2018高等土力学试题集

2018高等土力学1、土的压缩性？土体压缩变形的原因是什么？土压缩性是指土受压时体积压缩变小的性质。一般认为，这主要是由于土中孔隙体积被压缩而引起的。常用压缩系数来反映土压缩性的大小。土的压缩性直接影响地基的变形值。原因：①土颗粒本身的压缩；②土孔隙中不同形态的水和气体的压缩；③孔隙中部分水和气体被挤出，土颗粒相互移动靠拢。2、什么是颗粒级配曲线？它有什么用途？采用对数坐标表示，横坐标为粒径，纵坐标为小于或大于)某粒径的土重(累计百分)含量反映土中各粒组的相对含量的曲线。用途：土的颗粒级配曲线的坡度可以大致判断土的均匀程度。如曲线较陡，则表示粒径大小相差不多，土粒较均匀，级配不好；反之，如曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。3、粘性土的液性指数和塑性指数由什么区别？土的液性指数是指黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比（IL=W-Wp/Ip），用IL表示；IL越大，土质越软，可以作为黏性土状态的划分指标。土的塑性指数是指液限和塑限的差值，即土处在可塑状态的含水量变化范围，用符号Ip表示（Ip=Wl-Wp）。塑性指数愈大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。4、描述土的组成和土的一般性质？土是由颗粒、水和气体所组成的三相体系。土是由岩石经过物理、化学、生物风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用交错复杂的自然环境中所生成的各类沉积物。固体颗粒，孔隙中的水及其溶解物质、气体；性质：碎散性、三相体系，自然变异性。压缩性高、强度低，透水性大。5、什么是自重应力与附加应力？土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种。土中某点的自重应力与附加应力之和为土体受外荷载作用后的总和应力。土中自重应力是指土体受到自身重力作用而存在的应力，又可分为两种情况：一种是成土年代长久，土体在自身重力作用下已经完全完成压缩变形，这种自重应力不再产生土体或地基的变形；另一种是成土年代不久，土体在自身重力作用下尚未完成压缩变形，因而仍将产生土体或地基的变形。土中附加应力是指土体受到外荷载（包括建筑物荷载、交通荷载、堤坝荷载等）以及在地下水渗流、地震等作用下附加产生的应力增量，它是产生地基变形的主要原因，也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因。6、何为土层前期固结压力？如何确定？如何判断土层一点的天然固结状态？土层前期固结压力，天然土层在历史上所经受过的最大固结压力。先进行高压固结试验得到e-lgp曲线，再用A卡萨格兰德的经验作图法求得。7、沉降的组成部分及定义？①瞬时沉降：是紧随着加压之后地基即时发生的沉降，地基土在外荷载作用下其体积还来不及发生变化，主要是地基土的畸曲变形，也称畸变沉降、初始沉降或不排水沉降;②固结沉降：是由于荷载作用下随着超孔隙水压力的消散、有效应力的增长而完成的;③次固结沉降：被认为与土的骨架蠕变有关，它是在超孔隙水压力已经消散、有效应力增长基本不变之后仍随时间而缓慢增长的压缩。8、何谓有效应力原理？饱和土在固结过程中有何变化规律？σ=σ’+u式中：σ——总应力；σ’——通过土颗粒传递的粒间应力，又称为有效应力；u——孔隙中的水压力。规律：竖向总应力不变σ=σo；超静孔压力u从σo减至0；竖向有效应力σ’从0增至σo；主固结变形Sct从0增至Sc∞。孔隙中的水压力只能使土颗粒本身产生压缩（压缩量很小，可以忽略不计），不能使土颗粒产生移动，虽然承担了一部分正应力，但承担不了剪应力；粒间应力同时承担正应力和剪应力，并使土粒重新排列，引起土体体积变化。9、太沙基一维固结理论微分方程式根据什么建立的？适用于什么场合？Dt时间内土微元的水量变化应等于该微元体积的变化。土体是均质、完全饱和的；土颗粒和孔隙水不可压缩；土体固结变形是微小的；土中渗流服从Darcy定律；土中渗流和变形是一维的；固结中土的竖向渗透系数kv和压缩系数a为常数；外部荷载连续分布且一次骤然（瞬时）施加。适用：均质地基一维线弹性固结问题，如荷载面积远大于可压缩层的厚度，地基中孔隙水主要沿竖向渗流。10、影响土体抗剪强度的因素有哪些？法向应力σ，内摩擦角φ，粘聚力C。因素为：1土粒的矿物成分、形状和级配2土的初始密度3土的含水量4土的结构5土的应力历史。11、简述土的抗剪强度准则及室内试验方法。土体抵抗由荷载作用产生的颗粒间相互滑动而导致土体破坏的极限能力。方法：一、直剪试验：快剪、固结快剪、慢剪；二、三轴压缩试验：不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪三、无侧限抗压强度四、十字板剪切试验。12、何谓主动土压力、静止土压力和被动土压力，三者之间有和关系？主动土压力Ea：当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力。被动土压力Ep：当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力。静止土压力Eo：当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，作用在墙上的土压力。关系：EaEoEp13、朗肯土压力理论和库仑土压力理论的异同？相同点：都要求挡土墙的移动是以使墙后填土的剪力达到抗剪强度（极限状态下）土压力．都利用莫尔－库仑强度理论；（1分）不同点：朗垦理论是根据土体中各点处于平衡状态的应力条件直接求墙背上各点的土压力．要求墙背光滑,填土表面水平,计算结果偏大．而库仑理论是根据墙背与滑动面间的楔块型处于极限平衡状态的静力平衡条件求总土压力．墙背可以倾斜,粗糙填土表面可倾斜,计算结果主动压力满足要求,而被动压力误差较大．朗肯理论是考虑墙后填土每点破坏,达极限状态；库仑理论则考虑滑动土体的刚体的极限平衡；14、简述分层总和法确定地基最终沉降量的计算步骤？答：分层总和法是指将地基沉降计算深度内的土层按土质和应力变化情况划分为若干分层，分别计算各分层的压缩量，然后求其总和得出地基最终沉降量。这是计算地基最终沉降量的基本且常用的方法。分层总和法步骤：①地基分层，分层原则每层不大于0.4b；②计算各薄层界面上自重应力qzi；③计算基底净压力p0；④计算基础中心垂线上各薄层分界面上的附加应力σzi；⑤确定计算深度qzi≥5σzi；⑥计算各薄层的平均附加应力；⑦计算各薄层的沉降量si；⑧计算压缩层的计算量总15、在土的弹塑性模型中,屈服面和破坏面有何不同和有何联系？答：屈服面是土体的应力在应力空间上的表现形式，可以看成是三维应力空间里应力的一个坐标函数，因此对土体来说，不同的应力在应力空间上有不同的屈服面，但是破坏面是屈服面的外限，破坏面的应力在屈服面上的最大值即为破坏面，超过此限值土体即破坏。16、何谓曼代尔－克雷尔效应？答：土体在固结的初期，内部会出现孔隙水压力不消散而是上升，布局地区孔隙水压力超过初始值的现象。此效应仅在三维固结中出现，而在一维固结试验中并没有出现，在Biot的“真三维固结”理论可以解释磁现象。17、与剑桥模型相比，清华弹塑性模型可以反映土的由剪应力引起的体积膨胀（剪胀）。说明它是如何做到这一点的。答：清华模型的硬化参数是关于塑形体应变和塑形剪应变的函数，而剑桥模型不是；此外，清华模型的屈服面椭圆与强度包线的交点不是椭圆顶点，因此会有剪胀。18、天然岩土边坡的滑坡大多在雨季发生，解释这是为什么。答：天然岩土边坡的滑坡发生总结起来两个原因，其一抗滑力减小，其二下滑力增大。在暴雨的天气中，因为地表雨水的下渗导致岩土体的含水率增加，从而提高了岩土体的重量，增大了下滑力；下雨天气因为雨水的下渗，岩土体遇水软化的特性导致抗滑力减小；另外在渗透性好的岩土体中，岩土体内部雨水沿坡面下渗，渗透力会降低岩土坡体的安全系数，因此一上几方面的原因导致了滑坡大部分发生在雨季。19、比奥（Biot）固结理论与太沙基－伦杜立克（Terzaghi-Randulic）扩散方程之间主要区别是什么？后者不满足什么条件？二者在固结计算结果有什么主要不同？答：区别：扩散方程假设应力之和在固结和变形过程中保持常数，不满足变形协调条件。结果：比奥固结理论可以解释土体受力之后的应力、应变和孔压的生成和消散过程，理论上是严密计算结果也精确。比奥固结理论可以解释曼代尔-克雷效应，而扩散理论不能。20、在一种松砂的常规三轴排水压缩试验中，试样破坏时应力为：3＝100kPa，1－3＝235kPa。计算下面几个强度准则的强度参数：莫尔－库仑强度准则：（1－3）/（1＋3）＝sin;广义屈雷斯卡(Tresca)准则：1－3=αtI1松冈元－中井照夫强度准测：I1I2/I3＝kf.答：（1）参数计算：3＝100kPa，1－3＝235kPa，3＝2＝100kPa，1＝335kPa①莫尔－库仑强度准则13132350.54,32.7435②Tresca113133521005352350.44535tIkPaI③松冈元1213122331235352100335100100770003351001003350000IIIKf=535×7700/3350000=12.321、对于一粘性土的土坡，试用圆弧滑裂面分析判断下面哪几些情况会减少其稳定安全系数？并简要解释为什么。（1）在坡的上部堆载；坡体的上部堆载，增加滑动力，减小稳定性系数。（2）由于降雨使土坡的上部含水量增加（未达到饱和及渗流），下部含水量基本未变；上部土体增重，导致下滑力增加，减小稳定性系数。（3）坡脚施加反压；坡体的上部堆载，增加滑动力，减小稳定性系数。（4）在坡脚处挖土；在坡脚处挖土，减小抗滑力，减小稳定性系数。（5）由于积水，坡下部被静水所浸泡；由于积水，下部坡体自重变为浮容重，而且水导致岩土体强度减弱，减小稳定性系数。（6）产生了与土坡方向一致的渗流；产生了与土坡方向一致的渗流会对于土骨架增加一个滑动的渗透力；（7）附近爆破引起震动；由于降雨而使土坡整体的含水量接近于饱和，土体强度降低，减小稳定性系数。（8）由于降雨而使土坡整体的含水量接近于饱和；（9）坡脚被流水冲刷；坡脚被流水冲刷减少抗滑力，减小稳定性系数。（10）坡上有车辆通过。坡上有车辆通过，在坡体加载导致坡体下滑力增加，减小稳定性系数。22、有一正常固结粘土的土单元，长、宽、高均为1.0m，处于平面应变状态。y方向为零应变方向，已知其开始时应力状态是两个应力一直相等施加到x=z=100kPa。砂土的Duncan-Chang模型的参数见下表。计算如果x不变，z=增加到150kPa时，在z方向的沉降为多少？砂土Duncan-ChangE模型的模型常数KRfncGFD410.810.882600.380.050如果其中的其他常数不变，只是G变成0.30，沉降变化多少？注：（不计自重影响，pa＝100kPa,计算中可以全部使用x=z=100kPa时计算得到的弹性参数Et与t）答：（1）tE＝naapKp)(32331sin2cos2)sin1)((1cRft＝23313313sin2cos2)sin1)((1)(1)/lg(cRpKpDpFGfnaaa由于D＝0，所以：t=G-F)/lg(3ap计算y方向主应力y，它应当是小主应力。y=3=t(x+)z=200tt=G-F)/lg(3ap＝0.38-0.05lg(2t)，可以试算得到：t=0.385,y=3=77kPa（2）计算变形模量：Ei＝naapKp)(3＝41×100（77/100）0.88＝3258kPatE＝tE2331sin2cos2)sin1)((1cRf=3258(1-20.81230.562)2770.438=2326kPa1=50kPa,2=0,3=0.385×50kPa＝19.3kPa11(500.38519.3)0.0183,18.3tsmmE(3)如果G＝0.30，则t=0.31，y=3=62kPa