高等土力学论文

高等土力学论文（精选7篇）

1.高等土力学论文 篇一

1． 某宾馆为高层建筑，地基土软弱，采用预制桩基础。地基土层：表层为粉质粘土，w＝30.9％，wL＝35.1％，wp＝18.3％，层厚h1＝2.00m；第②层为淤泥质土w＝26.2％，wL＝25.0％，wp ＝16.5％，e＝1.10，层厚h2＝7.0m；第③层为中砂，中密状态、层厚5～80m。求预制桩桩周各层土的摩擦力标准值qs和桩的极限侧阻力标准值qsik。

2． 上述宾馆采用钢筋混凝土预制桩，桩端进入中砂1.0m。问桩端土承载力标准值qp是多少？桩的极限端阻力标准值qpk为多大? 若采用钢筋混凝土桩，横截面为300mm×300mm。桩承台底部埋深1.0m，桩长为9.0m，用送桩器送入地面下0.90m。计算单桩竖向承载力标准值和设计值。

3． 某校教师住宅为6层砖混结构，横墙承重。作用在横墙墙脚底面荷载为165.9kN／m。横墙长度为10.5m，墙厚37cm。地基土表层为中密杂填土，层厚h1＝2.2m，桩周土的摩擦力qs1＝llkPa；第②层为流塑淤泥，层厚h2＝2．4m，qs2＝8kPa；第③层为可塑粉土，层厚h3＝2.6m，qs3＝25kPa，第④层为硬塑粉质粘土，层厚h4＝6.8m，qs4＝40kPa，桩端土承载力标准值qp＝1800kPa。试设计横墙桩基础。

4． 某场地土层分布情况为：第一层，杂填土，厚1.0m；第二层，淤泥，软塑状态，厚6.5m，第三层为粉质粘土，IL0.25，厚度较大。现需设计一框架内柱的预制桩基础。柱底在地面处的竖向荷载设计值F＝1700kN,M＝180kNm，水平荷载H＝100kN,初选该桩截面尺寸为350mm×350mm，试设计该桩基础。

2.高等土力学论文 篇二

参见文献[2]的摘要, 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。其要点有, 提出有效应力的新概念, 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。其公式有, 非饱和土有效应力的大气张力公式;大气张力系列的饱和度系数和自由水通道率、有效自重应力、地基承载力、郎肯土压力、库伦土压力、土坡稳定、地基压缩变形和渗流固结等等新公式。

文中将在文献[2-12]的基础上, 探讨上述土力学的新概念在特殊土强度方面的应用。

1 新概念土力学的基本公式

参见文献[2, 10], 抗剪极限状态非饱和土有效应力的大气张力公式

其中, σ′s为颗粒接触有效应力;σ′c为结合水膜有效应力;σF为表面张力垂直分量贡献有效应力。

在抗剪极限状态, σ′s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, σ′c和σF是法向拉力, 其作用处切向直接提供真凝聚力, 所以σ′s-σ′c-σF就是有效应力。由式 (1) 得, 有效应力

在z方向, 半空间无限体, 有效自重应力

其中, 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, 尽可能实测, 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, 尽可能实测。

Pa-[BuUaw+ (1-X) Ua]为水气不抵大气压强自重应力[6]。

2 修正一般土的饱和度系数和自由水通道率的计算公式

见文献[4], 初探, 文献[6]-[9]及文献[12], 不断更新, 下面进一步修正:

饱和度系数X应先按表1计算。

还应该对表1的结果进行孔隙比修正:取X= (0.908/e) ×表1的X, 且X《Sr。

计算BS0:粘粒水分分配系数k1=粘粒含量, 一般土, 认为IP=10时, k1=0;IP=17时, k1=0.4;按直线分布得

计算BS:结合水膜可靠连接面积率系数k2, 一般土, 认为IL=1 (含水量为液限) 时, k2=0;Il=0 (含水量为塑限) 时, k2=0.45;含水量为缩限时, k2=0.9, 按直线分布得:

结果:自由水通道率Bμ=X-BS。

其中, Sr为饱和度;IP为塑限指数;IL为液限指数;BS0为粘粒水分分配面积率;BS为粘性土的结合水膜可靠连接面积率。

注1:粘粒水分分配系数k1:粘粒与其他土粒共同吸附土中水, 土中水优先在粘粒形成结合水膜[13], 但考虑到截面上下两个粘粒不一定对齐, 所以择中取k1=粘粒含量

注2:结合水膜可靠连接面积率系数k2:参见文献[3]的结论, 认为粘性土在室内干燥失水过程中, 由泥浆期-液限-塑限-缩限, 截面上下两个粘粒不断靠近, 在接触处, 由无结合水膜接触 (泥浆期) -有弱结合水膜接触 (流塑) -有强结合水膜接触 (软塑下限时为0) -有45%强结合水膜接触 (塑限) -有90%强结合水膜接触 (缩限) 。

3 特殊土的饱和度和孔隙比

见文献[14]:土饱和度Sr计算方法用于粘土时出现数值偏大甚至超过理论最大值的不合理现象。偏差的原因是, 将粘土中的结合水作为普通自由水引进公式。见文献[15]:根据目前对结合水密度的认识, 强结合水密度一般为1.30~1.74g/cm3, 平均为1.5g/cm3左右。

见文献[16]

其中, W为天然含水量;γs为土粒重度;γw为水的重度。

式 (4) 与文献[14]的式 (1-2) 实质及计算结果相同。

见文献[14]的式 (3-1) , 认为在红粘土中, 结合水的平均密度为1.35g/cm3, 含量占总水量的60%, 得到水的加权重度dw, 即式 (3.1) 的γw=1.35×0.6+1×0.4, 其倒数为0.83, 按式 (4) 由γw=1计算得到的Sr (常规饱和度) , 再乘以0.83就是红粘土的实际饱和度。

3.1 红粘土及多粘粒的一般土的饱和度和孔隙比

见文献[14], 讨论的是贵州红粘土。下面讨论能适用于各地红粘土及多粘粒的一般土, 注意, 有膨胀性的红粘土, 按膨胀土处理。

首先, 求强结合水在总水量中的含量ζc。红粘土多处于可塑及硬塑范围, 所含弱结合水不多, 且弱结合水与自由水重度差别不大, 故取弱结合水重度=1.0g/cm3, 归于自由水。通常认为, 塑限含水量是有无弱结合水的界限。事实上, 含水量在塑限时, 粘粒吸附强结合水 (假定有3层水分子) , 其他土颗粒也由于润湿吸附水 (假定有1层水分子) , 取强结合水的重度为1.5g/cm3, 得

其中, Wp为塑限含水量;k1为粘粒含量。

其次, 求水的加权重度

所以, 实际饱和度

另外, 由土工试验及非膨胀土的特性知道, 所求的孔隙比就是常规孔隙比。

3.2 膨胀土的饱和度和孔隙比

参文献[17], 三类粘土矿物的特性见表2。参文献[18]的附录A, 膨胀土的自由膨胀率与蒙脱石含量、阳离子交换量的关系见表3。

注:1.表中蒙脱石含量为干土全重含量的百分数, 采用次甲基蓝吸附法测定。2.对不含碳酸盐的土样, 采用醋酸铵法测定其阳离子交换量, 对含碳酸盐的土样, 采用氯化铵-醋酸铵法测定其阳离子交换量。

由表3知, 我国现行的《膨胀土地区建筑技术规范》, 认为蒙脱石含量是决定土的自由膨胀率的主要因素。事实上, 蒙脱石晶层间是以分子引力连结, 联结力弱, 水很容易进入晶层之间, 具有显著的吸水膨胀、失水收缩的特性。见表2, 蒙脱石的比表面积大, 为800m2/g。参文献[19], 蒙脱石根据所吸附的阳离子不同, 分为钠基蒙脱石和钙基蒙脱石。钠基蒙脱石可促进土体的分散性, 钙基蒙脱石能抑制土体的分散性。所以, 忽略侧面面积, 假设钠基蒙脱石有1个晶层 (即有2个内表面和2个外表面) , 其内表面积占总表面积的50%;钙基蒙脱石有4个晶层 (即有8个内表面和2个外表面) , 其内表面积占总表面积的80%。

下面, 由土的三项组成讨论膨胀土的饱和度和孔隙比。土的总体积V;孔隙部分体积VV, 增量为ΔVV;固体颗粒体积VS, 增量为ΔVS;土中水的体积VW, 增量为ΔVW;土的总质量m;固体颗粒质量mS, 增量为ΔmS;土中水的质量mW, 增量为ΔmW。由文献[20]《土工试验方法标准》已知:V为环刀的体积, 由含水率试验得, 含水量W=mW/mS;由密度试验得土的密度ρ=m/V, 干密度ρd=mS/V;由土粒比重试验得固体颗粒的密度ρs=mS/VS;从而已知V, 通过计算:先由ρ、ρd, 可求得m、mS;进一步, 由W、ρs, 可求得mW、VS;按水的重度=1, 数值上VW=mW。这样, 通过土工试验及计算, 可以得到:m、mS、mW;V、VS、VW。

膨胀土除了应该按3.1节那样考虑强结合水的重度为1.5g/cm3, 进行水的加权重度计算外, 还要考虑蒙脱石内表面结合水属于土颗粒的因素。蒙脱石内表面结合水, 产生负的ΔmW和ΔVW, 还产生正的ΔmS和ΔVS。

首先, 求蒙脱石内表面结合水占水总质量mW的比例kw。设蒙脱石内表面积占蒙脱石总表面积的比例为km, 按前面假设, 0.5《km《0.8。见表1, 比表面积取上限, 且认为其他粘粒的比表面积与高岭石相同, 非粘粒的比表面积=1/5×20=4, 为高岭石的1/5。设蒙脱石、伊利石、高岭石加其他粘粒、非粘粒的含量分别为δm、δi、δk、δs, 则:

取强结合水的重度为1.5g/cm3得

参式 (3.2) 得

实际土粒外部的水质量为mW-=mW-ΔmW。其体积为

实际土粒的体积VS+=VS+ΔVW, 实际的孔隙体积

实际孔隙比e-=VV-/VS+, 实际饱和度

注意, 其他粘粒不包括膨胀蛭石, 膨胀蛭石与蒙脱石相似, 有较多吸水的内表面。

3.3 湿陷性黄土的骨架率、骨架饱和度和骨架孔隙比

见文献[21]406页, 通过对所获取微观照片进行统计分析发现:华阴、潼关、灵宝土样孔径大于20的孔隙面积可占到孔隙总面积的80%以上;又408页结束语的 (4) :黄土的湿陷性主要与平均孔径大于20μm的孔隙含量密切相关。对于同一场地所取的土样, 孔径大于20μm的孔隙含量增加, 其湿陷性增高。

因此, 可认为湿陷性黄土结构由土骨架 (包括微小孔隙) 和大孔隙组成。通过下面试验可以近似地反映湿陷性黄土结构。由文献[20], 用环刀切取天然土样, 土样的等级应为Ⅰ级不扰动土样, 环刀面积不应小于5 000m2。然后采用室内压缩试验, 分级加荷, 加荷至破坏 (沉降突变) , 并在该荷载下沉降稳定。

设上述环刀体积为V、高度为h0, 土样沉降了Δh,

定义湿陷性黄土的骨架率

如3.2节, 通过常规土工试验及计算, 可以得到m、mS、mW;V、VS、VW。所以

4 红粘土及多粘粒的一般土的强度计算

用式 (7) 的饱和度SR代替表1中的Sr, 加上其他参数, 可以求得红粘土的的饱和度系数和自由水通道率, 然后按文献[2]的公式, 进行大气张力系列的地基承载力、库伦抗剪强度、郎肯土压力、库伦土压力、土坡稳定计算。

5 膨胀土的强度计算

见文献[18], 强制性条文:地基基础设计应符合下列规定:1) 建筑物的地基计算应满足计算的有关规定;2) 地基基础设计等级为甲级、乙级的建筑物, 均应按地基变形设计;3) 建造在坡地或斜坡附近的建筑物以及受水平荷载作用的高层建筑、高耸构筑物和挡土墙、基坑支护等工程, 尚应进行稳定性计算。验算时应计及水平膨胀力的作用。

见文献[23]:笔者曾提出一种分层考虑裂隙影响的膨胀土边坡稳定性分析的方法, 概括如下:1) 仍然采用现有的条方法, 如瑞典法、毕晓普法、摩根斯坦法等。2) 将膨胀土层近似划分为3个区域, 如图6中a、b、c所示。a区为裂缝充分发育区 (强风化) , 厚度近似取为2hc/3, 假定裂隙开展深度为hc=4m。该层取裂隙土的强度指标;b层为一般裂隙区 (未充分发育, 弱风化) , 厚度为hc/3, 取裂隙土与原状土强度指标的平均值;c层为无裂隙区, 取原状土强度指标。3) 考虑渗透力, 假定浸润线沿着坡面, 这是最危险的情况。4) 寻找危险滑动面时, 要考虑局部滑动和整体滑动的情况。

见文献[24]:缓倾角软弱层, 软弱层倾角一般6°~10°, 底部层面极光滑, 具蜡状光泽, 充填连续灰白色粘土, 厚1~10mm, 非常细腻稀软;上部充填草黄色粘土, 裂隙很发育, 一般厚度1~4mm, 最厚达20cm。软弱层内物质的粘粒含量高达60%以上, 液限最大达到64%, 粘土矿物成分以蒙脱石为主。

5.1 膨胀土的地基承载力计算

取基础底面处的膨胀土样进行试样饱和后试验, 按1节, 饱和土X=1,

通过计算得BS, 所以, 基础底面处的自由水通道率Bμzi=X-BS。

结合文献[2]的式 (7) 和文献[18]的式 (5.2.6) 得, 修正后的地基承载力特征值

其中, fak为地基承载力特征值。

见文献[18]:地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、结合工程实践经验等方法综合确定, 并应符合下列要求:1) 荷载较大的重要建筑物宜采用本规范附录C现场浸水载荷确定;2) 已有大量试验资料和工程经验的地区, 可按当地经验确定。

地基承载力的其他计算见文献[18], 注意甲乙级的建筑物, 均应按地基变形设计。

5.2 膨胀土的库伦抗剪强度、郎肯土压力、库伦土压力、土坡稳定计算

假定当地的裂隙开展深度为hc (不一定是4m) 。按上述将膨胀土层近似划分为a、b、c, 即3个区域。a、b区用饱和土样, X=1, a区自由水通道率Bu=1, b区自由水通道率计算同5.1节。C区用实际土样, 按3.2节的式 (14) 和式 (15) 求得实际的孔隙比和饱和度, 再代入表1及加上相关系数, 按2节, 求得饱和度系数和自由水通道率。强度指标, a区取裂隙土的强度指标, b区取裂隙土与原状土强度指标的平均值, c区取原状土强度指标。

然后, 按文献[2]的公式, 进行大气张力系列的库伦抗剪强度、郎肯土压力、库伦土压力、土坡稳定计算。注意应加上水平膨胀力的作用, 要计入软弱层的不利影响;在土坡稳定计算中, 还要计入渗透力。

6 湿陷性黄土的强度计算

见文献[22], 在湿陷性黄土地区进行建设, 应根据湿陷性黄土的特点和工程要求, 因地制宜, 采取以地基处理为主的综合措施, 防止地基湿陷对建筑物产生危害。湿陷性黄土, 在一定压力下受水浸湿, 土结构迅速破坏, 并产生显著附加下沉的黄土。……自重湿陷性黄土, 在上覆土的自重压力下受水浸湿, 产生显著附加下沉的黄土。

防护距离:防止建筑物地基受管道、水池等渗漏影响的最小距离。

6.1 湿陷性黄土的饱和度系数和自由水通道率

取天然土样除了常规土工试验得到常规参数外, 还要按3.3节的室内压缩试验得到天然湿陷性黄土的骨架率、骨架饱和度和骨架孔隙比。天然土样饱和 (骨架结构未破坏) 的骨架饱和度等于100%, 骨架率和骨架孔隙比同天然土样。

然后, 将土样的骨架饱和度、骨架孔隙比以及液限指数、塑性指数或粘粒含量按2节的公式计算得到骨架的Xf和Bμf, 再乘以骨架率得到

6.2 湿陷性黄土的地基承载力计算

见文献[22], 强制性条文:1) 甲类建筑应消除地基的全部湿陷量或采用桩基穿透全部湿陷性黄土层, 或将基础设置在非湿陷性黄土层上;乙丙类建筑应消除地基的部分湿陷量。地基承载力特征值, 应保证地基在稳定的条件下, 使建筑物的沉降量不超过允许值;……对天然含水量小于塑限含水量的土, 可按塑限含水量确定土的承载力。

结合文献[2]的式 (7) 和文献[22]的式 (5.6.5) 得, 修正后的地基承载力特征值

其中, fak为地基承载力特征值;Bμzi为基础底面处或地基处理的下卧层顶面处的自由水通道率;ηb、ηd分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数。

其实, 修正后的地基承载力特征值, 仅直接用于丁类建筑, 对于甲乙丙类建筑, 用于地基处理后的下卧层验算。由文献[2]的式 (8) , 得到大气张力下卧层顶面处有效自重压力为

再结合文献[22]的式 (6.1.7) 和式 (6.1.8) , 用于地基处理的下卧层顶面的计算。

6.3 湿陷性黄土的库伦抗剪强度、郎肯土压力、库伦土压力、土坡稳定计算

见文献[22]:1) 确定滑动面时, 应考虑湿陷性黄土地基中可能存在的竖向节理和裂隙;2) 对有可能受水浸湿的湿陷性黄土地基, 土的强度指标应按饱和状态的试验结果确定。见文献[25]:浸水前后湿陷性黄土的抗剪强度采用快剪试验测定。首先将所取的天然土样分为两组, 其中一组土样的每个样品均取4个环刀试样, 分别在100kPa、200kPa、300kPa以及400kPa荷载压力下测其抗剪强度;另一组土样中的每个样品同样取4个环刀试样, 但每个环刀试样都进行充分浸水, 对浸水后的环刀试样分别施加100kPa、200kPa、300kPa以及400kPa荷载压力, 待土样下沉稳定后再测其抗剪强度。最后对浸水前后湿陷性黄土的抗剪强度进行对比分析, 研究其浸水前后抗剪强度的变化规律。又有:浸水后湿陷性黄土的抗剪强度明显低于天然状态下湿陷性黄土的抗剪强度。

注意的是, 浸水湿陷稳定的土样已经破坏了原有骨架加大孔隙的结构, 与上述的天然土样饱和 (骨架结构未破坏) 不同, 与一般饱和土相似。因此, 应该用浸水湿陷稳定的土样进行常规试验得到其饱和度、孔隙比, 然后按2节计算得到饱和度系数和自由水孔隙比。很显然, X=1, 如果是粉土类, Buzi=1, 如果是粉质粘土类, 由于粘粒含量一般不多, 而含水量又饱和, 液限指数较大, Buzi≈1。还因为土从不饱和到饱和, 计算点处绝对压强下的自由水压力Uwa由小于大气压强到大于大气压强, 所以侧向水压力大大增加, 威胁稳定。

所以, 首先应考虑湿陷性黄土的土层是否会浸湿, 取天然土样试验或取天然土样按上述进行侵水湿陷稳定后的抗剪强度试验, 得到相应的饱和度系数、自由水通道率和抗剪强度指标, 然后按文献[2]的公式, 进行大气张力系列的库伦抗剪强度、郎肯土压力、库伦土压力、土坡稳定计算。注意应考虑湿陷性黄土地基中可能存在的竖向节理和裂隙。

7 结论

a.红粘土与膨胀土含有较多的粘粒, 存在大量的结合水, 实际饱和度应考虑由于结合水重度大于自由水的因素。蒙脱石颗粒含有较多的内表面, 该内表面含有的结合水, 实际上减少膨胀土颗粒间的水质量及体积, 增加颗粒的质量和体积, 因此, 膨胀土的实际饱和度和孔隙比与常规不同。湿陷性黄土由土骨架 (包括微小孔隙) 和大孔隙组成, 其特征为骨架率、骨架饱和度和骨架孔隙比。

b.求得特殊土的饱和度及孔隙比后, 加上液限指数、塑性指数或粘粒含量, 可以按一般土的方法求得特殊土的饱和度系数及自由水通道率。

c.进一步, 提出了特殊土进行大气张力系列的库伦抗剪强度、地基承载力、郎肯土压力、库伦土压力、土坡稳定计算的方法。

3.针对土力学发展的分析 篇三

关键词：岩土工程；土力学

有限元法在我国普及的初期，许多工程师对数值分析能否解决实际问题曾抱着怀疑的态度，但是不少有识的技术领导还是给予热情的支持。记得上世纪80年代初在组织三峡深水围堰第一轮多单位协作分析计算时，长江水利委员会司兆乐总工曾提出计算分析结果能达到“精确定性、粗略定量”的目标。到今天，虽然不能说这一目标已完全实现，但对相当一部分岩土工程来说，做到这一点已没有困难。当然，岩土工程的设计和施工在今后相当长的时期内仍需要工程师们的经验，但是，在科学技术飞速发展的今天，数值分析技术必将越来越成为人们必须依赖的工具。

同样，在岩土力学研究中，计算也已成为和实验一样不可或缺的手段。在某些特殊情况下数值模拟甚致可以代替实验。而离心模型试验与数值模拟的相互配合，已经成为解决岩土工程问题的一个重大研究方向。

本文将就21世纪岩土工程数值分析的发展前景提出一些看法，基于作者专业知识的局限，重点探讨土力学问题的数值分析问题。

自古以来，人类就广泛地利用土作为建筑地基和材料。古代许多伟大建筑物，如我国长城、大运河、宫殿庙宇、桥梁等，国外的比萨斜塔、金字塔等的修建都需要有丰富的土的知识和在土层上修建建筑物的经验。由于社会生产力和技术条件的限制，这一阶段经过了很长时间，直到18世纪中叶，还停留在感性认识阶段。

理论提高阶段。产业革命以后，大量建筑物工程的兴建，促使人们对土进行了专题研究。把已积累的经验进行一些理论归纳和解释。如1773年，法国科学家库伦（C.A.Coulomb）发表了土压力理论和土的抗剪强度公式；1856年，法国工程师达西（H.Darcy）研究了砂土的透水性，创立了达西渗透公式；1857年英国学者朗肯（W.Jm.Rankine）建立了另一种土压力理论与库伦理论相辅相承；1885年，法国科学家布辛内斯克（J.Boussinesq）提出了半无限弹性体中的应力分布计算公式。至今仍都是地基中应力计算的主要方法等等。

形成独立学科阶段。从20世纪20年代起，不少学者发表了许多理论和系统的著作。1920年法国普兰特发表了地基滑动面的数学公式，1916年瑞典彼得森提出了计算边坡稳定性的圆弧滑动法。而最具代表意义的是1925年美国太沙基（K.Terzaghi）首次发表了《土力学》一书。这本著作比较系统地论述了若干重要的土力学问题，提出了著名的有效应力原理，至此，土力学开始真正地形成独立学科。从那时起，直到20世纪60年代，土力学的研究基本上是对原有理论与试验充实与完善。自20世纪60年代以来，随着电子计算机的出现和计算技术的高速发展，使土力学的研究进入了一个全新的阶段。

第四阶段。此时，最突出的工作是用新的非线性应力应变关系代替过去的理想弹塑性体。随着应力应变模型建立，以此为基础建立了新的理论体系。 1957年，D.C.Drucker提出了土力学与加工硬化塑性理论，对土的本构模型研究起了很大的推动作用。许多学者纷纷进行研究，并召开多次学术会议，提出了各种应力应变模型。如在工程中常用的邓肯-张模型、英国剑桥模型等。我国在这个阶段也进行了很多工作，如清华大学黄文熙模型、南京水利科学研究院沈珠江模型和河海大学殷宗泽模型等。这些模型都是对土的非线性应力-应变规律提出数学描述，并用土的实际情况相验证。

虽然在50年代已有人对塑性理论应用于土力学的可能性进行过探索，但只有到 1963 年， 罗斯科（Roscoe）发表了著名的剑桥模型，才提出第一个可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型， 因而可以看作现代土力学的开端。经过 30 多年的努力，现代土力学已越过重要的阶段而渐趋 成熟，并正在下列几方面取得重要进展：①非线性模型和弹塑性模型的深入研究和大量应用；②损伤力学模型的引入与结构性模型的初步研究；③非饱和土固结理论的研究；④砂土液化理 论的研究；⑤剪切带理论及渐进破损问题的研究；⑥土的细观力学研究等。

将土质学和土力学结合在一起的教材，有20世纪50年代巴布可夫的《土学及土力学》与60年代俞调梅的《土质学及土力学》。在这些土力学教材中，特别强调了应当重视对土的基本性质的认识和土工试验，并将黏性土的物理化学性质内容列入教材，从而形成了土力学与土的工程性质紧密结合的教材体系。

土质学与土力学是研究与土的工程问题有关的学科，它既是工程力学的一个分支学科，又是土木工程学科的一部分。土是一种自然地质的历史产物，是一种特殊的变形体材料，它既服从连续介质力学的一般规律，又有其特殊的应力一应变关系和特殊的强度、变形规律，因此，土质学与土力学形成了不同于一般固体力学的分析方法和计算方法，所以在学习本课程以前必须具备工程地质学、材料力学等预备知识。而土质学与土力学的理论与分析计算方法又是学习土木工程专业课程以及从事土木工程技术工作必需的基础知识，是一门介于基础课与专业课之间的技术基础课。

所有的工程建设项目，包括高层建筑、高速公路、机场、铁路、桥梁、隧道等，都与它们赖以存在的土体有着密切的关系，在很大程度上取决于土体能否提供足够的承载力，取决于工程结构是否遭受超过允许的沉降和差异变形等，这就要涉及土中应力计算、土的压缩性、土的抗剪强度以及地基极限承载力等土力学基本理论。

现代土力学可以归结为一个模型、三个理论和四个分支。一个模型即本构模型，特别是指结构性模型。这是因为迄今为止所提出的本构模型都是从重塑土的变形特点出发的，并把颗粒之间的滑移看作塑性变形的根源，而包括砂土在内的天然土类都具有内部结构，变形过程必然伴随着结构的破坏和改变。因此发展新一代的结构性模型是现代土力学的核心问题。

“从实践中来，到实践中去”，这是任何学科发展的必由之路，当然也是实用性很强的土力学的发展的必由之路。固结理论是从地基沉降计算的需要出发而建立起来的，在指导地基设计中得到不斷发展和完善，便是对这一命题的最好说明。

参考文献：

[1]黄文熙.土的工程性质.北京：水利电力出版社，1983.148～161

4.土力学论文 篇四

曹琴

(西南科技大学，绵阳，621010)

摘要：非饱和土的抗剪强度是非饱和土中的基本问题。如何快速经济地确定非饱和土的抗剪强度指标是非饱和土工程应用的关键性问题之一。非饱和土抗剪强度的黏聚力和内摩擦角是含水指标的函数，通过模拟不同路径下非饱和土抗剪实验，得到黏-饱和度曲线（CDSC曲线），和内摩擦角-饱和度曲线(IFADSC曲线)，进而得到非饱和土抗剪强度指标，在同一路径小区间范围内CDSC和IFADSC曲线近似为直线，通过抗剪强度路径模拟，用常规试验和含水指标得到非饱和抗剪强度指标，大大地简化了非饱和土抗剪强度指标的确定，为非饱和土土力学理论应用于实际工程提供了有力条件。根据土的卸载抗剪强度的计算方法推导出土的黏聚力和土的内摩擦角两者之间的相互关系，最后分析得到了非饱和土抗剪强度的计算方法。

关 键 词：非饱和土 抗剪强度指标 土的黏聚力 土的内摩擦角

导言：非饱和土力学的研究始于上世纪３０年代，是伴随着水文学、土力学及土壤物理学等多学科的发展而形成［1］．与饱和土相比，非饱和土除了由固体颗粒、孔隙水、孔隙气等三相系组成之外，它在液－气交界面上形成的收缩膜作为第四相考虑，并在交界面上产生了基质吸力［2］，因此，有关非饱和土的研究也就紧密地依赖于基质吸力而展开。由于非饱和土复杂的特性，长期以来其研究受测试手段和计算手段的限制，许多针对非饱和土力学的研究仍然停留在试验室研究阶段，理论成果远不能满足实际工程要求．然而，自上世纪九十年代开始，计算机技术被广泛地应用于各学科研究领域，越来越多的学者也尝试将该技术应用于对非饱和土力学特性方面研究，例如应用计算机工具进行自动控制试验、有限元分析及模型计算等．再加上物理学、热力学等多门学科的知识被有效地用于非饱和土力学的相关研究领域，并与新的工程问题相结合，开始不断涌现出了新理论、新认识和新技术．本文将从黏聚力曲线，内摩擦角曲线、线、变形和强度特性、等多方面阐述非饱和土力学的研究现状，并尝试对非饱和土力学抗剪强度指标进行研究。

1.抗剪强度公式运用

抗剪强度是非饱和土土力学中的基本问题之一，众多专家学者对此进行了深入的探讨，至今仍存在不同的观点，其中Fredlund 基于双应力变量理论提出的扩展摩尔-库仑抗剪强度公式，得到了国际公认和局部采用，具体公式如下[3]：

τf= c′ +(σ n − ua)tanϕ ′ +(ua − uw)tanϕ（1）

式中:τf 为非饱和土的抗剪强度；c′为有效黏聚力；

ϕ ′为有效内摩擦角；ϕ b 为基质角；ua 为破坏时破坏面上的孔隙气压力；uw 为破坏时破坏面上的孔隙水压力；ua−uw 为破坏时破坏面上基质吸力； σn −σa为破坏时破坏面上净法向应力。

繆林昌等[4]提出了下列公式：

τf = ctol +σtanϕtol（2）式中： ctol、ϕtol 类似于Mohr-Coulumb 中的c 和ϕ，是含水指标的函数。

陈敬虞和Fredlund[5]把非饱和土的抗剪强度，公式总结如下：

τf = c′ +(σn − ua)tanϕ ′ +τa（3）

文中列举出了以往非饱和土的各种抗剪强度理论，其中τs 为基质吸力引起的吸附强度，本文不再赘述。

考虑到非饱和土中的基质吸力、渗透吸力等因素，姚攀峰提出下列形式的摩尔-库仑抗剪强度公式[5－7]：

τf=cg+(σn-ua)tanϕg

cg=c′+ce ϕg=ϕe+ϕ′(4）

式中：ϕ g 为摩擦角，即包线与净法向应力轴的倾角；cg为黏聚力，即净法向应力为 0 时，摩尔-库仑破坏包线在剪应力轴上的截距（见图 1）；ce、ϕ e为基质吸力和其他因素在τ−(σn −ua)坐标系中引起的的等效黏聚力、等效摩擦角。

对于基质吸力以外的因素对非饱和土抗剪强度的影响，目前尚缺乏必要的研究。对于非饱和土，一般情况可认为基质吸力和静法向应力为非饱和土的两个独立应力状态变量[1]，对抗剪强度等起决定性作用，以下均针对此种情况进行探讨。本文首先分析了3 个典型的非饱和土抗剪试验；然后尝试对非饱和土抗剪强度包络面进行几何描述，给出其抗剪强度的函数表达式，并用试验进行了验证；最后，用干土和饱和土两个极限状态进行验证。2.抗剪强度试验 2.1 Escario 试验

Escario 和Sáze[8]对非饱和马德里灰色黏土等3种土样进行了直剪试验（简称Escario 试验），试验结果见图2，根据式（4）可求出cg和ϕg，详见表1。图2 不同基质吸力下的摩尔-库仑包线

2.2 龚壁卫试验

龚壁卫等[9]对非饱和土进行了不同路径的抗剪试验研究（简称龚壁卫试验），土样为湖北枣阳某渠道一处已经发生滑坡的边坡，脱湿路径下的试验结果见图3，根据式（4）可求出cg和ϕ g，见表2。

图3 不同基质吸力下的摩尔-库仑包线

表2 不同基质吸力下的c、ϕ（龚壁卫试验）

g

g

2.3 林鸿州试验

林鸿州等[10]对北京非饱和粉质黏土等3 种土样进行了直剪试验（简称林鸿州试验），假定ua =0kPa，根据式（4）可求出cg和ϕ g，结果见表 3。

对上述试验进行分析，可得出不同基质吸力条件下黏聚力和摩擦角的比值，见表4。

由图2 和图3 可知，对于同一基质吸力，静法向应力在一定区间内，非饱和土的抗剪强度包线为直线；由表4 可知，当吸力的变化区间为0～981 kPa时，黏聚力变化为227.3 %～981.4 %，摩擦角变化为120.8 %～149.3 %；对于高基质吸力状态下，无准确的吸力数据，但从试验3 可知，剪切后饱和度为5 %时，摩擦角变化为160.0 %。根据上述3 个非饱和土抗剪强度试验，可得出以下结论：①对于同一基质吸力，静法向应力在一定区间内，非饱和土的抗剪强度包线近似为直线，符合摩尔-库仑破坏准则；②对于不同吸力，黏聚力和摩擦角是不同的，摩擦角相对变化可高达160.0 %，在一定情况下不可忽略摩擦角的变化；③吸力变化时，黏聚力变化较大，摩擦角变化较小。3.摩尔-库仑抗剪强度公式

根据上述非饱和土的3 个抗剪强度试验可知，非饱和土抗剪强度包络面在τ-(σn−ua)-(ua−uw)坐标系中是一个曲面。当(ua − uw)为定值时，静法向应力在一定区间内，其破坏包线为一条直线，符合摩尔-库仑破坏准则；当(ua−

uw)变化时，该破坏包线的在τ 轴上的截距是变化的，该破坏包线与(σn−ua)-(ua−uw)平面的夹角也是变化的，也就是说，黏聚力cg和摩擦角ϕg是变化的。该抗剪包络曲面从几何学上属于直纹面的一种，见图4。该直纹面可以用式（3）来描述，对于基质吸力和静法向应力为非饱和土的两个独立应力状态变量的情况，式（3）可简化为

τ(5）f = cg+(σ

n

−ua)tanϕg

cm=cg−c′,ϕm =ϕg−ϕ ′

（6）

τ

f

=c′+cm+(σn−ua)tan(ϕ′+ϕm)

（7）

式中：cm、ϕm为基质吸力(ua−uw)引起的的等效黏聚力和等效摩擦角:cm、ϕm为吸力的函数，假定其函数函数关系为式（8）、(9）

cm = f1(ua−uw)（8）

ϕm（9）

式（8）、（9）可通过下列方法求出：①根据饱和土试验求出c′和ϕ ′；②根据非饱土抗剪试验得出cg和ϕg，绘制出黏聚力-吸力曲线（简称CSC 曲线和摩擦角-吸力曲线（简称FASC 曲线）；③根据式（5）求出cm和ϕm，绘制出等效黏聚力-吸力曲线（简称ECSC 曲线）和等效摩擦角-吸力曲线（简称EFASC 曲线）；④对于不同的基质吸力区间，直接根据试验曲线选择合适的函数进行拟合或者插值，该函数表达式即式（8）、（9）。通常情况下，基质吸力在一定的区间范围内式（8）、（9）可选择线性函数表达：

=

f2(ua−uw)cm=cmo+(ua–uw)tanϕb（10）

式中：cm0为ECSC 直线在cm轴上的截距，tanϕb=Δcm/Δ(ua−uw)。

ϕm=ϕm0+(ua–uw)tanθb（11）

式中：ϕm0为EFASC直线在ϕm轴上的截距，tanθb=Δϕm/Δ(ua−uw)。

图5、6 分别为Escario 试验和林鸿州试验中的ECSC 曲线和EFASC 曲线。

对于Escario试验，(ua−uw)在区间[0，196]上,cm=0+0.267(ua −

uw),cmo=0,ϕb=14.95,ϕm=0，ϕmo=0,θb =0，其他区间的函数关系均可利用上述方式求出。

由图5、6 的Escario 试验可知，对某些非饱和土，当基质吸力较小时，ECSC 曲线近似为一条直线，EFASC 曲线为一条截距为0、倾角为0 的直线，即等效摩擦角为0，可以用式（1）描述；当基质吸力较大时，在一定区间内ECSC 曲线近似为一条直线，EFASC 曲线为一条截距和倾角不为0 的直线，等效摩擦角不能忽略为0，式（1）是不能描述该种情况的。由图5、6 中的林鸿州试验数据曲线可知，对某些重塑非饱和土，在不同的基质吸力区间上，ECSC 曲线和EFASC 曲线近似为直线，即使基质吸力较小时，EFASC 曲线也是一条倾角不为0 的直线，等效摩擦角不能忽略为0，式（1）是不能描述该种情况的。式（3）、（5）、（6）可较好地描述非饱和土的抗剪强度特性，可称之为改进的摩尔-库仑抗剪强度公式，该公式描述的抗剪强度包络面是直纹面的一种，也可用轨迹面来描述，母线是摩尔-库仑包线，轨迹线是CSC 曲线，母线与(σn−ua)-(ua−uw)坐标面的夹角随着基质吸力的变化而改变，改变的规律遵照FASC 曲线所对应的函数关系。4.非饱和土极端状态

饱和土和干土是非饱和土的两个极端状态，一个合理的非饱和土抗剪强度公式应该能够概括该状态。

对于饱和土，抗剪强度公式为

τf=c′+（σn –uw）tan ϕ ′（12）当土体饱和时，此时气溶解于水，由于ua=uw,cm =0kPa, ϕm=0，所以式（1）和式（5）均可退化到式（12）；而式（2）为τ=ctol+σ tanϕtol,同总应力状态下的摩尔-库仑抗剪强度公式，无法真正描述饱和土的破坏形式。

对于干砂，ua =0kPa时，抗剪强度公式为

τf=σntanϕ（13）

式中：ϕ 为干砂中摩尔-库仑抗剪强度公式的摩擦角。

当为干砂时，基质吸力引起的等效黏聚力为0kPa，cg=0kPa, ϕg =ϕ;ctol=0kPa, ϕtol=ϕ，式（2）和式（5）可退化到式（13）；式（1）为τf=σntanϕ ′。由表4 可知，ϕ′≠ϕg无法真正描述干砂的破坏形式。

这说明无论式（1）和式（2）均不能概括饱和土土和干土两种极端状态，本文建议的强度表达式却可以较好地描述极端状态的土。5.结 论

根据3 个非饱和土抗剪强度试验，对非饱和土的抗剪强度公式进行了探讨，在原有抗剪强度理论基础上提出了非饱和土的抗剪强度包络面是几何学中直纹面的一种特殊形式，给出了改进的摩尔-库仑抗剪强度公式，可以描述非饱和土各个应力区间上的非饱和土破坏形式；提出了通过ECSC 曲线和EFASC 曲线直接确定非饱和土抗剪强度参数的方法和具体算例，并用干土和饱和土两个极端状态对

不同的非饱和土抗剪强度理论进行了评估。

参考文献：

5.土力学试验总结[推荐] 篇五

土力学是工程力学专业的一门专业课，经过2个多月的学习，我对专业知识有了新的理解和掌握。为了巩固所学的理论知识，提高同学之间的合作能力与动手能力，学校为我们专业开设土力学实验课程。

土力学实验我们供选作了5个有代表性的实验，分别是:

1、颗粒分析试验

2、界限含水率（稠度）试验

3、渗透试验

4、压缩试验

5、直接剪切试验。

我们做试验的顺序基本上是和理论课程同步的。我们首先做的实验是颗粒分析试验。粒分析试验是测定干土中各颗粒含量占该土总质量的百分数，土的大小、级配和粒组含量是土的工程分类的重要依据。由于我们选用的土粒粒径小于0.075mm，因此我们选用了密度计法。这次试验做起来还算是比较轻松，但处理数据却有一定的困难，这个也是土力学试验这一门课的比较明显的特点。这次土力学试验规范了我写试验报告的模式，相比这对于以后我写报告会有很大的帮助。

为了更好的将土的液塑限指标和土的含水率联系起来，我们又做了界限含水率（稠度）试验。这个试验在处理数据时要注意用电子天平测出的是土和盒子的质量，因此，要减去盒子的质量才能的出土的质量。

为了让我们进一步的体验土的渗透性这一个特点，我们又做了渗透试验。这个试验是基于达西定律建立起来的理论。经过理论的推导可以得知渗流速度是和土的渗透系数和水力梯度有关的，根据土的种类的不同，我们选用了常水头试验和变水头试验两个试验方案。这个试验也提高了我们的团队协作能力。

压缩试验相对来说是比较简单的一个试验。这个试验和最后一个直接剪切试验有点相似。在做直接剪切试验中要注意有一个步骤是把销钉去掉后才加载的，结果我们忘记了去销钉，幸亏老师的提醒，我们才把这个错误改过来。做试验要讲究一个认真仔细。

6.土力学课程的教学方法探讨 篇六

1 土力学课程的特点

土力学成为一门独立学科,是以20世纪20年代太沙基出版的第一本《土力学》专著为标志的,与其他力学相比,起步晚,发展得还很不成熟、很不完善。土力学研究的是具体的对象——自然界的土,土区别于其他介质的三个特性是散体性、多相性和自然变异性,土的特性导致了土的三大工程问题,即强度问题、变形问题和渗流问题。这些问题相互独立又相互影响,使得教材各章节之间内容很散,问题之间联系不紧密。为解决三大工程问题,形成了土力学的三大重要理论——强度理论、固结理论和渗流理论。

大学阶段的土力学主要学习渗透理论、应力计算、固结理论、土压力理论等经典土力学内容,所以土力学是一门理论性很强的学科。同时,土力学也是一门实践性很强的学科。土力学是因工程需要而诞生的,其发展始终与工程需要联系在一起,许多重要理论和公式来源于实验和实践经验,并随实践经验的发展而逐步完善。

2 课前备课

精选教学内容是我们能否合理地完成教学任务的前提。土力学总课时分为理论课时和实验课时两部分,我们应根据所学专业的侧重点不同,如建筑工程、道路工程、环境工程等,对教材内容有所取舍,重点和难点可以多花些课时,同时,还需整合课程之间的重复内容,如《土质学与土力学》车辆荷载土压力计算与《路基工程》中车辆荷载土压力计算。因此,开课前授课计划的合理安排是实现理想教学效果的根本保证。

教案的精心设计,好比剧本创作一样,需要阅读大量的参考资料,弄清基本理论的来龙去脉,融会贯通各知识点,同时还要合理安排教案的结构。1)提出问题,引出开头,激发学生兴趣;2)启发性地展开中间思维过程,要做到层层深入,一环扣一环;3)讨论结束之后精辟地总结出理论,使学生豁然明白。这样不仅可以使学生很好地掌握知识,更培养了学生思维和创新的能力。

多媒体已成为教学必不可少的工具,课件的应用可以给教学带来许多便利和良好效果。制作多媒体课件时,首先课件内容是讲课主要思路的反映,而不是简单扫描课本,否则会使学生抓不住重点和主线,注意力不集中,失去学习兴趣;其次还要注意细节,文字不宜太多,最好用图件和动画来演示讲解,字体宜用宋体或黑体,颜色对比要强,但不宜过多。

3 课堂授课

3.1 理论课

针对土力学的教学内容多而杂的特点,教师应在绪论中重点介绍课程的框架体系,且在每章开始时,再重复展示该体系和介绍本章知识框架体系,这样不仅能使学生思路清晰,把握课程精髓,而且能提高学生的总结和分析能力。通过调查发现,尽管很多学生在学完土力学后对基本知识点能够掌握,但是仍然对土力学这门学科感到很陌生,究其原因主要是没有在脑海里形成一个基本的框架。

在讲授基本内容之前,首先要强调土力学的有用性,再结合工程实例来激发学生的学习兴趣。任何一个工程都是直接或间接坐落在地表上,都会与地基土打交道,如比萨斜塔的倾斜问题、南水北调工程中的渗漏问题、三峡工程中的地质灾害问题等。

既要保证教案“剧本”授课的艺术性,还要注重课堂演绎:1)要脱稿讲解、轻松自信,做到胸有成竹、思维敏捷、应用自如;2)要充满激情,富有逻辑,做到语速适当、抑扬顿挫;3)要采用生动的比喻和幽默风趣的语言,以增加趣味性,活跃气氛,并加深学生对知识的理解和记忆;4)要在讲理论时穿插对相关人物的介绍,如达西、库仑、太沙基等,结合目前许多学生准备考研的实际情况,穿插对国内许多相关学者和学校的介绍,以增加学生的学习兴趣和对国内土力学领域的了解。

在上课时,我们还要着重一些细节的讲解,如强调学生要透彻理解基本概念,抓住问题本质;使用基本理论和公式时,提醒学生一定要注意其应用前提,不要盲目的认为书本上的理论或公式在任何情况下都是正确的。

3.2 实验课

目前实验教材中理论部分写得过于详细,没有突出实验特色,而且教材内容设置以验证型理论为主,仅仅是对课堂教学的补充。针对这一问题,我们应探索一种新的土工试验教学方法,进一步提高学生独立思考和动手创新的能力。

改变以教师为中心的传统教学模式,将每个实验制作成课件发布到校园网上,让学生提前预习,缩短课堂上老师讲解的时间,留给学生更多实验操作的时间,让学生变被动为主动,真正成为教学活动的主体。

为完善考核制度,实验课成绩可由原来的10%增加到25%,考核方面主要包括出勤、课堂提问、实验报告三方面,对实验报告中出现编造数据或抄袭的现象应严厉查处,激励学生培养严谨的科学态度,避免走上工作岗位不会做实验的尴尬局面。

实验室实行全天开放,使教学活动由课堂延伸到课外,在现有资源利用率提高的同时,也为学生开展设计型、科研型实验提供一个充分发挥自主性、创造性的学习环境。

4学生课后学习

课后学习是学生对课堂讲授知识的二次吸收,简单来说,就是把书本知识变成自己的知识的过程,那么要实现这一过程,通常要做好以下两个方面的工作:

1)学以致用,在掌握了基本理论和公式的基础上,学生能对实际工程问题进行独立分析、独立解决,做到理论联系实际,理论为实际服务。例如校外实习基地与生产单位相联系,可以让学生自我检测,开阔视野,丰富知识。

2)参加专题讲座,做到与时俱进。由于课本上仅介绍了经典土力学,所以应以专题讲座形式介绍一些现代土力学内容,如非饱和土、土动力学以及目前世界上正在建设的重大工程等,为选择将来就业方向做好准备。

摘要：指出土力学是一门以土为研究对象的力学分支,在分析土力学课程特点的基础上,结合自身的教学经验,从备课、授课到学生课后学习整个过程中对土力学课程教学方法进行了有益的探讨。

关键词：土力学,教学方法,特点

参考文献

[1]李光信,杜修力.2006土力学教育与教学——第一届全国土力学教学研讨会论文集[M].北京:人民交通出版社,2006.

7.土质学与土力学课程教学改革思考 篇七

[摘 要]增加土质学与土力学课程的学时数是更好的完成教学的前提条件；改变传统的教学模式为多种教学方法相结合的教学手段，授课效果会有较大的提高；加强实验室的建设，充分利用实习基地的有利条件，将实验教学与实习环节较好的结合，学生就能够更好的将理论应用于实践；无论是理论教学还是实践教学都需要教师具有较高的专业素养，教师通过进一步的探索并汲取其他同类院校的先进经验，使土质学与土力学教学质量得到不断的提高。针对土质学与土力学课程教学中存在的问题，通过课程设置的改革、多种方法相结合的教学手段、加强实践环节、教师专业素养的提高等四个方面的措施来提高教学质量。

[关键词]土质学与土力学 教学手段 实践环节 教学质量

[中图分类号] G710 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）05-0157-02

通过近几年的改革，勘查技术与工程专业教育教学质量取得了一定的成效，学生的教学平台有了较大的提升，尤其是实验室和实习基地的建设，在多位援疆教师的帮助指导下，土力学实验室已经能够满足学生的基本物理力学实验，学生的实践能力得到了提高，师资队伍在不断壮大，教学质量在不断增强。土质学与土力学课程有其自身的特点，教学改革还需进一步探索与加强，本文针对教学中存在的问题，拟探讨教学质量提高的几种措施。

一、现阶段教学中存在的问题

通过课堂教学及实验教学发现，学生学习本门课程存在如下问题：

首先，土质学与土力学课程的内容多，理论多，公式多，计算多，实践性强。学生在学习过程中往往对理论的学习兴趣不够浓厚，对土力学的特点认识不够，不能很好的将理论应用于实际问题中，如库伦-摩尔强度理论在挡土墙上土压力的计算、土坡稳定分析等的应用；该课程中基本公式相对较多，土的物理性质及工程分类这部分物理性质指标较多，学生往往较厌烦，如何将这些基本指标应用到解决具体工程问题中，或者如何通过已知几个指标来换算求解其他指标时较混乱，甚至有个别同学不知如何入手；涉及具体问题计算多，尤其是土中应力计算、土的沉降计算部分，计算时相关参数需要查大量的表，同时计算步骤较多，学生往往觉得较繁琐，提不起兴趣。

其次，在实验教学环节中，还存在学生扎堆，但有个别同学不动手的现象，实验室面积小、组数少，不能使得每位同学在实验过程中得到锻炼。

除此，还有本课程教学手段单一，仅仅为传统的板书教学，课程内容较多，存在课时紧张的问题，对于有关土力学案例，图片不能更好地给学生展示讲解。

最后，学生系统复习的时间少，平均成绩往往较其他课程偏低。

二、教学质量提高的措施

（一）课程设置的改革

学生具备材料力学、弹性力学等有关的内容，具有一定理论基础，但是学习本门课程之前不具备专业基础知识。我校老的培养方案中土质学与土力学设置在大二第一学期，而工程地质学基础设置在大二的第二学期，这给学生学习本门课程带来了一定的困难，提及相关概念不甚理解。当然，工程地质学基础课程的学习也需要岩土力学知识支撑，因此建议两门课程均设置在大二的上学期较好。另外，该课程作为专业核心基础课程，课时相对少，授课教师不能将有关土力学的案例在有限的课堂时间内给大家讲解完整，同时课堂内也没有时间让学生与老师及学生与学生之间进行更多的互动和交流，因此想通过课堂教学让学生完全掌握基本理论，并能够较好地将其应用到实践中，增加学时势在必行。

（二）多种方法相结合的教学手段

土质学与土力学有其自身的特点，不同于固体力学，它往往依靠试验和工程经验，但也不同于一般的专业课程，还需重概念，重理论，因此在教学中多种方法相结合才能达到较好的授课效果。

在土力学教学过程中，用系统性教学法注重土力学各章节内容之间的联系，使其形成一个有机的整体。实际上教材内容顺序上安排得很恰当，土的物理性质始终都贯穿到后面的各章节中，土的物理性质决定了土的三大特性，并且通过研究土的物理性质和三大特性可以解决土工建筑物与地基出现的三大工程问题。所以，在讲授这门课的时候，要将土的物理性质作为基础和主线，土中应力计算作为先导，土的三大特性作为核心，重点讲解这几部分，把土压力计算、土坡稳定分析、地基承载力等这几章作为基础理论的应用来讲解。如学习了土中应力计算之后，讲解土的沉降计算，首先引入建筑物基础与地基相互作用可能出现的工程问题，这样来启发学生思考土的沉降计算这部分属于土的变形问题；其次让学生思考为什么地基土会产生沉降，这样可以使得土中应力与土的沉降计算两部分更好的联系到一起。

案例教学法对学习该课程具有重要的作用。采用工程案例导入教学主题—学生参与案例讨论—教师引入土力学理论—再转入理论应用的课堂模式，可以将抽象的概念、原理具体化，可以调动学生参与教学的积极性，活跃课堂的气氛，从而达到教与学的互动，检验了学生掌握基本知识和基本理论的牢固性和灵活性。

采取多种教学形式激发学生的学习兴趣。部分内容采取传统的板书教学形式，如公式推导部分；部分内容采用多媒体形式，给学生放映工程实例的相关图片、视频等方式让学生了解实际工作中需要解决的工程问题；部分偏向工程应用的章节课可以采取多教师讲授，尤其是经验丰富的教师参与讲授或以讲座的形式，提出现阶段工程常用的解决问题的方法和手段。如土坡稳定分析、土压力计算、地基承载力计算这三章，通过这几种教学方式能够较好的增强教学效果。

（三）加强实践环节

土质学与土力学十分重视实践经验，因此学习本课程应尽可能地与工程实践结合起来，从而能更好地解决与土有关的工程问题。

本课程设置了实验教学内容，实验教学主要为室内试验。室内试验将几个实验项目穿插到理论教学过程中，实验课程设置课时较少，在安排的课时内完整地完成实验全过程是不可能实现的。基本上，实验的准备工作均为实验指导老师提前来完成的。如土的直剪实验，完整的操作过程应为从野外取原状样，到室内环刀切取与环刀同体积的土样4个，然后将土样压入直剪仪盒内→施加垂直压力→施加剪力→试样破坏→记录测微表读→试验结果整理。一级荷载需要完成以上的步骤，总共四级荷载共需重复完成四次工作。因整个实验耗时较长，实验安排的时候往往是每组分别做各级不同的荷载协作来完成，最终汇总数据，完成实验结果整理绘图，但因每组的操作均存在不同的误差，导致实验结果不太理想，学生不能完整地了解实验的全过程。因此，建议本课程要加强实验室的建设，逐步增添实验仪器，更换陈旧的实验仪器，加强实验室环境的改造，以上几项已经列入了我校“中西部高校提升综合实力项目”中。

此外，原位试验也具有举足轻重的作用。勘查技术专业在培养方案中设置了岩土工程勘察教学实习部分，其作为一种综合性的实习过程，要重视原位试验对教学的辅助作用。注意引导学生试验中对土力学知识的运用，掌握试验的目的、试验数据的整理、得出成果的应用，可使学生充分认识到土质学与土力学课程的重要性。今后实习中尝试将土力学的室内基本实验穿插进来，让学生把握野外取样、保存、制样等前期的准备工作，通过完成原位试验对理论学习具有较好的促进作用。加强实习基地的建设，选择适宜的实习场地，增设新的实习内容会对土质学与土力学的教学有较好的促进作用，并且对教学效果会有较好的提升作用。

（四）教师专业素养的提高

课程教学的效果与教师的专业素养是分不开的，对于实践性较强的工科专业，教师实践经验缺乏与注重实用性的课程特点间的矛盾凸显，尤其作为青年教师，应加强本专业的野外实践，可考虑到生产实践单位锻炼，例如参与到本专业学生的毕业实习环节中去，不断积累工程经验，及时发现问题，通过实践指导理论。同时要增强科研能力的培养，多参加相关学术研讨会，与全国乃至世界上的专家学者交流探讨，学习一些新理论新方法在专业上的应用，增加本专业的前沿知识，促进本专业方向的发展。

三、结语

增加土质学与土力学课程的学时数是更好的完成教学的前提条件；改变传统的教学模式为多种教学方法相结合的教学手段，授课效果会有较大的提高；加强实验室的建设，充分利用实习基地的有利条件，将实验教学与实习环节较好的结合，学生就能够更好的将理论应用于实践；无论是理论教学还是实践教学都需要教师具有较高的专业素养，教师通过进一步的探索并汲取其他同类院校的先进经验，使土质学与土力学教学质量得到不断的提高。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 袁聚云，钱建固，张宏鸣等.土质学与土力学[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] 陈仲颐.土力学[M].北京：清华大学出版社，1994.

[3] 丁军霞，熊保林，汤劲松.土力学教学体会与思考[J].高校讲坛，2011（35）.

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