1、内容提要本书是教育科学“十五”国家规划课题研究成果之一。本书共章，包括土的基本性质和压实机理、渗流、流土和湿化、地基中应力计算、地基的沉降、土的抗剪强度及其参数确定、挡土墙上的土压力、地基承载力计算、边坡稳定分析等。本书的编写是按照“从实践中来，到实践中去，介绍土力学的基本理论”的思路进行的，易读易懂。可作为普通高等院校土木工程专业及相关专业的本科教材，还可供相关专业有关人员参考。图书在版编目（）数据土力学 姚仰平主编北京：高等教育出版社，土姚土力学高等学校教材 中国版本图书馆 数据核字（）第 号策划编辑 赵湘慧责任编辑 张玉海封面设计 刘晓翔责任绘图 朱静版式设计 胡志萍责任校对 殷然责任印
2、制出版发行高等教育出版社购书热线 社址北京市西城区德外大街号免费咨询 邮政编码 网址 ：总机 ：经销新华书店北京发行所印刷开本 版次年月第版印张 印次年月第次印刷字数 定价 元本书如有缺页、倒页、脱页等质量问题，请到所购图书销售部门联系调换。版权所有侵权必究物料号：总序为了更好地适应当前我国高等教育跨越式发展需要，满足我国高校从精英教育向大众化教育的重大转移阶段中社会对高校应用型人才培养的各类要求，探索和建立我国高等学校应用型本科人才培养体系，全国高等学校教学研究中心（以下简称“教研中心”）在承担全国教育科学“十五”国家规划课题 “世纪中国高等教育人才培养体系的创新与实践”研究工作的基础上，组
3、织全国 余所以培养应用型人才为主的高等院校，进行其子项目课题 “世纪中国高等学校应用型人才培养体系的创新与实践”的研究与探索，在高等院校应用型人才培养的教学内容、课程体系研究等方面取得了标志性成果，并在高等教育出版社的支持和配合下，推出了一批适应应用型人才培养需要的立体化教材，冠以“教育科学 十五 国家规划课题研究成果”。年 月，教研中心在南京工程学院组织召开了“世纪中国高等学校应用型人才培养体系的创新与实践”课题立项研讨会。会议确定由教研中心组织国家级课题立项，为参加立项研究的高等院校搭建高起点的研究平台，整体设计立项研究计划，明确目标。课题立项采用整体规划、分步实施、滚动立项的方式，分期分
4、批启动立项研究计划。为了确保课题立项目标的实现，组建了“世纪中国高等学校应用型人才培养体系的创新与实践”课题领导小组（亦为高校应用型人才立体化教材建设领导小组）。会后，教研中心组织了首批课题立项申报，有 所高校申报了近 项课题。年月，在黑龙江工程学院进行了项目评审，经过课题领导小组严格的把关，确定了首批项子课题的牵头学校、主持学校和参加学校。年月至月，各子课题相继召开了工作会议，交流了各校教学改革的情况和面临的具体问题，确定了项目分工，并全面开始研究工作。计划先集中力量，用两年时间形成一批有关人才培养模式、培养目标、教学内容和课程体系等理论研究成果报告和在研究报告基础上同步组织建设的反映应用型
5、人才培养特色的立体化系列教材。与过去立项研究不同的是，“世纪中国高等学校应用型人才培养体系的创新与实践”课题研究在审视、选择、消化与吸收多年来已有应用型人才培养探索与实践成果基础上，紧密结合经济全球化时代高校应用型人才培养工作的实际需要，努力实践，大胆创新，采取边研究、边探索、边实践的方式，推进高校应用型本科人才培养工作，突出重点目标，并不断取得标志性的阶段成果。教材建设作为保证和提高教学质量的重要支柱和基础，作为体现教学内容和教学方法的知识载体，在当前培养应用型人才中的作用是显而易见的。探索、建设适应新世纪我国高校应用型人才培养体系需要的教材体系已成为当前我国高校教学改革和教材建设工作面临的
6、十分重要的任务。目前，教材建设工作存在的问题不容忽视，适用于应用型人才培养的优秀教材还较少，大部分国家级教材对一般院校，尤其是新办本科院校来说，起点较高，难度较大，内容较多，难以适应一般院校的教学需要。因此，在课题研究过程中，各课题组充分吸收已有的优秀教学改革成果，并和教学实际结合起来，认真讨论和研究教学内容和课程体系的改革，组织一批学术水平较高、教学经验较丰富、实践能力较强的教师，编写出一批以公共基础课和专业、技术基础课为主的有特色、适用性强的教材及相应的教学辅导书、电子教案，以满足高等学校应用型人才培养的需要。我们相信，随着我国高等教育的发展和高校教学改革的不断深入，特别是随着教育部即将启
7、动的“高等学校教学质量和教学改革工程”的实施，具有示范性和适应应用型人才培养的精品课程教材必将进一步促进我国高校教学质量的提高。全国高等学校教学研究中心 年月总序前言在土木工程建设中，土被广泛地用作各种建筑物、构筑物的地基。对土的各种特性的研究直接原于土木工程实践，土的基本理论的提出又服务于土木工程实践，并在实践中得到发展。例如，土力学中的流网理论、固结理论和强度理论等就分别针对着实践性很强的渗流问题、沉降问题、挡土墙上土压力、地基承载力和边坡稳定性等问题而提出的。所以，编者们在确定本教材的编写指导思想时，结合教育科学“十五”国家规划的要求，经过反复讨论和思考，最终确定为“从实践中来，到实践中
8、去，介绍土力学的基本理论”的编写方案。“从实践中来”就是讲清楚土力学基本理论的工程背景；“到实践中去”就是解决好土力学基本理论的应用问题，通过各种例题加深读者对基本概念的理解和掌握；“介绍土力学的基本理论”就是在保证基本知识体系完整的条件下，介绍土力学的基本概念、基本原理和基本计算方法，不追求大而全的体系。编者在编写中试图尽量按照这个思路来做，是否能达到预期的目标还有待读者们评判。本书共分章，绪论及第、章由北京航空航天大学姚仰平、罗汀编写；第、章由安徽理工大学汪仁和编写；第、章由济南大学徐新生、徐尧编写。北京交通大学赵成刚教授审阅了本书，并提出了许多宝贵的建议，在此表示诚挚的感谢。在此，要感谢
9、高等教育出版社对本书出版工作的大力支持，也要感谢北京航空航天大学罗佳、周安楠同学对本书的出版所做的工作。由于编者水平有限，不足之处在所难免，恳请广大读者多提宝贵意见。编者将会非常感谢！并在今后的修订中给予考虑。编者 年月 日目录绪论（）第章土的物理性质和压实机理（）土的形成及颗粒特征（）土的结构及工程性质（）土的三相组成及物理性质指标（）无粘性土的密实特性（）粘性土的物理特性（）土的工程分类（）土的压实机理及工程控制（）思考题（）习题（）第章渗流、流土和湿化（）达西定律（）流网理论简介（）流土、管涌及其防治（）非饱和土的湿化及其危害（）思考题（）习题（）第章地基中应力计算（）自重应力（）基底的
10、接触压力（）各种荷载作用下地基内的附加应力（）饱和土的有效应力原理（）思考题（）习题（）第章地基的沉降（）土的压缩性（）地基最终沉降量的计算（）单向固结理论（）固结沉降随时间变化的预测（）与固结相关的施工方法（）思考题（）习题（）第章土的抗剪强度及其参数确定（）土的破坏准则（）土的抗剪强度参数确定（）土的应力应变特性（）有效应力路径及其在工程问题分析中的应用（）思考题（）习题（）第章挡土墙上的土压力（）主动土压力、被动土压力和静止土压力（）朗肯土压力理论（）库仑土压力理论（）挡土墙变形与土压力分布（）思考题（）习题（）第章地基承载力计算（）地基的破坏模式（）地基的临塑荷载和临界荷载（）地基极限
11、承载力计算（）地基承载力公式的适用性（）思考题（）习题（）第章边坡稳定性分析（）表层滑动的稳定性分析（）深层滑动的稳定性分析（）水对边坡稳定的影响（）思考题（）习题（）参考文献（）目录绪论土是地壳表层母岩经受强烈物理、化学和生物风化作用的产物，是各种矿物颗粒的集合体。颗粒间的联结强度远比颗粒本身强度小，有的颗粒间甚至没有联结。一般情况下，土颗粒间有大量的孔隙，而孔隙中通常有水和空气。多孔性和散体性是土的最基本的结构特征。土区别于固体材料（如金属）和流体材料（如水），有以下三方面的重要特征：（）土通常是由土颗粒、水和空气组成的三相混合体。只含有土颗粒和水而没有空气的土称为饱和土。只含有土颗粒和空
12、气而没有水的土称为干燥土。位于两者之间，由土颗粒、水和空气三者共同组成的土称为非饱和土。对于这样的多相混合体，不仅要考虑土体整体的性质和运动规律，还应考虑组成土体各相的性质和运动规律。下面将要讲的水在土体中的渗流规律及“有效应力”等内容就是由于土是多相混合体而产生的。（）土的本质在于它是离散的颗粒的集合体。这样的集合体既不是气体，也不是液体，也不是固体（土颗粒本身是固体），而是称之为“粒状体”的集合体。容易理解，砂土就是这样的粒状体的集合体。通常会产生这样的疑问，这样的材料怎么能支撑得住构筑物呢？土体基本颗粒间的粘着力几乎不存在，只是依靠土颗粒间的摩擦力承受荷载，所以土的变形和破坏受“摩擦规则
13、”的支配。土具有称之为“压硬性”的特性，即土所受的周围约束压力就大，也越密实，其模量就越大，抗剪强度也越高，土表现出“越硬”的性状。（）土在受剪时，由于土颗粒之间在荷载作用下位置相互错动，随着剪切变形的增加会产生体积变化。在一定的周围约束压力下，比较松散的土会表现出体积压缩的特性；相反，比较密实的土则表现出体积膨胀的特性。这种受剪时土体积变化的特性称之为“剪胀性”。土所表现出的以上特性是一般固体力学和流体力学研究对象所没有的，所以研究这种特殊材料的力学特性的学科 “土力学”就诞生了。自 年太沙基发表第一本 土力学 著作以来，土力学已经发展成一门利用力学知识和土工试验技术来研究土的强度和变形规律
14、的独立学科。该学科主要研究土的基本物理力学性质、土体中水的渗透规律、土体中各种条件下应力的计算、外荷载作用下土体的变形计算（考虑时间特点）、土的强度及土体的稳定性分析方法（地基承载力、土坡稳定性和作用于挡土墙上的土压力）等。目前，土力学教科书中介绍的内容属于经典土力学的范畴，一般认为其发展的时间为 年，主要影响人物是太沙基。而科学土力学的开始，则以英国剑桥大学等从 年起联合开展的关于土体应力应变特性的研究为标志。近一个世纪以来，土力学科技工作者在土的抗剪强度理论、土的应力应变模型、土的固结理论和土体稳定性分析等方面取得了有目共睹的发展，其成果在土木工程的实践中发挥了巨大的作用。成功运用土力学的
15、原理解决复杂工程问题的例子比比皆是，比萨斜塔在 世纪 年代濒临倾覆，年对游人关闭，经过世界范围内许多岩土工程专家十多年的抢修加固，先后采用底部加箍、北部堆载、设置拉锚、地基应力解除等措施，已于 年纠编成功。在我国许多重大工程（如长江大桥、三峡工程、南水北调等）都涉及复杂的岩土工程问题。利用土力学知识解决其中的疑难问题，凝聚着几代岩土工程师们的智慧。土是天然的产物，不是人类按照某种配方制造出来的。土体的不均匀性、各向异性等形成了土与钢材和混凝土等材料完全不同的特性。所以在学习土力学的过程中，要把掌握定性的基本概念与定量的基本计算方法放在同等重要的地位。定量计算是工程设计的依据，而定性分析则是解决
16、岩土工程疑难问题的常见方法。由于自然地理环境的不同，地表层分布的土也是多种多样的。某些土类（如湿陷性黄土、膨胀土、多年冻土及人工合成土等），还具有不同于一般土类的特殊性质。针对其特殊的性质又形成了各种专门的土力学分支。当这些土类用作地基时，针对其特性还应采取与之相适应的工程措施。绪论第章土的物理性质和压实机理土的物理性质是土的最基本的性质，随着土的组成的不同和三项比例指标的不同，土表现出不同的物理性质，比如土的干湿、轻重、松密和软硬等。而土的这些物理性质某种程度上又确定了土的工程性质。比如：松散、湿软地层，土的强度小、地基承载力低、压缩性大；反之，强度大、地基承载力高、压缩性小；土颗粒大（无粘性土），地层的渗透性大、地基稳定性好、承载力大；土颗粒细（粘性土），则地层的渗透性小，地基稳定性差；土颗粒大小不均匀（级配好）则土在动荷载作用下易于压实等。本章主要介绍土的形成和组成，定性、定量地描述了土的物质组成以及密实性对工程性质的影响，其中包括土的三相组成分析、土的三相比例指标的定义、粘性土的界限含水量、砂土的密实度、常规土工实验标准及方法、地基土的工程分类方法和土的压实特性等。这些内容是学