内容简介

本书系统阐述了土力学的基本原理、土的基本特性和分析计算方法，结合长期教学与实践的研究成果，讲解了土力学在工程中的应用。

全书共8章，主要内容包括土的物理性质及工程分类，土中的应力计算，土中水的运动规律，土的压缩性与地基沉降计算，土的抗剪强度理论，土压力计算，土坡稳定分析和地基承载力。

  本书可作为普通高等院校土木工程专业的教材和其他专业报考土木工程专业硕士研究生人员的参考书，亦可作为土木工程勘察、设计、施工技术人员的参考书。

前    言

　　"土力学"是高等学校土木工程专业必修的一门专业基础课。本教材遵循中华人民共和国住房和城乡建设部高等学校土木工程学科专业指导委员会编制的《高等学校土木工程本科指导性专业规范》，并综合不同院校土木工程专业的土力学与基础工程教学大纲，在教学改革和实践的基础上编写而成。同时，根据新的专业目录要求对教学内容进行了拓宽，涉及与建筑工程、道路与桥梁工程、地下工程等有关的专业知识。

　　为了适应我国"卓越工程师教育培养计划"的实施以及土木工程专业应用型人才培养的需要，本书在编写中主要遵循以下原则。

　　(1) 强调基本概念、基本原理和计算方法。力图准确地阐述土力学的基本概念和基本原理，通过有针对性的例题，学生在理解基本原理的基础上掌握土力学的基本计算方法。

　　(2) 注重理论与实践的结合，通过对特定工程问题的分析，帮助学生理解公式推导中一些假设的工程实际意义，有助于培养学生分析与解决实际问题的能力。

　　(3) 反映我国土木工程国家标准及行业标准编制建设的最新成果。在涉及规范处，强调我国设计规范在基本原则和基本规定方面内容的变化及其与土力学基本原理的关系。

　　(4) 适当吸收国内外土力学比较成熟的新内容，注意反映土力学学科发展水平和新方向。

　　本教材内容可分为两大部分：第一部分(第1～5章)主要介绍了土的物理性质及分类、土中的应力计算、土中水的运动规律，土的压缩性与地基沉降计算及土的抗剪强度理论；第二部分(第6～8章)重点介绍了土力学的三大工程应用，即土压力理论、土坡稳定分析及地基承载力理论。

　　本书由河北工业大学刘熙媛和徐东强担任主编，负责大纲编写和统稿。各章编写人员及分工如下：河北工业大学刘熙媛编写绪论、第1章、第2章、第5章及第8章，河北工业大学徐东强编写第3章和第7章，河北工业大学韩红霞编写第4章和第6章。

　　本书在编写过程中引用了相关的国家及行业标准，参阅了一些院校优秀教材的内容及相关研究成果，在此向有关作者谨表谢意。

　　由于编者的知识水平和实践能力有限，书中疏漏之处在所难免，恳请读者批评指正。

　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　编  者  

 

目    录

 

绪论 1

0.1  土力学研究的意义 1

0.2  土力学的发展概况 2

0.3  土力学研究的内容和研究方法 3

0.4  土力学课程的特点及学习方法 3

第1章  土的物理性质及工程分类 5

1.1  土的生成 5

1.2  土的三相组成 6

1.2.1  土中固体颗粒 7

1.2.2  土中水 13

1.2.3  土中气体 14

1.3  土的三相比例指标 14

1.3.1  指标的定义 15

1.3.2  指标的换算 17

1.4  土的物理状态指标 21

1.4.1  无黏性土的密实度 21

1.4.2  黏性土的软硬状态 22

1.4.3  黏性土的灵敏度和触变性 25

1.4.4  黏性土的胀缩性、湿陷性

和冻胀性 26

1.5  土的结构与构造 29

1.5.1  土的结构 29

1.5.2  土的构造 31

1.6  土的工程分类 31

1.6.1  土的分类原则 31

1.6.2  土的分类标准 32

1.6.3  地基土的工程分类 34

1.7  土的压实性 37

1.7.1  土的压实原理 38

1.7.2  击实试验 38

1.7.3  影响击实效果的因素 39

1.7.4  压实特性在现场填土中的

应用 40

思考题 41

习题 41

第2章  土中的应力计算 43

2.1  概述 43

2.2  土中自重应力 45

2.2.1  均质土体中的自重应力 46

2.2.2  成层土体中的自重应力 46

2.2.3  土层中有地下水时的

自重应力 46

2.3  基础底面压力及其简化计算 49

2.3.1  基底压力的分布规律 49

2.3.2  基底压力的简化计算 51

2.3.3  基底附加压力 53

2.4  地基附加应力 53

2.4.1  竖向集中力作用下的地基

附加应力计算 54

2.4.2  局部荷载作用下的地基附加

应力计算 58

2.4.3  线荷载作用下的地基附加

应力计算 66

2.4.4  条形荷载作用下的地基附加

应力计算 67

2.4.5  非均质和各向异性地基中的

附加应力 72

2.4.6  荷载作用面积对地基土中附加

应力的影响 74

2.5  有效应力 75

2.5.1  有效应力原理 75

2.5.2  按有效应力原理计算土中的

自重应力 76

思考题 78

习题 78

第3章  土中水的运动规律 81

3.1  土的毛细性 81

3.1.1  土层中毛细水的分布 81

3.1.2  毛细水上升机理、上升高度

及上升速度 82

3.1.3  表面张力效应 84

3.1.4  土的毛细现象对工程的

影响 84

3.2  土的渗透性 85

3.2.1  渗流模型 85

3.2.2  土的层流渗透定律 86

3.2.3  土的渗透系数 89

3.2.4  成层土的等效渗透系数 92

3.2.5  影响土渗透性的因素 94

3.3  二维渗流与流网 95

3.3.1  二维渗流基本微分方程 95

3.3.2  二维稳定渗流问题的流网

解法 96

3.4  渗流力及渗流稳定分析 101

3.4.1  渗流力的计算公式 101

3.4.2  渗流力的作用特点及渗流稳定

分析 102

3.5  渗流情况下的孔隙水压力与有效

应力 104

3.5.1  饱和土体的有效应力原理 104

3.5.2  土中水渗流时(一维渗流)的

有效应力与孔隙水压力 105

思考题 107

习题 107

第4章  土的压缩性与地基沉降计算 109

4.1  概述 109

4.2  土的压缩性试验及压缩性指标 110

4.2.1  室内压缩试验 110

4.2.2  现场载荷试验 115

4.2.3  室内三轴压缩试验 119

4.3  地基最终沉降量的计算方法 120

4.3.1  单向分层总和法计算地基最终

沉降量 120

4.3.2  《建筑地基基础设计规范》

(GB 50007-2011)推荐的分层

总和法 125

4.3.3  考虑不同变形阶段的沉降计算

方法 131

4.3.4  考虑应力历史的影响用原位

压缩曲线计算地基最终

沉降 134

4.4  太沙基一维固结理论 139

4.4.1  饱和土的渗流固结模型 140

4.4.2  太沙基一维渗流固结理论 142

4.4.3  利用实际沉降观测曲线估算

地基最终沉降量的方法 150

思考题 153

习题 153

第5章  土的抗剪强度理论 155

5.1  概述 155

5.2  土的抗剪强度理论 156

5.2.1  库仑定律 156

5.2.2  莫尔-库仑抗剪强度理论 157

5.3  土的抗剪强度试验 160

5.3.1  直接剪切试验 161

5.3.2  三轴压缩试验 163

5.3.3  无侧限抗压强度试验 165

5.3.4  十字板剪切试验 166

5.3.5  抗剪强度的有效应力原理 168

5.3.6  土的抗剪强度指标的选择 168

5.4  三轴压缩试验中的孔隙压力系数 169

5.4.1  等向压缩应力状态--孔隙

压力系数B 170

5.4.2  偏差应力状态--孔隙压力

系数A 172

5.4.3  土的剪胀性 173

5.5  饱和黏性土的抗剪强度 175

5.5.1  不固结不排水剪(UU)试验 175

5.5.2  固结不排水剪(CU)试验 176

5.5.3  固结排水剪(CD)试验 178

5.6  应力路径在土的强度问题中的

应用 180

5.6.1  直剪试验的应力路径 181

5.6.2  三轴试验的应力路径 181

5.6.3  土木工程中的应力路径

问题 182

思考题 183

习题 184

第6章  土压力计算 185

6.1  概述 185

6.1.1  土压力的概念 185

6.1.2  挡土结构及其类型 185

6.1.3  土压力类型及关系 186

6.2  静止土压力计算 188

6.3  朗肯土压力理论 188

6.3.1  基本假设 188

6.3.2  基本原理 189

6.3.3  主动土压力计算 189

6.3.4  被动土压力计算 190

6.4  库仑土压力理论 192

6.4.1  基本假设 192

6.4.2  主动土压力计算 192

6.4.3  被动土压力计算 197

6.4.4  黏性土的库仑土压力 198

6.4.5  库尔曼图解法 200

6.5  几种常见情况的土压力计算 201

6.5.1  墙后填土表面有超载(朗肯

理论：墙背竖直和墙后填土

表面水平) 201

6.5.2  成层填土及墙后填土有

地下水 202

6.5.3  墙后填土表面有连续均布

荷载(库仑理论：墙背倾斜

和墙后填土表面倾斜) 203

6.5.4  异形挡土墙 205

6.6  关于土压力的讨论 207

6.6.1  朗肯和库仑理论比较 207

6.6.2  破裂面形状 208

6.6.3  土压力强度分布 209

思考题 209

习题 210

第7章  土坡稳定分析 211

7.1  概述 211

7.2  无黏性土土坡的稳定分析 212

7.2.1  一般情况下的无黏性土

土坡 212

7.2.2  有渗流作用时的无黏性土

土坡 212

7.3  黏性土土坡的稳定分析 213

7.3.1  圆弧滑动体的整体稳定性

分析 213

7.3.2  圆弧滑动体的条分法 214

7.4  非圆弧滑动面土坡的稳定分析 223

7.4.1  简布普通条分法 224

7.4.2  不平衡推力传递法 225

7.5  土坡稳定分析的几个问题讨论 228

7.5.1  土的抗剪强度指标选用 228

7.5.2  稳定安全系数的确定 228

7.5.3  坡顶开裂时的稳定计算 229

思考题 229

习题 230

第8章  地基承载力 231

8.1  浅基础的地基破坏模式 231

8.1.1  整体剪切破坏 231

8.1.2  局部剪切破坏 232

8.1.3  冲剪破坏 232

8.1.4  地基破坏模式的影响因素 232

8.2  地基临塑载荷与临界载荷 233

8.2.1  临塑载荷 233

8.2.2  临界载荷和 235

8.3  地基的极限承载力 237

8.3.1  普朗特尔极限承载力理论 237

8.3.2  按假定滑动面确定极限

承载力 238

8.4  地基承载力的确定 244

8.4.1  地基承载力的概念 244

8.4.2  地基承载力的确定原则 245

8.4.3  理论公式计算确定地基承载力

特征值 246

8.4.4  载荷试验确定地基承载力

特征值 247

思考题 249

习题 249

参考文献 250