2015年中科院成都山地灾害与环境研究所081401岩土工程考研大纲

　　中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所
　　硕士研究生入学考试
　　《土力学》考试大纲
　　《土力学》是土木工程的专业基础课程之一。与之紧密相关的课程《地基基础》、《土力学与地基基础》则是土木工程某些专业的专业课。包括两大部分内容：（1）土的基本物理力学性质，如土的物理性质、渗透性、土中应力、变形特性、抗剪强度。（2）土工结构物的主要计算，如土压力、土坡稳定分析、地基承载力、基础工程、地基处理。
　　一、考试内容
　　1.土的物理性质
　　（1）基本名词与定义
　　土、土力学、地基、基础、土的风化、不均匀系数、曲率系数。
　　界限含水量ωL、ωP、ωS、塑性指数、液性指数、活动性、相对密度。
　　（2）土粒、水、空气三相
　　（a）土粒分布、级配。（b）三种水：结晶水、结合水（薄膜水）、自由水。（c）土中气体的物态
　　（3）土的物理性质
　　（a）无粘性土的相对密度，孔隙比。
　　（b）粘性土的调度液塑性指明
　　（4）三相图及物理指标
　　（a）熟练绘制三相图、单位三相图
　　（b）3个体积、6个重量，共9个物理指标的三种计算方法：即公式套算法：据单位三相图计算法；据三相中三个体积、两重量计算法；（c）9个物理指标的推证。
　　（5）土的工程分类
　　（a）先分为粗细粒土，对粗粒土定名12个，对细粒土依据ωL、IP在塑性图分类定名。（b）特殊土分类：黄土、红土、膨胀土、杂填土、软土、垃圾。
　　2.土中应力
　　（1）基本名词与意义
　　土中应力为自重应力、附加应力、渗透力。
　　基低压力、附加基底压力、有效应力、总应力、孔隙水压力、持力层、下卧层、应力集中与分散、应力跑。
　　（2）自重应力计算
　　自重应力是有效应力，地下水位以下为浮容量，不透水界面（岩石、不透水土）上下发生突变。
　　（3）附加应力
　　依据弹性理论进行计算
　　（a）先计算基底压力、影响基底压力的三个因素：荷载（大小、型式、方向），基础（尺寸、型式、刚度、埋深），地基土性质。
　　（b）空间问题
　　即基础长度L与宽度之经小于5时作为空间问题计算，反之作为平面问题计算。
　　所有计算公式均较长，不必记背。
　　只能计算角点下的附加应力，均由5个符号组成，σZ、ρ、L、B、Z，主要是附加应力系数k的计算及代数叠加。难点是三角形荷载外某点σZ计算。
　　（c）平面问题
　　可直接计算（查表k值）荷载外任意点的应力。
　　（4）计算误差
　　地基土上软下硬（E1＜E2）将产生应力集中，反之应力扩散。成层土地基（即各向异性地基）一般产生集中。
　　（5）有关问题
　　了解或掌握感应图计算方法。
　　3.土的渗透性
　　（1）基本名词与定义
　　渗透性、渗透力、流土、管涌、接触流土、接触冲刷、临界水力坡降、允许水力坡降。
　　（2）达西定律
　　U＝Ki、q＝KiA均为达西定律表达式。渗透系数k是坡降I＝1时的流速。记住砂土、粘土、卵砾石各自k的变化范围。
　　（3）渗流下的应力状态
　　推导渗流向上向下的应力状态,并画总应力σ、孔隙水压力u、有效应力σ′图。
　　（4）土的渗透稳定性
　　四种典型的渗透破坏型式，各自产生的环境条件。
　　（5）k的影响因素
　　土粒大小与级配、密度、水、气体。推导成层土的Kx、Ky。（a）推导Kx时用了二个物理概念，即各层土流量qi之和等qx，以及各层土水力坡降ii总流量相等。（b）Ky的推导也用了二个物理概念，即各层土流量相等，以及各层土水头损失之和等于总的水头损失。
　　（6）推导常水头及变水头试验的渗透系数k的计算式。
　　4.土的压缩性及地基变形计算
　　（1）基本名词与定义
　　侧限压缩、压缩系数av、压缩指明Cc、压缩模量Es、变形模量E、弹性模量E、体积压缩系数mv、av与Es判别土的压缩性侧面系数ko、侧胀系数μ（即泊松比）、先期固结压力、超固结比OCR、固结度、固结系数Cv、时间因数Tv。
　　（2）土的压缩性
　　忽略孔隙水及土粒体积的压缩量，土的压缩是孔隙体积的减小。
　　压缩量随时间增长的过程称为固结，当有效应力等于压缩应力以后的变形称为次固结。e-p曲线上每点的物理意义是该压力P作用下压缩稳定以后对应的孔隙比e。
　　推导单向压缩公式
　　（压缩前后土粒体积不变）。熟练掌握由以上各式计算土体压缩量。
　　推导e-p与e-logP曲线的增量与微分关系av与Cc的关系式。
　　推导μ～k0、E～Es的关系式。
　　（3）压缩量Si（沉降量）计算
　　（a）同e-p曲线计算Si的方法与步骤。
　　（b）由e-logp曲线计算Si的方法与步骤：确定pc、将试验曲线修复成现场压缩曲线、分OCR＝1、＞1、＜1计算Si。
　　（4）太沙基－维渗流固结理论
　　推导饱和土体－维渗流方程，流出的水量等于孔隙体积的变化量，使用固结度Ut～Tv曲线计算St或t。掌握地基变形S与时间t的其它方法和表达式。了解其它二、三维固结理论。
　　5.土的抗剪强度
　　（1）基本名词与定义
　　抗剪强度、极限平衡状态、莫尔－库伦强度理论、直剪与三轴剪切的三个方法与名称、应力路径、灵敏度、触变性、残余强度、天然休止角。
　　（2）熟练绘制τf-σ坐标系统的莫－库极限平衡状态，标出各点坐标及各线段尺寸，推导σ1＝f（σ3，c，φ）或σ3＝f（σ1，c，φ）极限平衡表达式，以及sinφ、1/2（σ1－σ3）等的极限平衡表达式，并用于土体受力状态。
　　（3）剪切试验
　　了解直剪和三轴剪切的基本原理和试验过程，掌握资料分析整理方法，推导十字板抗剪强度表达式。了解孔隙系数A、B物理意义及推导。
　　应力路径是某点应力在特定方向上的运动轨迹。了解直剪、三轴压缩、伸长、k0剪切等的应力路径。
　　（4）剪切特性
　　（a）无粘性土（砂性土）的应力应变曲线分为典型的硬化型（近似双曲线）和软化型、体积产生胀缩、孔压产生正负。
　　了解其强度或φ的构成因素。
　　（b）粘性土也具有砂性土的上述性质，但机理不同。
　　（5）抗剪强度的表达与取值
　　有总应力和有效应力强度指标两种表达方式。
　　使用总应力强度指标时，须根据情况选择相应的直剪和三轴剪切的指标。
　　（6）本构关系
　　掌握线弹性及非线弹性本构关系，推导邓肯－张模型的Et、μt表达式，深刻理解八个的物理力学意义。
　　6.填土的力学性质
　　（1）基本名词与定义
　　最优含水量、最大干密度、湿化、崩解。
　　（2）细粒土
　　击实特性与含水率紧密相关，理解干密度ρd～含水率ω的相关关系。影响击实性的因素有击实功N=f（落距H、锤重W、二者乘积的冲量、击锤面积）、土类。
　　掌握细粒土的渗透、压缩、剪切性质。了解细粒土的抗拉强度。
　　（3）粗粒土
　　粗粒土击实试验方法、性质、影响因素，试验级配处理方法。
　　在不同压力下的剪切性质，影响抗剪强度的主要因素。
　　粗粒土的湿化（软化）性质。
　　7.土压力
　　（1）基本名词与定义
　　土压力、主动土压力、被动土压力、静止土压力。
　　（2）土压力与位移的关系
　　位移为零，则是静止土压力P0、有位移则产生主动Pa或被动土压力Pp。三个大小顺序为Pp＞P0＞Pa。
　　（3）郞肯理论
　　首先假定墙背垂直、光滑、填平水平。
　　熟练掌握土压力计算方法、绘制土压力分布图、明确土压力的大小、方向及合力作用点。
　　所有土压力计算式均可写为P=rzk，即深度z的土压力为该点竖向荷载rz乘以土压力系数k。用这一概念计算压力简便、概念明确、不易出错。
　　地面荷载、地下水、成层土等的土压力计算。
　　（4）库伦理论
　　假定挡墙、滑体为刚体、滑动面为直线、填土为无粘性土（c=0）。熟悉库伦理论各力的要素，特别是墙背土压力的方向与作用点。了解考尔曼图解法、建筑地基规范推荐的公式。
　　（5）影响土压力的因素
　　从库伦理论入手P＝f（墙背粗糙程度δ、墙背倾斜ε、墙后填土ε、c、φ、γ）。影响最大的φ、c。
　　减小土压力的措施也可以从上述因素着手，如减压平台、折线型墙背，利用土体压重等。特别是排水措施的设置，一方面因同墙高的水压力是主动土压力的三倍左右，另一方面降低了填土的c、φ值，可以理解为挡土墙不是被土推垮的，而是被水推垮的最好解释。
　　（6）新型支地挡结构
　　了解锚定板、土工织物挡土墙、板桩墙的荷载及受力特点，关心、了解并推广使用这些轻型、新型支挡结构。具体设计可参见相关专著。
　　8.土坡稳定性分析
　　（1）各种土坡可能滑动面的型式。
　　（2）无粘性土坡稳定分析的基本概念，有无渗流状况的稳定性计算式的推导。
　　（3）粘性土坡的稳定性分析以瑞典圆弧为基础，两个基本假定：滑动面是圆弧、滑动体是刚体。稳定安全系数的定义是抗滑力矩与滑动力矩之比。
　　（4）太沙基条分法再增加一个假定：条间力大小相等、方向相反，作用在同一条线上，即条间力为零的假定，推导太沙基公式。
　　（5）毕肖普引进了抗剪强度安全储备的概念，考虑了条间力。
　　（6）凡种常见情况的土坡签定性分析
　　坡顶开裂、成层土、坡面荷载、各运行工况、渗流、地震力。
　　（7）复合滑动面稳定分析的试算法工作量较大。
　　（8）土坡稳定性各种分析方法的优缺点及适用性，强度指标的合理选用。所有各种因素中，强度指标是最重要的。
　　9.地基承载力
　　（1）基本名词与定义
　　地基承载力、基本值、标准值、设计值、极限承载力、允许承载力、地基破坏的三种主要型式、沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜、临塑荷载。
　　（2）确定地基承载力有三类方法，熟记极限荷载的计算公式，该公式是一个通式，以该公式为基础，理解地基承载力的影响因素，并辅以汉森公式深入理解。
　　（3）掌握现场试验确定地基承载力的各种方法，按规范确定的是允许地基承载力，并应进行深宽修正。
　　（4）地基承载力问题讨论的结论是：各方法各公式之间没有明显的差别，而强度指标φ、c可以明显或成倍增减承载力。
　　10.桩基础
　　（1）桩基类型及分类。
　　（2）单桩竖向及水平承载力确定。
　　（3）群桩效应及承载力确定方法。
　　（4）负摩擦力及桩间土承载力。
　　11.地基基础设计及地基处理
　　（1）设计步骤、各阶段内容、目标、主要要求及提交的成果。
　　（2）基础型式、材料、尺寸、适用性、与地基共同作用时的设计程序（步骤）及各阶段要求。
　　（3）各种地基处理方法的原理及主要作用、适用情况。
　　（4）各种地基处理方法的设计步骤、施工程序。
　　二、复习方法与要点
　　（1）复习土力学宜整章或数节的连读与复习。
　　（2）动手绘图、推导，必须有适量的习题演练。
　　（3）试题可分为两大类：概念题与计算题。
　　（a）概念题
　　主要有名词解释、填空、是非判断题、选择题、简述、推证等。
　　名词解释要准确、简洁。填空的字数要少、准确。是非判断源于概念清晰和深刻理解，图文差别是"坎"或难点。选择题之间概念相近、图文差别小，要题、问结合予以选择。简述题宜层次清楚、文字简洁准确。推证同几何证明题，不能省去关键步骤，可辅以文字、符号说明。
　　（b）计算题
　　公式较长、难记的、计算量较大的题一般不会考。本课程可考的题有：
　　9个物理指标的推证与计算（前已述有三种方法）、土中应力（自重应力、附加应力）、沉降量计算（前述中有2～3个公式可考）、抗剪强度及极限平衡状态、土压力、地基承载力。
　　推证题既属概念题，又属计算题。前述内容中已列出可考推证题，宜动手推演。
　　（4）本课程有别于其它课程的主要特点是，章与章之间内容差别大。因此，不存在先易后难的考题布局，不要被前面的难题而耽误过多时间，答不上的题宜搁置一边，迅速向下继续答题。
　　（5）重复强调的是，本课程读懂以后，必须动手练题。
　　参考书目：☆962土力学：①《土力学》（第三版），杨进良，中国水利水电出版社，2006；②《地基及基础》（第三版），顾晓鲁，钱鸿缙等主编，中国建筑工业出版社，2003

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