高等土力學期末考試試題匯總

黃萌

1、填空：主要影響土的因素應力水平，應力路徑，應力歷史

2、填空：土的主要應力應變特性非線性，彈塑性，剪脹性

3、概念：應力歷史：包括天然土在過去地質年代中受到固結和地殼

運動作用

劉翰青

一.論述題

鄧肯-張模型中參數(shù)a,b,B各代表什么含義？他們是怎樣確定的？

答：在鄧肯-張模型中，a,b為試驗常數(shù)。在常規(guī)三軸壓縮試驗中，式

子可寫為="+如

歷一內(nèi)

由于62=53=0,所以有

_d（a,-g3）=

,一嶼（。+如f

在起始點，有￡i=0,E尸耳,

則E=l/a,即a代表試驗起始變形模量Ei的倒數(shù)。

當￡1趨向于+8時,有5-0=（5-5）血=1/匕

則b為極限應力偏差的倒數(shù)

B為體變應量，在E-B模型中提出，用來代替切線泊松比一。其中，

B與一有關。

a,b,B通常用經(jīng)驗公式計算確定：

二.名詞解釋

次彈性模型：是一種在增量意義上的彈性模型，亦即只有應力增量張

量和應變增量張量間存在一一對應的彈性關系，因此，也被稱為最小

彈性模型。一般函數(shù)關系為d。產(chǎn)用(。mn,d￡kl),或

d*ij=Qij(*mn,d。kl)

韓凱

1：什么是加工硬化？什么是加工軟化？

答：加工硬化也稱應變硬化，是指材料的應力隨應變增加而增加，彈

增加速率越來越慢，最后趨于穩(wěn)定。

加工軟化也稱應變軟化，指材料的應力在開始時隨著應變增加而增加,

達到一個峰值后，應力隨應變增加而下降，最后也趨于穩(wěn)定。

2說明塑性理論中的屈服準則、流動規(guī)則、加工硬化理論、相適應和

不相適應的流動準則。

答：在多向應力作用下，變形體進入塑性狀態(tài)并使塑性變形繼續(xù)進行，

各應力分量與材料性能之間必須符合一定關系時.，這種關系稱為屈服

準則。屈服準則可以用來判斷彈塑性材料被施加一應力增量后是加載

還是卸載，或是中性變載，亦即是判斷是否發(fā)生塑性變形的準則。

流動規(guī)則指塑性應變增量的方向是由應力空間的塑性勢面g決定，即

在應力空間中，各應力狀態(tài)點的塑性應變增量方向必須與通過改點的

塑性勢能面相垂直，亦即d%p=(u學

心

(1)流動規(guī)則用以確定塑性應變增量的方向或塑性應變增量張量

的各個分量間的比例關系。

同時對于穩(wěn)定材料d%d￡jZ(),這就是說塑性勢能面g與屈服面f必

須是重合的，亦即f=g這被稱為相適應的流動規(guī)則。如果令f/g,即

為不相適應的流動規(guī)則。

加工硬化定律是計算一個給定的應力增量硬氣的塑性應變大小的準

則，亦即式（1）中的（U可以通過硬化定律確定。

王驍

名詞解釋：

劍橋模型：

參考答案：采用帽子屈服面、相適應流動規(guī)則和以塑性體應變?yōu)橛不?/p>

參數(shù)，在正常固結和弱超固結土實驗基礎上建立后來推廣到強超固結

土的彈塑性模型。（課本P41）

填空題:確定劍橋模型的屈服面和確定應力應變關系時只需—,—

—三個實驗常數(shù)。

參考答案：各向等壓固結參數(shù)（A）,回彈參數(shù)（K）,破壞常數(shù)（M）。

（課本P53）

簡答題：劍橋模型的實驗基礎和基本假定是什么？試說明該模型各參

數(shù)的意義。

參考答案：劍橋模型基于正常固結土和超固結土的排水和不排水三軸

試驗得到的土的彈塑性模型。基于傳統(tǒng)塑性位勢理論采用能量理論得

到的帽子屈服面和相適應的流動法則。

基本假定是1.彈性剪切變形為0；2.材料服從關聯(lián)流動法則。

確定模型的屈服面和確定應力應變關系時只需三個實驗常數(shù)1.各向

等壓固結參數(shù)(入)2回彈參數(shù)(K)；3.破壞常數(shù)(M)。

季福東

1萊特鄧肯模型是在沙土的試驗基礎上建立起來的。

2、簡述土的應力應變性質

答：(1)、土應力應變關系的非線性。由于土由碎散的固體顆粒組成，

土的宏觀變形主要不是由于土顆粒本身變形，而死由于顆粒間位置的

變化。這種在不同應力水平下由相同應力增量而引起的應變增量就不

會相同，亦即表現(xiàn)出非線性。

(2)、土的剪脹性，由于土是碎散顆粒集合，在各向等壓或等比壓縮

時一，空隙總是減少的，從而可發(fā)生較大的體積壓縮，這種體積壓縮大

部分是不可恢復的。

(3)、土體變形的彈塑性土體受力加載后卸載到原應力狀態(tài)時，土一

般不會恢復到原來的應變狀態(tài)，其中有部分應變式可恢復的，部分應

變是不可恢復的塑形應變，而且后者往往占很大比例。

(4)、土應力應變的各向異性。各向異性是指材料在不同方向上的物

理力學性質不同。

(5)、土的流變性。流變性包括土的蠕變和應力松弛。蠕變是指在應

力狀態(tài)不變的條件下，應變隨時間逐漸增長的現(xiàn)象；應力松弛是指維

持應變不變，材料內(nèi)的應力隨時間逐漸減小的現(xiàn)象。

王術明

一、名詞解釋：

1.土的結構

二、填空題

1.土的組構是指的兒何排列方式。

三、簡答題：

1.粘土顆粒間的作用力的分類。

答案：

1.土的結構是表示土的組成成分、空間排列和粒間作用力的綜合特性。

2.土的組構是指顆粒、粒組和孔隙空間的兒何排列方式。

3.粘土顆粒間的作用力的分類：

(1)靜電力。負電荷分布在粘土顆粒的平面部分，兩端則帶正電荷。

(2)分子力。物質極性分子與相鄰物質極性分子、極性分子與相鄰

非極性分子發(fā)生極化。

(3)通過離子起作用的靜電力。兩個相鄰的粘土顆?？拷鼤r，雙電

層重疊，形成公共結合水膜時，陽離子與粘土表面負電荷共同吸引產(chǎn)

生靜電力。

(4)顆粒間的結晶和膠結。

(5)滲透斥力。溶有離子的水與純凈水之間由于存在著滲透壓力差

而會產(chǎn)生滲透斥力。

徐金欣

循環(huán)荷載作用下土的應力應變關系特征：非線性、滯后性、變形累積

簡述土的應力應變關系的特性及其影響因素。

答：土是巖石風化形成的碎散礦物顆粒的集合體，通常是固、液、氣

三相體。其應力應變關系十分復雜，主要特性有非線性、彈塑性、剪

脹性、各向異性、結構性及流變性。主要的影響因素是應力水平、應

力路徑和應力歷史。

劉姣

1、名詞解釋：飽和松砂的流滑

答：飽和松砂在受靜力剪切后，因體積收縮導致超孔壓驟然升

高，從而失去強度和流動的現(xiàn)象。

2、簡答：在不同的本構模型中，土的屈服面和破壞面有什么關系？

在什么模型中二者是一致的？

答：土的屈服面與破壞面形狀相同，大小不同，屈服面以破壞面為極

限。當采用剛塑性模型或理想彈塑性模型時，屈服面和破壞面形狀和

大小都一致。

3、簡答：對砂土的三軸試驗，大主應力的方向與沉積平面（一般為

水平面）垂直和平行時，哪一種情況的抗剪強度高一些？為什么？

答：大主應力的方向與沉積平面垂直時，抗剪強度更高。

大主應力垂直時，剪破面與與水平面的夾角為45°+6]/2

大主應力水平時，剪破面與與水平面的夾角為45°-$2/2

文明征

填空題：

對于中砂，在同樣的制樣和同樣d3o條件下，砂土的級配改善（Q增

大），則其抗剪強度指標（）答案：增加。

名詞解釋：

擬似超固結土：正常固結土在固結壓力的長期作用下，主固結已經(jīng)完

成，次固結使土繼續(xù)壓縮變密，強度增高，表現(xiàn)出超固結的特性，稱

為擬似超固結土。

簡答：

問：對于砂土的三軸試驗，大主應力的方向與沉積平面（一般為水平

面）垂直和平行時，哪一種情況的抗剪強度高一些？為什么？

答：大主應力的方向與沉積平面垂直時的抗剪強度高一些。因為在長

期的沉積、固結過程中，砂土顆粒的長軸在重力作用下傾向于水平面

方向排列。于是當大主應力平行于水平面時，砂土顆粒由于長軸基本

平行于水平面，顆粒在剪切力作用下容易滑動破壞，抗剪強度因而較

低；而當大主應力垂直水平面時，土顆粒間交叉咬合，顆粒間接觸應

力的豎向分量大，剪切必將引起顆粒的錯動和重排列，故而難以產(chǎn)生

滑動破壞，所以抗剪強度較高。

江潔

1、填空

萊特鄧肯屈服準則在常規(guī)三軸壓縮實驗中，當⑴=0。時它在n平

面上的屈服與破壞軌跡趨近于一個圓；當（P=90。時,它退化為一

個正三角形。由于在各向等壓外=。2=時？=27,所以027是

必要條件，因為靜水壓力下不會引起材料破壞。

2、名詞解釋

真強度理論：為了反映孔隙比對粘土抗剪強度及其指標的影響，

將抗剪強度分為受孔隙比影響的粘聚分量與不受孔隙比影響的摩

擦分量。通過不同的固結歷史，形成等孔隙比的試樣，在不同的

法向壓力下剪切，試樣破壞時的孔隙比相同，強度包線即為孔隙

比相同的試樣的強度包線，該強度稱為在此孔隙比時的真強度。

由這樣的真強度包線得到的指標稱為真強度指標。

3、簡答

莫爾-庫侖準則的優(yōu)缺點。

答：優(yōu)：莫爾-庫侖準則反映了破壞面上正應力與抗剪強度之間的

關系，正確反應了土強度的摩擦特性，形式簡單，參數(shù)易于通過

簡單的試驗確定，并可在一定范圍內(nèi)保證較高的適用性。

缺:第一，它假設中主應力對土的破壞沒有影響，這與我們所介

紹的試驗結果不符；第二，它通常令其強度包線是直線，亦即內(nèi)

摩擦角不隨圍壓。3或平均主應力P變化，這也和試驗結果不符。

陳昌啊

填空題

1、土中水可以呈現(xiàn)、和三態(tài)，其中液態(tài)水又可以分為、和。

名詞解釋

2、擴散雙電層

3、水分特征曲線

答案

1、液態(tài)氣態(tài)固態(tài)結合水毛細水重力水

2、帶有負電荷的粘土片和周圍的極化水分子、帶有正電荷的陽離子

云等組成的擴散層被稱為擴散雙電層，簡稱雙電層。

3、基質吸力與土的飽和度有關，它與飽和度或含水量之間的關系曲

線叫土-水特征曲線，或稱水分特征曲線

何影

1.滲透變形：巖土體在地下水滲透力(動水壓力)的作用下，部分顆

?；蛘w發(fā)生移動，引起巖土體變形和破壞的作用和現(xiàn)象。

2.滲透變形有兩種主要的形式，一是流土,二是管涌,還有接觸流

土和接觸沖刷。流土可發(fā)生在無粘性土和粘性土中。管涌一般發(fā)生

在無粘性的土中，尤其是缺少中間粒徑的情況下。

3如圖所示，長基坑由兩邊平行的不透水板樁圍繞，板樁間距5.8m,

基坑開挖深度2.5m,坑內(nèi)水位抽至與坑底齊平。已知砂土地基的滲

透系數(shù)k=4.5x10-5m/s,求(a)沿基坑壁長邊每米長度的抽水流量;

(b)板樁兩側A和B點的孔隙水壓力(A和B在基坑以下0.8m)；

(c)坑底土體的水力坡降

【解】因對稱性只畫出一半流網(wǎng)，中心線處流槽為兩邊共用，注意流

線與對稱線不能相交，故流槽總數(shù)n=7,等勢線m=13。網(wǎng)格近似于

正方形，a=bo

(a)每延米抽水流量

553

<?=jt//A=4.5xWx6.0xl=14.54x10-m/s

m13

(b)以不透水層底面為基準面，坑外地面測壓管水頭為12.5m,坑

底測壓管水頭為6.5m,相鄰等勢線間水頭差為(6/13)mo

A點距坑外地面2.4個等勢線間隔，其測壓管水頭為hA=12.5-2.4xA

=11.4m

B點距坑底1個等勢線間隔，其測壓管水頭為hB=6.5-1xA?7.0m

A點孔隙水壓力UA=(hA-zA)/w=(11.4-5.7)xg.81=55.9kPa

B點孔隙水壓力UB=(hB-zB)/w=(7.0-5.7)x9.81=12.8kPa

(c)坑底BCDE單元的水力坡降等于兩等勢線間水頭差除以流網(wǎng)沿

流線方向長度，即

張美鑫

1、名詞解釋:

單位貯水量

2、填空：

滲流自由面問題的求解方法主要分為、、和。

3、簡答：

有限元滲流計算浸潤線在最初主要采用變動網(wǎng)格法，變動網(wǎng)格法

比固定網(wǎng)格法更為準確地計算滲流，但也存在著一些缺陷，簡述變動

網(wǎng)格法存在的缺陷。

答案：

1、單位貯水量：單位體積的飽和土體內(nèi)，當下降1個單位水頭

時，由于土體壓縮和水的膨脹所釋放出的儲存水量。

2、水力學法、流網(wǎng)法、試驗法、有限單元法

3、變動網(wǎng)格法的缺陷有：

①當自由面附近滲流介質不均一時，程序處理十分困難。

②當滲流域內(nèi)有結構物時，網(wǎng)格變動常會改變結構的邊界條件,

計算精度受到影響。

③在網(wǎng)格變動過程中，每一次迭代計算網(wǎng)格均要隨自由面的變動

而變動，故需大量機時。

④由于應力分析經(jīng)常要包括滲流自由面以上的區(qū)域，而用變動網(wǎng)

格法，計算后的網(wǎng)格已經(jīng)不是初始的劃分了，因而不能用同一網(wǎng)格進

行耦合作用分析，增加了計算的復雜性和工作量。

張紅

1.填空

在其他條件相同時，超固結土（正常固結土、超固結土、欠固結土）

的壓縮性低。

2.名詞解釋

變形模量、壓縮模量、彈性模量

答案：變形模量：土在無側限條件下正應力與正應變的比值。

壓縮模量：土在完全側限條件下豎向應力增量與相應應變增量的比值。

彈性模量：正應力與正應變的比值。

3.簡答

沉降計算中通常區(qū)分兒種沉降分量？他們形成的機理是什么？

答案：沉降通常分為瞬時沉降、固結沉降、次壓縮沉降

瞬時沉降：發(fā)生在加荷的瞬間。

固結沉降：土體在外荷作用下產(chǎn)生的超靜水壓力迫使土中水外流，土

孔隙減小，形成的地面下沉。

次壓縮沉降：基本發(fā)生在土中超靜水壓力完全消散以后，是在恒定有

效應力下的沉降。

任宇鵬

1、沉降計算通常區(qū)分兒種沉降分量？它們的形成機理是什么？

答：（1）按產(chǎn)生時間的先后順序有瞬時沉降，主固結沉降和次固結沉

降。按照變形方式有單向的變形沉降和二向以及三向的變形。

（2）瞬時沉降是加載瞬間產(chǎn)生的沉降，主固結沉降是荷載作用下土

體中水和空氣減少所產(chǎn)生的沉降，次固結沉降是土體骨架蠕變產(chǎn)生的

沉降。

2、單向壓縮法計算沉降量在什么條件下才比較合理？

答：必須在豎直應力作用下以及不考慮土體的側向變形的情況境況下

3、有一個15m寬的方形閥基，埋深2m,其下為8m超固結粘土，經(jīng)

計算該土層平均附加應力220KPa；室內(nèi)試驗測定土的體積壓縮系數(shù)

/為0.2〃//MN,孔壓系數(shù)B=L0.A=0.5,用肯普頓方法計算該圖層的最終

固結沉降量。

解：地基土為超固結粘土，則瞬時沉降量為0,最終固結沉降量等于

固結沉降量

根據(jù)肯普頓方法：

S=Sj+Sc，Sc=〃,s,

又S'=mv^pgH=0.2x10-3x220x8=0.352根,月.4=A+(l-A)a

由孔壓系數(shù)查表可知A=0.5,貝1J—0.756,則S=S0=0.765x0.352m?0.270/?

戴波

1.對一飽和壓縮土層進行沉降計算，土層厚度4m,基礎中心處土層

的平均附加應力為:5=220kPa,n3=100kPa,孔壓系數(shù)B=1.0,

1

A=0.5,壓縮系數(shù)mv=0.2MPa,試用考慮三向變形效應的分層總和

法(Skempton-Bjerrum)按一層計算其主固結沉降。

△u=BS5+A(Aa1-AQ3)]=100+0.5X120=160kPa

632

s=mv.Au-H=0.2X10'X160X10X4X10=12.8cm

故主固結沉降為12.8cm

2.對于一個寬度為a的條形基礎，地基壓縮層厚度為H,在a/H很大

時,用比奧固結理論計算的時間一沉降(t-s)關系與用太沙基一維固結

理論計算的結果接近？

3論述太沙基一維固結理論的基本假設。（共七點，答五點即可）

土體是均質的，完全飽和的；

土粒與水均為不可壓縮介質；

外荷重一次瞬時加到土體上，在固結過程中保持不變；

土體的應力與應變之間存在線性關系，壓縮系數(shù)為常數(shù)；

在外力作用下，土體中只引起上下方向的滲流與壓縮；

土中滲流服從達西定律，滲透系數(shù)保持不變；

土體變形完全是山孔隙水排出和超靜水壓力消散所引起的。

許興北

1.解決三向固結問題現(xiàn)有兩種方法是太沙基一一倫杜立可理論和比

奧理論。

2.曼代爾一克雷爾效應：在某些邊界條件下（如平面應變、球）土

體內(nèi)部的超靜孔壓開始時上升，然后才下降消散的現(xiàn)象。

3.以一個圓球的固結說明為什么太沙基-倫杜立克擬三維固結理論

（擴散方程）不能描述這一效應？

太沙基-倫杜立克擬三維固結理論假設6+。2+6=常數(shù)，亦即不

能滿足變形協(xié)調條件。所以擴散方程不能描述這一效應。

朱超祁

1填空

①一般認為土是三相體系，但弗雷德隆德從“相”的定義出發(fā)，將

非飽和土視為四相體系，即將土中水的分界面當做第四相，并將其

稱為

答案：收縮膜

②為了研究非飽和土體的平衡，弗雷德隆德選用了和作為應力狀態(tài)

變量。

答案：凈應力(G-Oa)基質吸力(Ui.)

③連續(xù)加荷壓縮試驗按試驗時的控制條件不同，可以分為、、、。

答案：恒應變速率試驗法、恒荷重速率試驗法、控制孔隙壓力梯度試

驗法、控制孔隙壓力比試驗法

2問答題

非飽和土是一種三相體系，除包括不可壓縮的固相土粒和液相水

外，還含有一定數(shù)量的可壓縮氣體。由于非飽和土的復雜性，從

而使得非飽和土在許多方面都比飽和土復雜得多，請從建立非飽

和土固結方程的的連續(xù)條件、滲透性、和有效應力原理三個方面

論述其復雜性。

答案：

(1)連續(xù)條件

飽和土的固結理論是以土體積變化的連續(xù)條件作為基本假

設的，即認為在固結過程中，土體積的任何變化都是土中水在

超靜水壓力梯度作用下從土體排出的結果。對于非飽和土而言,

土中氣體具有很高的壓縮性，當氣體與外界連通時，一部分氣

體要從土體中排出，未排出氣體的體積和密度均要發(fā)生變化，

而且還有一定量的氣體要溶解于孔隙水中。而以氣泡形式存在

于土孔隙中的封閉氣體也會發(fā)生體積改變與溶解現(xiàn)象。建立嚴

格的連續(xù)條件比較困難。

(2)滲透性

對于飽和土，一般認為土中滲流可以用達西定律來描述，此

時，滲透系數(shù)k基本為常量。而對于非飽和土，不僅要涉及水

和氣的滲透性，而且兩者都與土的含水量和吸力密切相關。此

夕卜，當給定狀態(tài)的土由干到濕或由濕到干達到同一含水量時，

滲透性并不一致，即滲透性與含水量并不是單值函數(shù)關系。再

者，非飽和土滲透系數(shù)受土的結構性的影響相當顯著，因此，

要測定滲透系數(shù)并不容易。如果再計及非飽和土滲流的非線性

以及固結過程中水、氣的相互作用，問題的求解難度將更大。

(3)有效應力原理

對于飽和土，太沙基最早提出的有效應力原理表達式表達

式為。=。，+口，該公式一直被認可與普遍采用；對于非飽和

土，還沒有公認為統(tǒng)一、正確、適用的有效應力公式，且表達

式中的各參數(shù)測定都比較復雜，往往不易得到穩(wěn)定的數(shù)值。

張浩

1.可靜應力場建立的靜力平衡方程可以求得土體的()，也就是極

限荷載的下限，土體靜止的（）。由機動場對應的可動速度場建

立的虛功率方程可求得土體的（），也就是極限荷載的上限，土

體運動的（）o

2.極限分析理論：

3.極限荷載求取步驟？

答案：

1.可靜應力場建立的靜力平衡方程可以求得土體的（下限荷載），也

就是極限荷載的下限，土體靜止的（最高荷載）。由機動場對應的

可動速度場建立的虛功率方程可求得土體的（上限荷載），也就是

極限荷載的上限，土體運動的（最低荷載）。

2.極限分析理論:就是應用彈性一理想塑性體或剛塑性體的普遍定

理一上限定理（求極限荷載的上限解）和下限定理（求極限荷載

的下限解）求解極限荷載的一種分析方法，稱為極限分析法。

3.極限荷載求取步驟？

A.極限荷載下限值求取步驟：

a）構造一個任意的應力場，只需它與力、體力的邊界條件相平衡，

即只需它是靜力許可的應力場。

b）為了使這個應力場又是穩(wěn)定的應力場，它必須在任何點上都不超

過屈服應力條件。

c）滿足上述條件的應力場都不會使土體破壞，那么，能夠與所選應

力場相平衡的最