土力学的几个问题

(1) 何谓土粒粒组？土粒六大粒组划分标准是什么？各规范规定为 何有差异？ 工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。粒组间的分界线是 人为划定的，划分时应使粒组界限与粒组性质的变化相适应，并按一 定的比例递减关系划分粒组的界限值。对粒组的划分，我国有关规范均将砂粒粒组与粉粒粒组的界限为0.075m m。其余粒组划分标准中岩土工程勘察规范(GB5002194)和建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)相同，但土的工程分 类标准(GBJ14590)中将卵石粒组与砾石粒组界限定为60mm(2) 在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定的？其余指标的导 出思路主要是什么？ 通过试验测定的指标有土的密度、土粒密度和含水量，换算指标包括 土的干密度(干重度)、饱和密度(饱和重度)、有效重度、孔隙比、 孔隙率和饱和度。换算指标可以从其基本定义出发通过三相组成的体 积、重量关系导出。(3) 砂土的密实度如何判别？不同指标如何使用？ 砂土的密实程度并不完全取决于孔隙比，而在很大程度上还取决于土 的级配情况。粒径级配不同的砂土即使具有相同的孔隙比，但由于颗 粒大小不同，颗粒排列不同，所处的密实状态也会不同。为了同时考 虑孔隙比和级配的影响，工程中一般采用砂土相对密实度将砂土划分 为密实、中密、和松散三种密实度。实际工程中还有利用标准惯入试 验指标N63.5值的大小评判砂土的密实度。(4) 在土类定名时，无粘性土与粘性土各主要依据什么指标？ 无粘性土依据的是土粒的粒径大小与级配，粘性土则主要依据土的状 态特性指标塑性指数来定名。(5) 达西渗透定律的应用条件是什么？ 达西定律是由砂质土体实验得到的，后来推广应用于其他土体如粘土 和具有细裂隙的岩石等。在某些条件下，渗透并不一定符合达西定律， 当渗透速度较小时，砂土、粘土中的渗透速度很小，其渗流可以看作 是一种水流流线互相平行的流动层流，渗流运动规律符合达西定 律。粗颗粒土(如砾、卵石等)当水力梯度较小时，流速不大，渗流 可认为是层流,达西定律仍然适用。当水力梯度较大时，流速增大， 渗流将过渡为不规则的相互混杂的流动形式紊流 ,这时达西定律不再 适用。因此，在实际工作中我们还要注意达西定律的适用范围。(6) 渗透变形中那种变形容易发生？ 渗透变形的发生与地基土的性质有很大关系，在比较均匀的粉砂层中 较易发生流砂现象，而在粗粒土中夹有细粒土时，则容易发生管涌现 象。(7) 地基中自重应力的分布有什么特点？ 自重应力沿深度方向为线性分布(三角形分布)在土层的分层界面和 地下水位处有转折。(8) 为什么自重应力和附加应力的计算方法不同？自重应力的应力状态可看成一个二维应力状态(s2=s3),而附加应力 计算中除条形荷载情况外一般为三维应力状态。(9) 影响基底反力分布的因素有哪些？ 基底地基反力的分布规律主要取决于基础的刚度和地基的变形条件。 对柔性基础，地基反力分布与上部荷载分布基本相同，而基础底面的 沉降分布则是中央大而边缘小，如由土筑成的路堤，其自重引起的地 基反力分布与路堤断面形状相同。对刚性基础(如箱形基础或高炉基 础等)，在外荷载作用下，基础底面基本保持平面，即基础各点的沉 降几乎是相同的，但基础底面的地基反力分布则不同于上部荷载的分 布情况。刚性基础在中心荷载作用下，开始的地基反力呈马鞍形分布； 荷载较大时，边缘地基土产生塑性变形，边缘地基反力不再增加，使 地基反力重新分布而呈抛物线分布，若外荷载继续增大，则地基反力 会继续发展呈钟形分布。(10) 目前根据什么假设计算地基中的附加应力？这些假设是否合理 可行？目前计算土中应力的方法仍采用弹性理论公式，将地基土视作均匀 的、连续的、各向同性的半无限体，由于土是三相体，具有明显的各 向异性和非线性特征，这种假定同土体的实际情况有差别，不过其计 算结果尚能满足实际工程的要求。另外，在双层地基中，坚硬土层上 覆盖着不厚的可压缩土层即薄压缩层情况下，将会发生应力集中的现 象，而软弱土层上有一层压缩性较低的土层即硬壳层情况中则将发生 应力扩散现象，这些情况目前的附加应力计算方法 都还无法考虑 进 去。(11) 为什么可以说土的压缩变形实际上是土的孔隙体积的减小？ 在常规的地基压力下土中颗粒本身的压缩非常小，可以忽略，即只考 虑土的孔隙体积的减小。(12) 为何有了压缩系数还要定义压缩模量？ 压缩系数是室内验算试验中最直接得到的指标，是土力学所特有的指 标之一。压缩模量的定义主要是为了利用虎克定律而设置，工程中也 比较习惯使用这一指标。(13) 计算地基最终沉降量的分层总和法与应力面积法的主要区别有 那些？二者实用性如何？(1) 分层总和法与应力面积法的分层原则不同。分层总和法采用尽 可能小的薄层而应力面积法则一般采用土层的天然分层(地下水位处 也有分层）。（2）使用的变形参数（压缩模量或压缩系数）有区别。分层总和法 一般取对应薄层的荷载下的变形参数，而应力面积法采用的则是平均 压力下的计算参数（工程中通常使用E1 2）。（3）地基沉降计算压缩层深度的确定不同。分层总和法采用附加应 力与自重应力比值确定，而应力面积法则采用试算方法确定。 由于应力面积法在工程实践中已经积累了丰富的经验，故在实际工程 较多采用应力面积法。（14）饱和土的大沙基一维固结理论考虑的主要因素有那些？ 主要有土层的厚度、排水条件、渗渗透系数和固结时间等因素。（15）太沙基的有效应力原理与实际情况差别有多大？ 实际工程中的土中渗流问题一般都是三维问题，而且土的渗透系数在 竖向与水平方向的差别也比较大，故在地基固结问题中采用三维固结 理论考虑渗流的空间效应非常重要。但三维固结理论计算方法复杂， 计算参数也很难获得，给实际使用带来了困难。在通常的地基固结中， 按一维有侧限应力状态考虑采用太沙基的有效应力原理进行分析计 算虽然有误差，但在目前条件下借助一定经验判断还是非常有效的。（16）固结度的物理意义是什么？地基土的固结度是指土中超孔隙水压力随着时间的推移而消散的程度，固结度越大，超孔隙水压力减小越多而土层中的有效应力增加越 多。故将其定义为土层在固结过程中，t时刻土层各点土骨架承担的 有效应力图面积与起始超孔隙水压力(或附加应力)图面积之比。(17) 土的应力历史对土的压缩性有何影响？ 在同等压力下，欠固结土的压缩性最大，而土层的超固结程度越高， 土层的压缩性越小。(18) 土的抗剪强度是不是一个定值？ 对同一种土，其抗剪强度也不是一个定值，它与土层的加荷方式(动、 静、循环与否)、加荷速度(快慢)、土层的排水条件以及土层的应力 历史等有很大关系。(19) 解释土的内摩擦角和粘聚力的含义。内摩擦角代表的是土的内摩阻力，内摩阻力包括土粒之间的表面摩擦 力和由于土粒之间的连锁作用而产生的咬合力。咬合力是指当土体相 对滑动时，将嵌在其它颗粒之间的土粒拔出所需的力，土越密实。连 锁作用则越强。粘聚力包括原始粘聚力、固化粘聚力和毛细粘聚力。原始粘聚力主 要是由于土粒间水膜受到相邻土粒之间的电分子引力而形成的，当土 被压密时，土粒间的距离减小，原始粘聚力随之增大，当土的天然结 构被破坏时，原始粘聚力将丧失一些，但会随着时间而恢复其中的一 部分或全部。固化粘聚力是由于土中化合物的胶结作用而形成的，当 土的天然结构被破坏时，则固化粘聚力随之丧失，而且不能恢复。毛 细粘聚力是由于毛细压力所引起的，一般可忽略不计。(20) 土中达到极限平衡状态是否地基已经破坏？ 不一定。地基破坏是在土中形成了一定范围的滑动区域(连续滑动面) 或一定区域的土层进入塑性状态，具有一个从量变到质变的过程，土 中许多点达到极限平衡状态后才能引起地基破坏。(21) 直剪试验与三轴试验的实际使用情况如何？ 由于直剪试验具有操作简便的优点，目前在实际工程中用的最多，但 在一些超高层的建筑中，为了提高试验数据的准确性和适用性常常使 用三轴试验。(22) 为什么直剪试验要分快剪，固结快剪及慢剪？这三种试验结果有 何差别？ 主要是模拟实际工程中的不固结不排水、固结不排水和固结排水三种 条件，一般来说，快剪，固结快剪和慢剪得出的强度值是依次递增的。(23) 在土的极限平衡评判中，当 s1 不变时，为什么 s3 越小越容易破坏？ si不变时，为什么S3越小越容易破坏？从摩尔应力圆的大小变化即可看出，如果si不变，s3变小时摩尔应力圆是逐步增大的，它与强度包络线距离也越来越近，故 s3 越小越 容易破坏。(24) 土体中发生剪切破坏的平面为什么不是剪应力值最大的平面？ 判断土中发生破坏的条件是强度包络线与摩尔应力圆的距离，一般情 况下，与最大主应力面成(45+j/2)的平面最靠近强度包络线，即 破裂面与大主应力面通常成(45+j/2)的角度。只有当j = 0时(饱 和软土不排水剪切)，破裂面与最大剪应力平面才是一致的。(25) 饱和软粘土不固结结不排水剪切试验为什么只有Cu的结果？ 饱和软粘土在不固结结不排水的条件下剪切时，由于土粒表面完全被 水包裹，表面摩擦力和土粒之间的咬合力都非常小，土粒相对滑动时 几乎不产生摩擦力，试验得到的内摩擦角ju0,故其试验结果只有 Cu 值。(26) 土的抗剪强度为什么既有总应力表示法又有有效应力表示法？ 哪一种方法比较合理？为什么？由于土中应力可分别用总应力和有效应力表示，与此对应的土的抗剪 强度就既有总应力表示法又有有效应力表示法。从理论上讲，土的抗 剪强度的有效应力表示法更为合理，但由于实际地基中孔隙水压力的 测定存在较大困难，其应用受到很大限制。(27) 影响挡土墙上土压力的因素中那些最主要，强度指标与位移对土 压力的影响效果如何？挡土墙上土压力的因素主要包括墙后土体物理性质与强度、挡土墙的 形状和高度、挡土墙与土体间的摩擦力、地下水位情况以及墙体位移 等。其中土的强度指标与墙体位移对土压力的影响非常大。(28) 地下水位升降对土压力的影响如何？ 地下水升高将使自重应力减小从而使土压力减小，但另一方面却使水 压力增加，对挡土墙而言总压力却是增大的。另外，地下水位的上升 还可能引起土体强度的降低。(29) 在软粘土地基上填筑路基时，为了保证路堤不致发生滑动破坏， 可以采取那些措施？ 有条件的情况下可以减缓填土速度，使地基有足够的固结排水时间， 促使其抗剪强度增加。也可以对地基预先进行地基处理，如排水预压 或砂井、注浆处理等。(30) 地基变形的三个阶段各有什么特点？地基的破坏型式中分别在 什么情况下容易发生？ 地基变形的第一阶段是近似线性阶段，第二阶段是部分塑性变形阶 段，第三阶段是完全塑性变形阶段。地基的破坏主要有三种型式，整体破坏一般发生在较硬的土层中，一般土层中发生局部破坏的情况较多，而软土中常常发生刺入破坏。(31) 临塑荷载、界限荷载及极限荷载三者有什么关系？ 临塑荷载、界限荷载及极限荷载分别对应地基受荷与变形的不同阶 段，临塑荷载对应于地基变形的第一阶段的结束点即刚刚出现塑性变 形的情况；界限荷载与其定义有关，常用的 P1/4 公式是对应于塑性 开展区深度为基础宽度的1/4 时的荷载大小；极限荷载则是地基完全 进入塑性变形阶段的荷载。(32) 几个极限承载力公式的适用条件是什么？它们各有何特点？ 斯开普顿公式适用于计算饱和软粘土地基的承载力；太沙基公式适用 于计算地基与基础有完全约束的条形基础；汉森公式能适用各种荷载 与基础形式，但其计算精度与当地经验有关。