土力学答案.doc

1、第 1 页 共 30 页1第一章1-1.砂类土和粘性土各有那些典型的形成作用？ 【答】土在其形成过程中有各种风化作用共同参与，它们同时进行。砂类土主要是由于温度变化、波浪冲击、地震引起的物理力使岩体崩解、破碎形成。粘性土主要是岩体与空气、水和各种水溶液相互作用形成。1-2.请分析下列几组概念的异同点：黏土矿物、黏粒、黏性土；粒径、粒度和粒组。【答】黏土颗粒（黏粒）的矿物成分主要有黏土矿物和其他化学胶结构物或有机质，其中黏土矿物的结晶结构特征对黏性土的工程性质影响较大。黏土矿物实际上是一种铝-硅酸盐晶体，是由两种晶片交互层叠构成的。 黏土矿物颗粒一般为扁平状（或纤维状） ，与水作用后扁平状颗粒的

2、表面带负电荷，但颗粒的（断裂）边缘，局部却带有正电荷。 黏性土由黏粒与水之间的相互作用产生，黏性土及其土粒本身大多是由硅酸盐矿物组成。 自然界中土一般都是由大小不等的土粒混合而组成的，也就是不同大小的土颗粒按不同的比例搭配关系构成某一类土，比例搭配（级配）不一样，则土的性质各异。土颗粒大小，通常以其直径大小表示，简称粒径，单位为 mm。所谓土的颗粒大小组合情况在工程上就是按土颗粒（粒径）大小分组，称为粒组。每个粒组都以土粒直径的两个数值作为其上下限，并给以适当的名称，简言之，粒组就是一定的粒径区段，以毫米表示。土颗粒的大小是以其直径来表示，称为粒径(或粒度)，其单位一般采用毫米。1-3.简述土

3、中粒度成分与矿物成分的关系。【答】粗颗粒土往往是岩石经物理分化形成的原岩碎屑，是物理化学性质比较稳定的原生矿物颗粒；细小土粒主要是化学风化作用形成的次生矿物颗粒和生成过程中有机物质的介入，次生矿物的成分、性质及其与水的作用均很复杂，是细粒土具有塑性特征的主要因素之一，对土的工程性质影响很大。1-4.粒组划分时,界限粒径的物理意义是什么?【答】界限粒组的物理意义是划分粒组的分界尺寸1-5.粘土颗粒为什么会带电？【答】研究表明，片状粘土颗粒的表面，由于下列原因常带有布平衡的负电荷。离解作用：指粘土矿物颗粒与水作用后离解成更微小的颗粒，离解后的阳离子扩散于水中，阴离子留在颗粒表面；吸附作用：指溶于水

4、中的微小粘土矿物颗粒把水介质中一些与本身结晶格架中相同或相似的离子选择性地吸附到自己表面；同晶置换：指矿物晶格中高价的阳离子被低价的离子置换，常为硅片中的 Si4+ 被 Al3+置换，铝片中的 Al3+被 Mg2+置换，因而产生过剩的未饱和的负电荷。边缘断裂：理想晶体内部是平衡的，但在颗粒边缘处，产生断裂后，晶体连续性受到破坏，造成电荷不平衡。1-6.毛细现象对工程有何影响？毛细带内为什么孔隙水压力为负值？【答】自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。按其移动所受作用力的不同，可分为重力水合毛细水。 重力水是存在于地下的透水土层中的地下水，它是在重力或水头压力作用下运动的自由水，对土粒有浮

5、力作用。重力水的渗流特征，是地下工程排水合防水工程的主要控制因素之一，对土的应力状态和开挖基槽、基坑以及修筑地下构筑物有重要影响。毛细水是存在于地下水位以上，受到水与空气交界处表面张力作用的自由水。在工程中，毛细水的上升高度和速度对于建筑物地下部分的防潮措施和地基土的浸湿、冻胀等有重要影响。 在水、气界面上，由于弯液面表面张力的存在，以及水与土粒表面的浸润作用，孔隙水的压力亦将小于孔隙内的大气压力。于是，沿着毛细弯液面的切线方向将产生迫使相邻粒挤紧的压力，这种压力称为毛细压力，毛细压力的存在使水内的压力小于大气压力，即孔隙水压力为负值。1-7. 粘土的活动性为什么有很大差异？ 第 2 页 共

6、30 页2【答】粘土颗粒（粘粒）的矿物成分主要有粘土矿物和其他化学胶结物或有机质，而粘土矿物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有很强的与水相互作用的能力，表面积（比表面）愈大，这种能力就愈强，由于土粒大小而造成比表面数值上的巨大变化，必然导致土的活动性的极大差异，如蒙脱石颗粒比高岭石颗粒的比表面大几十倍，因而具有极强的活动性。1-8. 研究土的结构性有何工程意义，如何研究土的微观结构【答】土的微观结构，简称土的结构，是指土粒的原位集合体特征，是由土粒单元的大小、矿物成分、形状、相互排列及其联结关系，土中水性质及孔隙特征等因素形成的综合特征。首先通过对显微照片信息的提取，采用割补法画出的几何图形来近

7、似代表复杂的结构单元体形态，从简化的图形中找出能够代表土微观结构的每个结构单元体的长轴方向和短轴方向的两个长度量数，运用四个角点的坐标求出长、短轴，用长轴和短轴之积来近似地代替结构单元体的几何面积，然后进行土颗粒的定向研究。第二章2-2、有一饱和的原状土样切满于容积为 21.7cm3的环刀内，称得总质量为 72.49g，经 105烘干至恒重为 61.28g，已知环刀质量为 32.54g，土粒比重为 2.74，试求该土样的湿密度、含水量、干密度及孔隙比（要求汇出土的三相比例示意图，按三相比例指标的定义求解） 。解： 3/84.17.25349cmgVm%9.6SW3/2.17.254381cgV

8、d 069.Se2-3、某原状土样的密度为 1.85g/cm3，含水量为 34%，土粒相对密度为 2.71，试求该土样的饱和密度、有效密度和有效重度（先推导公式然后求解） 。解：（1） VmWssat设 WSS1SVSVdWSSd第 3 页 共 30 页33WS WSSWWsat cm/87g.1.20.341785d1 1d111 Sd有（2）3 /87.cgVVmVWsat WSsatWVWS（3） 10kNg或 3 /7.8.cmWsatt 2-4、某砂土土样的密度为 1.77g/cm3，含水量 9.8%，土粒相对密度为 2.67，烘干后测定最小孔隙比为 0.461，最大孔隙比为 0.9

9、43，试求孔隙比 e 和相对密实度 Dr，并评定该砂土的密实度。解：（1）设 1SVedememWSSW1整理上式得 65.017.20981 Sd（2） （中密）5.461.93.0minax eDr2-5、某一完全饱和黏性土试样的含水量为 30%，土粒相对密度为 2.73，液限为 33%，塑限为17%，试求孔隙比、干密度和饱和密度，并按塑性指数和液性指数分别定出该黏性土的分类名称和软硬状态。解： 819.073.20SWSSVdde3/5.189.7321cmgemd3/95.18.017321cmgededVWSWSSWssat 查表，定名为粉质粘土1673PLpI第 4 页 共 30

10、页4查表，确定为软塑状态81.0673pLI第三章3-1. 试 解 释 起 始 水 力 梯 度 产 生 的 原 因 。【 答 】 起始水力梯度产生的原因是，为了克服薄膜水的抗剪度 0(或者说为了克服吸着水的粘滞阻力)，使之发生流动所必须具有的临界水力梯度度。也就是说，只要有水力坡度，薄膜水就会发生运动，只是当实际的水力坡度小于起始水力梯度时，薄膜水的渗透度 V 非常小。只有凭借精密仪器才能观测到。因此严格的讲，起始水力梯度 I0 是指薄膜水发生明显渗流时用以克服其抗剪强度 0 的水力梯度。3-2. 为什么室内渗透试验与现场测试得出的渗透系数有较大差别【 答】室内试验和现场试验渗透系数有较大差别

11、，主要在于试验装置和试验条件等有关，即就是和渗透系数的影响因素有关，（1）土的粒度成分及矿物成分。土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。（2）结合水膜厚度。粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。 （3）土的结构构造。天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。（4）水的粘滞度。水在土中的渗流

12、速度与水的容重及粘滞度有关，从而也影响到土的渗透性。3-3. 拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场？ 【答】当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变时，这种渗流称为稳定渗流，而拉普拉斯方程是指适用于平面稳定渗流的基本方程。3-5.为什么流线与等势线总是正交的？ 【答】在稳定渗流场中，取一微单元体，并假定水体不可压缩，则根据水流连续原理，单位时间内流入和流出微元体的水量应相等， （式 3-22）即 dqe=dqo。从而得到：即为二维渗流连续方程，从中由数学知识，可知流线和等势线正交。3-6.流砂与管涌现象有什么区别和联系？ 【答】在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现

13、象称为流砂(土)现象。这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中，一般具有突发性、对工程危害大。 在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。它多发生在砂性土中，且颗粒大小差别大，往往缺少某种粒径，其破坏有个时间发展过程，是一种渐进性质破坏。具体地再说，管涌和流砂的区别是：（1）流砂发生在水力梯度大于临界水力梯度，而管涌发生在水力梯度小于临界水力梯度情况下；（2）流砂发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可在渗流逸出处，也可在

14、土体内部；（3）流砂发生在水流方向向上，而管涌没有限制。3-7. 渗透力都会引起哪些破坏？ 【答】渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体和结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌，后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。第 5 页 共 30 页53-8、某渗透试验装置如图 3-23 所示。砂的渗透系数 ；砂的渗透系数scmk/102，砂样断面积 A=200cm2，试问：scmk/102（1）若在砂与砂分界面出安装一测压管，则测压管中水面将升至右端水面以上多高？（2

15、）砂与砂界面处的单位渗水量 q 多大？解：（1） 整理得 ALhkk212602)(cmkh40106212 所以，测压管中水面将升至右端水面以上：60-40=20cm（2） scALhiq /2043122 3-9、定水头渗透试验中，已知渗透仪直径 D=75mm，在 L=200mm 渗流途径上的水头损失h=83mm，在 60s 时间内的渗水量 Q=71.6cm3，求土的渗透系数。解： scmthAQk /105.6.857401223-10、设做变水头渗透试验的黏土试样的截面积为 30cm2，厚度为 4cm，渗透仪细玻璃管的内径为 0.4cm，试验开始时的水位差 145cm，经时段 7 分

16、25 秒观察水位差为 100cm，试验时的水温为 20，试求试样的渗透系数。解： scmhtAaLk /104.5ln430.ln)( 52212 3-11、图 3-24 为一板桩打入透水土层后形成的流网。已知透水土层深 18.0m，渗透系数，板桩打入土层表面以下 9.0m，板桩前后水深如图中所示。试求：smk/1034（1）图中所示 a、b、c、d、e 各点的孔隙水压力；（2）地基的单位渗水量。解：（1） kPaUWa0b2.8.9kaWc .13741kPaUd8.90.第 6 页 共 30 页6kPaUWe0（2） smAikq /102918213377 第四章4-1何谓土中应力？它有

17、哪些分类和用途？ 【答】土体在自重、建筑物荷载及其它因素的作用下均可产生土中应力。一般来说土中应力是指自重应力和附加应力。土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种。自重应力是指土体在自身重力作用下产生的尚未完成的压缩变形，因而仍将产生土体或地基的变形。附加应力它是地基产生变形的的主要原因，也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因。土中应力安土骨架和土中孔隙的分担作用可分为有效应力和孔隙应力两种。土中有效应力是指土粒所传递的粒间应力。它是控制土的体积（变形）和强度两者变化的土中应力。土中孔隙应力是指土中水和土中气所传递的应力。4-2怎样简化土中应力计算模型？在工程中应注意哪些问题？ 【答】我

18、们把天然土体简化为线性弹性体。即假设地基土是均匀、连续、各向同性的半无限空间弹性体而采用弹性理论来求解土中应力。 当建筑物荷载应力变化范围比较大，如高层建筑仓库等筒体建筑就不能用割线代替曲线而要考虑土体的非线性问题了。 4-3地下水位的升降对土中自重应力有何影响？在工程实践中，有哪些问题应充分考虑其影响？ 【答】地下水下降，降水使地基中原水位以下的有效资中应力增加与降水前比较犹如产生了一个由于降水引起的应力增量 ，它使土体的固结沉降加大，故引起地表大面积沉降。 地下水位长期上升（如筑坝蓄水）将减少土中有效自重应力。 (1)、若地下水位上升至基础底面以上，它对基础形成浮力使地基土的承载力下降。

19、(2) 、地下水位上升，如遇到湿陷性黄土造成不良后果（塌陷） (3)、地下水位上升，粘性土湿化抗剪强度降低。4-4基底压力分布的影响因素有哪些？简化直线分布的假设条件是什么？ 【答】基底压力的大小和分布状况与荷载的大小和分布、基础的刚度、基础的埋置深度以及地基土的性质等多种因素。假设条件：刚性基础、基础具有一定的埋深，依据弹性理论中的圣维南原理。4-5如何计算基底压力和基底附加压力？两者概念有何不同？ 【答】基地压力 P 计算：P= (中心荷载作用下)，P= (偏心荷载作用下) 基地附加压力计算：Po=P-基地压力 P 为接触压力。这里的“接触” ，是指基础底面与地基土之间的接触，这接触面上的

20、压力称为基底压力。基底附加压力为作用在基础底面的净压力。是基底压力与基底处建造前土中自重应力之差，是引起地基附加应力和变形的主要原因。 4-6土中附加应力的产生原因有哪些？在工程实用中应如何考虑？ 【答】由外荷载引起的附加压力为主要原因。需要考虑实际引起的地基变形破坏、强度破坏、稳定性破坏。4-7在工程中，如何考虑土中应力分布规律？ 【答】 由于附加应力扩散分布，他不仅发生在荷载面积之下，而且分布在荷载面积相当大的范围之下。所以工程中： (1)、考虑相邻建筑物时，新老建筑物要保持一定的净距，其具体值依原有基础荷载和地基土质而定，一般不宜小于该相邻基础底面高差的 1-2 倍； (2)、同样道理，

21、当建筑物的基础临近边坡即坡肩时，会使土坡的下滑力增加，要考虑和分析边坡的稳定性。要求基础离开边坡有一个最小的控制距离 a. (3)、应力和应变时联系在一起的，附加应力大，地基变形也大；反之，地基变形就小，甚至第 7 页 共 30 页7可以忽略不计。因此我们在计算地基最终沉降量时， “沉降计算深度 Zm”用应力比法确定。 4-8、某建筑场地的地层分布均匀，第一层杂填土厚 1.5m， ；第二层粉质黏土3/17mkN厚 4m， ， ， ，地下水位在地面下 2m 深处；第三层淤泥3/19mkN7.2sG%31质黏土厚 8m， ， ， ；第四层粉土厚 3m，3/.84.s， ， ；第五层砂岩未钻穿。试计

22、算各层交界处的竖向3/5.ks自重应力 ，并绘出 沿深度分布图。cc解：（1）求 1 GsWGVWV SWSSSSS由上式得： ， ， ，32/19.mkN3 /20.8mkN34/71.9mkN（2）求自重应力分布 Pahc 5.7.1ka0.3.192水 Pc 176542 水 k2.8.67.h33ac 90319244 kP.6.0.5Wc不 透 水 层4-9、某构筑物基础如图 4-30 所示，在设计地面标高处作用有偏心荷载 680kN，偏心距1.31m，基础埋深为 2m，底面尺寸为 4m2m。试求基底平均压力 p 和边缘最大压力 pmax，并绘出沿偏心方向的基底压力分布图。解：（1）

23、全力的偏心距 e31.FGme89.024680.（2） leAp61minax因为 出现拉应力37.1489.061le第 8 页 共 30 页8故需改用公式 kPaelbGFp 3019.2436023max （3）平均基底压力（理论上）kPaAF1580或 （实际上）kPabelG3.15029.32 kPap5.1023max4-10、某矩形基础的底面尺寸为 4m2.4m，设计地面下埋深为 1.2m（高于天然地面 0.2m） ，设计地面以上的荷载为 1200kN，基底标高处原有土的加权平均重度为 18kN/m3。试求基底水平面 1 点及 2 点下各 3.6m 深度 M1 点及 M2 点

24、处的地基附加应力 值。Z解：（1）基底压力 kPaAGFp14920.430（2）基底附加压力 kdm31890（3）附加应力M1 点 分成大小相等的两块 8.2632.1,4bzblml查表得 10.C则 kPaMz 31.28M2 点 作延长线后分成 2 大块、2 小块大块 8.1263,bzblml查表得 14.0C小块 查表得8.1263.,.bzblml129.0C则 kPappccMz 7.3129.0143.(002 ）小大 第 9 页 共 30 页94-11、某条形基础的宽度为 2m，在梯形分布的条形荷载（基底附加压力）下，边缘（p 0）max=200kPa， （p 0） mi

25、n=100kPa，试求基底宽度中点下和边缘两点下各 3m 及 6m 深度处的值。Z解： kPa1520均中点下 3m 处 ，查表得 5.10,3,0bzxmzx， 396.0ckz 496.6m 处 ，查表得 3,zxx， 28.ckPaz 2.15028.边缘，梯形分布的条形荷载看作矩形和三角形的叠加荷载3m 处 ：矩形分布的条形荷载 ，查表.23bz.x， 34.0矩 形c4kPa10z矩 形三角形分布的条形荷载 ，查表.5zl， 98.,7.21tta37*4.1三 角 形z8kP.9102三 角 形z所以，边缘左右两侧的 为zkaz 74.3.41Pz 82926m 处 ：矩形分布的条

26、形荷载 ，查表36bz5.0x， 198.0矩 形ckPa8.19z矩 形三角形分布的条形荷载 ，查表2zl， 51.,476.21tta76.40*.1三 角 形zkP512三 角 形z所以，边缘左右两侧的 为zkaz 6.47.819第 10 页 共 30 页10kPaz 91.24.58192第五章5-1通过固结试验可以得到哪些土的压缩性指标？如何求得？ 【答】 压缩系数， 压缩指数， 压缩模量 压缩系数 压缩指数 压缩模量5-2通过现场（静）载荷试验可以得到哪些土的力学性质指标？ 【答】 可以同时测定地基承载力和土的变形模量。5-3室内固结试验和现场载荷试验都不能测定土的弹性模量，为什

27、么？ 【答】土的弹性模量是指土体在侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。他的变形包括了可恢复的弹性变形和不可恢复的残余变形两部分。而室内固结实验和现场载荷试验都不能提供瞬时荷载，它们得到的压缩模量和变形模量时包含残余变形在内的。和弹性模量由根本区别。5-4试从基本概念、计算公式及适用条件等方面比较压缩模量、变形模量与弹性模量，它们与材料力学中杨氏模量有什么区别？ 【答】土的压缩模量 Es 的定义是土在侧限条件下的竖向附加应力与竖向应变之比值。 土的压缩模量是通过土的室内压缩试验得到的。Es= 土的变形模量 Eo 的定义是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值。土的变形模量时现场原位试验得到的。 Eo

28、= 土的压缩模量和变形模量理论上是可以换算的：Eo= Es ，但影响因素较多不能准确反映他们之间的实际关系。 土的弹性模量 E 的定义是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。 土的弹性模量由室内三轴压缩试验确定。5-5根据应力历史可将土（层）分为那三类土（层）？试述它们的定义。 【答】正常固结土（层） 在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重。 超固结土（层） 历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力。 欠固结土（层） 先期固结压力小于现有覆盖土重。5-6何谓先期固结压力？实验室如何测定它？ 【答】天然土层在历史上受过最大固结压力（指土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力），称为先

29、期固结压力，或称前期固结压力。 先进行高压固结试验得到 e-lg p 曲线，用卡萨格兰德经验作图法求得。5-7何谓超固结比？如何按超固结比值确定正常固结土？ 【答】在研究沉积土层的应力历史时，通常将先期固结压力与现有覆盖土重之比值定义为超固结比（OCR） 。OCR=1 为正常固结土。5-8何谓现场原始压缩曲线？三类土的原始压缩曲线和压缩性指标由实验室的测定方法有河不同？ 【答】现场原始压缩曲线是指现场土层在其沉积过程中由上覆盖土重原本存在的压缩曲线，简称原始压缩曲线。室内压缩试验所采用的土样与原位土样相比，由于经历了卸荷的过程，而且试件在取样、运输、试件制作以及试验过程中不可避免地要受到不同程度的扰动，因此，土样的室内压缩曲线不能完全代表现场原位处土样的孔隙比与有效应力的关系。施黙特曼提出了根据土的室内压缩试验曲线进行修正得到土现场原始压缩曲线。5-9.应力历史对土的压缩性有何影响?如何考虑?【答】历史应力打会使土体压缩，前期压缩大，后期应力平衡后就不会继续产生压缩。工程中应注意的是当荷载卸除后要考虑土体的回弹。尤其是历史应力较大的地区施工时涉及到土体开挖。