2016高等土力学试题汇总

2.7（1）修正后的莱特-邓肯模型比原模型有何优点？莱特-邓肯模型的屈服面和塑性势面是开口的锥形，只会产生塑性剪胀；各向等压应力下不会发生屈服；破坏面、屈服面和塑性势面的子午线都是直线不能反映围压对破坏面和屈服面的影响。为此，对原有模型进行修正，增加一套帽子屈服面，将破坏面、屈服面、塑性势面的子午线改进为微弯形式，可以反映土的应变软化。（2）清华弹塑性模型的特点是什么？不首先假设屈服面函数和塑性势函数，而是根据试验确定塑性应变增量的方向，然后按照关联流动法则确定其屈服面；再从试验结果确定其硬化参数。因而这是一个假设最少的弹塑性模型2.8如何解释粘土矿物颗粒表面带负电荷？答：（1）由于结构连续性受到破坏，使粘土表面带净负电荷，（边角带正电荷）。（2）四面体中的硅、八面体中的铝被低价离子置换。（3）当粘土存在于碱性溶液中，土表面的氢氧基产生氢的解离，从而带负电。2.9土的弹性模型分类及应用：线弹性：广义胡克定律非线弹性：增量胡克定律高阶弹性模型：柯西弹性模型、格林弹性模型、次弹性模型①弹性模型：一般不适用于土，有时可近似使用：地基应力计算；分层总和法②非线弹性模型：使用最多，实用性强：一般参数不多；物理意义明确；确定参数的试验比较简单③高阶的弹性模型：理论基础比较完整严格；不易建立实用的形式：参数多；意义不明确；不易用简单的试验确定3.1-3.2正常固结粘土的排水试验和固结不排水试验的强度包线总是过坐标原点的，即只有摩擦力；粘土试样的不排水试验的包线是水平的，亦即只有粘聚力。它们是否就是土的真正意义上的摩擦强度和粘聚强度？答：都不是。正常固结粘土的强度包线总是过坐标原点，似乎不存在粘聚力，但是实际上在一定条件下固结的粘土必定具有粘聚力，只不过这部分粘聚力是固结应力的函数，宏观上被归于摩擦强度部分。粘土的不排水试验虽然测得的摩擦角为0，但是实际上粘土颗粒之间必定存在摩擦强度，只是由于存在的超静空隙水压使得所有破坏时的有效应力莫尔圆是唯一的，无法单独反映摩擦强度。3.3什么是三轴试验的临界孔隙比？论述临界孔隙比与围压的关系。所谓临界孔隙比是指在三轴试验加载过程中，轴向应力差几乎不变，轴向应变连续增加，最终试样体积几乎不变时的孔隙比，也可以叙述为：用某一孔隙比的砂试样在某一围压下进行排水三轴试验，偏差应力达到（σ1-σ3）ult时，试样的体应变为零；或者在这一围压下进行固结不排水试验中破坏时的孔隙水压力为零，这一孔隙比即为在这一围压下的临界孔隙比。临界孔隙比与围压的关系：如果对变化的围压σ3进行试验，则发现临界孔隙比是不同的。围压增加临界孔隙比减小，围压减小临界孔隙比增加。3.4请简述影响土强度的外部因素。参考答案：1.围压3对土强度影响；2.中主应力2的影响；3.土强度具有各向异性；4.加载速率对土的抗剪强度有一定影响；5.温度对土强度有一定影响。3.5对某种饱和正常固结粘质粉土，已知其有效应力强度指标和孔压系数分别为=0，，B=1，=2/3。（1）计算该土在常规三轴压缩试验（CTC）中的固结不排水强度指标。（2）计算该土在减围压三轴压缩试验（RTC）中的固结不排水强度指标。答：（1）CTC：保持围压不变，增加轴向应力。为轴向应力；为固结压力（围压）试验应力路径：，，，代入数据得，根据有效应力原理得由于=0，所以破坏时：试样破坏时的总应力：，2）RTC：轴向应力为大主应力并保持不变，围压逐渐减少。应力路径：竖向应力常数，水平应力，，由于=0，所以破坏时：破坏时总应力为：得固结不排水强度指标：，3.6莫尔-库伦的强度包线是否一定是直线？在什么情况下它是弯曲的？如何表示弯曲的强度包线？答：莫尔-库伦的强度包线不一定是直线，在以下情况下它是弯曲的(1)超固结粘土,在开始段弯曲;(2)粗粒料在法向压力较大的时候;(3)非饱和土的不排水强度包线。3.7土抗拉强度测定的实验方法有哪些？一般的试验方法包括：三轴拉伸试验、单轴拉伸试验、土梁弯曲试验、径向、轴向压裂试验及空心圆柱内压开裂试验等。4.1-4.2简述土冻胀的物理化学机理。答：粘土颗粒表面的结合水和冰晶体核表面有一层未冻水，这层水膜结冰温度T0低于0℃。随着温度降低，这部分水膜逐渐冻结到冰晶中。这样，在冻结区存在很明显地吸力。这种吸力来源于：冻结时冰晶表面的未冻水膜变薄而产生地吸力；由于孔隙中水冻结而使离子浓度提高产生的渗透吸力；细粒土表面未冻水的吸力。冻结锋面在毛细影响区，则冻结锋面的负孔压吸引这部分毛细水，补充被冻结的冰晶表面变薄的未冻水膜，使冰晶不断扩大，变成冰透镜体和冰层，从而引起土体冻胀4.3影响土渗透系数的因数1.渗透流体受到的压力；2.温度；3.流体内电解质的浓度等因素影响；4.水中含有封闭小气泡时，会对其渗透性产生很大影响；5.在粘土中由于双电层的影响，电解质溶质的成分对其渗透性起主要作用；6.溶液中盐含量提高（或价位提高），渗透系数加大，这与粘土中结合水膜的厚度有关。土中水的势能包括：重量势、压力势、基质势、溶质势4.4绘制流网的要点及满足条件是什么？绘制流网的要点1)一般首先根据边界条件确定边界上流线和等势线；2)然后根据流网的正交性反复试画，修正。流线之间、等势线之间不能交叉；3)当存在着渗流的自由水面时，往往要反复试画；4)当存在对称性时，可只绘制其中一半，但注意中间流槽的绘制；5)当无法分割为整数时，可划分为非整数的流槽。绘制流网必须满足的条件：1)流线和等势线必须正交；2)流线之间、等势线之间不能交叉；3)流线与等势线构成的各个网格的长宽比应为常数，一般取l=s,此时网格呈正方形。4）必须满足渗流场的边界条件，以保证解的唯一性。4.5.1-4.5.3渗透变形的防治核心是什么，具体措施都有哪些？答：渗透变形的防治核心是上堵下排，具体措施有①堤身心墙、斜墙和堤基垂直截流墙；②水平铺盖；③背水侧压渗盖重；④排水减压井⑤贴坡排水⑥基坑流土的防治。4.5.3-4.6.5关于渗流自由水位线（浸润线）的确定方法渗流自由面问题的求解方法主要分为水力学法、流网法、试验法和有限单元法。1.水力学法对一些边界条件比较简单，渗流场为均质的情况下，可以使用水力学法。水力学法主要是对上游和下游坝段及流线作一些假定，将复杂的渗流域简化。一般对上游三角形坝段有平均流线法和矩形替代法，对下游三角形坝段有垂直等势线法、圆弧形等势线法、折线等线法和替代法等。2.流网法绘制有稳定渗流自由面的坝体的流网。3.试验法电模拟试验是在水力学试验中应用得比较普遍方法。在电模拟试验中，用导电溶液和导电纸模拟渗流场，用加有一定电压的铜条模拟第一类边界条件，用绝缘体模拟不透水面。通过量测域内点的电压来求解电场。4.有限单元法有限单元法的基本思路，是将所研究的不规则的计算域离散化为有限多个规则单元，然后在单元内用相对简单的插值函数进行近似模拟。其计算方法主要分为变动网格法和固定网格法。5.1-5.2.2什么是太沙基的饱和土体固结理论简化假设：1.土骨架是线弹性变形材料；2.土孔隙中所含不可压缩流体按达西定律沿单方向流动引起单向压缩变形。故这一理论常称为单向固结理论。5.2.2-5.3.1目前计算固结沉降的方法有哪些？他们的基本假设有什么不同？地基沉降计算通常由弹性理论法、工程实用法、经验法以及数值计算法。（1）弹性理论法将土体视为弹性体，测其弹性常数，在用弹性理论计算土体应力与应变。（2）工程实用法，按弹性理论计算土体中应力，通过试验提供各相变形参数，利用叠加原理。（3）经验法是借经验相关关系求得土压缩性指标，再带入理论公式求解。（4）数值分析法以有限元法为主，利用计算机运算以及其他理论（弹性理论）为依据。5.3.2-5.3.8证明：当123，，分别为大、中、小主应力时，应力罗德角满足如下关系：66证：已知123，分别以下面两种情况进行讨论①：在三轴压试验时，有123＞＝，有罗德参数：213132=1可以得出罗德角：1tan33从而得到罗德角：6；②：在三轴拉试验时，有123＝＞，有罗德参数：213132=1可以得出罗德角：1tan33从而得到罗德角：6综上所述，可知应力罗德角满足条件：66证毕。5.3.9-5.4.2剑桥模型法计算沉降量的基本思路是什么？答：按该模型，应力路径在土的物态边界面之内时，只产生很小的弹性变形；当应力状态及物态边界并在其上运动时，正常固结土处于屈服状态，将发生大的塑性变形。5.5.1-5.5.3相邻粘性土层固结系数不同（Cv1Cv2），如何按均值土计算？选择一个固结系数Cv1作为土层参数，同时改变另一层土层的厚度，得到改变后总化引当量Hc，则实际土层固结按Cv1和Hc的均质土层计算5.5.4-5.5.5大变形问题的两种描述方法，及其含义答案：变形问题有两种描述方法，即拉格朗日法和欧拉法。前者以初始构形描述；后者以瞬时构型描述，即某一坐标点在不同的时刻由不同的质点所占据。5.6请从推导依据、超静水压力消散、固结度三个方面比较扩散理论和比奥理论的异同。答：①推导依据上二者都假设土骨架是线弹性体，小变形，渗流服从达西定律。扩散理论将应力应变关系视为常量（E＝常数）、假设三个主应力（总应力）之和不变、不满足变形协调条件。比奥理论直接从弹性理论出发，满足土体的平衡条件、弹性应力——应变关系和变形协调条件，此外还考虑了水流连续条件。②超静水压力：不计起始段的超静水压力增长，并且在扩散方程中，对于三向问题，固结系数采用Cv3，二向问题采用Cv2，则扩散理论解得的超静水压力的消散过程与比奥的精确解是十分相近的。③固结度：按照比奥理论计算时，在泊松比较小的情况下，计算结果比单向固结计算值还小，这是由于应力传递效应延滞了固结；而由于分析计算中采用的土性指标有不确定性且当a/h1时，我们认为用扩散理论估算沉降-时间关系也有足够精度。5.7-5.8弗雷德隆德非饱和土单向固结方程基本假设是什么？答：1.气相是连续的2.在固结过程中，土骨架及其中各相的体积变化系数均保持常量3.液相、气相渗透系数在固结过程中是应力状态或土的体积-质量特性的函数4.不考虑气体溶解水和水汽蒸发5.土粒与水均不可压缩6.固结过程中发生的应变均为小应变6.1-6.2库伦土压力理论获得的主动土压力。假定墙后土体一部分沿一个直线滑裂面滑动，通过分析由墙土结合面、滑裂面和土体顶部直线构成的三角形的土体的力的平衡，可以计算土体作用在墙上的主动土压力P。不断变动直线滑裂面，可以找得使P获得极大的临界滑裂面。这一极大值就是按库伦土压力理论获得的主动土压力。6.3.1-6.3.4边坡稳定的简化方法适用范围(1)瑞典法在平缓边坡或高孔隙水压力情况下得到的边坡稳定性系数误差较大。(2)简化毕肖普法在大部分情况下均可获得与通用条分法基本相同的结果。(3)Spencer法在个别情况下会出现收敛困难的问题，如土压力问题、滑裂面包含拉裂缝并充水等情况。(4)仅满足静力平衡条件的方法的结果对所假定的条间力方向极为敏感，不同的条间力方向获得的稳定性系数差别较大。6.3.5-6.4.4上限解法与滑移线法之间的关系是什么？答：上限解法与滑移线法属于同一理论体系。滑移线法通常在破坏土体内形成两组代表剪切破坏的滑移线，这两组线恰好构成了斜条分法中的滑裂面和倾斜条块界面。6.5简述遗传算法的概念及其特点，并说出其算法步骤。参考答案：遗传算法是借鉴生物界自然淘汰选择和遗传机制的一种随机搜索方法，其主要特点是建立个体之间信息交换和群体搜索策略，使搜索目标最终达到最佳状态。和模式搜索法一样，它不依赖目标函数的梯度信息，因此，特别适用于解决整体极值求解和非线性问题。算法步骤：1.将每一个自变量表达成为一个二进制字符串2.产生一个初始化群体3.计算适应度函数4.进行遗传操作7.1-7.2在渗流、应力应变和固结分析的有限元计算中，我们最常使用的控制方程是什么？该控制方程是根据什么条件得出的？其基本假设包括？答案：最常使用的控制方程为biot固结方