土力学与基础工程期末复习题答案

1、土力学与基础工程期末复习题答案 一 基本概念（ 2 15 ） 1. 粘性土的最优含水率、最大干密度 粘性土在某种压实功能作用下， 达到最密时的含水率称为最优含水率； 对应的干密度称 为最大干密度。 抗滑力矩 M R 滑动力矩 M T 2. 土坡稳定安全系数 土坡稳定安全系数：土坡的抗滑力矩与滑动力矩的比值，即 3. 地震基本烈度 地震的基本烈度：一个地区今后 50 年内，在一般场地条件下，可能遭遇超载概率为10%的 地震烈度称为基本烈度。 4. 土层自重应力、附加应力 土层自重应力：在未修建筑物之前，由土体本身自重引起的应力称为土的自重应力。 土层的附加应力：建筑物荷载在地基中增加的压力称为附

2、加压力。 5. 季节性冻土、隔年冻土、多年冻土 季节性冻土：指地壳表层冬季冻结而在夏季又全部融化的土。 隔年冻土：指冬季冻结而翌年夏季并不融化的那部分冻土。 多年冻土：指持续冻结时间在两年或两年以上的土。 6. 膨胀土 膨胀土： 膨胀土是指土中粘粒成分主要由亲水矿物组成， 同时具有显著的吸水膨胀和失水收 缩两种变性特性的粘土。 7. 正常固结土、超固结土、欠固结土 正常固结土：正常固结土指土层历史上经受的最大压力，等于现有覆盖土的自重压力。 超固结土：超固结土指土层历史上曾经受过大于现有覆盖土重的前期固结压力。 欠固结土：欠固结土指土层目前还没有达到完全固结， 土层实际固结压力小于土层自重压力

3、。 8. 地基承载力特征值 地基承载力特征值是指， 由荷载试验测定的地基土压力变形曲线线性变形阶段内规定的变形 所对应的压力值，其最大值称为比例界限值。 9. 箱形基础 箱型基础： 箱型基础是指由底板、 顶板、 侧墙及一定数量内隔墙构成的整体刚度较大的钢筋 混凝土箱形结构，渐成箱基。 10. 土的极限平衡条件 土体的极限平衡条件是指土体处于极限平衡状态时土的应力状态和土的抗剪强度指标之间 的关系式，即 1, 3与内摩擦角 和粘聚力 c 之间的数学表达式。 11. 粘性土的液限、塑限、缩限 液限：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水率称为液限。 塑限：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水率称为塑限。

4、缩限：粘性土呈半固态与固态之间的分界含水率称为缩限。 12. 莫尔库仑强度理论 tan c 。 莫尔-库仑强度理论：土体发生剪切破坏时破坏面上的剪应力 f 和法向应力 n满足关 系式 f 13. 无筋扩展基础、扩展基础 无筋扩展基础： 由砖、 毛石、素混凝土以及灰土等材料修建的基础， 称为无筋扩展基础。 扩展基础：由钢筋混凝土材料建造的基础称为扩展基础。 14. 粘性土的塑性指数、液性指数、活动度 塑性指数：液限与塑限的差值，去掉百分数符号，称塑性指数。 液性指数：粘性土的液性指数为天然含水率与塑限的差值和液限与塑限差值之比。 活动度：粘性土的塑性指数与土中胶粒含量百分数的比值称为活动度。 1

5、5. 瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降 瞬时沉降：瞬时沉降是地基受荷后立即发生的沉降。 固结沉降： 地基受荷后产生的附加应力， 使土体的孔隙减小而产生的沉降称为固结沉降。 次固结沉降：地基在外荷作用下，经历很长时间， 土体中超孔隙水压力以完全消散，有 效应力不变的情况下，由土的固体骨架长时间缓慢蠕变所产生的沉降称为次固结沉降。 二.简答题 （3 15） 1. 太沙基公式、斯凯普顿公式、汉森公式的使用条件 太沙基公式：太沙基公式是常用的极限荷载计算公式，适用于基础底面粗糙的条形基础， 推广应用于方形基础和圆形基础。 d 2.5b 。此条 斯凯普顿公式：饱和软土地基，内摩擦角0：当基础土的内摩擦角0

6、 时，太沙 基公式难以应用；浅基础：斯凯普顿公式还适用于浅基础，基础的埋深件通常都能满足； 矩形基础：斯凯普顿公式还考虑了基础宽度与长度比值 b/l 的影响。 汉森公式：倾斜荷载作用：汉森公式最主要的特点是适用于倾斜荷载作用； 基础性 状：基础宽度与长度的比值、矩形基础和条形基础的影响都已经计入； 基础埋深：汉森公 式适用于基础埋深 d b 基础底宽的情况，并考虑了基础埋深与基础宽度之比值的影响。 2. 朗肯土压力理论的假设条件和适用条件 朗肯土压力理论假设条件：表面水平的半无限土体，处于极限平衡状态。 适用条件：挡土墙的墙背竖直光滑； （3 分）挡土墙后填土表面水平。 3. 工程建设初步勘查

7、的主要任务 搜集与分析可行性研究阶段岩土工程勘察报告； 通过现场踏勘与测试，初步查明地层分布、构造、岩土物理力学性质、地下水埋藏条件 及冻结深度，可以粗略些，但不能有错误。 通过工程地质测绘和调查，查明场地不良地质现象的成因、分布、对场地稳定性的影响 及其发展趋势； 对于抗震设防等级大于或等于六级的场地，应判定场地和地基的地震效应； 初步绘制水和土对建筑材料的腐蚀性； 对高层建筑可能采取的地基基础类型、基坑开挖和支护、工程降水方案进行初步分析评 价。 4. 地下连续墙的优点 地下连续墙的优点： 施工期间不需降水， 不需挡土护坡， 不需立模板与支撑，把施工护坡与 永久性工程融为一体。因此，这种基

8、础形式可以避免开挖大量的土方， 可缩短工期，降低造 价。尤其在城市密集建筑群中修建深基础时， 为防止对邻近建筑物安全稳定的影响， 地下连 续墙更显示它的优越性。 5. 强夯法的优缺点 优点： 设备简单、工艺方便、原理直观； 应用范围广，加固效果； 需要人员少，施工速度快； 不消耗水泥、钢材，费用低，通常可比桩基节省投资 30% 70% 。 缺点： 振动大，有噪音，在市区密集建筑区难以实施； 强夯理论不成熟，不得不采用现场试夯才能最后确定强夯参数； 强夯的振动对周围建筑物的影响研究还不够； 6. 分层总和法计算地基沉降的步骤 . 用坐标纸按比例绘制地基土层分布剖面图和基础剖面图 . 计算地基土的

9、自重应力c . 计算基础底面接触压力 . 计算基础底面附加应力 . 计算地基中的附加应力分布 . 确定地基受压层深度 zn . 沉降计算分层 . 计算各土层的压缩量 . 计算地基最终沉降量 7. 地基的破坏形式 地基整体滑动破坏： 当地基土良好或中等， 上部荷载超过地基极限荷载 pu 时， 地基中的 塑性变形区扩展连成整体， 导致地基发生整体滑动破坏。 若地基中有软弱的夹层， 则必然沿 着软弱夹层滑动；若为均匀地基，则滑动面为曲面。 地基局部剪切破坏：当基础埋深大，加荷速率快时，因基础旁侧荷载 q d 大，阻止地 基整体滑动破坏，使地基发生基础底部局部剪切破坏。 地基冲切剪切破坏：若地基为松砂

10、或软土，在外荷作用下使地基产生大量沉降，基础竖 向切入土中，发生冲切剪切破坏。 8. 桩产生负摩阻力的条件 桩穿越较厚的松散填土、自重失陷性黄土、欠固结土层，进入相对较坚硬土层时； 桩周存在软弱土层，邻近桩的地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载、堆土 时，使桩周土层发生沉降； 由于降低地下水位，使桩周土中的有效应力增大，并产生显著的大面积土层压缩沉降。 9. 强夯法加固地基的机理 动力密实机理：强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土为动力密实机理，即强大的冲击能 强制超压密地基，使土中气象体积大幅度减少。 动力固结机理：强夯加固细粒饱和土为动力固结机理，即强大的冲击能与冲击波破坏土 的结构，

11、使土体局部液化并产生许多裂隙，作为孔隙水的排水通道，加速土体固结，土体发 生触变，强度逐渐恢复。 动力置换机理：强夯加固淤泥为动力置换机理，即强夯将碎石整体挤入淤泥成整式置换 或间隔夯入淤泥成桩式碎石墩。 10. 防止地基冻害的措施 对在地下水位以上的基础，基础侧面应回填非冻胀性的中砂或粗砂，其厚度不应小于 10cm；对在地下水位以下的基础，可采用桩基础、自锚式基础或采取其他有效措施； 已选择地势高、地下水位低、地表排水条件良好的建筑场地。对低洼场地，宜在建筑物 四周向外一倍冻深范围内，是室外地坪至少高出地面 300 500mm 防止雨水、地表水、生产废水、生活污水进入建筑地基，应设置排水设施

12、。在山区应设 置水沟或在建筑物下设置暗沟，宜排走地表水和潜水流。 在强冻胀性和特强冻胀性地基上，其基础结构应设置钢筋混凝土圈梁和基础梁，并控制 上部建筑的的长高比，增强房屋的整体刚度。 当独立基础联系梁下或桩基础承台下有冻土时，应在梁或承台下留有相当于该土层冻胀 量的空隙，以防止因土的冻胀将梁或承台拱裂。 外门斗、 室外台阶和散水坡等部位宜于与主体结构断开， 散水坡分段不宜超过 1.5m ，坡 度不宜小于 3% ，其下填入非冻胀性材料。 对跨年度实施的建筑，入冬前应对地基采取相应的防护措施，按采暖设计的建筑物，当 冬季不能正常采暖，也应对地基采取保温措施。 11. 减少沉降差的措施 . 设计中

13、尽量使上部荷载中心受压，均匀分布； . 遇高低层相差悬殊或地基软硬突变等情况，可合理设置沉降缝； . 增加上部结构对地基不均匀沉降的调整作用； . 妥善安排施工顺序； . 人工补救措施。 12. 深基础的特点 深基础施工方法较复杂； 深基础的地基承载力较高； 深基础施工需专门设备； 深基础技术较复杂 深基础的造价往往比较高 深基础的工期较长 13. 不良地基的分类 湿陷性黄土地基 膨胀土地基 泥炭土地基 多年冻土地基 岩溶与土洞地基 山区地基 饱和粉细砂与粉土地基 14. 影响土坡稳定性的条件 土坡坡度；土坡高度；土的性质；气象条件；地下水的渗流；地震。 15. 工程建设可行性研究勘察的目的和

14、主要任务 目的：对拟选场址的稳定性和适宜性做出工程地质评价； 主要任务： 搜集区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的工程地质岩土工程资料即当地的建 筑经验； 在分析已有资料的基础上，通过现场踏勘，了解场地的地层分布、构造、成因与地质年 代和岩土性质、不良地质作用即地下水的水位、水质情况。 对各方面条件较好且倾向于选取的场地，如已有资料不充分，应进行必要的工程地质测 绘即勘探工作。 当有两个或两个以上拟选场地时，应进行比选分析。 三计算 (5 5) 1. 某海港码头仓库设计独立浅基础。基础底面尺寸：长度 l 4.0m，宽度 b 2.0m ，基础 埋深 d 2. 0m。地基为饱和土 ，内摩擦角

15、 0 ，粘 聚力 c 10kPa ，天 然重 度 3 19.0kN/m ，(1)计算此仓库地基的极限荷载和地基承载力；若其他条件都不变，问 以下两种情况，地基的极限荷载和承载力为多少？（2）只把基础宽度 b 2.0m 加大一倍为 4.0m；（ 3）只把基础埋深 d 2.0m 加大一倍为 4.0m 。（安全系数均取 1.5 ) 解：（ 1）地基的极限荷载鉴于地基为饱和软土， 0 ，应用公式 pu 5c 1 0.2 b 1 0.2 d d l b 计算极限荷载 pu 5c 1 0.2b 1 0.2d d u l b 2.02.0 1 0.2 4.02.0 5 10 1 0.2 19.0 2.0 1

16、04kPa 地基承载力 Ku 110.54 69.3kPa 2）把基础宽度加大一倍 b 4.0m 地基极限荷载 bd pu 5c 1 0.2b 1 0.2d d lb 4.02.0 5 10 1 0.2 1 0.2 19.0 2.0 104kPa 4.04.0 地基承载力 pKu 110.54 69.3kPa 3)只把基础埋深加大一倍为 d 4.0m pu 5c 1 0.2b 1 0.2d d lb 2.0 4.0 5 10 1 0.2 1 0.2 19.0 4.0 153kPa 地基极限荷载 4.0 2.0 地基承载力 pu K 153 102kPa 1.5 2. 某住宅工程地质勘查中取原状

17、土做实验。用天平秤50cm3湿土质量为 95.15g ，烘干后 质量为 75.05g ,土粒比重为 2.67。计算此土样的天然密度、干密度、饱和密度、天然含水 率、孔隙比、孔隙度、饱和度。 3 解：已知： V 50cm m 95.15 g ms 75.05g Gs 2.67 m 95.15 1.90g /cm3 V 50 dms 75.05 1.50g /cm3 dV50 1 100% 26.7% mw m ms 20.1g Vw mw 20.1cm3 Vs ms 28.11cm Gs Va V Vw Vs 1.79cm3 sat ms mw Va w 1.94g /cm3 e Vw Va 0

18、.78 n Vw Va 43.8% V Sr Vw wVa 0.918 3. 已知某挡土墙高度 H 8.0m ，墙背竖直、光滑，填土表面水平，墙后填土为中砂，重度 18.0kN / m3 ，饱和重度 sat 20kN / m3 ，内摩擦角30 。（1）计算作用在挡土墙 上的总静止土压力 P0 ，总主动土压力 Pa ；（2）当墙后地下水位上升至离墙顶4.0 m时，计 算总主动土压力 Pa与水压力 Pw （静止土压力系数 K0 0.4 ） 解：（1）墙后无地下水情况： K0 0.4 ，可得总 PP0 1 H 2K 0 总静止土压力 P0 应用公式 2 ，取中砂的静止土压力系数 1 2 1 2 P0

19、H 2K018.0 82 0.4 230.4kN /m 静止土压力 2 2 总主动土压力 Pa 挡土墙墙背竖直、光滑，填土表面水平，适用朗肯土压力理论，由公式 Pa 12 H 2Ka Pa 1 H 2K a 1 18.0 82 tan2 45 22 30 2 192kN /m 2）墙后地下水位上升情况 总主动土压力 Pa 因地下水位上、下砂重度不同，土压力分两部分计算： 3 水上部分墙高 H1 4.0m，重度18.0kN /m3 Pa1 1 H 2K a 1 18.0 42 tan2 22 45 30 2 48kN /m 水下部分墙高 H2 4.0m，用浮重度 sat w 20 10 10kN / m 1 2 1 2 Pa2H1KaH2H22Ka 18.0 4.0 0.333 4 10 42 0.333 122.5kN /m 22 总主动土压力 PaPa1Pa248 122.5 170.5kN / m 1 2 1 2 PwwH2210 42 80kN /m 水压力 2 2 4. 一办公楼地基土样，用体积为 100cm3 的环刀取样试验，用天平测得环刀加湿土的质量 为241.00g ，环刀质量为 55.00g ，