2012-2013年河海大學(xué)高等土力學(xué)試卷

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上2012年河海大學(xué)高等土力學(xué)土工原理2012-05-161. 土體在沉淀以后，抗剪強(qiáng)度有什么變化趨勢(shì)？為什么？（8分） p128 （p116）答：土體沉淀后，不同的主應(yīng)力方向下土的抗剪強(qiáng)度不同：豎向抗剪強(qiáng)度高于水平抗剪強(qiáng)度。這是因?yàn)樘烊坏耐镣ǔＴ诔练e過(guò)程中，長(zhǎng)寬比大于1的針、片、棒狀顆粒在重力作用下傾向于長(zhǎng)邊沿水平方向 排列而處于穩(wěn)定的狀態(tài)，近似于水平層的沉淀，由于長(zhǎng)期自重的作用，促成土顆粒排列有一定的方向性，這就形成了土層的各向異性結(jié)構(gòu)，土層的各向異性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致土的力學(xué)性質(zhì)上的各向異性。2. 土體中有機(jī)質(zhì)對(duì)土體有什么影響？（8分） p4土壤中的有機(jī)質(zhì)存在是土區(qū)別于一般

2、固體物質(zhì)的主要特性之一，有機(jī)質(zhì)是土壤固相物質(zhì)中最易變化、性質(zhì)最不穩(wěn)定的組分。有機(jī)質(zhì)對(duì)土體性質(zhì)影響的一般規(guī)律：隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加，土的分散性加大，天然含水率增高，干密度減小，脹縮性增加，壓縮性增加強(qiáng)度減小，承載力降低，對(duì)工程極為不利。3. 十字板剪切試驗(yàn)中，豎向剪切強(qiáng)度與兩端水平剪切強(qiáng)度哪個(gè)大？為什么？（7分）p102答：（十字板剪切試驗(yàn)是一種利用十字板剪切儀在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)的方法，這種方法適合于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性土的原位不排水強(qiáng)度，特別適用于均勻飽和軟粘土。對(duì)于粘土中夾帶薄層細(xì)、粉砂或貝殼，用該方法測(cè)得強(qiáng)度偏高。）現(xiàn)場(chǎng)土常常是各向異性的，對(duì)于正常固結(jié)土，水平面上的抗剪強(qiáng)度一般小于垂直

3、面上的抗剪強(qiáng)度。產(chǎn)生各向異性的原因在于：土的成層性和土中的應(yīng)力狀態(tài)不同。4. 三軸試驗(yàn)中的破壞標(biāo)準(zhǔn)主應(yīng)力之差和主應(yīng)力之比，有什么不同？有什么區(qū)別？（7分）p124答：不同的取值標(biāo)準(zhǔn)有時(shí)會(huì)得到不同的強(qiáng)度參數(shù)，一般有最大主應(yīng)力差標(biāo)準(zhǔn)（當(dāng)應(yīng)力應(yīng)變曲線不出現(xiàn)峰值的時(shí)，則取軸向應(yīng)變15%對(duì)應(yīng)的最大主應(yīng)力差）和最大有效應(yīng)力比標(biāo)準(zhǔn)兩種。兩種取值標(biāo)準(zhǔn)求得強(qiáng)度參數(shù)的差異將取決于試驗(yàn)中孔隙水應(yīng)力的發(fā)展過(guò)程，也就取決于試驗(yàn)類型和式樣的剪切類型。（1） 三種排水剪試驗(yàn)兩種取值標(biāo)準(zhǔn)一致，因?yàn)?；?） 三軸固結(jié)不排水剪和三軸不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，由于孔隙水壓力沒(méi)有變化，導(dǎo)致兩種標(biāo)準(zhǔn)一致。（3） 對(duì)于正常固結(jié)粘土，達(dá)到時(shí)孔隙

4、水壓力基本保持不變，兩者所定的破壞應(yīng)力是一致的。（4） 對(duì)于超強(qiáng)固結(jié)土，由于超強(qiáng)固結(jié)土有剪脹性，在剪切過(guò)程中孔隙水壓力發(fā)生短暫的升高后，就隨著應(yīng)變的增大而迅速下降，甚至出現(xiàn)負(fù)值，此時(shí)要保持兩種標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系式成立，要減小，所以出現(xiàn)在之前。5. 真強(qiáng)度參數(shù)的確定方法？在三軸試驗(yàn)中如何確定參數(shù)的？（8分）p114答：真強(qiáng)度參數(shù)又稱伏斯列夫參數(shù)，是一種表示在相同孔隙比條件下剪切破壞的抗剪強(qiáng)度的參數(shù)。分別作剪切破壞時(shí)孔隙比-有效應(yīng)力的關(guān)系曲線和抗剪強(qiáng)度-有效應(yīng)力的關(guān)系曲線。在孔隙比-有效應(yīng)力的關(guān)系曲線取孔隙比相同的三點(diǎn)4/5/6，分別是正常固結(jié)、回彈和再壓縮曲線上的三點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于剪強(qiáng)度-有效應(yīng)力的關(guān)系曲線4

5、/5/6相同的有效應(yīng)力點(diǎn)，這三點(diǎn)對(duì)應(yīng)相同的孔隙比破壞時(shí)時(shí)抗剪強(qiáng)度隨法向有效應(yīng)力的增長(zhǎng)，連接三點(diǎn)近似為一條直線， 稱為伏斯列夫破壞線，其中為真強(qiáng)度參數(shù)。6. 土與金屬材料應(yīng)力應(yīng)變變化有什么主要區(qū)別？說(shuō)明其原因或用圖例去解釋土體的硬化與軟化？（7分）p209、213答：（1）金屬材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線初始階段為直線，材料處于彈性狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變變?yōu)槊黠@的曲線，材料同時(shí)處于彈性和塑性階段，與金屬不同的是土的初始直線段很短，對(duì)于松砂和正常固結(jié)粘土幾乎沒(méi)有直線段，加荷一開(kāi)始就是非線性。加荷卸載后在加荷一個(gè)循環(huán)后，卸載曲線和再加荷不重合，有明顯的回滯環(huán)出現(xiàn)。7. 砂土與正常固結(jié)粘性土主要

6、變形區(qū)別（體積應(yīng)變）？劍橋模型如何體現(xiàn)的？三軸試驗(yàn)與平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)中強(qiáng)度哪個(gè)大？為什么？（8分）p218、p130 (p217)答：壓力會(huì)產(chǎn)生體積應(yīng)變，松砂和軟土由于剪切引起體積應(yīng)變，表現(xiàn)為剪縮；緊密砂土和超固結(jié)粘土常表現(xiàn)為剪脹。塑性體積應(yīng)變?yōu)橛不瘏?shù)。平面應(yīng)變的強(qiáng)度大于三軸試驗(yàn)測(cè)得的強(qiáng)度。中主應(yīng)力對(duì)變形有明顯的影響，由于三軸情況下，試驗(yàn)表明土在的情況下的抗剪強(qiáng)度大于時(shí)，所以平面應(yīng)變條件下的最大廣義剪應(yīng)力比三軸對(duì)稱情況下的大，而破壞時(shí)的軸向應(yīng)變相近。廣義miss準(zhǔn)則可知，土的破壞強(qiáng)度隨著中主應(yīng)力的增大而8. 彈塑性模型中3個(gè)基本假設(shè)（條件前提）是什么？舉例一個(gè)模型，畫(huà)出其屈服面或屈服軌跡？（8分

7、）p231p246答：（1）破壞準(zhǔn)則和屈服準(zhǔn)則；（2） 硬化規(guī)律；（3）流動(dòng)法則；劍橋模型：9. 雙曲線模型中，E-V模型參數(shù)有幾個(gè)，分別說(shuō)出各個(gè)參數(shù)？E-V模型是屬于彈性的、彈塑性、塑性的？什么試驗(yàn)可以確定如何確定這些參數(shù)？（8分）p228答：雙曲線模型的參數(shù)有：強(qiáng)度指標(biāo),推導(dǎo)體積模量三個(gè)參數(shù)破壞比，和，推導(dǎo)泊松比的三個(gè)參數(shù)，關(guān)系曲線的斜率，截距，和曲線的斜率模型：用，破壞比、和，K和共個(gè)參數(shù)E-V模型是彈性的模型。作三軸固結(jié)排水試驗(yàn)測(cè)軸向應(yīng)變a和體積應(yīng)變v。） 在坐標(biāo)系中繪不同3時(shí)的極限摩爾圓，求出2）對(duì)每一個(gè)3，點(diǎn)繪 - 關(guān)系曲線，近似取為直線 3）點(diǎn)繪 與 關(guān)系曲線，）計(jì)算）由試驗(yàn)關(guān)系

8、，利用式（5-21）轉(zhuǎn)換為關(guān)系。 n 模型和模型的差異兩種模型采用了相同的彈性模量，無(wú)論加荷還是卸荷。它們的差異僅在于泊松比n 和體積模量。E-B模型泊松比 大多小于 v模型泊松比雙曲線模型的存在問(wèn)題）不能反映剪脹剪縮性）不能反映軟化特性）不能反映各向異性，模型的建立和參數(shù)的確定完全依據(jù)大主應(yīng)力方向加荷的試驗(yàn)結(jié)果。4） 模型對(duì)卸荷狀態(tài)取回彈模量，以便區(qū)別加荷模量。但沒(méi)有提出卸荷時(shí)的泊松比和卸荷時(shí)的體積模量。 10. 說(shuō)明條分法的優(yōu)缺點(diǎn)？列舉三個(gè)條分法的假設(shè)？（6分）p424答：（1）條分法的優(yōu)點(diǎn)：離散為為若干個(gè)剛體土條，用剛體力學(xué)的方法建立平衡方程，不考慮土體變形，計(jì)算比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：由于不考

9、慮土體變形，條分法為超靜定問(wèn)題，無(wú)法求解，需要進(jìn)行一些假定，不同的條分法因假定不同，這樣使得求解精度存在差異，有時(shí)不收斂，求解精度差。條分法共同假定：平面應(yīng)變問(wèn)題；土條為剛體；土條底面法向力作用點(diǎn)在底面中點(diǎn)。 瑞典條分法：假定土條側(cè)向力為零；滑面為圓弧面。簡(jiǎn)化畢肖普法：假定豎向條間力Y=0，只對(duì)豎向條間力建立平衡方程，回避橫向條間力?；鏋閳A弧面。斯賓塞法：土條間相互作用力都相互平行，因此為常量；土條兩側(cè)的條間力的合力作用在土條底側(cè)。摩根斯坦法：假定豎向條間力滿足， 為假定已知函數(shù)11. 破壞準(zhǔn)則和屈服準(zhǔn)則一樣嗎？為什么？列舉三個(gè)破壞準(zhǔn)則？哪個(gè)中主應(yīng)力對(duì)其沒(méi)有影響？用圖說(shuō)明其中一個(gè)破壞準(zhǔn)則？說(shuō)

10、明中主應(yīng)力對(duì)破壞準(zhǔn)則如何影響？（8分）P231-P237答：破壞準(zhǔn)則和屈服準(zhǔn)則不一樣。破壞準(zhǔn)則是判斷材料在應(yīng)力狀態(tài)下何時(shí)會(huì)破壞，屈服準(zhǔn)則判斷的是物體何時(shí)會(huì)屈服，兩種準(zhǔn)則判斷的狀態(tài)不一樣，只是某些情況下近似認(rèn)為屈服就達(dá)到了破壞狀態(tài)，比如理想彈塑性模型摩爾庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則Mises破壞準(zhǔn)則屈雷斯卡準(zhǔn)則Lade-Duncan 準(zhǔn)則如圖 德羅克-普拉格準(zhǔn)則（廣義米塞斯準(zhǔn)則）如圖對(duì)于不同的 強(qiáng)度的變化曲線12. 有限元分析土坡穩(wěn)定性有什么優(yōu)點(diǎn)和難點(diǎn)？談?wù)勀阕约簩?duì)這些難點(diǎn)看法和解決方法？（8分）p426答：優(yōu)點(diǎn)：滑動(dòng)面計(jì)算的應(yīng)力比較真實(shí)，可考慮應(yīng)力應(yīng)變的非線性和彈塑性； 將穩(wěn)定和位移的發(fā)展聯(lián)系起來(lái)； 可以考慮

11、變形引起的應(yīng)力；難點(diǎn)：用什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷整體失穩(wěn)；13. （固結(jié)理論）10米厚的均勻彈性的土層，有100kpa的堆載荷：寫(xiě)出固結(jié)方程和邊界條件？假設(shè)下層不透水和透水層，畫(huà)圖說(shuō)明孔隙水應(yīng)力變化？假設(shè)有蠕變和沒(méi)有蠕變情況下，沉降變化曲線（有圖說(shuō)明），蠕變對(duì)沉降有什么影響（12分）p314、339、322、375、3662013級(jí) 研究生高等土力學(xué)期終考試試卷1. 土是怎么形成的？不同時(shí)期和沉淀環(huán)境形成土的性質(zhì)有何差別？（8分）答：土是母巖經(jīng)過(guò)風(fēng)化作用、搬運(yùn)作用、沉積作用形成的松散堆積物質(zhì)；根據(jù)土堆積的地點(diǎn)與母巖的關(guān)系分為殘疾土、坡積土和運(yùn)積土，殘積土未經(jīng)搬運(yùn)后沉積在相同的地點(diǎn)，土結(jié)合更緊密，一般顆粒

12、較大，坡積土的距離次之，顆粒較小，運(yùn)積土的結(jié)合更松散。不同土的沉積環(huán)境對(duì)于土的強(qiáng)度影響較大，土的飽和度，密實(shí)度，強(qiáng)度都有很大的差異。2. 土中水有哪些類型？不同類型的水對(duì)土失穩(wěn)性質(zhì)有哪些影響? （8分）答：土中的水分為自由水和結(jié)合水。自由水在土體自由流動(dòng)，影響土的強(qiáng)度，進(jìn)而影響土的抗剪強(qiáng)度，一般都會(huì)降低的土的抗剪強(qiáng)度，增加邊坡失穩(wěn)的因素，自由水土中的流動(dòng)，會(huì)有滲透壓力，滲透壓力的方向不同對(duì)邊坡穩(wěn)定性有不同的影響，當(dāng)水的滲透壓力的方向垂直于邊坡時(shí)，比如上游壩坡，可以增加邊坡的穩(wěn)定性，平行于邊坡會(huì)降低穩(wěn)定性。結(jié)合水是構(gòu)成粘土的成分之一，是粘土具有塑性應(yīng)變的主要原因。對(duì)粘土的抗剪強(qiáng)度影響較大3. 什

13、么是硬化？什么是軟化？給出典型的硬化和軟化應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。（6分）答：應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線一直呈上升的趨勢(shì)直至破壞，這種稱為硬化行軸向應(yīng)力和軸向應(yīng)變，軟土和松砂場(chǎng)常表現(xiàn)為這種形態(tài)；曲線的前半部分逐漸升高達(dá)到峰值后逐漸降低直至破壞，應(yīng)力降低應(yīng)變?cè)黾?，這種政委軟化型，緊密砂和超壓密粘土表現(xiàn)為這種形態(tài)。如圖。4. 什么是土的剪脹性？從土的微觀組成給出機(jī)理解釋？剪脹在哪些條件下發(fā)生？（8分）答：土體受剪后，土體顆粒之間發(fā)生相互錯(cuò)動(dòng)，土體塑性體積膨脹的現(xiàn)象，剪縮是體積減小，稱為負(fù)剪脹，一般統(tǒng)稱為剪脹性。對(duì)于松砂，受剪后某些顆粒體乳原來(lái)的空隙，體積變小，對(duì)于密砂原來(lái)的空隙很小，受剪時(shí)土體相互錯(cuò)動(dòng)滑移，體積增

14、加。剪脹一般發(fā)生在密砂、超固結(jié)粘土的剪切作用和松砂的剪切作用下 。土體在速星體積應(yīng)力的作用下壓縮也會(huì)引起土顆粒的相對(duì)滑動(dòng)引起剪脹。5. 簡(jiǎn)述鄧肯-張E-v非線性彈性模型的基本假設(shè)，該模型有哪些參數(shù)？其中K,n如何 確定？（12分）答：鄧肯-張非線性套型模型的基本假定是：（1） 和為關(guān)系曲線近似為雙曲線；（2） 的關(guān)系曲線近似為一條直線；（3） 的關(guān)系曲線近似為雙曲線；（4） 的關(guān)系曲線近似為直線。該模型有參數(shù)：強(qiáng)度指標(biāo),推導(dǎo)體積模量三個(gè)參數(shù)破壞比，和，推導(dǎo)泊松比的三個(gè)參數(shù)，關(guān)系曲線的斜率，截距，和曲線的斜率其中和應(yīng)用假設(shè)的關(guān)系曲線近似為一條直線，得到直線斜率為，截距為。6. 什么叫相關(guān)聯(lián)的流動(dòng)

15、法則？大致繪制其屈服面在p-q平面上的形狀。修正劍橋模型采用了那種流動(dòng)法則？大致繪制其屈服軌跡。（10分）答：流動(dòng)法則：是用于確定塑性應(yīng)變?cè)隽康姆较虻募俣ǎ嚓P(guān)聯(lián)的流動(dòng)法則指的是：假定塑性勢(shì)函數(shù)與屈服函數(shù)一致，屈服面就是塑性勢(shì)面。劍橋模型是相關(guān)聯(lián)的流動(dòng)法則。7. 簡(jiǎn)述太沙基固結(jié)理論和比奧固結(jié)理論的基本假設(shè)，求解方法、適用條件的異同，并就適用條件舉例說(shuō)明（2-3例）（12分）答：太沙基固結(jié)理論的基本假定：（1） 假設(shè)土體均勻，線彈性，飽和狀態(tài)；（2） 土體變形是小變形；（3） 土體顆粒和水均不可壓縮（4） 土體滲流滿足達(dá)西定律，滲透系數(shù)為常數(shù)；（5） 荷載一次施加，總應(yīng)力不隨時(shí)間變化（6） 只有

16、豎向方向的變形和滲流，無(wú)側(cè)向膨脹比奧固結(jié)理論：（1）假設(shè)土體均勻，線彈性，飽和狀態(tài)；（2）土體變形是小變形；（3）土體和水均不可壓縮（4）土體滲流滿足達(dá)西定律，滲透系數(shù)為常數(shù)；（1） 太沙基方程只有位移為未知量，不考慮位移和孔隙水壓力的耦合，求解出位移在根據(jù)位移求孔隙水應(yīng)力，而比奧固結(jié)理論需要同時(shí)求解位移和空隙水壓力，考慮了位移和孔隙水壓力的耦合（2） 適用條件：l 太沙基固結(jié)理論適合大面積堆荷，總應(yīng)力不變的情況下，同時(shí)僅對(duì)一維問(wèn)題適用，不適合二維、三維問(wèn)題求解；比奧固結(jié)理論假設(shè)總應(yīng)力隨時(shí)間變化，比如河水中的橋墩建筑過(guò)程，對(duì)孔隙水壓力的影響是明顯的；l 太沙基固結(jié)理論與泊松比無(wú)關(guān)，而比奧固結(jié)理

17、論受泊松比影響明顯，泊松比小的時(shí)候，固結(jié)慢，反之，固結(jié)快。l 固結(jié)初期階段對(duì)于比奧固結(jié)曲線，孔隙水壓力有所上升超過(guò)初試孔隙水壓力，在泊松比較小的時(shí)候尤為明顯，如曼德?tīng)栃?yīng)，太沙基則無(wú)此現(xiàn)象。8. 不同固結(jié)狀態(tài)下的粘性土在什么條件下剪切有可能發(fā)生蠕變，為什么？（10分）答：粘性土的蠕變機(jī)理：當(dāng)土體在荷載作用下完成瞬時(shí)變形，由粘性土顆粒周?chē)鼑谋∧に『癫痪鸨∧に倪w移，使得土體顆粒位置的重新排布，宏觀上引起土體的變形，而且薄膜水的粘滯性較大，一般這種變形較為緩慢。這種變形分為剪切流變和壓縮流變。薄膜水在荷載作用下慢慢轉(zhuǎn)化為自由水。薄膜水的粘滯性受到溫度的影響，溫度越高，粘滯性越小，變形月快

18、。飽和的靈敏度高的軟粘土在不排水條件下剪切和超固結(jié)土在排水條件下剪切時(shí)都容易產(chǎn)生蠕變破壞。9. 砂土的臨界孔隙比的定義是什么？如何用試驗(yàn)來(lái)測(cè)定？（5分）答：？砂土的臨界孔隙比：由不同初試孔隙比的砂土式樣在同一壓力下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得到初試孔隙比與體積應(yīng)變之間的關(guān)系，相應(yīng)于體積變化為零的初始孔隙比即為臨界孔隙比。？給定砂土在不排水剪中必有不引起強(qiáng)度改變的初始孔隙比，稱為臨界孔隙比?？捎扇S固結(jié)排水剪和固結(jié)不排水剪試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。CD試驗(yàn)測(cè)定臨界孔隙比：不同初始孔隙比（密度不同）在相同的固結(jié)壓力下進(jìn)行CD試驗(yàn)，測(cè)出式樣剪切破壞時(shí)的體積應(yīng)變，繪制初始孔隙比和體積應(yīng)變的關(guān)系曲線，其中體積應(yīng)變?yōu)榱銓?duì)應(yīng)的初始孔隙比就是該固結(jié)壓力下的臨界孔隙比，臨界孔隙比隨著的固結(jié)壓力增加而減小。CU 試驗(yàn)：相同的固結(jié)壓力下，不同的初始孔隙比式樣的固結(jié)不排水剪測(cè)得剪破時(shí)的孔隙水壓力后，繪制繪制破壞孔壓和初始孔隙比的關(guān)系曲線，在縱軸上找到固結(jié)壓力對(duì)應(yīng)的點(diǎn)做水平線交曲線于一點(diǎn)，該點(diǎn)的橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)臨界空隙比10. 無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度由哪幾部分組成？松砂和密砂有什么不同