大學(xué)土力學(xué)試題及答案

第1章土的物理性質(zhì)與工程分類一．填空題顆粒級配曲線越平緩，不均勻系數(shù)越大，顆粒級配越好。為獲得較大密實度，應(yīng)選擇級配良好的土料作為填方或砂墊層的土料。粘粒含量越多，顆粒粒徑越小，比外表積越大，親水性越強，可吸附弱結(jié)合水的含量越多，粘土的塑性指標(biāo)越大塑性指標(biāo)，它說明粘性土處于可塑狀態(tài)時含水量的變化范圍，它綜合反映了粘性、可塑性等因素。因此《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：為粉質(zhì)粘土，為粘土。對無粘性土，工程性質(zhì)影響最大的是土的密實度，工程上用指標(biāo)、來衡量。在粘性土的物理指標(biāo)中，對粘性土的性質(zhì)影響較大的指標(biāo)是塑性指數(shù)。決定無粘性土工程性質(zhì)的好壞是無粘性土的相對密度，它是用指標(biāo)來衡量。粘性土的液性指標(biāo)，它的正負、大小表征了粘性土的軟硬狀態(tài)，《標(biāo)準(zhǔn)》按將粘性土的狀態(tài)劃分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑。巖石按風(fēng)化程度劃分為微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強風(fēng)化。巖石按鞏固程度劃分為硬質(zhì)巖石，包括花崗巖、石灰?guī)r等；軟質(zhì)巖石，包括頁巖、泥巖等。10．某砂層天然飽和重度kN/m3，土粒比重，并測得該砂土的最大干重度kN/m3，最小干重度kN/m3，那么天然孔隙比為0.68，最大孔隙比0.74，最小孔隙比0.57。11．砂粒粒徑范圍是0.075~2mm，砂土是指大于2mm粒徑累計含量不超過全重50%，而大于0.075mm粒徑累計含量超過全重50%。12．親水性最強的粘土礦物是蒙脫石，這是因為它的晶體單元由兩個硅片中間夾一個鋁片組成，晶胞間露出的是多余的負電荷，因而晶胞單元間聯(lián)接很弱，水分子容易進入晶胞之間，而發(fā)生膨脹。二問答題概述土的三相比例指標(biāo)與土的工程性質(zhì)的關(guān)系？答：三相組成的性質(zhì)，特別是固體顆粒的性質(zhì)，直接影響土的工程特性。但是，同樣一種土，密實時強度高，松散時強度低。對于細粒土，水含量少那么硬，水含量多時那么軟。這說明土的性質(zhì)不僅決定于三相組成的性質(zhì)，而且三相之間量的比例關(guān)系也是一個很重要的影響因素。地下水位以下一原狀土樣，其%，；t/m,計算孔隙比時，用公式，計算得，用公式計算得，試問該用那個公式，e為多少？另一個公式在這里為什么不能用？答：公式該用，，而另一公式不能用，因為飽和度未給，不能認為，實際上將代入，得。說明三相草圖中和的物理概念。答：代表單元土體中土骨架所占有的體積，代表孔隙在單元土體中所占有的體積。什么是粘性土的界限含水量？它們與土中那一層水膜相對應(yīng)，他們又如何確定？答：土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的界限含水量稱為阿太堡界限含水量。分別為縮限、塑限和液限。分別和強結(jié)合水〔吸著水〕、弱結(jié)合水〔薄膜水〕和自由水相對應(yīng)?？s限可用收縮皿法測定，塑限可用滾搓法、液塑限聯(lián)合測定法，液限可用錐式液限儀或碟式液限儀測定。四、計算題某地基土樣數(shù)據(jù)如下：環(huán)刀體積60cm,濕土質(zhì)量0.1204kg，土質(zhì)量0.0992kg，土粒相對密度為2.71，試計算：天然含水量w，天然重度，干重度，孔隙比。2．假設(shè)原狀土樣的天然密度，含水量，土顆粒相對密度=2.71，試計算孔隙比e.答：設(shè)，ttm33．測得沙土的天然重度，含水量，土粒相對密度，最小孔隙比，最大孔隙比，試求沙土的相對密度。答：設(shè)那么gg第二章土的滲透性一、填空題當(dāng)土體兩點之間有水頭差，有滲流長度時，那么滲流發(fā)生，滲流速度，與水頭差成正比，與滲流長度成反比。但在黏土中，只有當(dāng)水頭梯度超過起始梯度時才開始滲流。滲透力〔即動水壓力〕是土對水的壓力，滲透力的表達式是，產(chǎn)生流砂的條件是滲流力克服了土體的重力。二、簡答題什么叫滲透力，其大小和方向如何確定？答：地下水在土體中流動時，由于受到土的阻力，而引起水頭損失，從作用力與反作用力的原理可知，水流經(jīng)過時必定對土顆粒施加一種滲流作用力，單位體積土顆粒所受到的滲流作用力稱為滲透力。滲流力的大小與水力梯度成正比，其方向與滲流方向一致。達西定律的根本假定是什么？試說明達西滲透定律的應(yīng)用條件和適用范圍。答：由于土的孔隙很小，在大多數(shù)情況下水在孔隙中的流速較小，可以認為屬于層流〔即水流流線相互平行的流動〕，那么土中的滲流規(guī)律可以認為是符合層流滲透定律。由于達西定律只適用于層流的情況，故一般只用于中砂、細砂、粉砂等，對粗砂、礫石、卵石等粗粒土不適合；而黏土中的滲流規(guī)律不完全符合達西定律，需進行修正。修正后為。3滲透力是怎樣引起滲透變形的？滲透變形有哪幾種形式？在工程上會有什么危害？防治滲透破壞的工程措施有哪些？答：地下水的滲流方向自下而上，土的有效重度為，當(dāng)向上的動水力與土的有效重度相等時，即這時土顆粒間的壓力就等于零，土顆粒將處于懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定，這種現(xiàn)象叫流沙。 在滲透水流作用下，土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動，以至流失；隨著土的孔隙不斷擴大，滲透速度不斷增加，較粗的顆粒也相繼被水流逐漸帶走，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫穿的滲流管道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)象叫管涌。 防治流土的關(guān)鍵在于控制溢出處的水力坡降，為了保證實際的溢出坡降不超過允許坡降，可采取以下工程措施：1?？赏ㄟ^做垂直防滲帷幕、水平防滲鋪蓋等，延長滲流途徑、降低溢出處的坡降；2。在溢出處挖減壓溝或打減壓井，貫穿滲透性小的黏土層，以降低作用在粘性土層底面的滲透壓力；3。在溢出處加透水蓋重，以防止土體被滲透力所懸浮。防止管涌一般可從以下兩方面采取措施：1。做防滲鋪蓋或打板樁等，降低土層內(nèi)部和滲流溢出處的滲透坡降；2。在滲流溢出部位鋪設(shè)層間關(guān)系滿足要求的反濾層。4．生管涌和流土的機理與條件是什么？與土的類別和性質(zhì)有什么關(guān)系？工程上如何判斷土可能產(chǎn)生滲透破壞并進行分類的？答：發(fā)生管涌與流土的機理如上一題答案所訴。發(fā)生流土的條件是水力梯度大于或等于臨界水力梯度。臨界水力梯度與土性密切相關(guān)，研究說明，土的不均勻系數(shù)愈大，值愈小，土中細顆粒含量高，值增大，土的滲透系數(shù)愈大，值愈低。發(fā)生管涌首先取決于土的性質(zhì)，管涌多發(fā)生在砂性土中，其特征是顆粒大小差異較大，往往缺少某種粒徑，孔隙直徑大且相互連同。無黏性土產(chǎn)生管涌的兩個必備條件是：1。幾何條件：土中粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑必須大于細顆粒的直徑，這是必要條件，一般不均勻系數(shù)的土才會發(fā)生管涌；2水力條件：滲流力能夠帶動細顆粒在孔隙間滾動或移動是管涌發(fā)生的水力條件，可用管涌的水力梯度來表示。第三章地基土的應(yīng)力與變形填空題1。附加應(yīng)力引起土體壓縮，有效應(yīng)力影響土體的抗剪強度。2．一般情況下，自重應(yīng)力不會引起地基沉降，附加應(yīng)力引起地基的沉降，在成土年代不久，地下水位升降等情況自重應(yīng)力也會引起地面沉降。3．土中豎向附加應(yīng)力的影響深度與相比，的影響深度要大，在荷載兩側(cè)最大。4．應(yīng)力自根底底面起算，隨深度呈非線性變化，自重應(yīng)力自地基外表起算，隨深度呈線性變化。5．壓縮系數(shù)，壓縮模量，那么土的壓縮性愈高，這兩個指標(biāo)通過固結(jié)試驗，繪制壓縮曲線得到。6．超固結(jié)比OCR指的是土層歷史上所經(jīng)受的先期固結(jié)壓力與現(xiàn)有覆蓋土重之比，根據(jù)OCR的大小可把粘性土分為正常固結(jié)土，超固結(jié)土和欠固結(jié)土三大類。OCR<1的黏土屬欠固結(jié)土。7．土的壓縮實驗是在側(cè)限條件下完成的。壓縮定律是，其中稱為壓縮系數(shù)，它反映了單位壓力增量作用下土的孔隙比的減小。壓縮系數(shù)，表示壓力范圍，=地基某深度處土中自重應(yīng)力，=地基某深度處土中自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和的壓縮系數(shù)，工程上常用來評價土的壓縮性的上下，當(dāng)時屬于低壓縮性土，當(dāng)時屬中等壓縮性土，當(dāng)時屬中等壓縮性土。用分層總和法計算沉降時，采用壓縮系數(shù)指標(biāo)使沉降計算值偏小，采用根底中點下附加應(yīng)力指標(biāo)又使計算值偏大，相互有所補償。10．飽和黏土的沉降由瞬時沉降，固結(jié)沉降，次壓縮沉降組成。11．壓縮試驗中，環(huán)刀土樣置于剛性護環(huán)中，所以稱此試驗為側(cè)限壓縮試驗，用該實驗測的壓縮指標(biāo)、稱為壓縮性指標(biāo)，壓縮試驗每級荷載下壓至變形穩(wěn)定，所以由此試驗測出的指標(biāo)可用來計算地基的沉降。二．問答題1簡述太沙基的有效應(yīng)力原理。答：，飽和土中任意點的總應(yīng)力總是等于有效應(yīng)力加上孔隙水壓力。用彈性理論求解土中附加應(yīng)力的根本假設(shè)是什么？答：計算地基中的附加應(yīng)力時，一般假定地基土是各向同性的、均質(zhì)的線性變形體，而且在深度和水平方向上都是無限延伸的，即把地基看成是均質(zhì)的線性變形空間〔半無限體〕，這樣就可以直接采用彈性力學(xué)中關(guān)于彈性半空間的理論解答。計算基底附加應(yīng)力時，通常將基底看成是柔性荷載，而不考慮根底剛度的影響。何謂土的附加應(yīng)力？計算附加應(yīng)力有何工程意義？答：對一般天然土層來說，自重應(yīng)力引起的壓縮變形在地質(zhì)歷史上早已完成，不會再引起地基的沉降，附加應(yīng)力那么是由于修建建筑物以后在地基內(nèi)新增加的應(yīng)力，因此它是使地基發(fā)生變形，引起建筑物沉降的主要原因。4．試列舉出土中自重應(yīng)力也能引起地面沉降的幾種情況。答：通常土的自重應(yīng)力不會引起地基變形，因為正常固結(jié)土的形成年代很久，早已固結(jié)穩(wěn)定。只有新近沉積的欠固結(jié)土或人工填土，在自重作用下尚未固結(jié)，需要考慮土的自重引起的地基變形。此外，地下水的升降，將會引起土中自重應(yīng)力大小的變化，使土體發(fā)生變形〔如壓縮、膨脹或濕陷等〕。試述、的物理意義？如何確定？主要用途？答：壓縮模量是在完全側(cè)限的條件下得到的，為豎向正應(yīng)力與相應(yīng)的正應(yīng)變的比值，該參數(shù)將用于地基最終沉降計算的分層總和法。變形模量是根據(jù)現(xiàn)場載荷試驗得到的，是指土在側(cè)向自由膨脹條件下正應(yīng)力與相應(yīng)的正應(yīng)變的比值。該參數(shù)將用于彈性理論法最終沉降計算中，但載荷實驗中所規(guī)定的沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)帶有很大的近似性。說明分層總和法利用公式，計算厚土層的沉降量時，公式中、、、的物理意義？答：：土層上下外表自重應(yīng)力的平均值，。土層上下外表自重應(yīng)力的平均值與附加應(yīng)力平均值之和。e為根據(jù)土層的自重應(yīng)力平均值即，從壓縮曲線上得到相應(yīng)的孔隙比。a為土層的壓縮系數(shù)，，與對應(yīng)。何為地基的固結(jié)度？寫出其表達式〔分別用沉降量和有效應(yīng)力表示〕。答：土的固結(jié)度是指地基土在某一壓力作用下，經(jīng)歷時間所產(chǎn)生的固結(jié)變形〔沉降〕量與最終固結(jié)變形〔沉降〕量之比。用沉降量表示為用有效應(yīng)力表示為。試說明壓縮系數(shù)的意義及其工程應(yīng)用。答：壓縮系數(shù)是土體在側(cè)限條件下孔隙比減小量與豎向有效應(yīng)力增量的比值，即曲線中某一壓力段的割線斜率。為了便于比擬，通常采用壓力段由增加到時的壓縮系數(shù)來評定土的壓縮性如下：當(dāng)時，為低壓縮性土；時，為中壓縮性土；時，為高壓縮性土。試說明壓縮模量的意義答：壓縮模量是在完全側(cè)限的條件下得到的，為豎向正應(yīng)力與相應(yīng)的正應(yīng)變的比值，該參數(shù)將用于地基最終沉降計算的分層總和法。10簡述“分層總和法〞確定計算深度的方法。答：地基沉降計算深度的新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足以下條件：由該深度處向上取按表規(guī)定的計算厚度所得的計算沉降量應(yīng)滿足下述要求〔包括考慮相臨荷載的影響〕：按上式所確定的沉降計算深度下如有較軟弱土層時，尚應(yīng)向下繼續(xù)計算，至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計算沉降量滿足上式為止。b(m)b(m)0.30.60.81.011。列舉出影響基底壓力分布規(guī)律的因素。答：有根底剛度、荷載及土性等。12．什么是基底附加壓力？計算基底附加壓力有何工程意義？答：建筑物建造前，土中早已存在自重應(yīng)力，基底附加壓力是作用在根底底面的壓力與基底處建前土中自重應(yīng)力之差，是引起地基附加應(yīng)力和變形的主要因素。13．何為有效應(yīng)力？研究有效應(yīng)力有何工程意義？ 答：飽和土是由固體顆粒構(gòu)成的骨架和充滿其間的水組成的兩相體，當(dāng)外力作用于土體后，一局部由土骨架承當(dāng)，并通過顆粒之間的接觸面進行應(yīng)力的傳遞，稱為有效應(yīng)力。另一局部那么由孔隙中的水來承當(dāng)，水雖然不能承當(dāng)剪應(yīng)力，但卻能承受法向應(yīng)力，并且可以通過連通的孔隙水傳遞，這局部水壓力稱為孔隙水壓力。 土的變形〔壓縮〕和強度的變化都只取決于有效應(yīng)力的變化。引起土的體積壓縮和抗剪強度發(fā)生變化的原因，并不是作用在土體上的總應(yīng)力，而是總應(yīng)力與孔隙水壓力之間的差值——有效應(yīng)力?？紫端畨毫Ρ旧聿荒苁雇涟l(fā)生變形和強度的變化。這是因為水壓力各方向相等，均衡的作用于每個土顆粒周圍，因而不會使土顆粒移動，導(dǎo)致孔隙體積的變化。它除了使土顆粒受到浮力外，只能使土顆粒本身受到靜水壓力，而固體顆粒的壓縮模量很大，本身壓縮可忽略不計。另外，水不能承受剪應(yīng)力，因此孔隙水壓力自身的變化也不會引起土的抗剪強度的變化，正因為如此，孔隙水壓力也被稱為中性壓力。14．什么是基底壓力？答：建筑物的荷載是通過自身根底傳給地基的?；讐毫κ亲饔糜诟椎酌嫔系暮奢d效應(yīng)，它與荷載的大小和分布、根底的剛度、根底的埋深以及地基土的性質(zhì)等多種因素有關(guān)。15．何為飽和粘性土的滲透固結(jié)？試說明固結(jié)過程中土中應(yīng)力的轉(zhuǎn)換過程〔即滲透固結(jié)過程與有效應(yīng)力原理的關(guān)系〕。答：飽和土在壓力作用下隨土中水體積減小的全過程，稱為土的固結(jié)。在飽和土的固結(jié)過程中任意時間t，根據(jù)平衡條件，有效應(yīng)力與[超]孔隙水壓力之和總是等于總應(yīng)力通常是指作用在土中的附加應(yīng)力，即由上式可知，當(dāng)在加壓的那一瞬間，由于，所以，而當(dāng)固結(jié)變形完全穩(wěn)定時，那么，。因此，只要土中孔隙水壓力還存在，就意味著土的滲透固結(jié)變形尚未完成。換而言之，飽和土的固結(jié)就是孔隙水壓力的消散和有效應(yīng)力相應(yīng)增長的過程。16．地基變形按其特征分為哪幾種？其定義是什么？答：分為瞬時沉降、固結(jié)沉降和次壓縮沉降。瞬時沉降是緊隨著加壓后地基即時發(fā)生的沉降，地基土在外荷載作用下其體積還來不及發(fā)生變化，主要是地基土的畸曲變形，也稱畸變沉降、初始沉降或不排水沉降。固結(jié)沉降是由于在荷載作用下隨著土中超孔隙水壓力的消散，有效應(yīng)力的增長而完成的。次壓縮被認為與土的骨架蠕變有關(guān)；它是在超孔隙水壓力已經(jīng)消散、有效應(yīng)力增長根本不變之后仍隨時間而緩慢增長的壓縮。17．地下水位的變化對土的自重應(yīng)力有何影響？當(dāng)?shù)叵滤煌蝗唤德浜途徛德鋾r，對土的自重應(yīng)力影響是否相同？為什么？ 答：當(dāng)?shù)叵滤辉诘鼗至又猩仙?，使土的有效自重?yīng)力減小，反之，當(dāng)?shù)叵滤辉诘鼗至又邢陆担敲赐林杏行ё灾貞?yīng)力增大。地下水位突然降落時，由于土還未來得及反響，地基的附加沉降不會發(fā)生，而當(dāng)?shù)叵滤徛德鋾r，地基土?xí)捎谟行ё灾貞?yīng)力增大而出現(xiàn)附加沉降。18．有兩相鄰剛性建筑物，建于均質(zhì)地基上，基底壓力均勻分布，假設(shè)兩建筑物同時興建，試問兩建筑物是否會同時沉降，為什么？各向什么方向傾斜？假設(shè)其中一個建筑物先建，經(jīng)很多年后再建第二個建筑物，兩建筑物的傾斜方向有無改變，為什么？答：兩建筑物同時修建時，兩根底底部各自的附加壓力會使地基產(chǎn)生變形，所以，兩建筑物會同時發(fā)生沉降。由于兩基底中心間產(chǎn)生的附加應(yīng)力之和要大于在兩基底中心以外局部的附加應(yīng)力之和，因此兩建筑物向兩者中間即內(nèi)側(cè)傾斜。假設(shè)其中一個建筑物先建，經(jīng)很多年后，再建第二個建筑物時，后建的一個建筑物會向中心以外即外側(cè)傾斜，因為第一個建筑物沉降時使其基底中心處以下的土密實，而周圍的土的密實度逐漸減小，所以第二個建筑物沉降時會產(chǎn)生不均勻沉降，傾斜于土質(zhì)較軟的一側(cè)。19．高層建筑物經(jīng)常由主樓和裙房組成，如從沉降的角度考慮，應(yīng)先施工哪一局部比擬合理，為什么？答：從沉降的角度考慮，應(yīng)先施工主樓，后建裙房。假設(shè)先建裙房，然后使主樓和裙房結(jié)為一體，那么由于主樓的沉降較裙房要大，必然會在兩者之間產(chǎn)生不均勻沉降裂縫，這是建筑物的應(yīng)該防止的。20．為了減少建筑物不均勻沉降的危害，常采取那些工程措施，這些措施都有什么特點？答：1.采用樁根底或深根底。2.人工加固地基。3.采用建筑、施工措施，是最簡單且省錢的方法。第四章地基的抗剪強度一、填空題無粘性土的抗剪強度來源于土粒間的摩阻力，粘性土的抗剪強度來源于土粒間的摩阻力和粘聚力。粘性土抗剪強度庫侖定律的總應(yīng)力表達式，有效應(yīng)力的表達式。三軸剪切試驗按排水條件不同，劃分為不固結(jié)不排水試驗，固結(jié)不排水試驗和固結(jié)排水試驗。無粘性土抗剪強度公式是，其中是剪切面上的法向應(yīng)力。極限破裂角指的是破壞面與大主應(yīng)力的作用面的夾角，其大小為。土的抗剪強度指標(biāo)有粘聚力和內(nèi)摩擦角。地基為厚黏土層，施工速度快，應(yīng)選擇不固結(jié)不排水抗剪強度指標(biāo)。當(dāng)工程施工工期較長，能固結(jié)排水，工程完成后，荷載短期內(nèi)突增，應(yīng)選擇固結(jié)不排水試驗的抗剪強度指標(biāo)。隨著荷載的增加，地基變形的三個階段是壓縮階段、剪切階段和隆起階段。10．土體中的剪應(yīng)力等于土的抗剪強度時的臨界狀態(tài)稱之為土的極限平衡狀態(tài)。問答題出用大小主應(yīng)力、表示的粘性土的極限平衡條件。答：試說明飽和粘性土為什么隨固結(jié)度的提高，其抗剪強度高，而壓縮性低。答：飽和土的固結(jié)是指飽和土在壓力作用下隨土中水的排出而體積減小的過程，或稱土的壓密。隨著固結(jié)度的提高，飽和土越來越密實，根據(jù)密度-有效應(yīng)力-抗剪強度唯一性原理，土的抗剪強度逐漸增大。而由于土的密實，其壓縮性降低。影響土的抗剪強度的重要因素有哪些？他們是如何影響土的抗剪強度的。答：由庫侖公式可以看出，無粘性土的抗減強度與剪切面上的法向應(yīng)力成正比，其本質(zhì)是由于土粒之間的滑動摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的摩阻力，其大小決定于土粒外表的粗糙度、土的密實度以及顆粒級配等因素。粘性土的抗剪強度由兩局部組成，一局部是摩擦力〔與法向應(yīng)力成正比〕；另一局部是土粒間的粘聚力，它是由于粘性土顆粒之間的膠結(jié)作用和靜電引力效應(yīng)等因素引起的。為什么飽和粘性土的不固結(jié)不排水剪的強度包線是一條水平線？答：如果試件是飽和的，由于整個試驗過程中，孔隙比e和含水量w保持不變，根據(jù)“密度-有效應(yīng)力-抗剪強度〞唯一性關(guān)系，不管試