土力学与基础工程作业

一、单向选择题（每题1分，共13分）

1.下列哪种地基不属于人工地基（A）。［第一章］

A.第四纪沉积土地基

B.换填碎石土地基

C.强夯粘土地基

2.在一般高层建筑中，基础工程造价约占总造价的（B）。［第一章］

A.5%

B.25%

C.55%

3.下列三种粘土矿物中，（A）含量高的土可塑性最高。［第二章］

A.蒙脱石

B.伊利石

C.高岭石

4.对于级配连续的土，（C）级配良好。［第二章］

A.Cu<5

B.Cu=5

C.Cu>5

5.满足条件（B）的土为级配良好的土。［第二章］

A.Cu<5,Cc>3~6

B.Cu>5,Cc=1~3

C.Cu<5,Cc>2~5

6.若将地基视为均质的半无限体，土体在自重作用下只能产生（A）。［第三章］

A.竖向变形

B.侧向位移

C.剪切变形

7.单向偏心荷载作用在矩形基础上，偏心距e满足条件1C）时，基底压力呈梯形分布（L

为矩形基础偏心方向边长）［第三章］

A.e>U6

B.e=L/6

C.e<L/6

8.上软下硬双层地基中，土层中的附加应力比起均质土时，存在（A）现象。［第三章］

A.应力集中

B.应力扩散

C.应力不变

9.士的压缩之中，下列三个部分中，（C）所占的压缩量最大。［第四章］

A.固体土颗粒被压缩：

B.土中水及封闭气体被压缩；

C.水和气体从孔隙中被挤出。

10.土的压缩试验中，压缩仪（固结仪）中的土样在压缩过程中（B）°［第四章］

A.只发生侧向变形

B.只发生竖向变形

C.同时发生竖向变形和侧向变形

11.土的压缩系数a1-2位于（A）范围时，土为低压缩性土。［第四章］

A.a1-2<0.1MPa-1

B.0.1MPa-1^a1-2<0..MPa-1

C.a1-2^MPa-1

12.采用规范法计算地基沉降时，沉降经验系数2s与（C）无关。［第四章］

A.基底附加压力值

B.沉降计算深度范围内压缩模量的当量值

C.基础底面形状

13.超固结比（OCR）指的是（A）。［第四章］

A.土的先期固结压力与现有土层自重应力之比

B.现有土层自重应力与土的先期固结压力之比

C.现有土层自重应力与土的后期固结压力之比

二、填空题（每空2分，共20分）

1.未经人工处理就可以满足设计要求的地基称为天然地基。［第1章］

2.基础是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。［第1章］

3.土的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机质。［第2章］

4.土的颗粒级配曲线平缓说明土的颗粒不均匀，级配良好。［第2章］

5.土的自重应力不引起地基变形，只有作用于地基上的附加压力，才是地基压缩变形的主要

原因。［第3章］

6.地基中的附加应力是由建筑物荷载引起的应力增量。［第3章］

7.土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程，称为土的固结。［第4章］

8.对于堤坝及其地基，孔隙水主要沿两个方向渗流，属于二维固结问题。［第4章］

三、简答题（共37分）

1.地基与基础设计必须满足哪三个基本条件？［第1章］

（答案详见教材P1页。）

答：地基与基础设计必须满足三个基本条件：①作用于地基上的荷载效应（基底压应力）不

得超过地基容许承载力或地基承载力特征值，保证建筑物不因地基承载力不足造成整体破

坏或影响正常使用，具有足够防止整体破坏的安全储备;②基础沉降不得超过地基变形容许

值，保证建筑物不因地基变形而损坏或影响其正常使用；③挡土墙、边坡以及地基基础保证

具有足够防止失稳破坏的安全储备。

2.简述新中国成立后我国的土力学与基础工程学科的发展情况。［第1章］

（答案详见教材P3页。）

新中国的成立，为解放我国生产力和促进我国科学技术的发展开辟了一条广阔的道路，也

使土力学与基础工程学科得到了迅速的发展。解放后，我国在建筑工程中成功地处理了许多

大型和复杂的基础工程。利用电化学加固处理，采用管柱基础、气筒浮运沉井基础等。

自1962年以来，先后召开了八届全国土力学与基础工程会议，并建立了许多地基基础研究

机构、施工队伍和土工试验室，培养了大批地基基础专业人才。不少学者对土力学与基础工

程的理论和实践作出了重大贡献，受到了国际岩土界的重视。

近年来，我国在工程地质勘察、室内及现场上工试验、地基处理、新设备、新材料、新工艺

的研究和应用方面，取得了很大的进展。在地基处理方面，振动碾压、振动水冲、深层搅拌、

高压旋喷、粉体喷射、真空预压、强夯以及各种土工聚合物和托换技术等在土建、水利、桥

隧、道路、港口、海洋等芍关工程中得到了广泛应用，井取得了较好的经济技术效果。随着

电子技术及各种数值计算方法对各学科的逐步渗透，试验技术也日益提高，各种设计与施

工规范或规程等也相应问世或F1臻完善。

随着我国社会主义建设的向前发展，对基础工程要求的日益提高，我国土力学与基础工程

学科也必将得到新的更大的发展。

3.简述三种粘土矿物的结构特征及其基本的工程特性。［第2章］

（答案详见教材P5页。）

（1）蒙脱石。结构单元（晶胞）是由两层硅氯晶片之间夹一层铝氢氧晶片所组成，称为2:

1型结构单位层或三层型晶胞。由于晶胞之间是0-2对0-2的联结，故其键力很弱，很容易

被具有氢键的水分子锲入而分开。当土中蒙脱石含量较大时，则该土可塑性和压缩性高，强

度低，渗透性小，具有较大的吸水膨胀和脱水收缩的特性。

（2）伊利石。司属2:1型结构单位层，晶胞之间同样键力较弱。伊利石在构成时，部分硅片

中的Si4+被低价的AI3+、Fe3+等所取代，因而在相邻晶胞间将出现若干一正价阳离子（K1

+）以补偿晶胞中止电荷的不足。嵌入的K1+离子，增强了伊利石晶胞间的联结作用。所以

伊利石晶胞结构优于蒙脱石。其膨胀性和收缩性都较蒙脱石小。

（3）高岭石。它是由一层硅氧晶片和一层铝氢氧晶片组成的晶胞，属于1:1型结构单位层

或两层型。这种晶胞一面露出氢氧基，另一面则露出氧原子。晶胞之间的联结是氧原子与氢

氧基之间的氢键，它具有较强的联结力，因此晶胞之间的距离不易改变，水分子不能进入，

晶胞活动性较小，使得高岭石的亲水性、膨胀性和收缩性均小于伊利石，更小于蒙脱石。

4.简述土的结构及构造的基本类型。［第2章］

（答案详见教材P6-15页。）

土的结构是指土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。一般

分为单粒结构、蜂窝结构及三种基本类型。

（1）

单粒结构是由粗大土粒在水或空气中下沉而形成的。全部由砂粒和更粗土粒组正的土都具有

单粒结构。因其颗粒大，土粒间的分子吸引力相对很小，所以颗粒之间几乎没有联结，湿砂

地可能使其具有微弱的毛细水联结。单粒结构可以是疏松的，也可以是紧密的。紧密状的单

粒结构土，由于排列紧密，在动、静荷载作用下都不会产生较大的沉降，所以强度大，压缩

性小，是较为良好的天然地基。而具有疏松单粒结构的土，其骨架不稳定，当受到振动时或

其他外力作用时，土粒易于发生移动，土中孔隙剧烈减少，引起土体较大变形，因此，这种

土层如未经过处理一般不宜作为建筑物的地基。

(2)

蜂窝结构是主要由粉粒（0.075-0.005mm）组成的土的结构形式。粒径在0.075~0.005mm

的土粒在水中沉积时，基本上是以单个土粒下沉，当碰上已沉积的土粒时，由于它们之间的

相互引力大于其重力，土粒就停留在最初的接触点上不再卜沉，逐渐形成土粒链。土粒链组

成弓架结构，形成具有很大蜂窝状的结构。具有很大蜂窝结构的土有很大的孔隙，但由于弓

架作用和一定程度的粒间式结，使其可承担一般的水平静荷载。但当其承受较高水平荷载或

动力荷载时，其结构将破坏，导致严重的地基沉降。

（3）

絮凝结构：絮凝沉枳形成的土，在结构上是极不稳定的，随着溶液性质的改变或受到震荡后

可重新分散。在很小的施工扰动下，土粒之间的连接脱落，造成结构破坏，强度迅速降低。

但土粒之间的联结强度（结构强度）往往由「长期的压密和胶结作用而得到加强。可见，粘

粒间的联结特征是影响这•类土工程性质的主要因素之-O

土的构造是在同一土层上的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征。

土的构造最主要的特征就是成层性，即层理结构。它是在土的形成过程中，由不同阶段沉积

的物质成分、颗粒大小或颜色的不同，而沿竖向呈现的成层特征。另一个特征是土的裂隙性,

裂隙的存在大大降低土体的强度和稳定性，增大透水性，对工程不利。此外，也应该注意到

土中有无包裹物以及天然或人为的孔洞存在，这些构造特征都造成土的不均匀性。

5.简述土的有效应力原理:［第3章］

（答案详见教材P6-15页。）

土是一种由三相物质（固体颗粒、孔隙水、气体）构成的碎散材料，受力后存在着外力如何

由三种成分来分担、各分担应力如何传递与相互转化，以及它们与材料变形与强度有哪些关

系等问题。太沙基早在1923年发现并研究了这些问题，并于1936年提出了土力学中最重

要的有效应力原理，这是土力学成为一门独立学科的重要标志。其主要含义归纳如下：

1.饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分。

2.土的变形（压缩）与强度的变化只取决于有效应力的变化。

6.简述均布矩形荷载下地基附加应力的分布规律。［第3章］

（答案详见教材P61页。）

任何建筑物都要通过•定尺寸的基础把荷载传给地基。基础的形状和基础底面的压力分布各

不相同，但都可以利用集中荷载引起的应力计算方法和弹性体中的应力叠加原理，计算地

基内各点的附加应力。求矩形荷载下地基附加应力时，可以先求出矩形面积角点下的应力,

再利用“角点法”求出任意点下的应力。

①附加应力。Z自基底起算，随深度呈曲线衰减；②。Z具有一定的扩散性。它不仅分布在

基底范围内，而且分布在基底荷载面枳以外相当大的范围之卜；③基底下任意深度水平面上

的。Z,在基底中轴线上最大，随距中轴线距离越远而越小。

7.分层总和法计算地基最终沉降量时进行了哪些假设？［第4章］

（答案详见教材P76页。）

①计算土中应力时，地基土是均质、各向同性的半无限体；②地基土在压缩变形时不允许侧

向膨胀，计算时采用完全侧限条件下的压缩性指标：③采用基底中心点下的附加应力计算地

基的变形量。

8.太沙基的・维固结理论进行了哪些假设？［第4章］

（答案详见教材P90页。）

①土中水的渗流只沿竖向发生，而且渗流服从达西定律，土的渗透系数k为常数。②相对于

土的孔隙，土颗粒和土中水都是不可压缩的，因此土的变形仅是孔隙体积压缩的结果，而土

的压缩服从压缩定律。③土是完全饱和的，土的体积量同土孔隙中排出的水量相等，而且压

缩变形速度取决于土中水的渗流速率。

四、计算题（共30分）

1.一块原状土样，经试验测得土的天然密度为含水量为11%,土粒相对密度为2.

5,求孔隙比、孔隙率和饱和度。

（解答过程参见教材P18页例2.1。）［第2章］

解：孔隙比

e=-1=-1=0.632

孔隙率

n===38.7%

饱和度

Sr===43.5%

2.有一矩形底面基础b=4m,L=6m,其上作用均布荷载=100kPa,用角点法计算矩形基础

角点k点下深度z=8m处N点的竖向应力值。

（解答过程参见教材P55页例2.1。）［第3章］

解：将R点置于

假设的矩形受

荷面积的角点

处，按角点法计

算N点的附加

应力。N点的附

加应力是由受

荷面积(ajki)

和(iksd)引起

的附加应力之