土力学及基础工程复习题及参考答案.pdf

第 1页共 4 页 中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案 土力学土力学及基础工程及基础工程 一、选择题：一、选择题： 1.在桩的轴向荷载的作用下，桩身轴力随深度的增大而 A.增大B.不变C.减小 2.管涌现象发生于 A.渗流出口处B.土层内部C.A 和 B 3.有三个土样，它们的重度和含水量相同，则下述说法中正确的是 A.它们的孔隙比必相同B.它们的干重度必相同 C.它们的饱和度必相同 4.超固结土是指 A.czPc（前期固结压力）B.czPcC.-czPc 5.评价土的压实程度的物性指标是 A.土的重度B.孔隙比C.干重度D.土粒比重 6.进行刚性基础的结构设计时，确定其基础高度的方法是 A.台阶允许宽高比B.地基承载力检算 C.基础材料抗剪强度检算D.基础材料抗拉强度检算 7.下列哪种情况不是产生桩负摩阻力的条件 A.新填土地区B.地下水位很高的地区 C.大量抽取地下水的地区D.桩基础四周堆放大量土体 8.高承台桩基础是指 A.承台底面位于一般冲刷线以上的基础B.承台底面位于局部冲刷线以上的基础 C.承台顶面位于一般冲刷线以上的基础D.承台顶面位于局部冲刷线以上的基础 9.判别土中粘粒含量多少的指标是 A.塑性指数B.液性指数C.塑限D.液限 10.某桥墩用于支承跨度为 16m24m 的不等跨曲线梁，相邻墩台的容许沉降差为 A.80mmB.40mmC.206mmD.406mm 11.利用桥规进行桩基础的设计计算，水平抗力采用地基系数随深度按比例增加的方法计算， 此种设计方法通常称之为 A.常数法B.c 法C.K 法D.m 法 12.产生群桩效应的条件是指桩中心点间距小于等于 A.2d 的柱桩B.2.5d 的摩擦桩C.6d 的柱桩D.6d 的摩擦桩 13.下列指标中，不以“%”表示的指标是 A.含水量B.孔隙比C.孔隙率D.饱和度 14.有效应力是指 A.通过颗粒接触点传递的那部分应力B.总应力扣除孔隙水压力以后的那部分应力 C.引起土的变形的应力D.影响土的强度的应力 15.能传递静水压力的土中水是 A.强结合水B.弱结合水C.自由水D.以上都不对 16.当土条搓条达到 3mm 的直径时开始断裂，此时土条的含水量称为 A.裂限B.缩限C.液限D.塑限 17.甲、乙两粘性土的塑性指数不同，则可判定下列指标中，甲、乙两土有差异的指标是 A.含水量B.细粒土含量C.土粒重量D.孔隙率 18.工程上控制填土的施工质量和评价土的密实程度常用的指标是 A.有效重度B.土粒相对密度C.饱和重度D.干重度 19.侧限压缩试验所得的压缩曲线(e-p 曲线)愈平缓，表示该试样土的压缩性 A.愈大B.愈小C.愈均匀D.愈不均匀 20.在地基变形验算时，对烟囱、水塔等高耸结构，控制的变形特征主要是 第 2页共 4 页 A.沉降量B.沉降差C.局部倾斜D.倾斜 21.作用于矩形基础的基底压力相同，埋深相同，土质相同的两个基础，若它们的长宽比相同，则 基础尺寸小的沉降（）基础尺寸大的沉降。 A.大于B.小于C.等于D.可能大于也可能小于 22.朗金土压力理论假定挡土墙墙背光滑无摩擦，造成主动土压力计算值 A.偏大B.偏小C.无偏差D.偏大或偏小均可能 23.土体具有压缩性的主要原因是 A.土颗粒压缩B.孔隙减少C.水被压缩D.土体本身压缩模量较小 24.粘性土的抗剪强度由两部分组成，一部分是颗粒间的粘结力，另一部分是 A.摩擦力B.水压力C.有效应力D.荷载 25.所谓补偿性设计，是指 A.基础的整体性好，刚度大，能调整和减小不均匀沉降 B.基础抵抗水平荷载的稳定性增强 C.施工时基坑开挖较深，可使挖土卸去的土重替换为建筑物的部分或全部重量 D.基础具有良好的抗震作用 26.摩擦桩的传力机理为 A.荷载全部通过桩身侧面传到桩周土层 B.荷载全部传到桩底端下的土层 C.大部分荷载传给桩周土层，小部分传给桩端下的土层 D.大部分荷载传给桩端下的土层，小部分传给桩周土层 27.在设计桩基时，桩的长度 L，桩的根数 n，桩的直径 d 三者之间是相互关联的。通常，采取如下 的次序拟定： A.先拟定 d，再拟定 L，最后试算 nB.先拟定 n，再拟定 d，最后试算 L C.先拟定 L，再拟定 n，最后试算 dD.任何次序都可采取 28.低承台桩基础是指：- A.承台底面位于一般冲刷线以下的基础B.承台底面位于局部冲刷线以下的基础 C.承台顶面位于一般冲刷线以下的基础D.承台顶面位于局部冲刷线以下的基础 二、简答题：二、简答题： 1.土有哪些压缩性指标？各通过什么试验测得？写出其表达式及指标间的换算关系式。 2.单桩有哪几种破坏模式？各有何破坏特点？ 3.确定地基容许承载力，有哪几种方法？ 4.朗金土压力理论和库仑土压力理论的基本假定、计算原理与步骤各有何不同？ 5.有哪些因素影响地基的极限承载力？ 6.地下水位变动对地基中应力、沉降有何影响?地下水位上升对地基承载力有何影响? 7.计算基底压力和基底附加压力时，所取的基础埋置深度是否相同？该如何取？ 8.直剪试验存在哪些缺点？ 9.什么是地基？什么是基础？按埋深和施工方法分为哪几类基础？ 10.有哪些施工措施防止和减轻基础不均匀沉降？ 11.附加应力在地基中的传播、扩散有什么规律？目前根据什么假设条件计算地基土的附加应力？ 12.什么叫最优含水量?压实粘性土时为何要控制含水量? 三、计算题：三、计算题： 1.某完全饱和土样，经试验测得湿土质量为 185 克，干土质量为 145 克，体积为 100cm 3。若将土样压密， 使干重度等于 1.65g/cm 3，问土样孔隙比减小多少? 2.已知某土体的抗剪强度表达式f=0.3+tg20，当该土体中某点的最大主应力1=300kPa，最小主应力 3=100kPa。 试问： 该点所处的应力状态? 最大剪应力值及最大剪应力作用面与最大主应力作用面所 第 3页共 4 页 成角度。 3.某低承台桩基础，桩的平面布置如图所示，各桩的尺寸相同，桩的直径为 1 米，承台底面形心处作用有 轴力 N=20000kN，M=4000kNm，H=400kN，试按简化法确定各桩承受的轴力 Ni。 4.某饱和粘性土样在三轴压缩仪中进行固结不排水试验。施加周围压力3=200kPa，土样破坏时主应力差1 3=280kPa。如果破坏面与竖直面夹角为 33，试求破坏面上的法向应力和剪应力以及土样中的最大剪 应力值、最大剪应力面的方向。 5.挡土墙高 6 米，填土的物理力学性质指标如下：=16，C=15KPa，=19kN/m 3，墙背直立、光滑，填土 表面水平。试求挡土墙的主动土压力大小并绘出土压力强度分布图。若墙背后不允许出现裂缝，则至少 应在填土表面施加多少超载 q 才能满足要求？ 6.某柱下独立基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值、基础尺寸、埋深及地基条件如图所示，地下水位 与基底平齐。 试验算地基承载力是否满足要求？(应力扩散角取 23， 基础及上覆土的重度c=20kN/m 3) 7.某单层厂房独立柱基底面尺寸 bl=2.6m5.2m， 柱底荷载设计值： F1=2000kN， F2=200kN， M=1000kNm， V=200kN（如图） 。柱基自重和覆土标准值 G=486.7kN，基础埋深和工程地质剖面见图 1。试验算持力层 和下卧层是否满足承载力要求？ 第 4页共 4 页 8.某桥墩基础如图所示，基底平面尺寸为 A=7.8m，B=7.2m，每级台阶的厚度为 1m，作用在基底形心处的 荷载为 N=4224.64kN，H=200kN，M=800kNm，试检算地基强度。 9.饱和粘土层厚 10m，=18.9kN/m 3，其下为砂土，厚 4m，砂土层中承压水，已知粘土层底 A 点的水头高 为 5m。若在粘土层开挖基坑，试求基坑的允许开挖深度 H。 10.某饱和粘土层厚 10 米，受大面积连续均布荷载 p=120kN/m 2的作用，如图所示。设该土层初始孔隙比 e0=1.0，压缩系数 a=3.010 -4m2/kN，土的渗透系数 k=0.018m/a，求该土层在单面、双面排水条件下： 加荷 1 年的沉降量；沉降量达 14.4cm 所需的时间。 11.某挡土墙墙高 H=5m，墙背垂直光滑，墙后填土水平，填土为干砂，容重为 19kN/m 3，内摩擦角为 30， 墙后填土表面有超载 15kN/m，试计算作用在挡墙上主动土压力 Ea和被动土压力 Ep，并分别画出墙后土 压力强度分布图。 12.某粘土试样，在室内测得其湿土和烘干后的质量分别为 210g 和 162g，并已知其土粒比重为 2.7，若该 试样是完全饱和的，其含水量，饱和重度，干重度和孔隙比各为多少？若该试样的饱和度为 80%，则其 饱和重度，干重度和孔隙比又各为多少？ 第 1页共 6 页 参考答案参考答案 一、选择题：一、选择题： 1.C2.C3.B4.C5.B6.A7.B8.B9.A10.C11.D12.D13.B14.A 15.C16.D17.B18.D19.B20.D21.B22.A23.B24.A25.C26.C27.A28.B 二、简答题：二、简答题： 1.答：土的压缩性指标有:a、Es、Cc、E0。 a、Es、Cc 通过侧限压缩试验测得, E0则通过载荷试验、旁压试验（或现场原位测试）测得。 其表达式及换算式有：a=（e1-e2）/（p1-p2） ，Es=（1+e1）/a，E0=Es。 2.答：压（屈）曲破坏：特点为桩材由于强度不够而导致桩体自身破坏。 整体剪切破坏： 特点为桩材自身强度足够， 传到桩端的荷载使得桩端下的地基土产生整体剪切而破坏。 冲剪破坏：特点为在轴向荷载的作用下，桩身贯入土中，桩端土发生破坏。 3.答：理论公式法：用临塑、临界荷载或极限荷载赋予一定的安全系数计算。 规范法：按表格查取。 现场原位测试。 当地建筑经验。 4.答：朗金土压力理论适用于墙背垂直、光滑，墙后填土水平的情况，对所有土层均可采用，而库仑土 压力理论适用于砂类土，但墙背及填土表面不受限制。 朗金土压力理论是根据极限平衡理论求出土压力，而库仑土压力理论是根据处于极限平衡状态时的滑 动楔体的静力平衡条件求解。 朗金土压力理论是先求出沿墙高的土压力强度分布图，进而求其面积得出土压力的大小，而库仑土压 力理论是根据力的平衡条件先求出总的土压力的大小，然后沿墙高求导得出沿墙高的土压力强度分布 图。 5.地基土的性质：土的抗剪强度指标 c、；地基土的重度。 基础的尺寸：宽度 B 和基础的埋深 D。 荷载作用的方向和时间。 地基的破坏形式。 6.答：地下水位下降会引起原地下水位以下土中的有效自重应力增加，从而造成地表大面积附加下沉。地 下水位上升，虽然不会增加自重应力，但由于使原来地下水位和变动后地下水位之间那部分土压缩性增 大，也会产生附加沉降量。 地下水位上升，由于水下部分的天然重度改为浮重度，地基承载力降低。 7.答：计算基底压力和基底附加压力时，所取的基础埋置深度不相同。 计算基底压力时，在确定基础及台阶上土的自重时，基础埋置深度应为设计地面到基础底面的距离。计 算基底附加应力时，在确定基底自重应力时，基础埋置深度应为从自然地面到基础底面的距离。 8.答：土样在试验中不能严格控制排水条件，无法量测孔隙水压力。 剪切面固定在剪切盒的上下盒之间，该处不一定是土样的最薄弱面。 试样中应力状态复杂，有应力集中情况，仍按均匀分布计算。 试样发生剪切后，土样在上下盒之间错位，实际剪切面积减小，但仍按初始面积计算。 9.答：地基是指由于承受建筑物全部荷载而产生应力与应变所不能忽略的那部分岩土。 （或指在基础底面 下承受由基础传来的荷载的那部分岩土体） 。有人工地基和天然地基之分。 基础是指承受上部建筑物重量并把它传递到下面的地基土中，在地下扩大的结构部分，由砖石、素砼、 钢筋混凝土等材料人工砌置而成。 基础按埋深和施工方法分为两大类：浅基础：埋深小于 5 米，可用一般方法和设备来施工的基础； 深基础：埋深较大，要用特殊的方法和设备施工的基础，通常包括桩基础、沉井基础、沉箱基础等。 第 2页共 6 页 10.答：合理安排施工顺序：先建重、高部分，后建轻、低部分，先施工主体建筑，后施工附属建筑。 基础四周不宜大量堆载：在已建成的轻型建筑物周围，不宜堆放大量建筑材料和土方等重物，以免地 面堆载引起建筑物产生附加沉降。 保护基底土原有性质，减少扰动：基坑开挖时，对基底软弱土层应注意保护，尽量避免或减少扰动， 对于风化岩石地基，不应暴露过久，及时覆盖防止进一步风化。防止雨水或地面水流入和浸泡基坑。 防止施工不利影响：在现场开展打桩、强夯、井点降水、深基坑开挖、爆破作业等施工时，要加强必 要的措施，防止和避免对邻近建筑物造成危害。 11.答：土中附加应力的分布范围相当大，它不仅分布在荷载面积之内，而且还分布到荷载面积之外。 在离基础底面不同深度 z 处各个水平面上，以基底中心点下轴线处的应力为最大，离开中心轴线愈远 的点附加应力越小。 在荷载分布范围内任意竖直线上的附加应力值，随着深度增大逐渐减小。总之土中应力向下和向四周 传播。 目前计算土中附加应力时，假定地基土为均匀、各向同性的半无限空间线弹性体。 12.答:在一定的压实功能作用下,土在某一含水量下可以击实到最大的密度,这个含水量称为最优含水量。 粘性土料过干或过湿都不能获得好的压实效果；当含水量过低时，粘性土颗粒周围的结合水膜薄，粒间 引力强，颗粒相对移动的阻力大，不易挤紧；当含水量过大时，自由水较多，击实时，水和气体不易从 土中排出，并吸收了大部分的击实功能，阻碍了土粒的靠近。 三、计算题：三、计算题： 1.答：依题意有：W=185g，Ws=145g，V=100cm 3，S r=100% 则：Ww=W-Ws=185-145=40g，Vw=Ww/w=40cm 3 由 Sr=100%知 Vv=Vw=40cm 3，V s=V-Vv=100-40=60cm 3 此时 e=Vv/Vs=40/60=0.667 压密后，d=Ws/V=1.65g/cm 3 因为压密前后 Ws、Vs均不变，故 V=Ws/d=145/1.65=87.9cm 3 Vv=V-Vs=87.9-60=27.9cm 3 所以：e=Vv/Vs=27.9/60=0.465 土样孔隙比减小了 e-e=0.667-0.465=0.202 2.答：(1)由f=0.3tg20知=20，c=0.3kPa, 且1=300kPa,3=100kPa 若3=100kPa，则使该点达到极限平衡状态的大主应力值为: 1=3tg 2(45+/2)+2ctg(45+/2) =100tg 2(45+20/2)+20.3tg(45+20/2)=204.82kPa 因为1=300kPa1=204.82kPa， 因此该点处于破坏状态。 (2)最大剪应力max=(1-3)/2=(300-100)/2=100kPa 最大剪应力作用面与最大主应力作用面成 45。 3.答：设桩群截面重心 O 点离 B 点靠右 x 米，桩的横截面积为 S，则有： 5S1.5-3S1.5=8Sx，解得 x=0.375 米 将作用在承台底面形心处的外力移到桩群截面重心 O 点处，有： N=20000kN，M=4000+200000.375=11500kNm，H=400kN Xi 2=3(1.5+0.375)2+5(1.5-0.375)2=16.88 因此，最左边三根桩各桩所承受的轴力为: Ni 左=N/n+MXi/Xi 2=20000/5+11500(1.5+0.375)/16.88=5277.4kN 最右边五根桩各桩所承受的轴力为: 第 3页共 6 页 Ni 右=N/n-MXi/Xi 2=20000/5-11500(1.5-0.375)/16.88=3233.56kN 4.答：由已知条件可得土样破坏时剪切面上的主应力为: 3200kPa，1280+3280+200480kPa 破坏面与竖直面夹角为 33 破坏面与大主应力面成9033=57 则破坏面上的法向应力和剪应力分别为： (1+3)/2+(1-3)/2cos2 (480+200)/2+(480-200)/2cos(257)283.06kPa (1-3)/2sin2(480-200)/2sin(257)127.90kPa 最大剪应力为:max(1-3)/2(480-200)/2140kPa 最大剪应力面与大主应力面成 45。 5.答：(1)katg 2(45- 2 )tg 2(45- 2 16 )0.567 a k=tg(45- 2 )tg(45- 2 16 )0.754 p0-2c a k 在墙背上会产生拉裂缝，设裂缝深度为 Z0，则： Z0 a k 2c = 754. 019 152 2.1m Pa1hka-2c a k1960.567-2150.75442.02kPa 则主动土压力的大小为：Ea42.02(6-2.1)/281.94kN/m (2)若不允许出现裂缝，则令：qka-2c a k0 可得 q= a k 2c 754. 0 152 39.8kPa 即至少应在填土表面施加 39.8kPa 的超载才能保证墙背不出现裂缝。 土压力强度分布图如下： 6.答：(1)持力层强度的检算： G=CV=203.532.3=483kN N=N+G=105+483=588kN 第 4页共 6 页 M=M+QD=105+672.3=259.1kN 偏心距 e=M/N=259.1/588=0.44mB/6=3.5/6=0.58m 基底平均应力 p=N/F=N/(AB)=588/(3.53.0)=56kPa 基底应力的最大值 pmax=N/F(1+6e/B)=56(1+60.44/3.5)=98.24kPa 基底应力的最小值 pmin=N/F(1-6e/B)=56(1-60.44/3.5)=13.76kPa 0=(1h1+2h2)/D=191.5+19(2.3-1.5)/2.3=19kN/m 3 地基承载力设计值 f=fak2+b(B-3)+d0(D-0.5) =230+0.319(3.0-3)+1.619(2.3-0.5)=284.72kPa 因为 p=56kPaf=284.72kPa，pmax=98.24kPa1.2f=341.66kPa，pmin0 因此持力层强度满足要求。 (2)软弱下卧层强度的检算： 已知 fak3=78kPa，D=2.3+3.5=5.8m 故0=(1h1+2h2+2h3)/D=191.5+190.8+193.5/5.8=19kN/m 3 软弱下卧层的容许承载力 f=fak3+d0(D-0.5) =78+1.119(5.8-0.5)=188.77kPa 软弱下卧层顶面处的自重应力为：cz=191.5+190.8+193.5=110.2kPa 软弱下卧层顶面处的附加应力为：(以基底附加应力按 23扩散至下卧层顶面处) z=(p-ihi)AB/(A+2Ztg23)(B+2Ztg23) =56-(191.5+190.8)3.53.0/(3.5+23.5tg23)(3.0+23.5tg23) =3.34kPa 故：cz+z=110.2+3.34=113.54kPa1.2f=226.52kPa 因此下卧层强度满足要求。 7.答：(1)持力层承载力验算： N=F1+F2+G=2000+200+486.7=2686.7kN M=M+Vh+F2a=1000+2001.30+2000.62=1383kNm e=M/N=1384/2686.7=0.515mb/6=5.20/6=0.87m p=N/bl=2686.7/2.605.20=198.72kN/m 2 pmax=N/bl(1+6e/l)=198.72(1+60.515/5.2)=316.8kN/m 2 f=fk+b(b-3)+d(d-0.5) =230+1.619(1.80-0.5)=269.6kN/m 2p=198.72kN/m2(满足) 1.2f=1.2269.6=323.5kN/m 2p max=316.8kN/m 2(满足) (2)软弱下卧层承载力验算： 0=(191.80+102.5)/(1.80+2.5)=13.77kN/m 3 f=fk+b(b-3)+d(d-0.5)=85+1.113.77(1.80+2.5-0.5)=142.6kN/m 2 自重压力：cz=191.8+102.5=52.9kN/m 2 附加压力：z=bl(p-D)/(b+2ztg)(l+2ztg) =2.605.20(198.72-191.8)/(2.60+22.5tg23)(5.20+22.5tg23) =64.33kN/m 2 cz+z=52.9+64.33=123.53kN/m 2f=142.6kN/m2(满足) 8.答：(1)持力层强度的检算： 持力层的容许承载力=0+k11(B-2)+k22(h-3) 因为 k1=0，h=2.7m3m，故=0=270kPa 偏心距 e=M/N=800/4224.64=0.189mB/6=7.2/6=1.2m 基底平均应力=N/F=N/(AB)=4224.64/(7.87.2)=75.23kPa=270kPa 第 5页共 6 页 基底应力的最大值max=(N/F)(1+6e/B) =75.23(1+60.189/7.2)=87.08kPa1.2=324kPa 因此持力层强度满足要求。 (2)软弱下卧层强度的检算： 已知0=90kPa，h=5.8m， 故2=160.8+19.81.9+(19.8-10)(5.8-0.8-1.9)/5.8=13.93kPa 软弱下卧层的容许承载力=0+k22(h-3) =90+1.513.93(5.8-3)=148.51kPa 软弱下卧层顶面处的自重应力为： cz=160.8+19.81.9+(19.8-10)(5.8-0.8-1.9)=80.8kPa 软弱下卧层顶面处的附加应力为：(以基底附加应力按 22扩散至下卧层顶面处) z=(-ihi)AB/(A+2Ztg22)(B+2Ztg22) =75.23-(160.8+19.81.9)7.87.2/(7.8+23.1tg22)(7.8+23.1tg22) =13.93kPa 故cz+z=80.8+13.93=94.73kPa1.2=178.21kPa(下卧层强度满足要求) 9.答：若 A 点竖向有效应力0，则 A 点将隆起，基坑将失稳。以 A 点的=0 为基坑开挖的极限状 态。 A 点总应力、孔隙水压力分别为： =(10-H)=18.9(10-H) u=15=9.815=49.05kPa 由=-u=0，得：18.9(10-H)-49.05=0 H=7.40m 10.答:(1)由于是大面积连续均布荷载,可以认为土中附加应力沿深度均匀分布,即=1,且Z p=120kN/m 2 最终沉降量aZH/(1+e0) 3.010 -412010(1+1.0)0.18m18cm 固结系数为：CVk(1+e0)/(aw)