同济大学土力学2005-2006一学期试题(含答案)

同济大学本专科课程期终考试（考查）统一命题纸A卷2005—2006学年第一学期课程名称：土力学课号：任课教师：楼晓明、梁发云、李镜培周健、姚笑青、钱建固专业年级：土木工程03级学号：姓名：考试（√）考查（）考试（查）日期：2006年元月13日出考卷教师签名：楼晓明、梁发云教学管理室主任签名：李镜培一、单项选择题：（20分，每小题2分）（B）1、土的三相比例指标中通过试验测定的指标是：A、孔隙比、含水量和饱和度；B、土的密度、含水量和土粒密度；C、孔隙率、土粒密度和土的密度；D、土粒密度、饱和度和土的密度。（C）2、评价粘性土软硬程度的指标常用______________。A、塑限Wp；B、塑性指数Ip；C、液性指数IL；D、液限WL。（A）3、动水力（渗透力）的大小主要取决于；A、水头梯度；B、水头差；C、渗透系数；D、流速。（C）4、引起建筑物基础沉降的根本原因是；A、基础自重压力B、基底总压应力C、基底附加应力D、建筑物活荷载（A）5、土的压缩系数越______、压缩模量越______，土的压缩性就越大。A、高，低；B、低，高；C、高，高；D、低，低。（D）6、现场载荷试验得到的地基模量是______。A、压缩模量；B、弹性模量；C、初始模量；D、变形模量。（A）7、新近沉积的粘性土一般为_______土。A、欠固结；B、正常固结；C、超固结：D、完全固结。（A）8、土中某点土处于剪切破坏时，与剪破面的夹角为245＋(为内摩擦角)的是：A、大主应力作用面；B、小主应力作用面；C、大主应力方向；D、最大剪应力方向。（B）9、对同一种土，五个重度指标的大小顺序是：A、satsd；B、ssatd；C、ssatd；D、satsd。（D）10、有一10m厚的饱和软土层，双面排水，2年后固结度为80％，若该土层是单面排水，要达到同样固结度，则需要的时间为：A、0.5年；B、2年；C、4年；D、8年。二、简答题：（20分，每题5分）1、试述：饱和粘土地基沉降的3个阶段及其特点。答：饱和粘性土地基最终的沉降量从机理上分析，由三个部分组成的，即：。其中sd为瞬时沉降；sc为固结沉降；ss为次固结沉降。(2分)瞬时沉降是在施加荷载后瞬时发生的，可以用弹性理论公式来分析计算瞬时沉降；固结沉降是在荷载作用下，孔隙水被逐渐挤出，孔隙体积逐渐减小而引起的沉降，是粘性土scdssss地基沉降最主要的组成部分，可采用分层总和法等计算固结沉降；次固结沉降是指超静孔隙水压力消散为零，在有效应力基本上不变的情况下，随时间继续发生的沉降量。(3分)2、试述：有效应力原理。答：有效应力公式wu'，为总应力，'为有效应力，wu为孔隙水压力。(2分)由此得到重要的有效应力原理，它包含下述两点：1.土的有效应力'等于总应力减去孔隙水压力wu；(1分)2.土的有效应力控制了土的变形及强度性能。(2分)3、朗肯土压力理论和库仑土压力理论的基本假定有何不同，在什么条件下两者可以得到相同的结果？答：朗肯土压力理论假设墙背直立、光滑、墙后填土水平，忽略了墙背与填土之间摩擦的影响；库仑土压力理论假设填土是无粘性土，考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背倾斜，填土面倾斜的情况，不能用库仑理论直接计算粘性土的土压力。(3分)朗肯土压力理论和库仑土压力理论根据不同的假设，以不同的分析方法计算土压力，只有在墙背直立、光滑、墙后填土水平的无粘性土中两种理论计算结果才相同。(2分)4、土坡稳定分析中的简单条分法和毕肖普方法的基本假定有何不同？答：作用在土条i的作用力中有5个未知数，但只能建立3个平衡方程，故为静不定问题。为了求得Ni、Ti值，必须对土条两侧作用力的大小和位置作适当的假定。(1分)简单条分法是不考虑土条两侧的作用力，也即假设Ei和Xi的合力等于Ei+1和Xi+1的合力，同时它们的作用线也重合，因此土条两侧的作用力相互抵消。(2分)毕肖普条分法在求解时补充了两个假设条件：(1)忽略土条间的竖向剪切力Xi及Xi+1作用；(2)对滑动面上的切向力Ti的大小作了规定。(2分)三、计算题：（60分）1、已知某原状土的物理性质指标：含水量w=28.1%，重度=18.76kN/m3，土粒比重ds=2.72，试求该土的孔隙比e，干重度d，饱和重度sat，并求当土样完全饱和时的含水量w。(12分)解：设土的体积等于1m3，则土的重量76.18VWkN。土粒重量sW与水的重量wW之和等于土的重量W，即ws。水的重量wW与土的重量sW之比等于含水量w，则wW＝wsW＝0.281sW，可求得土粒重量sW＝14.64kN，wW＝4.12kN。(2分)土粒体积sV可由土粒比重sd和土粒重量sW求得，sV=0.55m3，孔隙的体积Vv则为0.45m3，水的体积wV由水的重度w和水的重量wW求得，其值为0.42m3。(2分)根据三相指标定义可计算孔隙比e、干重度d的数值：82.055.045.0svVVe(2分)3mkN64.140.164.14VWsd(2分)=18kN/m3填土粉质粘土Es=5000kPaEs=2500kPa淤泥质粘土不可压缩层F=920kN饱和重度sat：05.19164.148.945.0VWVswvsatkN/m3(2分)土样完全饱和时的含水量w：%1.3064.148.945.0swvWVw(2分)2、某矩形基础的底面尺寸为4m2m，基础埋深为1m，计算资料见附图。试按应力面积法计算基础底面中点沉降量，地基承载力fk=110kPa。(15分)附：L/B=2情况下角点下平均竖向附加应力系数z/B0.00.40.81.21.62.00.25000.24840.24030.22680.21130.1958z/B2.42.83.23.64.05.00.18120.16800.15620.14560.13620.1169解：(1)基底附加应力0p：18124201249200p=117kPa(2分)(2)分层厚度按自然土层划分，计算过程如下表。(6分))(110'iiiisiizzEps(3)确定沉降计算深度zn，zn在不可压缩层顶面。(2分)应力面积法计算最终沉降z(m)L/Bz/biziizii-zi-11iEsi(MPa)'is(mm)'is(mm)0201.0000----2210.78321.56641.56645.036.6536.654220.54482.17920.61282.528.6865.33(4)确定s：5.26128.055664.1117)01792.2(117)(/211221001100002121ssnnsiiisEzzEzzpzzpEAAE=3.90MPa当p0fk，查表得到31.1s。(3分)(5)基础中点沉降：33.6531.1'sss85.36mm。(2分)3、某饱和粘性土在三轴仪中进行固结不排水试验，得c=5kPa，28，如果这个试件受到1=200kPa和3=150kPa的作用，测得孔隙水压力u=100kPa，问该试件是否会破坏？(8分)解：根据有效应力原理u'，可求得100100200'1kPa；50100150'3。(3分)根据土的极限平衡条件，可求得)245(tg2)245(tg'''23'1'cf=)1545(tg52)1545(tg502=167kPa(3分)'1'1f，该试样不会破坏。(2分)4、某一挡土墙，墙背光滑垂直、墙后填土面水平，填土面上受均部荷载q=15kPa，填土分两层，如图所示。第一层土：γ1＝18kN/m3，c1=10kPa,1=20°,第二层土：γ2＝19.8kN/m3，c2=15kPa，2=15°。试按水土分算法求解：挡土墙的主动土压力、水压力，并绘出土压力强度沿墙高的分布图。(15分)解：(1)本题符合朗肯土压力公式的应用条件，采用朗肯土压力公式计算。(1分)(2)各层土的主动土压力系数：(2分)第一层土：49.0)22045(g)245(tg221aK第二层土：59.0)21545(g)245(tg222aKγ’2=10kN/m3(3)计算墙顶处的主动土压力强度pa1(4分)A点：0kPa6.67.010249.0)15018(2)(111a1aaKcKqzpB点(上)：kPa0.117.010249.0)15218(2)('111a2aaKcKqzpB点(下)：kPa00.777.015259.0)15218(2)(''222a2aaKcKqzpC点：kPa69.2477.015259.0)15310218(2)(222a3aaKcKqzp(4)计算临界深度z0(2分)75.049.01849.0157.0102211110aaaKKqKcz(m)(5)计算主动土压力值(2分)主动土压力值按分布面积计算如下：kN/m)(41.543)69.2400.7(21)75.02(0.1121aE(6)作用在挡土墙的水压力(2分)B点水压力为0，C点水压力：4.2938.9wpkPa。水压力的合力：1.4434.2921wPkN/m，作用点位置在离墙底1m处。(7)土压力强度沿墙高的分布如图。(2分)5、某厚度为10m的粘土层，上下层面均为排水砂层，已知粘土层孔隙比e0=0.75，压缩系数a=0.30MPa-1，渗透系数k=8100.9cm/s，地表瞬时施加一无限分布均布荷载。试求：粘土层达到50%固结度所需的时间。(10分)3m2m15kPaABC011.0kPa7.00kPa24.69Ea=54.41kN/mPw=44.1kN/m29.4kPa解：双面排水，H=10/2=5m(1分)saekcwv/cm1025.5101103.0)75.01(100.9)1(234680(3分)5.081814242vvTTteeU(2分)vT0.196(1分)63221033.91025.5500196.0vvcHTt(s)=108(天)(3分)