展而产生变形，这个时间过程叫做次固结。

室内侧限压缩实验不能完全符合土的实际工作情况，因为1取样，土受到扰动2尺寸小，代表性差3土样表面切削不平4土样环刀摩擦力和缝隙 2 压缩系数和压缩指数（2012重点）

1）压缩系数a：它表示单位压力变化引起的空隙比变化，即直线M1M2的斜率，负号表示土的空隙比随压力的增大而减小。公式，(附加：土的压缩系数是土在侧限条件下空隙比减小量与有效应力增量的比值，即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。)2）体积压缩系数mv（体积变形模量）（2012重点）：单位应力变化引起的土的单位体积变化。

3）压缩指数Cc：（附加：土体在侧限条件下空隙比减小量与有效应力常用对数值增量的比值，即e-logp曲线中某一压力段的直线斜率。）4）膨胀指数Ce 3 土的弹性变形和残余变形

1）弹性变形：土在压力除去以后可以恢复的那部分变形。2）残余变形：土在压力除去以后不能恢复的那部分变形。4 压缩模量（2012重点）

压缩模量Es：不仅反映土的弹性变形，而且同时反映土的残余变形，是一个随压力而变化的数值。它是指土在侧限压缩条件下，在受压方向上的应力与相应的应变之间的比值，公式 侧压力系数和泊松比

侧压力系数（静止土压力系数K0）：侧限压缩实验中，水平压力的增量对于竖向压力的增量的比值，公式

土的泊松比（侧膨胀系数）：土侧向应变与竖向应变的比值，它与土的侧压力系数有一定的关系。推导略。土的天然压密状态和前期固节压力

1）前期固结压力：该土层在地质历史上曾经受过的并已固结稳定的最大有效压力。前期固结压力——Pc；目前上覆土层的自重应力——P0。

2）超固结土：Pc大于P0，土层在其自然沉积过程中曾经在较大压力下压密稳定，但以后可能因为侵蚀或冲刷等原因而卸荷，致使残留下来的土所具有的密度超过了它在目前自重应力下所对应的密度，这种土就称为超固结土。

3）正常固结土：Pc等于P0，该土层在自然沉积过程中所发生的固结作用一直随着土层的不断沉积而相应发生，在固结过程中没用受过侵蚀或其他卸载作用。4）欠固结土：Pc小于P0，表明这土层因沉积历史短或由于湿度条件和盐类胶结作用等的影响，在土自重应力下还未完成其固结作用，这种土称为欠固结土。5）超固结比OCR（2010年概念）：Pc比P0的值；等于1，正常固结土；大于1，超固结土；小于1，欠固结土。

6）确定土的前期固结压力的方法：A.卡萨格兰地法

二 载荷试验 载荷试验 地基应力与应变关系 1）直线变形阶段 2）局部剪切阶段 3）完全破坏阶段 3 变形模量

1）土的变形模量E0：在单轴受力且无侧限条件下土的应力与应变之比。公式，2）土的压缩模量和变形模量二者的换算（2010年简述）4 弹性模量

1）弹性模量：从土的弹性或瞬时应变来看，法向应力与相应的土的弹性应变的比值叫做土的弹性模量。

2）由于土的弹性应变远远小于土的总应变，所以土的弹性模量远大于土的压缩模量或变形模量。3）土的弹性模量常用无侧限压缩实验和不排水剪切试验经过反复加荷卸荷求得。根据实验结果，以轴向应力为纵坐标，轴向应变为横坐标，求得通过原点的应力与应变的关系曲线，则原点切线的斜率就是土的弹性模量。思考题： 通过固结实验可以得到哪些土的压缩性指标？如何求得？

压缩系数（e-p）；压缩指数（e-logp）；压缩模量（e-p）；静止侧压力系数 2通过现场荷载实验可以得到哪些土力学性质指标？ 地基承载力；变形模量

第二节 基础最终沉降量的计算

最终沉降量：地基变形完全稳定时地基表面的最大竖向变形就是基础的最终沉降量。

瞬时沉降：荷载作用下由于土的畸变所引起，并在荷载作用后立即发生。

固结沉降：由于孔隙水排出而引起土体积的减小所造成，缓慢发生，占沉降量的主要部分。

次固结沉降：由于超静水压力消散后在恒值有效应力作用下土骨架的蠕变所致。

一 瞬时沉降量的计算 计算公式

1）均质地基：公式

2）成层地基：

最上面一层土的厚度大于荷载面积的尺寸时，瞬时表面位移按均质地基计算； 可压缩粘性土层下卧有刚性地层时，瞬时沉降量按上式计算，但系数Cd值改用； 当有限厚度的坚硬上层位于较厚的可压缩土层上时，乘以修正系数，公式 3）绝对刚性基础的倾斜 矩形基础；公式

圆型基础：公式

4）挖方的隆起 2 弹性参数的估计 3 塑性区开展的校正

二 固结沉降量的计算 分层总和法

1）假定；分层总和法的基本公式；

2）分层时厚度的选择： 《规范》推荐的沉降计算公式

1）沉降计算公式；

2）规范法计算基础最终沉降量的具体5步骤；

3）附加题目——地基平均应力系数：均从基底某点下至地基任意深度Z范围内的附加应力（分布图）面积A对基底附加应力与地基深度的乘积p0*Z之比值，公式： 根据前期固结压力计算固结沉降量 正常固结土的沉降计算； 超固结土的沉降计算； 欠固结土的沉降计算； 考虑侧向变形的固结沉降量的计算 5 相邻荷载对基础沉降的影响（2008年简述）

相邻基础荷载对地基变形的影响；大面积地面荷载对柱基内侧附加沉降的计算

三 砂性土地基的沉降计算 四 次固结沉降量的计算

附加——讨论基础最终沉降量的方法：弹性理论法、分层总和法、应力历史法、应力路径法和斯肯普顿——比伦法。5

第三节 基础沉降随时间变化的计算（固结理论）

一 饱和土的渗透固结——外荷作用下饱和土骨架和孔隙水的分担作用。

太沙基有效应力原理及其意义。（2009年概念、2011年简述）有效应力：土中任意截面上都包含有土粒截面积和土骨架孔隙截面积，如图。通过土粒接触点传递的粒间应力，称为土中有效应力，它是控制土的体积变形和强度两者变化的土中应力。孔隙应力：通过土中孔隙传递的应力称为孔隙应力，或孔隙压力。3 总应力：土中某点的有效应力和孔隙应力之和。有效应力原理：饱和土中任意点的总应力

总是等于有效应力加上孔隙水压力；或有效应力

总是等于总应力减去孔隙水压力。

二 单向渗透固结的微分方程式及其解答（太沙基单向固结理论）。适用条件：（2008简述）

荷载面积远大于可压缩土层的厚度，地基中孔隙水主要沿竖向渗流。2 基本假设（参考版）。（2008简述、2010简述）

1）土层是均质、各向同性和完全饱和的； 2）土粒和孔隙水都是不可压缩的；

3）土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的固结和土中水的渗流都是竖向的；

4）土中水的渗流服从达西定律；

5）在渗透固结中，土的渗透系数k和压缩系数a都是不变的常数； 6）外荷是一次骤然施加的，在固结过程中保持不变； 7）土体变形完全由土层中超孔隙水压力消散引起的。3 微分方程的建立。（2008年计算与论述）（2012年重点）

三 固结度。固结度（压密度）概念（2009年概念）：

固结度（附加版）是指地基土层在某一压力作用下，经历t时间所产生的固结变形量与最终固结变形量之比值，或土层中孔隙水压力的消散程度，亦称固结比，公式，平均固结度。

对于竖向排水情况，由于固结变形与有效应力成正比，所以某一时刻有效应力图面积和最终有效应力图面积之比值，成为竖向平均固结度。见图。公式，四 成层地基上建筑物基础沉降与时间关系的计算。五 基础沉降与时间关系的经验估算法。六 讨论。7

第四节 沉降计算中存在的问题

一 应力应变间的关系。

把地基假设成直线变形体，直接应用了弹性理论的解答。低压缩性土，荷载不大，基础底面平均压力不超过土的比例界限，应力应变成直线关系；荷载加大，不行了，高压缩性土也不成了。

二 土的压缩性指标的选定。

基础最终沉降量计算公式中可以看出：基础沉降计算的准确性与土的压缩性指标有着密切的关系，压缩性指标**。

三 地基变形计算的精确度问题

土力学课程简介 篇5

课程名称（中、英文）：土力学Soil Mechanics

课程号（代码）：30606430

课程类别：必修课

学时：64学分：4

先修课程：理论力学、材料力学、结构力学、弹性理论、工程地质及水文地质学、水力学等。简介：

《土力学》课程是土木、水利工程专业的一门专业基础课程。它以土为研究对象，研究土的基本物理性质以及土体受力后，其应力、变形、强度和稳定性的科学。本门课程的主要内容包括：土的物理性质、物理状态及工程分类；土体中的应力及有效应力原理；土的渗透性和渗透稳定问题；土的压缩性及地基变形计算；土的剪切特性及本构关系；填土的压实特性和力学性质；土压力的基本理论和计算方法；土坡的稳定性分析；地基承载力的确定和计算方法；土的动力性质；桩基础的设计计算；地基设计和地基处理简介。

《土力学》的研究对象复杂多变，研究内容和涉及的学科范围广泛，它以多种课程为先修课程，例如物理、化学、理论力学、材料力学、结构力学、弹性理论、工程地质及水文地质学、水力学等。土力学理论通常都应用一些土的物理力学指标和参数，这些参数的数值对于理论解答的影响往往大于理论本身的精确性，因此，必须对这些指标和参数有正确的理解和确定方法。土力学中的公式和计算方法，绝大多数都是半理论和半经验的混合产物，是一门实践性很强的科学，做到理论和实践相结合是学好土力学的关键。

教材：

杨进良主编．土力学（第二版）．北京：中国水利水电出版社，2000．

主要参考资料：

1.龚晓南主编．土力学．北京：中国建筑工业出版社，2002.6．

土力学与工程地质简答题 篇6

判断砂土松密程度有几种方法？

答：（1）孔隙比e（2）相对密实度Dr（3）标准贯入锤击数N2、影响边坡稳定的因素有哪些？

答：（1）土坡所处的地质地形条件；（2）组成土坡的土的物理力学性质；（3）土坡土体的润滑和膨胀作用；（4）振动液化作用；（5）土坡下部开挖造成的平衡失调和坡顶堆放何载等人为因素。

3、什么是风化作用？对岩石有什么影响？为什么要将岩体按风化程度分级？

答：地表或接近地表的岩石在大气、水和生物活动等因素的影响下，使岩石遭受物理的和化学的变化，称为风化，引起岩石这种变化的作用，称风化作用，能使岩石成分发生变化，使坚硬的岩石变脆，产生裂隙等。为了说明岩体的风化程度及其变化规律，正确评价风化岩石对水利工程建设的影响，必须将岩体按风化程度分级。

4、地基处理的目的是什么？

答：提高地基的强度，保证地基的稳定，降低压缩性，减少基础的沉降或不均匀沉降。

5、减轻不均匀沉降的危害应采取哪些措施？

答：（1）建筑措施（2）结构措施（3）施工措施

6、什么是地基承载力？由于承载力不足而使地基遭受破坏的形式有哪几种？

答：是指地基受荷后塑性区限制在一定范围内，保证不产生剪切破坏而丧失稳定，且地基变形不超过容许值时的承载力。地基破坏的形式主要有三种：整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲切破坏。

7、确定地基承载力有哪些方法？

答：（1）根据《规范》表格确定；（2）按静载荷试验方法确定；（3）根据土的强度理论计算确定；（4）根据邻近条件相似的建筑物经验确定。

8、库区的工程地质问题有哪些？对水库有什么影响？

答：库区的工程地质问题有库区渗漏、，包括暂时性和永久性的渗漏、水库浸没的问题；一般发生在山间谷地和山前平原中的水库；水库塌岸问题，一般在平原水库比较严重；水库淤积问题，会减少水库库容，缩短水库寿命。

9、什么是土的自重应力？地下水位下降对地基土有何影响？

答：土的自重应力是指土体由自身重力作用所产生的应力。地下水位下降会引起土的自重应力的增加，会加大地基土的沉降量。

10.影响土压力的因素有哪些？

答：（1）挡土墙的位移方向和位移量（2）挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构形式（3）墙后填土的性质

11、土的物理指标哪些是直接测定的？答：（1）密度；（2）含水量；（3）相对密度。

12、地基分为哪两类？答：（1）天然地基；（2）人工地基。

13、土体压缩体积减小的原因有哪些？

答：（1）土颗粒重新排列；（2）孔隙减小；（3）水和气体被挤出。

14、土的抗剪强度的构成有哪两个方面？答：（1）内摩擦力；（2）粘聚力。

15、根据挡土墙的移动情况，土压力分为那些类型？

答：（1）静止土压力；（2）主动土压力；（3）被动土压力。

17、建筑物地基基础设计满足哪两个条件？答：（1）强度；（2）变形(或稳定)。

18、土的颗粒级配试验有哪两种？答：（1）筛分法；（2）密度计法。

土力学总结 篇7

笔者在2014年, 由文献[3-12]总结, 初步建立“非饱和土有效应力的大气张力公式与新概念土力学”的构架[2]。要点有, 应该用有效应力的概念代替经典有效应力原理, 即有效应力是土体中提供抗剪强度的点的集合所对应的应力;非饱和土有五相;自由水和孔隙气具有等效压缩刚度 (等效压缩模量和等效压缩系数) ;有效应力的实质是自由水和孔隙气没有抗剪能力;大气张力抗拉强度, 揭示了非饱和土的“吸力”之谜;大气张力库仑抗剪强度, 展示了经典凝聚力的全貌;应该用绝对压强论述土力学[2]。

该文将在文献[2-12]的基础上, 用上述土力学的新概念揭开非饱和土力学之谜。

1 有效应力的新概念与抗剪极限状态的大气张力公式

1.1 抗剪极限状态的非饱和土有效应力的大气张力公式

笔者指出, 图1是非饱和土的中间带的角部孔隙水的3种情况[2]。由角部向外, 见图1 (a) , 粘土之间:结合水膜-角部毛细水-表面张力收缩膜-孔隙气。没有自由水时, 结合水膜-表面张力收缩膜-孔隙气 (未画图) 。

见图1 (b) , 砂类土之间:角部毛细水-表面张力收缩膜-孔隙气。

见图1 (c) , 砂类土与粘土之间: (砂) 粉土颗粒与粘土颗粒结合水膜间被自由水隔开-角部毛细水-表面张力收缩膜-孔隙气。

还提出抗剪极限状态非饱和土的有效应力的大气张力公式[10]

其中, σ为总应力, σs′为颗粒接触有效应力, σc′为结合水膜有效应力 (结合水膜项还包括由碳酸盐、石膏及包围在颗粒外部的盐类薄膜[3]) , σF为表面张力垂直分量贡献有效应力, X为饱和度系数, Bu为非饱和土的自由水通道率, Uwa为计算点处绝对压强下的自由水压力, 作用在同一平面的自由水上, 按重力水、毛细水、角部毛细水的区别有不同的计算式[4], Ua为计算点处 (绝对) 孔隙气压力, 作用在同一平面的孔隙气上。

1.2 有效应力的新概念与问题解答

对于式 (1) , 问题1:σc′为什么是有效应力之一, 为什么要从孔隙水压力中分出来?问题2:σF远离颗粒接触点, 为什么也是有效应力之一?

笔者提出了“有效应力是土体中提供抗剪强度的点的集合所对应的应力”的新概念[9], 可以解答上述问题:在抗剪极限状态, 绝对自由水压力Uwa和绝对孔隙气Ua作用处不提供抗剪强度, 而颗粒接触点的σs′是法向压力, 其作用处切向提供由滑动摩擦和咬合摩擦产生的抗剪强度, 膜的σc′和σF是法向拉力, 其作用处切向直接提供真凝聚力, 所以σs′-σc′-σF就是有效应力[10]。由式 (1) 得非饱和土的有效应力

1.3 绝对压强与“负的”孔隙水压力Uwa

见式 (1) 的Uwa, 称为计算点处绝对压强下的自由水压力, 按经典非饱和土力学, 常称为“负的”孔隙水压力, 在这里还是“负的”吗?不是。

见文献[13]的第83-87页, 对于将玻璃管插入水槽时, 玻璃管内的毛细水柱:“在绝对压强下, 再没有负孔隙水压力之说。毛细水柱在上升过程中始终作用着正的压力。其上升的原因是由于表面张力的存在, 使下表面的压力>上表面的压力加上毛细水柱的重力, 总的合力向上[13]。”见图1, 同样可以说, 角部毛细水:“在绝对压强下, 再没有负自由水压力之说。角部毛细水上始终作用着正的压力。但由于收缩膜的表面张力的存在, 角部毛细水压力总是小于土中孔隙气压力。”

这里应该注意, 角部孔隙水还包括结合水膜和表面张力收缩膜, 在抗剪极限状态, 他们传递拉力, 是真的“负的”孔隙水压力。

2 大气张力抗拉强度, 揭开了非饱和土的“吸力”之谜

2.1 有趣的挂衣钩问题

见百度作业帮:有一种用塑料或橡皮制造的挂衣钩, 中间是一个空的“皮碗”, 可以把它按在光滑的墙或玻璃上, 在钩上再挂上几件衣服也不会掉下来, 这是因为:

A.墙对它有吸力B.玻璃对它有吸力C.衣钉对墙或玻璃有附着力D.大气压的作用

答案是D。这是由于按下“皮碗”, “皮碗”与墙或玻璃之间的空气被排出, 内部没有压力, 而“皮碗”外面被大气压强压住, 外部压力大于于内部压力, 所以“皮碗”紧贴着墙或玻璃不会掉下来。所以, 通常说“皮碗”被墙或玻璃吸住了, 是上了大气压强的当。

2.2 大气张力抗拉强度与“吸力”之谜

笔者提出, 忽略土自重, 对应直接抗拉强度试验的大气张力抗拉强度[5]

σs′为颗粒摩擦或咬合抗拉强度。按最不利, 优先在颗粒最小摩擦或咬合的位置破坏, 所以该项可以忽略不计。σc′为结合水膜抗拉强度, σF为表面张力收缩膜抗拉强度, {Pa-[BuUwa+ (1-X) Ua]}为水气不抵大气压强抗拉强度:是土体中自由水、孔隙气的浮力 (绝对压力) 不能全部抵消地面大气压力所导致的抗拉强度。

由式 (3) 和图1, 非饱和土的“吸力”是显而易见的, 共有4项:第一项σs′颗粒摩擦或咬合抗拉强度是摩擦力, 第二项结合水膜抗拉强度σc′, 主要是粘粒电场中的极性水分子的正极与负极或极性水分子的负极与阳离子相互吸引产生的吸引力;第三项表面张力收缩膜抗拉强度σF, 是由于水气交界面“张紧”的水分子之间相互吸引产生的吸引力;第四项是水气不抵大气压强抗拉强度{Pa-[BuUwa+ (1-X) Ua]}, 见图1, 直接抗拉强度试验的非饱和土样通常是角部孔隙水土样, 通常Ua等于大气压强, 由于表面张力的存在, Uwa小于大气压强, 且结合水膜和表面张力收缩膜占据了截面的部分面积, 所以通常地面大气压强Pa大于[BuUwa+ (1-X) Ua], 使土样压紧, 形成假的“吸力”。

简言之, 非饱和土的“吸力”有4项, 颗粒摩擦或咬合抗拉强度是摩擦力, 不是真正的“吸力”, 结合水膜和表面张力收缩膜抗拉强度是分子力, 是真正的吸引力;而水气不抵大气压强抗拉强度也不是真正的“吸力”, 是压力, 是土体中自由水、孔隙气的浮力 (绝对压力) 不能全部抵消地面 (或说土样外表面) 大气压力所导致的压紧土样的力。

2.3 为什么粉质粘土的抗拉强度 (“吸力”) 随含水量的减小而增大

表1为某原状黄土土样的物理力学性质, 骆亚生等[14]对其按一组不同含水量进行单轴拉伸试验, 得到结论:原状黄土的抗拉强度随含水量的增大而减小, 随含水量的减小而增大[14]。为什么?按上述非饱和土的后3项“吸力”回答如下:

随着含水量的减少, 第二项结合水膜吸引力加大:两个粘粒互相倾倒及靠近, 分子力的电场加强, 即强结合水接触区加大和接近。第三项表面张力收缩膜吸引力加大:越多的小粉粒处自由水由饱和变为不饱和, 增加了表面张力收缩膜的数量。第四项水气不抵大气压强抗拉强度 (假吸力) 加大:表面张力收缩膜的数量增加, 使角部毛细水的压力减少, 再加上强结合水膜的面积的增加, 使土体内部自由水和孔隙气的作用面积减少, 总的是土体中自由水、孔隙气的浮力抵消土样外表面大气压力的能力减弱。

应该注意的是, 粉质粘土的抗拉强度随含水量的减小而增大的现象并不是绝对的。事实上, 含水量减少到塑限, 粘粒之间的表面张力收缩膜会消失, 因为其仅存在强结合水;含水量减少到塑限以后, 强结合水膜会不断减少, 抗拉强度 (“吸力”) 减少, 直至土体开裂。

2.4 经典非饱和土力学的“吸力”之谜

张鹏程等[15]指出:基质吸力表示土壤吸水的趋势, 强调的是土颗粒与水之间的相互作用, 并非土颗粒间的相互作用, 与有效应力概念的本质不符, 是Bishop和Fredlund强度理论中分别存在着物理意义不明确参数x和φb的根本原因;广义吸力虽然考虑了结构吸力的作用, 但仍将基质吸力作为有效应力的一部分, 使原本“实用、简化”的目标更加复杂化;附加内压力将基质吸力以及表面张力的作用进行叠加, 存在力作用大小上的重复, 同时未考虑结构吸力的作用;张力吸力将表面张力沿两土颗粒连线方向的分量———张力吸力和基质吸力进行叠加, 一是仍将基质吸力作为有效应力的一部分, 二是同样未考虑结构吸力的作用;粒间吸力 (湿吸力和结构吸力) 考虑了因土体结构性引起的结构吸力作用, 同时也考虑了气液界面上收缩膜的效应———湿吸力的作用, 基于粒间吸力的非饱和土有效应力及强度理论不仅符合有效应力定义的本质, 而且合理地解释了非饱和土中诸如收缩膜张力的方向性、土中应力概念的平均性、土体物理本质的唯一性、随含水率变化的连续性以及对不同类型土的适应性等众多现象。因此, 从粒间吸力的角度出发来研究非饱和土的有效应力原理是正确、可行的[15]。

可见, 经典非饱和土力学的“吸力”, 有基质吸力、广义吸力、附加内压力、张力吸力、粒间吸力 (湿吸力和结构吸力) 等等。相比大气张力抗拉强度, 显得种类多而互相矛盾、本质不符、重复、缺项、甚至神秘。就拿粒间吸力与大气张力抗拉强度的4项相比较, 湿吸力就是表面张力收缩膜抗拉强度加上其效应, 结构吸力就是结合水膜加上颗粒摩擦或咬合抗拉强度, 少了一项水气不抵大气压强抗拉强度。这是由于经典非饱和土力学用相对压强, 而不是用绝对压强来研究土力学造成的。可以说, 经典非饱和土力学的不妥之一, 是上了大气压强的当, 没法弄清楚“吸力”的全部。还可以说, “吸力”是不齐全的有效应力。

3 大气张力库仑抗剪强度, 展示了经典凝聚力及抗剪强度的全貌

3.1 大气张力库仑抗剪强度

笔者提出, 对应直接剪切试验, 初始抗剪强度[5]

其中:C0为真凝聚力, 即结合水膜和表面张力收缩膜的凝聚力之和, Cσ0为初始摩擦抗剪强度, 来源于斜向结合水膜抗拉强度、水气不抵大气压强抗拉强度、斜向表面张力贡献抗拉强度产生的初始法向应力。进一步, 提出大气张力库仑抗剪强度公式[5]

其中, C为初始抗剪强度, 包括真凝聚力和初始摩擦抗剪强度, σ为法向应力, φ为内摩擦角。

那么, 大气张力库仑抗剪强度公式与库伦抗剪强度定律比较, 有什么不同呢?

答案是:经典凝聚力c变成了初始抗剪强度C, 包括2部分:

1) 真凝聚力C0为结合水膜和表面张力收缩膜直接提供的吸引力, 基本等同于c。

2) 初始摩擦抗剪强度Cσ0为结合水膜和表面张力收缩膜对土粒有捆绑作用, 水气不抵大气压强抗拉强度的存在, 都在土粒接触点处产生初始, 所以有初始摩擦抗剪强度。

3.2 大气张力库仑抗剪强度公式的Cm形式

笔者提出, 当求主动土压力时, 天然半无限土体处于抗剪极限强度状态的情况如图2所示, 其中, 膜指结合水膜加上表面张力收缩膜。定义膜的抗剪强度贡献[12]

膜对土粒有捆绑作用, 在土粒接触点处产生法向应力, 从而产生膜的摩擦抗剪强度贡献。图2中, σ1是天然土竖向有效应力σz、, σ3是相应的水平有效应力σx、。在实际工程中, 应根据具体试验得到的大气张力库仑抗剪强度, 先求出膜的抗剪强度贡献。例如, 采用普通三轴仪, 角部孔隙水土层, 应减去大气作用和相对自由水压力, 剩下的就是膜的贡献, 得:Cm=C-{Pa-[BuUwa+ (1-X) Ua]}tanφ, 而如果是饱和土层, 仅应减去大气作用, 得:Cm=C-{Pa-[BuUa+ (1-X) Ua]}tanφ。

求得Cm后, 由图2得, 大气张力库仑抗剪强度公式的Cm形式[12]为

见图2, σ与{Pa-[BuUwa+ (1-X) Ua]}+q+Σγjhj有关, 即与水气不抵大气压强自重应力和重力有关。

那么, 大气张力库伦抗剪强度, 与具体试验方法有关系吗?答案是有关系。参见文献[12]的表1, 当角部孔隙水土层, 做普通三轴仪剪切试验, 初始抗剪强度中C, 已经包括了结合水膜、表面张力收缩膜、水气不抵大气压强自重应力的因素, 所以求膜的抗剪强度贡献Cm, 就应该减去[BuUwa+ (1-X) Ua]tanφ。而如果是饱和土层, 取土后, 土样失去相对自由水压力, 土样饱和水上只有大气作用, 其余同角部孔隙水土层, 所以, 求Cm应该减去Pa-[BuUa+ (1-X) Ua]}tanφ。

还有, 大气张力郎肯土压力、大气张力库伦土压力、大气张力土坡稳定等等强度计算, 应该用什么抗剪强度公式?见图2, 很显然, 应该用大气张力库仑抗剪强度公式的Cm形式, 即式 (6) 。

3.3 非饱和土抗剪强度的全貌

天然非饱和土抗剪强度由什么构成?

见图2和式 (6) , 由大气张力库仑抗剪强度公式的Cm形式可知, 由4部分构成:

1) 膜的抗剪强度贡献Cm:膜指结合水膜和表面张力收缩膜, 首先, 膜直接提供凝聚力, 其次, 膜对土颗粒的捆绑作用, 在土粒接触点产生法向压力, 从而产生摩擦抗剪强度。

2) 水气不抵大气压强自重应力{Pa-[BuUwa+ (1-X) Ua]}的抗剪强度贡献:计算截面处的绝对自由水和孔隙气浮力, 不能完全抵消地面大气压力, 在土粒接触点产生法向压力, 从而产生摩擦抗剪强度。

3) 土自重应力 (Σrjhj) 的抗剪强度贡献:土自重应力 (包括土中水和气的重力) , 在土粒接触点产生法向压力, 从而产生摩擦抗剪强度。

4) 附加重力q的抗剪强度贡献:附加重力, 在土粒接触点产生法向压力, 从而产生摩擦抗剪强度。

3.4 种类繁多的经典非饱和土抗剪强度

张常光等[16]指出:1) 单从非饱和土抗剪强度来看, Bishop有效应力抗剪强度公式和Frediund双应力状态变量抗剪强度公式的差别仅在于分别采用了有效应力参数χ和角φb两种不同的参数形式, 但在力学意义上却有着本质的不同, 前者属于有效应力公式, 后者属于双应力状态变量公式。2) 将非饱和土抗剪强度公式分为结合土-水特征曲线、数学拟合、分段函数、总应力指标及其他形式5类, 由基质吸力产生的吸附强度表达式的不同, 导致了非饱和土抗剪强度公式的多样性, 这都是为了更好地表达非饱和土的强度非线性特征[16]。

简言之, 经典非饱和土抗剪强度公式, 是建立在经典非饱和土力学的“吸力”之上的。“吸力”本身种类多而互相矛盾、本质不符、重复、缺项、甚至神秘, 也就决定了其抗剪强度公式是种类繁多。而大气张力库仑抗剪强度公式的Cm形式与其相比, 唯一、真实、简洁、明确。

4 不要再用有效应力或吸力去主导非饱和土的压缩变形及固结

4.1 再论影响土的压缩变形的是总应力而不是仅取决于有效应力

笔者指出:土颗粒先柔后刚, 自由水先刚后柔, 对立统一构成饱和土总刚度, 渗流固结完成实现土体更密实的飞跃。孔隙气、自由水既然有刚度 (等效压缩模量及等效压缩系数) 就必然参与抵抗压缩变形。由于太沙基一维固结理论, 一开始就设定了-de/dσ′=ɑ, 即有效应力原理, 所以造成了用常规的总应力压缩系数α代替超自由水压力的等效压缩系数ɑw的错误[10]。还指出, 总应力压缩模量与渗流水等效压缩模量的曲线相似;有效应力压缩模量起加劲作用, 而不是起决定性作用。土的压缩变形计算中应用有效应力原理是错误的[17]。

4.2 经典非饱和土的压缩变形及固结计算, 一开始就有错

殷宗泽等[18]总结了非饱和土本构模型当前研究的新进展, 包括弹性模型、巴塞罗那模型的各种改进, 其它形式包含吸力的应力变量模型、膨胀土弹塑性模型、损伤力学模型、热力学模型、浸水变形计算模型等。应用非饱和土本构模型计算土体的应力和变形, 一个重要问题是确定吸力。吸力是变量之一, 不管用有效应力原理还是双应力变量方法, 都须知道吸力。吸力的确定有3种方法:实测、渗流计算、固结计算[18]。

经典非饱和土的压缩变形及固结计算, 一开始就有错。由于影响土的压缩变形的是总应力而不是仅取决于有效应力, 所以, 上述经典非饱和土的压缩变形模型, 如同太沙基一维固结理论一样, 一开始就应用经典有效应力原理, 或用吸力作为主要变量, 都是错误的。可以说, 经典土力学的开始常常是很不合理的。例如基质吸力Ua-Uw=2Ts/R, 来源于土壤学, 其原意是指土壤吸水的能力或趋势, 即基质势[16], 在图1中就是收缩膜的表面张力。用收缩膜来代替整个a-a截面上还有结合水膜、自由水、孔隙气的作用, 肯定是错误的。又例如, 见文献[19]的107-108页, 太沙基的一维渗流固结理论。一次加载开始的一瞬间, 水来不及排出 (压缩模量无穷大) , 附加应力全部由水承担;然后, 水不断排出 (压缩模量不断变小) , 土体不断压缩, 水承担的附加应力逐渐交给土骨架;最后, 孔隙水压力为零, 附加应力全部交给土骨架。但得出的结论却是土的压缩变形仅取决于有效应力[18]。先是饱和土渗流固结的主角是孔隙水, 但最后的结论渗流固结与孔隙水无关, 自相矛盾。

简言之, 经典非饱和土的压缩变形及固结计算, 一开始就有错。抛开简单的平衡方程, 通过繁琐的物理和数学手段, 进行求解。门槛似乎很高, 但未必能解决实际问题[3]。

4.3 应该用总应力模式分析土的压缩变形及固结

殷宗泽等[18]指出, 饱和土的变形主要受应力影响, 其本构关系是指应力-应变关系。非饱和土的变形除了受应力影响外, 还与土体中水分含量有关, 非饱和土的本构关系是指应力、水分与应变的关系[18]。既然主导土的压缩变形及固结的不是有效应力而是总应力, 所以, 饱和土的本构关系应该用总应力-总应变关系, 非饱和土的本构关系应该是指总应力、水分与总应变的关系。另外, 土的变形及固结常需要较长时间, 土力学问题经常是动态的, 所以, 本构关系经常还应包括时间因素。还有, 自然界的温度变化相差很大, 对土中水及空气的影响有时不可忽略, 本构关系有时还应包括温度因素。不管怎样, 总应力与总应变是常规试验容易实现的, 用总应力模式分析土的压缩变形及固结, 不仅纠正了原来的错误, 还将加快土力学研究的速度。

5 结论

该文用土力学的新概念解答了有效应力、吸力、经典凝聚力、抗剪强度、土的压缩变形及固结等等问题, 得到以下结论:

a.在抗剪极限状态, 由于颗粒接触点提供摩擦和咬合抗剪强度、结合水膜和表面张力收缩膜直接提供凝聚力, 所以其对应项是有效应力;而自由水和孔隙气没有抗剪强度, 所以其对应项不是有效应力。在绝对压强下, 再没有负的土中自由水压力之说, 但由于收缩膜的表面张力的存在, 土中自由水压力总是小于土中孔隙气压力。

b.非饱和土的“吸力”有4项, 颗粒摩擦或咬合抗拉强度是摩擦力, 不是真正的“吸力”, 结合水膜和表面张力收缩膜抗拉强度是真正的吸引力;而水气不抵大气压强抗拉强度也不是真正的“吸力”, 是土体中自由水、孔隙气的浮力 (绝对压力) 不能全部抵消地面 (或说土样外表面) 大气压力所导致的压紧土样的力。

c.经典凝聚力等价于初始抗剪强度, 包括2部分:真凝聚力———结合水膜和表面张力收缩膜直接提供的吸引力;初始摩擦抗剪强度———结合水膜和表面张力收缩膜对土粒有捆绑作用, 水气不抵大气压强抗拉强度的存在, 都在土粒接触点处产生初始法向应力, 从而产生初始摩擦抗剪强度。

d.天然非饱和土抗剪强度由4部分构成:膜、水气不抵大气压强自重应力、土自重应力、附加重力的抗剪强度贡献。

土力学总结 篇8

关键词：土力学与基础工程；考核机制；岩土结构设计；改革创新

中图分类号：G42 文献标识码：A

《土力学与基础工程》包括土力学与基础工程，是土木工程专业的一门主干课程。其涉及工程地质、流体力学、材料力学、弹塑性力学和工程施工等学科领域，内容广泛，综合性、理论性和实践性很强。高等学校开设此课程的目的是为土木工程专业的学生构筑工程基础理论框架，以提高分析与解决实际工程问题的能力。而本课程教学效果的优劣直接影响大学生理论素养与实践能力。因此，分析研究《土力学与基础工程》课程中存在的问题，探究课程的改革与建设的具体方法是专业基础课程建设的关键所在。本论文针对该课程在教学中出现的问题，结合专业特点，以分析解决实际工程问题为导向，改革教学内容，注重实践教学过程，提出创新性教学改革思路。

一、《土力学与基础工程》课程教学中存在的主要问题

（一）现有教学效果让学生对土的基本性质理解不够深入

土作为该课程的主要研究对象，其自身特性决定了力学性能的好坏而影响基础工程的稳定性与耐久性。由于学生缺乏对土基本构成的空间结构及时间演变的理解，教学过程中又以课本教条式讲解为主，土的宏观微观结构很难做到形象化、具体化。且土中水的存在状态仅从理论抽象层次讲解很难剖析清楚而让学生深刻理解，故学生在学习土中水分物理化学性质中存在很大疑惑。

除了教师板书授课外，网络教学手段也大范围应用到该课程的教学中，但是现有网络手段单一，大多由简要文字和静态图片组成，缺乏动态感。师生缺乏互动交流意识，学生感觉课堂教学枯燥，导致学习中缺乏积极性，从而课堂教学质量得不到保证。

（二）重视理论基础学习而轻视实践课教学环节

本课程是一门以实践应用学科，理论教学学时一般为64学时，而试验课学时只有8-12学时。教学过程主要以教师讲解为主，学生动手做试验时间非常有限，造成实践环节与理论学习脱节，进而造成教学效果差。

土力学中土的基本物理试验与力学试验较多，而且室内试验的首要条件是试样制做。土样的制作是一个相对漫长的过程，包括烘干、碾碎、过筛、搅拌、密封、压样等环节，而少学时的实践环节很难让学生系统学习制样过程。仅从教师讲解或课本学习去了解制样过程是完全掌握不了制样技能的，这也从一个侧面反应了该课程实践教学环节的尴尬情况。从本人所带该课程实践考核与理论考核两方面的成绩对比分析可以发现，理论环节的学习成绩明显好于实践环节。在实践考核中高于80分的人数远小于理论考核的人数（图1）。所以现有实践环节所占比例小反应出了学生动手能力差，试验分析报告质量低的问题。

（三）教学内容更新慢，缺乏针对性，不能适应专业人才的培养要求

近些年，我国在工程地质勘察，室内试验以及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料及工艺的研究和应用取得了重大进展。而教学课程内容的更新与学科的发展速度相比存在滞后性，现有课本的教学内容很难让学生了解到基础工程领域的新理论、新技术。还有大多教材编写注重理论，缺乏基础理论与工程实践的具体结合。诸如课本中工程实例大多都是几十年以前的工程基础事故或地基处理技术，故现有先进的处理方法或技术很难以具体工程呈现出来。

（四）学生成绩考核机制存在不合理性

学生最终成绩一般由期末成绩、平时成绩、实践成绩三项组成。对于期末考试中存在的问题是试题过于死板，没有一定比例的主观思考题。除了理论计算外，其余的都是客观简单题，答案就是课本中陈列的。这样不会激发学生思考问题的能力，过于教条。平时成绩由考勤和平时作业组成，而没有体现学生自主学习能力的考察的作业。

二、教学内容的整合

（一）理论教学内容

理论学习是该门课程的基础，但是内容众多让不同土木工程专业的学习缺乏针对性，故对知识结构体系部分应该整合为主要增加前沿性理论成果，针对具体专业方向有不同侧重点，减除陈旧、现代工程问题中很难出现的内容。故对现有内容进行调整，土的基本性质与工程分类该章不变。将土渗透、压密、固结、有效应力原理与抗剪强度整合为土的基本力学性质，将土的应力、土压力、变形计算内容统归纳为土的弹性本构，因为土应力与土压力均为应力问题，对于本科生教学，应力应变归属土的弹性本构范畴。将地基沉降、承载力与边坡稳定性分析合并为地基与边坡稳定性分析一章，浅基础设计作为一章，将桩基础与沉井基础合并为深基础一章，基坑工程与支护工程作为一章、区域性地基与地基处理合并为特殊土及地基处理一章。这样将原有内容从12章整合为9章。删减整合会使该课程的教学内容进一步系统化，讓学生更加易于理解和掌握。

（二）实践教学内容

目前实践教学内容主要体现在以室内试验为主，通过学生做实验的方式掌握土的相关力学性质。应在试验教学环节中加入工程背景介绍与讨论部分，让学生更加清楚试验内容可以分析哪些实际工程问题。讨论环节应着重分析力学参数变化的影响因素，以及通过室内试验如何更好的反应土的天然性质。

除了试验部分，教师可提供某个问题较为具体的研究内容，让学生参与讨论，培养其解决问题的能力，并鼓励学生通过自主试验的方式拓阔思维，提高实践能力。

三、教学手段的创新

（一）网络教学的灵活应用

随着我国土力学与基础工程的发展，课堂教学内容不断增加，非常有必要借助多媒体和网络改革传统的教学方法。网络的形象性、趣味性、直观性和广泛性等特点能够让学生更全面的了解土的相关特性。就工程应用来说，大量工程案例用图片或动画形式呈现在课堂上会让学生影响深刻，并能展现工程修筑或破坏的动态过程。

还有，对于土的渗透特性，口头讲解水分的流动状态很难让学生建立空间模型，但用flash制作动画，通过动画演示，水分在孔隙中怎么流动会非常形象地呈现在学生面前。乃至渗透破坏、土的固结等过程网络都能够帮助学生在感觉与思维之间建立其桥梁来实现他们从直接感觉到抽象思维的过度，不仅让教学内容呈现丰富多彩，还让学生兴趣倍增，教学效果大大提高。

（二）利用科研成果提高教学质量

作为高校教师，不仅要做好教学工作，还要做好科学研究。科研工作可以促进教学发展。笔者从事冻土工程研究，通过对土中水分相变过程研究，探究了土中水分冻结机理。可将此研究成果应用到土的三相组成中作为拓展内容，让学生对土中水的存在状态理解更为深刻。

图2为土中水分冻结研究。图2a是在降温环境中土中温度曲线，可以看出当土体温度达到零度时，水分不会冻结，只有达到结晶中心时才会形成冰核。此阶段为水分冷缩阶段（图2b）。当水分开始冻结时，先是重力水冻结，此时会发生大量冰水相变，温度主要集中在0—-4℃。其次为毛细水冻结主要发生在-4℃—-15℃温度阶段，毛细水含水量变化明显小于重力水含量变化。由于毛细水主要存在小孔隙中，而相比存在大孔隙中的重力水而言，本身含量要小很多。最后为弱结合水的冻结，主要发生在-15℃以下，该阶段含水量变化非常小。而强结合水的冻结现有降温设备很难实现，因为其性质非常稳定。

（三）注重学生思考问题及学习方法的培养

本教学课程除了传授学生专业基础知识以及试验操作技能，更重要的是要培养学生思考分析问题的方法，乃至解决问题的能力。教师主要作用就是引导学生多思考。例如“管涌现象”，结合实际工程，采用启发式的教学方法。引导学生思考什么类型的土会发生此现象，为什么？从管涌现象出发总结出其特点，然后针对土体自身特点进行分析，引出管涌易发生的土类及条件。

四、总结

土力学与基础工程的教学既离不开理论基础知识，也离不开工程实践。土力学基础理论的夯实可为工程问题提供数学模型，让问题简单化和清晰化，呈现出规律性。但是实际工程往往存在复杂性，理论模型往往不能够准确反应实际情况，故在教学过程中要注重工程实践环节。在该课程中适当加入工程实践活动或课外工程设计活动，开拓学生视野并为其提供创新平台。

在改革创新的新時代，教师作为教学的主体要提高自身素质，要具备系统的理论和实践素质，并能够将自身科研成果灵活运用到教学中，引发学生积极思考，提升创新意识，以培养出符合新时期国家需要的专业技术人才。

参考文献：

[1]赵明华.土力学与基础工程[M]. 武汉：武汉理工大学，2014.