大学土力学试题及答案

第1章土的物理性质与工程分类一．填空题1．颗粒级配曲线越平缓，不均匀系数越大，颗粒级配越好。为获得较大密实度，应选择级配良好的土料作为填方或砂垫层的土料。2．粘粒含量越多，颗粒粒径越小，比表面积越大，亲水性越强，可吸附弱结合水的含量越多，粘土的塑性指标越大3．塑性指标pLpwwI，它表明粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围，它综合反映了粘性、可塑性等因素。因此《规范》规定：1710pI为粉质粘土，17pI为粘土。4．对无粘性土，工程性质影响最大的是土的密实度，工程上用指标e、rD来衡量。5．在粘性土的物理指标中，对粘性土的性质影响较大的指标是塑性指数pI。6．决定无粘性土工程性质的好坏是无粘性土的相对密度，它是用指标rD来衡量。7．粘性土的液性指标pLpL，它的正负、大小表征了粘性土的软硬状态，《规范》按LI将粘性土的状态划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。8．岩石按风化程度划分为微风化、中等风化、强风化。9．岩石按坚固程度划分为硬质岩石，包括花岗岩、石灰岩等；软质岩石，包括页岩、泥岩等。10．某砂层天然饱和重度20satkN/m3，土粒比重68.2sG，并测得该砂土的最大干重度1.17maxdkN/m3，最小干重度4.15mindkN/m3，则天然孔隙比e为0.68，最大孔隙比maxe0.74，最小孔隙比mine0.57。11．砂粒粒径范围是0.075~2mm，砂土是指大于2mm粒径累计含量不超过全重50%，而大于0.075mm粒径累计含量超过全重50%。12．亲水性最强的粘土矿物是蒙脱石，这是因为它的晶体单元由两个硅片中间夹一个铝片组成，晶胞间露出的是多余的负电荷，因而晶胞单元间联接很弱，水分子容易进入晶胞之间，而发生膨胀。二问答题1．概述土的三相比例指标与土的工程性质的关系？答：三相组成的性质，特别是固体颗粒的性质，直接影响土的工程特性。但是，同样一种土，密实时强度高，松散时强度低。对于细粒土，水含量少则硬，水含量多时则软。这说明土的性质不仅决定于三相组成的性质，而且三相之间量的比例关系也是一个很重要的影响因素。2．地下水位以下一原状土样，其28w%，70.2sG；88.1t/m3,计算孔隙比时，用公式1)1(wsde，计算得838.0e，用公式rssde计算得756.0e，试问该用那个公式，e为多少？另一个公式在这里为什么不能用？答：公式1)1(wsde该用，838.0e，而另一公式不能用，因为饱和度rs未给，不能认为1rs，实际上将838.0e代入rssde，得902.0rs。3．说明三相草图中e11和ee1的物理概念。答：e11代表单元土体中土骨架所占有的体积，ee1代表孔隙在单元土体中所占有的体积。4．什么是粘性土的界限含水量？它们与土中那一层水膜相对应，他们又如何确定？答：土由一种状态转到另一种状态的界限含水量称为阿太堡界限含水量。分别为缩限、塑限和液限。分别和强结合水（吸着水）、弱结合水（薄膜水）和自由水相对应。缩限可用收缩皿法测定，塑限可用滚搓法、液塑限联合测定法，液限可用锥式液限仪或碟式液限仪测定。四、计算题1．某地基土样数据如下：环刀体积60cm3,湿土质量0.1204kg，土质量0.0992kg，土粒相对密度为2.71，试计算：天然含水量w，天然重度，干重度d，孔隙比e。3/020.010601204.0cmNgVm3/0165.010600992.0cmNgVmsd336.3671.2100992.0cmGmVsss%3.11%1000992.00992.01024.0swmmw639.06.366.3660sssvVVVVVe2．若原状土样的天然密度3/1.2mt，含水量%15w，土颗粒相对密度sG=2.71，试计算孔隙比e.答：设31mVs，71.2wssGmt407.071.2*15.0swmwmt484.11.2407.071.2wsmmVm3484.011484.1sssvVVVVVe3．测得沙土的天然重度3/6.17mkN，含水量%6.8w，土粒相对密度66.2sG，最小孔隙比462.0mine，最大孔隙比71.0maxe，试求沙土的相对密度rD。答：设31cmVs则66.2wsssGVmg229.066.2086.0swwmmg3641.176.1229.066.2/cmgmmmVws641.011641.1sssvVVVVVe278.0462.071.0641.071.0minmaxmaxeeeeDr第二章土的渗透性一、填空题1．当土体两点之间有水头差，有渗流长度时，则渗流发生，渗流速度kiv，与水头差成正比，与渗流长度成反比。但在黏土中，只有当水头梯度超过起始梯度时才开始渗流。2．渗透力（即动水压力）是土对水的压力，渗透力的表达式是iw，产生流砂的条件是渗流力克服了土体的重力。二、简答题1．什么叫渗透力，其大小和方向如何确定？答：地下水在土体中流动时，由于受到土的阻力，而引起水头损失，从作用力与反作用力的原理可知，水流经过时必定对土颗粒施加一种渗流作用力，单位体积土颗粒所受到的渗流作用力称为渗透力。渗流力的大小与水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致。2．达西定律的基本假定是什么？试说明达西渗透定律的应用条件和适用范围。答：由于土的孔隙很小，在大多数情况下水在孔隙中的流速较小，可以认为属于层流（即水流流线相互平行的流动），那么土中的渗流规律可以认为是符合层流渗透定律。由于达西定律只适用于层流的情况，故一般只用于中砂、细砂、粉砂等，对粗砂、砾石、卵石等粗粒土不适合；而黏土中的渗流规律不完全符合达西定律，需进行修正。修正后为)(0IIkv。3渗透力是怎样引起渗透变形的？渗透变形有哪几种形式？在工程上会有什么危害？防治渗透破坏的工程措施有哪些？答：地下水的渗流方向自下而上，已知土的有效重度为，当向上的动水力DG与土的有效重度相等时，即wsatwDIG这时土颗粒间的压力就等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定，这种现象叫流沙。在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象叫管涌。防治流土的关键在于控制溢出处的水力坡降，为了保证实际的溢出坡降不超过允许坡降，可采取以下工程措施：1。可通过做垂直防渗帷幕、水平防渗铺盖等，延长渗流途径、降低溢出处的坡降；2。在溢出处挖减压沟或打减压井，贯穿渗透性小的黏土层，以降低作用在粘性土层底面的渗透压力；3。在溢出处加透水盖重，以防止土体被渗透力所悬浮。防止管涌一般可从下列两方面采取措施：1。做防渗铺盖或打板桩等，降低土层内部和渗流溢出处的渗透坡降；2。在渗流溢出部位铺设层间关系满足要求的反滤层。4．生管涌和流土的机理与条件是什么？与土的类别和性质有什么关系？工程上如何判断土可能产生渗透破坏并进行分类的？答：发生管涌与流土的机理如上一题答案所诉。发生流土的条件是水力梯度i大于或等于临界水力梯度cri。临界水力梯度与土性密切相关，研究表明，土的不均匀系数uC愈大，cri值愈小，土中细颗粒含量高，cri值增大，土的渗透系数愈大，cri值愈低。发生管涌首先取决于土的性质，管涌多发生在砂性土中，其特征是颗粒大小差别较大，往往缺少某种粒径，孔隙直径大且相互连同。无黏性土产生管涌的两个必备条件是：1。几何条件：土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，这是必要条件，一般不均匀系数10uC的土才会发生管涌；2水力条件：渗流力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动是管涌发生的水力条件，可用管涌的水力梯度来表示。第三章地基土的应力与变形一．填空题1。附加应力引起土体压缩，有效应力影响土体的抗剪强度。2．一般情况下，自重应力不会引起地基沉降，附加应力引起地基的沉降，在成土年代不久，地下水位升降等情况自重应力也会引起地面沉降。3．土中竖向附加应力z的影响深度与xz相比，z的影响深度要大，xz在荷载两侧最大。4．应力自基础底面起算，随深度呈非线性变化，自重应力自地基表面起算，随深度呈线性变化。5．压缩系数dpdea/，压缩模量aeEs11，则土的压缩性愈高，这两个指标通过固结试验，绘制压缩曲线得到。6．超固结比OCR指的是土层历史上所经受的先期固结压力cp与现有覆盖土重1p之比，根据OCR的大小可把粘性土分为正常固结土，超固结土和欠固结土三大类。OCR1的黏土属欠固结土。7．土的压缩实验是在侧限条件下完成的。压缩定律是dpdea/，其中a称为压缩系数，它反映了单位压力增量作用下土的孔隙比的减小。5．压缩系数a2221ppee，21a表示压力范围，1p=地基某深度处土中自重应力，2p=地基某深度处土中自重应力与附加应力之和的压缩系数，工程上常用21a来评价土的压缩性的高低，当1211.0MPaa时属于低压缩性土，当11215.01.01.0MPaMPaa时属中等压缩性土，当1215.0MPaa时属中等压缩性土。6．用分层总和法计算沉降时，采用压缩系数指标使沉降计算值偏小，采用基础中点下附加应力指标又使计算值偏大，相互有所补偿。10．饱和黏土的沉降由瞬时沉降，固结沉降，次压缩沉降组成。11．压缩试验中，环刀土样置于刚性护环中，所以称此试验为侧限压缩试验，用该实验测的压缩指标a、sE称为压缩性指标，压缩试验每级荷载下压至变形稳定，所以由此试验测出的指标可用来计算地基的沉降。二．问答题1简述太沙基的有效应力原理。答：u，饱和土中任意点的总应力总是等于有效应力加上孔隙水压力u。2用弹性理论求解土中附加应力的基本假设是什么？答：计算地基中的附加应力时，一般假定地基土是各向同性的、均质的线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸的，即把地基看成是均质的线性变形空间（半无限体），这样就可以直接采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。计算基底附加应力时，通常将基底看成是柔性荷载，而不考虑基础刚度的影响。3何谓土的附加应力？计算附加应力有何工程意义？答：对一般天然土层来说，自重应力引起的压缩变形在地质历史上早已完成，不会再引起地基的沉降，附加应力则是由于修建建筑物以后在地基内新增加的应力，因此它是使地基发生变形，引起建筑物沉降的主要原因。4．试列举出土中自重应力也能引起地面沉降的几种情况。答：通常土的自重应力不会引起地基变形，因为正常固结土的形成年代很久，早已固结稳定。只有新近沉积的欠固结土或人工填土，在自重作用下尚未固结，需要考虑土的自重引起的地基变形。此外，地下水的升降，将会引起土中自重应力大小的变化，使土体发生变形（如压缩、膨胀或湿陷等）。1．试述sE、0E的物理意义？如何确定？主要用途？答：压缩模量sE是在完全侧限的条件下得到的，为竖向正应力与相应的正应变的比值，该参数将用于地基最终沉降计算的分层总和法。变形模量0E是根据现场载荷试验得到的，是指土在侧向自由膨胀条件下正应力与相应的正应变的比值。该参数将用于弹性理论法最终沉降计算中，但载荷实验中所规定的沉降稳定标准带有很大的近似性。2．说明分层总和法利用公式11211)(heppas，计算h厚土层的沉降量时，公式中1p、2p、e、a的物理意义？答：1p：土层上下表面自重应力的平均值，2/)(01cc。2p土层上下表面自重应力的平均值2/)(01cc与附加应力平均值2/)(01zz之和。e为根据土层的自重应力平均值即1p，从压缩曲线上得到相应的孔隙比。a为土层的压缩系数，1221ppeea，2e与2p对应。3．何为地基的固结度？写出其表达式（分别用沉降量和有效应力表示）。答：土的