郑州大学现代远程教育-地基基础-答案.doc

1、 郑州大学现代远程教育地基基础课程考核要求 说明：本课程考核形式为提交作业，完成后请保存为 WORD 2003 格式的文档，登陆学习平台提交，并检查和确认提交成功 （能够下载，并且内容无误即为提交成功） 。 一 作业要求 1.简答题部分：每模块选作 1 题，共 5 题。 2.计算题部分：模块一 三，每模块选作 1 题，模块五选作 2 题，共 4 题。 3.先写题目，再写答题内容；简答语句要通顺，不能仅有关键词；计算题要有步骤，不能仅给出答案。 4.请独立自主按照要求完成作业内容。 二 作业内容 1.简答题 （ 1）模块一： 1） 土中的液态水分哪几 类？对土的性质各有什么影响？ 答： 土中的液

2、态水分为强结合水、弱结合水、自由水、重力水，对土的性质三相体、碎散性、透水性、多孔性、自然变异性或不均匀性、易变性的影响。 2） 反映无粘性土密实度状态的指标有哪些？各有什么优缺点？ 答： 孔隙比、孔隙率、干密度、相对密实度、动力触探锤击数、等 。 优点：判断密实度最简便的方法是用孔隙比 e 来描述，但 e 未能考虑级配的因素，故引入密实度。 缺点：天然状态砂土的孔隙比 e 值难测定，此外按规程方法室内测定孔隙比最大值和孔隙比最小值时，人为误差也较大。 3） 简述达西定律及其适用范围。实验室如 何测定渗透系数 k？ 答： 达西定律描述： Q = K h/L = K I （达西公式） 式中 :Q

3、 渗透流量 (出口处流量，通过砂柱各断面的流量 )； 过水断面 (在实验中相当于砂柱横断面积 )； h 水头损失 (h=H1-H2,即上下游过水断面的水头差 )； L 渗透途径（上下游过水断面的距离 )； I 水力梯度 (相当于 h/L，即水头差除以渗透途径）； K 渗透系数。 由水力学可知 ,通过某一断面的流量 Q 等于流速 V 与过水断面的乘积 ,即： Q = V 即 V = Q/ 则可得达西定律可以写为另一种形式，即： V = KI 水在多孔介质中的渗透流速与水力梯度的一次方成正比 达西定律（线性渗透定律）。 水力梯度 I 的定义：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值。 适用范围：

4、 渗透流速 V 与水力梯度 I 的一次方成正比 ,故达西定律又称线性渗透定律。 但多次实验表明 ,只有雷诺数（ Re） 1-10 之间某一数值的层流运动才服从达西定律，超过此范围， V 与 I 不是线性关系。 绝大多数情况下 ,地下水的运动都符合线性渗透定律 ,因此 ,达西定律适用范围很广。它不仅是水文地质定量 计算的基础，还是定性分析各种水文地质过程的重要依据。深入掌握达西定律的物理实质，灵活的运用它来分析问题，是水文地质工作者应当具备的基本功。 达西定律具体适用范围为： 存在一个临界雷诺数 Re 临（ 110）， Re 临是达西定律成立的上限，当 Re Re临，即低雷诺数时，属低速流，这时

5、该区域内达西定律适用。 当 Re 临 Re 20 60 时，出现一个过渡带，从层流运动过渡到非线性层流运动。 高雷诺数时为紊流，达西定律失效。 实验室测量方法有 常水头法和变水头法。 4） 动水力如何计算？渗透变形有几种形式？各有什么特征？ 答 ： J=yml 按照渗透水流所引起的局部破坏的特征，渗透变形可分为流土和管涌两种基本形式。流土是指在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象，它主要发生在地基或土坝下游渗流出处。 管涌是指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象，主要发生在砂砾土中。 5） 按国标 GB50007，建筑物的地基岩土可分为哪

6、几类？各类土的划分依据是什么？ 答：建筑物的地基岩土可分为 岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和 人工填土岩石按照坚固程度、风化程度、或完整程度划分；碎石土按照由大至小划分；砂土按照粗细程度划分；粉土按照塑性指数划分；粘性土按照塑性指数划分；人工填土按照人类堆填形成划分。 （ 2）模块二： 1） 土的自重应力分布有何特点？地下水位的升降对自重应力有何影响？ 答：自重应力随深度而增大，每层土内线性分布，分层土折线分布，隔水层处突变；地下水位上升，自重应力减小。 2） 刚性基础的基底压力分布有何特点？工程中如何简化计算基底压力？ 答：刚性基础的基底压力非线性分布；工程中简化为线性分布 3） 目前计算

7、地基中附加应力的假定是什么？这些假定是否合理？ 答： 目前计算地基中附加应力的假定是 把地基土视为均匀 、各向同性的半无限空间弹性体； 这些假定 与实际有出入，但当基底压力不大时，可满足工程要求。 4） 简述饱和土的有效应力原理。在饱和土一维固结过程中，土的有效应力和孔隙水压力是如何变化的？ 答： 饱和土的有效应力原理是 总应力等于有效应力和孔隙水压力；影响土变形和强度的是有效应力 5） 土的压缩性常用指标有哪些？指标间有什么关系？ 答：压缩系数、压缩指数、压缩模量、体积压缩系数、等 （ 3）模块三： 1） 简述库仑公式。对一定的土类，其抗剪强度指标是否为一定值？为什么？ 答： 库仑公式 ta

8、nf c ， 对一定的土类，其抗剪强度指标 不是定值，因为它和剪切面上的正应力有关 2） ？在通常情况下，剪切破坏面与大主应力面之间的夹角是多少？ 答： 土体中首先发生剪切破坏的平面不是剪应力最大的平面 ； 剪切破坏面与大主应力面之间的夹角是 45 + /2 3） 地基的剪切破坏有哪些形式？发生整体剪切破坏时 p-s 曲线的特征如何？ 答： 地基的剪切破坏有 整体剪切破坏，局部剪切破坏和冲切破坏；发生整体剪切破坏时 p-s 曲线分为三段：线性变形段、曲线段、陡降段。 4） 试比较基础宽度和埋深对临塑荷载、界限荷载、地基极限承载力的影响。 答：内摩擦角大 于 0 时，增大基础宽度，临塑荷载不变，

9、界限荷载和地基极限承载力都增大；增大埋深时，三者都增大。 5） 土压力有哪几种？影响土压力的最重要因素是什么？试论述朗肯土压力理论的基本假定。 答： 土压力有 主动土压力、静止土压力和被动土压力； （ 4）模块四： 1）在详细勘察阶段，勘探孔的深度如何控制？ 答：详勘的勘探深度自基础底面算起，且勘探孔深度应能控制地基主要受力层。当地基的宽度不大于 5m，勘探孔的深度对条基不应小于 3.0b（ b 为基础宽度），单独柱基不应小于 1.5b，但不应小于 5m。对高层建筑和需进行变形验算的地基，控 制性勘探孔深度应超过地基沉降计算深度；高层建筑的一般性勘探孔应达到基底下 (0.51.0)b，并深入稳

10、定分布的地层。对仅有地下室的建筑或高层建筑的裙房，当不能满足抗浮设计要求，需设置抗浮桩或锚杆时，勘探孔深度应满足抗拔承载力评价的要求。当有大面积地面堆载或软弱下卧层时，应适当增加控制性勘探孔的深度。如遇基岩或厚层碎石土等稳定土层时，勘探孔深度应根据情况进行调整 。 2）常用的勘探方法有哪几种？ 答：常用的勘探方法有钻探、掘探（井探、槽探和洞探）和地球物理勘探。触探往往与钻探等其他勘察方法配合使用。 3）勘察报 告中常用的图表有哪些？ 答：勘探点平面布置图，工程地质柱状图，工程地质剖面图，综合地质柱状图，土工试验成果汇总表 （ 5）模块五： 1) 建筑地基基础设计规范 GB50007 规定，地基

11、基础设计时，所采用的荷载效应应按哪些规定执行？ 答： 按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值 ； 计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和 地震作用。相应的限值应为地基变形允许值 ； 计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为 1.0； 在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部

12、结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力 应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合 2) 确定基础埋深时要考虑哪些因素？ 答： 建筑物的用途和基础构造 ； 荷载大小和性质 ； 相邻建筑物的基础埋 深 ；工程地质条件和水文地质条件 ； 地基土冻胀性 。 3) 什么是负摩阻力？简述其产生的条件。 答：桩负摩阻力 ,就是当桩身穿越软弱土层支承在坚硬土层上 ,当软弱土层因某种原因发生地面沉降时 ,桩周围土体相对桩身产生向下位移 ,这样使桩身承受向下作用的摩擦力 ,软弱土层的土体通过作用在桩侧的向下的摩擦力而悬挂在桩身上

13、;这部分作用于桩身的向下摩擦力称为负摩阻力 。 4) 何谓承台效应？什么情况下不能考虑承台效应？ 答： 摩擦型群桩在竖向荷载作用下，由于桩土相对位移，桩间土对承台产生一定竖向抗力，成为桩基竖向承载力的一部分而分担荷载，称 之 为承 台效应。对于端承型桩基、桩数少于 4 根的摩擦型柱下独立桩基，以及下列情况时不能考虑承台效应： 承受经常出现的动力作用，如铁路桥梁桩基； 承台下存在可能产生负摩阻力的土层，如湿陷性黄土、欠固结土、新填土、高灵敏度软土以及可液化土，或者由于降低地下水位地基土固结而与承台脱开； 在饱和软土中沉入密集桩群，引起超静孔隙水压力和土体隆起，随着时间推移，桩间土逐渐固结下沉而与

14、承台脱开等。 5) 简述摩擦型群桩基础和端承型群桩基础工作特点的异同。 答： 端承型桩基持力层坚硬，桩顶沉降较小，桩侧摩阻力不易发挥，桩顶荷载基本上通过桩身 直接传到桩端处土层上。而桩端处承压面积很小，各桩端的压力彼此互不影响 或相互影响较小 ，因此可近似认为端承型群桩基础中 的 基桩与单桩相近； 群桩的 承载力等于各单桩的承载力之和 ， 群桩效应系数（群桩中各基桩平均极限承载力与单桩极限承载力的比值） l。 摩擦 型桩 ： 当桩数少，桩中心距 sa 较大时， 例 如大于 6d，桩端平面处各桩传来的压力互不重叠或重叠不多。此时群桩中基桩的工作性状与单桩的一致，故群桩的承载力等于各单桩承载力之和

15、 ； 当桩数较多，桩距较小时， 例 如 34d，桩端处地基中各桩传来的压力将相互重叠。此时，桩端处压力一般明 显大于单桩，桩端以下压缩土层的厚度也比单桩要深，这样群桩中基桩的工作状态与单桩显著不同，群桩承载力不等于各单桩承载力之和，群桩的沉降也明显地超过单桩 。 若限制群桩的沉降量与单桩沉降量相同，则群桩中每一根桩的平均承载力就比单桩时要低，也就是说群桩效应系数 l。 6) 换土垫层法的原理是什么？如何确定垫层的厚度和宽度？为什么厚度太薄和太厚都不合适？ 答： 换填垫层法是先将基础底面下一定范围内的软弱土层挖除，再换填其他无侵蚀性、低压缩性和强度大的散体材料，经过分层夯实，作为地基的持力层；垫

16、层下卧层的承载力确定换填厚度；确 定垫层宽度时，除应满足应力扩散条件外，还应考虑垫层应有足够的宽度及侧面土的强度条件，防止垫层材料向侧边挤出而增大垫层的竖向变形量；垫层的厚度通常不应大于 3m，否则工程量大、不经济、施工难；同样垫层也不应小于 0.5m，否则作用不显著、效果差 。 2.计算题： （ 1）模块一： 1）某土样体积为 1000 cm3，质量为 1870 g，烘干后测得其质量为 1677 g，已知土粒比重 ds = 2.66。试求土的密度 、含水量 w、孔隙比 e、饱和度 Sr。某土样体积为 1000 cm3，质量为 1870 g，烘干后测得其质量为 1677 g，已知土粒比重 ds

17、 = 2.66。试求土的密度 、含水量 w、孔隙比 e、饱和度 Sr。 答： 3g /c m87.11 0 0 01 8 7 0 Vm %5.11%1001 6 7 71 6 7 71 8 7 0%100sw mmw586.0187.1 1)115.01(66.21)1( ws wde%2.525 8 6.0 66.21 1 5.0sr ewdS2）某干砂试样密度 = 1.66 g/cm3，土粒比重 ds = 2.69，置于雨中。若砂样体积不变，饱和度增至 40%时，此砂在雨中的含水量 w为多少？ 答： 由干砂密度 = d =1.66 g/cm3 得孔隙比 62.0166.1 69.211d

18、sw de在雨中 Sr=40%，含水量 %2.969.2 62.04.0sr d eSw3）某原状土样，试验测得土的天然密度 = 1.67 t/m3，含水量 w = 12.9%，土粒比重 ds = 2.67。 试求土的孔隙比 e、饱和度 Sr、饱和重度 sat 、有效重度 。 答： 805.0167.1 1)129.01(67.21)1( ws wde%438 0 5.0 67.21 2 9.0e sr wdS 3sws a t k N / m25.198 0 5.01 )8 0 5.067.2(101 )( e ed 3wsa k N / m25.91025.19 t （ 2）模块二： 1）

19、某建筑场地的地层分布见图示。其中第一层细砂厚 h1 = 4.5 m，重度 =19 kN/m3，饱和重度 sat = 19.4 kN/m3，地下水位在地面下 2 m 处；第二层粘土厚h3 = 4.5 m，饱和重度 sat = 17.4 kN/m3，以下为不透水的岩石层。试求各层交界面处的竖向自重应力以及作用在基岩顶面的土自重应力和静水压力之和，并绘出自重应力沿深度的分布图。 2m2.5ms at= 17.4 kN/m3s at= 19 .4 kN/m31234 = 19 kN/m3细砂粘土 4.5m答 ： 3g /c m87.11 0 0 01 8 7 0 Vm %5.11%1001 6 7 7

20、1 6 7 71 8 7 0%100sw mmw 586.0187.1 1)115.01(66.21)1( ws wde %2.525 8 6.0 66.21 1 5.0sr ewdS 2）某饱和粘土层的厚度为 10 m，地面作用大面积荷载 p0 = 150 kPa。已知该粘土的压缩模量为 MPa5s E ，竖向固结系数 Cv = 12 m2/a，求粘土层在双面排水条件下加荷 1 年时的沉降量。已知当应力图形为矩形时，单面排水条件下的平均固结度 Ut 与时间因数 Tv之间的关系为 42tv2e81 TU 。 答：由于地面作用大面积均布荷载，所以粘土层中附加应力为均匀分布，即 k P a1500

21、 pz 粘土层的最终（固结）沉降量 mm300510150s E hs z加荷 1 年时，时间因素 48.0)210( 112 22vv h tCT固结度 %75)4 48.0e x p (81)4e x p (8122v22t TU 故加荷 1 年时地面的沉降量为 mm22575.0300t Uss 3）在天然地面上大面积堆载，荷载强度 kPa50p 。天然土层为两层，第一层为粗砂，厚度 4.0m，重度 3kN/m18 ，饱和重度 3sat kN/m18 ；第二层为粘土层，厚度 5.0m，压缩模量 Es = 5 MPa，饱和重度 3sat kN/m20 ；地下水位在地面下 1.0m。不计第一

22、层粗砂层的压缩量，试计算由于地面堆载而引起的粘土层的最终压缩量为多少？当上述压缩稳定后，地下水位突然下降到粘土层顶面，试问由此而产生的附加沉降是多少？ sa t=20kN/m34m5m1m粗砂 sa t=18kN/m3粘土Es=5M Pap答 ： 805.0167.1 1)129.01(67.21)1( ws wde%438 0 5.0 67.21 2 9.0e sr wdS 3sws a t k N / m25.198 0 5.01 )8 0 5.067.2(101 )( e ed 3wsa k N / m25.91025.19 t （ 3）模块三： 1）一饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结不

23、排水剪切试验，施加周围压力 3 = 196 kPa，试样破坏时的主应力差 31 = 274 kPa，测得孔隙水压力 u = 176 kPa，已知该土样的有效内摩擦角为 = 26 ，试求破坏面上的有效正应力和剪应力以及试样的有 效粘聚力 c 。 答：由于已知该土样的有效内摩擦角为 = 26，所以 破裂面与水平面夹角成 2/45 0 =58 由试验得 k P a4 7 01 9 62 7 41 ， kPa1963 破裂面上的正应力 和剪应力 分别为 273116c o s)196470(21)196470(212c o s)(21)(21 03131 pa 123116s in)196470(212s in)(21 031 pa 在破坏面上的有效正应力为 97176273 u pa 由于此时 tanf c ，所以 kPa8.75c 2）对某砂土土样进行直剪试验，当法向压力 =100kPa 时，测得抗剪强度kPa52f 。已知同种土制备的土样承受大主应力 kPa1201 ，问小主应力3 满足什么条件土样才不会发生剪切破坏？ 答：由于砂土的内摩擦角 c = 0