土力学与基础工程课后思考题答案

土力学与基础工程课后思考题答案第二章2.1土由哪几部分组成？土中水分为哪几类？其特征如何？对土的工程性质影响如何？土体一般由固相、液相和气相三部分组成（即土的三相）。土中水按存在形态分为：液态水、固态水和气态水（液态水分为自由水和结合水，结合水分为强结合水和弱结合水，自由水又分为重力水和毛细水）。特征：固态水是指存在于颗粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造的水，液态水是人们日常生活中不可缺少的物质，气态水是土中气的一部分。影响：土中水并非处于静止状态，而是运动着的。工程实践中的流沙、管涌、冻胀、渗透固结、渗流时的边坡稳定问题都与土中水的运用有关。2.2土的不均匀系数Cu及曲率系数Cc的定义是什么？如何从土的颗粒级配曲线形态上，Cu和Cc数值上评价土的工程性质。不均匀系数Cu反映了大小不同粒组的分布情况。曲率系数Cc描述了级配曲线分布的整体形态，表示是否有某粒组缺失的情况。评价：（1）对于级配连续的土：Cu5,级配良好；Cu5，级配不良。（2）对于级配不连续的土：同时满足Cu5和Cc=1~3，级配良好，反之则级配不良。2.3说明土的天然重度、饱和重度、浮重度和干重度的物理概念和相互联系，比较同一种土各重度数值的大小。天然重度、饱和重度、浮重度和干重度分别表示单位体积的土分别在天然、饱和、湿润、干燥状态下的重量，它们反映了土在不同状态下质量的差异。饱和重度天然重度干重度浮重度2.4土的三相比例指标有哪些？哪些可以直接测定？哪些通过换算求得？为换算方便，什么情况下令V=1，什么情况下令Vs=1？三相比例指标有：天然密度、含水量、相对密度、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙比、孔隙率、饱和度。直测指标：密度、含水量、相对密度。换算指标：孔隙比、孔隙率、饱和度。当已知相对密度ds时令Vs=1，当已知天然密度时令V=1，如若两者都已知，设V=1或Vs=1都行2.5反映无黏性土密实度状态的指标有哪些？采用相对密实度判断砂土的密实度有何优点？而工程上为何应用得并不广泛？指标：孔隙比、最大孔隙比、最小孔隙比。优点：判断密实度最简便的方法是用孔隙比e来描述，但e未能考虑级配的因素，故引入密实度。应用不广泛的原因：天然状态砂土的孔隙比e值难测定，此外按规程方法室内测定孔隙比最大值和孔隙比最小值时，人为误差也较大。2.6下列物理指标中，哪几项对黏性土有意义？哪几项对无黏性土有意义？塑性指数、液性指数对黏性土有意义。粒径级配、相对密实度对无黏土有意义。2.7简述渗透定理的意义，渗透系数K如何测定？动水如何计算？何谓流砂现象？这种现象对工程有何影响？渗透定理即达西定律V=ki，其反映土中水渗流快慢。室内测定渗透系数有常水头法和变水头法，也可在现场进行抽水实验测定。流砂现象：当动水为GD数值等于或大于土的浮重度时，土体发生浮起而随水流动。影响：基础因流砂破坏，土粒随水流走，支撑滑落，支护结构移位，地面不均匀沉降，引起房屋产生裂缝及地下管线破坏，严重时将导致工程事故。2.8土发生冻胀的原因是什么？发生冻胀的条件是什么？原因：在气温降低以及浓度变化产生渗透压两种作用下，下卧未冻结区的水被吸引到冻结区参与冻结，使冰晶体不断扩大，在土层中形成冰夹层，土体随之发生隆起。发生冻胀条件：（1）土的因素：冻胀通常发生在细粒土中（2）水的因素：土层发生冻胀是由水分的迁移和积聚所致（3）温度因素：当气温骤降且冷却强度很大时，土的冻结面迅速向下推移，冻结速度很快。2.9毛细水上升的原因是什么？在哪些土中毛细现象最显著？原因：表面张力的作用。粉细砂和粉土的毛细现象最为显著。2.10何谓最优含水量？影响填土压实效果的主要因素有哪些？在一定的压实功（能）下使土最容易压实，并能达到最大密实度时的含水量称为土的最优含水量。影响因素：（1）含水量（2）击实功（3）土的性质2.11无黏性土和黏性土在矿物组成、土的结构、物理状态及分类方法诸方面有何重要区别？分类方法区别：无黏性土靠密实度划分，而黏性土靠液性指数划分。物理状态：无黏性土最主要物理状态指标为孔隙比e、相对密度和标准贯入试验击数。黏性土的物理状态指标为可塑性、灵敏度、触变性。矿物组成：2.12地基土分为几大类？各类土的划分依据是什么？为什么粒度成分和塑性指数可作为土分类的依据？比较这两种分类的优缺点和适用条件。地基土分为：粗粒土和细粒土两大类。划分依据：颗粒度和粒间作用力。粗粒土的工程性质和大程度上取决于土的粒径级配，故按其粒径级配累积曲线再分成细类。细粒土分类基于长基实验结果统计分析所得结论，多用塑性指数或者液限加塑性指数作为分类指标。优点：塑性图划分细粒土能较好反映土粒与水相互作用的一些性质。缺点：却不能反映天然土工程的另一重要因素——土的结构性。适用条件：2.13淤泥和淤泥质土的生成条件，物理性质和工程特性是什么？能否作为建筑物的地基？生成条件：在静水成缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成。物理性质和工程特性：孔隙比大（e》1），天然含水量高（W》WL）压缩性高，强度低和具有灵敏性、结构性的土层，为不良地基，故不能作为建筑物的地基。第三章3.1土的自重应力分布有何特点？地下水位的升降对自重应力有何影响，如何计算？均质土的自重应力沿水平面均匀分布，且于深度Z成正比，即随深度呈线性增加地下水位升高则土的自重应力减小，反之则增加。计算即减去水的自重应力。3.2刚性基础的基底压力分布有何特征？工程中如何计算中心荷载及偏心荷载下的基底压力？刚性基础：刚度较大，基底压力分布随上部荷载的大小、基础的埋深及土的性质而异。中心、偏心荷载计算见P493.3如何计算基底附加压力？在计算中为什么要减去基底自重应力？基底附加压力计算见P50公式3.8土的自重应力一般不引起地基变形，只有新增的建筑物荷载，即作用于地基表面的附加压力，才是使地基压缩变形的主要原因。3.4试以矩形面积上均布荷载和条形荷载为例，说明地基中附加应力的分布规律。分布规律：当距离地基中心距离相同时，附加应力随深度增加而逐渐减小。当深度相同时，附加应力自地基中心线向两边逐渐减小。3.5目前根据什么假设计算地基中的附加应力？这些假设是否合理可行？归纳总结各种荷载作用下地基附加应力的计算方法。假设地基均质和各向同性的线性变形体，然后按弹性力学解答计算附加应力，其实，地基土并非所假设的那样，应该考虑地基不均匀和各向异性对附加应力计算的影响。计算方法见课本3.6试简述太沙基的有效应力原理饱和土中的总应力为有效应力和孔隙水压力之和，或者说有效应力等于总应力减去孔隙水压力。第四章（这章当初老师没画思考题，以周一复习为主）第五章5.1什么是土的抗剪强度？什么是土的抗剪强度指标？试说明土的抗剪强度的来源。对一定的土类，其抗剪强度指标是否为一个定值？为什么？定义：是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。土的抗剪强度指标：土的黏聚力和土的内摩擦角。抗剪强度的来源：（1）无粘性土：来源于土粒间的摩擦力（内摩擦力）（2）粘性土：除内摩擦力外，还有内聚力。对一定的土类，其抗剪强度指标也并非常数值，均因试验方法和土样的试验条件等的不同而异，同时，许多土类的抗剪强度线并非都呈直线状，随着应力水平有所变化。5.2何谓土的极限平衡状态和极限平衡条件？试用莫尔—库仑强度理论推求土体极限平衡条件的表达式。当土体中某点任一平面上的剪应力等于抗剪强度时，将该点即濒于破坏的临界状态称为“极限平衡状态”。表征该状态下各种应力之间的关系称为“极限平衡条件”。公式推求在P1015.3土体中首先发生剪切破坏的平面是否就是剪应力最大的平面？为什么？在何种情况下，剪切破坏面与最大剪应力面是一致的？在通常情况下，剪切破坏面与大主应力面之间的夹角是多少？不一定。因为根据P101图5.5可知破坏面是莫尔圆与抗剪强度包线相切时切点所代表的平面。当莫尔圆与抗剪强度包线相切时对应的剪力为最大剪应力时，剪切破坏面与最大剪应力面是一致的。剪切破坏面与大主应力面之间的夹角是90-内摩擦角（P102）5.4分别简述直剪试验和三轴压缩试验的原理。比较二者之间的优缺点和适用范围。（原理和适用范围自己总结下）P103-105直剪实验的优点：构造简单、操作方便缺点：（1）剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的剪切面破坏（2）剪切面上的剪应力分布不均，在边缘发生应力集中现象（3）在剪切过程中，剪切面逐渐缩小，而计算抗剪强度时却按圆截面计算（4）试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力。三轴压缩实验的优点：能较为严格地控制排水条件以及测量试件中孔隙水压力的变化，试件中的应力状态比较明确，破裂面发生在最薄弱的部位。缺点：试件中的主应力楼2=楼3（那个字母打不出来），而实际上土体的受力状态未必属于轴对称情况。5.5什么是土的无侧限抗压强度？它与土的不排水强度有何关系？如何用无侧限抗压强度试验来测定黏性土的灵敏度？无侧限抗压强度试验如同三轴压缩实验中楼3=0时的特殊情况。由P106公式5.14可知不排水抗剪强度为无侧限抗压强度的1/2。测定灵敏度：将已做成无侧限抗压强度试验的原状土样，彻底破坏其结构，并迅速塑成与原状试样同体积的重塑试样，对重塑试样进行无侧限抗压强度，测得其无侧限抗压强度。二者比值即为灵敏度。P106公式5.155.6试比较黏性土在不同固结和排水条件下的三轴试验中，其应力条件和孔隙水压力变化有何特点？并说明所得的抗剪强度指标各自的适用范围。P110（CU、UU、CD）比较多….自己总结下5.7试说明在饱和黏性土的不固结不排水试验结果中（图5.22）不管用总应力还是有效应力表示，其莫尔应力圆的半径为何都不变？对于饱和软黏土，在不固结不排水条件下进行剪切试验，可认为内摩擦角=0，其抗剪强度包线与楼（楼是字母）轴平行，故莫尔应力圆的半径为何都不变。第六章6.1土压力有哪几种？影响土压力的各种因素中最主要的因素是什么？P123土压力类型：主动土压力、被动土压力、静止土压力。最主要因素：（1）挡土墙的位移方向和位移量（2）土的类型特定不同（3）墙体的形态不同（4）墙后土体的排水状态6.2试阐述主动土压力、被动土压力、静止土压力的定义和产生的条件，并比较三者数值大小。主动土压力：挡土结构物向离开土体的方向移动，致使侧压力逐渐减小至极限平衡状态时的土压力。被动土压力：挡土结构物向土体推移，致使侧压力逐渐增大至被动极限平衡状态时的土压力。静止土压力：土体在天然状态时或挡土结构物不产生任何移动或转动时，土体作用于结构物的水平压应力。主动土压力〈静止土压力〈被动土压力6.3试比较朗金土压力理论和库仑土压力理论的基本假定和适用条件。P124和P129朗金土压力理论基本假定：挡土墙墙背竖直、光滑，填土面水平。适用条件：适用于墙背垂直光滑而墙厚填土坡度比较简单的情况。库仑土压力理论基本假定：墙后填土是理想的散粒体（黏聚力C=0），滑动破裂面为通过墙踵的平面适用条件：适用于砂土或碎石填料的挡土墙计算，可考虑墙背倾斜、填土面倾斜以及墙背与填土间的摩擦等多种因素的影响。6.4墙背的粗糙程度、填水排水条件的好坏对主动土压力有何影响？墙背粗糙则墙背与填土间有摩擦力产生，剪应力不为0。排水条件的好坏主要体现在土的有效重度上6.8地基的剪切破坏有哪些形式？发生整体剪切破坏时P-S曲线的特征如何？形式：整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲切破坏。地基发生整体剪切破坏，P-S曲线陡直下降，通常称为完全破坏阶段。6.9什么是塑性变形区？地基的Pcr和P1/4的物理概念是什么？在工程中有何实际意义？塑性变形区：当荷载超过临界荷载时所对应的区域称为塑性变形区。Pcr：地基中将要出现但尚未出现塑性变形区，其相应的荷载为临界荷载PcrP1/4：塑性区的最大发展深度控制在基础宽度1/4，相应的荷载用P1/4表示工程实践表明，即使地基发生局部剪切破坏，地基中塑性区有所发展，只要塑性区范围不超出某一限度，就不致影响建筑物的安全和正常使用，因此，以Pcr作为地基土的承载力偏于保守。一般认为在中心垂直荷载下塑性区最大深度所对应的荷载可用P1/4表示6.10什么是地基土的极限荷载Pu？与哪