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土力学试卷及答案土木、水利、交通类专业统考2004.121 名词解释(每小题2分，共16分) 1.塑性指数：液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）称为塑性指数，用表示，取整数，即：液限，从流动状态转变为可塑状态的界限含水率。 塑限，从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率。 2.临界水力坡降：土体抵抗渗透破坏的能力，称为抗渗强度。通常以濒临渗透破坏时的水力梯度表示，称为临界水力梯度。 3.不均匀系数：不均匀系数的表达式：式中：和为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为60%和10%时所对应的粒径。 4.渗透系数：当水力梯度i等于1时的渗透速度（cm/s或m/s）。 5.砂土液化：液化被定义为任何物质转化为液体的行为或过程。对于饱和疏松的粉细砂，当受到突发的动力荷载时，一方面由于动剪应力的作用有使体积缩小的趋势，另一方面由于时间短来不及向外排水，因此产生很大的孔隙水压力，当孔隙水压力等于总应力时，其有效应力为零。根据太沙基有效应力原理，只有土体骨架才能承受剪应力，当土体的有效应力为零时，土的抗剪强度也为零，土体将丧失承载力，砂土就象液体一样发生流动，即砂土液化。 6.被动土压力：当挡土墙向着填土挤压移动，墙后填土达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为被动土压力。 7.残余强度：紧砂或超固结土的应力应变曲线为应变软化型，应力应变曲线有一个明显的峰值，过此峰值以后剪应力便随着剪应变的增加而降低，最后趋于某一恒定值，这一恒定的强度通常称为残余强度或最终强度，以表示。 8.临塑荷载：将地基土开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基底压力称为临塑荷载。四、问答题（每小题5分，共25分） 1粘性土的塑性指数与液性指数是怎样确定的？举例说明其用途？ 塑性指数的确定：，用液塑限联合测定仪测出液限wL、塑限wp后按以上公式计算。液性指数的确定：，w为土的天然含水率，其余符号同前。塑性指数越高，土的粘粒含量越高，所以塑性指数常用作粘性土的分类指标。根据该粘性土在塑性图中的位置确定该土的名称。液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，可用来判别粘性土所处的状态。当，土处于坚硬状态；当，土处于可塑状态；当，土处于流动状态。 2流土与管涌有什么不同？它们是怎样发生的？ 流土是指在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。而管涌是渗透变型的另一种，是指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙孔道中发生移动而被带出的现象。 流土主要发生在地基或土坝下游渗流逸出处。而管涌主要发生在砂砾中。当土体在上下游水位差作用下产生的水力坡降大于等于该土的临界水力坡降时，就会发生流土或管涌渗透破坏，或地基为成层土时，当有由下向上渗流，粘土层底面的有效应力为零时即发生流土破坏。 3.为什么饱和粘土的不固结不排水强度线是一条水平线？在不固结不排水剪试验中，所有试样的剪前固结压力都一样，均为，因此具有相同的剪前孔隙比，且在不排水试验中始终保持不变。具有相同应力历史的试样的强度取决于剪前固结压力和剪破时的孔隙比（在不排水剪试验中等于剪前孔隙比）。因而，所有试样将具有相同的强度，即都有相同大小的极限总应力圆。于是，在饱和土的不固结不排水剪试验中，总强度包线为一水平线。 4.为什么用条分法计算粘性土坡稳定安全系数？ 土坡的稳定安全系数定义为整个滑动面上的平均抗剪强度与平均剪应力之比或滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比。由于推导得到的安全系数公式中含有滑动面上土的钪剪强度，粘性土的滑动面假定为圆弧状，由于滑动面位置不同，法向应力就不同，其抗剪强度也不同，为了解决滑动面上不同位置处的抗剪强度不同，瑞典学者首先提出了将滑动土体分条的解决方法。即著名的瑞典条分法。 5.简述用分层总和法求基础沉降的方法步骤（1）选择计算剖面，在每个剖面上选择若干计算点。（2）地基分层。每层厚度可以控制在24米或小于或等于0.4B，B为基础的宽度。（3）求出计算点垂线上各分层层面处的竖向自重应力，并绘出分布曲线。（4）求出计算点垂线上各分层层面处的竖向附加应力并绘出它的分布曲线。并以附加应力等于0.2或0.1倍自重应力为标准确定压缩层的厚度。（5）按算术平均算出各分层的平均自重应力和平均附加应力。（6）根据第i分层的平均初始应力、初始应力和附加应力之和，由压缩曲线查出相应的初始孔隙比和压缩稳定后孔隙比。（7）按无侧向变形条件下的沉降量计算公式分层计算各层的压缩量，最后总和得出基础的沉降量。 2.1何谓最优含水量？影响填土压实效果的主要因素有哪些？ 答：在一定功能的压实(或击实、或夯实)作用下，能使填土达到最大干密度(干容量)时相应的含水率（1）含水量对整个压实过程的影响；（2）击实功对最佳含水量和最大干密度的影响；（3）不同压实机械对压实的影响；（4）土粒级配的影响 2.2地基土分为几大类？各类土的划分依据是什么？ 答:根据地基规范作为建筑地基上的土（岩），可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。2.3土的不均匀系数Cu及曲率系数CC的定义是什么？如何从土的颗粒级配曲线形态上、Cu及CC数值上评价土的工程性质？答：P16 2.4简述渗透定理的意义，渗透系数k如何测定？动水力如何计算？何谓流砂现象？这种现象对工程有何影响？ 答：土孔隙中的自由水在重力作用下，只要有水头差，就会发生流动，水透过土孔隙流动的现象称为渗透， 2.5反应无黏性土密实度状态的指标有哪些？采用相对密实度判断砂土的密实度有何优点？而工程上为何应用得不广泛？ 答：相对密实度 2.6土的物理性质指标有几个？哪些是直接测定的？如何测定？ 答：土的物理性质指标有：土的密度（通过环刀法测定）、土粒相对密度（通过比重瓶法测定）和土的含水量（通过烘干法测定）、土的干密度、土的饱和密度、土的有效密度、土的孔隙比和孔隙率等。 3.1土的自重应力分布有何特点?地下水位的升降对自重应力有何影响,如何计算? 答:均质土的自重应力沿深度呈线性分布;非均质土的自重应力沿深度呈折线分布;地下水位下降会引起自重应力的变化，使地基中原地下水位以下部分土的有效自重应力增加，从而造成地表大面积附加下沉;地下水位上升，使原来位于地下水位以上的土体处于地下水位之下，会使这部分土体压缩量增大，抗剪强度降低，引起附加沉降;地下水位以上土层采用天然重度，地下水位以下土层采用浮重度 3.2如何计算基底附加压力?在计算中为什么要减去基底自重应力? 答:基底附加压力:由于建造建筑物而新增加在地基表面的压力,即导致地基中产生附加应力的那部分基底压力dPP00g-=因为一般基础都埋置于地面下一定深度,该处原有自重应力因基坑开挖而卸除,因此,在计算由建筑物造成的基底附加压力时,应扣除基底标高处土中原有的自重应力后,才是基底平面处新增加于地基的基底附加压力 3.3简述太沙基有效应力原理 答:(1)土的有效应力等于总应力减去孔隙水压力(2)土的有效应力控制了土的变形 3.4简述均布矩形荷载下地基附加应力的分布规律。 答：（1）、z不仅发生在荷载面积之下，而且分布在荷载面积之外相当大的范围之下，这就是所谓地基附加应力的扩散分布。（2）、在距离基础底面不同深度z处的各个水平面上，以基底中心点下轴线处的为z最大，随着距离中轴线越远越小。（3）、在荷载分布范围内任意点垂线的z值，随深度愈向下愈小，在荷载边缘以外任意点沿垂线的z值，随深度从零开始向下先加大后减小。 4.1压缩系数a和压缩指数Cv的物理意义是什么？a是否为一个定值？工程中为何用a1-2进行土层压缩性能的划分？ 答:P69压缩系数va是指单位压力增量所引起的空隙比改变量，即ep压缩曲线的割线的坡度， 4.2土的压缩性指标有哪些？ 答:压缩系数、压缩指数、压缩模量 4.3变形模量和压缩模量有何关系和区别？ 答：土的变形模量是土体在无侧限条件下的应力和应变的比值，土的压缩模量是土体在侧限条件下的应力与应变的比值。 4.5在饱和土一维固结过程中，土的有效应力和孔隙水压力是如何变化的？ 答：饱和土体在压力作用下，孔隙水随时间而逐渐排出孔隙体积逐渐减小，孔隙水压力逐渐消散，有效应力相应增长。（1）压力施加的瞬时，即t=0，因水来不及排水，孔隙水应力u等于所加的附加压力p，而有效应力s=0；（2）随着时间t的增加，水在压力作用下逐渐向外排水，孔隙水应力逐渐消散，有效应力不断增长；（3）最后当t=时，孔隙应力u消散至0，有效应力s为p，土的固结完成（4分）。土层的固结过程就是孔隙水应力u转化为有效应力s的过程，但在这一过程中，始终满足u+s=p。（1分） 5.1什么是土的抗剪强度？什么是土的抗剪强度指标？试说明土的抗剪强度的来源，对一定的土类，其抗剪强度指标是否为一个定值？为什么？ 答：土抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限强度;指标：内摩擦角和粘聚力;不是一个定值，因为土的抗剪强度指标与土的成分、形状、大小、颗粒级配、含水量、密度、土体结构扰动情况和孔隙水压力等的影响 5.2何谓土的极限平衡状态和极限平衡条件？试用莫尔-库伦强度理论推求土体极限平衡条件的表达式。 答：当土体的剪应力t等于土的抗剪强度f时的临界状态称谓“极限平衡状态”。当土体处于极限平衡状态时的土的抗剪强度指标之间的关系式，即13,ss与内摩擦角j、内聚力c之间的数学表达式称为土的“极限平衡条件”。据莫尔库仑破坏准则来研究某一土体单元处于极限平衡状态时的应力条件及其大、小主应力之间的关系，该关系称为土的极限平衡条件。 5.3土体中首先发生剪切破坏的平面是否就是剪应力最大的平面？为什么？在何种情况下，剪切破坏面与最大剪应力面是一致的？在通常情况下，剪切破坏面与大主应力面乊间的夹角是多少？ 答：不是，由莫尔应力贺与抗剪强度包线相切，切点的位置可确定M点破坏面的方向，由莫尔圆原理，可知土体中破坏面与最大应力G1作用面的夹角为/4+/2只不在饱各粘性土在不固结不排水条件下，破坏面与最大剪应力面一致通常夹角都有为/4+/2。 5.4分别简述直剪试验和三轴压缩试验的原理，比较二者乊间的优缺点和实用范围。 答：直接剪切试验：试验时，由杠杆系统施加垂直压力，再施加水平压力，在剪切过程中随着上下盒的相对位移，剪变形发展，土样中的强度逐渐发挥出来，直到剪应力等于抗剪强度为止，所以土样的抗剪强度可用剪切破坏时剪应力来量度。直剪试验具有构造简单，操作简便的优点，但存在如下缺点：（1）剪切过程中试样内的剪应变和剪应力分布不均匀；（2）剪切面人为地限制在上、下盒的接触面；（3）土样的排水不能严格控制；（4）剪切过程中试样的剪切面积逐渐减小三轴压缩试验：试验时，围压系统对土样各向施加63保持不变，然后由轴压系统对土样施加轴向附加压力G。试验过程中，轴向应力G1（=G3+G）随G的增大而增大，莫尔应力圆在扩大至与抗剪强度包线相切，试样即被剪破。 三轴压缩试验的优点：（1）试验能严格控制试样的排水条件，准确测定剪切过程中孔隙水压力变化。（2）不确性指定破裂面位置（3）除抗剪强度指标外还可测定土的灵敏度，侧压力系数，孔隙水压力系数等，但仍存在试样制备和试验操作比较复杂，试验中的应力与应变仍不够均匀的缺点。 5.5何谓应力路径？怎样表示？ 答：指在外力作用下土中某一点的应力变化过程在应力坐标图中的轨迹表示方法：为了避免在一张图上画很多应力圆使图面很不清晰，可在图上适当选择一个特征点来代表一个应力圆。常用的特征点是应力圆的顶点。 6.1土压力有哪几种？影响土压力的各种因素中最主要的因素是什么？ 答：主动土压力，静止土压力，被动土压力影响土压力的大小和分布的因素很多，处了与土的性质有关外，还和墙体的位移方向、位移量、土体与结构物间的相互作用以及挡土结构物类型有关 6.2试阐述主动土压力、静止土压力和被动土压力的定义和产生的条件，兵比较三者的数值大小。 答当挡土墙具有足够的截面，并且建立在坚实的地基上，墙在墙后填土的推力作用下，不产生任何移动或转动时，墙后土体处于弹性平衡状态，此时，作用于墙背上的土压力称为静止土压力（0E）。如果墙基可以变形，墙在土压力作用下产生向着离开填土方向的移动或绕墙根的转动时，墙后土体因侧面所受限制的放松而有下滑趋势。当墙的移动或转到达到某一数量时，滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体达到主动极限平衡状态，这时作用在墙上的土推力达到最小值，称为主动土压力（aE）。当挡土墙在外力作用下向着填土方向移动或转动时，墙后土体受到挤压，有上滑趋势。为阻止其上滑，土内剪应力反向增加，使得作用在墙背上的土压力加大。直到墙的移动量足够大时，滑动面上的剪应力又等于抗剪强度，墙后土体达到被动极限平衡状态，这时作用在墙上的土抗力达到最大值，称为被动土压力（pE）。三者之间的关系：paEEE0 6.3试比较郎金土压力理论和库伦土压力理论的基本假定及适用条件。 答：朗金理论假定挡土墙的墙背竖直、光滑，墙后填土表面水平且延伸到无限远处，适用于粘性土和无粘性土。库仑理论假定滑裂面为一通过墙踵的平面，滑动土楔体是由墙背和滑裂面两个平面所夹的土体所组成，墙后填土为砂土。适用于各类工程形成的不同的挡土墙，应用面较广，但只适用于填土为无粘性土的情况 6.4挡土墙有哪几种类型？如何确定墙背土压力及筋带的长度？ 重力式挡土墙。这种形式的挡土墙通常由块石或素混凝土砌筑而成。靠自身的重力来维持墙体稳定，墙体的抗拉、抗剪强度都比较低。它具有结构简单、施工方便、易于就地取材等优点，在工程中应用较广。悬壁式挡土墙。一般是用钢筋混凝土建造，它是由三个悬臂组成。墙的稳定主要靠墙踵悬臂上的土重维持，墙体内的拉应力由钢筋承受。这类挡土墙的优点是能充分利用钢筋混凝土的受力特点，墙体截面尺寸较小，在市政工程以及厂矿储库中较常使用。扶壁式挡土墙。当墙高较大时，悬臂式挡土墙的立臂推力作用产生的弯矩与挠度较大，为了增加立臂抗弯性能和减少钢筋用量，常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶臂。墙体稳定主要靠扶臂间土重维持。 6.5地基的剪切破坏有哪些形式？发生整体剪切破坏时P-S曲线的特征如何？ 答：整体剪切破坏、局部剪切破坏及冲切剪切破坏如果土的压缩性低，土体相对较密实，一般容易发生整体剪切破坏；如果土比较松，压缩性高，则会发生冲切破坏。（2分）p-s曲线具有明显的转折点。 6.8何谓无黏性土坡的自然休止角？性土坡的稳定性与哪些因素有关？ 答：无黏性土坡的自然休止角是无黏性土在松散状态堆积时其坡面与水平面所形成的最大倾角。当稳定安全系数K=1时，此时抗滑力等于滑动力，土坡处于极限平衡状态，相应的坡角就等于无粘性土的内摩擦角，特称之为自然休止角;设置地下室；改变基础底面尺寸；加强基础刚度；进行地基础处理；采用桩基础或其他深基础等 6.9土坡稳定分析的条分法原理是什么？如何确定最危险圆弧滑动面？ 答：条分法是将滑动土体竖直分成若干土条，把土条当成刚体，分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，然后求土坡的稳定安全系数s的方法。最危险滑动面是相应于边坡最小的稳定安全系数的滑动面，是土坡最可能产生滑动的面 7.0什么是土坡的稳定性分析？常用的分析方法有哪