2007年博士入学考试试题参考答案模版

一、论述土的压实答：1.概述土的压实在公路工程中的作用非常重要。充分压实的路基可以提高其承载能力，防止水分干湿作用引起的自然沉陷，减少路基路面在车轮荷载作用下产生的形变，增强路基的水稳定性和强度，确保路面的使用品质，有效地延长路面的使用寿命。2.土基（路基）压实机理土基（路基土）在压实机具的短时荷载或振动荷载作用下，土体孔隙中的空气被排出；土颗粒重新排列和互相靠拢，小颗粒进入大颗粒的孔隙中，孔隙率减小；单位体积内固体颗粒含量增加，增加了粗土颗粒间的摩擦和咬合及细土颗粒间的粘结力，从而提高了土基的强度和稳定性。3.压实土基的作用提高路基强度；提高土基的水稳定性；显著地降低土的渗透性和毛细作用；减少土基的塑性变形；减小冻胀量，提高冻融稳定性。4.影响土基压实的因素⑴.含水量对压实的影响影响路基压实度的含水量存在一最佳含水量w，在此含水量条件下，采用一定压实功能可以达到最大密实度，获得最经济的压实效果。最佳含水量是一个相对值，随压实功能的大小和土的类型而变化。所施加的压实功能越大，压实土的细粒含量越少，最佳含水量越小，而最大密实度越高。在最佳含水量范围内，含水量增加时，包裹于土粒表面的水膜，相应地降低了土粒之间的吸引力，减小了土的内摩擦角，土粒在外力作用下容易发生相对位移，重新排列成紧密结构；当含水量超过最佳含水量并继续增加时，土粒间的空隙几乎被水充满,由于水是不可压缩的，单位体积内土颗粒的含量不再增加，在相同压实功能下，土的干密度反而减小，压实效果变差。⑵.土的类型对压实的影响在相同压实功能下，亚砂土和亚粘土的压实性能优于粘土。⑶.压实功能对压实的影响当含水量一定时，压实功能越大，干密度越大。在施工现场用压路机进行碾压时，或增加压路机质量，或者增加碾压遍数，都可以达到增加压实功能，提高土基密实度的效果。从经济上看，增加压实功能不是无限的，应作经济比较，当增加压实功能提高土基密度不明显时，可采取改变含水量或换土等措施。⑷.压实机具的影响重型压路机比轻型压路机的密实度较高；振动压路机比光面压路机的压实效果好得多，其密实度大，有效压实深度也大。羊脚碾的压实效果和压实深度均比相同质量的压路机高，适用于粘性土。5.土基压实标准采用压实度k作为控制指标。压实度指压实后土的干密度与该土在室内标准条件下的最大干密度之比。我国《公路路基设计规范》（JTGD30―2004）针对路基的不同层位提出了不同的压实要求。从路基的实际工作状态分析，路基顶面约150cm范围内的土层，较强地感受到行车荷载的反复作用以及水温的反复干湿和冻融作用。在目前的高速公路施工实践中，考虑到路基的水稳定性和整体强度要求，一般对0～80cm范围内进行灰土处理。6.我的看法⑴.公路工程中，不论设计、材料、监理，还是施工，都应该充分重视土基（路基）压实；⑵.含水量是影响路基压实效果的重要因素，只有在最佳含水量的状态下，才能达到最佳的压实效果；⑶.根据土质情况合理选择施工机械，对提高土基（路基）的压实效果有十分重要的作用；⑷.复杂土基（路基）压实过程中应考虑经济因素，对各种压实方案作对比分析的基础上，优选经济合理的压实方式。二、论述土压力计算理论答：土压力是土力学中的一个重要课题，从18世纪开始就有许多学者对此进行了研究，提出了土压力的计算理论和计算方法，其中最著名的是1773年库仑提出的土压力理论和1857年朗肯提出的土压力理论，这两个土压力理论得到了广泛的应用，至今也是公路工程建设中进行土压力计算的基础。（一）、库仑土压力理论库仑土压力理论是法国学者Coulomb于1773年在提出的，当挡土墙在外力或填土的作用下产生位移或变形，墙背面填土形成楔形滑裂土体，滑裂体内的土体处于整体极限平衡状态，滑裂体以外的土体仍处于弹性状态，此时根据滑裂土体上作用力的平衡条件，即可求得土压力。当挡土墙向背离填土的方向位移或变形、滑裂土体将向挡土墙方向滑动，此时滑裂土体对挡土墙的压力，称为主动土压力；当挡土墙向填土方向位移或变形，滑裂土体将沿滑动面向上被挤出，此时滑裂土体对挡土墙的压力，称为被动土压力。这就是著名的库仑土压力理论，虽然距今已200多年了，但直到现在，仍在重力式挡土结构设计中广泛应用。1．基本假设（1）挡土墙后土体为均匀各向同性无粘性土（c=0）；（2）挡土墙后产生主动或被动土压力时墙后土体形成滑动土楔，其滑裂面为通过墙踵的平面；（3）滑动土楔可视为刚体。（4）填土表面为水平面或倾斜面；（5）挡土墙墙面为一平面，填土与墙面之间存在摩擦力且沿墙面的分布是均匀的。2.库仑土压力理论优缺点及适用条件Coulomb土压力理论虽然解决了主动土压力和被动土压力的大小问题，但对力的作用点位置问题依然采用了土压力强度沿墙高线性分布的假定。然而，实际土压力沿墙高并非线性分布，而是某种曲线形式；土压力的作用点位置与Coulomb理论的结果不一致，并非总是作用在1/3墙高处，而是与墙体变位模式的类型等多种因素有关。另外，Coulomb土压力理论是以土体平面滑动破坏假定为基础的，此假定的物理背景仍需在理论上进行分析。适用条件：主要适用于刚性挡土墙；不能直接用于计算粘性土中的土压力。3.计算原理库仑土压力理论根据滑动土楔处于极限平衡状态时的静力平衡条件来求解主动土压力和被动土压力。（二）、朗肯土压力理论1857年英国学者朗肯（Rankine）从研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡理论，得出计算土压力的方法，又称极限应力法。朗肯土压力理论以微分土体极限平衡为条件，其概念简单明确而被工程界广泛采用。朗肯土压力建立在土体的摩尔—库仑强度理论及半无限土体的微元极限平衡状态的假定上。1.基本假设与适用条件1）.墙本身是刚性的，不考虑墙身的变形；2）.墙后填土延伸到无限远处，填土表面水平（β=0）；3）.墙背垂直光滑（墙与垂向夹角ε=0，墙与土的摩擦角δ=0）。2.朗肯土压力理论的优缺点及适用条件优点：朗肯理论公式简单易记,因此人们即使在墙背倾斜情况下,也经常使用朗肯理论进行近似计算。缺点：忽略了墙背与填士之间的摩擦力。主动土压力计算值偏大，被动土压力计算值偏小.一是假定土是理想的以及滑裂面定为平面。在主动土压力和被动土压力的计算中，由于实际滑裂面是曲面，这使得在平面滑裂面假定下计算的主动土压力偏小。二是要求土体变形达到极限状态的临界值条件。而实际情况是这样的位移量δ,尤其是达到被动状态的位移量是很难实现也不允许出现的。三是Rankine土压力理论本身是在挡土墙条件下得出来的,挡土墙刚性很大,只允许产生平移或转动2种刚体位移情况,不允许产生变形,而现代工程建筑深基支护中大量采用各种类型的桩,如钢板桩、冲钻孔灌注桩、预制桩或地下连续墙,使桩和土体的压力与变形曲线均呈现强烈的非线性甚至出现凹凸拐点等复杂情况。适用条件：应用朗肯土压力理论一般要求墙背垂直、光滑,墙后填土表面水平。砂土或粘性土、均质土或层状土均可:有地下水及渗流效应也可应用;可用于填土表面倾斜时土压力计算、墙后填土表面上有无限均布荷载作用时的土压力计算、墙后填土成层时的土压力计算和墙后填土中有地下水时的土压力计算。（三）其它土压力理论的研究及发展除了库仑和朗肯土压力理论以外，还有许多学者，如太沙基、契波塔廖夫、Peck、毕晓普、罗威等，对土压力的计算理论及方法进行了研究，扩展了库仑和朗肯土压力理论的应用范围，并且提出了许多新的计算方法和计算理论，如索柯夫斯基的极限平衡理论、能量理论、水平层计算方法、土压力的空间计算理论等，使土压力的计算理论渐超完善和合理。随着现代计算机电算技术和应用数学理论的深入发展，土压力计算的有限元分析方法和软件应运而生，使得土压力的计算与现场实际土体类型和压力分布更为接近，成为土力学计算方法的发展方向之一。（四）我的看法1.作用在挡土墙上的土压力，其大小和分布与挡土墙类型、刚度、变形以及填土性质、荷载等因素有关，土压力的计算应该视具体情况而定。2.库仑土压力理论和朗肯土压力理论主要适用于刚性挡土墙,柔性挡土墙由于受到墙体本身变形的影响,土压力及其分布与刚性挡土墙有很大区别。3.经典的朗肯和库仑土压力理论用于现代公路工程的大型挡土墙设计中，无论在基本假设还是在计算原理上都有其局限性。4.现代数值计算方法为土压力的计算提供了新的思路和方向。附：作用在挡土墙上的土压力，其大小和分布与如下因素有关：（1）挡土墙的形式和墙体的刚度；（2）挡土墙表面的倾斜度及其粗糙程度；（3）挡土墙的变形和位移；（4）填土的性质（如土的均匀性，土的物理力学性质等）（5）填土表面荷载的情况；（6）地下水的情况挡土墙的形式不同，作用在其上的土压力的大小和分布也不相同，库仑土压力理论和朗肯土压力理论主要适用于刚性挡土墙。柔性挡土墙由于受到墙体本身变形的影响，土压力及其分布与刚性挡土墙有很大区别。七、设计速度、运行速度的概念及应用答：（一）、概念1.设计车速又称计算行车速度，是指道路几何设计所采用的车速。即具有控制性的路段上，具有中等驾驶水平的驾驶员，在天气良好、低交通密度时，安全行驶所能维持的最大速度。2.运行速度是指在理想的外部条件下,公路路段上第85%位车辆的运行速度。其中,理想的外部条件是指良好的天气条件,干净、潮湿的路面条件和自由流状态的交通条件。运行车速度是一个随机变量。不同的驾驶员在行驶过程中随所驾车辆及行车路段的不同,其行车速度是不相同的。实际中通常用自由交通流状态下各类小汽车在车速累计分布曲线上第85位百分点的车辆行驶速度V85作为确定限制在行汽车最大运行速度的依据,即V运行≤V85。（二）、应用1.在道路设计方面，可采用设计速度进行线形设计，运行速度检验。设我国现行的设计方法是以设计速度为核心的。计车速是道路几何设计（如确定平曲线半径、超高、纵坡坡度、坡长、视距等）的基本依据。作为技术指标，直接决定了道路的线形几何要素，同时又与道路的重要性经济性相关，是用来体现道路等级的一项重要指标。采用设计速度作为设计指标,实质上规定了道路设计最低限度应该采用的指标,但对采用高于设计速度所对应的指标却没有限制。为了使在行汽车的实际行驶速度与公路设计几何指标相适应,在高等级公路线形设计过程中可根据设计车速对V85(因高等级公路设计过程中不可能有在行汽车的实际运行速度)进行检验。检验的依据是道路的设计车速V与V85之差的最大值应小于20km/h。如果检验的结果满足标准,说明确定的设计车速是适宜的。连续的道路线形能大大地提高在行汽车的行车安全性。因而,对于道路几何要素变化较大的路段,应使V85与V之差的变化小于10km/h,以保证道路线形的连续性。对于设超高的平曲线半径、不设超高的平曲线半径、竖曲线半径、停车视距及车道宽度等,均可采用V85进行检验。实际上车辆在公路上行驶时,驾驶员总是根据道路的行车条件(特别是几何条件)及车辆本身性能等来确定车速,只要条件允许,总是倾向于采用较高车速行驶的。这样驾驶员实际采用的运行车速所需的线形指标就会与设计车速所确定的线形指标相脱节,从而增加了道路的危险性和失调性。因为运行速度V85考虑了公路上绝大多数驾驶员的交通心理需求,以运行速度作为设计车速进行线形设计的方法———运行速度设计方法,就有效地保证了路线所有相关要素如视距、超高、纵坡、竖曲线半径等指标与设计速度的合理搭配,故可获得连续、一致的均衡设计。2交通管理方面———交通安全设施补偿从某种意义上讲,道路设计者、交通管理者的服务对象都是道路使用者。其中,道路设计者的任务是为道路使用者提供符合安全要求的行车道路,交通管理者的任务是为道路使用者提供安全保障服务。要使行车道路能很好地为道路使用者服务,道路设计者、交通管理者与道路使用者之间应建立起良好的沟通机制。实际中,当已设计的道路线形无条件修正或当修正道路线形很不经济时,道路交通管理者可通过增设必要的交通安全设施如交通标志及修建防撞墙等,以弥补道路线形设计上的不足,提高道路交通安全性。3道路使用方面———设置合理期望车速并准确把握运行速度目前,我国高等级公路上在行汽车在行车速度方面存在的突出问题是许多驾驶员在行车过程