土力学试卷.doc

一、 填空（每空1分，共20分）1. 土的结构通常有 单粒结构、分散结构 、絮状结构。2. 测定土中各粒组颗粒质量分布的试验称为颗粒大小分析试验。常用的实验方法有 筛分法 、 密度计法 。3. 土的级配的好坏可由土级配曲线的形状来衡量，衡量的参数包括不均匀 系数和 曲率 系数。4. 反应土体渗流的达西定律表达式为：5. 描述土的压缩性的曲线有 e p曲线 和 elgp曲线 两种形式，同时有描述压缩性的参数，主要有 压缩系数、 压缩指数 。6. 粘土的蠕变：在剪切过程中土的蠕变是指在恒定剪应力作用下 土体变形 随 时间 而增长的现象。7. 室内常用的确定土强度指标的试验有： 直剪试验 、 三轴压缩试验 、 无侧限抗压强度试验 。8. 地基中剪切破坏的形式有 整体剪切破坏 、 局部剪切破坏 、 冲剪破坏 三种。二、 名词解释（每题2分，共12分）1 塑性指数答：液限和塑限之差的百分数值(去掉百分号)称为塑性指数。2 相对密实度答：相对密实度Dr是用来衡量无粘性土的松紧程度，它是以该无粘性土自身最松和最密两种极限状态作为判别的基准，其定义为。: 无粘性土处在最松状态时的空隙比, : 无粘性土处在最密状态时的空隙比.3 管涌答：管涌是指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。4 超固结比答：土在历史上曾受到过的最大有效应力称为前期固结应力，以表示，而把前期固结应力与现有有效应力之比定义为超固结比，以OCR表示。5 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。6 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。三、 问答题（26分）1 土中水的状态有哪几种？简述土中不同状态的水对相应土的力学性质的影响。（8分）答：土中水的状态有结晶水、吸着水和自由水，其中自由水又可分为毛细管水(毛管水、毛细水)和重力水。（2分）结晶水紧紧吸附于固体颗粒的晶格内部，作为土体的一部分，对土的力学性质没有多大影响。吸着水比普通水有较大的粘滞性，较小的能动性和不同的密度。强吸着水受到土颗粒的吸附力很大，牢固地结合在土颗粒表面，其性质接近于固体，不能传递压力。弱吸着水呈粘滞状态，不能传递压力，也不能在孔隙中自由流动。 吸着水的存在使土具有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变小。 （2分）自由水离开土颗粒 表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可自由移动，它的性质与普通水无异，能传递静水压力，有溶解能力。（1分）毛细管水与土中孔隙的大小和形状，土粒的矿物成分以及水的性质有关。在潮湿的粉、细砂中孔隙水仅存在于土粒接触点周围，彼此是不连续的。 孔隙中的压力将小于大气压力。将引起迫使相邻土粒相互挤紧的压力。毛管水压力的存在，增加了粒间错动的摩擦阻力。产生假粘聚力。（1分）重力水与普通水一样，具有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土颗粒有浮力作用。它能溶蚀或析出土中的水溶盐，改变土的工程性质。当它在土孔隙中流动时，对所流经的土体施加渗流力，计算中应考虑其影响。（2分）水是三相土的重要组成部分，一般认为它不能承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，水的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可忽略不计。2 一软土地段公路修筑需要经过一个小山坡，现经人工开挖与坡脚相平。试用土的应力历史与压缩曲线来分析整段路基是否会用同样的工程方法施工。（8分）答：（作出示意图（2）分）曾有小土坡地基区跟没有土坡区有不同应力历史，它们具有不同的压缩特性。（1分）开挖后区为超固结土，当将小土坡开挖到坡脚相平时，压缩曲线将沿回弹曲线回弹，当对地基施加相同的附加应力P时，区和区土将沿不同的压缩曲线固结。区会沿BB再压缩曲线至D点固结稳定。（2分）而区将沿AB压缩曲线至D点回结稳定。（2分）同样的P变化，但两者的孔隙比变化是不同，即两地基土的压缩量也是不同的，所以整段软土地基在施工处理过程中施工方法不会相同的。（1分）3 现计算一均质粘性土坝（下游无水位）的边坡稳定安全系数，问在（正常运行期间）上游水位处于高水位、低水位以及水位快速下降期间土的相关物理力学参数（重度、强度指标c、）应如何选取？比较并说明上述情况下迎水边坡的安全系数大小关系。（假定低水位时，坝体上游部分为非饱和。10分）答：参见教材p260-261.高水位和低水位发生稳定渗流情况，属于有效应力范畴，应采用有效应力强度指标或排水剪强度指标。（3分）高水位时土体饱和，用浮重度指标。而低水位非饱和部分用。 水位快速下降，水来不及排出，采用固结不排水强度指标。 水位快速下降，水来不及排出，土体饱和，用浮重度指标。 安全系数：高水位低水位水位快速下降期(考虑渗透力) 四、 计算题（42分）1 用环刀法取地下水位以下的土样196.8g，其中环刀质量为80g，环刀体积为60cm3，测出其土粒比重为2.70。计算土样的饱和度、饱和重度、干重度、孔隙比和含水率。（10分）解：纯土样的质量为m=196.8-80=116.8g V=60cm3 Gs=2.7 密度=116.8/60=1.947g/ cm3饱和重度 因为土样为地下水位以下，所以其饱和度Sr=100% 又因为所以0.947=1(2.7-1)(1-n) 得到n=44.29%孔隙率n=44.29%, 又因为孔隙比, 所以e=0.795 含水率 干重度 2 均匀粘土层（=18 kN/m3）厚3米，下部为基岩面。取原状土样在试验室内做压缩试验，得到初始孔隙比为0.8，CC=0.4，CS=0.05。已知土层上部在历史上曾经有2m厚的杂填土（=18 kN/m3），且由于施工需要已经被开挖掉，并施加了100kPa的大面积均布荷载，试计算粘土层表层的最终沉降量。（10分）解：平均自重应力为Po=1832=27kPa 前期固结应力Pc=27+182=63 kPa 0.163m 3 一地下水位以下的正常固结粘土层，内部某点受大主应力为350kPa，小主应力为200kPa，土的有效应力强度指标c为0，为30，试分别在如下两种条件下判断此点是否破坏：（1）存在100 kPa超孔隙水应力时，（2）假设超孔隙水应力为0时。（8分）解：4 请计算如下图所示挡土墙上的主动土压力和水压力分布以及土压力合力（不必求作用点位置，两层土厚度分别为2m、4m，墙后水位在两层间），并画出压力分布图。（12分）sat=20kN/m3 c=10kPa =20o=18 kN/m3 c=0 =30o解：由于、区内内摩擦角不同，所以在两层填土交界面B处发生突变，在交界面B之上的主动土压力为在交界面B点之下的主动土压力为C点位于水面以下，主动土压力为作用在墙背面的水压力为作用在墙背后的土压力合力为ABC区区2m4m 一、名词解释 (每题 3 分 )1. 最优含水率: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。2. 管涌：管涌是渗透变形的一种形式指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土颗粒形成的空隙中发生移动并被带出的现象。3. 前期固结应力：土在历史上曾受到的最大有效应力称为前期固结应力。4. 被动土压力：当挡土墙向沿着填土方向转动或移动时，随着位移的增加墙后受到挤压而引起土压力增加，当墙后填土达到极限平衡状态时增加到最大值，作用在墙上的土压力称为被动土压力。5. 粘土的残余强度：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。三、填空题 (每题 3 分)1 .土的结构一般有 单粒结构 、蜂窝状结构 和 絮状结构 等三种，其中 絮状结构 结构是以面边接触为主的。2. 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 。3. 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。4.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 。5. 地基的破坏一般有 整体剪切破坏 、 局部剪切破坏 和 冲剪破坏 等三种型式，而其中 整体剪切破坏 破坏过程将出现三个变形阶段。四、问答及简述题 (共 30 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 将地基分层 3 计算地基中土的自重应力分布 4 计算地基中垂向附加应力分布 5 按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力 6 求第I层的压缩量 7 将各个分层的压缩量累加，得到地基的总的沉降量. 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)五、计算题(共 30 分)1 . 某一取自地下水位下的饱和试样，用环刀法测定其容重。环刀的体积为50cm3，环刀重为80g，环刀加土重为172.5g，该土的土粒比重为2.7，试计算该土样的天然容重、饱和容重、干容重及孔隙比。（10分）解：m=72.5-80=92.5；v50cm3饱和土：=92.5501.85/cm3 (3分)rr1.859.818.13 kN/m3 (2分)因为：；1.0=2.7/(1+1)=1.35/cm3 （4分） rd1.359.813.23 kN/m3 （1分）2. 对一完全饱和的正常固结土试样，为了模拟其原位受力状态，先在周围压力=140作用下固结，然后再在3的情况下进行不排水剪试验，测得其破坏时的1=260，同时测出破坏时的孔隙水应力f=110KPa，试求：（）该试样的不排水强度C；（）破坏时试样中的有效主应力1及3；（）破坏时的孔隙水应力系数f；（）试样的固结不排水抗剪强度指标C、cu和有效应力强度指标c, 。(10分)解： 1、 3c=140 kPa；1260 kPa; 故 Cu=(1-3)/2=(260-140)/2=60 kPa (2分)2、 11-uf=260-110=150 kPa; 33-uf=140-110=30 kPa (2分)3、 (2分)4、 正常固结土，Ccu=0; C=0 cu17.5 (2分) 41.8 (2分)3. 墙背直立的光滑挡土墙，墙高为10，两层填土的厚度与性质指标如下图所示，试求作用在墙背上总的主动土压力，并绘出压力分布图（10分）解： ka1=tg2(45-12)tg2(45-15)tg230 (1分) ka2=tg2(45-22)tg2(45