高等土力學(xué)模擬考題5及答案

1、模擬考試5及答案1 下圖為擬選用的200米堆石壩料的級配表；擬采用厚粘土心墻防滲，粘土塑性指數(shù)Ip=17；地基覆蓋層為50米，地基土以砂礫石為主。如果要求對該壩進(jìn)行竣工時的穩(wěn)定分析以及施工期的有效應(yīng)力變形數(shù)值計(jì)算（采用土的本構(gòu)關(guān)系模型與比奧固結(jié)理論耦合計(jì)算），變形數(shù)值計(jì)算采用Duncan-Chang雙曲線模型，現(xiàn)有三軸儀的試樣尺寸為f300600mm，需要對試驗(yàn)、模型參數(shù)確定和計(jì)算步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。（1） 對堆石料和粘土料應(yīng)進(jìn)行什么樣的三軸試驗(yàn)？（包括堆石料的模擬、試驗(yàn)的排水條件及試驗(yàn)量測數(shù)值等）（2） 簡述在上述試驗(yàn)資料基礎(chǔ)上，確定理論和模型的參數(shù)方法與步驟；（3） 對于非線性堆石壩變形分析，如

2、何采用增量法分步進(jìn)行計(jì)算？（4） 如何進(jìn)行竣工時的穩(wěn)定分析？花崗巖堆石料顆粒級配表粒徑級配800-400mm400-200 mm200-100 mm100-60 mm60-40 mm40-20 mm20-10 mm10-5 mm5-2 mm2-1 mm1 mm自然級配%2918.514.596943331解答：（1） 對于堆石料應(yīng)進(jìn)行三軸排水的常規(guī)壓縮試驗(yàn)。但是最大粒徑為300/560mm，建議采用替代法模擬；因?yàn)榧?xì)顆粒較少，也可采用相似模擬或者其他模擬方法。對于粘土對于有效應(yīng)力計(jì)算，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行排水三軸試驗(yàn)；但是為了測定孔壓系數(shù)也要進(jìn)行不排水試驗(yàn)（A,B），也可用于總應(yīng)力法的穩(wěn)定分析；（2） 試

3、驗(yàn)比奧固結(jié)理論需要測定孔壓系數(shù)A,B；Duncan-Chang雙曲線模型中的堆石料和粘土料試驗(yàn)E,B或者E、n模型，用三軸排水試驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)確定。（3） 對于增量法可以逐層填筑，分布計(jì)算，一般可以模擬實(shí)際的填筑過程和工序；在每一加載過程中，還應(yīng)當(dāng)用時間的差分進(jìn)行孔壓消散的比奧理論計(jì)算；最后得到竣工時的應(yīng)力、孔壓和變形（位移）。也可以用于穩(wěn)定分析（總應(yīng)力法或者有效應(yīng)力法）（4） 總應(yīng)力法：采用不排水強(qiáng)度指標(biāo)，用圓弧法分析（比肖甫法和摩根斯坦普賴斯法）。如果采用有效應(yīng)力分析，則可以通過計(jì)算確定心墻中的超靜孔壓等值線，采用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。2在一種松砂的常規(guī)三軸排水壓縮試驗(yàn)中，試樣破壞時應(yīng)力為：s31

4、00kPa，s1s3235kPa。(1) 計(jì)算下面幾個強(qiáng)度準(zhǔn)則的強(qiáng)度參數(shù)：莫爾庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則：（s1s3）/（s1s3）sinj;廣義屈雷斯卡(Tresca)準(zhǔn)則： s1s3=tI1松岡元中井照夫強(qiáng)度準(zhǔn)測：I1I2/I3kf.（2）平面應(yīng)變狀態(tài)的試樣的y方向?yàn)榱銘?yīng)變方向，已知n0.35。初始應(yīng)力狀態(tài)為szsx200kPa且按Dsz/Dsx-2比例加載，利用以上3個強(qiáng)度準(zhǔn)則分別計(jì)算試樣破壞時的sz？ sx？sy？b=? 解答：（1）參數(shù)計(jì)算：s3100kPa，s1s3235kPa，s3s2100kPa，s1335kPa莫爾庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則Tresca 松岡元Kf=5357700/=12.3（2）破壞時

5、的應(yīng)力計(jì)算：設(shè)破壞時的大主應(yīng)力增量Ds1x。則s1200x ; s3200-2x; s20.35(400-x)=140-0.35x莫爾庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則Tresca 松岡元I1I2（5401.35x）(96000-480x-1.65x2)=-x-243x2+2.23x3I1I212.3I3.-x-243x2+2.23x3=-x-2583x2+8.61x3-x-2340x2+6.38x3=0x3-367 x2-20031x+=0通過試算，x=66.9kPa(差12358)，如果x=66.8kPa（6789）如果x=66.7kPa（1228）所以下66.7kPa，3對于一粘性土的土坡，試用圓弧滑裂面分析

6、判斷下面哪幾些情況會減少其穩(wěn)定安全系數(shù)？并簡要解釋為什么。（10分）（1）在坡的上部堆載；（2）由于降雨使土坡的上部含水量增加（未達(dá)到飽和及滲流），下部含水量基本未變；（3）坡腳施加反壓；（4）在坡腳處挖土；（5）由于積水，坡下部被靜水所浸泡；（6）產(chǎn)生了與土坡方向一致的滲流；（7）附近爆破引起震動；（8）由于降雨而使土坡整體的含水量接近于飽和；（9）坡腳被流水沖刷；（10）坡上有車輛通過。主要抗滑區(qū)主要滑動區(qū)解答：從上圖可以發(fā)現(xiàn)：（1） 在坡的上部堆載，增加滑動李，不利?。?） 由于降雨使土坡的上部含水量增加，下部含水量基本未變；由于上部容重增加，使滑動力增加，不利?。?） 坡腳施加反壓，有

7、利于抗滑力增加，有利?。?） 在坡腳處挖土，使抗滑力減少，不利?。?） 由于積水，坡下部被靜水所浸泡，使下部容重由天然容重變?yōu)楦∪葜?，減少抗滑力，不利?。?） 產(chǎn)生了與土坡方向一致的滲流會對于土骨架增加一個滑動的滲透力；（7） 附近爆破引起震動，產(chǎn)生不利的瞬時荷載組合；可能產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，甚至液化（8） 由于降雨而使土坡整體的含水量接近于飽和，使非飽和土的基質(zhì)吸力減少，土體的強(qiáng)度降低，不利?。?） 坡腳被流水沖刷與在坡腳處挖土性質(zhì)相同，減少抗滑力，不利！（10） 坡上有車輛通過。既等于在坡頂加載，也施加譯的動荷載，不利！4在一密實(shí)的砂土中進(jìn)行地下連續(xù)墻開槽施工，地下水位與地面齊平，采用泥漿

8、護(hù)壁。已知砂土內(nèi)摩擦角c=0，j=40, 飽和容重gsat=20kN/m3. 問泥漿的比重（或者密度）大于多少時，才能保持槽壁的側(cè)向穩(wěn)定。 已知：開槽的側(cè)壁表層泥皮滲透系數(shù)為砂土滲透系數(shù)的1/；解答：此題可以認(rèn)為是一個擋土墻問題，由于泥皮的滲透系數(shù)極小，可以認(rèn)為泥漿施加一個面力，與砂土的主動土壓力平衡：泥漿的容重：gn=12.174kN/m3 泥漿的密度：rn=1.2174g/m3 比重Gn=1.21745在下圖中表示了兩個水池，上池水位為10m；下池的水位為5m，二者保持穩(wěn)定的水頭。池壁為透水的擋土墻體。兩墻之間砂土的飽和容重gsai=20kN/m3，內(nèi)摩擦角j=30，（1）繪制砂土中的流網(wǎng)

9、；（2）墻和墻上的主動土壓力哪一個大些？（3）假設(shè)直線滑裂面與水平面夾角為60，計(jì)算墻上的土壓力為多少？（假設(shè)土壓力為水平方向。）（4）主動土壓力對應(yīng)的滑裂面夾角比60大還是??？墻上的主動土壓力比以上計(jì)算的大還是少？解答：（1） 流網(wǎng)wPvR pWPaPh（2） 由于墻的滲透方向是向著墻體，滲透力由墻承擔(dān)；墻處滲流離開墻體，滲透力減少了土壓力，所以墻上的主動土壓力大。（3） 在圖中的三角形體積上作用有6個力：自重：W；上部水壓力Pv；水平水壓力Ph水平土壓力Pa 滑動面上水壓力Pw ；滑動面上土的支撐力R；計(jì)算下面?zhèn)€力及其水平垂直分量：首先考慮垂直方向的各力的平衡：再考慮水平方向的平衡：（4）

10、 由于總滲透力與土體的體積有關(guān)，所以實(shí)際主動土壓力的滑動面角度小于60度，主動土壓力大于上值。例如選q55首先考慮垂直方向的各力的平衡：再考慮水平方向的平衡： 可見這時的土壓力大不少。 6平面應(yīng)變狀態(tài)的試樣，y方向?yàn)榱銘?yīng)變方向，初始應(yīng)力狀態(tài)為sz100kPa，sx50kPa，sy55kPa；加載過程中的鄧肯張模型中的泊松比參數(shù)見下表。卸載時泊松比為常數(shù)，n0.20。如果按Dsz/Dsx2比例加載到sz400kPa，然后又按相同比例減載，問sz分別在什么范圍時，sy為小主應(yīng)力、中主應(yīng)力和大主應(yīng)力？GFD0.300.050sz kPa100150200250300350400sx kPa5075100125150175200n0.3150.3060.30.2950.2910.2880.285(sz+sx) n02322.522.121.821.621.