土力学题集及答案

本文格式为Word版，下载可任意编辑——土力学题集及答案2023～2023学年第一学期土力学试卷

（海洋工程2023级）

班级学号姓名得分

1填空题(每空0.5分，共10分)

1-1成土矿物分为原生矿物和次生矿物两大类，其中次生矿物主要是粘土矿物。常见的粘土矿物有高岭石、伊利石和蒙脱石三类。

1-2土中水除了一部分以结晶水的形式紧紧吸附于固体颗粒的晶格内部以外，还存在吸着水和自由水两大类，其中自由水又可分为毛细水和重力水两种类型。

1-3对A、B、C三种土样进行颗粒分析试验，其粒径分布曲线如图1-3所示，从图中看出级配良好的是B土样。

图1-3

1-4依照渗透水流所引起的局部破坏特征，土体的渗透变形可分为流土和管涌两种基本形式。

1-5在三维应力边界条件下，饱和土体地基受荷载作用后产生的总沉降量可以看作由三部分组成，包括：瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降。

1-6为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为快剪、固结快剪和慢剪三种试验类型。

1-7在进行边坡稳定分析时常采用各种条分法。其中假定圆弧面为滑动面的方法有瑞典条分法和毕肖普条分法等；而适用于非圆弧滑动面的分析方法有杨布条分法和不平衡推力法等。其中瑞典条分法法不考虑条间力的作用。

2判断题(在正确的说法后打√，错误的说法后打×；每题1分，共10分)

1完全饱和土体，含水量w=100％。（×）2两个试样，它们的体积一致，含水量一致，土粒比重也一致，故其重量也一定一致。（×）3渗透力的大小与水力坡降有关，与土的性质无关。（√）4粘性土的剩余强度与应力历史无关。（√）5欠固结土和正常固结土的超固结比都等于１。（√）6不固结不排水剪试验得出的

1

值为零（饱和粘土）。（√）

7被动土压力远远大于主动土压力，因此对挡土结构的稳定是不利的。（×）8按库仑理论，在大量假定的滑动面中，真正的主动破坏面是沿该面算得的（按主动破坏分

析得的）土压力最大者。（√）9前期固结应力指土体在历史上曾经受到过的最大有效应力。（√）10饱和土的固结主要是由于孔隙水的渗透排出，因此当固结完成时，孔隙水应力全部消散为零，孔隙中的水也全部排干了。（×）

三名词解释(每题5分，共20分)

1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．2砂土的液化：

对于饱和疏松的粉细砂，当受到突发的动力荷载时，由于动剪应力的作用有使体积缩小的趋势，由于时间短来不及向外排水，因此就产生了很大的孔隙水应力。按有效应力原理，

，当动荷载引起的超静孔隙

水应力u达到时，则有效应力，其抗剪强度，无粘性土地基将丧失其承载力，土坡将滚动塌方。

3粘性土土坡稳定分析中考虑渗流作用的“代替法〞：

代替法就是在土坡稳定分析重用浸润线以下，坡外水位以上所包围的同体积的水重对滑动圆心的力矩来代替渗流力对圆心的滑动力矩。

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。四、简述题(每题5分，共20分)1.简述影响土落实性的因素。

答：土落实性的影响因素主要有含水率、击实功能、土的种类和级配以及粗粒含量等。（1分）

对粘性土，含水率的影响主要表现为当含水率较低时，一致击实功能下所获得的干密度较低，随着含水率的增大，所得到的干密度会逐渐提高；当达到某含水率时，对应击实功能下会得到最大干密度，对应含水率称为最优含水率；随着含水率的提高，最大干密度反而会减小。（1分）

击实功能的影响表现为：击实功能越大，所得到的土体干密度也大；最优含水率随击实功能的增大而减小。（1分）

土类和级配的影响表现在：粘性土寻常较无粘性土压缩性大；粘粒含量大，压缩性大；级配良好，易于压密，干密度大；（1分）

粗粒含量对落实性有影响，大于5mm粒径的粗粒含量大于25％－30％时，需对轻型击实试验的结果进行修正。（1分）

2

2.简述用分层总和法求基础沉降的方法步骤。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(1分)2将地基分层．(0.5分)

3计算地基中土的自重应力分布(0.5分)4计算地基中垂向附加应力分布(0.5分)

5按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力(0.5分)6求第I层的压缩量，(1分)

7将各个分层的压缩量累加，得到地基的总的沉降量.(1分)

3长江大堤挡水示意图如图2所示，试分别探讨洪水期洪峰到达使江水位上升过程及洪峰过后江水位下降过程中渗流作用对大堤挡水面和背水面土坡稳定性的影响。答：洪峰到达时，产生朝向坡外的渗流作用，对挡水面土坡稳定产生有利影响，对背水面土坡稳定产生不利影响。（2.5分）

洪峰过后江水位下降过程中，提内水位高于江水位，产生朝向长江的渗流作用，对挡水面土坡稳定产生不利影

响，对背水面土坡稳定影响较小，此时依旧维持向坡外的渗流，但其不利影响将逐渐减弱。（2.5分）

4地基破坏的型式有哪几种？各有什么特征？根据承载力的理论计算公式来看，影响浅基础地基承载力的主要因素有哪一些？答：

整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪。（2分）理论公式法、规范方法和试验方法。（2分）土体容重和强度指标、

五计算题(每题10分，共40分)

1某土样含水率＝16％，土粒比重＝2.70，现对其进行击实试验，测定击实后的湿密

3

度为＝1.95g/cm，试求击实土样的干密度和孔隙比。解：

，基础宽度b，基础埋深d，地下水位等。（1分）

1.68g/cm（5分）

3

，＝2.7/1.68-1＝0.607（5分）

3

2墙背直立的光滑挡土墙，墙高为10ｍ，两层填土的厚度与性质指标如图3所示，试求作用在墙背上总的主动土压力(不求作用点位置)，并绘出压力分布图。解：对第一层土，

B点以上的主动土压力：

(2分)

B点交界面下：分)

(2

C点：(2分)

P=（0.5×39.9×（5-0.48））＋0.5×（36.7＋70）×5=356.9kPa（2分）

3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，先在周边压力σｃ=140kpa作用下固结，然后再在Δσ3＝０的状况下进行不排水剪试验，测得其破坏时的σ1=260，同时测出破坏时的孔隙水应力Ｕf=110kpa，试求：（１）该试样的不排水强度Cｕ；（２）破坏时试样中的有效主应力σ1＇及σ3＇；（３）破坏时的孔隙水应力系数Ａf；（４）试样的固结不排水抗剪强度指标Ccu、φcu和有效应力强度指标c',φ'。

解：1.σ3＝σｃ=140kPa；σ1＝260kPa;故Cu=(σ1-σ3)/2=(260-140)/2=60kPa(2分)

2、σ＇1＝σ1-uf=260-110=150kPa;σ＇3＝σ3-uf=140-110=30kPa(2分)

3、(2分)4、正常固结土，Ccu=0;C＇=0(2分)

φcu＝17.5°(1分)

φ＇＝41.8°(1分)

4如图4-1为一堆场地基剖面，砂土层厚度3m，粘土层厚度3m，其下为不透水层。地下水位在地面以下2m。在堆场表面施加了150kPa大面积堆载。粘土层压缩e-p曲线如图4-2所示。

（1）试计算粘土层最终将产生的压缩量；（2）从粘土层中心取出一个试样做固结试验（试样厚度2cm，上下均放透水石），测得当固结度达到80％时需要7min，求当自然粘土层的固结度达到80％时需要多少天。

4

图4-1图4-2解：（1）

＝17*2+9.2*1+9.2*1.5＝57kPa

p1=57kPa(1分)p2=57+150=207kPa(1分)e0=0.6,e1=0.73(1分)S=(0.73-0.6)/1.73*3=0.225m(2分)（2）

Tv1=Tv2(1分)Cv1=Cv2(1分)

(1分)

t2=7*300/1=630000min=437.5d(2分)

河海大学2023～2023学年第一学期土力学试卷

（港航03级）

班级学号姓名得分

1简答题

2

2

5

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自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

，

土处于滚动状态。

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。具有一致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，所有试样将具有一致的强度，即都有一致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2~4米或小于或等于0.4B，B为基础的宽度。

11

（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倍自重应力为标确凿定压缩层的厚度。

（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，最终总和得出

基础的沉降量。

01级土力学期末试卷

一、名词解释(每题2分，共12分)

1.频率曲线: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.塑性指数：液限和塑限之差的百分数（去掉百分数）称为塑限指数，用Ip表示，取整数，即：Ip=wL－Wp。塑性指数是表示处在可塑状态的土的含水率变化的幅度。3.流土:流土是指在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒同时启动而流失的现象。4.超固结比：把土在历史上曾经受到的最大有效应力称为前期固结应力，以pc表示；而把前期固结应力与现有应力po＇之比称为超固结比OCR，对自然土，OCR>1时，该土是超固结土，当OCR＝1时，则为正常固结土。

5.容许承载力：地基所能承受的最大的基底压力称为极限承载力，记为fu．将F除以安全系数fs后得到的值称在地基容许承载力值fa,即fa＝fu／fs

6.砂土液化：是指砂性土在循环荷载作用或者在动力荷载作用下，孔隙水应力增加有效应力为零，从而导致其抗剪强度丧失的过程。

二、简答题(共36分)

1.其它条件一致状况下，超固结粘土的沉降一定小于正常固结粘土的沉降吗？为什么？(10分)

是的(2分)。由于和正常固结粘土相比，超固结粘土孔隙比比正常固结土小，假使现有有效应力一致，则在某荷载增量作用下，超固结土是沿再压缩曲线压缩，而正常固结土沿压缩曲线压缩。由于同一土质，再压缩曲线确定比压缩曲线缓，即再压缩指数比压缩指数小，因此，超固结粘土沉降比正常固结土小。(8分)

12

2.什么是有效应力原理？图中，地基土湿重度、饱和重度和浮重度分别为、水重度

，M点的测压管水柱高如下图。写出M

和，

点总应力、孔隙水应力、有效应力、自重应力的计算式。(8分)

答：由外荷在研究平面上引起的法向总应力为б，那么它必由该面上的孔隙力u和颗粒间的接触面共同分担，即该面上的总法向力等于孔隙力和颗粒间所承受的力之和，即б=б＇＋u。（2分）M点总应力：M点孔隙水应力：M点有效应力：M点自重应力：

（2分）（1分）（1分）

（2分）

3.土坡发生滑动的滑动面有哪几种形式？分别发生在何种状况？没有渗流的状况下的粘性土坡的稳定安全系数可以有哪几种方法计算？（10分）

土坡发生滑动的滑动面有：圆弧、平面、复合滑动面(3分)。圆弧滑动寻常发生在较均质的粘性土坡中；平面滑动寻常发生在无粘性土坡中；复合滑动面发生在土坡土质很不均匀的土坡中。(4分)

没有渗流的状况下，粘性土坡的稳定安全系数计算方法有：φ＝0分析法、瑞典条分法、简化毕肖普法。(3分)

4.地基破坏的型式有哪几种？未修正的太沙基极限承载力公式适用于哪种破坏型式的地基？利用太沙基极限承载力公式具体说明地下水位的位置对承载力是如何的影响？（8分）

答：有整体剪切破坏，局部剪切破坏和冲剪破坏．（3分）；未修正的太沙基极限承载力公式适用于整体剪切破坏的条形基础的地基。(2分)

太沙基极限承载力公式。地下水位埋深较大时，式中第1、

2项中的γ均不受影响；若地下水位在基底处，则第1项中的γ应用浮容重，承载力降低；若地下水位上升到地面处或以上时，则第1、2项中的γ均应用浮容重，承载力进一步降低；(3分)

13

三、计算题(共52分)

1.某一取自地下的试样，用环刀法测定其密度。环刀的体积为60cm3，环刀质量为50g，环刀加湿土质量为172.5g，环刀加干土质量为152.0g，试计算该土样的含水率、自然密度、干密度。（6分）

解：m=172.5-50=122.5g;ms=152.0-50=102.0gV=60cm3

g/cm3

g/cm3

2.某砂土地基中间夹有一层厚2m的正常固结粘土层。地下水位在地面以下2m深处。砂土层的饱和重度21kN/m3，湿重度19kN/m3。粘土层的自然孔隙比1.0，饱和重度20kN/m3，压缩指数Cc=0.4，固结系数Cv=2.0×10-4层cm/s。今在地面大面积堆载100kPa。（1）堆载施加瞬时，测压管水头高出地下水位多少米？（2）粘土层压缩稳定后，图中h等于多少米？（3）试计算粘土层的最终压缩量（不必分层）。（4）堆载施加30天后，粘土层压缩

量为多少？（假定土层平均固结度可用解：（1）对饱和土，B＝1加载瞬时，

kPa

确定）（12分）

m

(2)压缩稳定后，超孔隙水应力完全消散h=0(3)

kPa

kPakPa

m

14

(4)

St=U*S=0.29*15=4.35cm

3.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，先在周边压力σｃ=100ＫＰａ作用下固结，然后再在Δσ3＝０的状况下进行不排水剪试验。若该土的固结不排水强度指标φcu=20°，破坏时的大主应力σ1应为多大?，同时测出破坏时的孔隙水应力uf=50kPa，试求：（１）该试样的不排水强度Cｕ；（２）破坏时试样中的有效主应力σ＇1及σ＇3；（３）破坏时的孔隙水应力系数Ａf；（４）有效应力强度指标c',φ'。(14分)解：(1)σ3f＝σｃ=100kPa；ccu=0

kPa

故Cu=(σ1-σ3)/2=(416-100)/2=150kPa(2分)

(2)、σ＇1＝σ1-uf=416-50=366kPa;σ＇3＝σ3-uf=100-50=50kPa(2分)

(3)、

(4)、正常固结土，Ccu=0;C＇=0

(2分)

φ＇＝49.4°(2分)

4.墙背直立的光滑挡土墙，墙高为10ｍ，两层填土的性质指标如下图所示，上层粘土厚度5m，试求作用在墙背上总的主动土压力大小，并绘出压力分布图（不必求土压力作用点）（12分）

解：对第一层土，

m

B点以上的主动土压力：pa1=r1H1’ka1－2c

15

=20×3.43×tg32.5-2×10×tg32.5=15.1kPa(2分)

2

B点交界面下：pa2=r1H1’ka2－2c2C点：pa3=（r1H1’＋r2H2）ka2－2c2

2

=20×3.43×tg30-0=22.87kPa(2分)(2分)

2

=（20×3.43＋18×5）×tg30-0=52.87kPaPa=0.5×3.43×15.1＋0.5×5×（22.87+52.87）=215.25kN/m(2分)

99级土力学试卷及标准答案

2023.12

一、名词解释(每题3分共18分)

1.塑限:粘性土从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限含水率。

2.不均匀系数:定义为Cu=d60/d10,d10,d60分别为粒径分布曲线上小于某粒径土的土颗粒含量分别为10％和60％。

3.有效应力原理：由外荷在研究平面上引起的法向总应力为б，那么它必由该面上的孔隙力u和颗粒间的接触面共同分担，即该面上的总法向力等于孔隙力和颗粒间所承受的力之和，即б=б＇＋u。

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.代替法：代替法就是在土坡稳定分析重用浸润线以下，坡外水位以上所包围的同体积的水重对滑动圆心的力矩来代替渗流力对圆心的滑动力矩。

6.容许承载力：地基所能承受的最大的基底压力称为极限承载力，记为fu．将f除以安全系数fs后得到的值称为地基容许承载力值fa,即fa＝fu／fs

二、问答题（共35分）

1.何谓正常固结粘土和超固结粘土，两者的压缩特性和强度特性有何区别？(１2分)

把土在历史上曾经受到的最大有效应力称为前期固结应力，以pc表示；而把前期固结应力与现有应力po＇之比称为超固结比OCR，对自然土，OCR>1时，该土是超固结（3分）；当OCR＝1时，则为正常固结土（3分）．

压缩特性区别：当压力增量一致时，正常固结土压缩量比超固结土大．（3分）强度特性区别：超固结土较正常固结土强度高.（3分）

16

2.简述影响土落实性的因素？（8分）

土落实性的影响因素主要有含水率、击实功能、土的种类和级配以及粗粒含量等。（1分）

对粘性土，含水率的影响主要表现为当含水率较低时，一致击实功能下所获得的干密度较低，随着含水率的增大，所得到的干密度会逐渐提高；当达到某含水率时，对应击实功能下会得到最大干密度，对应含水率称为最优含水率；随着含水率的提高，最大干密度反而会减小。（2分）

击实功能的影响表现为：击实功能越大，所得到的土体干密度也大；最优含水率随击实功能的增大而减小。（2分）

土类和级配的影响表现在：粘性土寻常较无粘性土压缩性大；粘粒含量大，压缩性大；级配良好，易于压密，干密度大；（2分）

粗粒含量对落实性有影响，大于5mm粒径的粗粒含量大于25％－30％时，需对轻型击实试验的结果进行修正。（1分）

3.试比较朗肯土压力理论与库伦土压力理论的异同点与优缺点。(8分)

一致点：都要求挡土墙的移动是以使墙后填土的剪力达到抗剪强度（极限状态下）土压力．都利用莫尔－库仑强度理论；（1分）

不同点：朗垦理论是根据土体中各点处于平衡状态的应力条件直接求墙背上各点的土压力．要求墙背光滑，填土表面水平，计算结果偏大．而库仑理论是根据墙背与滑动面间的楔块型处于极限平衡状态的静力平衡条件求总土压力．墙背可以倾斜，粗糙填土表面可倾斜，计算结果主动压力满足要求，而被动压力误差较大．朗肯理论是考虑墙后填土每点破坏，达极限状态；库仑理论则考虑滑动土体的刚体的极限平衡；(3分)

朗肯土压力理论优点：公式简单，易用；缺点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜状况不适用；(2分)库伦土压力理论优点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜状况适用；缺点：不便考虑粘性土的状况；(2分)

4.地基破坏形式有哪几种？各自会发生在何种土类地基？（7分）

有整体剪切破坏，局部剪切破坏和冲剪破坏．（3分）地基破坏形式主要与地基土的性质特别是落实性有关，一般而言，对于坚实或密实的土具有较低的压缩性，寻常浮现整体剪切破坏．对于柔弱黏土或松沙地基具有中高压缩性，往往浮现局部剪切破坏或冲剪破坏．（4分）

三、计算题（共47分）

1.某砂土地基中夹有一层正常固结的粘土层，如图。粘土孔隙比e0=1.0，压缩指数Cc=0.36。问：(1)今在地面大面积堆载q=100kN/m2，粘土层会产生多大的压缩?（计算不需分层）；若粘土的固结系数Cv=3*10-3cm2/s，则达到80％固结度时粘土层压缩量多少？需多少天？（U=80%时Tv=0.64）

(2)压缩完成后，若地下水位下降2m，粘土层是否会产生新的压缩量？若会，压缩量为多少？（水位下降后的砂土容重γ=20kN/m3）.（１５分）

17

解：

1（1）бs1=20*1+(21-9.8)×2=42.4

бs2=42.4+(21-9.8)×2=62.8粘土层平均自重应力：(бs1+бs2)/2=52.6(2分)

s=Hlg[(p0+Δp)/p0]/(1+e0)

=200×0.36×lg[(52.6+100)/52.6]/(1+1.0)=16.7cm(3分)

U=80%时，st=u×s=0.8×16.7=13.4cm(2分)Tv=0.64

226

所以，t=TvH/CV=0.64×(200/2)/0.003=2.13×10S(3分)

(2)地下水位下降到2米以后，会产生新的压缩量：(2分)бs1＇＝52.6+100=152.6=p0＇kPaбs2＇＝152.6+9.8×2＝172.2kpae0’=e0-cclg[(p0+p)/p0]=0.833

所以s’=Hlg[(p0＇+Δp)/(Δp+p0)]/(1+e0＇)

=200*lg[172.2/152.6]/(1+0.