土力学复习资料全

第一章土的物理性质和工程分类一、单项选择题土颗粒的大小及其级配，通常是用粒径级配曲线来表示的。级配曲线越平缓表示 。土粒大小较均匀，级配良好土粒大小不均匀，级配不良土粒大小不均匀，级配良好对土粒产生浮力的是 。(A)毛细水(B)重力水(C)结合水毛细水的上升，主要是水受到下述何种力的作用？(A)粘土颗粒电场引力作用(B)孔隙水压力差的作用(C)水与空气交界面处的表面力作用.三种粘土矿物中， 的结构单元最稳定。(A)蒙脱石 (B)伊利石 (C)高岭石.颗粒表面具有很强的吸附水化阳离子和水分子的能力，称为表面能。颗粒大小和表面能之间的关系为 。(A)颗粒越大，表面能越大(B)颗粒越细，表面能越大(C)颗粒越圆，表面能越大三种粘土矿物的亲水性大小，哪种次序排列是正确的：(A)高岭石>伊利石>蒙脱石(B)伊利石>蒙脱石>高岭石(C)蒙脱石>伊利石>高岭石二、填空题.颗粒级配曲线越 ，不均匀系数越 ，颗粒级配越 。为获得较大密实度海选择级配 的土料作为填方或砂垫层的土料。.粘粒含量越 ，颗粒粒径越 ，比表面积越 ，亲水性越，可吸■附弱结合水的含量越一 ，粘土的塑性指标越.塑性指标Ip= ，它表明粘性土处于可塑性状态时 的变化围，它综合反映亍一、 等因素。因此《规》规定：为粉质粘土， 为粘土。.粘性土的液性指标IL= ，它的正负、大小表征了粘性土的状态，《规》按IL将粘性土的状态划分为：，，，，。三、简答题什么是粒组？什么是粒度成分？土的粒度成分的测定方法有哪两种，它们各适用于何种土类？什么是颗粒级配曲线，它有什么用途？土中水有几种存在形态，各有何特性？土的结构有哪几种类型？各对应哪类土？什么叫界限含水率？液限、塑限、缩限的概念描述土体压实性与含水率的关系，什么是最优含水率？四、推导题（G-1）Ps-w.p- 1+ee-;乙'n1+e五、计算题.某一块试样在天然状态下的体积为60cm3，称得其质量为108g,将其烘干后称得质量为96.43g，根据试验得到的土粒比重Gs为2.7，试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。.某砂土土样的密度为1.77g/cm3，含水率为9.8%，土粒比重为2.67，烘干后测定最小空隙比为0.461，最大空隙比为0.943，试求空隙比e和相对密实度Dr，并判定该砂土的密实度。.土料室击实试验数据如表所示，绘制p-鼓关系曲线，求最优含水d率和最大干密度。含水率w（%）510203040密度（g/cm3）1.581.761.942.022.064.某一完全饱和粘性土试样的含水率为30％，土粒比重为2.73，液限为33％，塑限为17％，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粘性土的分类名和软硬状态。答案：一、单项选择题1.C2.B 3.C 4.C5.B6.C二、填空题平缓（陡），大（小），好（差），良好。多（少），细（粗），大（小），强（弱），多（少），大（小）Ip=wL-wp，含水量，粘粒的含量、粘土矿物，10<Ip<17,Ip>17w-wI= pLI，软硬，坚硬，硬塑，可塑，软塑，流塑p三、简答题土粒大小在一定程度上反映了土性质的差异，土粒大小通常用粒径表示。粒组：通常把工程性质相近的土粒合并为一组。粒径分析方法：筛分法（d>0.075mm的土），密度计法（法0.075mm的土）。工程中常用土中各粒组的相对含量，占干土总质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。按粒径分布曲线可求得：（1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评估土的工程性质；（2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数Cu和曲率系数Cc吸着水（结合水），离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可自由移动的水称为自由水（分为毛细管水和重力水）单粒结构（砂土砾石）、蜂窝结构（粉土）、絮状结构（粘土）

粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水率来区分，叫界限含水率。液限（0〃：从流动状态转变为可塑状态的界限含水率。塑限（Wp）:从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率。缩限（0，：从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。（1）当含水率较低（颗粒表面的水膜很薄）土偏干,土粒之间存在着强结合水，土粒间电分子引力较大，击实时土粒难于移动，击实时土粒难于移动，击实效果差。（2）当含水率达到最优含水率，颗粒间存在部分的强结合水、部分的弱结合水，弱结合水在击实过程中起到润滑作用，因而击实效果好（3）当含水率较高，土偏湿，土粒中存在大量的自由水，在击实过程中不易很快的排除，这阻止了颗粒的靠扰，因引击实效果差。使土体压实，得到最大干密度这时土体的含水率为最优含水率。四、推导题pV-Vp-s——s s_w=V+VsvppV-Vp-s——s s_w=V+Vsvsrzwr~ —s—w w s w=1+VV= 1+e= 1+evsveve v s -

v+vv+ev-i+esvss五、计算题1.解：(1)已知V=60cm3,m=108g,p=m/v=108/60=1.8g/cm3(2)已知ms=96.43g,mw=m-ms=108-96.43=11.57gw=mw/m「11.57/96.43=12%(3)已知Gs=2.7,则Vs=ms/ps=96.43/2.7=35.7cm3Vv=V-Vs=60-35.7=24.3cm3e=Vv/Vs=24.3/35.7=0.68(4)n=Vv/V=24.3/60=40.5%(5)Vw=mw/pw=11.57/1=11.57cm3St=Vw/Vv=11.57/24.3=48%

2.解d(1+w)[ 2.67(1+0.098)e-— —1e= —1-0.6561.77 max e—emaxmin0.943—0.656 -0.5950.943—2.解d(1+w)[ 2.67(1+0.098)e-— —1e= —1-0.6561.77 max e—emaxmin0.943—0.656 -0.5950.943—0.461该砂土的密实度属于中密3.解Pdp1p41.58-1.511+0.052.02-1.551+0.3d2p51.76二-1.61+0.12.06 =1.471+0.4p31.941+0.21.624.PPsatI=

p最优含水率20％，最大干密度1.62g/cm3wds-1ed+e——s 1+ewL-wp2.731.819e-0.3义2.73-0.819x1-1.5g/cm3Z73+0.819x1-1.95g/cm31.819=0.33-0.17=0.16=16%w—w pI0.16该粘性土为粉质粘土，软塑第二章土的渗透性与渗流一、简答题达西定律的基本假定及应用条件适用围？什么是管涌流土？什么叫渗透力？其大小和方向如何确定？二、计算题.如图计算地表以下5m处的有效应力Sr=0.6

w=30%

Gs=2.7w=40%Sr=1.如图开挖基坑，土体为均质各向同性的粉质粘土厚12.24m，底部为砂土。地下水在地表以下2m处。粉质粘土的孔隙比e为0.62，比重为2.7。那么基坑开挖多深可以避免发生流土。3.某建筑工程基槽排水，引起地下水由下往上流动。水头差70cm，3.渗径为60cm，砂土的饱和重度Ysat=20.2KN/m3问是否会发生流土答案：一、简答题达西定律的基本假定为水的渗透速度与水力坡降成正比v=kL=ki由于达西定律只适用于层流的情况，故一般只适用于中砂、细砂、粉砂等。(1)流土：在上升流作用下，动水压力超过土重度时，土体的表面隆起、浮动或某一颗粒群的同时起动而流失的现象称为流土。流土主要发生在渗流出口无任何保护的部位。流土可使土体完全丧失强度，危及建筑物的安全。

(2)管涌：在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失的现象称为管涌。主要发生在部结构下稳定的砂砾石层中。渗透力：水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力为渗透力。渗透力js透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致。大小为二、计算题.解：地下水以上*100%=30%=0.3m=pg==0.60.61s+0.3m1s+0.5m=0.3mm+0.3m+=pg==0.60.61s+0.3m1s+0.5m=0.3mm+0.3m+0.5m0.3m0.61s=0.5m1.3x9.82.7+0.5=14.6kN/m3地下水以下=17.8kN/m3sato=2yo=2y+3y+3y'=2y+3ysat=2x14.6+3x17.8=82.6kPa二3y二3y=3x9.8=29.4kPao'=o—u=82.6—29.4=53.2kPaY'2.7—12.解：临界水力坡降cr1+0.62=Y'2.7—12.解：临界水力坡降cr1+0.62=1.05AH12.24—h实际水力坡降1.05=12.24—hcrh=5.97mD=(12.24+2)-h=14.24—5.97=8.27mY'Y-Y10.23.解：临界水力坡降Y'Y-Y10.23.解：临界水力坡降sat-cr10=1.02实际水力坡降・实际水力坡降・AH 70…i= =——=1.17h60实际水力坡降大于临界水力坡降发生流土。第三章地基中的应力第三章地基中的应力一、简答题什么是自重应力与附加应力？附加应力大小与何有关？附加应力在地基中的传播、扩散有何规律？简述土的有效应力原理。什么是基底附加应力？如何计算？二、计算题1计算并绘制出地基中的自重应力J1计算并绘制出地基中的自重应力J,沿深度的分布曲线。. sz2,今有均布荷载P=100kN/m2，荷载面积为2xlm2,如图所示，求荷载面积上角点A、边点口中心点O以及荷载面积外F点和G点等各点下z=1m深度处的附加应力。并利用计算结果说明附加应力的扩散规律。

答案：一、简答题由土的自重在地基所产生的应力称为自重应力；由建筑物的荷载或其它外荷载（如车辆、堆放在地面的材料重量等）在地基所产生的应力称为附加应力.在集中力作用线上，附加应力随着深度的增加而递减;离集中力作用线某一距离时，在地表面的附加应力为零，随着深度的增加，逐渐递增，但到某一深度后，又随深度的增加而减小；在某一深度处，在同一水平面上，附加应力在集中力作用线上最大随着水平距离的增大而减小。作用于饱和土体某截面上总的正应力由两部分组成：一部分为孔隙水压力，它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，其中由孔隙水自重引起的称为静水压力，由附加应力引起的称为超静孔隙水压力（通常简称为孔隙水压力）；另一部分为有效应力，它作用于土的骨架（土颗粒）上，其中由土粒自重引起的即为土的自重应力，由附加应力引起的称为附加有效应力。饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下关系：钎冉聒。（1）饱和土体任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和；（2）土的强度的变化和变形只取决于土中有效应力的变化基础通常是埋置在天然地面下一定深度的。由于天然土层在自重作用下的变形已经完成，故只有超出基底处原有自重应力的那部分应力才使地基产生附加变形，使地基产生附加变形的基底压力称为基底附加压力p0。因此，基底附加压力是上部结构和基础传到基底的地基反力与基底处原先存在于土中的自重应力之差，按下式计算：TOC\o"1-5"\h\zo Y二、计算题1^^：vv41.0m高程处(地下水位处)H1=44.0-41.0=3.0mo=Yh=17.0x3.0=51kN/m2sz1 1▽40.0m高程处H2=41.0-40.0=1.0mo=yH+『H=51+(19.0-9.8)xl=60.2kN/m2sz. 11 2 2▽38.0m高程处H3=40.0-38.0=2.0mGsz.71HJ.2H2+-H3=60.2+(18.5-9.8)x2=77.6kN/m2▽35.0m高程处H4=38.0-35.0=3.0m6sz='1HJ-H2+"H3-4H4=77.6+(20-9.8)x3=108.2kN/m2

60,2]^：5LkN/in60,2]^：5LkN/in2廨:A点下的附加应力:A点是矩形ABCD的角点，且m=L/B=2/1=2;n=z/B=1，查表得a=0.1999，故o=a.p=0.1999x100=20kN/m2c zAcE点下的附加应力:通过E点将矩形荷载面积划分为两个相等的矩形EADI和EBCI。求EADI的角点应力系数acL1]Z1]m— ——1nn— =二1B1 ；B1查表得a=0.1752,故o—2a.P=2x0.1752x100=35kN/m2c zEcO点下的附加应力:通过O点将原矩形面积分为4个相等的矩形OEAJ,OJDI,01区和OKBE。求OEAJ角点的附加应力系数acm—————2•n—————2B0.5 ；B0.5查表得a=0.1202,故o—4a.P=4x0.1202x100=48.1kN/m2c zOcF点下附加应力:过F点作矩形FGAJ,FJDH,FGBK和FKCH。假设a为矩形FGAJ和FJDH的角点应力系数;a为矩形FGBK和FKCHcI cII的角点应力系数。

求a:cI查表得a=0.1363cIacIIm=L=25求a:cI查表得a=0.1363cIacIIB0.5 ；B0.5TOC\o"1-5"\h\zL0.5 Z 1m=—=— =1 • n= — =— =2B0.5 ； B 0.5查表得a=0.0840cII故 o=2(a-a)P=2(0.1363-0.0840)x100=10.5kN/m2zF cIcIIG点下附加应力通过G点作矩形GADH和GBCH分别求出它们的角点应力系数a和a。cI cII求a:cI查表得a=0.2016。cIcII0.5cII0.50.5查表得a=0.1202。cII故o=(a-a)P=(0.2016-0.1202)x100=8.1kN/m2zGcIcII第四章0.35^土的压缩性与地基沉降计算第四章0.35^土的压缩性与地基沉降计算一、简答题什么是土的压缩性，它是由什么引起的？压缩系数的物理意义是？如何利用压缩系数评价土的压缩性质？什么是正常固结土、超固结土和欠固结土？土的应力历史对土的压缩性有何影响？分层总和法的步骤二、计算题1,有一矩形基础，放置在均质粘土层上，如图所示。基础长度L为10m，宽度B为5m,埋置深度D为1.5m，其上作用着中心荷载P等于10000kN。地基上的天然湿容重为20kN/m3,饱和容重为21kN/m3,土的压缩曲线如图所示。若地下水位距离基底2.5m,试求基础中心点的沉降量。2.设饱和粘土层的厚度为10m,位于不透水坚硬岩层上，由于基底上作用着竖直均布荷载,在土层中引起的附加应力的大小和分布如图所示。若土层的初始孔隙比e1为0.8，压缩系数av为2.5x10-4kPa-1,渗透系数k为2.0cm/year。试问:(1)加荷一年后,基础中心点的沉降量为多少？(2)当基础的沉降量达到20cm时需要多少时间？13rH门H1.a, ,TT1TTTTV I"■ " ■ "TTI、十.. ।j ।透水层H“ 240kPa/r 160kPa■■■■■■■>><■jj)■■■■I |—).■■■■■■■■ ■■■■■■■■■||-AZX-/答案：一、简答题.土的压缩性是指土在压力作用下体积压缩变小的性能。在荷重作用下,土发生压缩变形的过程就是土体积缩小的过程。土是由固、液、气三相物质组成的,土体积的缩小必然是土的三相组成部分中各部分体积缩小的结果。土粒与水本身的微小变形可忽略不计,土的压缩变形主要是由于孔隙中的水和气体被排出,土粒相互移动靠拢,致使土的孔隙体积减小而引起的,因此土体的压缩变形实际上是孔隙体积压缩,孔隙比减小所致。.压缩曲线上的一段曲线的斜率〃.忸Qe—e三a-（g5-12-App-p压缩系数是表示土的压缩性大小的主要指标，其2值越1大，表明在某压力变化围孔隙比减少得越多，压缩性就越高。同一种土的压缩系数并不是常数，而是随所取压力变化围的不同而改变。因此在《建筑地基基础设计规》（GBJ7-89）中规定，以p1=0.1MPa,p2=0.2MPa时相应的压缩系数a1-2作为判断土的压缩性的标准。低压缩性土：a1-2<0.1MPa-1中等压缩性土：0.1MPa-1wa…<0.5MPa-11-2高压缩性土：a1-2>0.5MPa-.土在形成和存在的历史中只受过的荷载等于目前土层所受的自重应力。并在其应力作用下完全固结的土称为正常固结土若土层在历史上曾经受到固结应力大于目前土层所受的自重应力。由于地质作用，上部土层被剥蚀，而形成现在地表，这种土称为超固结土。如土属于新近沉积的堆积物，在其自重应力作用下尚未完全固结，称为欠固结土。.①分层，除每一薄层的厚度hi<0.4b（b为基底宽度）外，地下水位处，层与层接触面处都要作为分层点。或者厚度为1-2m。②计算地基土的自重应力，并按一定比例绘制自重应力分布图，（自重应力从地面算起）。③计算基础底面接触压力④计算基础底面附加应力，基础底面附加应力p0等于基础底面接触压力减去基础埋深（d）以土所产生的自重应力rd。即p=p-yd⑤计算地基中的附加应力，并按与自重应力同一比例绘制附加应力的分布图形。附加应力从基底面算起。按基础中心点下土柱所受的附加应力计算地基最终沉降量。基础底面以下某深度Z处的附加应力oz为：o=Kp

zii0⑥确定压缩土层最终计算深度Zn。因地基土层中附加应力的分布是随着深度增大而减小，超过某一深度后，以下的土层压缩变形是很小，可忽略不计。此深度称为压缩土层最终计算深度Zn。一般土根据QzW0.2os条件确定，软土由QzWO.lQs确定。⑦计算每一薄层的沉降量％由以下公式得s二(e^e2)hi 1+eiie1i为对应于第i分层土上下层面自重应力值的平均值p1i从土的压缩曲线上得到的孔隙比；e2i为对应于第i分层土自重应力平均值p1i与上下层面附加应力值的平均值pAi之和⑧计算地基最终沉降量s二工ii=1__.二、计算题1廨：▽由L/B=10/5=2<10可知，属于空间问题，且为中心荷载，所以基底压力为p=P/(LxB)=10000/(10x5)=200kPa基底附加应力为p0=p,d=200-20x1.5=170kPa因为是均质土且地下水位在基底以下2.5m处取分层厚Hi=2.5m。求各分层面的自重应力(注意：从地面算起)并绘分布曲线qs0=yd=2。x1.5=30kPaqs1=qs0+yH1=30+20x2.5=80kPaqs2=qs1+yH2=80+(21-9.8)x2.5=108kPaqs3=qs2+yH3=108+(21-9.8)x2.5=136kPaqs4=qs3+yH4=136+(21-9.8)x2.5=164kPaqs5=qs4+yH5=164+(21-9.8)x2.5=192kPa求各分层面的竖向附加应力并绘分布曲线通过中心点将基底划分为四块相等的计算面积，每块的长度L1=5m,宽度B1=2.5m

位置zi(m)z甘LBKS。二4Kpz S0(kPa)00020.2517012.5120.199913625.0220.12028237.5320.073250410.0420.047432512.5520.032822确定压缩层厚度。从计算结果可知，在第4点处有“4/os4=0.195<0.2，所以，取压缩层厚度为10m。计算各分层的平均自重应力和平均附加应力。根据p1i=osi和p2i=osi+ozi分别查取初始孔隙比和压缩稳定后的孔隙比，层号osio+oo二si s(i+1)si 2e1iozio+oo=zi z(i+1)zi 2p=o+o2i si zie2i030170180550.9351361532080.872108940.915821092030.8731361220.89550661880.87541641500.88532411910.873

2.解：2.解：(1)该土层的平均附加应力为”=(240+160)/2=200kPa最终沉降量S=aV^-oH1+eS=aV^-oH1+ez固结系数1义200kPa义1000cm1+0.8 =27.8cm=1.47义105cm2/yC二=1.47义105cm2/yvar―0・00025kPa-1义10kN/m3vw时间因子TCt_1.47义105cm2/y义1vH2 10002cm2 _0.147TOC\o"1-5"\h\zo' 240a—_z-_ _1.5o’’ 160z查表确定U=0.45S=S义U=12.5cm(2)已知基础的沉降为St=20cm，最终沉降量S=27.8cmSt-S―0.72o’ 240a—_z-__1.5o’’ 160z查表确定Tv=0.47T二一…一一，vH2 Cv=1.47义105cm2/yt=0.73year第五章土的抗剪强度一、简答题.什么是土的抗剪强度？影响土的抗剪强度的主要因素。.试推导出粘性土的极限平衡条件方程式。.土体中发生剪切破坏的平面是不是剪应力最大的平面？在什么情况下，剪切破坏面与最大剪应力面是一致的？在一般情况下，剪切破坏面与大主应力面成什么角度？.简述有效应力原理？二、计算题.已知某土体单元的大主应力。1=380kPa，小主应力。3=210kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=20kPa,中=19°,问该单元土体处于什么状态？并判断最大剪应力面是否破坏？.设砂土的摩擦角为38度,A点的大主应力为530kPa，小主应力为120kPa，该点处于什么状态？B点所受剪应力122kPa，法线应力246kPa该点处于什么状态？.某饱和土样，有效抗剪强度指标为C=12kPa“=28。大小主应力为。广400kPa。3=250kPa孔隙水压力为u=160kPa时，土样可能破裂面上的剪应力是多少?土样是否会破坏？答案：一、简答题1.土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的移动，该点便发生了剪切破坏。土的抗剪强度主要由粘聚力c和摩擦角中来表示，土的粘聚力c和摩擦角中称为土的抗剪强度指标。…一j …一j i.. 9-a）/2sin巾" 1 3 （a+a）/2+Cctg。。+2ctg（45。+）20+2ctg（45o-2）土体中发生剪切破坏的平面不是剪应力最大的平面。在三轴压缩试验的不固结不排水试验下，剪切破坏面与最大剪应力面是一致的。在一般情况下，剪切破坏面与大主应力面成a-45o+0。2作用于饱和土体某截面上总的正应力由两部分组成：一部分为孔隙水压力，它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，其中由孔隙水自重引起的称为静水压力，由附加应力引起的称为超静孔隙水压力（通常简称为孔隙水压力）；另一部分为有效应力它作用于土的骨架（土颗粒）上，其中由土粒自重引起的即为土的自重应力，由附加应力引起的称为附加有效应力。可以进一步表述成如下的有效应力原理：（1）饱和土体任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和；（2）土的强度的变化和变形只取决于土中有效应力的变化二、计算题

1廨：^^直接用T与Tf的关系来判别剪破面与大主应力面的夹角：0=450+*=54。2分别求出剪破面上的法向应力。和剪应力T为480+210480-2103cos20= + cos108。=303kPa0一。 480一210t=—t 3sin20= sin1080=128kPa2 2求相应面上的抗剪强度工£为t=c+otan。=20+303tan190=124kPa由于t=128>Tf=124,说明该单元体早已破坏。（2）取最大剪应力斜面处于什么状态最大剪应力与大主应力面的夹角0=450分别求出最大剪应力面上的法向应力。和剪应力T为o+ooo+oo-o—t 3+—t 3cos20二2 2480+210 十2480一210cos900=345kPa2t=o1-o3sin20=480—210sin900=135kPa2 2求相应面上的抗剪强度工£为t=c+otan。=20+345tan190=139kPa由于t=135>Tf=138，说明最大剪应力面没有破坏2廨：(1)判断A点o=otan2(450+—)+2ctan(450+—)=120tan2(450+^80)+2*0tan(450+380)=504.45kPa1f3 2 2 2 201f<o1=530A点破坏(2)判断B点t=c+otan—=0+246tan380=192.2kPaft=122<tfB点不会破坏3.解：T£二0+(o-u)tgOo'二o一u=400一160=240kpa11o'=o一u=250一160=90kpa33

剪破面与大主应力面的夹角0=45o+—=59o2分别求出剪破面上的法向应力。‘和剪应力T为sin20=cos20=240sin20=cos20=240+90 十2240—902cos1180=130kPa240—90""2""sin118。=66kPat=c'+O'tan。‛=12+130tan28。=81kPa由于t=66<Tf=81,说明土体稳定。第六章土压力与挡土墙一、简答题1.影响挡土墙土压力的因素？其中最主要的影响因素是什么？.土压力的分类及大小关系？.对朗肯土压力理论和库仑土压力理论进行比较。二、计算题.已知某重力式挡土墙，墙高H=6.0m，墙背竖直、光滑，填土表面水平填土容重Y=18.5kN/m3,摩擦角①二200粘聚力c=19kPa。求作用在挡土墙上的主动、被动土压力，并绘出土压力分布图。.已知某混凝土挡土墙，墙高H=5.0m，墙背竖直、光滑，填土表面水平，作用有均布荷载q=20kPa。填土容重丫=17kN/m3,摩擦角5=300,粘聚力c=10kPa。求作用在挡土墙上的主动土压力。.已知某混凝土挡土墙，墙高H=5.0m，墙背竖直、光滑，填土表面水平，墙后土体分为两层。第一层层高为2m.r1为18kN/m3,R为30°,C1=0。第二层层高为3mr2为19.5kN/m3,C2为10kPa,52为150求作用在挡土墙上的主动土压力？.已知某混凝土挡土墙，墙高H=7.0m，墙背竖直、光滑，填土表面水平，墙后土体分为两层，第一层层高为3m.r1为16.5kN/m3,R为200G=0。第二层层高为4mr2为19kN/m3,C2为10kPa,%为300,rsat为20kN/m3。地下水位于填土表面以下3m处。求作用在挡土墙上的主动土压力？答案：一、简答题土压力的性质和大小与墙身的位移、墙体的材料、墙体高度及结构形式、墙后填土的性质、填土表面的形状以及墙和地基的弹性等有关。在这些因素中，以墙身的位移、墙高和填土的物理力学性质最为重要。墙体位移的方向和位移量决定着土压力的性质和大小。土压力可以分为以下三种：（一）静止土压力：挡土墙在土压力作用下，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，不向任何方向发生位移和转动时，作用在墙背上的土压力称为静止土压力。（二）主动土压力：当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动时，墙后土压力逐渐减小。这是因为墙后土体有随墙的运动而下滑的趋势，为阻止其下滑，土沿潜在滑动面上的剪应力增加，从而使墙背上的土压力减小。当位移达到一定量时，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，填土中开始出现滑动面，这时作用在挡土墙上的土压力减至最小，称为主动土压力。（三）被动土压力：当挡土墙在外力作用下（如拱桥的桥台）向墙背填土方向转动或移动时，墙挤压土，墙后土体有向上滑动的趋势，土压力逐渐增大。当位移达到一定值时，潜在滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体达到被动极限平衡状态，填土也开始出现滑动面。这时作用在挡土墙上的土压力增加至最大，称为被动土压力。三种土压力之间存在如下关系Pa<P0Vpp

1）朗肯和库伦土压力理论都是由墙后填土处于极限平衡状态的条件得到的。但朗肯理论求得是墙背各点土压力强度分布，而库伦理论求得是墙背上的总土压力。2）朗肯理论在其推导过程中忽视了墙背与填土之间的摩擦力，认为墙背是光滑的，计算的主动土压力误差偏大，被动土压力误差偏小，而库伦理论考虑了这一点，所以，主动土压力接近于实际值，但被动土压力因为假定滑动面是平面误差较大，因此，一般不用库伦理论计算被动土压力。3）朗肯理论适用于填土表面为水平的无粘性土或粘性土的土压力计算，而库伦理论只适用于填土表面为水平或倾斜的无粘性土，对无粘性土只能用图解法计算。二、计算题1廨：▽（1）主动土压力K=tgzg—90.49p=yzK—p=yzK—2C

a a2C、K-=18.5x6x0.49—2x19<0.49=27.79kPa2x19z=——= 0yK18.5x,0.49a=2.93m11E=—(H—z)p=—(6—2.93)x27.79=42.6kN/ma2 0a2作用点：—二1.02m3(2)被动土压力0、K=tg2(45o+)=2.04p2Z=Hp=yzK+2Cp2、K-=18.5x6x2Z=Hp=yzK+2Cp2、K-=18.5x6x2.04+2x19<2.04=280.7kPa— 一1 一EP=2H(2c^yK^+YHKP+2cA/K^)=-yH2Kp+2c>/K^=1005kN/mHHFx+Fx=F•X12 232354.3x6x6+226.4x6x6=1005•X23作用点的计算：2.32m2廨:K2廨:Ka=tg2(45°2)二0.33将均布荷载换算成当量的土重。qo=yh=qh==1.2mY挡土墙上表面的主动土压力：papa=yzK-2CK=17x6.2x0.33-2x10、033papa2C2x10=yzK-2C..K=0z=— = =2.1ma'a YxK17x<0.33az=z—h=2.1—1.2=0.9m011E=—(H—z)p=(5—0.9)x23.3=48kN/ma2 0a2作用点：X二1.4m33.解：K=tg2(45。-30)=0.33K=tg2(45。—15)=0.59a1 2 a2 21.第一层土的主动土压力计算p=yzK=0 p=yHK=18x2x0.33=12kPa2：第二层土的主动土压力计算料11a1YH18x2YH=Yh h=1= =1.9m112 y19.52p=yhK—2CKT=19.5x1.9x0.59—2x10x、,0.59=5.9kPaa2上2a22a2p=y(h+H)K—2C=19.5x(1.9+3)x0.59—2x10x<0.59=40.4kPaa2下2 2a2 2-a211E=—Hx12+-Hx(5.9+40.4)=81.4kN/ma21 224.解：K=tg2(45。-20)=0.49K=tg2(45。-30)=0.33a1 2 a2 2(一)第一层土的主动土压力计算—=6.1mY1—=6.1mY11.第一层土的上表面1.第一层土的上表面p=YhK=qK=100x0.49=49kPaa1上 10a1 a1p=y(h+H)K=16.5x9.1x0.49=74kPaa1下 10 1a1(二)第二层土的主动土压力计算Y(H+h)=yh'1Y(H+h)=yh'1h'=10 2Y(H+h) 18x9.1p=yh'K—2C

a2上 2a2219=8.6mvK2=19x8.6x0.33—2x10x,0.33=42kPap =(yh'+r'H)K—2cKT=(19x8.6+10x4)x0.33—2x10x%<33=56kPaa2下2 22a2 2xa211E=-Hx(49+74)+Hx(42+56)=381kN/ma21 22第七章土坡稳定一、简答题土坡失稳的机理是什么？有那些影响土坡稳定的因素。试从滑动面形式、条块受力条件及安全系数定义简述瑞典条分法的基本原则。答案：一、简答题如果靠坡面处剪切破坏的面积很大，则将产生一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象，称为滑坡。土体的滑动一般系指土坡在一定围整体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。土坡滑动失稳的原因一般有以下两类情况：(1)外界力的作用破坏了土体原来的应力平衡状态。如基坑的开挖，由于地基自身重力发生变化，改变了土体原来的应力平衡状态；又如路堤的填筑、土坡顶面上作用外荷载、土体水的渗流、地震力的作用等也都会破坏土体原有的应力平衡状态，导致土坡坍塌。(2)土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低，促使土坡失稳破坏。如外界气候等自然条件的变化，使土时干时湿、收缩膨胀、冻结、融化等，从而使土变松，强度降低；土坡因雨水的浸入使土湿化，强度降低；土坡附近因打桩、爆破或地震力的作用将引起土的液化或触变，使土的强度降低。假定滑坡体和滑面以下土体均为不变形的刚体，滑面为连续面，滑面上各点的法向应力采用条分法获得，分析每一土条受力，根据滑块刚体极限平衡条件，假定整个滑面上各点的安全系数相等，确定安

全系数。滑动体土条n,第i土条上的力：1、重力：Wi=ribihi;都为已知量；2、底面反力：Ni和Ti；3、比较所有安全系数，选最小值;假设滑动面为圆弧，不考虑条间力这时土条i仅有作用力Wi，Ni及Ti，根据平衡条件可得：M=吗cos% 3=缁sin个于是土条i上的作用力对圆心O产生的滑动力矩Ms及抗滑力矩Mr分别为：M.二£&二%£血胃安全系数:Mt=t热R=(%costan峪十6幻戍安全系数:F士(鬲+WjCGSGtftg<Pi)%ii】电第八章地基承载力第八章地基承载力一、简答题地基破坏形式有哪几种类型？各在什么情况下容易发生？影响地基承载力的因素有哪些？何谓地基的临塑荷载？如何计算？地基临界荷载的物理概念是什么？中心荷载和偏心荷载作用下，临界荷载有何区别？二、计算题1.例：某建筑物采用柱下独立基础。基础底面长度为3m,宽度为2.4m，承受中心荷载。基础埋深2.2m。地基土分为三层第一层：人工填土Y1=18.6kN/m3,第二层：粘土y广19.8kN/m3,中广220，c2=26kPa。第三层：粉质粘土Y3=16.2kN/m3,中3=150,c3二15kPa。求地基的临塑荷载和临界荷载答案：一、简答题1.(1)整体剪切破坏：其特征是，当基础上荷载较小时，基础下形成一个三角形压密区工，随同基础压入土中，这时p-s曲线呈直线关系。随着荷载增加，压密区工向两侧挤压，土中产生塑性区，塑性区先在基础边缘产生，然后逐步扩大。这时基础的沉降增长率较前一阶段增大，故p-s曲线呈曲线状。当荷载达到最大值后，土中形成连续滑动面，并延伸到地面，土从基础两侧挤出并隆起，基础沉降急剧增加，整个地基失稳破坏。这时p-s曲线上出现明显的转折点，其相应的荷载称为极限荷载。整体剪切破坏常发生在浅埋基础下的密砂或硬粘土等坚实地基中。(2)局部剪切破坏：其特征是，随着荷载的增加，基础下也产生压密区工及塑性区n，但塑性区仅仅发展到地基某一围,土中滑动面并不延伸到地面，基础两侧地面微微隆起，没有出现明显的裂缝。其曲线也有一个转折点，但不象整体剪切破坏那么明显。局部剪切破坏常发生于中等密实砂土中。(3)刺入剪切破坏：其特征是，在基础下没有明显的连续滑动面，随着荷载的增加，基础随着土层发生压缩变形而下沉，当荷载继续增加，基础周围附近土体发生竖向剪切破坏，使基础刺入土中，刺入剪切破坏的p-s曲线没有明显的转折点，没有明显的比例界限及极限荷载，这种破坏形式发生在松砂及软土中。（1）基础形状的影响：在用极限荷载理论公式计算地基承载力时是按条形基础考虑的，对于非条形基础应考虑形状不同对地基承载力的影响。（2）荷载倾斜与偏心的影响：在用理论公式计算地基承载力时，均是按中心受荷考虑的。但荷载的倾斜和偏心对地基承载力是有影响的。（3）覆盖层抗剪强度的影响：基底以上覆盖层抗剪强度越高，地基承载力显然越高，因而基坑开挖的大小和施工回填质量的好坏对地基承载力有影响。（4）地下水位的影响：地下水位上升会降低土的承载力。（5）下卧层的影响：确定地基持力层的承载力设计值应对下卧层的影响作具体的分析和验算。此外，还有基底倾斜和地面倾斜的影响，地基土压缩性和试验底板与实际基础尺寸比例的影响、相邻基础的影响、加荷速率的影响地基与上部结构共同作用的影响等等。在确定地基承载力时，应根据建筑物的重要性及结构特点，对上述影响因素作具体分析。地基的临塑荷载临塑荷载pcr是地基变形的第一、二阶段的分界荷载，即地基中刚开始出现塑性变形区时，相应的基底压力。Pcr=九的+5迎+yd=NYd+Nc九'q0cctgp-2+①临界荷载：大量工程实践表明，用Pcr作为地基承载力设计值是比较保守和不经济的。即使地基中出现一定围的塑性区，也不致危及建筑物的安全和正常使用。工程中允许塑性区发展到一定围，这个围的大小是与建筑物的重要性、荷载性质以及土的特征等因素有关的。一般中心受压基础可取zmax=b/4，偏心受压基础可取zmax=b/3二、计算题1.解：（1）求临塑荷载p=ydN+cNcr0qc总分N=3.4dN=3.4dYY 根据持力层粘土中查表N=6.0cY 18.6X1+19.8X1.2 2.2p=ydN+cN=19.26X3.4X2.2+26X6=300kpacr0d c（2）求临界荷载p=ybN+ydN+cN根据持力层粘土中查表N=6.0

cp=ybN+ydN+cN=19.8x0,6x2.4+19.26X3.4X2.2+26X6=329kpa理工大学2006－2007学年第1学期《土质学士力学》试卷（A卷）总分题号二三四五六七八九核分人得分考试方式：闭卷本试卷考试分数占学生总评成绩的70 %总复查人一、单项选择题（每题1.5分，共15分）1、对于同一种土，下列指标相比较，数值最大的是（B）A、天然密度P 8、饱和土密度psatC、干密度P， D、浮密度P'd2、某土样进行直剪试验，当法向应力为100kPa、200kPa时，测得抗剪强度工分别为50kPa、80kPa。若在土中的某一平面上作用的大主应力为250kPa，小主应力为90kPa，该平面（A）A、剪坏B、未剪坏C、处于极限平衡状态 口、无法确定TOC\o"1-5"\h\z3、已知某砂土的天然孔隙比e=0.30，最大孔隙比e=0.76，最小孔隙比e=0.11则该max min砂土处于（A）状态。A、密实 B、中密 C、松散 D、稍密4、在实际工程中地基土发生流沙的水动力条件是（ A）A、G=ri>r' B、G=ri<r'C、G=ri>rD、G=ri<rdw dw dw dw5、对粘性土的软硬状态分类的依据是（C）A、液限 B、塑性指数 C、液性指数 D、塑限6、已知某均质地基地下水位在地表面下深2m处。地基土的重度r=17.6kN/m3，饱和重度r=18.0kN/m3，则地表面下深3m处土的竖向自重应力为（ D）satA、40.2kPaB、54kPa C、52.8kPaD、53.2kPa7、下列各项对附加应力无影响的是（D）A、荷载的大小和作用位置 B、基础的埋深C、基础的底面尺寸 D、基础底面以下土的重度8、独立基础基底矩形面积上受三角形分布荷载作用下，附加应力系数与（B）有关。A、b B、l C、b D、和以上三个均有关l b z9、下列关系式中，正确反应压缩系数a的表达式为（D）.e—e p—p p—p e—eA、a=2^ B、a= 1C、a= 1D、a= 2p—p e—e e—e p—p2 1 2 1 12 2 110、土中一点发生破坏时，破裂面与大主应力作用面的夹角为（B）A、45o-①2B、45o+%/2 C、45oD、45o-①^得分评卷人^得分评卷人二、填空题（每空1分，共15分）1、土一般是由、和三种物质组成的。2、评定土颗粒级配情况的两个指标系数名称及表达式、。3、当粘性土含水率逐渐减小，土体所处状态由流动状态变到可塑状态的分界含水率叫。4、达西定律容,适用于。5、比较土中前期最大固结压力与土中现又覆盖土重的大小，土可以处在正常固结、和三种状态。6、目前国常用的计算地基沉降的方法有和《建筑地基基础设计规》推荐的方法。7、地基最终沉降量由瞬时沉降量、和次固结沉降量这三部分组成。8、作用在挡土墙墙背上的土压力有三种静止土压力、和，在相同的墙高和填土条件下，三种土压力的大小关系为 。得分评卷入 三、简答题（30分）1、简述有效应力原理。（5分）2、地基中附加应力的扩散规律。（5分）3、试推导^=4°十坟方”,-1。（5分）P4、分层总和法最终沉降量的计算步骤。（5分）…. 一，、 1 ..5、地基极限荷载的一般计算公式p=1ybN+cN+qN各参数所代表的含义。（5分）u2r c q6、试阐述两种古典土压力理论一朗肯土压力理论和库仑土压力理论的理论依据和基本假定。（5分）留■: 得分评卷人四、计算题（40分）■j L某原状土样经试验测得体积V=60cm3,湿土的质量m=108g，烘干: 后的质量ms=96.43g。土粒的相对密度为2.7,试求该土的p、y,y、w、e、n、; dsatS Sr。（12分）

2、某挡土墙的墙背光滑垂直，填土为某砂土表面水平，墙高7m,填土分两层，各层土物理力学指标见图地下水水位在地面以下3m处填土表面作用有q=50kPa的连续均布荷载。求作用在挡土墙上的总主动土压力，水压力并且画出应力分布图。（16分）q=50kPar=17.5kN/m3r=17.5kN/m36=25or=19.5kN/m36=32ort=21kN/m3sat： 3、某地基土土层厚10m渗透系数k=18mm/year,初始孔隙比e0=1.0,压缩系数： a=0.3MPa-1，其表面透水，底层为沙层，表面作用有大面积的均布荷载甚值为120kPa。: 设荷载瞬时施加，求：; （1）固结完成1/4所需的时间。（6分）j （2）一年后地基的沉降量。（提示：大面积荷载，土层中附加应力沿深度均匀分布；土层按j 一层计算）（6分）而： 理工大学2006-2007学年第一学期外: 《土质学土力学》A卷答案及评分标准一、单项选择题（每题1.5分，共15分）:1、B:2、A；3、A：4、A疝呼5、C想！6、D:7、D：8、B:9、D10、B二、填空题（每空1分，共15分）1、固体颗粒液体气体TOC\o"1-5"\h\zd d22、粒径级配不均匀系数C=do 曲率系数C=-2^-ud cdd10 60103、液限攻l4、u=ki层流超固结次固结分层总和法固结沉降量8、主动土压力被动土压力 p<p<paop三、简答题（30分）1、简述有效应力原理。（5分）答：1）通过砂土的骨架传递的应力称为有效应力，用b来表示。这种有效应力可以使土层发生压缩变形，从而使土的强度发生变化。（2分）2）通过孔隙中的水来传递的应力称为孔隙水压力，用u表示。这种孔隙水压力不能使土层发生压缩变形。（2分）3）作用在土体任一面上的总应力o是孔隙水压力u和有效应力b之和，表示为o=o'+u。（1分）2、地基中附加应力的扩散规律。（5分）答：1）在地面下任一深度的水平面上，各点的附加应力非等值，在集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减小。（2分）2）距离地面越远，附加应力分布的围越广，在同一竖向线上的附加应力随深度而变化。超过某一深度后，深度越大，附加应力越小。（3分）2G+攻）p3八3、试推导e=m ^-1。（5分）p(v-v)(v-v)v m -1—vvmmpm—m——一1—pmm(m+m)p m w m-1pmmp（1+w）1 2p（1+w）1—m-1—mw-1pp4、分层总和法最终沉降量的计算步骤。（5分）答：1.用坐标纸按比例绘制地基土层分布剖面图和基础剖面图（0.5分）.计算地基土的自重应力（0.5分）.计算基础底面接触压力（0.5分）.计算基础底面附加应力（0.5分）.计算地基中的附加应力分布（0.5分）

.确定地基受压层深度（0.5分）.沉降量计算分层（0.5分）.计算各土层的压缩量（0.5分）.计算地基最终沉降量（1分）15、地基极限荷载的一般计算公式p=1ybN+cN+qN各参数所代表的含义。（5分）u2rcq答：p—地基极限荷载，KPa；（1分）uY—基础底面以下地基土的天然重度，KN/m3；（1分）c—基础底面以下地基土的粘聚力，KPa；（1分）q—基础的旁侧荷载，其值为基础埋深围土的自重应力Yd，KPa；（1分）N,N,N—地基承载力系数。（1分）Ycq6、试阐述两种古典土压力理论一朗肯土压力理论和库仑土压力理论的理论依据和基本假定。（5分）答：（1）朗肯土压力理论的理论依据：研究半无限土体在自重作用下的应力状态，当土体向两侧平行外移，土体各点应力从弹性平衡状态发展到极限平衡状态，提出墙后土体达极限平衡状态时，采用莫尔库仑极限平衡条件，计算挡土墙土压力的理论。（2分）基本假定：挡土墙的墙背竖直光滑；挡土墙后填土表面水平。（1分）（2）库仑土压力理论的理论依据：根据挡土墙后滑动契体达到极限平衡状态时的静力平衡方程条件提出的