东南大学土力学期末

土力学问答问题和工程实例总结我是土木工程专业的学生，主修土力学。该数据基于常用土力学教材(东南大学、何海大学鲁廷浩、同济大学袁菊云)的期末考试试卷和研究生考试试卷。红色的是高频检查点。主要针对土力学期末考试和土力学研究生考试中的问答问题，希望对大家有所帮助。第一章土壤的物理性质和分类1.液化孔隙水压力的增加会降低土壤的强度。当孔隙水压力增加到一定程度时，土的强度将降低到零。对于砂土，最终结果是粘性流体的形成。处于松散状态的饱和砂土在受到瞬时振动时也会变成粘性流体，从而变成液化。在地震多发地区修建重要建筑物时，液化的预防和控制是一个非常重要的课题。2基坑开挖当土壤中的水刚刚润湿沙子时，水产生的表面张力可以允许浅层的垂直挖掘。然而，一旦土壤中的水分蒸发，坑壁可能会坍塌。在土壤中的水分完全蒸发之前，施工过程中的扰动可能会导致坑壁坍塌。在粘土中，在降水对粘土的软化作用和过量地表水流入表面张力裂缝产生的静水压力的共同作用下，基坑壁的垂直开挖可能会坍塌。水对粘性土的强度有显著的影响。柔软的泥浆，甚至浸泡形成的泥浆，干燥后会像砖块一样坚硬。3.地下水位降低降低水位可以消除浮力，增加土体的有效重量。上覆土层重量的增加会增加应力。如果下面土层的孔隙体积大，可能会发生大量地面沉降。4在施工现场抽取地下水通过在施工现场抽取地下水来降低地下水位在短期内也可能导致30-50毫米的地面沉降。如果相邻的建筑物不能承受这些额外的沉降，将不可避免地导致工程事故和法律纠纷。5单一颗粒结构的松散土层(砂土和粗粒土)一般不适合不经处理的建筑地基6无粘性土的密实度影响无粘性土工程性质的主要因素是密实度。如果紧密排列的结构稳定且压缩性小，则地基良好。相反，如果土颗粒排列松散，结构不稳定，则工程性质较差。7粘性土的结构和触变性(1)土壤结构和敏感性的概念(2)土的敏感性越高，结构越强，扰动土的强度越低。因此，在基础施工中应注意保护基坑或基槽，尽量减少对坑底土体的扰动。(3)土壤触变性：饱和粘性土受到扰动，强度降低，但扰动停止后，强度随时间逐渐恢复。粘性土的抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为触变性。(4)粘性土中的沉桩：振动扰动法破坏桩侧土和桩尖土的结构，降低沉桩阻力。然而，在沉桩完成后，土的强度可以随着时间的推移部分恢复，以提高桩的承载力，这利用了触变性机制。在工程中，填料的质量标准通常由密实度控制(现场压实所需的干密度与室内压实获得的最大干密度之比)9土壤的压实机制润滑水膜理论：(1)含水量较低，土壤颗粒表面的结合水膜较薄，土壤颗粒的相对位移阻力较大，压实难以克服这种阻力，因此压实效果较差(2)随着含水量的增加，结合水膜变得越来越厚，土壤颗粒的相对位移阻力变得越来越小，压实工作更容易克服这种阻力，使土壤颗粒趋于压实和压实良好(3)当含水量在(3)土壤和级配：良好级配实时细颗粒可填充到粗颗粒之间的孔隙中，以获得更高的干密度。不良分级粒度越均匀，效果越差。第二章土壤渗透性和土壤渗流1.基坑开挖在基坑开挖过程中，无论强透水层是否被穿透，基坑内的涌水量变化很大，应引起高度重视。这是因为强渗透层，如砂包层，大大增加了平行于层的渗透当量渗透系数。2影响土壤渗透系数的因素(1)土壤的颗粒大小和矿物组成：颗粒大小、形状和级配会影响土壤的孔隙大小和形状影响渗透系数。土壤颗粒越粗越均匀，渗透系数越大。砂含有较多的淤泥和粘土颗粒，渗透系数大大降低。(2)土壤结构：各向异性导致各个方向的渗透系数不同。例如，黄土具有较大的垂直孔隙，因此渗透系数：垂直比水平大得多。应重视实际工程。(3)土壤中的气体：封闭的气泡会阻挡水的渗透(水中的气体分离形成封闭的气泡，水中的空气含量会影响土壤的渗透性。(4)水的性质：高温低粘度；如果温度低，粘度高，以10为渗透系数的标准温度。(2)保持土壤原状，消除人为因素的影响。流沙现象描述：在向上渗透力的作用下，土颗粒群将悬浮移动。当水沿板桩从左向右流动时，板桩的埋深不得小于上下游水头差h的一半。4管道现象描述：在渗流作用下，粗颗粒间土壤中的细颗粒孔隙随着水流运动甚至消失，导致土壤中的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加。因此，水流会逐渐带走粗颗粒的分布图，最终形成一条贯穿的渗透通道，导致土壤坍塌。发生条件：虽然渗透力不足以引发砂流，但土壤中的细颗粒仍可能通过粗颗粒之间的孔隙，并被渗透带走。随着时间的推移，管状空腔将会形成。5流沙和管道的区别：(1)流砂出现时，水力梯度大于临界水力梯度，而管道水力梯度可能小于临界水力梯度。(2)流沙发生在渗流溢出处，管涌既可发生在渗流溢出处，也可发生在土体内部。(3)流沙往往是突发性的，管涌是随着时间的推移而逐渐破坏的。砂流只发生在水流方向，而管道没有这种限制。只要水力梯度达到一定值，任何类型的土壤都会出现砂流，但管涌需要在一定级配的无粘性土壤(Cu 10)中，土壤中粗颗粒形成的孔径必须大于细颗粒形成的孔径。6渗漏损害的预防和控制(1)减小水力梯度可有效防止任何形式的渗透损害(1)上游：垂直防渗地下连续墙、板桩、齿槽、帷幕灌浆水平防渗上游铺设防渗层其原理是增加渗流通道，降低水力梯度。(2)下游：处设置减压沟和减压井减小落差弱透水层加重覆盖层增加渗流通道，减小水力梯度(2)管道的预防和控制：除上述方法外，还有以下方法(1)改变土层的几何形状，即在渗流溢出处设置一个过滤层，过滤层一般由1-3层级配均匀的砾石组成，保证上一层的细粒土不会从下一层的粗粒土中带出。(2)土工布土网垫和其他材料作为过滤层(2)防渗漏破坏的一般原则：上下排水、高水头防渗漏和低水头排水达西定律(1)条件：水流为层流。(2)两种情况超出了达西定律的范围：(3) 粘性强的致密粘土：初始水力梯度。说明：致密的粘土有一个厚的b(4)两个基本假设：假设渗流速度由整个样品的横截面面积计算得出。Q=k*i*A，A采用全截面积，因此k较小，计算的渗透速度小于实际渗透速度实际水流大于样本长度，达西定律考虑的是由样本长度计算的平均水力梯度，而不是局部实际水力梯度。第三章土壤应力1.地下水位的升降导致自重应力的相应变化：城市大量抽水，地下水位长期急剧下降，增加了基础的有效自重应力，造成大面积沉降。(2)人工抬高蓄水位或工业废水渗入地下，地下水位上升会导致地基承载力降低和湿陷性土的坍塌。(2)影响基底压力大小和分布的因素：荷载大小和分布基础刚度基础埋置深度土质3.集中力作用下附加应力的分布规律：(1)在地下任意深度的水平面上，集中力作用线上的附加应力最大，并向两侧逐渐减小。(2)同一垂线上的附加应力随深度变化：在集中力作用线上，z=0，附加应力，随着深度的增加而逐渐减小(3)空间中附加应力的等值面变成一个气泡，变成一个应力气泡。4随着深度的增加，土中的变形模量增加，地基中的附加应力将会集中。5各向异性基础(1)土壤垂直变形模量水平变形模量应力集中6双层地基上层不太厚的可压缩土为软下层硬应力集中，土层刚度比增大，应力集中减小上层硬下层软应力扩散，土层刚度比越大，应力扩散越强。(应力集中的风险，应力扩散的安全性)7附加应力(1)计算基础相当于弹性半空间平面上的局部载荷，附加应力根据弹性力学得到。(2)假设(1)基底压力被视为柔性荷载(2)地基土被视为均匀各向同性体(3)荷载被假设作用于弹性半空间平面(实际基底附加压力作用于地表以下一定深度，即浅基础基底)在弹性荷载作用下，地基土是均质的和各向同性的，但情况并非如此。地基土的变形模量随深度增加而增加。地基土具有明显的薄互作用层。应力集中或应力扩散可能发生在由不同压缩性土层组成的层状地基中。附加应力的计算结果与实际情况一致吗？不一致，原因：附加应力计算基于基底压力第四章土的压缩性和地基沉降1土的回弹曲线和再压缩曲线：加载至一定水平卸载至零压力(回弹)进一步加载(再压缩):该加载过程模拟了基坑开挖过程中土的卸载和上部建筑施工过程中的再加载，以及土的压缩特性的变化。应重视基于土体原位压缩曲线的工程实例分析。2地基沉降：初始变形Sd固结变形Sc固结变形Ss3工程设计中常用分层总和法和e-lgp法计算地基沉降，其实质是土的最终固结变形：使结果变小的因素：初始变形和次固结变形的比例很小，因此经常被忽略。使结果更大的因素：地基中心线处的沉降代表其平均沉降；由于样品扰动，土壤压缩指数降低分层总和法的4个步骤：(1)根据作用在基础上的荷载性质，计算基础压力和分布(2)基础分层。(3)计算地基土的重力应力分布(4)计算试验中垂直附加应力分布6太沙基一维固结理论的基本假设；(1)土壤均质且各向同性(2)土壤完全饱和(3)土壤颗粒和孔隙水是不可压缩的，土壤的压缩完全是由孔隙体积的减小引起的(4)土壤的压缩和排水仅发生在垂直方向(5)垂直渗透系数k和压缩系数a在固结过程中是常数(6)土体中的渗流符合达西定律，因此土体的固结速度取决于渗流速度。(7)土的固结变形很小(8)外部载荷连续均匀分布，一次施加。)，e-lgp法和改进的分层总和法均采用单向压缩公式。缺点是只考虑土的单向压缩，忽略了侧向变形7沉降计算的误差分析：(1)层次综合法(e-p法)(2)附加应力的计算精度将极大地影响计算结果。地基应力按线弹性理论计算，而实际地基土不是线弹性(3)高软塑料地图的长期沉降对工程影响很大。次固结变形的影响不可忽视，必须加以考虑。(4)计算参数不准确：实验过程中的样本扰动和应力路径差异是参数误差的主要原因。如果根据实测数据的反分析对参数进行修正，计算结果会好得多。8压缩模量、变形模量和弹性模量压缩模量：完全侧向极限条件下的垂直应力应变比，反映单向压缩条件下土壤对压缩变形的抵抗能力。变形模量：部分侧向条件下土壤的垂直应力与垂直应变之比，反映土壤抵抗弹塑性变形的能力。弹性模量：理想弹性体在无约束条件下的应力应变比。第五章土的抗剪强度1影响抗剪强度的因素：土壤成分土壤结构应力历史试验方法(试验仪器、排水条件、固结度、加载速率)和数据整理方法。以下是几个重要且经常被忽略的因素：应力路径：开挖过程中土体经历的应力路径不是加载而是卸载，加载和卸载应力路径下的土体强度不一样。土的强度指数必须反映实际的应力路径。土的各向异性：包括原生各向异性和次生各向异性，如正常固结粘土的水平强度小于垂直强度。蠕变：实际工程中受剪土的剪切速率远低于室内试验。在极低的剪切速率下，土体破坏时的应力远远小于常规实验室试验获得的峰值强度，有时甚至是后者的一半。10样品干扰：避免样品干扰。由于样品扰动，高灵敏度的结构性软土将失去60%的不排水强度。2直剪试验的缺陷：剪切破坏面仅限于上、下盒之间的水平面，导致试样不一定沿土样最薄弱的表面切割。(2)由于上下盒错位，试样的有效面积在剪切过程中逐渐减小，剪应力分布不均匀，边缘应变较大，中间应变的均匀值较小，但强度计算是基于试样的初始横截面积。(3)试验中不能进行严格排水或不排水，试验中未测定孔隙水压力，不排水试验结果不理想。3三轴压缩试验的优点：破坏面不受直剪试验的限制，而是发生在最薄弱点；排水条件可以严格控制，试验过程中可以测量孔隙水压力。不仅可以得到总应力强度指数，还可以得到有效应力强度指数。明显的缺点是不可能在三个方向上施加不同大小的主应力。4未固结不排水强度总应力圆形强度包络是水平的：整个试验过程中不允许排水。围压增量的应用只会使超孔隙水压力以相同的量增加，因此有效的围压增量的应用是非常必要的正常固结的土壤从未受到比试验剪切前更大的固结