土力学试题及答案.doc

第1章 土的物理性质与工程分类一填空题1 颗粒级配曲线越平缓，不均匀系数越大，颗粒级配越好。为获得较大密实度，应选择级配良好的土料作为填方或砂垫层的土料。2 粘粒含量越多，颗粒粒径越小，比表面积越大，亲水性越强，可吸附弱结合水的含量越多，粘土的塑性指标越大3 塑性指标，它表明粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围，它综合反映了粘性、可塑性等因素。因此规范规定：为粉质粘土，为粘土。4 对无粘性土，工程性质影响最大的是土的密实度，工程上用指标、来衡量。5 在粘性土的物理指标中，对粘性土的性质影响较大的指标是塑性指数。6 决定无粘性土工程性质的好坏是无粘性土的相对密度，它是用指标来衡量。7 粘性土的液性指标 ，它的正负、大小表征了粘性土的软硬状态，规范按将粘性土的状态划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。8 岩石按风化程度划分为微风化、中等风化、强风化。9 岩石按坚固程度划分为硬质岩石，包括花岗岩、石灰岩等；软质岩石，包括页岩、泥岩等。10某砂层天然饱和重度kN/m3，土粒比重，并测得该砂土的最大干重度kN/m3，最小干重度kN/m3，则天然孔隙比为0.68，最大孔隙比0.74，最小孔隙比0.57。11砂粒粒径范围是0.0752mm，砂土是指大于2mm粒径累计含量不超过全重50%，而大于0.075mm粒径累计含量超过全重50%。12亲水性最强的粘土矿物是蒙脱石，这是因为它的晶体单元由两个硅片中间夹一个铝片组成，晶胞间露出的是多余的负电荷，因而晶胞单元间联接很弱，水分子容易进入晶胞之间，而发生膨胀。二 问答题1 概述土的三相比例指标与土的工程性质的关系？答：三相组成的性质，特别是固体颗粒的性质，直接影响土的工程特性。但是，同样一种土，密实时强度高，松散时强度低。对于细粒土，水含量少则硬，水含量多时则软。这说明土的性质不仅决定于三相组成的性质，而且三相之间量的比例关系也是一个很重要的影响因素。2 常见的黏土矿物有哪些？试述黏土矿物颗粒与粗颗粒土比较有那些特点及特性？答：常见的粘土矿物有蒙脱石，伊利石和高龄石。黏土的颗粒很细，粘粒粒径mm，细土粒周围形成电场，电分子吸引水分子定向排列，形成结合水膜，土粒与土中水相互作用显著，关系密切。粘性土随着含水量不断增加，土的状态变化为固态-半固态-液体状态，相应的地基土的承载力基本值Pa，逐渐降低为Pa，亦即承载力基本值相差10倍以上。可见，粘性土最主要的物理特征并非e、Dr，而是土粒与土中水相互作用产生的稠度。3 工业与民用建筑地基基础工程中将地基土划分为哪几种类型？答：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。4 按沉积条件不同，土体可划分为哪几种类型？答：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、淤积土、风积土和冰积土。5 地下水位以下一原状土样，其%，；t/m,计算孔隙比时，用公式，计算得，用公式计算得，试问该用那个公式，e为多少？另一个公式在这里为什么不能用？答：公式该用，而另一公式不能用，因为饱和度未给，不能认为，实际上将代入，得。6 说明三相草图中和的物理概念。答：代表单元土体中土骨架所占有的体积，代表孔隙在单元土体中所占有的体积。7 什么是粘性土的界限含水量？它们与土中那一层水膜相对应，他们又如何确定？答：土由一种状态转到另一种状态的界限含水量称为阿太堡界限含水量。分别为缩限、塑限和液限。分别和强结合水（吸着水）、弱结合水（薄膜水）和自由水相对应。缩限可用收缩皿法测定，塑限可用滚搓法、液塑限联合测定法，液限可用锥式液限仪或碟式液限仪测定。8 说明土的天然重度，饱和重度，浮重度和干重度的物理概念和相互关系，并比较同一土中的、的数值大小。答：，。三、判断题1粘性土的软硬程度取决于含水量的大小，无粘性土密实程度取决于孔隙比的大小。 （ ）2甲土饱和度大于乙土，则甲土的含水量一定高于已土。 （ ）3粉粒是0.0740.05mm的粒组。 （ ）4相对密实度会出现 和 的情况。 （ ）5甲土的饱和度如果大于乙土，则甲土必定比乙土软。 （ ）6甲土的孔隙比大于乙土，则甲土的干重度应小于乙土。 （ ）7土的天然重度愈大，则土密实性愈好。 （ ）四、计算题 1 某地基土样数据如下：环刀体积60cm,湿土质量0.1204kg，土质量0.0992kg，土粒相对密度为2.71，试计算：天然含水量w，天然重度，干重度，孔隙比。 2若原状土样的天然密度，含水量，土颗粒相对密度=2.71，试计算孔隙比e. 答：设， ttm33测得沙土的天然重度，含水量，土粒相对密度，最小孔隙比，最大孔隙比，试求沙土的相对密度。答： 设则gg4某干沙土样重度为16.6KN/m,土粒相对密度，置于雨中，若砂样体积不变，饱和度增加到40%，求砂样在雨中的孔隙比。答：设 cm35.某工地进行基础施工时，需在土中加水以便将土夯实，现取土样1000g，测其含水量为20%，根据施工要求，将土的含水量增加20%，问应在土样内加多少水？答：由得需加水量为6. 某工程地质勘察中，取原状土60cm,重99.15g，烘干后重78.05g，求此土的孔隙比和饱和度。答：7某土样的干重度，含水量，土粒相对密度，求饱和度。答：设，则 8. 某地基开挖中，取原状土样送至实验室中进行试验。测得天然重度，天然含水量，土粒相对密度，液限，塑限。试问这些数据合理吗？为什么？如果合理，请定出土的名称和状态。答：天然重度在粘性土重度变化范围内，含水量20%也在坚硬黏土的含水量30%以下，相对密度2.72也在粘性土比重2.70至2.75变化范围内，因此这些数据合理，此土属于粘性土。由于, ，所以此土为低液限黏土。9. 一个饱和原状土样体积为143cm,质量为260g，颗粒相对密度为2.70，取定他的孔隙比，含水量和干密度。答：由得 10. 某饱和土样，其液限，塑限，含水量，天然重度，求，、各为多少？答：设，则，由得11. 有一块50的原状土样重95.15g，烘干后重75.05g，；已知土粒相对密度，试求天然重度，饱和重度，浮重度和干重度，天然含水量，孔隙比，孔隙率，饱和度，并比较、和的数值大小。 答：略。第二章 土的渗透性一、填空题1 当土体两点之间有水头差，有渗流长度时，则渗流发生，渗流速度，与水头差成正比，与渗流长度成反比。但在黏土中，只有当水头梯度超过起始梯度时才开始渗流。2 渗透力（即动水压力）是土对水的压力，渗透力的表达式是，产生流砂的条件是渗流力克服了土体的重力。二、 简答题1 什么叫渗透力，其大小和方向如何确定？答：地下水在土体中流动时，由于受到土的阻力，而引起水头损失，从作用力与反作用力的原理可知，水流经过时必定对土颗粒施加一种渗流作用力，单位体积土颗粒所受到的渗流作用力称为渗透力。渗流力的大小与水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致。2 达西定律的基本假定是什么？试说明达西渗透定律的应用条件和适用范围。答：由于土的孔隙很小，在大多数情况下水在孔隙中的流速较小，可以认为属于层流（即水流流线相互平行的流动），那么土中的渗流规律可以认为是符合层流渗透定律。由于达西定律只适用于层流的情况，故一般只用于中砂、细砂、粉砂等，对粗砂、砾石、卵石等粗粒土不适合；而黏土中的渗流规律不完全符合达西定律，需进行修正。修正后为。3 渗透力是怎样引起渗透变形的？渗透变形有哪几种形式？在工程上会有什么危害？防治渗透破坏的工程措施有哪些？答：地下水的渗流方向自下而上，已知土的有效重度为，当向上的动水力与土的有效重度相等时，即这时土颗粒间的压力就等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定，这种现象叫流沙。在渗透水流作用下，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，渗透速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象叫管涌。防治流土的关键在于控制溢出处的水力坡降，为了保证实际的溢出坡降不超过允许坡降，可采取以下工程措施：1。可通过做垂直防渗帷幕、水平防渗铺盖等，延长渗流途径、降低溢出处的坡降；2。在溢出处挖减压沟或打减压井，贯穿渗透性小的黏土层，以降低作用在粘性土层底面的渗透压力；3。在溢出处加透水盖重，以防止土体被渗透力所悬浮。防止管涌一般可从下列两方面采取措施：1。做防渗铺盖或打板桩等，降低土层内部和渗流溢出处的渗透坡降；2。在渗流溢出部位铺设层间关系满足要求的反滤层。4生管涌和流土的机理与条件是什么？与土的类别和性质有什么关系？工程上如何判断土可能产生渗透破坏并进行分类的？ 答：发生管涌与流土的机理如上一题答案所诉。发生流土的条件是水力梯度大于或等于临界水力梯度。临界水力梯度与土性密切相关，研究表明，土的不均匀系数愈大，值愈小，土中细颗粒含量高，值增大，土的渗透系数愈大，值愈低。发生管涌首先取决于土的性质，管涌多发生在砂性土中，其特征是颗粒大小差别较大，往往缺少某种粒径，孔隙直径大且相互连同。无黏性土产生管涌的两个必备条件是：1。几何条件：土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，这是必要条件，一般不均匀系数的土才会发生管涌；2水力条件：渗流力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动是管涌发生的水力条件，可用管涌的水力梯度来表示。三、判断题1 土的渗透系数k越大，土的渗透性也越大，土中的水头梯度I也越大。（ ）2 含有细砂夹层的粘土层中垂直渗透系数大于水平渗透系数。 （ ）3 土中一点的渗透力大小取决于该点孔隙水总水头的大小。 （ ）四、计算题1如图所示的常水头渗透试验，若土样（2）的渗透系数是土样（1）的2倍，试绘出试样的孔隙水压力（即渗透压力）分布图，并求土样（1）所受的渗透力，判断其渗透稳定性。解：1.设试样（1）和试样（2）的水头损失分别为 h1和h2，总水头损失为h,则5w h1+h2=h=40-25=15cm （1）根据渗流连续原理，流经两砂样的渗透速度v20w应相等，即v1=v2，按达西定律v=ki，则30w k1i1=k2i2又k2=2k1，i1=h1/L1=h1/5，i2=h2/L2=h2/5，所以 h1=2h2 （2）由（1）（2）两式得h1=10cm，h 2=5cm2.由i1=h1/L1=10/5=2 得土样（1）所受的渗流力J=wi=2w2.如图所示的渗透试验装置，在圆形截面容器内装有两种土样，下面为粉土，土样长度分别为L1，L2，在砂层顶面引出一测压管，管内水面与水源容器内水面高度差为h1，若试验装置总水头差为h，则砂土的渗透k1与粉土的渗透系数k2之比值k1/k2为多少？ 解：设粉土的水头损失，砂土的水头损失为，则 （1）根据渗流连续原理，流经两砂样的渗透速度v20w应相等，即v1=v2，按达西定律v=ki，则即 （2）综合（1）、（2）可得 4 地层由三层土构成，表层为砂，饱和重度为，天然重度为，渗透系数；中层为黏土，饱和重度为，天然重度为，渗透系数，最下层为砂层，地下水位位于表层砂中，下层砂中含承压水，地层剖面如图，试计算：（1） 每日通过每平方米黏土层面积上的渗透量。（2） 黏0土层顶部与底部的孔隙水压力u，有效应力和总应力值。 解：（1）设粘土的水头损失为，黏土以上砂土的水头损失为，总水头损失为，则 （a）根据渗流连续原理，即2000 （b）由（a）、（b）得，每日通过每平方米黏土层面积上的渗透量为（2） 土层顶部孔隙水压力总应力为有效应力粘土层底部孔隙水压力为总应力为有效应力为第三章 地基土的应力与变形一 填空题1。附加应力引起土体压缩，有效应力影响土体的抗剪强度。2一般情况下，自重应力不会引起地基沉降，附加应力引起地基的沉降，在成土年代不久，地下水位升降等情况自重应力也会引起地面沉降。3土中竖向附加应力的影响深度与相比，的影响深度要大，在荷载两侧最大。4应力自基础底面起算，随深度呈非线性变化，自重应力自地基表面起算，随深度呈线性变化。5压缩系数，压缩模量，则土的压缩性愈高，这两个指标通过固结试验，绘制压缩曲线得到。6超固结比OCR指的是土层历史上所经受的先期固结压力与现有覆盖土重之比，根据OCR的大小可把粘性土分为正常固结土，超固结土和欠固结土三大类。OCR kPa所以该点未剪损。3 某饱和土样做三轴固结不排水剪切试验，测得剪切破坏时大主应力、小主应力和超孔隙水压力u，如下表所示，试用有效应力法和总应力法确定、及、。解：(1)将、代入粘性土的极限平衡条件得方程组(kPa)145223(kPa)601004159145=60223=100解得，c=9.99kPa.(2)将有效应力、代入极限平衡条件得 104=19164=41解得，。4 对某饱和土试样进行无侧限抗压试验，得无侧限抗压强度为160kPa，如果对同种土进行不固结不排水三轴试验，周围压力为180kPa，问总竖向压应力为多少，试样将发生破坏？解：总竖向压应力为时，试样发生破坏。5 某中砂试样，经试验测得其内摩擦角，周围压力，若垂直压力达到200kPa时，试问该土样是否破坏。解：由于，此试样不破坏。6 已知某土样的，求等于多少时正好达到极限平衡？解：将，代入极限平衡条件解得=535.14Mpa7某条形基础，底宽2.0m，埋深d=1.0m，承受铅直均布荷载250kPa，基底以上土的重度为18.5kN/m,地下水齐平基底，饱和重度为20kN/m,地基土强度指标，试用太沙基极限承载力公式（安全系数K=2）来判断是否稳定。解：根据题意 kPa，kN/m3，m，m，kPa查得， kPa地基容许承载力kPa而地基承受的均布荷载kPakPa，所以地基处于稳定状态。第5章 挡土墙的土压力计算及稳定性分析一 填空题1 所谓挡土墙土压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力，它是挡土墙设计时的主要外荷载，因挡土墙的截面在较大范围内不变，计算时取单位长度作为一计算段进行分析计算。2 当挡土墙离开填土面向前移动，填土为沙土时，位移量约为墙高的1-5 ，粘性土时约为，墙后填土处于主动极限平衡状态，出现滑裂面，此时土压力减至最小，称为主动土压力。3 当挡土墙向后推挤填土使墙体向后移动，土压力随之增大，当位移量达到约时，墙后土体产生滑裂面，土体处于被动极限状态，土压力增至最大，称为被动土压力。4 计算挡土墙上土压力的Rankine理论的适用条件是1。挡土墙的墙背竖直、光滑，2。挡土墙后填土表面水平。，该理论把墙后土体视为半无限体，根据土的极限平衡状态的条件计算土压力的。 5 计算挡土墙上的土压力的Coulomb理论的适用条件1。墙背附斜，倾角为；2。墙背粗糙，墙土摩擦角；3。填土为理想散粒体，填土表面倾斜，坡角为。该理论是将墙后土体出现滑动破坏面时所形成的楔体作为隔离体，根据静力平衡条件计算土压力的。6 计算被动土压力时，库仑理论假设破坏面为一平面，实际是一曲面，因此计算结果较大，而郎肯理论计算值较小，偏于真实，因此一般用郎肯理论。7 挡土墙后应填碎石土，砂土，粉土，不应填黏土。8 无粘性土坡的稳定性与粘聚力无关，仅取决于内摩擦角，只要坡角小于内摩擦角，土坡就是稳定的。二、问答题1 填土内摩擦角的大小对土压力有何影响？答：通常对于主动土压力，内摩擦角愈大，主动土压力愈小，而对于被动土压力，模擦角愈大，主动土压力愈大。2 墙背的粗糙程度、填土排水条件的好坏对主动土压力的大小有何影响。答：采用郎肯土压力理论计算土压力，由于忽略了墙背与填土之间摩擦影响，使计算的主动土压力偏大，而计算的被动土压力偏小。当排水条件不良时，填土的重度增加，内摩擦角减小，土的强度降低，导致填土对墙的土压力增大，对墙的稳定性产生不利的影响。3 略。4 简述影响挡土墙背上土压力大小的因素。答：a、挡土墙的位移挡土墙的位移方向和位移大小，是影响土压力大小的最主要因素。挡土墙位移方向不同，土压力的种类就不同。由实验与计算可知，其它条件完全相同，仅挡土墙位移方向相反，土压力数值相差不是百分之几或百分之几十，而是相差20倍左右。b挡土墙形状。挡土墙剖面形状，包括墙背为竖直或倾斜、墙背为光滑或粗糙，都关系采用何种土压力计算理论公式和计算结果。c填土的性质挡土墙后填土的性质包括：填土松密程度即重度、干湿程度即含水量、土的强度指标内摩擦角和粘聚力的大小，以及填土表面的形状（水平、上斜或下斜）等。d挡土墙的建筑材料如挡土墙的材料采用素混凝土和钢筋混凝土，可以认为墙的表面光滑，不计入摩擦力，若为砌石挡土墙，就必须计入摩擦力，因而土压力的大小和方向都不相同。 5.简述静止土压力，主动土压力及被动土压力的概念，它们与挡土构筑物的位移有何关系。 答：静止土压力：当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力。 主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力。 被动土压力：当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力。 6简述土的极限平衡状态的概念，挡土墙应该怎样移动才能产生主动土压力。 答：土的应力莫尔圆抗剪强度包线相切，切点为A，说明A点所代表的平面上，剪应力正好等于抗剪强度，该点就处于极限平衡状态。挡土墙应当向离开土体的方向偏移，使由以竖向自重应力为，水平向应力为的应力莫尔圆恰好与抗剪破坏包线相切时，水平向应力即为主动土压力。7 主动土压力是土压力中的最小值，为什么在库仑土压力理论公式推导中却要找最大的值作为主动土压力。答：主动土压力为最小值是一个相对概念，在郎肯土压力理论中为最小，在库仑土压力理论中是最危险破坏面对应的土压力值，是最大值。8 填土表面有连续的均布荷载，土压力沿深度的分布是三角形，梯形，矩形，在地下水位以下，这部分土压力是否有变化（假设水位以下的值不变）。答：由连续荷载产生的矩形土压力在地下水位以下不发生变化，而三角形土压力由于有地下水的存在，计算时采用浮重度，三角形土压力的底面边长将不等于没有地下水影响时的长度。9 墙后填土有地下水时，为什么不能用饱和重度计算土压力，地下水为的升降对挡土墙的稳定有何影响。答：水对墙体作用的孔隙水压力与摩擦角无关，只与高度有关，因此需将土压力与水压力分开考虑，而不能用饱和重度计算。因为地下水的存在，使土的含水量增加，抗剪强度降低，有时导致土体对墙土压力增大，同时墙后积水，增加水压力，对墙的稳定性产生不利影响，若遇软弱地基，则因土压