大學土力學試題及答案

1、第 1 章土的物理性質與工程分類一填空題1 顆粒級配曲線越平緩，不均勻系數(shù)越大，顆粒級配越好。為獲得較大密實度，應選擇級配良好的土料作為填方或砂墊層的土料。2 粘粒含量越多，顆粒粒徑越小，比表面積越大，親水性越強，可吸附弱結合水的含量越多，粘土的塑性指標越大3 塑性指標 I p wLw p ，它表明粘性土處于可塑狀態(tài)時含水量的變化范圍，它綜合反映了粘性、可塑性等因素。因此規(guī)范規(guī)定：10 I p 17 為粉質粘土， I p17 為粘土。4 對無粘性土，工程性質影響最大的是土的密實度，工程上用指標e、 D r 來衡量。5 在粘性土的物理指標中，對粘性土的性質影響較大的指標是塑性指數(shù)Ip 。6 決定

2、無粘性土工程性質的好壞是無粘性土的相對密度，它是用指標D r來衡量。7 粘性土的液性指標 I LwwpwL，它的正負、大小表征了粘性土的軟硬狀態(tài)，規(guī)范wp按 I L 將粘性土的狀態(tài)劃分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑。8 巖石按風化程度劃分為微風化、中等風化、強風化。9 巖石按堅固程度劃分為硬質巖石，包括花崗巖、石灰?guī)r等；軟質巖石，包括頁巖、泥巖等。10某砂層天然飽和重度sat20 kN/m 3，土粒比重 G s2.68 ，并測得該砂土的最大干重度d max17.1kN/m 3，最小干重度d min15.4 kN/m 3，則天然孔隙比e 為 0.68，最大孔隙比 emax0.74，最小孔隙比 e

3、min0.57。11砂粒粒徑范圍是 0.0752mm，砂土是指大于2mm 粒徑累計含量不超過全重50%，而大于 0.075mm 粒徑累計含量超過全重50%。12親水性最強的粘土礦物是蒙脫石， 這是因為它的晶體單元由兩個硅片中間夾一個鋁片組成，晶胞間露出的是多余的負電荷，因而晶胞單元間聯(lián)接很弱，水分子容易進入晶胞之間，而發(fā)生膨脹。二問答題1 概述土的三相比例指標與土的工程性質的關系？答：三相組成的性質，特別是固體顆粒的性質，直接影響土的工程特性。但是，同樣一種土，密實時強度高，松散時強度低。對于細粒土，水含量少則硬，水含量多時則軟。這說明土的性質不僅決定于三相組成的性質，而且三相之間量的比例關系

4、也是一個很重要的影響因素。2 地下水位以下一原狀土樣，其w 28%， G s2.70；1.88 t/m 3 ,計算孔隙比時，用公式 ed s w (1)1 ，計算得 e 0.838 ，用公式 ed s 計算得 e0.756 ，試sr問該用那個公式，e 為多少？另一個公式在這里為什么不能用？d s w (1)0.838，而另一公式不能用，因為飽和度sr 未答：公式 e1 該用， e給，不能認為sr1 ，實際上將e0.838代入ed s，得sr0.902。sr3 說明三相草圖中1和e的物理概念。1e1e答：1代表單元土體中土骨架所占有的體積，e代表孔隙在單元土體中所占有的1e1e體積。4 什么是粘

5、性土的界限含水量？它們與土中那一層水膜相對應，他們又如何確定？答：土由一種狀態(tài)轉到另一種狀態(tài)的界限含水量稱為阿太堡界限含水量。分別為縮限、塑限和液限。分別和強結合水（吸著水） 、弱結合水（薄膜水）和自由水相對應?？s限可用收縮皿法測定，塑限可用滾搓法、液塑限聯(lián)合測定法，液限可用錐式液限儀或碟式液限儀測定。四、計算題1 某地基土樣數(shù)據(jù)如下：環(huán)刀體積60cm 3 ,濕土質量0.1204kg，土質量 0.0992kg，土粒相對密度為2.71，試計算：天然含水量w，天然重度，干重度d ，孔隙比 e 。m0.12043msg0.09923Vg10 0.020N / cmdV100.0165N / cm60

6、60mw0.1024 0.0992w100% 11.3%ms0.0992Vsms 0.0992 103 36.6cm3Gs2.71VvVVs6036.60.639eVs36.6Vs2若原狀土樣的天然密度2.1t / m3，含水量 w15% ，土顆粒相對密度G s =2.71，試計算孔隙比 e.答：設 Vs1m3 ， msG s w2.71tmwwms0.15 * 2.710.407tVmsmw2.71 0.4072.11.484 m3VvVVs1.4841eVs10.484Vs3測得沙土的天然重度17.6kN / m3 ，含水量 w8.6% ，土粒相對密度G s 2.66 ，最小孔隙比 emi

7、n0.462 ，最大孔隙比 emax0.71 ，試求沙土的相對密度 Dr 。答： 設 Vs1cm3則 ms VsG s w 2.66 gmw wms0.086 2.660.229gmmsmw2.660.2291.641cm3V/ g1.76VvVVs1.6411eVs10.641VsD remaxe0.710.6410.278emin0.710.462emax第二章土的滲透性一、填空題1 當土體兩點之間有水頭差，有滲流長度時，則滲流發(fā)生，滲流速度vki ，與水頭差成正比，與滲流長度成反比。但在黏土中，只有當水頭梯度超過起始梯度時才開始滲流。2 滲透力（即動水壓力）是土對水的壓力，滲透力的表達式

8、是w i ，產生流砂的條件是滲流力克服了土體的重力。二、 簡答題1 什么叫滲透力，其大小和方向如何確定？答：地下水在土體中流動時，由于受到土的阻力，而引起水頭損失，從作用力與反作用力的原理可知，水流經過時必定對土顆粒施加一種滲流作用力，單位體積土顆粒所受到的滲流作用力稱為滲透力。滲流力的大小與水力梯度成正比，其方向與滲流方向一致。2 達西定律的基本假定是什么？試說明達西滲透定律的應用條件和適用范圍。答：由于土的孔隙很小， 在大多數(shù)情況下水在孔隙中的流速較小， 可以認為屬于層流 （即水流流線相互平行的流動） ，那么土中的滲流規(guī)律可以認為是符合層流滲透定律。由于達西定律只適用于層流的情況，故一般只

9、用于中砂、細砂、粉砂等，對粗砂、礫石、卵石等粗粒土不適合；而黏土中的滲流規(guī)律不完全符合達西定律，需進行修正。修正后為vk ( II 0 ) 。3 滲透力是怎樣引起滲透變形的？滲透變形有哪幾種形式？在工程上會有什么危害？防治滲透破壞的工程措施有哪些？答：地下水的滲流方向自下而上，已知土的有效重度為，當向上的動水力G D 與土的有效重度相等時，即GDw Isatw這時土顆粒間的壓力就等于零，土顆粒將處于懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定，這種現(xiàn)象叫流沙。在滲透水流作用下， 土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動， 以至流失； 隨著土的孔隙不斷擴大， 滲透速度不斷增加， 較粗的顆粒也相繼被水流逐漸帶走， 最終導致土體

10、內形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)象叫管涌。防治流土的關鍵在于控制溢出處的水力坡降，為了保證實際的溢出坡降不超過允許坡降，可采取以下工程措施：1?？赏ㄟ^做垂直防滲帷幕、水平防滲鋪蓋等，延長滲流途徑、降低溢出處的坡降；2。在溢出處挖減壓溝或打減壓井，貫穿滲透性小的黏土層，以降低作用在粘性土層底面的滲透壓力；3。在溢出處加透水蓋重，以防止土體被滲透力所懸浮。防止管涌一般可從下列兩方面采取措施： 1。做防滲鋪蓋或打板樁等，降低土層內部和滲流溢出處的滲透坡降； 2。在滲流溢出部位鋪設層間關系滿足要求的反濾層。4生管涌和流土的機理與條件是什么？與土的類別和性質有什么關系？工程上如何判斷土可能產生

11、滲透破壞并進行分類的？答：發(fā)生管涌與流土的機理如上一題答案所訴。發(fā)生流土的條件是水力梯度i 大于或等于臨界水力梯度i cr 。臨界水力梯度與土性密切相關，研究表明，土的不均勻系數(shù)C u 愈大，i cr 值愈小，土中細顆粒含量高，icr 值增大，土的滲透系數(shù)愈大，i cr 值愈低。發(fā)生管涌首先取決于土的性質，管涌多發(fā)生在砂性土中，其特征是顆粒大小差別較大，往往缺少某種粒徑，孔隙直徑大且相互連同。無黏性土產生管涌的兩個必備條件是：1。幾何條件： 土中粗顆粒所構成的孔隙直徑必須大于細顆粒的直徑，這是必要條件， 一般不均勻系數(shù) C u10 的土才會發(fā)生管涌；2 水力條件：滲流力能夠帶動細顆粒在孔隙間滾

12、動或移動是管涌發(fā)生的水力條件，可用管涌的水力梯度來表示。第三章地基土的應力與變形一填空題1。附加應力引起土體壓縮，有效應力影響土體的抗剪強度。2一般情況下， 自重應力不會引起地基沉降，附加應力引起地基的沉降，在成土年代不久，地下水位升降等情況自重應力也會引起地面沉降。3土中豎向附加應力z 的影響深度與xz 相比，z 的影響深度要大，xz 在荷載兩側最大。4應力自基礎底面起算，隨深度呈非線性變化，自重應力自地基表面起算，隨深度呈線性變化。5壓縮系數(shù)ade / dp ，壓縮模量Es1e1 ，則土的壓縮性愈高，這兩個指標通過固a結試驗，繪制壓縮曲線得到。6超固結比OCR 指的是土層歷史上所經受的先期

13、固結壓力pc 與現(xiàn)有覆蓋土重p1 之比， 根據(jù) OCR 的大小可把粘性土分為正常固結土， 超固結土和欠固結土三大類。 OCR<1 的黏土屬欠固結土。7ade / dp，其中 a 稱為壓縮系數(shù)，土的壓縮實驗是在側限條件下完成的。壓縮定律是它反映了單位壓力增量作用下土的孔隙比的減小。5壓縮系數(shù) ae1e2， a1 2 表示壓力范圍，p1 =地基某深度處土中自重應力，p2 =地p2p2基某深度處土中自重應力與附加應力之和的壓縮系數(shù)，工程上常用 a12 來評價土的壓縮性的高低 ，當a1 2 0.1MPa 1時 屬于 低壓縮性 土， 當0.1a120.1MPa10.5MPa 1 時屬中等壓縮性土，

14、當a120.5MPa 1 時屬中等壓縮性土。6 用分層總和法計算沉降時，采用壓縮系數(shù)指標使沉降計算值偏小，采用基礎中點下附加應力指標又使計算值偏大，相互有所補償。10飽和黏土的沉降由瞬時沉降，固結沉降，次壓縮沉降組成。11壓縮試驗中，環(huán)刀土樣置于剛性護環(huán)中，所以稱此試驗為側限壓縮試驗，用該實驗測的壓縮指標 a 、 Es 稱為壓縮性指標，壓縮試驗每級荷載下壓至變形穩(wěn)定，所以由此試驗測出的指標可用來計算地基的沉降。二問答題1 簡述太沙基的有效應力原理。答：u ，飽和土中任意點的總應力總是等于有效應力加上孔隙水壓力u 。2 用彈性理論求解土中附加應力的基本假設是什么？答：計算地基中的附加應力時，一般

15、假定地基土是各向同性的、均質的線性變形體，而且在深度和水平方向上都是無限延伸的，即把地基看成是均質的線性變形空間（半無限體），這樣就可以直接采用彈性力學中關于彈性半空間的理論解答。計算基底附加應力時，通常將基底看成是柔性荷載，而不考慮基礎剛度的影響。3 何謂土的附加應力？計算附加應力有何工程意義？答：對一般天然土層來說，自重應力引起的壓縮變形在地質歷史上早已完成，不會再引起地基的沉降， 附加應力則是由于修建建筑物以后在地基內新增加的應力， 因此它是使地基發(fā)生變形，引起建筑物沉降的主要原因。4試列舉出土中自重應力也能引起地面沉降的幾種情況。答：通常土的自重應力不會引起地基變形，因為正常固結土的形

16、成年代很久，早已固結穩(wěn)定。 只有新近沉積的欠固結土或人工填土， 在自重作用下尚未固結， 需要考慮土的自重引起的地基變形。 此外，地下水的升降，將會引起土中自重應力大小的變化， 使土體發(fā)生變形（如壓縮、膨脹或濕陷等） 。1 試述 Es 、 E0 的物理意義？如何確定？主要用途？答：壓縮模量Es 是在完全側限的條件下得到的，為豎向正應力與相應的正應變的比值，該參數(shù)將用于地基最終沉降計算的分層總和法。變形模量 E0 是根據(jù)現(xiàn)場載荷試驗得到的，是指土在側向自由膨脹條件下正應力與相應的正應變的比值。該參數(shù)將用于彈性理論法最終沉降計算中，但載荷實驗中所規(guī)定的沉降穩(wěn)定標準帶有很大的近似性。2 說明分層總和法

17、利用公式sa( p1p2 ) h1 ，計算 h 厚土層的沉降量時，公式中p1 、1e1p2 、 e 、 a 的物理意義？答：p1 ：土層上下表面自重應力的平均值，(c1c0)/2。p2土層上下表面自重應力的平均值(c1c0) / 2與附加應力平均值(z1z0 ) / 2 之和。e 為根據(jù)土層的自重應力平均值即p1 ，從壓縮曲線上得到相應的孔隙比。a 為土層的壓縮系數(shù)，ae1e2 ， e2 與 p2 對應。p2p13 何為地基的固結度？寫出其表達式（分別用沉降量和有效應力表示）。答：土的固結度是指地基土在某一壓力作用下，經歷時間t 所產生的固結變形（沉降）量與最終固結變形（沉降）量之比。用沉降量

18、表示為Usct/ sc用有效應力表示為Uz。p4 試說明壓縮系數(shù)a 的意義及其工程應用。答：壓縮系數(shù)是土體在側限條件下孔隙比減小量與豎向有效應力增量的比值，即 ep 曲線中某一壓力段的割線斜率。為了便于比較，通常采用壓力段由p10.1MPa 增加到p20.2MPa 時的壓縮系數(shù) a1 2來評定土的壓縮性如下：當a1 20.1MPa 1 時，為低壓縮性土；0.1MPa _ 1a1 2 0.5MPa 1時，為中壓縮性土；a1 20.5MPa 1 時，為高壓縮性土。5 試說明壓縮模量Es 的意義答：壓縮模量Es 是在完全側限的條件下得到的，為豎向正應力與相應的正應變的比值，該參數(shù)將用于地基最終沉降計

19、算的分層總和法。10 簡述“分層總和法”確定計算深度zn 的方法。答：地基沉降計算深度zn 的新標準應滿足下列條件：由該深度處向上取按表規(guī)定的計算厚度z所得的計算沉降量sn 應滿足下述要求（包括考慮相臨荷載的影響）：ns n 0.025sii 1按上式所確定的沉降計算深度下如有較軟弱土層時， 尚應向下繼續(xù)計算， 至軟弱土層中所取規(guī)定厚度 z 的計算沉降量滿足上式為止。b (m)22 b 44 b 8b 8z(m)0.30.60.81.011。列舉出影響基底壓力分布規(guī)律的因素。答：有基礎剛度、荷載及土性等。12什么是基底附加壓力？計算基底附加壓力有何工程意義？答：建筑物建造前， 土中早已存在自重

20、應力， 基底附加壓力是作用在基礎底面的壓力與基底處建前土中自重應力之差，是引起地基附加應力和變形的主要因素。13何為有效應力？研究有效應力有何工程意義？答：飽和土是由固體顆粒構成的骨架和充滿其間的水組成的兩相體，當外力作用于土體后，一部分由土骨架承擔，并通過顆粒之間的接觸面進行應力的傳遞，稱為有效應力。 另一部分則由孔隙中的水來承擔， 水雖然不能承擔剪應力， 但卻能承受法向應力， 并且可以通過連通的孔隙水傳遞，這部分水壓力稱為孔隙水壓力。土的變形 （壓縮） 和強度的變化都只取決于有效應力的變化。引起土的體積壓縮和抗剪強度發(fā)生變化的原因，并不是作用在土體上的總應力，而是總應力與孔隙水壓力之間的差

21、值有效應力。 孔隙水壓力本身不能使土發(fā)生變形和強度的變化。這是因為水壓力各方向相等，均衡的作用于每個土顆粒周圍， 因而不會使土顆粒移動， 導致孔隙體積的變化。它除了使土顆粒受到浮力外， 只能使土顆粒本身受到靜水壓力， 而固體顆粒的壓縮模量很大， 本身壓縮可忽略不計。 另外， 水不能承受剪應力， 因此孔隙水壓力自身的變化也不會引起土的抗剪強度的變化，正因為如此，孔隙水壓力也被稱為中性壓力。14什么是基底壓力？答：建筑物的荷載是通過自身基礎傳給地基的?；讐毫κ亲饔糜诨A底面上的荷載效應，它與荷載的大小和分布、基礎的剛度、基礎的埋深以及地基土的性質等多種因素有關。15何為飽和粘性土的滲透固結？試說

22、明固結過程中土中應力的轉換過程（即滲透固結過程與有效應力原理的關系）。答：飽和土在壓力作用下隨土中水體積減小的全過程，稱為土的固結。 在飽和土的固結過程中任意時間t ，根據(jù)平衡條件，有效應力與 超 孔隙水壓力u 之和總是等于總應力通常是指作用在土中的附加應力z ，即uz由上式可知，當在加壓的那一瞬間，由于uuz ，所以0 ，而當固結變形完全穩(wěn)定時，則z ， u0 。因此，只要土中孔隙水壓力還存在，就意味著土的滲透固結變形尚未完成。換而言之，飽和土的固結就是孔隙水壓力的消散和有效應力相應增長的過程。16地基變形按其特征分為哪幾種？其定義是什么？答：分為瞬時沉降、固結沉降和次壓縮沉降。瞬時沉降是緊

23、隨著加壓后地基即時發(fā)生的沉降，地基土在外荷載作用下其體積還來不及發(fā)生變化，主要是地基土的畸曲變形，也稱畸變沉降、初始沉降或不排水沉降。固結沉降是由于在荷載作用下隨著土中超孔隙水壓力的消散，有效應力的增長而完成的。次壓縮被認為與土的骨架蠕變有關；它是在超孔隙水壓力已經消散、有效應力增長基本不變之后仍隨時間而緩慢增長的壓縮。17地下水位的變化對土的自重應力有何影響？當?shù)叵滤煌蝗唤德浜途徛德鋾r，對土的自重應力影響是否相同？為什么？答：當?shù)叵滤辉诘鼗至又猩仙雇恋挠行ё灾貞p小， 反之，當?shù)叵滤辉诘鼗至又邢陆担?則土中有效自重應力增大。 地下水位突然降落時， 由于土還未來得及反應，

24、地基的附加沉降不會發(fā)生， 而當?shù)叵滤徛德鋾r， 地基土會由于有效自重應力增大而出現(xiàn)附加沉降。18有兩相鄰剛性建筑物，建于均質地基上，基底壓力均勻分布，若兩建筑物同時興建，試問兩建筑物是否會同時沉降， 為什么？各向什么方向傾斜？若其中一個建筑物先建， 經很多年后再建第二個建筑物，兩建筑物的傾斜方向有無改變，為什么？答：兩建筑物同時修建時，兩基礎底部各自的附加壓力會使地基產生變形，所以， 兩建筑物會同時發(fā)生沉降。 由于兩基底中心間產生的附加應力之和要大于在兩基底中心以外部分的附加應力之和，因此兩建筑物向兩者中間即內側傾斜。若其中一個建筑物先建，經很多年后，再建第二個建筑物時，后建的一個建筑物會向

25、中心以外即外側傾斜，因為第一個建筑物沉降時使其基底中心處以下的土密實，而周圍的土的密實度逐漸減小，所以第二個建筑物沉降時會產生不均勻沉降，傾斜于土質較軟的一側。19高層建筑物經常由主樓和裙房組成， 如從沉降的角度考慮， 應先施工哪一部分比較合理，為什么？答：從沉降的角度考慮，應先施工主樓，后建裙房。若先建裙房，然后使主樓和裙房結為一體，則由于主樓的沉降較裙房要大， 必然會在兩者之間產生不均勻沉降裂縫， 這是建筑物的應該避免的。20為了減少建筑物不均勻沉降的危害，常采取那些工程措施，這些措施都有什么特點？答： 1.采用樁基礎或深基礎。 2.人工加固地基。 3.采用建筑、施工措施，是最簡單且省錢的

26、辦法。第四章地基的抗剪強度一、填空題1 無粘性土的抗剪強度來源于土粒間的摩阻力，粘性土的抗剪強度來源于土粒間的摩阻力和粘聚力。2 粘性土抗剪強度庫侖定律的總應力表達式fctan，有效應力的表達式fctan。3 三軸剪切試驗按排水條件不同，劃分為不固結不排水試驗，固結不排水試驗和固結排水試驗。4 無粘性土抗剪強度公式是ftan，其中是剪切面上的法向應力。5 極限破裂角指的是破壞面與大主應力1 的作用面的夾角，其大小為450/ 2 。6 土的抗剪強度指標有粘聚力c 和內摩擦角。7 地基為厚黏土層，施工速度快，應選擇不固結不排水抗剪強度指標。8 當工程施工工期較長，能固結排水，工程完成后，荷載短期內

27、突增，應選擇固結不排水試驗的抗剪強度指標。9 隨著荷載的增加，地基變形的三個階段是壓縮階段、剪切階段和隆起階段。10土體中的剪應力等于土的抗剪強度時的臨界狀態(tài)稱之為土的極限平衡狀態(tài)。二問答題1 出用大小主應力1 、3 表示的粘性土的極限平衡條件。答：13tan2 4502c tan 45 02231tan2 4502c tan 45 0222 試說明飽和粘性土為什么隨固結度的提高，其抗剪強度高，而壓縮性低。答：飽和土的固結是指飽和土在壓力作用下隨土中水的排出而體積減小的過程，或稱土的壓密。隨著固結度的提高，飽和土越來越密實，根據(jù)密度 -有效應力 -抗剪強度唯一性原理，土的抗剪強度逐漸增大。而由于土的密實，其壓縮性降低。3 影響土的抗剪強度的重要因素有哪些？他們是如何影響土的抗剪強度的。答：由庫侖公式可以看出，無粘性土的抗減強度與剪切面上的法向應力成正比，其本質是由于土粒之間的滑動摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用所產生的摩阻力，其大小決定于土粒表面的粗糙度、土的密實度以及顆粒級配等因素。粘性土的抗剪強度由兩部分組成，一部分是摩擦力（與法向應力成正比） ；另一部分是土粒間的粘聚力，它是由于粘性土顆粒之間的膠結作用和靜電引力效應等因素引起的。4