岩土力学形考作业答案

★岩土力学★1岩土力学形成性考核手册学生姓名：学生学号：分校班级：中央广播电视大学编制中央广播电视大学人才培养模式改革与开放教育试点★岩土力学★2使用说明本考核手册是中央广播电视大学水利水电工程专业“岩土力学”课程形成性考核的依据，与《岩土力学》教材（主编刘汉东，中央广播电视大学出版社出版）配套使用。形成性考核是课程考核的重要组成部分，是强化教学管理，提高教学质量，反馈学习信息，提高学员综合素质和能力的重要保证。“岩土力学”课程是水利水电工程专业的主要专业基础课，其特点是既具有丰富的理论，又具有很强的实践性，而且基本概念多，公式多，系数多，学员有时感到抓不住重点。通过形成性考核有助于学员理解和掌握本课程的基本概念、基本理论、基本计算方法，明确应掌握的课程重点。同时，形成性考核对于全面测评学员的学习效果，督促和激励学员完成课程学习，培养学员自主学习和掌握知识的能力也具有重要作用。本课程以计分作业方式进行形成性考核。全部课程要求完成4次计分考核作业，分别对应于文字教材的1~3章、4~6章、7~9章和10~12章。学员应按照教学进度按时完成各次计分作业，教师根据学员完成作业的情况评定成绩，每次作业以100分计，并按4次作业的平均成绩计算学员的形成性考核成绩。形成性考核成绩占课程总成绩的20%，终结性考试成绩占课程总成绩的80%。课程总成绩满分为100分，60分为及格。2004年3月10日★岩土力学★3岩土力学作业一说明：本次作业对应于文字教材1至3章，应按相应教学进度完成。一、填空题（每空1分，共计25分）1．工程上常用的土的密度有湿密度、饱和密度、浮密度和干密度。2．土是由固相、气相、和液相三部分组成。3．土体的应力按引起的原因分为自重应力和附加应力两种。4．对于天然土，OCR1时的土是超固结土，OCR=1的土属于正常固结土，而OCR1的土是欠固结土。5.土的颗粒分析试验最常用的室内试验方法有筛析法和比重计法。6.土体的变形可分为由正应力引起的体积变形和由剪应力引起的形状变形。7.按照土颗粒的大小、粒组颗粒含量把地基土分成碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。8.根据渗透破坏的机理，渗透破坏的形式主要有流土、管涌、接触流失和接触冲刷。9.控制坝基及地基的渗流，其主要任务可归结为三点：一是尽量减少渗漏量；二是提早释放渗透压力，保证地基与水工建筑物有足够的静力稳定性；三是防止渗透破坏，保证渗透稳定性。二、问答题（每小题5分，共计35分）1．什么是孔隙比e、孔隙率n，二者的关系。孔隙比为土中孔隙的体积与土粒的体积之比；孔隙率为土中孔隙的体积与土的体积之比；关系为：n=e/(1+e)，或e=n/(1-n)。2．固结度指：在某一固结应力作用下，经某一时间t后，土体发生固结或孔隙水应力消散的程度。3.在压力作用下，饱和土体固结的力学本质是什么？★岩土力学★4在某一压力作用下，饱和土体的固结过程就是土体中的超孔隙水应力不断消散、附加有效应力不断增加的过程，即超孔隙水应力逐渐转化为附加有效应力的过程。4.土的级配曲线的特征可用哪两个系数来表示？这两个系数是怎样定义的？答：不均匀系数uC和曲率系数cC1060ddCu，6010230dddCc10d，30d，60d为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10%，30%，60%时所对应的粒径。5.请写出无侧向变形条件下的压缩量计算公式，并指出各个量的含义。HeeS11或PHeaSv11或HEPSsS为压缩量，H为试样的高度，av为压缩系数，e为孔隙比，Es压缩模量。6.简述渗透变形的产生条件。根据渗透破坏的机理，可将产生渗透变形的条件分为两种类型，其一是动水压力和土体结构，它们是产生渗透变形的必要条件；另一类则是地质条件和工程因素，称之为充分条件。只有当土具备充分必要条件时，才发生渗透破坏。7.简述有效应力的原理。有效应力原理的研究内容就是研究饱和土中这两种应力的不同性质和它们与全部应力的关系。有效应力原理归纳起来可由下面两个要点表达：饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分；土的变形与强度的变化仅决定于有效应力的变化。六、计算题（共4题，计40分）1.一均质无粘性边坡，sat为203/mKN，30°，坡角25°，试问干坡或完全浸水时，其安全系数是多少？有顺坡渗流发生时，坡角为多少度边坡将达到极限平衡状态？★岩土力学★5解：在干坡或浸水时，安全系数为：tgtgFs=0.577/0.466=1.24有顺坡渗流发生边坡达到极限平衡状态时：Fs=1，则sattgtg=（20-9.8）×0.577/20=0.21坡角为：o39.162.土粒比重为2072，饱和度为37%，孔隙比是0.95，当饱和度提高到90%时，每立方米应加多少水？解：Vv=eVs=V–Vs，每立方米的土粒体积为：Vs=V/(1+e)=1/(1+0.95)=0.513m3Vv=eVs=0.95×0.513=0.487m3当Sr=37%时，Vw1=SrVv=0.37×0.487=0.18m3当Sr=90%时，Vw2=SrVv=0.90×0.487=0.438m3则Vw=0.438–4.18=0.258m3应加水：Ww==10×0.258=2.58kN3.有一8m厚的饱和粘土层，上下两面均可排水，现从粘土层中心处取得2cm厚的试样做固结试验（试样上下均有透水石）。试样在某级压力下达到60％的固结度需要8分钟，则该粘土层在同样的固结压力作用下达到60％的固结度需要多少时间？若该粘土层单面排水，所需时间为多少？答：由于原位土层和试样土的固结度相等，且值相等，因而21vvTT又土的性质相同，21vvCC★岩土力学★67222221212222111028.128008022HHttHtHt（如改单面，其达到60%固结度时间为3t由31vvTT，31vvCC则7132132111012.542ttHtHt4.根据图（a）中给出地基中多层土中各土层的厚度、容重，绘制地基中的自重应力随深度的分布曲线图。［解］由图（a）给出的资料，可计算出各土层分界面上的应力：kPahsz51)0.410.44(0.17111kPahszsz2.601)8.90.19(512'212kPahszsz6.772)8.95.18(2.603'323kPahszsz2.1083)8.920(6.774'434上述自重应力随深度的变化关系结果(b)。1＝17.0kN/m＝18.5kN/m2＝19.0kN/m4＝20.0kN/m(a)细砂粉质粘土粘土(b)kN/m35.033kN/m40.038.0kN/m33341.03kN/m3344.0★岩土力学★7岩土力学作业二说明：本次作业对应于文字教材4至6章，应按相应教学进度完成。一、单项选择题（每小题2分，共计10分）1．粘性土的抗剪强度由两部分组成，一部分是颗粒间的粘结力，另一部分是(a)a.摩擦力b.水压力c.有效应力d.荷载2．直接剪切试验测定土的天然强度为（c）a.231fub.2ufuqc.qqfutgcd.322maxDHDMfu3．地基土发生剪切破坏而失去整体稳定时的基底最小压力为（b）a、允许承载力b、极限承载力c、承载力特征值4．在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失的现象称为（b）a.流土b.管涌c.接触流失d.接触冲刷5．条形基础竖直均布荷载下附加应力计算时，附加应力系数的确定应根据（d）比值查表确定。a.L/B和z/Bb.L/B和x/Bc.L/B和z/Ld.x/B和z/B。二、填空题（每空1分，共计20分）1．为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为快剪、固结快剪和慢剪三种类型。2.根据固结排水条件的不同，相应于直剪试验，三轴试验也可分为不固结不排水剪(UU)、固结不排水剪(CU)和固结排水剪(CD)三种类型。3．某土单元体抗剪强度指标c＝20Kpa，18，大主应力σ1＝400Kpa，则该单元体小主应力σ3＝182Kpa时，该土处于极限平衡状态，若σ3＝200Kpa，该土处于稳定状态。4．饱和砂土在低围压下受剪时，对于松砂来说，其固结不排水剪试验测得的强度要比★岩土力学★8固结排水剪试验测得的强度高（高或低），对于紧砂来说，其固结不排水剪试验测得的强度要比固结排水剪试验测得的强度低（高或低）。5.根据摩尔-库伦破坏准则，理想状态下剪破面与大主应力面的夹角为：2/45o。6．太沙基公式中，Nγ、Nq、NC称为承载力系数，由内摩擦角确定。7.地基剪切破坏的三种形式为整体破坏、局部剪切和冲切8.影响地基承载力的因素有：土的容重、地下水位、基础的宽度和基础埋深。四、简答题（每小题5分，共计40分）1.什么叫土的抗剪强度?常用的试验方法有哪些?土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。抗剪强度试验的方法有室内试验和野外试验等，室内最常用的是直剪试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验等。野外试验有原位十字板剪切试验等。2.试述莫尔---库伦破坏准则，什么是极限平衡条件？当莫尔应力圆在强度线以内时，说明单元土体中任一平面的剪应力都小于该面上相应的抗剪强度，故土体单元处于稳定状态，没有剪破；当莫尔应力圆与强度线相切时，说明单元土体中有一平面的剪应力达到了它的抗剪强度；把莫尔应力圆与库伦抗剪强度相切时的应力状态，作为土的破坏准则。根据莫尔-库伦破坏准则来研究某一土体单元处于极限平衡状态时的应力条件及其大、小主应力之间的关系称为极限平衡条件。3.什么是主动土压力，什么是被动土压力？如果挡土结构在土压力的作用下，其本身不发生变形和任何位移（移动或转动），土体处于弹性平衡状态，则这时作用在挡土结构上的土压力称为静止土压力。挡土结构在土压力作用下向离开土体的方向位移，随着这种位移的增大，作用在挡土结构上的土压力将从静止土压力逐渐减小。当土体达到主动极限平衡状态时，作用在挡土结构上的土压力称为主动土压力。挡土结构在荷载作用下向土体方向位移，使土体达到被动极限平衡状态时的土压★岩土力学★9力称为被动土压力。4.发生滑坡时，土体内的滑动面上的剪应力达到抗剪强度的原因是什么？一是由于剪应力的增加。二是因为土体本身的抗剪强度减小。5.确定地基承载力的方法有那些？答：(1)按土的强度理论确定地基承载力（普朗特极限承载力公式、太沙基极限承载力公式、魏锡克极限承载力公式）(2)规范查表方法（根据野外坚定结果或土的物理性质指标查表确定）。(3)静载荷试验及其它原位测试方法（标准贯入试验、静力触探试验，轻便触探试6.土的抗剪强度指标为什么?影响土的抗剪强度因素有哪些?土的抗剪强度指标为c，。土的抗剪强度影响影响因素有：1)土粒的矿物成分、形状、颗粒大小与颗粒级配2)土的密度3)含水量4)土体结构的扰动情况5)孔隙水压力的影响五、计算题（每题10分，共计40分）1.已知地基中一点的大小主应力为kPa3001，kPa1503，土的强度指标kPac20，16°，试判断该点是否会剪破？剪破面与大主应力之间的夹角为多少？解：由摩尔-库伦准则：)245(2)245(231ooffctgtg=150×1.76+2×20×1.33=317.2kPa由于：σ1fσ1=300kPa或σ3=140.2Kpa所以不会剪破。★岩土力学★10某挡土墙高8m，墙背竖直光滑，填土面水平，填土为无粘性土，γ=18kN/m3，φ=30°，填土表面作用有连续均布荷载，q=20kPa。试用朗肯土压力理论计算主动土压力以及作用点位置。解（1）土压力系数3123045tg245tgka22（2）主动土压力墙顶pa=