土力学及基础工程作业参考答案

1《土力学与基础工程》作业参考答案作业一一、填空题：1.承担传递2.碎散性多相性（或三相体系）复杂性易变性3.大大4.毛细重力5.小大6.密度计筛分7.颗粒级配大于2mm50％8.粘土粉质粘9.相对锤击数二、单选题：1.C2.B3.C4.D5.A6.C7.B8.B9.A10.C11.B12.C13.C14.B15.A三、判断题：1.√2.×3.×4.×5.√四、简答题：1.答：塑限、液限、塑性指数、液性指数对粘性土有意义。粒径级配、孔隙比e、相对密度和标准贯入试验击数对无粘土有意义。2.答：当水由下向上渗流时，若向上的动水力与土的有效重度相等时，此时土颗粒间的压力等于零，土颗粒处于悬浮状态而失去稳定，这种现象就称为流砂现象。水在砂性土中渗流时，土中的一些细小颗粒在动水力的作用下，可能通过粗颗粒的孔隙被水带走，这种现象称为管涌。流砂现象是发生在土体表面渗流逸出处，不发生与土体内部；而管涌现象可以发生在渗流逸出处，也可以发生于土体内部。3.答：在一定的压实功能作用下，土在某一含水量下可以击实达到最大的密度，这个含水量称为最优含水量。对应着击实曲线上峰值时的含水量。粘性土料过干或过湿都不能获得好的压实效果；当含水量过低时，粘性土颗粒周围的结合水膜薄，粒间引力强，颗粒相对移动的阻力大，不易挤紧；当含水量过大时，自由水较多，击实时，水和气体不易从土中排出，并吸收了大部分的击实功能，阻碍了土粒的靠近。故在压实粘性土时要控制土的含水量。五、计算题：1.解：土的饱和重度3ssat/5.18101117.21mkNeeGw临界水力梯度85.010105.18icrwwsatw2.解：已知ρ＝1.84g/cm3ρw＝1g/cm3Gs＝2.75Sr＝1(依题意)设Ｖ＝1cm3∵ρ＝ｍ/Ｖ∴ｍ＝ρ·Ｖ＝1.84×1＝1.84g∵Gs＝ms／(Vs·ρw)∴ms＝Gs·Vs·ρw＝2.75Vsmw＝ｍ－ms＝1.84－2.75VsVw＝mw／ρw＝1.84－2.75Vs∵Sr＝Vw／VV＝1∴VV＝Vw＝1.84－2.75Vs2又∵Ｖ＝VV＋Vs＝1.84－2.75Vs＋Vs＝1.84－1.75Vs＝1∴Vs＝(1.84－1)/1.75＝0.48cm3VV＝Ｖ－Vs＝1－0.48＝0.52cm3＝Vwmw＝Vw·ρw＝0.52gms＝ｍ－mw＝1.84－0.52＝1.32g代入相应公式可得：ω＝(mw／ms)×100%＝(0.52/1.32)×100%＝39.4%ρd＝ms／V＝1.32/1＝1.32g/cm3ｅ＝VV／Vs＝0.52/0.48＝1.08ｎ＝(VV／V)×100%＝(0.52/1)×100%＝52%注：本题设Vs＝1cm3可得出同样的结果。3.解：设砂样体积为Ｖ∵ρd＝ms／V∴ms＝ρd·V＝1.66Ｖ∵Gs＝ms／(Vs·ρw)∴Vs＝ms／(Gs·ρw)＝1.66Ｖ／(2.70×1)＝0.615ＶVV1＝Ｖ－Vs＝0.385Ｖ∵Ｖ、Vs不变∴VV2＝VV1＝0.385Ｖ∵Sr2＝Vw2／VV2∴Vw2＝Sr2·VV2＝0.6×0.385Ｖ＝0.231Ｖmw2＝ρw·Vw2＝0.231Ｖ∴ω２＝mw2／ms＝0.231Ｖ／1.66Ｖ＝13.92%ρ２＝m／Ｖ＝(ms＋mw２)／Ｖ＝（1.66Ｖ＋0.231Ｖ）/Ｖ＝1.891(g/cm3)作业二一、填空题：1.梯相同2.地下水位沉降3.浅深4.扩散集中5.正常固结土欠固结土超固结土6.小大7.减小（或消散）增大（或增加）8.固结度任意9.快剪固结快剪慢剪二、单选题：1.A2.B3.D4.B5.D6.D7.C8.A9.D10.C11.B12.A13.B14.C15.A三、判断题：1.×2.×3.√4.×5.×四、简答题：1.答：地基沉降是内、外因共同作用的结果。通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳定。地基沉降的外因主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力，其内因是土由三相组成，具有碎散性，在附加应力作用下土层的孔隙发生压缩变形，引起地基沉降。2.答：（1）计算土中应力时，假定地基土是均匀、各向同性的半无限空间弹性体；（2）假定地基土在压缩变形时不产生侧向膨胀，只产生竖向压缩变形，计算时采用完全侧限条件下的压缩性指标；（3）采用基底中心点下的附加应力计算地基的变形量；（4）计算的是一定深度范围内的地基土的变形量。3.答：与常规三轴试验相比，直剪试验有如下优缺点：优点是试验仪器简单，易于操作。缺点有：（1）剪切面被固定，剪切破坏不是沿着试样最薄弱的面产生；（2）剪切过程中剪切面是逐渐减小的，但计算时仍按整个试样的面积计算剪应力；（3）实际过程中，剪应力沿剪切面分布是不均匀的，但计算时仍按均匀分布考虑；（4）不易控制排水条件，只能测出总应力强度指标，不能测出有效应力强度指标。3五、计算题：1.解：当第四层为坚硬整体岩石时（不透水），地下水位以下地基土的重度取饱和重度，则基岩顶面处的自重应力为：σcz＝γ1h1＋γ2h2＋γ3h3＝1.5×18.0＋3.6×19.4＋1.8×19.8＝132.5kPa若第四层为强风化岩石(透水),地下水位以下地基土的重度应取浮重度,则基岩顶面处的自重应力为:σcz＝γ1h1＋γ2ˊh2＋γ3ˊh3＝1.5×18.0＋3.6×(19.4－10)＋1.8×(19.8－10)＝78.5kPa故此处土的自重应力有变化。2.解：根据题意,计算条形基础中心点下的附加应力可用p＝（σmax＋σmin）/2＝100kPa作为均布荷载来代替梯形分布荷载计算，则条形基础中心点下各深度处的地基中的附加应力为：深度0处：z/b=0x/b=0，查表得α=1.0000,则σz=αp=1.0000×100=100kPa深度0.25b处：z/b=0.25x/b=0，查表得α=0.960,则σz=αp=0.960×100=96kPa深度0.50b处：z/b=0.50x/b=0，查表得α=0.820,则σz=αp=0.820×100=82kPa深度1.0b处：z/b=1.0x/b=0，查表得α=0.552,则σz=αp=0.552×100=55.2kPa深度2.0b处：z/b=2.0x/b=0，查表得α=0.306,则σz=αp=0.306×100=30.6kPa深度3.0b处：z/b=3.0x/b=0，查表得α=0.208,则σz=αp=0.208×100=20.8kPa3.解：基础底面接触应力p=(N+G)/F=(N+γmFd)/F=(4720+20×4.0×4.0×2.0)/(4.0×4.0)=335kPa基底附加应力p0=p－γ1d=335－17.5×2.0=300kPa将粉质粘土层分为两分层，各分层厚度分别为h1′=1.6m和h2′=1.4m。第一分层顶、底面处的附加应力为:顶面处：z/b=4.0/2.0=2l/b=2.0/2.0=1查表可得:α1＝0.084则:σz1＝4α1p0＝4×0.084×300＝100.8kPa底面处:z/b=5.6/2.0=2.8l/b=2.0/2.0=1查表可得:α1＝0.0502则:σz2＝4α1p0＝4×0.0502×300＝60.24kPa第一分层的沉降量S1＝σzh1′/Es2＝[(100.8＋60.24)/2]×1.6/3.33×103＝38.69mm第二分层底面处的附加应力为:z/b=7.0/2.0=3.5l/b=2.0/2.0=1查表可得:α1＝0.03435则:σz3＝4α1p0＝4×0.03435×300＝41.22kPa第二分层的沉降量S2＝σzh2′/Es2＝[(60.24＋41.22)/2]×1.4/3.33×103＝21.33mm因此粉质粘土层的沉降量S＝S1＋S２＝38.69＋21.33＝60mm4.解：（1）τf＝σtgφ∴φ＝arctg（τf/σ）＝arctg（2/3）＝33.7°（2）剪切面上的σ＝300kPa，τf＝200kPa，剪切面与大主应力作用面成α＝45°＋φ/2σ＝（σ1＋σ3）/2＋[(σ1－σ3)/2]cos2α＝300τ＝[(σ1－σ3)/2]sin2α＝200解方程可得:σ1＝673.79kPaσ3＝192.99kPa（3）最大主应力与剪切面成45°－φ/2＝28.15°作业三一、填空题：1.临塑极限2.整体剪切破坏极限荷载3.整体剪切破坏条形4.不变减小5.增大增大6.静止土压力主动土压力被动土压力7.直立俯斜仰斜8.大于3m大于0.5m9.预制灌注4二、单选题：1.C2.C3.B4.A5.C6.B7.A8.A9.B10.D11.B12.B13.C14.A15.D三、判断题：1.×2.×3.√4.√5.×四、简答题：1.答：朗金理论假定挡土墙的墙背竖直、光滑，墙后填土表面水平且延伸到无限远处，适用于粘性土和无粘性土。库仑理论假定滑裂面为一通过墙踵的平面，滑动土楔体是由墙背和滑裂面两个平面所夹的土体所组成，墙后填土为砂土。适用于各类工程形成的不同的挡土墙，应用面较广，但只适用于填土为无粘性土的情况。2.答：桩身在水平荷载作用下的变位通常有下列三种形式：（1）桩身如同刚体一样围绕桩轴线上的某点转动，这种形式发生在桩身较短，入土深度较浅以及地基刚度相对较弱时；（2）桩身仅在上部发生弯曲变形，而下部完全嵌固于地基之中，这种形式发生在桩的入土深度较大，地基的刚度也较大，而桩的刚度相对较弱时；（3）桩身上部在较大范围内变形如同直立的弹性地基梁那样呈S形，这种形式发生在桩的入土深度更大，地基与桩身的相对刚度比较小时。3.答：地基基础的设计方案有三种：（1）天然地基上的浅基础；（2）天然地基上的深基础；（3）人工地基上的浅基础。理论上应还有人工地基上的深基础，但因为地基既然经过人工加固处理，便提供了修建浅基础的条件，故不可能再修建深基础。五、计算题：1.解：(1)荷载为中心荷载,故临界荷载按Zmax＝b/4所对应的基底应力计算:P1/4＝N1/4γb＋Ndγd(c=0)∵φ＝30º∴N1/4＝1.2Nd＝5.6P1/4＝1.2×(21.1－10)×3.0＋5.6×(21.1－10)×2.0＝164.28kPa(2)若d不变,b=2×3.0=6.0m，则:P1/4＝1.2×(21.1－10)×6.0＋5.6×(21.1－10)×2.0＝204.24kPa(3)若b不变,d=2×2.0=4.0m,则：P1/4＝1.2×(21.1－10)×3.0＋5.6×(21.1－10)×4.0＝288.6kPa(4)上述三种情况结果说明基底宽度b和埋深d增大，地基临界荷载也增大，且增大d效果更显著。2.解：K0＝1－sinφ＝1－sin36°＝0.4p01＝γh1K0＝18×2×0.4＝14.4kPap02＝γh1K0＋γˊh2K0＝18×2×0.4＋(21－10)×2×0.4＝23.2kPa因此静止土压力为：P0＝14.4×2/2＋(14.4＋23.2)×2/2＝52KN/m同理：pa1＝γh1Ka＝18×2×tg2(45°－φ/2)＝18×2×tg2(45°－36°/2)＝9.35kPapa2＝γh1Ka＋γˊh2Ka＝18×2×tg2(45°－36°/2)＋(21－10)×2×tg2(45°－36°/2)＝15.06kPa因此主动土压力为：Pa＝9.35×2/2＋(9.35＋15.06)×2/2＝33.76KN/m水压力为Pw＝γwh22/2＝10×22/2＝20KN/m3.解：pa0＝qKa1＝20tg2(45°－30°/2)＝6.67kPapa1＝(q＋γ1h1)Ka1＝(20＋18.5×3)tg2(45°－30°/2)＝25.17kPapa1ˊ＝(q＋γ1h1)Ka2＝(20＋18.5×3)tg2(45°－35°/2)＝20.46kPapa2＝(q＋γ1h1＋γ2h2)Ka2＝(20＋18.5×3＋19×3)tg2(45°－35°/2)＝35.91kPapa3＝(q＋γ1h1＋γ2h2＋γˊh3)Ka2＝(20＋18.5×3＋19×3＋10×4)tg2(45°