高等土力學(xué)答案

1、高等土力學(xué)試題(2011)1、 飽和土中的滲流和非飽和土中水分遷移規(guī)律有哪些相同，哪些不同？孔隙水的移動速率在哪種土中快，為什么？答：二者的相同點：土體中水的流動都服從達西定律；不同點：飽和土中只存在水這一相，而非飽和土中存在水和氣兩相，他們有各自的滲透流動規(guī)律，但氣的流動又影響到水的流動，尤其影響到土的固結(jié)，也要討論氣的滲透規(guī)律。飽和土中水壓力是正值，非飽和土中水壓力是負值。飽和土的滲透系數(shù)是常數(shù)，非飽和土的滲透系數(shù)不是常數(shù)；孔隙水率在飽和土中的移動速率快，滲透系數(shù)受飽和度的影響，飽和度低，孔隙中氣體占據(jù)一定的體積，阻礙了水的流動，過水斷面面積也縮小，滲透系數(shù)就小，孔隙水的移動速率慢。2、

2、什么叫剪脹性，剪縮性？什么樣的土表現(xiàn)為剪脹？什么樣的土表現(xiàn)為剪縮？鄧肯雙曲線模型能否反映剪脹剪縮性？為什么？修正劍橋模型能否反映？答：剪脹性：試樣在排水剪試驗中體積先減小后增加剪縮性：試驗在排水剪試驗中體積減小。強超固結(jié)土表現(xiàn)為剪脹，正常固結(jié)土和弱超固結(jié)表現(xiàn)為剪縮。鄧肯雙曲線模型不能反映剪脹剪縮性。這是因為模型用于廣義胡克定律，而胡克定律不可能反映剪脹剪縮性。對于鄧肯張非線性模型，有E與E-B兩種，E-v模型本身是允許剪脹的，計算所得的泊松比可能大于0.5。只是有限元計算中，不允許泊松比大于0.5,故模型中不反映剪脹性；E-B模型本身不反映剪脹性。修正劍橋模型許多情況下能較好反映土的變形特性，

3、它能反映剪縮，但不能反映剪脹。3、 土體有哪些主要變形特性？答：土體的變形是土力學(xué)最基本也是最重要的問題，土體變形是復(fù)雜的，有些土加荷后立即完成，有些土的變形隨時間逐步發(fā)展。隨時間發(fā)展的變形中又有兩部分：一部分是由孔壓的消散，即固結(jié)變形：另一部分與孔壓無關(guān)，即使孔壓完全消散了，變形仍然隨時間而發(fā)展，即流變變形。土的變形是有效應(yīng)力引起的，有效應(yīng)力并不是顆粒之間接觸點處的實際應(yīng)力。通過飽和土有效應(yīng)力原理和非飽和土的有效應(yīng)力原理來反映土的一些有效參數(shù)，來發(fā)現(xiàn)土的一些基本特性。而土的壓縮性是土的變形的主要方面。通過壓縮曲線可以反映土的壓縮性能和相應(yīng)的壓縮性指標。通過壓縮曲線與回彈曲線我們可以看出土的變

4、形有彈性變形和塑性體積變形。進而反映土體材料的特殊性。4、 切線彈性模量Et的物理意義是什么？在何種情況下應(yīng)用？鄧肯雙曲線模型是依據(jù)什么試驗來估定Et的，含有哪些參數(shù)，如何確定這些參數(shù)？答：切線彈性模量Et的物理意義：仃-4曲線的切線斜率在無側(cè)限壓縮試驗情況下應(yīng)用，鄧肯雙曲線模型是依據(jù)三軸儀應(yīng)力應(yīng)變試驗（常規(guī)三軸試驗）來估定Et,含有c、K、n、R一股的Et表達式為：(1)kfT(%-%)f式中（71-（73）為現(xiàn)實的應(yīng)力水平，Rf為破壞比,5、破壞時的強度（%-。3）ff強度的極限值（；二1-C3）3U顯然R<1.0,一般土的R變化于0.750.95之間，所以一般可以根據(jù)經(jīng)驗事先假定，

5、式中尚有E和（T1-（T3）f待定。初始切線模量采用Junbu經(jīng)驗公式確定，即：(2)二3nEi=Kpa(-)nPa式中，K為無量綱的模量系數(shù)，n為無量幕次，Pa為大氣壓力，引入Pa主要是為量綱上的需要，將E與仃3的關(guān)系繪在雙對數(shù)圖上，就可以求出k和n值。N為雙對數(shù)上直線的斜率，k為lg=1處對應(yīng)的模量值（需經(jīng)換算）。（山-?。ゝ值可以由coulomb-mohr破壞條件確定:(3)2ccos"+2二3sin：1-sin:將2、3式代入1式，整理得Et_.2Rf(1-sin)(二1-二3)=1-2ccos邛+2ct3sin邛%)"鄧肯雙曲線模型是依據(jù)三軸儀應(yīng)力應(yīng)變試驗（4）（

6、常規(guī)三軸試驗）來估定K、n、R的推導(dǎo)上述已Et,含有c、邛、K、n、R,c、中為強度指標,經(jīng)說明。對于砂，卵石等粒巖石材料，具粘聚力c=0,中值隨圍壓q增加而減少。其。3值的經(jīng)驗公式：=Q-啊g'衛(wèi)Pa）其中，中1值為仃3=Pa時的中角，對于粘性土，平=0,對砂、卵石等，中=5°；對石料；二10。5、試從土的工程性質(zhì)，固結(jié)變形機理及施工過程等方面論述太沙基固結(jié)理論假設(shè)的合理性，并說明比奧固結(jié)理論與太沙基理論相比有何進步。答：太沙基固結(jié)理論基本假設(shè)：1）土層只有豎向壓縮變形，而無側(cè)向膨脹，滲流也只有豎向；2）土體是飽和的，只有土骨架和水二相；3）土體是均勻的，在荷載作用下土體的

7、壓縮僅僅是孔隙體積的減小，土粒本身以及水體的壓縮量可以忽略不計，且假定壓縮系數(shù)a為常量；4）孔隙水的滲透流動符合達西定律，滲透系數(shù)K為常量；5）外荷載為均布連續(xù)荷載，且一次施加于土層。比奧固結(jié)理論從比較嚴格的固結(jié)機理出發(fā)推導(dǎo)了準確反映孔隙壓力消散與土骨架變形相互關(guān)系的三維固結(jié)方程，一般稱為真三維固結(jié)理論，而太沙基固結(jié)理論只在一維情況下是精確的，對二維、三維問題并不精確。所以太沙基三維方程只能稱為擬三維固結(jié)理論。6、什么叫屈服準則，屈服面？有哪兩種類型的屈服面，各有何特點？屈服面和硬化規(guī)律有何關(guān)系？答：屈服準則：在一定的荷載作用下發(fā)生塑性變形，將這個時候所加的荷載作為一個判別標準。對于屈服函數(shù)f

8、j）=k,給定k值，函數(shù)f（%X應(yīng)力空間對應(yīng)一確定的曲面稱為屈服面。兩種類型的屈服面：開口錐面，主要反映塑性剪切變形帽形屈服面，主要反映塑性體積變形。所謂的硬化規(guī)律就是屈服函數(shù)fkj）=k中的k隨什么因素變化，如何變化，而k值的大小又反映了屈服面的擴大和縮小。即屈服面的變化和k值的變化密切相關(guān)。7、什么是曼德爾效應(yīng)？在砂井地基中曼德爾效應(yīng)怎樣？為什么？答：曼德爾效應(yīng)：按比奧理論解飽和土的固結(jié)問題時會出現(xiàn)一種異乎尋常的現(xiàn)象：在不變的荷重施加于土體上后的某時段內(nèi)，土體內(nèi)的孔隙水壓力不是下降，而是繼續(xù)上升，而且超過應(yīng)有的壓力值。砂井的固結(jié)可以分解為兩種滲流來計算：如果某一時刻由豎直向滲流引起的地基的

9、固結(jié)度為U又計算得同一時刻由軸對稱平面滲流引起的固結(jié)度為U,則地基的總固結(jié)度U。巴?。˙arron）系統(tǒng)第研究過砂井地基的排水固結(jié)問題。他考慮了在周結(jié)時的兩種變形情況：1.自由豎向應(yīng)變；2。等豎向應(yīng)變。前者認為地基表面的荷載分布是均勻的，后者則認為地面的變形是單一的。實際上，周結(jié)時，靠近砂井的土體固結(jié)較快該區(qū)域的地面沉降較大，必然要使地面的接觸壓力發(fā)生再分布。如果作用荷載的材料在該下陷部分有產(chǎn)生拱作用的趨勢，情況更是如此。如果完全發(fā)揮拱作用，很可能更接近于等應(yīng)變情況。假設(shè)砂井群呈三角形分布，則每個砂井的影響范圍為六邊形。如果用當量直彳de的圓代替該正六邊形，則顯然此圓便是每個砂井的影響區(qū)。圓內(nèi)

10、各點的水必將沿平面的徑向向砂井排泄。然后垂直向上及向下流動，對于輻射流，由于水流對稱，圓周面可以看成不排水面。取包圍在影響圓內(nèi)的單位厚度的土體研究，先不考慮垂直向滲流。8、什么是似超固結(jié)土和似超固結(jié)比？似超固結(jié)土與新沉積粘土的強度有什么不同？答：正常周結(jié)土在長時間次固結(jié)、化學(xué)膠凝和干燥應(yīng)力等時間固化效應(yīng)引起的附加強度的作用下，表現(xiàn)出與超固結(jié)土有相似的特性，被稱為似Pcq超固結(jié)土。；：cz稱為似超固結(jié)比，它是表示似超固結(jié)土超固結(jié)程度的量。由于似超固結(jié)土具有超固結(jié)的特性，所以與新沉積粘土的強度相比，抗剪強度也明顯高于正常固結(jié)土。似超固結(jié)土比新沉積粘土有較高的(二1-二3)max,也有較高的不排水強

11、度。9、太沙基固結(jié)理論與比奧固結(jié)理論相比增加一條什么假設(shè)條件，其合理性怎樣？試舉例說明。答：太沙基固結(jié)理論與比奧固結(jié)理論相比增加的假設(shè)條件一一在固結(jié)過程中法向總應(yīng)力和©(0=(Tx+(Ty+(Tz)不隨時間而變。比奧方程推導(dǎo)的方式與太沙基方程邵有不同，但若增加此假定，將會得出與太沙基方程完全一致的形式?？梢哉f太沙基方程是比奧方程在法向總應(yīng)力和日不隨時間變化的假定下的一種簡化。太沙基理論用于一維問題是合理的但用于二維、三維是不合理的。舉例：周結(jié)儀中的飽和試樣，當施加垂直壓力P后應(yīng)力的變化為：t=0時,有效應(yīng)力=°=%=0,孔隙壓力u=p；t=°0時，。*'&

12、#39;=K0P,u=0(此處k°為靜止側(cè)壓力系數(shù))。當然這是一個典型的一維問題，作為一維問題，0=(7z,在固結(jié)過程中是不變的。但也可以將其看為三維問題的特殊情況，0=(Tx+(Ty+(Tz,則在t=0時，9=3u=3p；而t=°°時，0=(1+2k0)p；當t從0變化到8,是在不斷變化的?？梢娂词故窃谶@樣的一個簡單的情況下，也不是常量。10、什么是無粘性土的臨界孔隙比，如何用試驗的方法確定臨界孔隙比，臨界孔隙比有什么作用？答：1）在不排水剪實驗中，不引起強度改變的初始空隙比，這一空隙比稱為臨界空隙比ecro2）ec可由CD試驗或常體積試驗（CU試驗）測定。當用

13、CD試驗測定時，不同密度的試樣在相同固結(jié)壓力仃3。下進行排水剪試驗，測出試驗剪破時的體積應(yīng)變m,然后繪制初始孔隙比與“關(guān)系曲線，%=0時對應(yīng)的初始孔隙比即為該固結(jié)壓力63c下的斗。在判斷砂土液化的可能性時，將是一個有用的指標。11、三軸剪切試驗的破壞取值標準有哪些？他們之間有什么差別？答：三軸剪切試驗的破壞取值標準有：最大主應(yīng)力差（71-（73）ma標準和最大有效應(yīng)力比（T11/（T,3）ma標準。兩者的關(guān)系：（T1-（T3）=（T，1-（T，3）=（T3U）（巨i）在保持0-3為常二3數(shù)的三軸壓縮試驗中，兩種取值標準求得的強度差異將取決于試驗中孔隙水壓力的發(fā)展過程，因而，也就取決于實驗類型和試驗的剪切特性。1）三軸排水剪試驗。在試驗中，U=0,所以（11-33）ma與（6'1（T,3）max同時或同一軸向應(yīng)變時發(fā)生，兩種取值標準一致。2）三軸周結(jié)不排水剪和三