中央广播电视大学水利水电专业岩土力学形成性考核～作业答案.doc

岩土力学 中央广播电视大学人才培养模式改革与开放教育试点岩土力学形 成 性 考 核 手 册学生姓名： 学生学号： 分校班级： 中央广播电视大学 编制使 用 说 明本考核手册是中央广播电视大学水利水电工程专业“岩土力学”课程形成性考核的依据，与岩土力学教材（主编 刘汉东，中央广播电视大学出版社出版）配套使用。形成性考核是课程考核的重要组成部分，是强化教学管理，提高教学质量，反馈学习信息，提高学员综合素质和能力的重要保证。“岩土力学”课程是水利水电工程专业的主要专业基础课，其特点是既具有丰富的理论，又具有很强的实践性，而且基本概念、公式较多，学员有时感到抓不住重点。通过形成性考核有助于学员理解和掌握本课程的基本概念、基本理论、基本计算方法，明确应掌握的课程重点。同时，形成性考核对于全面测评学员的学习效果，督促和激励学员完成课程学习，培养学员自主学习和掌握知识的能力也具有重要作用。本课程以计分作业方式进行形成性考核。全部课程要求完成4次计分考核作业，分别对应于文字教材的13章、46章、79章和1012章。学员应按照教学进度按时完成各次计分作业，教师根据学员完成作业的情况评定成绩，每次作业以100分计，并按4次作业的平均成绩计算学员的形成性考核成绩。形成性考核成绩占课程总成绩的20%，终结性考试成绩占课程总成绩的80%。课程总成绩满分为100分，60分为及格。姓 名：学 号：得 分：教师签名：岩土力学 作业一 说明：本次作业对应于文字教材1至3章，应按相应教学进度完成。一、填空题 （每空1分，共计10分）1土的含水率主要是指 土中水的质量与土颗粒质量的比值,以百分率表示 。 2土是由 固相 、 气相 、和 液相 三部分组成。3对于天然土，OCR1时的土是 超固结土 ，OCR=1的土属于 正常固结土 ，而OCR1的土是 欠固结土 。4.控制坝基及地基的渗流，其主要任务可归结为三点：一是 尽量减少渗漏量 、二是 提早释放渗透压力，保证地基与水工建筑物有足够的静力稳定性 、三是 防止渗透破坏，保证渗透稳定性 。二、选择题（每小题1分，共计8分） 1 土颗粒的大小及其级配，通常是用颗粒累计级配曲线来表示的。级配曲线越平缓表示：（ c ） A土粒大小较均匀，级配良好 B 土粒大小不均匀，级配不良 C土粒大小不均匀，级配良好2 有三个同一种类的土样，他们的含水率w都相同，但饱和度Sr不同，饱和度Sr越大的土，其压缩性（ b ）A 越大 B 越小 C 不变3 当地下水位从地表处下降至基础底平面处，则附加应力（ b ） A 增加 B 减小 C 不变4 土的压缩性是由下述变形造成的： aA土孔隙的体积压缩变形 B土颗粒的体积压缩变形 C土孔隙和土颗粒的体积压缩变形之和5.有三种土样，他们的体积与含水率都相同，则下述说法正确的是 （ a ）A 三种土样的孔隙比必相同 B 三种土样的重度必相同 C 三种土样的重度和孔隙比可以不相同6条形均布荷载中心线下，附加应力随着深度减小，其衰减速度与基础宽度B有何关系？ bA 与宽度B无关 B 宽度B越大，衰减越慢 C 宽度B越大，衰减越快7土体压缩曲线ep曲线是在何种条件下试验得到的？ aA 完全侧限 B 无侧限条件 C 部分侧限条件8土层的固结度与施加的荷载大小有（ c ）关系A 荷载越大，固结度越大 B 荷载越大，固结度越小 C 与荷载大小无关三、判断题（每小题1分，共7分）1 土的液性指数IL会出现或的情况。（ ）2 土发生冻胀的原因是冻结时水分向冻结区迁移和积累的结果。（ ）3 由于达西定律只适用于层流的情况，所以对粗砂、砾石、卵石等粗颗粒不适用。（ ）4 岩石的饱水系数愈大，则岩石愈不容易被冻胀破坏。（ ）5 岩石的软化系数越大则岩石的软化性越强。（ ）6 当土层的自重应力小于前期固结压力时，这种土称为超固结土。（ ）7 对于具体某一种土来说，土的压缩系数是常数。（ ）四、问答题 （每小题5分，共计35分）1什么是孔隙比e、孔隙率n，二者的关系。孔隙比是指孔隙的体积与固体颗粒实体的体积之比，用小数表示。，孔隙率（度）是指孔隙的体积与固体颗粒实体的体积之比，用百分数表示。关系： 或 2土中的水有哪些类型？结合水自由水重力水毛细水水 3. 在压力作用下，饱和土体固结的力学本质是什么？在一定压力作用下饱和土的渗透固结就是土体中孔隙，水压力u向有效压力转化的过程。或者说是孔隙水压力逐渐消减与有效应力逐渐增长的过程。只有有效应力才能使土体产生压缩和固结、土体中某点有效应力的增长程度反映该点土的固结完成程度。均 匀5不 均 匀Cu4. 土的级配曲线的特征可用哪两个系数来表示？这两个系数是怎样定义的？不均匀系数 连续 匀3不 连 续Cc1不 连 续曲率系数5.附加应力在空间有何分布特征？附加应力是由于土层上部的建筑物的建起，而在地基内所增的应力。6.渗透破坏的形式有哪些？其一是：动水压力和土体结构，它们是产生渗透变形的必要条件；其二是：地质条件和工程因素，称之这充分条件，中有当土具备充分必要条件时，才发生渗透破坏。7.简述有效应力的原理。饱和土是由固体颗粒组成的骨架和充满其间的水两部分组成。当外力作用于饱和土体后，一部分由土的骨架来承担，并通过颗粒之间的接触面传递，这部分称为粒间应力，定义为有效应力；另一部分由水承担，水不能承担剪应力，但能承担法向应力，并可以通过连通的孔隙水传递，这部分水压力称为孔隙水压力。有效应力原理的研究内容就是研究饱和土中这两种应力的不同性质和它们与全部应力的关系。（1）（2）土的变形与强度的变化仅决定于有效应力的变化。五、计算题 （共4题，计40分）1 已知岩样的容重=22.5kN/m3，比重，天然含水量，试计算该岩样的孔隙率n，干容重及饱和容重。答：因为， 所以，=20.83 kN/m3=24.09%=23.19 kN/m32. 已知一粘性土试样，土粒比重GS =2.70，天然重度，含水率为35%，试问该土样是否饱和，饱和度多少？解：答：此土为非饱和土，饱和度为87.27%。3.已知地面下有一层4米厚的粘土，天然孔隙比，若地面施加的无限均布荷载，沉降稳定后，测得土的孔隙比为1.12，求粘土层的沉降？解：答：粘土层的沉降量为245.28mm。4.根据图（a）中给出地基中多层土中各土层的厚度、容重，绘制地基中的自重应力随深度的分布曲线图。粘土细砂粉质粘 土细砂44041040038035043210051kPa60kPa77kPa107kPa解： 答：该基础中心线下6m处竖向附加应力为。姓 名：学 号：得 分：教师签名：岩土力学 作业二说明：本次作业对应于文字教材4至6章，应按相应教学进度完成。一、单项选择题 （每小题2分，共计20分）1土的强度破坏是 （ c ）A 压坏 B 拉坏 C 剪坏2直接剪切试验测定土的天然强度为 （ c ）A B C D 3地基土发生剪切破坏而失去整体稳定时的基底最小压力为 （ b ）A允许承载力 B 极限承载力 C 承载力特征值 4在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失的现象称为（b ）A 流土 B管涌 C接触流失 D接触冲刷5条形基础竖直均布荷载下附加应力计算时，附加应力系数的确定应根据（d ）比值查表确定。A L/B 和z/B B L/B和x/B C L/B和z/L D x/B和z/B6 填土坡面上做挡土墙护坡，作用在挡土墙的土压力（ c ）A 土压力为0 B 主动土压力 C 静止土压力 D 被动土压力7.影响极限承载力的因素主要有：（ b ） A 土的重度 B 土的抗剪强度指标c、 C 基础埋深 D 基础宽度8所谓地基的临界荷载是指（ c ）A 地基中将出现塑性区的荷载 B 地基中出现连续滑动面的荷载 C 地基中出现某一允许大小塑性区时的荷载9地基的极限承载力是指（b ）A 地基的变形达到上部结构极限状态时的承载力 B 地基中形成连续滑动面时的承载力 C 地基中开始出现塑性区时的承载力10 在挡土墙设计时，是否允许墙体有位移？（ b ）A 不允许 B 允许 C 允许有较大位移二、填空题 （每题2分，共计10分）1为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为 快剪 、 慢剪 和 固结快剪 三种类型。2.根据固结排水条件的不同，相应于直剪试验，三轴试验也可分为 固结不排水剪 固结排水剪 和 不固结不排水剪 三种类型。3某土单元体抗剪强度指标c20kPa，大主应力1400kPa，则该单元体小主应力3 182.7 kPa时，该土处于极限平衡状态，若3200kPa，该土处于 剪切破坏 状态。4饱和砂土在低围压下受剪时，对于松砂来说，其固结不排水剪试验测得的强度要比固结排水剪试验测得的强度 低 （高或低），对于密砂来说，其固结不排水剪试验测得的强度要比固结排水剪试验测得的强度 高 （高或低）。5.根据摩尔-库伦破坏准则，理想状态下剪破面与大主应力面的夹角为： 。三、简答题 （每小题5分，共计30分）1. 什么叫土的抗剪强度?常用的试验方法有哪些?答：土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。室内试验野外试验原位十字板剪切试验直剪试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验快剪慢剪固结快剪不固结不排水剪试验固结不排水剪试验固结排水剪试验2.试述莫尔-库伦破坏准则，什么是极限平衡条件？f与莫尔为库仑应力圆的关系（1）相离稳定状态；（2）相切极限平衡状态；（3）相割表明该点土体已破坏。达到极限平衡状态时土的应力状态时土的应力状态和土的抗剪强度指标之间的关系称为土的极限平衡条件。 3.土压力有哪些类型？它们产生的条件是什么？静止土压力：当挡土墙静止不动时，即不能移动也不转动，这时土体作用在挡土墙的压力称为静止土压力。主动土压力：挡土墙向前移离填土，随着墙位移量的逐渐增大，土体作用于墙上的土压力减至最小，称为主动土压力。被动土压力：挡土墙在外力作用下移向填土，随着墙位移的逐渐增大，土体作用 于墙上的土压力逐渐增大，当墙后土体达到被动极限平衡状态并出现滑动面时，这时作用于墙上的土压力增到最大，称为被动土压力。4. 发生滑坡时，土体内的滑动面上的剪应力达到抗剪强度的原因是什么？答：根据库伦定律及其强度线，可知土中某点任意平面上作用着该法向应力s以及剪应力t，则由t与抗剪强度ft对比得：当tft（在破坏线上方），表示该点已经剪切破坏故：当应力圆与强度线相切时，即为土体濒于剪切破坏的极限应力状态，称极限平衡状态，此时，土体发生滑坡。（将书中P123页的图45画在下面）5. 库仑土压力理论的假定条件是什么？它适用于什么条件？假定条件：（1）墙后的的填土是理想的散粒体（粘聚力C=0）。 （2）滑动破坏面为一平面。 （3）墙背与滑裂面间的楔形土体视为刚性体。适用条件：适用于填土表面为水平或倾斜的无粘性土，对于粘性土只能用图解法。6.确定地基承载力有哪几种方法？答：有三种方法：其一，按极限荷载确定地基承载力；其二，按工程规范确定地基承载力；其三，确定地基承载力设计值的方法。四、计算题 （每题10分，共计40分）1.已知地基中一点的大小主应力为，土的强度指标，试判断该点是否会剪破？剪破面与大主应力之间的夹角为多少？ 所以该点没被剪破。如果剪破时，剪破面与大主应力之间的夹角为： 2.某挡土墙高8m，墙背竖直光滑，填土面水平，填土为无粘性土，=18kN/m3，=30，填土表面作用有连续均布荷载，q=20kPa。试用朗肯土压力理论计算主动土压力以及作用点位置。解： 519kPa128m4257kPa 距墙底距离为：3.在均布条形荷载作用下，土体中A点的大主应力1=400kPa，中、小主应力3=150kPa，土的抗剪强度指标c=0，=30。试求：(1) A点处土是否处于极限平衡状态。(2) 最危险的剪应力面与最大主应面夹角为多少度？ 解： 所以，A点已剪破。最危险的剪应力面与最大主应力面夹角为：4有一条形基础，宽度B为6m，埋深D为1.5m，其上作用着中心荷载P为1700kN/m，地基土质均匀，容重为19kN/m3，土的强度指标为：c=20kPa，=20o，安全系数为2.5，假定基底完全粗糙，应用太沙基理论，验算地基的稳定性 (=20o时，)。解：当采用安全系数Fs=2.5时地基承载力设计值:所以不稳定.姓 名：学 号：得 分：教师签名：岩土力学 作业三说明：本次作业对应于文字教材7至9章，应按相应教学进度完成。一、单项选择题 （每小题2分，共计10分）1岩石内结晶晶格错位的结果，引起岩石的 （ b）A 脆性破坏 B 塑性破坏 C 弱面剪切破坏2岩石的单轴抗压强度一般与单轴抗拉强度间成下列哪种关系： (b )A Rc=(1-4)Rt B Rc=(4-10 100)Rt C Rt=(1-4)Rc D Rt=(1-4)Rc 3下面岩体的那种应力状态是稳定状态 ( a)A sinC =sin4. 岩石的抗压试验中，采圆柱形试件得出的抗压强度比采用棱柱形试件得到的抗压强度要（ a） A 大 B小 C相等5. 岩石的变形（弹性）模量可表示为 （c ）A B C D 二、填空题 （每空1分，共计20分）1岩石的破坏形式：脆性破坏、延性破坏、弱面剪切破坏。2岩石的力学强度是工程设计中最重要的力学指标，分别是单轴抗压强度，抗拉强度、抗剪强度。3岩石的抗压强度就是岩石试件在单轴压力（无围压）作用下，抗压破坏的极限能力。4岩石的抗剪强度就是指岩石抵抗剪切破坏（滑力）的能力，用凝聚力C和内摩擦角来表示。5 岩石的蠕变是指岩石在 应力 不变的情况下岩石应变形 随着 时间t 而增加的现象，一般而言，典型的岩石蠕变曲线可分为三个阶段：初期蠕变，二次蠕变（稳态蠕变），（加建蠕变）第三期蠕变。6常用的蠕变模型通常都是用 弹性模型 模型和 粘性模型 模型组合的。7. 天然应力是工程施工前就存在于 岩体中的地应力 。8岩坡的破坏类型可以分为 岩崩 和 岩滑 两种。三、判断题 （每小题2分，共计10分）1岩石的脆性破坏是由于岩石中裂隙的发生和发展的结果所致 （ ）2岩石的变形是指岩石在外力作用下形状和大小的变化。 （ ）3最大正应变理论是用来判断脆性岩石破坏的理论。 （ ）4根据莫尔库伦准则可证明均质岩石的破坏面法线与大应力方向间夹角为 （）5在普通压力板上做岩石的变形试验，即可得到岩石的全应力-应变曲线。（）四、问答题 （每小题5分，共计20分）1何为塑性破坏，其破坏机理是个什么？ 答案：塑性破坏(延性破坏)是岩石在破坏之前变形量很大，且没有明显的破坏荷载。原因可能是岩石内结晶晶格错位的结果2影响单轴抗压强度的因素有哪些？影响单轴抗压强度的因素有：一方面是岩石材料本身的，一方面是试验方法上的因素。 岩石材料本身的主要因素有：矿物组成；结晶程度和颗粒大小；胶结情况；生成条件；风化作用；密度；水的作用等。3. 直剪破坏试验全过程曲线可分几段？各区段的特点是什么？岩石直剪破坏试验全过程曲线如图所示该曲线共分三段。第一段：原点p区段，该段近似为一直线即变形为弹性，p为极限强度(即裂隙开始发展的强度)；第二段：p f区段，f为峰值强度，该段内裂隙发展至破坏；第三段：fo区段。o为剪断面上的摩擦力(剩余强度)4. 边坡稳定性分析方法有哪些？ 当岩坡受力过大或岩石强度过低，一部分岩体向下或向外滑动叫滑坡，滑波滑动面有三种：软弱结构面；结构面；在岩体中； 五、计算题 （每题10分，共计40分）1将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到120MPa时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为60，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算：1)内摩擦角：2)破坏面上的正应力和剪应力。解： = ，理论上的抗拉强度：2某岩样c=15kPa，=30，如该土受到最小主应力3=200kPa， 最大主应力1=400kPa，试判断该土样处于何种状态？解： (不稳定)3试求证。解： 4已知均质岩坡的，问当岩坡高度为200m时，坡角应当采用多少度？解： 姓 名：学 号：得 分：教师签名：岩土力学 作业四说明：本次作业对应于文字教材10至12章，应按相应教学进度完成。一、填空题 （每空1分，共计30分）1把由于洞室围岩的变形和破坏作用而作用在支护或衬砌上的压力称为 山岩压力 2山岩压力的影响因素除岩石性质外，还应考虑 洞室的形状和大小 、地质构选，支护的形式和刚度、洞室深度、时间、施工方法 等因素。3.地下工程岩体稳定性影响因素主要有岩土性质、岩体结构与地质构造、地下水、地应力及地形等。4岩基的极限承载力，就是指岩基所能负担的 最大荷载(或称极限荷载) 。5脆性围岩的变形破坏类型有 张裂坍落、劈裂、剪切滑动或破坏、岩爆、和 弯折内鼓 。6大坝失稳的形式主要有： 表层滑动破坏、深层滑动破坏、混合滑动破坏 。7. 由于岩体变形而对支护或衬砌的压力，称为变形压力 ；将由于岩体 而对支护或衬砌的压力，称为 松动压力 。8. 在中等质量的岩石中，洞室围岩的变形 较大 。由于洞室围岩的 应力重分布 需要一定的时间，所以在进行支护或衬砌以后围岩的 变形 受支护或衬砌的约束，于是产生山岩压力。9. 在整体性良好，裂隙节理不发育的坚硬岩石中开挖洞室，开挖结束后，围岩的弹性变形就完成。若在此后进行支护，支护 上没有 山岩压力。这种支护主要是用来 防止岩石的风化以及剥落碎块的掉落 。10.无裂隙围岩的应力计算方法有 内应力分配法 和 抗力系数法 。二、判断题 （每小题2分，共计10分）1 .求解山岩压力的计算理论中，太沙基理论把岩体假定为散粒体。 （ ）2由于洞室围岩的变形和破坏而作用于支护或衬砌上的压力称为围岩压力（）3围岩处于塑性变形状态时，洞室埋置愈深，山岩压力愈大。 （）4开挖洞室的影响范围是6倍洞直径。 （）5. 洞室的形状相同时，围岩压力与洞室的尺寸无关。 （）三、问答题 （每小题5分，共计20分）1.简述地下洞室开挖引起的围岩应力重分布及其规律答：地下洞室开挖引起的围岩应力重分布及其规律:未开挖前岩体内均为压应力,所以每点均处于挤压状态.地下开挖后洞室周围岩体就向洞室这个空间松胀,松胀方向沿着半径指向洞室中心,围岩松胀后洞壁上的径向应力为零.在离开洞堕的一定距离处,松胀已经很小,基本上没有松胀,在该处的径向应力与原来未开挖的初始应力相等.洞室围岩中的切向应力则有相反的变化规律:越接近洞壁的圆,径向移动就越大(其切向应力增加值越大);而越深入围岩内部的圆,其径向移动越小(其切向应力增加值越小).2何为山岩压力？按其成因可分为哪几类？各自用什么方法确定？答：把由于洞室围岩的变形和破坏而作用在支护或衬砌上的压力称为山岩压力。 由于围岩变形而作用在支护或初砌上的岩压力称为变形压力。称为变形压力。 由于围岩破坏而作用在支护或初砌上的岩压力称为变形压力。称为松沙压力。 计算变形压力的方法：弹塑理论推导出的芬纳公式或修正芬纳公式。 计算松动压力的方法：压力拱理论，太沙基理论和弹塑性理论推出卡柯公式。3不同质量状况的围岩变形破坏特别如何？ 答： 整体性良好，裂隙不发育的坚硬岩石中，围岩应力小于围岩强度无破碎。变形以开挖过程中的弹性变形为主，开挖结束变形也结束。如果支护，支护上一般无山岩压力，支护起防止岩石风化或剥落碎块的掉落。 中等质岩的岩体，洞室变形大，还可能有少量破碎，支护上以变形压力为主，松动压力为辅。 在破碎和软弱岩石中，岩