河海大学高等土力学试卷

1/11《2012年河海大学高等土力学》——《土工原理》2012-05-161.土体在沉淀以后，抗剪强度有什么变化趋势？为什么？（8分）p128（p116）答：土体沉淀后，不同的主应力方向下土的抗剪强度不同：竖向抗剪强度高于水平抗剪强度。这是因为天然的土通常在沉积过程中，长宽比大于1的针、片、棒状颗粒在重力作用下倾向于长边沿水平方向排列而处于稳定的状态，近似于水平层的沉淀，由于长期自重的作用，促成土颗粒排列有一定的方向性，这就形成了土层的各向异性结构，土层的各向异性结构导致土的力学性质上的各向异性。2.土体中有机质对土体有什么影响？（8分）p4土壤中的有机质存在是土区别于一般固体物质的主要特性之一，有机质是土壤固相物质中最易变化、性质最不稳定的组分。有机质对土体性质影响的一般规律：随着有机质含量的增加，土的分散性加大，天然含水率增高，干密度减小，胀缩性增加，压缩性增加强度减小，承载力降低，对工程极为不利。3.十字板剪切实验中，竖向剪切强度与两端水平剪切强度哪个大？为什么？（7分）p102答：（十字板剪切实验是一种利用十字板剪切仪在现场测定土的抗剪强度实验的方法，这种方法适合于现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀饱和软粘土。对于粘土中夹带薄层细、粉砂或贝壳，用该方法测得强度偏高。）现场土常常是各向异性的，对于正常固结土，水平面上的抗剪强度一般小于垂直面上的抗剪强度。产生各向异性的原因在于：土的成层性和土中的应力状态不同。4.三轴实验中的破坏规范主应力之差和主应力之比，有什么不同？有什么区别？（7分）p124答：不同的取值规范有时会得到不同的强度参数，一般有最大主应力差规范max31)(（当应力应变曲线不出现峰值的时，则取轴向应变15%对应的最大主应力差）和最大有效应力比规范两种。两种取值规范求得强度参数的差异将取决于实验中孔隙水应力的发展过程，也就取决于实验类型和式样的剪切类型。)1)((3133131u（1）三种排水剪实验两种取值规范一致，因为0u；（2）三轴固结不排水剪和三轴不固结不排水剪实验，由于孔隙水压力没有变化，导致两2/11种规范一致。（3）对于正常固结粘土，达到max31)(时孔隙水压力基本保持不变，两者所定的破坏应力是一致的。（4）对于超强固结土，由于超强固结土有剪胀性，在剪切过程中孔隙水压力发生短暂的升高后，就随着应变的增大而迅速下降，甚至出现负值，此时要保持两种规范的关系式成立，31要减小，所以31出现在max31)(之前。5.真强度参数的确定方法？在三轴实验中如何确定参数的？（8分）p114答：真强度参数又称伏斯列夫参数，是一种表示在相同孔隙比条件下剪切破坏的抗剪强度的参数。分别作剪切破坏时孔隙比-有效应力的关系曲线和抗剪强度-有效应力的关系曲线。在孔隙比-有效应力的关系曲线取孔隙比相同的三点4/5/6，分别是正常固结、回弹和再压缩曲线上的三点，对应于剪强度-有效应力的关系曲线4/5/6相同的有效应力点，这三点对应相同的孔隙比破坏时时抗剪强度随法向有效应力的增长，连接三点近似为一条直线，称为伏斯列夫破坏线，其中aac和为真强度参数。6.土与金属材料应力应变变化有什么主要区别？说明其原因或用图例去解释土体的硬化与软化？（7分）p209、213答：（1）金属材料的应力应变曲线初始阶段为直线，材料处于弹性状态，当应力达到某一临界值时，应力应变变为明显的曲线，材料同时处于弹性和塑性阶段，与金属不同的是土的初始直线段很短，对于松砂和正常固结粘土几乎没有直线段，加荷一开始就是非线性。加荷卸载后在加荷一个循环后，卸载曲线和再加荷不重合，有明显的回滞环出现。7.砂土与正常固结粘性土主要变形区别（体积应变）？剑桥模型如何体现的？三轴实验与平面应变实验中强度哪个大？为什么？（8分）p218、p130(p217)3/11答：压力会产生体积应变，松砂和软土由于剪切引起体积应变，表现为剪缩；紧密砂土和超固结粘土常表现为剪胀。塑性体积应变为硬化参数。平面应变的强度大于三轴实验测得的强度。中主应力对变形有明显的影响，由于三轴情况下23，实验表明土在23的情况下的抗剪强度大于23时，所以平面应变条件下的最大广义剪应力f)(31比三轴对称情况下的大，而破坏时的轴向应变相近。广义miss准则可知，土的破坏强度随着中主应力的增大而8.弹塑性模型中3个基本假设（条件前提）是什么？举例一个模型，画出其屈服面或屈服轨迹？（8分）p231——p246答：（1）破坏准则和屈服准则；（2）硬化规律；（3）流动法则；剑桥模型：9.双曲线模型中，E-V模型参数有几个，分别说出各个参数？E-V模型是属于弹性的、弹塑性、塑性的？什么实验可以确定如何确定这些参数？（8分）p228答：双曲线模型的参数有：强度指标,c,推导体积模量三个参数破坏比fR，K和n，推导泊松比的三个参数，)lg(和3aip关系曲线的斜率F，截距G，ar和a曲线的斜率DＥ－Ｂ模型：用,c，破坏比fR、K和n，，Kｂ和ｍ共７个参数E-V模型是弹性的模型。作三轴固结排水实验测轴向应变εa和体积应变εv。１）在τ～σ坐标系中绘不同σ3时的极限摩尔圆，求出,c4/112）对每一个σ3，点绘31a-a关系曲线，近似取为直线iEa13）点绘与关系曲线，４）计算Ｒｆ５）由实验εｖ～εａ关系，利用式（5-21）转换为εｒ～εａ关系。Ｅ－n模型和Ｅ－Ｂ模型的差异两种模型采用了相同的弹性模量，无论加荷还是卸荷。它们的差异仅在于泊松比n和体积模量Ｂ。E-B模型泊松比大多小于Ｅ－v模型泊松比双曲线模型的存在问题１）不能反映剪胀剪缩性２）不能反映软化特性３）不能反映各向异性，模型的建立和参数的确定完全依据大主应力σ１方向加荷的实验结果。4）模型对卸荷状态取回弹模量，以便区别加荷模量。但没有提出卸荷时的泊松比和卸荷时的体积模量。10.说明条分法的优缺点？列举三个条分法的假设？（6分）p424答：（1）条分法的优点：离散为为若干个刚体土条，用刚体力学的方法建立平衡方程，不考虑土体变形，计算比较简单；缺点：由于不考虑土体变形，条分法为超静定问题，无法求解，需要进行一些假定，不同的条分法因假定不同，这样使得求解精度存在差异，有时不收敛，求解精度差。条分法共同假定：平面应变问题；土条为刚体；土条底面法向力作用点在底面中点。瑞典条分法：假定土条侧向力为零；滑面为圆弧面。简化毕肖普法：假定竖向条间力Y=0，只对竖向条间力建立平衡方程，回避横向条间力。滑面为圆弧面。斯宾塞法：土条间相互作用力都相互平行，因此为常量；土条两侧的条间力的合力作用在ffuRb31311aipElgap3lgnaaipKpE3uffR31315/11土条底侧。摩根斯坦法：假定竖向条间力满足ExfY)(，)(xf为假定已知函数11.破坏准则和屈服准则一样吗？为什么？列举三个破坏准则？哪个中主应力对其没有影响？用图说明其中一个破坏准则？说明中主应力对破坏准则如何影响？（8分）P231-P237答：破坏准则和屈服准则不一样。破坏准则是判断材料在应力状态下何时会破坏，屈服准则判断的是物体何时会屈服，两种准则判断的状态不一样，只是某些情况下近似认为屈服就达到了破坏状态，比如理想弹塑性模型摩尔库伦破坏准则Mises破坏准则屈雷斯卡准则Lade-Duncan准则如图德罗克-普拉格准则（广义M塞斯准则）如图对于不同的强度的变化曲线12.有限元分析土坡稳定性有什么优点和难点？谈谈你自己对这些难点看法和解决方法？3132b6/11（8分）p426答：优点：滑动面计算的应力比较真实，可考虑应力应变的非线性和弹塑性；将稳定和位移的发展联系起来；可以考虑变形引起的应力；难点：用什么规范来判断整体失稳；13.（固结理论）10M厚的均匀弹性的土层，有100kpa的堆载荷：写出固结方程和边界条件？假设下层不透水和透水层，画图说明孔隙水应力变化？假设有蠕变和没有蠕变情况下，沉降变化曲线（有图说明），蠕变对沉降有什么影响（12分）p314、339、322、375、3667/112013级研究生高等土力学期终考试试卷1.土是怎么形成的？不同时期和沉淀环境形成土的性质有何差别？（8分）答：土是母岩经过风化作用、搬运作用、沉积作用形成的松散堆积物质；根据土堆积的地点与母岩的关系分为残疾土、坡积土和运积土，残积土未经搬运后沉积在相同的地点，土结合更紧密，一般颗粒较大，坡积土的距离次之，颗粒较小，运积土的结合更松散。不同土的沉积环境对于土的强度影响较大，土的饱和度，密实度，强度都有很大的差异。2.土中水有哪些类型？不同类型的水对土失稳性质有哪些影响?（8分）答：土中的水分为自由水和结合水。自由水在土体自由流动，影响土的强度，进而影响土的抗剪强度，一般都会降低的土的抗剪强度，增加边坡失稳的因素，自由水土中的流动，会有渗透压力，渗透压力的方向不同对边坡稳定性有不同的影响，当水的渗透压力的方向垂直于边坡时，比如上游坝坡，可以增加边坡的稳定性，平行于边坡会降低稳定性。结合水是构成粘土的成分之一，是粘土具有塑性应变的主要原因。对粘土的抗剪强度影响较大3.什么是硬化？什么是软化？给出典型的硬化和软化应力应变关系曲线。（6分）答：应力应变关系曲线一直呈上升的趋势直至破坏，这种称为硬化行轴向应力和轴向应变，软土和松砂场常表现为这种形态；曲线的前半部分逐渐升高达到峰值后逐渐降低直至破坏，应力降低应变增加，这种政委软化型，紧密砂和超压密粘土表现为这种形态。如图。4.什么是土的剪胀性？从土的微观组成给出机理解释？剪胀在哪些条件下发生？（8分）答：土体受剪后，土体颗粒之间发生相互错动，土体塑性体积膨胀的现象，剪缩是体积减小，称为负剪胀，一般统称为剪胀性。对于松砂，受剪后某些颗粒体乳原来的空隙，体积变小，对于密砂原来的空隙很小，受剪时土体相互错动滑移，体积增加。剪胀一般发生在密砂、超固结粘土的剪切作用和松砂的剪切作用下。土体在速星体积应力的作用下压缩也会引起土颗粒的相对滑动引起剪胀。5.简述邓肯-张E-v非线性弹性模型的基本假设，该模型有哪些参数？其中K,n如何确定？（12分）答：邓肯-张非线性套型模型的基本假定是：8/11（1）)(31和a为关系曲线近似为双曲线；（2）)lg(和)lg(3aaippE的关系曲线近似为一条直线；（3）rar和的关系曲线近似为双曲线；（4）)lg(和3aip的关系曲线近似为直线。该模型有参数：强度指标,c,推导体积模量三个参数破坏比fR，K和n，推导泊松比的三个参数，)lg(和3aip关系曲线的斜率F，截距G，ar和a曲线的斜率D其中K和n应用假设)lg(和)lg(3aaippE的关系曲线近似为一条直线，得到直线斜率为n，截距为Klg。6.什么叫相关联的流动法则？大致绘制其屈服面在p-q平面上的形状。修正剑桥模型采用了那种流动法则？大致绘制其屈服轨迹。（10分）答：流动法则：是用于确定塑性应变增量的方向的假定，相关联的流动法则指的是：假定塑性势函数与屈服函数一致，屈服面就是塑性势面。剑桥模型是相关联的流动法则。9/117.简述太沙基固结理论和比奥固结理论的基本假设，求解方法、适用条件的异同，并就适用条件举例说明（2-3例）（12分）答：太沙基固结理论的基本假定：（1）假设土体均匀，线弹性，饱和状态；（2）土体变形是小变形；（3）土体颗粒和水均不可压缩（4）土体渗流满足达西定律，渗透系数为常数；（5）荷载一次施加，总应力不随时间变化（6）只有竖向方向的变形和渗流，无侧向膨胀比奥固结理论：（1）假设土体均匀，线弹性，饱和状态；（2）土体变形是小变形；（3）土体和水均不可压缩（4）土体渗流满足达西定律，渗透系数为常数；（1）太沙基方程只有位移为未知量，不考虑位移和孔隙水压力的耦合，求解出位移在根据位移求孔隙水应力，而比