土力學(xué)_河海課后習(xí)題答案

1、土力學(xué)課后習(xí)題與答案第一章1-1 什么叫土?土是怎樣形成的?粗粒土和細(xì)粒土的組成有何不同? 1-2 什么叫殘積土?什么叫運(yùn)積土?他們各有什么特征?1-3 何謂土的級(jí)配?土的粒徑分布曲線是怎樣繪制的?為什么粒徑分布曲線用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)? 1-4 何謂土的結(jié)構(gòu)?土的結(jié)構(gòu)有哪幾種類型?它們各有什么特征?1-5 土的粒徑分布曲線的特征可以用哪兩個(gè)系數(shù)來表示?它們定義又如何? 1-6 如何利用土的粒徑分布曲線來判斷土的級(jí)配的好壞? 1-7 什么是吸著水?具有哪些特征?1-8 什么叫自由水?自由水可以分為哪兩種? 1-9 什么叫重力水?它有哪些特征?1-10 土中的氣體以哪幾種形式存在?它們對(duì)土的工程性質(zhì)有何

2、影響? 1-11 什么叫的物理性質(zhì)指標(biāo) 是怎樣定義的?其中哪三個(gè)是基本指標(biāo)? 1-12 什么叫砂土的相對(duì)密實(shí)度?有何用途?1-13 何謂粘性土的稠度?粘性土隨著含水率的不同可分為幾種狀態(tài)?各有何特性? 1-14 何謂塑性指數(shù)和液性指數(shù)?有何用途? 1-15 何謂土的壓實(shí)性?土壓實(shí)的目的是什么?1-16 土的壓實(shí)性與哪些因素有關(guān)?何謂土的最大干密度和最優(yōu)含水率? 1-17 土的工程分類的目的是什么?1-18 什么是粗粒土?什么叫細(xì)粒土? 習(xí)題11-1有A 、B 兩個(gè)圖樣,通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)得其粒徑與小于該粒徑的土粒質(zhì)量如下表所示,試?yán)L出它們的粒徑分布曲線并求出uC 和c C 值。A 土樣實(shí)驗(yàn)資料(總

3、質(zhì)量500g 粒徑d (mm 5 2 1 0.5 0.25 0.1 0.075 小于該粒徑的質(zhì)量(g 500 460 310 185 125 75 30B 土樣實(shí)驗(yàn)資料(總質(zhì)量30g 粒徑d (mm 0.075 0.05 0.02 0.01 0.005 0.002 0.001 小于該粒徑的質(zhì)量(g 30 28.8 26.7 23.1 15.9 5.7 2.11-2 從地下水位以下某粘土層取出一土樣做實(shí)驗(yàn),測(cè)得其質(zhì)量為15.3g ,烘干后質(zhì)量為10.6g ,土粒比重為2.70,求試樣的含水率、孔隙比、孔隙率、飽和密度、浮密度、干密度及其相應(yīng)的重度。 1-3 某土樣的含水率為6.0%密度為1.60

4、3g/cm,土粒比重為2.70,若設(shè)孔隙比不變,為使土樣完全飽和,問1003cm土樣中應(yīng)該加多少水?1-4 有土料1000g,它的含水率為6.0%,若使它的含水率增加到16.0%,問需要加多少水?1-5 有一砂土層,測(cè)得其天然密度為1.773g/cm ,天然含水率為9.8%,土的比重為2.70,烘干后測(cè)得最小孔隙比為0.46,最大孔隙比為0.94,試求天然孔隙比e 、飽和含水率和相對(duì)密實(shí)度D ,并判別該砂土層處于何種密實(shí)狀態(tài)。 1-6 今有兩種土,其性質(zhì)指標(biāo)如下表所示。試通過計(jì)算判斷下列說法是否正確? 1.土樣A 的密度比土樣B 的大; 2.土樣A 的干密度比土樣B 的大; 3. 土樣A 的孔

5、隙比比土樣B 的大; 性質(zhì)指標(biāo) 土樣 A B含水率(% 15 6 土粒比重 2.75 2.68 飽和度(% 50 30 1-7 試從定義證明: 干密度 s wd s w G G (1n 1E =-+濕密度s r wG S e 1e +=+浮密度's w (G -1 1e=+1-8 在圖中,A 土的液限為16.0%,塑限為13.0%;B 土的液限為24.0%,塑限為14.0%,C 土為無粘性土。圖中實(shí)線為粒徑分布曲線,虛線為C 土的粗粒頻率曲線。試按土的分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這三種土進(jìn)行分類。 1-9 某碾壓土壩的土方量為20萬方,設(shè)計(jì)填筑干密度為1.65 3g/cm。料的含水率為12.0%,天然密

6、度為1.703g/cm,液限為32.0%,塑限為20.0%,土粒比重為2.72。問: 為滿足填筑土壩需要,料場(chǎng)至少要有多少方土料? 如每日壩體的填筑量為3000 3m,該土的最優(yōu)含水率為塑限的95%,為達(dá)到最佳碾壓效果,每天共需要加多少水?土壩填筑的飽和度是多少? 思考題11-1 土是松散顆粒的堆積物。地球表層的整體巖石在大氣中經(jīng)受長(zhǎng)期風(fēng)化作用后形成形狀不同,大小不一的顆粒,這些顆粒在不同的自然環(huán)境條件下堆積(或經(jīng)搬運(yùn)沉積,即形成了通常所說的土。粗粒土中粒徑大于0.075的粗粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量50%,細(xì)粒土中粒徑小于0.075的細(xì)粒組質(zhì)量多于或等于總質(zhì)量50%。1-2 殘積土是指巖石經(jīng)風(fēng)化后仍

7、留在原地未經(jīng)搬運(yùn)的堆積物。殘積土的明顯特征是,顆粒多為角粒且母巖的種類對(duì)殘積土的性質(zhì)有顯著影響。母巖質(zhì)地優(yōu)良,由物理風(fēng)化生成的殘疾土,通常是堅(jiān)固和穩(wěn)定的。母巖質(zhì)地不良或經(jīng)嚴(yán)重化學(xué)風(fēng)化的殘積土,則大多松軟,性質(zhì)易變。運(yùn)積土是指巖石風(fēng)化后經(jīng)流水、風(fēng)和冰川以及人類活動(dòng)等動(dòng)力搬運(yùn)離開生成地點(diǎn)后的堆積物。由于搬運(yùn)的動(dòng)力不同,分為坡積土、沖積土、風(fēng)積土、冰磧土和沼澤土等。坡積土一般位于坡腰或坡腳,上部與殘積土相連,顆粒分選現(xiàn)象明顯,坡頂粗坡下細(xì);沖積土具有一定程度的顆粒分選和不均勻性;風(fēng)積土隨風(fēng)向有一定的分選性,沒有明顯層里,顆粒以帶角的細(xì)砂粒和粉粒為主,同一地區(qū)顆粒較均勻,黃土具有濕陷性;冰磧土特征是不

8、成層,所含顆粒粒徑的范圍很寬,小至粘粒和粉粒,大至巨大的漂石,粗顆粒的形狀是次圓或次棱角的有時(shí)還有磨光面;沼澤土分為腐植土和泥炭土,泥炭土通常呈海綿狀,干密度很小,含水率極高,土質(zhì)十分疏松,因而其壓縮性高、強(qiáng)度很低而靈敏度很高。1-3 土中各種大小的粒組中土粒的相對(duì)含量稱為土的級(jí)配。粒徑分布曲線是以土粒粒徑為橫坐標(biāo)(對(duì)數(shù)比例尺,小于某粒徑土質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)繪制而成的曲線。由于土的粒徑相差懸殊,因此橫坐標(biāo)用對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示,以突出顯示細(xì)小顆粒粒徑。 1-4 土的結(jié)構(gòu)是指土的物質(zhì)組成(主要指土里,也包括孔隙在空間土的結(jié)構(gòu)通常包括單粒、分散、絮狀三種結(jié)構(gòu)。單粒結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,孔隙所占的比例

9、較小。對(duì)于疏松情況下的砂土,特別是飽和的粉細(xì)砂,當(dāng)受到地震等動(dòng)力荷載作用時(shí),極易產(chǎn)生液化而喪失其承載能力;分散結(jié)構(gòu)的片狀土粒間相互接近于平行排列,粒間以面-面接觸為主;絮狀結(jié)構(gòu)的特征是土粒之間以角、邊與面的接觸或變與邊的搭接形式為主,這種結(jié)構(gòu)的土粒呈任意排列,具有較大的孔隙,因此其強(qiáng)度低,壓縮性高,對(duì)擾動(dòng)比較敏感,但土粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度會(huì)由于壓密和膠結(jié)作用逐漸得到增強(qiáng)。 1-5 粒徑分布曲線的特征可用不均勻系數(shù)u C 和曲率系數(shù)c C 來表示。定義為: dd uC 1060=dd d c C 60102(30=式中:d 10,d 30和d60為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為10%,30%

10、和60%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。1-6 土的級(jí)配的好壞可由土中的土粒均勻程度和粒徑分布曲線的形狀來決定,而土粒的均勻程度和曲線的形狀又可用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)來衡量,對(duì)于純凈的礫、砂,當(dāng)u C 大于或等于5,而且c C 等于13時(shí),它的級(jí)配是良好的;不能同時(shí)滿足上述條件時(shí),它的級(jí)配是不良的。1-7 吸著水是由土顆粒表面電分子力作用吸附在土粒表面的一層水。吸著水比普通水有較大的粘滯性,較小的能動(dòng)性和不同的密度。距土顆粒表面愈近電分子引力愈強(qiáng),愈遠(yuǎn),引力愈弱。又可分為強(qiáng)吸著水和弱吸著水。1-8 離開土顆粒表面較遠(yuǎn),不受土顆粒電分子引力作用,且可自由移動(dòng)的水成為自由水。自由水又可分為毛細(xì)管水和重力水兩種。

11、1-9 在重力或水位差作用下能在土中流動(dòng)的自由水稱為重力水。重力水與普通水一樣,具有溶解能力,能傳遞靜水和動(dòng)水壓力,對(duì)土顆粒有浮力作用。它能溶蝕或析出土中的水溶鹽,改變土的工程性質(zhì)。 1-10 存在于土中的氣體可分為兩種基本類型:一種是與大氣連通的氣體;另一種是與大氣不通的以氣泡形式存在的封閉氣體。土的飽和度較低時(shí),土中氣體與大氣相連通,當(dāng)土受到外力作用時(shí),氣體很快就會(huì)從孔隙中排出,土的壓縮穩(wěn)定和強(qiáng)度提高都較快,對(duì)土的性質(zhì)影響不大。但若土的飽和度較高,土中出現(xiàn)封閉氣泡時(shí),封閉氣泡無法溢出,在外力作用下,氣泡被壓縮或溶解于水中,而一旦外力除去后,氣泡就又膨脹復(fù)原,所以封閉的氣泡對(duì)土的性質(zhì)有較大的

12、影響。土中封閉氣泡的存在將增加土的彈性,它能阻塞土內(nèi)的滲流通道使土的滲透性減小,并能延長(zhǎng)土體受力后變形達(dá)到穩(wěn)定的歷時(shí)。1-11 土的一些物理性質(zhì)主要決定于組成土的固體顆粒、孔隙中的水和氣體這三相所占的體積和質(zhì)(重量的比例關(guān)系,反映這種關(guān)系的指標(biāo)稱為土的物理性質(zhì)指標(biāo)。土的物理性質(zhì)指標(biāo)是根據(jù)組成土的固體顆粒、孔隙中的水和氣體這三相所占的體積和質(zhì)(重量的比例關(guān)系來定義的。 含水率、密度和土粒比重是基本指標(biāo)。 1-12相對(duì)密實(shí)度是以無粘性土自身最松和最密兩種極限狀態(tài)作為判別的基準(zhǔn),定義為:eee e Drminmax0max-=相對(duì)密實(shí)度常用來衡量無粘性土的松緊程度。1-13稠度是指粘性土的干濕程度或

13、在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的能力,是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)。 隨含水率的不同可分為流態(tài)、可塑態(tài)、半固態(tài)和固態(tài)。流態(tài)時(shí)含水率很大,不能保持其形狀,極易流動(dòng);可塑態(tài)時(shí)土在外力作用下可改變形狀但不顯著改變其體積,也不開裂,外力卸除后仍能保持已有的形狀;半固態(tài)時(shí)粘性土將喪失其可塑性,在外力作用下不產(chǎn)生較大的變形且容易破碎。固態(tài)時(shí)含水率進(jìn)一步減小,體積不再收縮,空氣進(jìn)入土體,使土的顏色變淡。 1-14液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值(去掉百分號(hào)稱為塑性指數(shù),用IP表示,取整數(shù),即:wwIPLP-=粘性土的狀態(tài)可用液性指數(shù)來判別,其定義為:Iwwwww w IPPPLP L-=-=塑性指數(shù)是反映粘

14、性土性質(zhì)的一個(gè)綜合性指標(biāo)。一般地,塑性指數(shù)越高,土的粘粒含量越高,所以常用作粘性土的分類指標(biāo)。液性指數(shù)表征樂土的天然含水率與界限含水率之間的相對(duì)關(guān)系,表達(dá)了天然土所處的狀態(tài)。 1-15 土的壓實(shí)性是指在一定的含水率下,以人工或機(jī)械的方法,使土能夠壓實(shí)到某種密實(shí)程度的性質(zhì)。為了保證填土有足夠的強(qiáng)度,較小的壓縮性和透水性,在施工中常常需要壓實(shí)填料,以提高土的密實(shí)度和均勻性。 1-16影響土壓實(shí)性的因素很多,主要有含水率、擊實(shí)功能、土的種類和級(jí)配以及粗粒含量等。當(dāng)含水率較小時(shí),土的干密度隨著含水率的增加而增大,而當(dāng)干密度隨著含水率的增加達(dá)到某一值后,含水率的繼續(xù)增加反而使干密度減小,干密度的這一最大

15、值稱為該擊數(shù)下的最大干密度,此時(shí)相應(yīng)的含水率稱為最優(yōu)含水率。 1-17 為了能大致判別土的工程特性和評(píng)價(jià)土作為地基或建筑材料的適宜性,有必要對(duì)土進(jìn)行科學(xué)的分類。 1-18試樣中粒徑大于0.075的粗粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量50%的土稱為粗粒土。試樣中粒徑小于0.075的細(xì)粒組質(zhì)量多于或等于總質(zhì)量50%的土稱為細(xì)粒土。習(xí)題11-1 解:(1 A 試樣100.083d m m=300.317d m m=600.928d m m =60100.92811.180.083u d C d = 22301060(0.3171.610.0830.928c d C d d =(1 B 試樣100.0015d m m

16、 =300.003d m m = 600.0066d mm=60100.0066 4.40.0015u d C d =22301060(0.0030.910.00150.0066c d C d d =1-2 解: 已知:m =15.3g Sm=10.6gSG=2.70飽和 rS =1又知:wSm m m=-= 15.3-10.6=4.7g(1 含水量w Sm m=4.710.6=0.443=44.3%(2 孔隙比0.44Sre GS= (3 孔隙率1.20.54554.5%111.2ee=+ (4 飽和密度及其重度7/111.2S s a t w G

17、e g cm e+=+31.771017.7/s a t s a tg k N m =(5 浮密度及其重度3'1.771.00.77/s a t w g c m =-=-=3''0.77107.7/g k N m = (6 干密度及其重度32.71.01.23/111.2S w d G g cm e=+31.231012.3/d d g kN m =1-3 解:31.60 1.51/110.06d g cm=+2.70 1.01110.791.51s s wddG e =-=-=-=0.7929.3%2.70sat s e G =1.60100150.91110.06s

18、 mVm g=+ (29.3%6%150.935.2w s m m g=-=1-4 解:w Sm m=wSm m m =-s Sm m m=- 1000940110.06s mm g=+0.16= 0.16940150w s m m g = 1-5 解: (131.771.61/110.098d g cmw=+ 0 2.7 1.01110.681.61s s w d d G e =-=-=-=(200.6825.2%2.7sat se G =(3max 0max min0.940.680.540.940.46r e e D e e -=-1/32/3r D << 該砂土層處于中密狀

19、態(tài)。 1-6 解: 1.1S d G e=+SrG e S =0.152.750.8250.5A e = 0.062.680.5360.3B e =32.751.50/10.825dAg cm =+ 32.681.74/10.536dB g cm =+(1d =+ 3(1 1.50(10.15 1.74/A dA A g cm =+=+=3(11.74(10.061.84/B d B B g c m =+=+=A B < 上述敘述是錯(cuò)誤的。 2.32.75 1.50/10.825dA g cm=+32.681.74/10.536dB g cm =+d A d B< 上述敘述是錯(cuò)誤的

20、。 3. 0.15 2.750.8250.5A e =0.062.680.5360.3B e =A B e e > 上述敘述是正確的。1-7 證明:(1/1/11s s s s ss w d s VV sm m m V G VV V V V ee=+1ne n=-1(1111s ws w s w G G G n n en=-+-(21/111sw w Vws w s w ssV ss w w r s r ws VV sm V V V m m V V V V G S eG S e m VV V V V eee+=+(31'1111sw s s ws s w s s w s w ws

21、 w V s Vsm m V m V V G G V VV V eeeV -=+1-8 解:(1 對(duì)A 土進(jìn)行分類 由粒徑分布曲線圖,查得粒徑大于0.075的粗粒含量大于50%,所以A 土屬于粗粒土; 粒徑大于2的礫粒含量小于50%,所以A 土屬于砂類,但小于0.075的細(xì)粒含量為27%,在15%50%之間,因而A 土屬于細(xì)粒土質(zhì)砂; 由于A 土的液限為16.0%,塑性指數(shù)16133pI =-=,在17塑性圖上落在ML 區(qū),故A 土最后定名為粉土質(zhì)砂(SM。(2 對(duì)B 土進(jìn)行分類 由粒徑分布曲線圖,查得粒徑大于0.075的粗粒含量大于50%,所以B 土屬于粗粒土; 粒徑大于2的礫粒含量小于50

22、%,所以B 土屬于砂類,但小于0.075的細(xì)粒含量為28%,在15%50%之間,因而B 土屬于細(xì)粒土質(zhì)砂; 由于B 土的液限為24.0%,塑性指數(shù)241410pI =-=,在17塑性圖上落在ML 區(qū),故B 土最后定名為粉土質(zhì)砂(SC。(3 對(duì)C 土進(jìn)行分類 由粒徑分布曲線圖,查得粒徑大于0.075的粗粒含量大于50%,所以C 土屬于粗粒土; 粒徑大于2的礫粒含量大于50%,所以C 土屬于礫類土; 細(xì)粒含量為2%,少于5%,該土屬礫; 從圖中曲線查得10d ,30d 和60d 分別為0.2,0.45和5.6 因此,土的不均勻系數(shù) 60105.6280.2ud C d = 土的曲率系數(shù) 22301

23、060(0.450.180.2 5.6c d C d d = 由于5,13u c C C >,所以C 土屬于級(jí)配不良礫(GP。1-9 解: (112s s m m =即 1122d d V V =112211d V V=+ 22111(11.6520(112%21.741.7d V V +=萬方(21.6530004950s d m V t = (4950(19%12%34w s o pm m =-=-=t (32.72 1.01110.6481.65s s wddG e =-=-=-=20.0%95%2.7279.8%0.648sr G S e=第二章2-1 土中的應(yīng)力按照其起因和傳遞

24、方式分哪幾種?怎么定義?2-2 何謂自重應(yīng)力,何謂靜孔隙水應(yīng)力?計(jì)算自重應(yīng)力應(yīng)注意些什么?2-3 何謂附加應(yīng)力,空間問題和平面問題各有幾個(gè)附加應(yīng)力分量?計(jì)算附加應(yīng)力時(shí)對(duì)地基做了怎樣的假定? 2-4 什么叫柔性基礎(chǔ)?什么叫剛性基礎(chǔ)?這兩種基礎(chǔ)的基底壓力有何不同?2-5 地基中豎向附加應(yīng)力的分布有什么規(guī)律?相鄰兩基礎(chǔ)下附加應(yīng)力是否會(huì)彼此影響? 2-6 附加應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果與地基中實(shí)際的附加應(yīng)力能否一致,為什么? 2-7 什么是有效應(yīng)力?什么是孔隙應(yīng)力?其中靜孔隙應(yīng)力如何計(jì)算?2-8 你能熟練掌握角度法和疊加原理的應(yīng)用嗎?會(huì)計(jì)算各種荷載條件下地基中任意點(diǎn)的豎向附加應(yīng)力嗎? 習(xí)題22-1 如圖所示為某地

25、基剖面圖,各土層的重度及地下水位如圖,試求土的自重應(yīng)力和靜孔隙水應(yīng)力,并繪出它們的分布圖。 試求基底中心O,邊點(diǎn)A和B下4m深處的豎向附加應(yīng)力。 中尺寸以米計(jì)。 2-4 某擋土墻建于如圖所示的地基上,埋深2m ,尺寸如圖所示(圖中的尺寸以米計(jì)。墻受上部豎向荷載和墻身自重為v F =1000kN /m ,其作用位置距墻前趾A 點(diǎn)為3.83m ,墻背受有總水平推力h F =350kN/m,其作用點(diǎn)距墻底為3.5m 。(不計(jì)墻后填土的影響試求:M ,N 點(diǎn)處的豎向自重應(yīng)力; M ,N 點(diǎn)處的豎向附加應(yīng)力 2-5 某矩形基礎(chǔ)長(zhǎng)寬分別為3m 和2m ,基礎(chǔ)剖面和地基條件如圖所示,試求基礎(chǔ)中點(diǎn)O 及其以下

26、點(diǎn)M 和N 的自重應(yīng)力、豎向附加應(yīng)力以及靜孔隙水應(yīng)力(圖中尺寸以米計(jì) 思考題2 2-1土體的應(yīng)力,按引起的原因分為自重應(yīng)力和附加應(yīng)力兩種;按土體中土骨架和土中孔隙(水、氣的應(yīng)力承擔(dān)作用原理或應(yīng)力傳遞方式可分為有效應(yīng)力和孔隙應(yīng)(壓力。 有效應(yīng)力是指由土骨架傳遞(或承擔(dān)的應(yīng)力?？紫稇?yīng)力是指由土中孔隙流體水和氣體傳遞(或承擔(dān)的應(yīng)力。 自重應(yīng)力是指由土體自身重量所產(chǎn)生的應(yīng)力。附加應(yīng)力是指由外荷(靜的或動(dòng)的引起的土中應(yīng)力。2-2 自重應(yīng)力是指由土體自身重量所產(chǎn)生的應(yīng)力。由靜水位產(chǎn)生的孔隙水應(yīng)力稱為靜孔隙水應(yīng)力。土體自重應(yīng)力應(yīng)由該點(diǎn)單位面積上土柱的有效重量來計(jì)算,如果存在地下水,且水位與地表齊平或高于地表

27、,則自重應(yīng)力計(jì)算時(shí)應(yīng)采用浮重度,地下水位以下的土體中還存在靜孔隙水應(yīng)力。2-3 附加應(yīng)力是指由外荷(靜的或動(dòng)的引起的土中應(yīng)力?？臻g問題有三個(gè)附加應(yīng)力分量,平面問題有兩個(gè)附加應(yīng)力分量。計(jì)算地基附加應(yīng)力時(shí),假定地基土是各向同性的、均勻的、線性變形體,而且在深度和水平方向上都是無限的。 2-4 實(shí)際工程中對(duì)于柔性較大(剛度較小能適應(yīng)地基變形的基礎(chǔ)可以視為柔性基礎(chǔ)。對(duì)于一些剛度很大不能適應(yīng)地基變形的基礎(chǔ)可視為剛性基礎(chǔ)。柔性基礎(chǔ)底面壓力的分布和大小完全與其上的荷載分布于大小相同;剛性基礎(chǔ)下的基底壓力分布隨上部荷載的大小、基礎(chǔ)的埋深和土的性質(zhì)而異。2-5 基地中心下豎向附加應(yīng)力最大,向邊緣處附加應(yīng)力將減小

28、,在基底面積范圍之外某點(diǎn)下依然有附加應(yīng)力。如果該基礎(chǔ)相鄰處有另外的荷載,也會(huì)對(duì)本基礎(chǔ)下的地基產(chǎn)生附加應(yīng)力。2-6 在計(jì)算地基附加應(yīng)力時(shí),假定地基土是各向同性的、均質(zhì)的、線性變形體,而且在深度的水平方向上都是無限的,這些條件不一定同時(shí)滿足,因而會(huì)產(chǎn)生誤差,所以計(jì)算結(jié)果會(huì)經(jīng)常與地基中實(shí)際的附加應(yīng)力不一致。2-7 有效應(yīng)力是指由土骨架傳遞(或承擔(dān)的應(yīng)力。孔隙應(yīng)力是指由土中孔隙流體水和氣體傳遞(或承擔(dān)的應(yīng)力。靜孔隙水應(yīng)力:wwuhr =22-1 解:根據(jù)圖中所給資料,各土層交界面上的自重應(yīng)力分別計(jì)算如下:00cz =11118.5237cz h kPa =21122'3718155cz h h

29、 kPa =+=+=2112222''55(2010165cz h h h kPa =+=+-= 311222233'''65(1910392cz h h h h kPa =+=+-=41122223344''''92(19.5102111cz h h h h h kPa =+=+-= 土的最大靜孔隙水應(yīng)力為:010660w w u r h kPa=2-2解:2106206312466V G F P G P Ad kN =+=+=+= 基底壓力:m a x m i n178.16246660.3(1(195.9636v p

30、 kP a F e p k P a l bl =±=±= 基底靜壓力:min 095.917 1.078.9n p p r d kPa=-=-=m a x m i n 178.195.982.2t p p p k P a =-=-= 求O 點(diǎn)處豎向附加應(yīng)力 由:321.5lmb =1.5zn b=0.2500S K = 1440.2578.978.9zo S n K p kPa =由: 1.50.53lmb=1.5zn b=10t K = 20.2500t K = 21202t zo t p K =3282.2220.2520.5522t zo t p K kP a=由:3

31、21.5lmb=001.5zn b = 40.2500S K = 4482.2220.2520.5522tzo S p K kP a = 001020304120z z z z z kPa=+=求A 點(diǎn)下4m 處豎向附加應(yīng)力 由:641.5lmb=42.71.5zn b= 0.1036S K = 1220.103678.916.35zA S n K p kPa=由: 1.50.256lmb= 40.676zn b= 0.0695t K = 2220.069582.211.4258zA t t K p kPa = 1216.3511.425827.78zA zA zA kPa=+=+=求B 點(diǎn)下

32、4m 處豎向附加應(yīng)力 由:313lmb = 41.333zn b= 0.1412S K = 1220.141278.922.28zB S n K p kPa=282.20.1412 5.8022t zB Sp K kP a=由:313lmb= 41.333zn b= 10.0585t K = 20.0826t K = 3182.20.0585 2.3922t zB t p K kP a =2282.20.0826 3.3922t zB t p K kP a= 123433.86zB zB zB zB zB kPa=+=2-3 解:2-4 解: 求自重應(yīng)力1112'194(209.818

33、6.19zMh h kPa=+=+-=33'86.19(18.59.83112.26zN zM h kPa=+=+-=第三章思考題33-1 何謂達(dá)西定律,達(dá)西定律成立的條件有哪些?3-2 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定滲透系數(shù)的方法有幾種?它們之間又什么不同? 3-3 流網(wǎng)有什么特征?3-4 滲透變形有幾種形式?各有什么特征? 3-5 什么是臨界水力梯度?如何對(duì)其進(jìn)行計(jì)算?3-6 孔隙水應(yīng)力在靜水條件下和在穩(wěn)定滲流作用下有什么不同?如何利用流網(wǎng)確定滲流作用的孔隙水壓力。 3-7 根據(jù)達(dá)西定律計(jì)算出的流速和土水中的實(shí)際流速是否相同?為什么?3-8 拉普拉斯方程是由哪兩個(gè)基本定律推導(dǎo)出的?你認(rèn)為土的透水系數(shù)

34、是各向同性的嗎? 習(xí)題33-1 圖為一簡(jiǎn)單的常水頭滲透試驗(yàn)裝置,試樣的截面積為1202cm ,若經(jīng)過10秒。由量筒測(cè)得流經(jīng)試樣的水量為1502cm ,求試樣的滲透系數(shù)。 3-2 某無粘性土的粒徑分布曲線如1-28曲線所示,若該土的孔隙率n=30%,土粒比重s G =2.65,試問當(dāng)發(fā)生滲透變形時(shí),該土應(yīng)屬何種類型的土?其臨界水力梯度為多少(用細(xì)粒含量法判別?3-3 如圖1-29中的曲線C 為一無粘性土的粒徑分布圖和粒組頻率曲線(虛線所示。試判別該土的發(fā)生滲透變形時(shí)是屬何種類型的土?若土的孔隙率為36%,土粒的比重為2.65,則該土的臨界水力梯度多大? 3-4 資料同3-3,試求:圖3-27中b

35、 點(diǎn)的孔隙水應(yīng)力(包括靜止孔隙水應(yīng)力和超孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力; 地表面5-6處會(huì)不會(huì)發(fā)生流土現(xiàn)象?3-5 有一粘土層位于兩沙層之間,其中沙層的濕重度=17.63kN/m,飽和重度3sat19.6kN /m=,粘土層的飽和重度3sat20.6kN /m=,土層的厚度如圖所示。地下水位保持在地面以下1.5m 處,若下層砂層中有承壓水,其測(cè)壓管水位高出地面3m ,試計(jì)算:粘土層內(nèi)的孔隙水應(yīng)力及有效應(yīng)力隨深度的變化并繪出分布圖(假定承壓水頭全部損失在粘土層中; 要使粘土層發(fā)生流土,則下層砂中的承壓水引起的測(cè)壓管水位應(yīng)當(dāng)高出地面多少米? 思考題33-1水在土中的滲透速度與試樣兩端水平面間的水位差成正比,

36、而與滲徑長(zhǎng)度成反比,即:kiLh kv = 即為達(dá)西定律。達(dá)西定律只有當(dāng)滲流為層流的的時(shí)候才能適用,其使用界限可以考慮為:0.1/=vd weR3-2室內(nèi)測(cè)定土的滲透系數(shù)的方法可分為常水頭試驗(yàn)和變水頭試驗(yàn)兩種。常水頭法是在整個(gè)試驗(yàn)過程中水頭保持不變,適用于透水性強(qiáng)的無粘性土;變水頭法在整個(gè)試驗(yàn)過程中,水頭是隨著時(shí)間而變化的,適用于透水性弱的粘性土。3-3 流網(wǎng)具有下列特征:(1 流線與等勢(shì)線彼此正交; (2 每個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)度比為常數(shù),為了方便常取1,這時(shí)的網(wǎng)格就為正方形或曲邊正方形; (3 相鄰等勢(shì)線間的水頭損失相等; (4 各溜槽的滲流量相等。3-4 按照滲透水流所引起的局部破壞的特征,滲透變

37、形可分為流土和管涌?jī)煞N基本形式。流土是指在滲流作用下局部土體表面隆起,或土粒群同時(shí)起動(dòng)而流失的現(xiàn)象,它主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流出處。 管涌是指在滲流作用下土體中的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動(dòng)并被帶出的現(xiàn)象,主要發(fā)生在砂礫土中。 3-5 土體抵抗?jié)B透破壞的能力稱為抗?jié)B強(qiáng)度,通常已瀕臨滲透破壞時(shí)的水力梯度表示,一般稱為臨界水力梯度或抗?jié)B梯度。流土的臨界水力梯度:1(1(n G is cr-=, 該式是根據(jù)豎向滲流且不考慮周圍土體的約束作用情況下推得的,求得的臨界水力梯度偏小,建議按下式估算:1(1(79.01(1(2420CD n n niLcr+-=;管涌土的臨界水力梯度:ddG

38、in s cr20521(1(2.2-=3-6在靜水條件下,孔隙水應(yīng)力等于研究平面上單位面積的水柱重量,與水深成正比,呈三角形分布;在穩(wěn)定滲流作用下,當(dāng)有向下滲流作用時(shí),孔隙水應(yīng)力減少了hw,當(dāng)有向上滲流作用時(shí),孔隙水應(yīng)力增加了hw。一旦流網(wǎng)繪出以后,滲流場(chǎng)中任一點(diǎn)的孔隙水應(yīng)力即可由該點(diǎn)的測(cè)壓管中的水柱高度乘以水的重度得到。當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于下游靜水位以下時(shí),孔隙水應(yīng)力由靜孔隙水應(yīng)力和超靜孔隙水應(yīng)力組成。 3-7不相同。由達(dá)西定律求出的滲透速度是一種假想平均流速,因?yàn)樗俣ㄋ谕林械臐B透是通過整個(gè)土體截面來進(jìn)行的。而實(shí)際上,滲透水不僅僅通過土體中的孔隙流動(dòng),因此,水在土體中的實(shí)際平均流速要比由達(dá)西定

39、律求得的數(shù)值大得多。3-8一、假定在滲流作用下單元體的體積保持不變,水又是不可壓縮的,則單位時(shí)間內(nèi)流入單元體的總水量必等于流出的總水量,即:(y y y x x x y xd yq q d xq q q q +÷+=÷二、假定土是各向同性的,即x k 等于y k ,則02222=+yh xh土的滲透系數(shù)不是各向同性的。第四章思考題4 4-1 地基土內(nèi)各點(diǎn)承受土自重引起的自重應(yīng)力,一般情況下,地基土在其自重應(yīng)力下已經(jīng)壓縮穩(wěn)定,但是,當(dāng)建筑物通過其基礎(chǔ)將荷載傳給地基之后,將在地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力,這種附加應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致地基土體的變形。 4-2壓縮系數(shù)va 是指單位壓力增量所引起的空隙

40、比改變量,即ep 壓縮曲線的割線的坡度,pe p p e e a v -=-=1221;壓縮指數(shù)c C 是指elgp 曲線直線段的坡度,即:lg(lg lg 111221p p p e p p e e C c+-=-=;回彈再壓縮指數(shù)s C 是指回彈再壓縮曲線(在elgp 平面內(nèi)直線段的坡度; 體積壓縮系數(shù)v m 定義為土體在單位應(yīng)力作用下單位體積的體積變化,其大小等于1(1e a v +;壓縮模量sE 定義為土體在無側(cè)向變形條件下,豎向應(yīng)力與豎向應(yīng)變之比,其大小等于vm 1,即;zzsE =。4-3在無側(cè)向變形條件下的土層壓縮量計(jì)算公式要求土層均質(zhì),且在土層厚度范圍內(nèi)壓力是均勻分布的,因此厚

41、土層一般要求將地基土分層。 沒有必要。4-4前式更準(zhǔn)確些,因?yàn)閴嚎s系數(shù)常取為100kPa 至200kPa 范圍內(nèi)的值。4-5因?yàn)榈鼗恋膲嚎s是由外界壓力在地基中一起的附加應(yīng)力所產(chǎn)生的,當(dāng)基礎(chǔ)有埋置深度d 時(shí),應(yīng)采用基底靜壓力dn p p -=去計(jì)算地基中的附加應(yīng)力。4-6 有4-7 事先對(duì)地基堆載預(yù)壓,能使地基在荷載作用下完成瞬時(shí)沉降和住固結(jié)沉降,將減少建筑物修蓋之后的最終沉降量。 4-8在荷載施加的瞬時(shí),由于孔隙水來不及排出,加之水被認(rèn)為是不可壓縮的,因而,附加應(yīng)力全部由水來承擔(dān)。經(jīng)過時(shí)間t ,孔隙水應(yīng)力不斷消散,有效應(yīng)力逐漸增加。當(dāng)t 趨于無窮大時(shí),超靜孔隙水應(yīng)力全部消散,僅剩靜孔隙水應(yīng)力

42、,附加應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力。飽和土的固結(jié)過程就是超靜孔隙水應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)化為附加有效應(yīng)力的過程。在這種轉(zhuǎn)化過程中,任一時(shí)刻任一深度上的應(yīng)力始終遵循著有效應(yīng)力原理,即:'+=u p 。4-9 不對(duì)4-10正常固結(jié)土和超固結(jié)土雖然有相同的壓力增量,但其壓縮量是不同的,正常固結(jié)土的壓縮量要比超固結(jié)土的大。 因?yàn)槌探Y(jié)土在固結(jié)穩(wěn)定后,因上部巖層被沖蝕或移去,現(xiàn)已回彈穩(wěn)定。第四章思考題44-1 引起土體壓縮的主要原因是什么?4-2 試述土的各壓縮性指標(biāo)的意義和確定方法。4-3 分層總和法計(jì)算基礎(chǔ)的沉降量時(shí),若土層較厚,為什么一般應(yīng)將地基土分層?如果地基土為均質(zhì),且地基中自重應(yīng)力和附加應(yīng)力均為(沿高

43、度均勻分布,是否還有必要將地基分層? 4-4 分層總和法中,對(duì)一軟土層較厚的地基,用i1i 2i i 1i S (e e H /(1e =-+或i vi i 1i S a pH /(1e =+計(jì)算各分層的沉降時(shí),用哪個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確?為什么? 4-5 基礎(chǔ)埋深d 0時(shí),沉降計(jì)算為什么要用基底凈壓力? 4-6 地下水位上升或下降對(duì)建筑物沉降有沒有影響?4-7 工程上有一種地基處理方法堆載預(yù)壓法。它是在要修建建筑物的地基上堆載,經(jīng)過一段時(shí)間之后,移去堆載,再在該地基上修建筑物。試從沉降控制的角度說明該方法處理地基的作用機(jī)理。 4-8 土層固結(jié)過程中,孔隙水壓力和有效應(yīng)力是如何轉(zhuǎn)換的?他們間有

44、何關(guān)系? 4-9 固結(jié)系數(shù)v C 的大小反映了土體的壓縮性有何不同?為什么?4-10 超固結(jié)土與正常固結(jié)土的壓縮性有何不同?為什么? 習(xí)題44-1 某涵閘基礎(chǔ)寬6m ,長(zhǎng)(沿水流方向18m ,受中心豎直荷載P=10800kN 的作用,地基為均質(zhì)無粘性土,地下水位在地面以下3m 處,地下水位以上的濕重度=19.13kN/m,地下水位以下土的飽和重度3sat21kN /m=,基礎(chǔ)的埋置深度為1.5m ,圖的壓縮曲線如圖所示,試求基礎(chǔ)中心點(diǎn)的沉降量。4-2 某條形基礎(chǔ)寬15m ,受2250kN /m 的豎直偏心線荷載的作用,偏心距為1m,地下水位距地面6m ,地基由兩層粘性土組成,上層厚9m ,濕重

45、度=193kN/m,飽和重度3sat20kN /m=。下層厚度很大,飽和重度3sat21kN /m=.基礎(chǔ)的埋置深度為3m ,上層和下層土的壓縮曲線如圖A ,B 線所示,試求基礎(chǔ)兩側(cè)的沉降量和沉降差。 4-3 某建筑物下有6m 厚的粘土層,其上下均為不可壓縮的排水層。粘土的壓縮試驗(yàn)結(jié)果表明,壓縮系數(shù)-1v a 0.0005kPa =,初始孔隙比為1e =0.8。試求在平均附加應(yīng)力z =150kP a 作用下,該土的壓縮模量s E ,又設(shè)該土的伯松比=0.4,則其變形模量E 為多少?4-4 某均質(zhì)土壩及地基的剖面圖如圖所示,其中粘土層的平均壓縮系數(shù)-4-1v a 2410kPa =,初始孔隙比1

46、e =0.97,滲透系數(shù)k=2.0cm/a ,壩軸線處粘土層內(nèi)的附加應(yīng)力分布如圖中陰影部分所示,設(shè)壩體是不遠(yuǎn)水的。試求: 粘土層的最終沉降量;當(dāng)粘土層的沉降雖達(dá)到12c m 時(shí)所需的時(shí)間; 4-5 有一粘土層位于兩沙層之間,厚度為5m ,現(xiàn)從粘土層中心取出一試樣做固結(jié)試驗(yàn)(試樣厚度為2cm ,上下均放置了透水石,測(cè)得當(dāng)固結(jié)度達(dá)到60%時(shí)需要8min ,試問當(dāng)天然粘土層的固結(jié)度達(dá)到80%時(shí)需要多少時(shí)間(假定粘土層內(nèi)附加應(yīng)力為直線分布? 4-6 某一粘土試樣取自地表以下8m 處,該處受到的有效應(yīng)力為100kP a ,試樣的初始孔隙比為1. 05,經(jīng)壓縮試驗(yàn)得出的壓力與穩(wěn)定孔隙比關(guān)系如下: 加荷 P

47、(kP a e50 0.95 100 0.922 200 0.888 400 0.835退荷 p(kP a e 200 0.840 100 0.856 再加荷P(kP a e200 0.845400 0.830800 0.7571600 0.675試在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪出壓縮、回彈及再壓縮曲線,并推求前期固結(jié)壓力c p 及現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線的c C 、S C 值,判斷該土層屬于何種類型的固結(jié)土。4-7一地基剖面圖如圖示,A 為原地面,在近代的人工建筑活動(dòng)中已被挖去2m ,即現(xiàn)在的地面為B 。設(shè)在開挖以后地面以下的土體允許發(fā)生充分回彈的情況下,再在現(xiàn)地面上大面積堆載,其強(qiáng)度為150kP a。試問粘土層將產(chǎn)

48、生多少壓縮量(粘土層的初始孔隙比為1.00,c C =0.36,S C =0.06? 思考題5第五章思考題55-1 什么叫土的抗剪強(qiáng)度?5-2 庫侖的抗剪強(qiáng)度定律是怎樣表示的,砂土和粘性土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式有何不同? 5-3 為什么說土的抗剪強(qiáng)度不是一個(gè)定值?5-4 何謂摩爾庫侖破壞準(zhǔn)則?何為極限平衡條件?5-5 土體中發(fā)生剪切破壞的平面是不是剪應(yīng)力最大的平面?在什么情況下,破壞面與最大剪應(yīng)力面是一致的? 5-6 測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)主要有哪幾種方法?試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)? 5-7 何謂靈敏度和觸變性?5-8 影響砂土抗剪強(qiáng)度的因素有哪些? 5-9 何謂砂土液化?5-10 試述正常固結(jié)粘土在UU

49、,CU ,CD 三種實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)力應(yīng)變、孔隙水應(yīng)力應(yīng)變(或體變應(yīng)變和強(qiáng)度特性。 5-11 試述超固結(jié)粘土在UU ,CU ,CD 三種實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)力應(yīng)變、孔隙水應(yīng)力應(yīng)變(或體變應(yīng)變和強(qiáng)度特性。 5-12 試述正常固結(jié)粘土和超固結(jié)粘土的總應(yīng)力強(qiáng)度包線與有效強(qiáng)度包線的關(guān)系。 習(xí)題55-1 已知某無粘性土的c=0,=30,若對(duì)該土取樣做實(shí)驗(yàn),如果對(duì)該樣施加大小主應(yīng)力分別為200a kP 和120akP ,該試樣會(huì)破壞嗎?為什么?若使小主應(yīng)力保持原質(zhì)不變,而將大主應(yīng)力不斷加大,你認(rèn)為能否將大主應(yīng)力增加到400akP ,為什么?5-2 設(shè)地基內(nèi)某點(diǎn)的大主應(yīng)力為450a kP ,小主應(yīng)力為200a kP ,土的

50、摩擦角為20,粘聚力為50a kP ,問該點(diǎn)處于什么狀態(tài)?5-3 設(shè)地基內(nèi)某點(diǎn)的大主應(yīng)力為450a kP ,小主應(yīng)力為150a kP ,孔隙應(yīng)力為50a kP ,問該點(diǎn)處于什么狀態(tài)? 5-4 某土的固結(jié)不排水剪實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表,圖解求總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)cu c 和cu 、有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)'c和'。3(a kP (1-3(a kP f u (a kP 100 20035 200 320 70 300460755-5 對(duì)某一飽和正常固結(jié)粘土進(jìn)行三軸固結(jié)排水剪切實(shí)驗(yàn),測(cè)得其內(nèi)摩擦角'd 32=,現(xiàn)又對(duì)該土進(jìn)行了固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn),其破壞時(shí)的3a 200kP =。軸向應(yīng)力增量a q

51、200kP =,試計(jì)算出在固結(jié)不排水剪切時(shí)的破壞孔隙水應(yīng)力f u 值。5-6 在某地基土的不同深度進(jìn)行十字板剪切實(shí)驗(yàn),測(cè)得的最大扭力矩如下表。求不同深度上的抗剪強(qiáng)度,設(shè)十字板的高度為10cm ,寬為5cm 。深度(m 扭力矩(kN -m 5 12010 160 151905-7 某飽和正常固結(jié)試樣,在周圍壓力3=150a kP 下固結(jié)穩(wěn)定,然后在不排水條件下施加軸向壓力至剪破,測(cè)得其不排水強(qiáng)度u c =60a kP ,剪破面與大主應(yīng)力面的實(shí)測(cè)夾角f =57,求內(nèi)摩擦角cu 和剪破時(shí)的孔隙水壓力系數(shù)f A 。 5-8 設(shè)某飽和正常固結(jié)粘土的''c 0,30=,試計(jì)算固結(jié)壓力3a1

52、00kP =時(shí)的不排水強(qiáng)度u c 和內(nèi)摩擦角cu(假定f A =15-9 設(shè)一圓形基礎(chǔ),承受中心荷載,如圖所示。地基為深厚的粘土層,濕重重為1803kN/m,飽和容重1為21.03kN/m,地下水位在地面以下3m 處。在加荷前,基礎(chǔ)中心以下離地面5m 處M 點(diǎn)的測(cè)壓管中心水位與地下水位齊平;在加荷瞬時(shí),即t 為零時(shí),測(cè)壓管中的水位高出地面7m ,設(shè)M 點(diǎn)的豎向附加應(yīng)力1 =150kP a,水平向附加應(yīng)力3 =70kP a 。試求:(1加荷瞬時(shí)M 點(diǎn)的豎向有效應(yīng)力和孔隙應(yīng)力系數(shù)A ,B ;(2若加荷前地基土為正常固結(jié)土,有效內(nèi)摩擦角中=30,靜止側(cè)壓力系數(shù)0K=0.7,問加荷后M 點(diǎn)是否會(huì)發(fā)生剪切破壞? 5-1 土的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷在所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。 5-2砂土: tg f =粘土:tg c f+=對(duì)于無粘性土,其抗剪強(qiáng)度僅由粒間的摩擦分量所構(gòu)成,此時(shí)c=0;而對(duì)于粘