湖南大学2001年土木专业土力学试卷及答案.doc

1. 常水头渗透试验适用于 透水性强的无粘性土 ，变水头试验适用于 透水性差的粘性土 。2. 在计算矩形基底受竖直三角形分布荷载作用时，角点下的竖向附加应力时，应作用两点，一是计算点落在 角点 的一点垂线上，二是B始终指 宽度 方向基底的长度。3.分析土坡稳定的瑞典条分法与毕肖甫法其共同点是 假设滑动面是圆弧面 、 假定滑动体为刚体 ，不同点是 瑞典条分法不考虑条间力 。整体剪切破坏 破坏过程将出现三个变形阶段。4.粘土颗粒表面吸着水的厚薄受土中水的性质影响，水中阳离子浓度越_低_吸着水越_厚 ，离子价越_低_、吸着水越_厚_。5.静止侧压力系数是指 无侧向变形 条件下 水平向有效应力 与 竖向有效应力 之比。6.松砂受剪体积_缩小_紧砂受剪体积_ 膨胀_。一、名词解释 (每题 3 分 共18分)1 . 不均匀系数 答：定义为Cu= d60/ d10, d10 , d60分别为粒径分布曲线上小于某粒径土的土颗粒含量分别为10和60。2 . 有效应力原理答：由外荷在研究平面上引起的法向总应力为，那么它必由该面上的孔隙力u和颗粒间的接触面共同分担，即该面上的总法向力等于孔隙力和颗粒间所承担的力之和，即=u。3 . 代替法答：代替法就是在土坡稳定分析重用浸润线以下，坡外水位以上所包围的同体积的水重对滑动圆心的力矩来代替渗流力对圆心的滑动力矩。4 . 容许承载力答：地基所能承受的最大的基底压力称为极限承载力，记为fu将f除以安全系数fs后得到的值称为地基容许承载力值fa,即fafufs5. 频率曲线答：粒组频率曲线：以个颗粒组的平均粒径为横坐标对数比例尺，以各颗粒组的土颗粒含量为纵坐标绘得。6. 塑性指数答：液限和塑限之差的百分数（去掉百分数）称为塑限指数，用Ip表示，取整数，即：Ip=wLWp。塑性指数是表示处在可塑状态的土的含水率变化的幅度。7. 超固结比答：把土在历史上曾经受到的最大有效应力称为前期固结应力，以pc表示；而把前期固结应力与现有应力po之比称为超固结比OCR，对天然土，OCR1时，该土是超固结土，当OCR1时，则为正常固结土。8. 砂土液化答：液化：饱和疏松的粉细砂，当受到突发的动力荷载时，由于动剪应力的作用有使体积缩小的趋势，由于时间短来不及向外排水，因此就产生了很大的孔隙水应力。按有效应力原理， ，当动荷载引起的超静孔隙水应力u达到时，则有效应力，其抗剪强度，无粘性土地基将丧失其承载力，土坡将流动塌方。9.压缩系数：单位压力增量引起的孔隙比的改变，即压缩曲线的割线的坡度，用于表征土的压缩性高低。av（e1-e2）/（p1-p2），式中e为压缩曲线上与相应的p值对应的孔隙比。10. 最优含水率答：对于一种土，分别在不同的含水率下，用同一击数将他们分层击实，测定含水率和密度然后计算出干密度，以含水率为横坐标，以干密度为纵坐标，得到的压实曲线中，干密度的随着含水率的增加先增大后减小在干密度最大时候相应的含水率称为最优含水率。11. 粘土的残余强度答：粘性土在剪应力作用下，随着位移增大，超固结土是剪应力首先逐渐增大，而后回降低，并维持不变；而正常固结土则随位移增大，剪应力逐渐增大，并维持不变，这一不变的数值即为土的残余强度。12灵敏度答：灵敏度为原状试样的无侧限抗压强度与相同含水率下重塑试样的无侧限抗压强度之比。13临塑荷载答：使地基土由线性变形阶段过渡到塑性变形阶段的基底压力为临塑荷载。二、问答题（共35分）1. 何谓正常固结粘土和超固结粘土，两者的压缩特性和强度特性有何区别？(2分)答：把土在历史上曾经受到的最大有效应力称为前期固结应力，以pc表示；而把前期固结应力与现有应力po之比称为超固结比OCR，对天然土，OCR1时，该土是超固结； （3分）当OCR1时，则为正常固结土。 （3分）压缩特性区别：当压力增量相同时，正常固结土压缩量比超固结土大。 （3分）强度特性区别：超固结土较正常固结土强度高。 （3分）2. 简述影响土压实性的因素？（8分）答：土压实性的影响因素主要有含水率、击实功能、土的种类和级配以及粗粒含量等。（1分）对粘性土，含水率的影响主要表现为当含水率较低时，相同击实功能下所获得的干密度较低，随着含水率的增大，所得到的干密度会逐渐提高；当达到某含水率时，对应击实功能下会得到最大干密度，对应含水率称为最优含水率；随着含水率的提高，最大干密度反而会减小。 （2分）击实功能的影响表现为：击实功能越大，所得到的土体干密度也大；最优含水率随击实功能的增大而减小。 （2分）土类和级配的影响表现在：粘性土通常较无粘性土压缩性大；粘粒含量大，压缩性大；级配良好，易于压密，干密度大； （2分）粗粒含量对压实性有影响，大于5mm粒径的粗粒含量大于2530时，需对轻型击实试验的结果进行修正。 （1分）3 .试比较朗肯土压力理论与库伦土压力理论的异同点与优缺点。(8 分)答：相同点：都要求挡土墙的移动是以使墙后填土的剪力达到抗剪强度（极限状态下）土压力都利用莫尔库仑强度理论； （1分）不同点：朗垦理论是根据土体中各点处于平衡状态的应力条件直接求墙背上各点的土压力要求墙背光滑，填土表面水平，计算结果偏大而库仑理论是根据墙背与滑动面间的楔块型处于极限平衡状态的静力平衡条件求总土压力墙背可以倾斜，粗糙填土表面可倾斜，计算结果主动压力满足要求，而被动压力误差较大朗肯理论是考虑墙后填土每点破坏，达极限状态；库仑理论则考虑滑动土体的刚体的极限平衡； (3分)朗肯土压力理论优点：公式简单，易用；缺点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况不适用； (2分) 库伦土压力理论优点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况适用；缺点：不便考虑粘性土的情况； (2分)4.地基破坏形式有哪几种？各自会发生在何种土类地基？（7 分）答：有整体剪切破坏，局部剪切破坏和冲剪破坏。 （3分）地基破坏形式主要与地基土的性质尤其是压实性有关，一般而言，对于坚实或密实的土具有较低的压缩性，通常呈现整体剪切破坏对于软弱黏土或松沙地基具有中高压缩性，常常呈现局部剪切破坏或冲剪破坏。 （4分）1. 为什么说在一般情况下,土的自重应力不会引起土的压缩变形（或沉降），而当地下水位下降时，又会使土产生下沉呢？(10分)答：一般情况下，地基是经过了若干万年的沉积，在自重应力作用下已经压缩稳定了。自重应力已经转变为有效应力了，这种情况下，自重应力不会引起土体压缩。但如土体是新近沉积，自重应力还未完全转变未有效应力，则自重应力将产生压缩。 （5分）当地下水位下降时，部分土层从水下变为水上，该土层原来受到浮托力作用，现该浮托力因水位下降而消失，相当于在该土层施加了一个向下的体积力，其大小等于浮托力。该力必然引起土体压缩。 （5分）2. 简述用分层总和法求基础沉降的方法步骤。(10分)答：1 根据作用在基础上的荷载的性质，计算基底压力和分布 (2分)2 将地基分层 (1分)3 计算地基中土的自重应力分布 (1分)4 计算地基中垂向附加应力分布 (1分)5 按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力 (1分)6 求第I层的压缩量 (2分)7 将各个分层的压缩量累加，得到地基的总的沉降量. (2分)3. 土的粒径分布曲线和粒组频率曲线如何测得，有何用途？对级配不连续的土，这两个曲线各有什么特征？（10分）答：1. 土的粒径分布曲线：以土颗粒粒径为横坐标（对数比例尺）小于某粒径的土质量占试样的总质量的百分数为纵坐标绘制的曲线。 (2分)根据土的粒径分布曲线可以求得土中各粒组的含量，用于评估土的分类和大致评估的工程性质某些特征粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。 (3分)2. 粒组频率曲线：以个颗粒组的平均粒径为横坐标对数比例尺，以各颗粒组的土颗粒含量为纵坐标绘得。 (2分)土的粒径分配曲线不仅可以确定粒组的相对含量，还可以根据曲线的坡度判断土的级配的好坏 (3分)3. 其它条件相同情况下，超固结粘土的沉降一定小于正常固结粘土的沉降吗？为什么？(10分)答：是的。 (2分)因为和正常固结粘土相比，超固结粘土孔隙比比正常固结土小，如果现有有效应力相同，则在某荷载增量作用下，超固结土是沿再压缩曲线压缩，而正常固结土沿压缩曲线压缩。由于同一土质，再压缩曲线肯定比压缩曲线缓，即再压缩指数比压缩指数小，因此，超固结粘土沉降比正常固结土小。 (8分)2. 什么是有效应力原理？图中，地基土湿重度、饱和重度和浮重度分别为、和，水重度，M点的测压管水柱高如图所示。写出M点总应力、孔隙水应力、有效应力、自重应力的计算式。(8分)答：由外荷在研究平面上引起的法向总应力为，那么它必由该面上的孔隙力u和颗粒间的接触面共同分担，即该面上的总法向力等于孔隙力和颗粒间所承担的力之和，即=u。 （2分）M点总应力： （1分）M点孔隙水应力： （1分）M点有效应力： （2分）M点自重应力： （2分）3. 土坡发生滑动的滑动面有哪几种形式？分别发生在何种情况？没有渗流的情况下的粘性土坡的稳定安全系数可以有哪几种方法计算？（10分）答：土坡发生滑动的滑动面有：圆弧、平面、复合滑动面。 (3分)圆弧滑动通常发生在较均质的粘性土坡中；平面滑动通常发生在无粘性土坡中；复合滑动面发生在土坡土质很不均匀的土坡中。 (4分)没有渗流的情况下，粘性土坡的稳定安全系数计算方法有：0分析法、瑞典条分法、简化毕肖普法。 (3分)4. 地基破坏的型式有哪几种？未修正的太沙基极限承载力公式适用于哪种破坏型式的地基？利用太沙基极限承载力公式具体说明地下水位的位置对承载力是如何的影响？（8分）答：有整体剪切破坏，局部剪切破坏和冲剪破坏。 （3分）未修正的太沙基极限承载力公式适用于整体剪切破坏的条形基础的地基。(2分)太沙基极限承载力公式。地下水位埋深较大时，式中第1、2项中的均不受影响；若地下水位在基底处，则第1项中的应用浮容重，承载力降低；若地下水位上升到地面处或以上时，则第1、2项中的均应用浮容重，承载力进一步降低。 (3分)1 .流土与管涌有什么不同？它们是怎样发生的？(6分)答：流土是指向上渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。主要发生在地基或土坝下游渗流逸出处。 (2分)管涌是渗透变形的另一种形式。它是指在渗流作用下土体中的细土颗粒在粗土粒形成的孔隙比孔道中发生移动并被带出的现象。常发生在砂砾中，发生在建筑物的底部(2分) 当土体在上下游水头差作用下产生的水力坡降大于土体临界水力坡降时，会产生流土或管涌。或者当地基为成层土时，当有由下向上的流动，粘土层的有效应力为零时，即发生流土。 （2分）4.何谓主动土压力、静止土压力和被动土压力？在哪些实际工程中可能迁涉到上述不同的土压力？（10分）答： 当挡土墙为刚性不动时，土体处于静止状态不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的土压力，称为静止土压力。 （2分）如果挡土墙背离填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土压力逐渐减小，当墙后填土达到极限平衡状态时土压力降为最小值，这时作用在挡土墙上的土压力称为主动土压力。 （2分）若墙体向着填土方向转动或者移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到挤压而引起土压力逐渐增加，当墙后填土达到极限平衡状态时增大到最大值，此时作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力。 （2分）在基坑开挖支护设计，边坡挡墙设计、隧道的侧墙、码头设计等工程中常常遇到上述土压力问题。如果挡土墙直接浇筑在岩基上，且墙的刚度很大，墙体产生的位移很小，不足以使填土产生主动破坏，此时可按静止土压力计算。如果挡土墙在墙后填土自重等作用下产生离开填土方向的位移，并且使墙后填土达到了极限平衡状态，可按主动土压力计算。如果挡土墙在外力作用下产生向着填土方向挤压的位移，并且使墙后填土达到了极限平衡状态，或其它可按被动土压力计算。 （4分）4.为什么要用条分法计算土坡稳定安全系数？用瑞典条分法与毕肖普法计算土坡稳定时，它们有哪些共同点和不同点？ (10分)答：安全系数定义为,或者定义为抗滑力矩与滑动力矩之比，因此在建立安全系数公式时，皆需用到抗剪强度，根据摩尔库伦准则,抗剪强度与所在点的正应力有关，而滑动面上各点的正应力大小和方向皆是不同的，因此提出了条分法来解决滑动上各点抗剪强度不同的问题。 （4分）瑞典条分法与毕肖普条分法共同点：皆基于条分法建立计算公式，皆假定土体为不变形刚体，各土条底部安全系数相同，并皆假定滑动面形状为圆弧。 （3分）不同点：在建立公式时，瑞典条分法忽略了各土条之间的作用力，而毕肖普条分法考虑了各土条之间的作用力，在具体计算时瑞典条分法可以直接计算，而毕肖普条分法需进行迭代，毕肖普条分法较瑞典条分法严格。 （3分）5何谓地基的极限承载力？确定地基承载力的方法有哪几大类？影响地基承载力的因素有那些？（分）答：（1）地基的极限承载力是指地基承受荷载的极限能力，也就是能承受的最大基底压力。（2分） （2）确定地基承载力的方法有三大类：静