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99级土力学试卷及标准答案 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，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担的力之 和，即 = 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？ ( 2分 ) 答：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，对天然土， OCR1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：当压力增量相同时，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） 2. 简述影响土压实性的因素？（ 8分） 答： 土压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。 对粘性土，含水率的影响主要表现为当含水率较低时，相同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。 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： 粘性土通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） 粗粒含量对压实性有影响，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 ) 答： 相同点：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、墙后填土面倾斜情况不适 用； (2 分 ) 库伦土压力理论优点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况适用；缺点：不便考虑粘性土 的情况； (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） 答：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尤其是压实性有关，一般而言，对于坚实或密实的土 具有较低的压缩性，通常呈现整体剪切破坏对于软弱黏土或松沙地基具有中高压缩性，常 常呈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 =20kN/m3） .（分） 解： 1（ 1） s1=20*1+(21-9.8) 2=42.4 s2=42.4+(21-9.8) 2=62.8 粘土层平均自重应力： ( s1+ s2)/2=52.6 (2 分 ) s = H lg(p0+ p)/ 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 Tv=0.64 所以， t= TvH2/CV=0.64 (200/2)2/0.003=2.13 106 S (2) 地下水位下降到 2米以后，会产生新的压缩量： (2分 ) s1 52.6+100=152.6= p0 kPa s2 152.6+9.8 2 172.2 kpa 地面 地下水位 1 m 2 m 2 m 砂土 粘土层 砂土 s a t = 2 1 k N /m 3 s a t = 2 0 k N /m 3 = 2 0 k N /m 3 e0 =e0-cclg(p0+p)/ p0=0.833 所以 s = H lg(p0 + p)/ ( p+p0)/(1+e0 ) =200*lg172.2/152.6/(1+0.833) =5.73 cm (3分 ) 2. 设地基内某 点的大主应力为 k，小主应力为 k，孔隙水 应力为 k。土的有效凝聚力为 c=2 k，有效内摩擦角 =24判 断该点是否达到破坏状态。 (7 分 ) 解： 1 1-u=50-100=450kpa 3 = 3-u=300-100=200kpa (2分 ) 令 1f = 1 =450 kpa 3f tg2(45- 2)-2c tg(45- 2) 450 tg2(45-24 2)-2 20 tg(45-24 2) 450 0.422 40 0.649 163.9kPa 3 （ 4分） 所以该点达到破坏状态 （ 1分） 3.某正常固结饱和粘性土，经三轴固结不排水剪切试验测得 cu=20 , Ccu=0 及 =30 ,c=0；试问在小主应力 3f=100kpa时，试样达到破坏的大主应力 1f应 当是多少？此时的孔隙水应力 uf是多少？该土在 200kPa 固结应力下的不排水强度 为多少？ (13 分 ) 解： 1f= 3ftg2(45+ 2)-2ctg(45+/2) =100 tg2(45+20 2) =204kpa 1f - 3f 1f- 3f 104kPa sin =( 1f - 3f ) / ( 1f + 3f ) 故 ： 1f + 3f ( 1f - 3f ) / sin =208kPa 1f =156kpa 3f =52kpa uf= 1f- 1f =204-156=48 kPa 3f= c=200kpa 1f 3ftg255=408kPa 所以 ： Cu=( 1f - 3f)/2=204kPa (4分 ) 4 .计算下图土坡复合滑动面的稳定安全系数。（ 2分） 答： 假定复合滑动面的交接点在坡肩和坡脚的下端 ,则： ka=tg2(45- 2) =1/3 （ 2分） kp= tg2(45+ 2)=3 （ 2分） pa=rH12 ka/2=18 12 12/6=432 kN/m pp= rH22 kp/2=18 5 5 3/2=675 kN/m W=rA=18 9 (5+12)=1224kn/m （ 4 T=cl+wtg=20 16+1224tg5=427.1 kN/m Fs=( pp+ T)/ pa=2.55 （ 4分） 00 级土力学试卷及标准答案 （土木、交通类） 2002.12 一、名词解释 (每题 3 分 ) 1. 最优含水率 :对于一种土，分别在不同的含水率下，用同一击数将他们分层击实，测定含 水率和密度然后计算出干密度，以含水率为横坐标，以干密度为纵坐标，得到的压实曲线中， 干密度的随着含水率的增加先增大后减小在干密度最大时候相应的含水率称为最优含水 率。 2. 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。 3. 前期固结应力 ： 土在历史上曾 受到的最大有效应力称为前期固结应力。 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。 L= 5. 粘土的残余强度 ： 粘性土在剪应力作用下，随着位移增大，超固结土是剪应力首先逐渐 增大，而后回降低，并维持不变；而正常固结土则随位移增大，剪应力逐渐增大，并维持不 变，这一不变的数值即为土的残余强度。 二、是非题 (每题 1 分 ) 1附加应力大小只与计算点深度有关，而与基础尺寸无关。 （） 2完全饱和土体，含水量 w=100 （） 3固结度是个 反映土体固结特性的指标，决定于土性质和土层几何尺寸，不随时间变 化。 ( ) 4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。 （） 5 土的固结系数越大，则压缩量亦越大。 （） 6击实功能（击数）愈大，土的最优含水率愈大。 （） 7当地下水位由地面以下某一深度上升到地面时地基承载力降低了。 （） 8根据达西定律，渗透系数愈高的土，需要愈大的水头梯度才能获得相同的渗流速度。 （） 9三轴剪切的 CU试验中，饱和的正常固结土将产生正的孔隙水应力，而饱和的强超固结土 则可能产生负的孔隙水应力。 （） 10不固结不排水剪试 验得出的 值为零（饱和粘土）。 （） 三、填空题 (每题 3 分 ) 1 .土的结构一般有 单粒结构 、 蜂窝状结构 和 絮状结构 等三种，其中 絮状结构 结 构是以面边接触为主的。 2. 常水头渗透试验适用于 透水性强的无粘性土 ，变水头试验适用于 透水性差的粘性 土 。 3. 在计算矩形基底受竖直三角形分布荷载作用时，角点下的竖向附加应力时，应作用两点， 一是计算点落在 角点 的一点垂线上，二是 B始终指 宽度 方向基底的长度。 4.分析土坡稳定的瑞典 条分法与毕肖甫法其共同点是 假设滑动面是圆弧面 、 假定滑动 体为刚体 ，不同点是 瑞典条分法不考虑条间力 。 5. 地基的破坏一般有 整体剪切破坏 、 局部剪切破坏 和 冲剪破坏 等三种型式，而 其中 整体剪切破坏 破坏过程将出现三个变形阶段。 四、问答及简述题 (共 30 分 ) 1. 为什么说在一般情况下 ,土的自重应力不会引起土的压缩变形（或沉降），而当地下 水位下降时，又会使土产生下沉呢？ (10分 ) 答：一般情况下，地基是经过了若干万年的沉积，在自重应力作用下已经压缩稳定了。 自重应力已经转变为有效应力 了，这种情况下，自重应力不会引起土体压缩。但如土体是 新近沉积，自重应力还未完全转变未有效应力，则自重应力将产生压缩。（ 5分） 当地下水位下降时， 部分土层从水下变为水上，该土层原来受到浮托力作用，现该浮 托力因水位下降而消失，相当于在该土层施加了一个向下的体积力，其大小等于浮托力。 该力必然引起土体压缩。 （ 5分） 2. 简述用分层总和法求基础沉降的方法步骤。 (10 分 ) 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 2 将地基分层 3 计算地基中土的自重应力分布 4 计算地基中垂向附加应力分布 5 按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力 6 求第 I层的压缩量 7 将各个分层的压 缩量累加，得到地基的总的沉降量 . 3. 土的粒径分布曲线和粒组频率曲线如何测得，有何用途？对级配不连续的土，这两个曲 线各有什么特征？（ 10 分） 答： 1. 土的 粒径分布曲线：以土颗粒粒径为横坐标（对数比例尺）小于某粒径的土质量占 试样的总质量的百分数为纵坐标绘制的曲线。 (2分 ) 根据 土的 粒径分布曲线可以求得土中各粒组的含量，用于评估土的分类和大致评估的 工程性质某些特征粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。 (3分 ) 2. 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分 ) 土的粒径分配曲线不仅可以确定粒组的相对含量，还可以根据曲线的坡度判断土的级 配的好坏。 (3分 ) 五、计算题 (共 30 分 ) 1 . 某一取自地下水位下的饱和试样，用环刀法测定其容重。环刀的体积为 50cm3，环刀重 为 80g，环刀加土重为 172.5g，该土的土粒比重为 2.7，试计算该土样的天然容重、饱和容 重、干容重及孔隙比。（ 10分） 解： m=72.5-80=92.5； v 50cm3 饱和土： sat =mv =92.5 50 1.85 /cm3 (3分 ) rsat r 1.85 9.8 18.13 kN/m3 (2 分 ) 因为： ()1swsat Gee ； ()s w sat sat w Ge 1.0 1swd G e =2.7/(1+1)=1.35 /cm3 （ 4分） rd 1.35 9.8 13.23 kN/m3 （ 1分） 2. 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，先在周围压力 =140 作用下固结，然后再在 3的情况下进行不排水剪试验，测得其破坏时的 1=260， 同时测出破坏时的孔隙水应力 f=110KPa，试求：（）该试样的不排水强度 C；（）破 坏时试样中的有效主应力 1 及 3；（）破坏时的孔隙水应力系数 f；（）试样的 固结不排水抗剪强度指标 C、 cu和有效应力强度指标 c, 。 (10分 ) 解： 1、 3 c=140 kPa； 1 260 kPa; 故 Cu=( 1- 3)/2=(260-140)/2=60 kPa 2、 1 1-uf=260-110=150 kPa; 3 3-uf=140-110=30 kPa 3、 13 110 0 . 9 2( ) 2 6 0 1 4 0ff f uA 4、 正常固结土， Ccu=0; C =0 13 13 2 6 0 1 4 0s i n 0 . 32 6 0 1 4 0cu cu 17.5 13 13 1 5 0 3 0s i n 0 . 6 6 6 71 5 0 3 0 41.8 (2 分 ) 3. 墙背直立的光滑挡土墙，墙高为 10，两层填土的厚度与性质指标如下图所示，试求作 用在墙背上总的主动土压力，并绘出压力分布图（ 10 分） 解： ka1=tg2(45-1 2) tg2(45-15) tg230 ka2=tg2(45-2 2) tg2(45-17) tg228 因 C20，需判定下层土是否出现拉应力区 2 1 10 22 2 2 * 8 1 6 * 3 0 . 9 02 0 t a n 2 8 2 0 a cHz zK 下层土无拉应力区 B 点交界面上： pa1=r1H1 ka1=16 3 tg230=16 kPa B 点交界面下： pa2=r1H1 ka2 2c2 2aK =16 3 tg228-2 8 tg28=5.1 kPa C 点： pa3=（ r1H1 r2H2） ka2 2c2 2aK =（ 16 3 20 7） tg228-2 8 tg28=44.6 kPa Pa=0.5 3 16 0.5 7（ 5.1+44.6） =197.95 kN/m 01级土力学期末试卷及标准答案 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，对天然土， OCR1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 A B C A B C 16kPa 5.1kPa 44.6kPa 地下水位 h 测压管 M 地面 H 2 H 1 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、 其它条件相同情况下，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 ) 答：是的。 (2分 ) 因为和 正常固结粘土相比，超固结粘土孔隙比比正常固结土小，如果现有有效应力相 同，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，再压缩曲线肯定比压缩曲线缓，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 ) 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 、 sat 和 ， 水重度 w ， M点的测压管水柱高如图所示。写 出 M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，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担的力之和，即 = u。（ 2分） M 点总应力： 12z satHH （ 1分） M 点孔隙水应 力： 2()wu h H（ 1分） M 点有效应力： 1 2 2()z z s a t wu H H h H （ 2分） M 点自重应力： 12zM HH （ 2分） 3. 土坡发生滑动的滑动面有哪几种形式？分别发生在何种情况？没有渗流的情况下的粘 性土坡的稳定安全系数可以有哪几种方法计算？（ 10 分） 答：土坡发生滑动的滑动面有：圆弧、平面、复合滑动面。 (3 分 ) 圆弧滑动通常发生在较均质的粘性土坡中；平面滑动通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 ) 没有渗流的情况下， 粘性土坡的稳定安全系数计算方法有： 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 12 r q cf B N D N cN 。地下水位埋深较大时，式中第 1、 2项中的 均不受影响；若地下水位在基底处，则第 1项中的 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 均应用浮容重，承载力进一步降低。 (3分 ) 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、天然密度、 干密度。（ 6 分） 解： m=172.5-50=122.5g; ms=152.0-50=102.0g V=60cm3 2 0 .5 2 0 .1 %102w s mw m 1 2 2 .5 2 .0 460mV g/cm3 102 1 .7 060sd mV 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。粘土层的天然孔隙比 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 vTeU 42 281 确定）（ 12分） 解：（ 1）对饱和土， B 1 加载瞬时， 100up kPa 100 1 0 .29 .8 w uh m (2) 压缩稳定后，超孔隙水应力完全消散 h=0 (3) 1 1 9 * 2 ( 2 1 9 .8 ) * 2 6 0 .4p kPa 2 6 0 .4 ( 2 0 9 .8 ) * 2 8 0 .8p kPa 120 70.62ppp kPa 0 00 2 7 0 . 6 1 0 0l o g * 0 . 4 * l o g 0 . 1 51 1 1 7 0 . 6c ppHSC ep m (4) 4 222 . 0 * 1 0 * 3 0 * 2 4 * 3 6 0 0 0 . 0 5 1 8( 2 / 2 * 1 0 0 )vv CtT H 2 4281 0 .2 9vTUe 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，先在周围压力 =100 作用下固结，然后再在 3的情况下进行不排水剪试验。 若该土的固结不排水强 度指标 cu=20，破坏时的大主应力 1 应为多大 ?，同时测出破坏时的孔隙水应力 uf=50kPa，试求：（）该试样的不排水强度 C；（）破坏时试样中的有效主应 力 1 地下水位 h 测压管 2m 4m 粘土层 砂土层 砂土层 及 3；（）破坏时的孔隙水应力系数 f；（）有效应力强度指标 c, 。 (14分 ) 解： (1) 3f =100kPa； ccu=0 2213 20t a n ( 4 5 ) 1 0 0 * t a n ( 4 5 ) 4 1 6 . 022ff kPa 故 Cu=( 1- 3)/2=(416-100)/2=150 kPa (2) 1 1-uf =416-50=366 kPa; 3 3-uf=100-50=50 kPa (3) 13 110 0 . 1 5 8( ) 4 1 6 1 0 0ff f uA (4) 正常固结土： Ccu=0; C =0 13 13 3 6 6 5 0s i n 0 . 7 5 9 63 6 6 5 0 49.4 4. 墙背直立的光滑挡土墙，墙高为 10，两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 10 1 2 2 * 1 0 1 .5 7 2 0 ta n 3 2 .5ta n 4 5 2 cz 10 5 1 .5 7 3 .4 3H H Z m B点以上的主动土压力： pa1=r1H1 ka1 2c 1aK =20 3.43 tg232.5-2 10 tg32.5=15.1 kPa B点交界面下： pa2=r1H1 ka2 2c2 2aK =20 3.43 tg230-0=22.87 kPa C点： pa3=（ r1H1 r2H2） ka2 2c2 2aK r = 20kN / m 3 = 25 ,c=10kPa r = 18kN / m 3 = 30 ,c=0kPa A B C =（ 20 3.43 18 5） tg230-0=52.87 kPa Pa=0.5 3.43 15.1 0.5 5（ 22.87+52.87） =215.25 kN/m 2005-2006 学年第一学期土力学期末试卷 （地质工程专业 03级） 一、填空题（每格 0.5 分，共 8分） 1.粘土颗粒表面吸着水的厚薄受土中水的性质影响，水中阳离子浓度越 _低 _吸着水越 _ 厚 ，离子价越 _低 _、吸着水越 _厚 _。 2.土中主要的粘土矿物有 _ 高岭石 _、 _ 蒙脱石 _、 伊利石 _. 3.静止侧压力系数是指 无侧向变形 条件 下 水平向有效应力 与 竖向有效应力 之比。 4.松砂受剪体积 _缩小 _紧砂受剪体积 _ 膨胀 _。 5.土的剪切试验按常用的试验仪器分为 _直接剪切试验 _、 _三轴压缩试验 _、 _无侧限抗 压强度试验 _和 _十字板剪切试验 _四种。 三、简答题（共 50分） 1 .流土与管涌有什么不同？它们是怎样发生的？ (6分 ) 答：流土是指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。主要 发生在地基或土坝下游渗流逸出处。 (2分 ) 管涌是渗透变形的另一种形式。它是指在渗流作用下土体中的细土颗粒在粗土粒形成 的孔隙比孔道中发生移动并 被带出的现象。常发生在砂砾中，发生在建筑物的底部 (2分 ) A B C 15. 1kP a 22. 87kP a 52. 87kP a 当土体在上下游水头差作用下产生的水力坡降大于土体临界水力坡降时，会产生流土 或管涌。或者当地基为成层土时，当有由下向上的流动，粘土层的有效应力为零时，即 发生流土。（ 2分） 2 . 基础自重应力及附加应力分布图已绘出，其形状如图所示，试判断 (a)， (b)， (c)， (d) 哪一个图形正确，并指出不正确的图形错在什么地方？（ 8 分） 答：计算地基自重应力时其深度应从地面算起，而计算附加应力时其深度应从基底算起， 因此可以看出图（ c）正确。 （ 2分） 图（ a）错在将计算自重应力的深度从基底算起 （ 2分） 图（ b）错在将计算附加应力的深度从地面算起 （ 2分） 图（ d）错在将计算自重应力的深度从基础表面算起，并且错成虚线 （ 2分） 3.下列说法是否正确？并说明原因。 “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。” （ 6分） 答：该说法不正确 （ 2分） 因为：饱和 土体的固结过程是指土体中各点的超静孔隙水应力不断消散，附 加有效应力相应增加的过程，或者说是超静孔隙水应力逐渐转化为附加有效应力 的过程。固结完成是指超静孔隙水应力消散为零，并不是指总孔 隙水应力，实际 上总 孔隙水应力包括静孔隙水应力和超孔隙水应力之和，因此即使固结完成，静 孔隙水应力仍然存在，不会发生孔 隙中水全部排干的现象。（ 4分） 4.何谓主动土压力、静止土压力和被动土压力？在哪些实际工程中可能迁涉到上述不同的 土压力？（ 10分） 答：当挡土墙为刚性不动时，土体处于静止状态不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的 土 压力，称为静止土压力。（ 2分） 如果挡土墙背离填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土压力逐渐减小， 当墙后填土达到极限平衡状态时土压力降为最小值，这时作用在挡土墙上的土压力称为主动 土压力。（ 2分） 若墙体向着填土方向转动或者移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到挤压而引 起土压力逐渐增加，当墙后填土达到极限平衡状态时增大到最大值，此时作用在挡土墙上的 土压力称为被动土压力。（ 2分） 在基坑开挖支护设计，边坡挡墙设计、隧道的侧墙、码头设计等工程中常常遇到上述 土压力问题。如果挡土墙直接浇筑在岩基上，且 墙的刚度很大，墙体产生的位移很小，不足 以使填土产生主动破坏，此时可按静止土压力计算。如果挡土墙在墙后填土自重等作用下产 生离开填土方向的位移，并且使墙后填土达到了极限平衡状态，可按主动土压力计算。如果 挡土墙在外力作用下产生向着填土方向挤压的位移，并且使墙后填土达到了极限平衡状态， 或其它可按被动土压力计算。（ 4分） 4.为什么要用条分法计算土坡稳定安全系数？用瑞典条分法与毕肖普法计算土坡稳定时， 它们有哪些共同点和不同点？ (10分 ) 答：安全系数定义为 /sfF ,或者定义为抗滑力矩与滑动力矩之比，因此在建立安全系 数公 式时，皆需用到抗剪强度 f ，根据摩尔库伦准则 tanf c ,抗剪强度与所在点 的正应力有关，而滑动面上各点的正应力大小和方向皆是不同的，因此提出了条分法来解 决滑动上各点抗剪强度不同的问题。（ 4分） 瑞典条分法与毕肖普条分法 共同点：皆基于条分法建立计算公式，皆假定土体为不变形刚体，各土条底部安全系数 相同，并皆假定滑动面形状为圆弧。（ 3分） 不同点：在建立公式时，瑞典条分法忽略了各土条之间的作用力，而毕肖普条分法考 虑了各土条之间的作用力，在具体计算时瑞典条分法可以直接计算，而毕肖普条分法需进 行迭代，毕肖普条分法较瑞典条分法严 格。（ 3分） 5何谓地基的极限承载力？确定地基承载力的方法有哪几大类？影响地基承载力的因素有 那些？（分） 答：（ 1）地基的极限承载力是指地基承受荷载的极限能力，也就是能承受的最大基底压力。 （ 2）确定地基承载力的方法有三大类：静载荷试验或其它原位试验，规范查表方法和 理论公式方法。（ 3分） （ 3）影响地基承载力的因素有：土的重度；土的凝聚力和内摩擦角；基底宽度；基础 埋深。（ 5分） 四、计算题（共 42分） 1.今有一土样，称重 120 克，体积 60 3，烘干后土重 90 克，若该土的液限 wL=28%，塑 限 wP=14%，比重 Gs=2.7，求该土样的含水率 w，孔隙比，塑性指数 P及液性指数 L。 （ 8分） 解 ： 2.设有一浸没于水下的粘土层，水面水位距土面 2m，粘土层底部有一承压水层，粘土层厚 3 s L P w 3ss s s s w 3 vs ws ss v s P L P P L LP 120g, =60c m , 90g, 28% , w 14% 120 90 30g 33 c m 60 33 27 c m 30 33% 2 90 0.82 2 14% 2 1.36 2 m V m w m mm V G V V V m m m w mm V e V I w w ww I ww 已 知 （ 分 ） （ 分 ） （ 分 ） （ 分 ） 为 4m，粘土的饱和密度 sat为 2g/cm3，并测得粘土层中心处的测压管水位高出水面 2m， 试问：（ 1）作用在粘土层单位土体上的渗流力为多少？（ 2）该粘土层底部是否会发生流 土现象？（ 10分） 解： 3.今有厚的软粘土，软土性质如图示，拟进行大面积堆载预压，试计算预压后固结 度 时的沉降量？以及所需预压加固时间？（ 1分） 【注：固结度时的时间因数 0.6】 解： 4.某正常固结饱和粘土试样，在 3 100kPa周围压力下固结，然后在不排水条件下施加轴 向附加压力。若该土的固结不排水强度指标 cu=28 3 w w ww w sa t 2 ( 1 ) 1 2 9.8 kN m ( 2) 4 2 2 2 10 m 98k P a 2 4 98k P a = 0 h i l ji h uh u （ 1 分 ） （ 3 分 ） 底 部 （ 2 分 ） （ 1 分 ） （ 2 分 ） 所 以 发 生 流 土 , 处 于 临 界 状 态 （ 1 分 ） s t v v 2 2 v 7 v ( 1 ) 50c m 40c m ( 2) 1 2 1 2 1.875 10 s=21 7 p SH E S U S Ct T H HT t C （ 3 分 ） （ 2 分 ） 天 （ 5 分 ） 问（）该试样所能承受的大主应力 的最大值是多少？ （）若试样剪破时，其孔隙水应力 uf 60kPa，求孔隙应力系数 f。 （）求该土在 3 300kPa固结压力下的不排水强度。 (14分 ) 解： 2005 2006学年第一学期土力学试卷 （海洋工程 2003 级） 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 按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 cu 2 cu 1f 3 f f 13 f u 3 c u c u u u 3 c u ( 1 ) = 0 tg ( 45 ) 27 7 kPa 2 ( 2) 1 0.34 sin ( 3 ) sin 26 5. 5k P a 1 sin c B u A c c c （ 1 分 ） （ 4 分 ） （ 1 分 ） （ 4 分 ） （ 4 分 ） 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；每小题 1 分，共 10 分 ) 1完全饱和土体，含水量 w=100。 （ ） 2 两个试样，它们的体积相同，含水量相同，土粒比重也相同，故其重量也一定相同。 （ ） 3 渗透力的大小与水力坡降有关，与土的性质无关。 （ ） 4 粘性土的残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。 （ ） 6 不固结不排水剪试验得出的 u 值为零（饱和粘土）。 （ ） 7 被动土压力 pP 远远大于主动土压力 aP ，因此 pP 对挡土结构的稳定是不利的。 （ ） 8 按库仑理论，在许多假定的滑动面中，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 (每小题 5分，共 20 分 ) 1 管 涌： 答：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： 答：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， ()f tg u tg ，当动荷载引起的超静孔隙水应力 u 达到 时，则有效应力 0 ，其抗剪强度 0f ，无粘性土地基将丧失其承载力，土坡将流动塌方。 3 粘性土土坡稳定分析中考虑渗流作用的“代替法”： 答：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： 答：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 (每小题 5分，共 20 分 ) 1. 简述影响土压实性的因素。 答：土压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，相同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：粘性土通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） 粗粒含量对压实性有影响，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. 简述用分层总和法求基础沉降的方法步骤。 答： 8 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 ) 9 将地基分层 (0.5分 ) 10 计算地基中土的自重应力分布 (0.5分 ) 11 计算地基中垂向附加应力分布 (0.5分 ) 12 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 ) 13 求第 I层的压缩量， (1分 ) 14 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，试分别讨论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） 洪峰水位 图 4-2 堤外水位 图 2 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，此时仍然维持向坡外的渗流，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。特征：（略）（ 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 c 、 ，基础宽度 b，基础埋深 d，地下水位等。（ 1 分） 五计算题 (每小题 10 分，共 40分 ) 1 某土样含水率 w 16，土粒比重 sG 2.70，现对其进行击实试验，测定击实后的湿密 度为 1.95g/cm3，试求击实土样的干密度和孔隙比。 解： 1 .9 5 / 1 .1 61d w 1.68 g/cm3 （ 5分） 1swd G e ， e 2.7/1.68-1 0.607 （ 5分） 2 墙背直立的光滑挡土墙，墙高为 10，两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， 2211t a n ( 4 5 2 ) t a n ( 4 5 2 0 2 ) 0 . 4 9ak 101 111 2 0 .4 8 a c qzmk 2222t a n ( 4 5 2 ) t a n ( 4 5 3 0 2 ) 1 3ak B点以上的主动土压力： 1 1 1 1 1 1 12 3 9 . 9a a a ae q k H k c k k p a (2分 ) B点交界面下： 2 2 1 1 2 2 22 3 6 . 7a a a ae q k H k c k k p a (2分 ) C点： 3 2 1 1 2 2 2 2 2( ) 2 7 0a a a ae q k H H k c k k p a (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，先在周围压力 =140kpa 作用下固结，然后再在 3的情况下进行不排 水剪试验，测得其破坏时的 1 =260，同 时测出破坏时的孔隙水应力 f =110kpa，试求：（）该试样的不排水强度 C ；（）破坏 时试样中的有效主应力 1 及 3 ；（）破坏时的孔隙水应力系数 f；（）试样的固结 不排水抗剪强度指标 Ccu、 cu和有效应力强度指标 c, 。 解： 1、 3 =140kPa； 1 260kPa; 故 Cu=( 1- 3)/2=(260-140)/2=60 kPa (2 分 ) 2、 1 1-uf=260-110=150 kPa; 3 3-uf=140-110=30 kPa (2 分 ) 3、 13 110 0 . 9 22 6 0 1 4 0ff f uA
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