土力学试题----

第一章 1 10 甲 乙两土样的颗粒分析结果列于表 1 4 试绘制颗粒级 配曲线 并确定颗粒不均匀系数及评价级配均匀情况 粒径 mm 2 0 50 5 0 250 25 0 10 1 0 050 05 0 020 02 0 010 01 0 0050 005 0 002 0 002 甲24 314 220 214 810 56 04 12 93 0 相对 含量 乙 5 05 017 132 918 612 49 0 解 孔径 mm 留筛土质量 g 小于该孔径的土质 量 g 小于该孔径的土的百分数 20100100 0 524 375 775 7 0 2514 261 561 5 0 120 241 341 3 0 0514 826 526 5 0 0210 51616 0 016 01010 0 0054 15 95 9 0 0022 933 5 Cc 在 2 30 10 60 0 0782 0 013 0 25 1 3 之间 良好级配土 乙土颗粒级配曲线如下 孔径 mm 留筛土质量 g 小于该孔径的土 质量 g 小于该孔径的土 的百分数 20100100 0 50100100 0 2505100100 0 159595 0 0559090 0 0217 172 972 9 0 0132 94040 0 00518 621 421 4 0 00212 499 0 0029 乙土 d10 0 003 d30 0 008 d60 0 014 Cu 4 67 60 10 0 014 0 003 Cc 1 52 Cu 5 属均质土 级 2 30 10 60 0 0082 0 003 0 014 配不良 Cc 在 1 3 之间 Cu 越大 表明粒度的分布范围越大 土越不均匀 级配越良 好 Cc 过大或过小 均表明土中缺少中间粒组 各粒组间孔隙的连 锁充填效应降低 级配变差 第二章 2 1 比较下列各对土的三相比例指标的异同点 1 与 s 2 与 Ss 3 e 与 n 4 d与 5 与 sat 答 1 与 s 都是表征土体密实程度的指标 土的密度 单位体积的土的质量 m V s 土粒密度 单位体积土颗粒的质量 s g cm3 m Vs 注意 s与 Gs ds 的关系 数值相等 但量纲不同 Gs ds 是 一个无量纲量 2 与 Ss 都是表征土中含水程度的指标 土的含水量 100 m Ss 土的饱和度 表示土中水体积在孔隙体积中所占的比例 Ss 100 V V 3 e 与 n 都是表征土体密实程度 土中孔隙含量 的指标 可相互换算 e 土的孔隙比 土中孔隙体积与土颗粒体积之比 e VV Vs n 土的孔隙率 土中孔隙所占体积与土体总体积之比 n 100 VV V 4 d与 特殊条件下土的密度 d 土的干密度 单位体积土体中固体颗粒的质量 d m V 一般用于填土击实后密实度的评判 土的浮密度 地下水位以下 土体单位体积中土粒的质量 与同体积水质量之差 是一个换算量 没有实际意义 m V 5 与 sat 都是表征土的密实度的指标 土的密度 单位体积的土的质量 m V sat 空隙中充满水时 单位体积土体的质量 sat m V 2 2 有一饱和原状土 切满容积为 21 7cm3的环刀内 称得总质 量为 72 49g 经 105 C 烘干至恒重为 61 28g 已知环刀质量为 32 54g 土粒比重为 2 74 求土样的湿密度 含水量 干密度及空隙比 已知 V 21 7cm3 m 湿 72 49g m 干 61 28g m 刀 32 54g ds 2 74 求 d e 解 1 84g cm3 湿 刀 72 49 32 54 21 7 100 100 100 3 湿 干 干 刀 72 49 61 28 61 28 32 54 9 d 设 ms ds m ds Vs 1 Vv e V 1 e 1 1 324g cm3 1 e 1 1 1 069 1 1 0 39 2 74 1 1 84 2 3 某原状土样的密度为 1 77g cm3 含水量为 34 土粒相对 密度为 2 71 试求土的饱和密度 有效密度 有效重度 解 设 ms ds m ds Vs 1 Vv e V 1 e e 1 1 1 sat 1 329g cm3 m V 1 0 872g c 1 1 1 1 1 m3 g g 8 71kN m3 1 1 2 4 某沙土土样的密度为 1 77g cm3 含水量 9 8 土粒相对密 度为 2 67 烘干后测得最小空隙比为 0 461 最大空隙比为 0 943 试求空隙比和相对密实度 已知 1 77g cm3 9 8 ds 2 67 emax 0 943 emin 0 461 求 e Dr 解 e 1 0 656 1 1 0 098 2 67 1 1 77 1 0 943 0 656 0 943 0 461 0 595 2 5 某一完全饱和黏性土试样的含水量为 30 土粒相对密度 为 2 73 液限为 33 塑限为 17 试求空隙比 干密度和饱和 密度 并按塑性指数和液性指数分别定出该黏性土的分类名称及 软硬状态 已知 L 33 p 17 ds 2 73 完全饱和时含水量 30 求 e d sat 确定分类名称及软硬状态 解 0 3 2 73 1 0 819 1 2 73 1 1 0 819 1 50 3 sat 1 951g cm3 m V 1 Ip L p 33 17 16 满足 10 Ip 17 粉质黏土 Ip 0 63 L 20 低液限黏土 30 17 16 0 813 0 5 IL 1 0 软塑土 第三章 3 1 解释起始水力梯度产生的原因 答 起始水力梯度产生的原因是 为了克服薄膜水的抗剪强 度 0 或者说为了克服吸着水的粘滞阻力 使之发生流动所必须 具有的临界水力梯度度 也就是说 只要有水力坡度 薄膜水就 会发生运动 只是当实际的水力坡度小于起始水力梯度时 薄膜 水的渗透速度 V 非常小 只有凭借精密仪器才能观测到 因此严 格的讲 起始水力梯度 i0是指薄膜水发生明显渗流时用以克服其 抗剪强度 0的水力梯度 3 2 为什么室内渗透试验与现场测试得出的渗透系数有较大差别 答 室内试验和现场试验渗透系数有较大差别 主要在于进 行室内试验取样时会对土样有一定程度的扰动 破坏了土体的结 构性 同时还与试验装置和试验条件等有关 即和渗透系数的影 响因素有关 1 土的粒度成分及矿物成分 土的颗粒大小 形状及级 配 影响土中孔隙大小及其形状 因而影响土的渗透性 土颗粒 越粗 越浑圆 越均匀时 渗透性就大 砂土中含有较多粉土及 粘土颗粒时 其渗透系数就大大降低 2 结合水膜厚度 粘 性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时 会阻塞土的孔隙 降低土 的渗透性 3 土的结构构造 天然土层通常不是各向同性的 在渗透性方面往往也是如此 如黄土具有竖直方向的大孔隙 所 以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多 层状粘土常夹有薄 的粉砂层 它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多 4 水的粘滞度 水在土中的渗流速度与水的容重及粘滞度有 关 从而也影响到土的渗透性 3 6 流砂与管涌现象有什么区别和联系 答 在向上的渗流力作用下 粒间有效应力为零时 颗粒群 发生悬浮 移动的现象称为流砂 土 现象 这种现象多发生在颗 粒级配均匀的饱和细 粉砂和粉土层中 一般具有突发性 对工 程危害大 在水流渗透作用下 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 渗流速度不断增加 较粗的 颗粒也相继被水逐渐带走 最终导致土体内形成贯通的渗流管道 造成土体塌陷 这种现象称为管涌 它多发生在砂性土中 且颗 粒大小差别大 往往缺少某种粒径 其破坏有个时间发展过程 是一种渐进性质破坏 具体地再说 管涌和流砂的区别是 1 流砂发生在水力梯度 大于临界水力梯度 而管涌发生在水力梯度小于临界水力梯度情 况下 2 流砂发生的部位在渗流逸出处 而管涌发生的部位 可在渗流逸出处 也可在土体内部 3 流砂发生在水流方向 向上 而管涌没有限制 3 7 渗透力都会引起哪些破坏 答 渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类 一是由于渗流 力的作用 使土体颗粒流失或局部土体产生移动 导致土体变形 甚至失稳 二是由于渗流作用 使水压力或浮力发生变化 导致 土体和结构物失稳 前者主要表现为流砂和管涌 后者主要则表 现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳 3 8 某渗透试验装置如图 3 23 所示 砂 I 的渗透系数 k1 2x10 1cm s 砂 II 的渗透系数 k2 1x10 1cm s 砂样断面积 A 200cm2 试 问 1 若在砂 I 与砂 II 分界面出安装一测压管 则测压管中水面将升 至右端水面以上多高 2 砂 I 与砂 II 界面处的单位渗水量 q 多大 解 1 k1A k2A 整理得 60 2 1 2 2 k1 60 h2 k2h2 h2 40cm 60 2 1 2 60 2 10 1 2 10 1 1 10 1 所以 测压竹中水面将升至右端水面以上 60 40 20cm 2 q2 k2i2A k2 A 1 10 1 200 20cm3 s 2 2 40 40 3 9 定水头渗透试验中 已知渗透仪直径 D 75mm 在 L 200mm 渗流途径上的水头损失 h 83mm 在 60s 时间内的渗水 量 Q 71 6cm3 求土的渗透系数 解 k 6 5 10 2cm s 71 6 20 4 7 52 8 3 60 3 10 设做变水头渗透试验的薪土试样的截面积为 30cm2厚度为 4cm 渗透仪细玻璃管的内径为 0 4cm 试验开始时的水位差 145cm 经时段 7 分 25 秒观察水位差为 100cm 试验时的水温为 200C 试求试样的渗透系数 解 k ln 1 4 10 2 1 1 2 4 0 42 4 30 445 145 100 5cm s 第四章 4 1 何谓土中应力 它有哪些分类和用途 答 土体在自重 建筑物荷载及其它因素的作用下均可产生 土中应力 一般来说土中应力是指自重应力和附加应力 土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种 自重应 力是指土体在自身重力作用下产生的尚未完成的压缩变形 因而 仍将产生土体或地基的变形 附加应力它是地基产生变形的的主 要原因 也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因 土中应力安土骨架和土中孔隙的分担作用可分为有效应力和 孔隙应力两种 土中有效应力是指土粒所传递的粒间应力 它是 控制土的体积 变形 和强度两者变化的土中应力 土中孔隙应 力是指土中水和土中气所传递的应力 4 2 怎样简化土中应力计算模型 在工程中应注意哪些问题 答 我们把天然土体简化为线性弹性体 即假设地基土是均 匀 连续 各向同性的半无限空间弹性体而采用弹性理论来求解 土中应力 当建筑物荷载应力变化范围比较大 如高层建筑仓库等筒体建 筑就不能用割线代替曲线而要考虑土体的非线性问题了 4 3 地下水位的升降对土中自重应力有何影响 在工程实践中 有哪些问题应充分考虑其影响 答 地下水下降 降水使地基中原水位以下的有效资中应力 增加与降水前比较犹如产生了一个由于降水引起的应力增量 它使土体的固结沉降加大 故引起地表大面积沉降 地下水位长期上升 如筑坝蓄水 将减少土中有效自重应力 1 若地下水位上升至基础底面以上 它对基础形成浮力使地 基土的承载力下降 2 地下水位上升 如遇到湿陷性黄土造成不良后果 塌陷 3 地下水位上升 粘性土湿化抗剪强度降低 4 4 基底压力分布的影响因素有哪些 简化直线分布的假设条件 是什么 答 基底压力的大小和分布状况与荷载的大小和分布 基础 的刚度 基础的埋置深度以及地基土的性质等多种因素 假设条件 刚性基础 基础具有一定的埋深 依据弹性理论中 的圣维南原理 4 5 如何计算基底压力 P 和基底附加压力 P0 两者概念有何不 同 答 基地压力 P 计算 中心荷载作用下 偏心荷载作用下 基地压力 P0计算 P0 P md 基地压力 P 为接触压力 这里的 接触 是指基础底面与地基 土之间的接触 这接触面上的压力称为基底压力 基底附加压力 为作用在基础底面的净压力 是基底压力与基 底处建造前土中自重应力之差 是引起地基附加应力和变形的主 要原因 4 6 土中附加应力的产生原因有哪些 在工程实用中应如何考虑 答 由外荷载引起的附加压力为主要原因 需要考虑实际引 起的地基变形破坏 强度破坏 稳定性破坏 4 7 在工程中 如何考虑土中应力分布规律 答 由于附加应力扩散分布 他不仅发生在荷载面积之下 而且分布在荷载面积相当大的范围之下 所以工程中 1 考虑相邻建筑物时 新老建筑物要保持一定的净距 其具 体值依原有基础荷载和地基土质而定 一般不宜小于该相邻 基础底面高差的 1 2 倍 2 同样道理 当建筑物的基础临近边坡即坡肩时 会使土坡 的下滑力增加 要考虑和分析边坡的稳定性 要求基础离开 边坡有一个最小的控制距离 a 3 应力和应变是联系在一起的 附加应力大 地基变形也大 反之 地基变形就小 甚至可以忽略不计 因此我们在计算 地基最终沉降量时 沉降计算深度 用应力比法确定 4 9 某构筑物基础如图 4 30 所示 在设计地面标高处作用有偏 心荷载 680kN 偏心距 1 31m 基础埋深为 2m 底面尺寸为 4m 2m 试求基底平均压力 P 和边缘最大压力 Pmax 并绘出沿偏 心方向的基底压力分布图 解 1 全力的偏心距 e 因为 出现拉应力 故改用公式 3 平均基地应力 4 10 某矩形基础的底面尺寸为 4m 2 4m 设计地面下埋深为 1 2m 高于天然地面 0 2m 设计地面以上的荷载为 1200kN 基 底标高处原有土的加权平均重度为 18kN m3 试求基底水平面 1 点及 2 点下各 3 6m 深度 M1点及 M2点处的地基附加应力 z值 解 1 基地压力 2 基地附加压力 3 附加应力 M1点 分成大小相等的两块 l 2 4m b 2m 1 2 1 8 查表得 c 0 108 z M1 2 0 108 131 28 31kPa M2点 做延长线后进行分块 对于大块 l 6m b 2m 3 1 8 查表得 c 0 143 对于小块 l 3 6m b 2m 1 8 1 8 查表得 c 0 129 z M2 2 c M2P0 2 c大 c小 P0 2 0 143 0 129 131 3 7kPa 基地附加应力 地基附加应力 第五章 5 1 通过固结试验可以得到哪些土的压缩性指标 如何求得 答 压缩系数 压缩指数 压缩模量 压缩系数 压缩指数 1 2 1 2 1 2 2 1 压缩模量 1 2 1 1 1 1 5 2 通过现场 静 载荷试验可以得到哪些土的力学性质指标 答 可以同时测定地基承载力和土的变形模量 5 3 室内固结试验和现场载荷试验都不能测定土的弹性模量 为 什么 答 土的弹性模量是指土体在侧限条件下瞬时压缩的应力应 变模量 他的变形包括了可恢复的弹性变形和不可恢复的残余变 形两部分 而室内固结实验和现场载荷试验都不能提供瞬时荷载 它们得到的压缩模量和变形模量时包含残余变形在内的 和弹性 模量有根本区别 5 4 试从基本概念 计算公式及适用条件等方面比较压缩模量 变形模量与弹性模量 它们与材料力学中杨氏模量有什么区别 答 土的压缩模量 Es 的定义是土在侧限条件下的竖向附加应 力与竖向应变之比值 土的压缩模量是通过土的室内压缩试验得到的 1 2 1 1 1 1 土的变形模量 Eo的定义是土体在无侧限条件下的应力与应变的 比值 土的变形模量时现场原位试验得到的 0 1 2 土的压缩模量和变形模量理论上是可以换算的 E0 Es 但影 响因素较多不能准确反映他们之间的实际关系 土的弹性模量 E 的定义是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力 应变模量 土的弹性模量由室内三轴压缩试验确定 5 5 根据应力历史可将土 层 分为那三类土 层 试述它们 的定义 正常固结土 层 在历史上所经受的先期固结压力等于现 有覆盖土重 超固结土 层 历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固 结压力 欠固结土 层 先期固结压力小于现有覆盖土重 5 6 何谓先期固结压力 实验室如何测定它 天然土层在历史上受过最大固结压力 指土体在固结过程中 所受的最大竖向有效应力 称为先期固结压力 或称前期固结 压力 先进行高压固结试验得到 e lgP 曲线 在用 A 卡萨格兰德的经 验作图法求得 5 7 何谓超固结比 如何按超固结比值确定正常固结土 在研究沉积土层的应力历史时 通常将先期固结压力与现有 覆盖土重之比值定义为超固结比 当超固结比 OCR 1 1 2 时 视为正常固结土 5 8 何谓现场原始压缩曲线 三类土的原始压缩曲线和压缩性指 标由实验室的测定方法有何不同 现场原始压缩曲线是指现场土层在其沉积过程中由上覆盖土 重原本存在的压缩曲线 简称原始压缩曲线 室内压缩试验所采用的土样与原位土样相比 由于经历了卸 荷的过程 而且试件在取样 运输 试件制作以及试验过程中不 可避免地要受到不同程度的扰动 引起试样中有效应力的降低 因此 土样的室内压缩曲线不能完全代表现场原位处土样的孔隙 比与有效应力的关系 施黙特曼提出了根据土的室内压缩试验曲 线进行修正得到土现场原始压缩曲线 5 9 应力历史对土的压缩性有何影响 如何考虑 在同等压力下 欠固结土的压缩性最大 而土层的超固结程 度越高 土层的压缩性越小 5 10 某工程钻孔 3 号土样 3 1 粉质黏土和 3 2 淤泥质黏土的压缩 试验数据列于下表 试计算压缩系数 并评价其压缩性 压缩试验数据压缩试验数据 垂直压力 kPa 050100200300400 土样 3 1 0 866 0 799 0 770 0 736 0 721 0 714孔隙比 土样 3 2 1 085 0 960 0 890 0 803 0 748 0 707 解 土样 3 1 1 2 1 2 1 2 0 770 0 736 0 2 0 1 0 34 1 因为 1 2 0 340 5 Mpa 1 故改土属于高压缩性土 第六章 6 1 成层土地基可否采用弹性力学公式计算基础的最终沉浸量 不能 利用弹性力学公式估算最终沉降量的方法比较简便 但这 种方法计算结果偏大 因为 E0的不同 分层总和法在计算中假定地基土无侧向变形 这只有当基础 面积较大 可压缩土层较薄时 才较符合上述假设 一般情况下 将使计算结果偏小 另一方面 计算中采用基础中心点下的附加 应力 并把基础中心点大沉降作为整个基础的平均沉降 又会使 计算结果偏大 再加上许多其它因素造成的影响 如土层非均匀 性对附加应力的影响等等 规范法引入经验系数对各种因素造成 的沉降计算误差进行修正 以使结果更接近实际值 所以 规范 法计算地基最终沉降量比分层总和法所得结果更接近实际值 6 2 在计算基础最终沉降量 地基最终变形量 以及确定地基压 缩层深度 地基变形计算深度 时 为什么自重应力要用有效重 度进行计算 固结变形是由有效自重应力引起 6 3 有一个基础埋置在透水的可压缩性土层上 当地下水位上下 发生变化时 对基础沉降有什么影响 当基础底面为不透水的可 压缩性土层时 地下水位上下变化时 对基础有什么影响 答 当基础埋置在透水的可压缩性土层上时 地下水下降 降水