土力学笔记.doc

1、第 1 章 土的组成 一、 简答题 1.什么是土的颗粒级配 什么是土的颗粒级配曲线 土粒的大小及其组成情况 通常以土中各个粒组的相对含量 各粒组占土粒总量的百分数 来表示 称为土的颗粒级配粒度成分 。根据颗分试验成果绘制的曲线 采用对数坐标表示 横坐标为粒径 纵坐标为小于 或大于 某粒径的土重 累计百分 含量 称为颗粒级配曲线 它的坡度可以大致判断土的均匀程度或级配是否良好。 3.土是怎样生成的 有何工程特点 土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒 经过不同的搬运方式 在各种自然环境中生成的沉积物。与一般建筑材料相比 土具有三个重要特点散粒性、多相性、自然变异性。 4.什么是土的

2、结构 其基本类型是什么 简述每种结构土体的特点。 土的结构是指由土粒单元大小、矿物成分、形状、相互排列及其关联关系 土中水的性质及孔隙特征等因素形成的综合特征。基本类型一般分为单粒结构、蜂窝结 粒径 0.0750.005mm 、絮状结构 粒径 乙 但 Sr 甲不一定大于 Sr 乙。因为Sr=ds/e 它不仅与含水量 有关 还与 ds、e 有关。3. 什么是塑限、液限和缩限 什么是液性指数、塑性指数 1 液限 wL 液限定义为流动状态与塑性状态之间的界限含水量。 2 塑限 wp: 塑限定义为土样从塑性进入半坚硬状态的界限含水量。 3缩限 ws: 缩限是土样从半坚硬进入坚硬状态的界限含水量。 4

3、塑性指数 IP 定义为土样的液限和塑限之差IP = wLwP 5 液性指数 4. 塑性指数对地基土性质有何影向 塑性指数 IP 是土的颗粒组合、矿物成分以及土中水的离子成分和浓度的指标。土颗粒越细、粘土矿物含量越多、土粒表面反离子层中低价阳离子增加IP 变大。IP 是粘性土的分类标准。IP17 为粘性土10op 时d 随 增加而减小 因为含水量小于最优含水量op 时 土中水主要是强结合水 颗粒间具有很大的分子引力 阻止颗粒移动压实比较困难 干密度较小 当含水量适当增大时 土中结合水膜变厚 土粒间的连接力减弱而使粒易于移动 压实效果变好 干密度增加 当含水量继续增加时超过最优含水量op 出现了自

4、由水 击实时水不易立即排除 阻止土粒靠近 压实效果下降 干密度又下降。 17.影响土击实效果的因素有哪些 含水量、土类及级配、击实功能、毛细管压力以及孔隙压力等 其中前三种影响因素是最主要的。第 3 章 土的渗透性及渗流 1.试解释起始水力梯度产生的原因。 起始水力梯度产生的原因是 为了克服薄膜水的抗剪强度 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 薄膜水的渗透速度 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

5、抗剪强度 0 的水力梯度。 2.简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。 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。水在土中的渗流速度与

6、水的容重及粘滞度有关 从而也影响到土的渗透性。 3.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 室内试验和现场试验渗透系数有较大差别 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详见上一题。 4.拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场 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。 5.为什么流线与等势线总是正交的 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 即 dqe=dq0。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

7、和等势线正交。 6.流砂与管涌现象有什么区别和联系 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

8、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 也可在土体内部3 流砂发生在水流方向向上 而管涌没有限制。 7.渗透力都会引起哪些破坏 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 4 章土中应力 1 何谓土中应力 它有哪些分类和用途 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

9、。 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。 2 怎样简化土中应力计算模型 在工程中应注意哪些问题 我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

10、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。 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 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。 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 基底压力分布的影响因素有哪些 简化

11、直线分布的假设条件是什么 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。 5 如何计算基底压力 和基底附加压力 两者概念有何不同 基地压力 P 计算 (中心荷载作用下) (偏心荷载作用下) 基地压力 计算 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。 6 土中附加应力的产生原因有哪些 在工程实用

12、中应如何考虑 由外荷载引起的发加压力为主要原因。需要考虑实际引起的地基变形破坏、强度破坏、稳定性破坏。 7 在工程中 如何考虑土中应力分布规律 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 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 甚至可

13、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 ”用应力比法确定。第 5 章土的压缩性 一简答题 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 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。 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

14、含残余变形在内的。和弹性模量由根本区别。 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 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 。 土的变形模量 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 土的压缩模量和变形模量理论上是可以换算的 。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 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 根据应力历史可将土 层 分为

15、那三类土 层 试述它们的定义。 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。 6 何谓先期固结压力 实验室如何测定它 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 称为先期固结压力 或称前期固结压力。 先进行高压固结试验得到 曲线 在用 A.卡萨格兰德的经验作图法求得。 7 何谓超固结比 如何按超固结比值确定正常固结土 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。 8 何谓现场原始压缩曲线 三类土的原始

16、压缩曲线和压缩性指标由实验室的测定方法有河不同 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。第 6 章 土中应力 一简答题 1 成层土地基可否采用弹性力学公式计算基础的最终沉浸量 不能。利用弹性力学公式估算最终沉降量的方法比较简便 但这种方法计算结果偏大。因为 的不

17、同。 2 在计算基础最终沉降量 地基最终变形量 以及确定地基压缩层深度 地基变形计算深度 时为什么自重应力要用有效重度进行计算 固结变形有效自重应力引起。 3 有一个基础埋置在透水的可压缩性土层上 当地下水位上下发生变化时 对基础沉降有什么影响 当基础底面为不透水的可压缩性土层时 地下水位上下变化时 对基础有什么影响 当基础埋置在透水的可压缩性土层上时 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 基础沉降增加。 地下水位长期上升 如筑坝蓄水 将减少土中有效自重应力。是地基承载力下降 若遇见湿陷性土会引起坍塌。 当

18、基础埋置在不透水的可压缩性土层上时 当地下水位下降 沉降不变。地下水位上升 沉降不变。 4 两个基础的底面面积相同 但埋置深度不同若低级土层为均质各向同性体等其他条件相同 试问哪一个基础的沉降大 为什么 引起基础沉降的主要原因是基底附加压力 附加压力大 沉降就大。 0 时 圆心在 E 点的上方 试算时可在 DE 的延长线上取几个圆心 O1,O2, 计算相应的稳定安全系数 在垂直 DE 的方向按比例绘出各线段来代表各安全系数的数值 然后连成 K 值曲线 在该曲线最小的 K 值处做垂直线 FG 然后在 FG 线上另取若干个圆心 01,O2 计算出相应的稳定安全系数 同样可作出 K值曲线 并以 K值曲线上的最小值作为 Kmm 而相应的 O为最危险滑动面的圆心。 8.简述杨布(Janbu)条分法确定安全系数的步骤。 一般来讲可按下述三步进行 (1)先假设Hi=0 并假定 Fs=1 算出 mi 带入 式中 算出值和原前一值比较 迭代直到满足精度要求 (2)再用力和极限平衡方程及力矩方程的公式 分别求出每一土条的 TfiPi 及 Hi 并计算出 Hi (3)用新求出的 Hi 重复步骤 1 求出 Fs 的第二次近似值 并以此值重复步骤 2 计算每一土条的 TfiPi Hi 直到前后计算的 Fs 达到某一精度要求。