內容簡介

本書系統闡述了土力學的基本原理、土的基本特性和分析計算方法，結合長期教學與實踐的研究成果，講解了土力學在工程中的應用。

全書共8章，主要內容包括土的物理性質及工程分類，土中的應力計算，土中水的運動規律，土的壓縮性與地基沉降計算，土的抗剪強度理論，土壓力計算，土坡穩定分析和地基承載力。

  本書可作為普通高等院校土木工程專業的教材和其他專業報考土木工程專業碩士研究生人員的參考書，亦可作為土木工程勘察、設計、施工技術人員的參考書。

前    言

　　"土力學"是高等學校土木工程專業必修的一門專業基礎課。本教材遵循中華人民共和國住房和城鄉建設部高等學校土木工程學科專業指導委員會編制的《高等學校土木工程本科指導性專業規范》，并綜合不同院校土木工程專業的土力學與基礎工程教學大綱，在教學改革和實踐的基礎上編寫而成。同時，根據新的專業目錄要求對教學內容進行了拓寬，涉及與建筑工程、道路與橋梁工程、地下工程等有關的專業知識。

　　為了適應我國"卓越工程師教育培養計劃"的實施以及土木工程專業應用型人才培養的需要，本書在編寫中主要遵循以下原則。

　　(1) 強調基本概念、基本原理和計算方法。力圖準確地闡述土力學的基本概念和基本原理，通過有針對性的例題，學生在理解基本原理的基礎上掌握土力學的基本計算方法。

　　(2) 注重理論與實踐的結合，通過對特定工程問題的分析，幫助學生理解公式推導中一些假設的工程實際意義，有助于培養學生分析與解決實際問題的能力。

　　(3) 反映我國土木工程國家標準及行業標準編制建設的最新成果。在涉及規范處，強調我國設計規范在基本原則和基本規定方面內容的變化及其與土力學基本原理的關系。

　　(4) 適當吸收國內外土力學比較成熟的新內容，注意反映土力學學科發展水平和新方向。

　　本教材內容可分為兩大部分：第一部分(第1～5章)主要介紹了土的物理性質及分類、土中的應力計算、土中水的運動規律，土的壓縮性與地基沉降計算及土的抗剪強度理論；第二部分(第6～8章)重點介紹了土力學的三大工程應用，即土壓力理論、土坡穩定分析及地基承載力理論。

　　本書由河北工業大學劉熙媛和徐東強擔任主編，負責大綱編寫和統稿。各章編寫人員及分工如下：河北工業大學劉熙媛編寫緒論、第1章、第2章、第5章及第8章，河北工業大學徐東強編寫第3章和第7章，河北工業大學韓紅霞編寫第4章和第6章。

　　本書在編寫過程中引用了相關的國家及行業標準，參閱了一些院校優秀教材的內容及相關研究成果，在此向有關作者謹表謝意。

　　由于編者的知識水平和實踐能力有限，書中疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。

　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　編  者  

 

目    錄

 

緒論 1

0.1  土力學研究的意義 1

0.2  土力學的發展概況 2

0.3  土力學研究的內容和研究方法 3

0.4  土力學課程的特點及學習方法 3

第1章  土的物理性質及工程分類 5

1.1  土的生成 5

1.2  土的三相組成 6

1.2.1  土中固體顆粒 7

1.2.2  土中水 13

1.2.3  土中氣體 14

1.3  土的三相比例指標 14

1.3.1  指標的定義 15

1.3.2  指標的換算 17

1.4  土的物理狀態指標 21

1.4.1  無黏性土的密實度 21

1.4.2  黏性土的軟硬狀態 22

1.4.3  黏性土的靈敏度和觸變性 25

1.4.4  黏性土的脹縮性、濕陷性

和凍脹性 26

1.5  土的結構與構造 29

1.5.1  土的結構 29

1.5.2  土的構造 31

1.6  土的工程分類 31

1.6.1  土的分類原則 31

1.6.2  土的分類標準 32

1.6.3  地基土的工程分類 34

1.7  土的壓實性 37

1.7.1  土的壓實原理 38

1.7.2  擊實試驗 38

1.7.3  影響擊實效果的因素 39

1.7.4  壓實特性在現場填土中的

應用 40

思考題 41

習題 41

第2章  土中的應力計算 43

2.1  概述 43

2.2  土中自重應力 45

2.2.1  均質土體中的自重應力 46

2.2.2  成層土體中的自重應力 46

2.2.3  土層中有地下水時的

自重應力 46

2.3  基礎底面壓力及其簡化計算 49

2.3.1  基底壓力的分布規律 49

2.3.2  基底壓力的簡化計算 51

2.3.3  基底附加壓力 53

2.4  地基附加應力 53

2.4.1  豎向集中力作用下的地基

附加應力計算 54

2.4.2  局部荷載作用下的地基附加

應力計算 58

2.4.3  線荷載作用下的地基附加

應力計算 66

2.4.4  條形荷載作用下的地基附加

應力計算 67

2.4.5  非均質和各向異性地基中的

附加應力 72

2.4.6  荷載作用面積對地基土中附加

應力的影響 74

2.5  有效應力 75

2.5.1  有效應力原理 75

2.5.2  按有效應力原理計算土中的

自重應力 76

思考題 78

習題 78

第3章  土中水的運動規律 81

3.1  土的毛細性 81

3.1.1  土層中毛細水的分布 81

3.1.2  毛細水上升機理、上升高度

及上升速度 82

3.1.3  表面張力效應 84

3.1.4  土的毛細現象對工程的

影響 84

3.2  土的滲透性 85

3.2.1  滲流模型 85

3.2.2  土的層流滲透定律 86

3.2.3  土的滲透系數 89

3.2.4  成層土的等效滲透系數 92

3.2.5  影響土滲透性的因素 94

3.3  二維滲流與流網 95

3.3.1  二維滲流基本微分方程 95

3.3.2  二維穩定滲流問題的流網

解法 96

3.4  滲流力及滲流穩定分析 101

3.4.1  滲流力的計算公式 101

3.4.2  滲流力的作用特點及滲流穩定

分析 102

3.5  滲流情況下的孔隙水壓力與有效

應力 104

3.5.1  飽和土體的有效應力原理 104

3.5.2  土中水滲流時(一維滲流)的

有效應力與孔隙水壓力 105

思考題 107

習題 107

第4章  土的壓縮性與地基沉降計算 109

4.1  概述 109

4.2  土的壓縮性試驗及壓縮性指標 110

4.2.1  室內壓縮試驗 110

4.2.2  現場載荷試驗 115

4.2.3  室內三軸壓縮試驗 119

4.3  地基最終沉降量的計算方法 120

4.3.1  單向分層總和法計算地基最終

沉降量 120

4.3.2  《建筑地基基礎設計規范》

(GB 50007-2011)推薦的分層

總和法 125

4.3.3  考慮不同變形階段的沉降計算

方法 131

4.3.4  考慮應力歷史的影響用原位

壓縮曲線計算地基最終

沉降 134

4.4  太沙基一維固結理論 139

4.4.1  飽和土的滲流固結模型 140

4.4.2  太沙基一維滲流固結理論 142

4.4.3  利用實際沉降觀測曲線估算

地基最終沉降量的方法 150

思考題 153

習題 153

第5章  土的抗剪強度理論 155

5.1  概述 155

5.2  土的抗剪強度理論 156

5.2.1  庫侖定律 156

5.2.2  莫爾-庫侖抗剪強度理論 157

5.3  土的抗剪強度試驗 160

5.3.1  直接剪切試驗 161

5.3.2  三軸壓縮試驗 163

5.3.3  無側限抗壓強度試驗 165

5.3.4  十字板剪切試驗 166

5.3.5  抗剪強度的有效應力原理 168

5.3.6  土的抗剪強度指標的選擇 168

5.4  三軸壓縮試驗中的孔隙壓力系數 169

5.4.1  等向壓縮應力狀態--孔隙

壓力系數B 170

5.4.2  偏差應力狀態--孔隙壓力

系數A 172

5.4.3  土的剪脹性 173

5.5  飽和黏性土的抗剪強度 175

5.5.1  不固結不排水剪(UU)試驗 175

5.5.2  固結不排水剪(CU)試驗 176

5.5.3  固結排水剪(CD)試驗 178

5.6  應力路徑在土的強度問題中的

應用 180

5.6.1  直剪試驗的應力路徑 181

5.6.2  三軸試驗的應力路徑 181

5.6.3  土木工程中的應力路徑

問題 182

思考題 183

習題 184

第6章  土壓力計算 185

6.1  概述 185

6.1.1  土壓力的概念 185

6.1.2  擋土結構及其類型 185

6.1.3  土壓力類型及關系 186

6.2  靜止土壓力計算 188

6.3  朗肯土壓力理論 188

6.3.1  基本假設 188

6.3.2  基本原理 189

6.3.3  主動土壓力計算 189

6.3.4  被動土壓力計算 190

6.4  庫侖土壓力理論 192

6.4.1  基本假設 192

6.4.2  主動土壓力計算 192

6.4.3  被動土壓力計算 197

6.4.4  黏性土的庫侖土壓力 198

6.4.5  庫爾曼圖解法 200

6.5  幾種常見情況的土壓力計算 201

6.5.1  墻后填土表面有超載(朗肯

理論：墻背豎直和墻后填土

表面水平) 201

6.5.2  成層填土及墻后填土有

地下水 202

6.5.3  墻后填土表面有連續均布

荷載(庫侖理論：墻背傾斜

和墻后填土表面傾斜) 203

6.5.4  異形擋土墻 205

6.6  關于土壓力的討論 207

6.6.1  朗肯和庫侖理論比較 207

6.6.2  破裂面形狀 208

6.6.3  土壓力強度分布 209

思考題 209

習題 210

第7章  土坡穩定分析 211

7.1  概述 211

7.2  無黏性土土坡的穩定分析 212

7.2.1  一般情況下的無黏性土

土坡 212

7.2.2  有滲流作用時的無黏性土

土坡 212

7.3  黏性土土坡的穩定分析 213

7.3.1  圓弧滑動體的整體穩定性

分析 213

7.3.2  圓弧滑動體的條分法 214

7.4  非圓弧滑動面土坡的穩定分析 223

7.4.1  簡布普通條分法 224

7.4.2  不平衡推力傳遞法 225

7.5  土坡穩定分析的幾個問題討論 228

7.5.1  土的抗剪強度指標選用 228

7.5.2  穩定安全系數的確定 228

7.5.3  坡頂開裂時的穩定計算 229

思考題 229

習題 230

第8章  地基承載力 231

8.1  淺基礎的地基破壞模式 231

8.1.1  整體剪切破壞 231

8.1.2  局部剪切破壞 232

8.1.3  沖剪破壞 232

8.1.4  地基破壞模式的影響因素 232

8.2  地基臨塑載荷與臨界載荷 233

8.2.1  臨塑載荷 233

8.2.2  臨界載荷和 235

8.3  地基的極限承載力 237

8.3.1  普朗特爾極限承載力理論 237

8.3.2  按假定滑動面確定極限

承載力 238

8.4  地基承載力的確定 244

8.4.1  地基承載力的概念 244

8.4.2  地基承載力的確定原則 245

8.4.3  理論公式計算確定地基承載力

特征值 246

8.4.4  載荷試驗確定地基承載力

特征值 247

思考題 249

習題 249

參考文獻 250