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9999 级土力学试卷及标准答案级土力学试卷及标准答案 一、名词解释名词解释 (每题 3 分 共 18 分) 1 . 塑限塑限: : 粘性土从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限 含水率。 2 . 不均匀系数不均匀系数: : 定义为 Cu= d60/ d10, d10 , d60分别为粒径分布曲线上小于某粒径土的土 颗粒含量分别为 10和 60。 3 . 有效应力原理：有效应力原理：由外荷在研究平面上引起的法向总应力为，那么它必由该面上的孔 隙力 u 和颗粒间的接触面共同分担， 即该面上的总法向力等于孔隙力和颗粒间所承担的力之 和，即=u。 4. 被动土压力被动土压力：当挡土墙向沿着填土方向转动或移动时，随着位移的增加墙后受到挤压而 引起土压力增加， 当墙后填土达到极限平衡状态时增加到最大值， 作用在墙上的土压力称为 被动土压力。 5 . 代替法代替法：代替法就是在土坡稳定分析重用浸润线以下，坡外水位以上所包围的同体积 的水重对滑动圆心的力矩来代替渗流力对圆心的滑动力矩。 6 . 容许承载力：容许承载力：地基所能承受的最大的基底压力称为极限承载力，记为fu将f除以安 全系数fs后得到的值称为地基容许承载力值fa,即fafufs 二、问答题问答题（共 35 分） 1. 何谓正常固结粘土和超固结粘土，两者的何谓正常固结粘土和超固结粘土，两者的压缩特性和强度特性有何区别？压缩特性和强度特性有何区别？( (2 2 分分) ) 答：把土在历史上曾经受到的最大有效应力称为前期固结应力，以 pc表示；而把前期固结 应力与现有应力 po之比称为超固结比 OCR，对天然土，OCR1 时，该土是超固结； （3 分） 当 OCR1 时，则为正常固结土。 （3 分） 压缩特性区别：当压力增量相同时，正常固结土压缩量比超固结土大。 （3 分） 强度特性区别：超固结土较正常固结土强度高。 （3 分） 2. 简述影响土压实性的因素？（简述影响土压实性的因素？（8 8 分）分） 答：土压实性的影响因素主要有含水率、击实功能、土的种类和级配以及粗粒含量等。 对粘性土， 含水率的影响主要表现为当含水率较低时， 相同击实功能下所获得的干密度较低， 随着含水率的增大，所得到的干密度会逐渐提高；当达到某含水率时，对应击实功能下会得 到最大干密度，对应含水率称为最优含水率；随着含水率的提高，最大干密度反而会减小。 击实功能的影响表现为：击实功能越大，所得到的土体干密度也大；最优含水率随击实 功能的增大而减小。 （2 分） 土类和级配的影响表现在：粘性土通常较无粘性土压缩性大；粘粒含量大，压缩性大； 级配良好，易于压密，干密度大； （2 分） 粗粒含量对压实性有影响，大于 5mm 粒径的粗粒含量大于 2530时，需对轻型击 实试验的结果进行修正。 （1 分） 3 .试比较朗肯土压力理论与库伦土压力理论的异同点与优缺点。试比较朗肯土压力理论与库伦土压力理论的异同点与优缺点。(8 (8 分分) ) 答：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； (3 分) 朗肯土压力理论优点：公式简单，易用；缺点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况不适 用；(2 分) 库伦土压力理论优点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况适用；缺点：不便考虑粘性土 的情况； (2 分) 4.地基破坏形式有哪几种？各自会发生在何种土类地基？（地基破坏形式有哪几种？各自会发生在何种土类地基？（7 7 分）分） 答：有整体剪切破坏，局部剪切破坏和冲剪破坏。 （3 分） 地基破坏形式主要与地基土的性质尤其是压实性有关， 一般而言， 对于坚实或密实的土 具有较低的压缩性，通常呈现整体剪切破坏对于软弱黏土或松沙地基具有中高压缩性，常 常呈现局部剪切破坏或冲剪破坏。 （4 分） 三、计算题计算题（共 47 分） 1. 某砂土地基中夹有一层正常固结的粘土层，如图。粘土孔隙比某砂土地基中夹有一层正常固结的粘土层，如图。粘土孔隙比 e e0 0=1.0=1.0，压缩指数，压缩指数 C Cc c=0.36=0.36。问：。问： (1)(1)今在地面大面积堆载今在地面大面积堆载 q=100kN/mq=100kN/m 2 2，粘土层会产生多大的压缩 ，粘土层会产生多大的压缩? ?（计算（计算 不需分层） ；若粘土的固结系数不需分层） ；若粘土的固结系数 Cv=3*10Cv=3*10 - -3 3cm cm 2 2/s /s，则达到，则达到 8080固结度时粘土层压缩量多固结度时粘土层压缩量多 少？需多少天？（少？需多少天？（U=80%U=80%时时 Tv=0.64Tv=0.64） (2) (2) 压缩完成后，若地下水位下降压缩完成后，若地下水位下降 2m2m，粘土层是否会产生新的压缩量？若会，压缩，粘土层是否会产生新的压缩量？若会，压缩 量为多少？（水位下降后的砂土容重量为多少？（水位下降后的砂土容重=20kN/m=20kN/m 3 3） ）. .（分）（分） 解： 1（1）s1=20*1+(21-9.8)2=42.4 s2=42.4+(21-9.8)2=62.8 粘土层平均自重应力： (s1+s2)/2=52.6 (2 分) s = H lg(p0+p)/ p0/(1+e0) = 2000.36lg(52.6+100)/52.6 /(1+1.0) =16.7cm (3 分) U=80%时，st=us=0.816.7=13.4cm Tv=0.64 所以，t= TvH 2/C V=0.64(200/2) 2/0.003=2.13106 S (2) 地下水位下降到 2 米以后，会产生新的压缩量： (2 分) s152.6+100=152.6= p0kPa s2152.6+9.82172.2 kpa 地面 地下 水位 1m 2m 2m 砂土 粘土 层 砂土 sat=21kN/m3 sat=20kN/m3 =20kN/m3 e0=e0-cclg(p0+p)/ p0=0.833 所以 s= H lg(p0+p)/ (p+p0)/(1+e0) =200*lg172.2/152.6/(1+0.833) =5.73 cm (3 分) 2. 设地基内某设地基内某点的大主应力为点的大主应力为k k，小主应力为，小主应力为k k，孔隙水，孔隙水 应力为应力为k k。 土的有效凝聚力为。 土的有效凝聚力为 c=2c=2k k， 有效内摩擦角， 有效内摩擦角=24=24判判 断该点是否达到破坏状态。断该点是否达到破坏状态。(7 (7 分分) ) 解： 11-u=50-100=450kpa 3=3-u=300-100=200kpa (2 分) 令 1f=1=450 kpa 3ftg 2(45-2)-2ctg(45-2) 450tg 2(45-242)-220tg(45-242) 4500.422400.649163.9kPa3 （4 分） 所以该点达到破坏状态 （1 分） 3.3.某正常固结饱和粘性土，经三轴固结不排水剪切试验测得某正常固结饱和粘性土，经三轴固结不排水剪切试验测得cu=20cu=20, Ccu=0, Ccu=0 及及 =30 =30,c=0,c=0；试问在小主应力；试问在小主应力3f3f=100kpa=100kpa 时，试样达到破坏的大主应力时，试样达到破坏的大主应力1f1f应应 当是多少？此时的孔隙水应力当是多少？此时的孔隙水应力 u uf f是多少？该土在是多少？该土在 200kPa200kPa 固结应力下的不排水强度固结应力下的不排水强度 为多少？为多少？(13 (13 分分) ) 解：1f=3ftg 2(45+2)-2ctg(45+/2) =100 tg2(45+202) =204kpa 1f-3f1f-3f104kPa sin =(1f-3f) / (1f+3f) 故：1f+3f(1f-3f) / sin =208kPa 1f=156kpa 3f=52kpa uf=1f-1f=204-156=48 kPa 3f=c=200kpa 1f3ftg 255=408kPa 所以： Cu=(1f -3f)/2=204kPa (4 分) 4 .4 .计算下图土坡复合滑动面的稳定安全系数。 （计算下图土坡复合滑动面的稳定安全系数。 （2 2 分）分） 答： 假定复合滑动面的交接点在坡肩和坡脚的下端,则： ka=tg 2(45-2) =1/3 （2 分） kp= tg 2(45+2)=3 （2 分） pa=rH1 2 k a/2=181212/6=432 kN/m pp= rH2 2 k p/2=18553/2=675 kN/m W=rA=189(5+12)=1224kn/m （4 T=cl+wtg=2016+1224tg5=427.1 kN/m Fs=( pp+ T)/ pa=2.55 （4 分） 0000 级土力学试卷及标准答案级土力学试卷及标准答案 （土木、交通类） 2002.12 一、名词解释一、名词解释 ( (每题每题 3 3 分分 ) ) 1. 最优含水率最优含水率:对于一种土，分别在不同的含水率下，用同一击数将他们分层击实，测定含 水率和密度然后计算出干密度， 以含水率为横坐标， 以干密度为纵坐标， 得到的压实曲线中， 干密度的随着含水率的增加先增大后减小在干密度最大时候相应的含水率称为最优含水 率。 2. 管涌管涌：管涌是渗透变形的一种形式指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土颗粒形成的 空隙中发生移动并被带出的现象。 3. 前期固结应力前期固结应力：土在历史上曾受到的最大有效应力称为前期固结应力。 4. 被动土压力被动土压力：当挡土墙向沿着填土方向转动或移动时，随着位移的增加墙后受到挤压而 引起土压力增加， 当墙后填土达到极限平衡状态时增加到最大值， 作用在墙上的土压力称为 被动土压力。 L= 5. 粘土的残余强度粘土的残余强度：粘性土在剪应力作用下，随着位移增大，超固结土是剪应力首先逐渐 增大，而后回降低，并维持不变；而正常固结土则随位移增大，剪应力逐渐增大，并维持不 变，这一不变的数值即为土的残余强度。 二、是非题二、是非题 ( (每题每题 1 1 分分) ) 1 附加应力大小只与计算点深度有关， 而与基础尺寸无关。 （） 2 完全饱和土体， 含水量w=100 （） 3 固结度是个反映土体固结特性的指标， 决定于土性质和土层几何尺寸， 不随时间变化。 () 4饱和土的固结主要是由于孔隙水的渗透排出，因此当固结完成时，孔隙水应力全部消散 为零，孔隙中的水也全部排干了。 （） 5 土的固结系数越大， 则压缩量亦越大。 （） 6击实功能（击数）愈大，土的最优含水率愈大。 （） 7 当地下水位由地面以下某一深度上升到地面时地基承载力降低了。 （） 8 根据达西定律， 渗透系数愈高的土， 需要愈大的水头梯度才能获得相同的渗流速度。 （） 9三轴剪切的 CU 试验中，饱和的正常固结土将产生正的孔隙水应力，而饱和的强超固结土 则可能产生负的孔隙水应力。（） 10 不固结不排水剪试验得出的值为零 （饱和粘土） 。 （） 三、填空题三、填空题 ( (每题每题 3 3 分分) ) 1 .土的结构一般有 单粒结构 、蜂窝状结构 和 絮状结构 等三种，其中 絮状结构 结 构是以面边接触为主的。 2. 常水头渗透试验适用于 透水性强的无粘性土 ，变水头试验适用于 透水性差的粘性 土 。 3. 在计算矩形基底受竖直三角形分布荷载作用时， 角点下的竖向附加应力时， 应作用两点， 一是计算点落在 角点 的一点垂线上，二是 B 始终指 宽度 方向基底的长度。 4.分析土坡稳定的瑞典条分法与毕肖甫法其共同点是 假设滑动面是圆弧面 、 假定滑动 体为刚体 ，不同点是 瑞典条分法不考虑条间力 。 5. 地基的破坏一般有 整体剪切破坏 、 局部剪切破坏 和 冲剪破坏 等三种型式，而 其中 整体剪切破坏 破坏过程将出现三个变形阶段。 四、问答及简述题四、问答及简述题 ( (共共 30 30 分分) ) 1.1. 为什么说在一般情况下为什么说在一般情况下, ,土的自重应力不会引起土的压缩变形（或沉降） ，而当地下土的自重应力不会引起土的压缩变形（或沉降） ，而当地下 水位下降时，又会使土产生下沉呢？水位下降时，又会使土产生下沉呢？(10(10 分分) ) 答：一般情况下，地基是经过了若干万年的沉积，在自重应力作用下已经压缩稳定了。 自重应力已经转变为有效应力了，这种情况下，自重应力不会引起土体压缩。但如土体是 新近沉积，自重应力还未完全转变未有效应力，则自重应力将产生压缩。 （5分） 当地下水位下降时，部分土层从水下变为水上，该土层原来受到浮托力作用，现该浮 托力因水位下降而消失，相当于在该土层施加了一个向下的体积力，其大小等于浮托力。 该力必然引起土体压缩。（5 分） 2.2. 简述用分层总和法求基础沉降的方法步骤。简述用分层总和法求基础沉降的方法步骤。(10(10 分分) ) 答： 1 根据作用在基础上的荷载的性质，计算基底压力和分布 2 将地基分层 3 计算地基中土的自重应力分布 4 计算地基中垂向附加应力分布 5 按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力 6 求第 I 层的压缩量 7 将各个分层的压缩量累加，得到地基的总的沉降量. 3. 3. 土的粒径分布曲线和粒组频率曲线如何测得，有何用途？对级配不连续的土，这两个曲土的粒径分布曲线和粒组频率曲线如何测得，有何用途？对级配不连续的土，这两个曲 线各有什么特征？（线各有什么特征？（1010 分）分） 答：1. 土的粒径分布曲线：以土颗粒粒径为横坐标（对数比例尺）小于某粒径的土质量占 试样的总质量的百分数为纵坐标绘制的曲线。(2 分) 根据土的粒径分布曲线可以求得土中各粒组的含量，用于评估土的分类和大致评估的 工程性质某些特征粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。(3 分) 2. 粒组频率曲线：以个颗粒组的平均粒径为横坐标对数比例尺，以各颗粒组的土颗粒 含量为纵坐标绘得。 (2 分) 土的粒径分配曲线不仅可以确定粒组的相对含量，还可以根据曲线的坡度判断土的级 配的好坏。 (3 分) 五、计算题五、计算题( (共共 30 30 分分) ) 1 . 某一取自地下水位下的饱和试样，用环刀法测定其容重。环刀的体积为某一取自地下水位下的饱和试样，用环刀法测定其容重。环刀的体积为 5050cmcm 3 3，环刀重 ，环刀重 为为 8080g g，环刀加土重为，环刀加土重为 172.5172.5g g，该土的土粒比重为，该土的土粒比重为 2.72.7，试计算该土样的天然容重、饱和容，试计算该土样的天然容重、饱和容 重、干容重及孔隙比。 （重、干容重及孔隙比。 （1010 分）分） 解：m=72.5-80=92.5；v50cm 3 饱和土： sat = m v =92.5501.85/cm 3 (3 分) rsatr1.859.818.13 kN/m 3 (2 分) 因为： () 1 sw sat Ge e ； () swsat satw G e 1.0 1 sw d G e =2.7/(1+1)=1.35/cm 3 （4 分） rd1.359.813.23 kN/m 3 （1 分） 2. 对一完全饱和的正常固结土试样，为了模拟其原位受力状态，先在周围压力对一完全饱和的正常固结土试样，为了模拟其原位受力状态，先在周围压力=140=140 作用下固结， 然后再在作用下固结， 然后再在3 3的情况下进行不排水剪试验， 测得其破坏时的的情况下进行不排水剪试验， 测得其破坏时的1 1=260=260， 同时测出破坏时的孔隙水应力同时测出破坏时的孔隙水应力f f=110KPa=110KPa，试求： （）该试样的不排水强度，试求： （）该试样的不排水强度 C C； （）破； （）破 坏时试样中的有效主应力坏时试样中的有效主应力1 1及及3 3； （）破坏时的孔隙水应力系数； （）破坏时的孔隙水应力系数f f； （）试样的； （）试样的 固结不排水抗剪强度指标固结不排水抗剪强度指标 C C、cucu 和有效应力强度指标和有效应力强度指标 c, c, 。(10(10 分分) ) 解：1、 3c=140 kPa；1260 kPa; 故 Cu=(1-3)/2=(260-140)/2=60 kPa 2、 11-uf=260-110=150 kPa; 33-uf=140-110=30 kPa 3、 13 110 0.92 ()260 140 f f f u A 4、 正常固结土，Ccu=0; C=0 13 13 260 140 sin0.3 260 140 cu cu17.5 13 13 15030 sin0.6667 15030 41.8 (2 分) 3. 墙背直立的光滑挡土墙，墙高为墙背直立的光滑挡土墙，墙高为 1010，两层填土的厚度与性质指标如下图所示，试求作，两层填土的厚度与性质指标如下图所示，试求作 用在墙背上总的主动土压力，并绘出压力分布图（用在墙背上总的主动土压力，并绘出压力分布图（1010 分）分） 解： ka1=tg 2(45- 12)tg 2(45-15)tg230 ka2=tg 2(45- 22)tg 2(45-17)tg228 因 C20，需判定下层土是否出现拉应力区 211 0 2 2 22*816*3 0.90 20tan2820 a cH z z K 下层土无拉应力区 B 点交界面上：pa1=r1H1 ka1=163tg 230=16 kPa B 点交界面下：pa2=r1H1 ka22c2 2a K =163tg 228-28tg28=5.1 kPa C 点：pa3=（r1H1r2H2）ka22c2 2a K =（163207）tg 228-28tg28=44.6 kPa Pa=0.53160.57（5.1+44.6） =197.95 kN/m 0101 级土力学期末试卷及标准答案级土力学期末试卷及标准答案 一、名词解释一、名词解释 ( (每题每题 2 2 分，共分，共 1212 分分 ) ) 1. 频率曲线频率曲线: : 粒组频率曲线：以个颗粒组的平均粒径为横坐标对数比例尺，以各颗粒组的 土颗粒含量为纵坐标绘得。 2. 塑性指数塑性指数：液限和塑限之差的百分数（去掉百分数）称为塑限指数，用 Ip 表示，取整 数，即：Ip=wLWp。塑性指数是表示处在可塑状态的土的含水率变化的幅度。 3. 流土流土:流土是指在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒同时启动而流失的现象。 4. 超固结比超固结比：把土在历史上曾经受到的最大有效应力称为前期固结应力，以 pc表示；而把 前期固结应力与现有应力 po之比称为超固结比 OCR， 对天然土， OCR1 时， 该土是超固结土， 当 OCR1 时，则为正常固结土。 5. 容许承载力容许承载力：地基所能承受的最大的基底压力称为极限承载力，记为 fu将 F 除以安全 A B C A B C 16kPa 5.1kPa 44.6kPa 地下水位 h 测压管 M 地面 H2 H1 系数 fs后得到的值称在地基容许承载力值 fa,即 fafufs 6. 砂土液化砂土液化：是指砂性土在循环荷载作用或者在动力荷载作用下，孔隙水应力增加有效应 力为零，从而导致其抗剪强度丧失的过程。 二、简答题二、简答题 ( (共共 36 36 分分) ) 1 1、其它条件相同情况下，超固结粘土的沉降一定小于正常固结粘土的沉降吗？为什其它条件相同情况下，超固结粘土的沉降一定小于正常固结粘土的沉降吗？为什 么？么？(10(10 分分) ) 答：是的。(2 分) 因为和正常固结粘土相比，超固结粘土孔隙比比正常固结土小，如果现有有效应力相 同，则在某荷载增量作用下，超固结土是沿再压缩曲线压缩，而正常固结土沿压缩曲线压 缩。由于同一土质，再压缩曲线肯定比压缩曲线缓，即再压缩指数比压缩指数小，因此， 超固结粘土沉降比正常固结土小。 (8 分) 2. 2. 什么是有效应力原理？图中，地基土湿重度、饱和重度和浮重度分别为什么是有效应力原理？图中，地基土湿重度、饱和重度和浮重度分别为、 sat 和和 ， ， 水重度水重度 w ，M M 点的测压管水柱高如图所示。写点的测压管水柱高如图所示。写 出出 M M 点总应力、孔隙水应力、有效应力、自重点总应力、孔隙水应力、有效应力、自重 应力的计算式。应力的计算式。(8(8 分分) ) 答： 由外荷在研究平面上引起的法向总应力 为， 那么它必由该面上的孔隙力 u 和颗粒间的接触面共同分担， 即该面上的总法向力等于 孔隙力和颗粒间所承担的力之和，即=u。 （2 分） M 点总应力： 12zsat HH （1 分） M 点孔隙水应力： 2 () w uhH （1 分） M 点有效应力： 122 () zzsatw uHHhH （2 分） M 点自重应力： 12zM HH （2 分） 3. 3. 土坡发生滑动的滑动面有哪几种形式？分别发生在何种情况？没有渗流的情况下的粘土坡发生滑动的滑动面有哪几种形式？分别发生在何种情况？没有渗流的情况下的粘 性土坡的稳定安全系数可以有哪几种方法计算？（性土坡的稳定安全系数可以有哪几种方法计算？（1010 分）分） 答：土坡发生滑动的滑动面有：圆弧、平面、复合滑动面。(3 分) 圆弧滑动通常发生在较均质的粘性土坡中；平面滑动通常发生在无粘性土坡中；复合 滑动面发生在土坡土质很不均匀的土坡中。(4 分) 没有渗流的情况下， 粘性土坡的稳定安全系数计算方法有： 0 分析法、 瑞典条分法、 简化毕肖普法。 (3 分) 4. 4. 地基破坏的型式地基破坏的型式有哪几种？未修正的太沙基极限承载力公式适用于哪种破坏型式的地有哪几种？未修正的太沙基极限承载力公式适用于哪种破坏型式的地 基？利用太沙基极限承载力公式具体说明地下水位的位置对承载力是如何的影响？（基？利用太沙基极限承载力公式具体说明地下水位的位置对承载力是如何的影响？（8 8 分）分） 答：有整体剪切破坏，局部剪切破坏和冲剪破坏。 （3 分） 未修正的太沙基极限承载力公式适用于整体剪切破坏的条形基础的地基。 (2 分) 太沙基极限承载力公式 1 2 rqc fBNDNcN 。地下水位埋深较大时，式中第 1、 2 项中的均不受影响；若地下水位在基底处，则第 1 项中的应用浮容重，承载力降低； 若地下水位上升到地面处或以上时，则第 1、2 项中的均应用浮容重，承载力进一步降低。 (3 分) 三、计算题三、计算题( (共共 52 52 分分) ) 1 . 1 . 某一取自地下的试样，用环刀法测定其密度。环刀的体积为某一取自地下的试样，用环刀法测定其密度。环刀的体积为 6060cmcm 3 3，环刀质量为 ，环刀质量为 5050g g， 环刀加湿土质量为环刀加湿土质量为 172.5172.5g g， 环刀加干土质量为， 环刀加干土质量为 152.0152.0g g， 试计算该土样的含水率、 天然密度、， 试计算该土样的含水率、 天然密度、 干密度。 （干密度。 （6 6 分）分） 解：m=172.5-50=122.5g; ms=152.0-50=102.0g V=60cm 3 20.5 20.1% 102 w s m w m 122.5 2.04 60 m V g/cm 3 102 1.70 60 s d m V g/cm 3 2 . 2 . 某砂土地基中间夹有一层厚某砂土地基中间夹有一层厚 2m2m 的正常固结粘土层。地下水位在地面以下的正常固结粘土层。地下水位在地面以下 2m2m 深处。砂深处。砂 土层的饱和重度土层的饱和重度 21kN/m21kN/m 3 3，湿重度 ，湿重度 19kN/m19kN/m 3 3。粘土层的天然孔隙比 。粘土层的天然孔隙比 1.01.0，饱和重度，饱和重度 20kN/m20kN/m 3 3， ， 压缩指数压缩指数 Cc=0.4Cc=0.4，固结系数，固结系数 Cv=2.0Cv=2.01010 - -4 4层 层 cm/scm/s。今在地面大面积堆载。今在地面大面积堆载 100kPa100kPa。 （。 （1 1）堆载）堆载 施加瞬时，测压管水头高出地下水位多少米？（施加瞬时，测压管水头高出地下水位多少米？（2 2） 粘土层压缩稳定后，图中粘土层压缩稳定后，图中h h 等于多少等于多少 米？（米？（3 3）试计算粘土层的最终压缩量（不必分层） 。 （）试计算粘土层的最终压缩量（不必分层） 。 （4 4） 堆载施加堆载施加 3030 天后，粘土层压缩天后，粘土层压缩 量 为 多 少 ？ （ 假 定 土 层 平 均 固 结 度 可 用量 为 多 少 ？ （ 假 定 土 层 平 均 固 结 度 可 用 v T eU 4 2 2 8 1 确定） （确定） （1212 分）分） 解： （1）对饱和土，B1 加载瞬时， 100up kPa 100 10.2 9.8 w u h m (2) 压缩稳定后，超孔隙水应力完全消散 h=0 (3) 1 19*2(21 9.8)*260.4p kPa 2 60.4(209.8)*280.8p kPa 12 0 70.6 2 pp p kPa 0 00 270.6 100 log*0.4*log0.15 11 170.6 c ppH SC ep m (4) 4 22 2.0*10*30*24*3600 0.0518 (2/2*100) v v C t T H 2 4 2 8 10.29 v T Ue St=U * S=0.29*15=4.35cm 3. 3. 对一完全饱和的正常固结土试样，为了模拟其原位受力状态，先在周围压力对一完全饱和的正常固结土试样，为了模拟其原位受力状态，先在周围压力=100=100 作用下固结，然后再在作用下固结，然后再在3 3的情况下进行不排水剪试验。的情况下进行不排水剪试验。 若该土的固结不排水强若该土的固结不排水强 度指标度指标 cu=20cu=20，破坏时的大主应力，破坏时的大主应力1 1应为多大应为多大? ?，同时测出破坏时的孔隙水应力，同时测出破坏时的孔隙水应力 u uf f=50kPa=50kPa，试求： （）该试样的不排水强度，试求： （）该试样的不排水强度 C C； （）破坏时试样中的有效主应； （）破坏时试样中的有效主应力力1 1 地下水位 h 测压管 2m 4m 粘土层 砂土层 砂土层 及及3 3； （）破坏时的孔隙水应力系数； （）破坏时的孔隙水应力系数f f； （）有效应力强度指标； （）有效应力强度指标 c, c, 。(14(14 分分) ) 解：(1) 3f=100kPa； ccu=0 22 13 20 tan (45)100*tan (45)416.0 22 ff kPa 故 Cu=(1-3)/2=(416-100)/2=150 kPa (2) 11-uf =416-50=366 kPa; 33-uf=100-50=50 kPa (3) 13 110 0.158 ()416 100 f f f u A (4) 正常固结土：Ccu=0; C=0 13 13 36650 sin0.7596 36650 49.4 4. 4. 墙背直立的光滑挡土墙，墙高为墙背直立的光滑挡土墙，墙高为 1010，两层填土的性质指标如下图所示，上层粘土厚度，两层填土的性质指标如下图所示，上层粘土厚度 5m5m，试求作用在墙背上总的主动土压力大小，并绘出压力分布图（不必求土压力作用点），试求作用在墙背上总的主动土压力大小，并绘出压力分布图（不必求土压力作用点） （1212 分）分） 解：对第一层土 1 0 1 22*10 1.57 20tan32.5 tan 45 2 c z 10 5 1.573.43HHZ m B 点以上的主动土压力： pa1=r1H1ka12c 1a K =203.43tg 232.5-210tg32.5=15.1 kPa B 点交界面下：pa2=r1H1 ka22c2 2a K =203.43tg 230-0=22.87 kPa C 点：pa3=（r1H1r2H2）ka22c2 2a K r=20kN/m3 =25,c=10kPa r=18kN/m3 =30,c=0kPa A B C =（203.43185）tg 230-0=52.87 kPa Pa=0.53.4315.10.55（22.87+52.87） =215.25 kN/m 20052005- -20062006 学年第一学期土力学期末试卷学年第一学期土力学期末试卷 （地质工程专业 03 级） 一、填空题（每格一、填空题（每格 0.50.5 分，共分，共 8 8 分）分） 1.粘土颗粒表面吸着水的厚薄受土中水的性质影响，水中阳离子浓度越_低_吸着水越_ 厚 ，离子价越_低_、吸着水越_厚_。 2.土中主要的粘土矿物有_ 高岭石_、_ 蒙脱石_、 伊利石_. 3.静止侧压力系数是指 无侧向变形 条件下 水平向有效应力 与 竖向有效应力 之比。 4.松砂受剪体积_缩小_紧砂受剪体积_ 膨胀_。 5.土的剪切试验按常用的试验仪器分为_直接剪切试验_、_三轴压缩试验_、_无侧限抗 压强度试验_和_十字板剪切试验_四种。 三、简答题（共三、简答题（共 5050 分）分） 1 .1 .流土与管涌有什么不同？它们是怎样发生的？流土与管涌有什么不同？它们是怎样发生的？(6(6 分分) ) 答：流土是指向上渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。主要 发生在地基或土坝下游渗流逸出处。 (2 分) 管涌是渗透变形的另一种形式。它是指在渗流作用下土体中的细土颗粒在粗土粒形成 的孔隙比孔道中发生移动并被带出的现象。常发生在砂砾中，发生在建筑物的底部(2 分) A B C 15.1kPa 22.87kPa 52.87kPa 当土体在上下游水头差作用下产生的水力坡降大于土体临界水力坡降时，会产生流土 或管涌。或者当地基为成层土时，当有由下向上的流动，粘土层的有效应力为零时，即 发生流土。 （2 分） 2 . 2 . 基础自重应力及附加应力分布图已绘出，其形状如图所示，试判断基础自重应力及附加应力分布图已绘出，其形状如图所示，试判断(a)(a)，(b)(b)，(c)(c)，(d)(d) 哪一个图形正确，并指出不正确的图形错在什么地方？（哪一个图形正确，并指出不正确的图形错在什么地方？（8 8 分）分） 答：计算地基自重应力时其深度应从地面算起，而计算附加应力时其深度应从基底算起， 因此可以看出图（c）正确。 （2 分） 图（a）错在将计算自重应力的深度从基底算起 （2 分） 图（b）错在将计算附加应力的深度从地面算起 （2 分） 图（d）错在将计算自重应力的深度从基础表面算起，并且错成虚线 （2 分） 3.3.下列说法是否正确？并说明原因。下列说法是否正确？并说明原因。 “饱和土的固结主要是由于孔隙水的渗透排出，因此当固结完成时，孔隙水应力全部消 散为零，孔隙中的水也全部排干了。 ” （6 分） 答：该说法不正确 （2 分） 因为：饱和土体的固结过程是指土体中各点的超静孔隙水应力不断消散，附 加有效应力相应增加的过程，或者说是超静孔隙水应力逐渐转化为附加有效应力 的过程。固结完成是指超静孔隙水应力消散为零，并不是指总孔隙水应力，实际 上总孔隙水应力包括静孔隙水应力和超孔隙水应力之和，因此即使固结完成，静 孔隙水应力仍然存在，不会发生孔隙中水全部排干的现象。 （4 分） 4.4.何谓主动土压力、静止土压力和被动土压力？在哪些实际工程中可能迁涉到上述不同的何谓主动土压力、静止土压力和被动土压力？在哪些实际工程中可能迁涉到上述不同的 土压力？（土压力？（1010 分）分） 答：当挡土墙为刚性不动时，土体处于静止状态不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的 土压力，称为静止土压力。 （2 分） 如果挡土墙背离填土方向转动或移动时， 随着位移量的逐渐增加， 墙后土压力逐渐减小， 当墙后填土达到极限平衡状态时土压力降为最小值， 这时作用在挡土墙上的土压力称为主动 土压力。 （2 分） 若墙体向着填土方向转动或者移动时， 随着位移量的逐渐增加， 墙后土体受到挤压而引 起土压力逐渐增加， 当墙后填土达到极限平衡状态时增大到最大值， 此时作用在挡土墙上的 土压力称为被动土压力。 （2 分） 在基坑开挖支护设计，边坡挡墙设计、隧道的侧墙、码头设计等工程中常常遇到上述 土压力问题。如果挡土墙直接浇筑在岩基上，且墙的刚度很大，墙体产生的位移很小，不足 以使填土产生主动破坏， 此时可按静止土压力计算。 如果挡土墙在墙后填土自重等作用下产 生离开填土方向的位移，并且使墙后填土达到了极限平衡状态，可按主动土压力计算。如果 挡土墙在外力作用下产生向着填土方向挤压的位移，并且使墙后填土达到了极限平衡状态， 或其它可按被动土压力计算。 （4 分） 4.4.为什么要用条分法计算土坡稳定安全系数？用瑞典条分法与毕肖普法计算土坡稳定时，为什么要用条分法计算土坡稳定安全系数？用瑞典条分法与毕肖普法计算土坡稳定时， 它们有哪些共同点和不同点？它们有哪些共同点和不同点？ (10(10 分分) ) 答：安全系数定义为 / sf F ,或者定义为抗滑力矩与滑动力矩之比，因此在建立安全系 数公式时，皆需用到抗剪强度 f ，根据摩尔库伦准则 tan f c ,抗剪强度与所在点 的正应力有关，而滑动面上各点的正应力大小和方向皆是不同的，因此提出了条分法来解 决滑动上各点抗剪强度不同的问题。 （4 分） 瑞典条分法与毕肖普条分法 共同点：皆基于条分法建立计算公式，皆假定土体为不变形刚体，各土条底部安全系数 相同，并皆假定滑动面形状为圆弧。 （3 分） 不同点：在建立公式时，瑞典条分法忽略了各土条之间的作用力，而毕肖普条分法考 虑了各土条之间的作用力，在具体计算时瑞典条分法可以直接计算，而毕肖普条分法需进 行迭代，毕肖普条分法较瑞典条分法严格。 （3 分） 5 5何谓地基的极限承载力？确定地基承载力的方法有哪几大类？影响地基承载力的因素有何谓地基的极限承载力？确定地基承载力的方法有哪几大类？影响地基承载力的因素有 那些？（分）那些？（分） 答： （1）地基的极限承载力是指地基承受荷载的极限能力，也就是能承受的最大基底压力。 （2）确定地基承载力的方法有三大类：静载荷试验或其它原位试验，规范查表方法和 理论公式方法。（3 分） （3）影响地基承载力的因素有：土的重度；土的凝聚力和内摩擦角；基底宽度；基础 埋深。（5 分） 四、计算题（共四、计算题（共 4242 分）分） 1.1.今有一土样，称重今有一土样，称重 120120 克，体积克，体积 6060 3 3，烘干后土重 ，烘干后土重 9090 克，若该土的液限克，若该土的液限 w wL L=2=28%8%，塑，塑 限限 w wP P=14%=14%，比重，比重 Gs=2.7Gs=2.7，求该土样的含水率，求该土样的含水率 w w，孔隙比，塑性指数，孔隙比，塑性指数P P及液性指数及液性指数L L。 （8 8 分）分） 解： 2.2.设有一浸没于水下的粘土层，水面水位距土面设有一浸没于水下的粘土层，水面水位距土面 2m2m，粘土层底部有一承压水层，粘土层厚，粘土层底部有一承压水层，粘土层厚 3 sLP w 3 ss s ssw 3 vs ws ss v s PLP P L LP 120g, =60cm ,90g,28%,w14% 1209030g 33cm 603327cm 30 33%2 90 0.822 14%2 1.362 mVmw m mm V G VVV mmm w mm V e V Iww ww I ww 已知 （ 分） （ 分） （ 分） （ 分） 为为 4m4m，粘土的饱和密度，粘土的饱和密度satsat为为 2g/cm2g/cm 3 3，并测得粘土层中心处的测压管水位高出水面 ，并测得粘土层中心处的测压管水位高出水面 2m2m， 试问： （试问： （1 1）作用在粘土层单位土体上的渗流力为多少？（）作用在粘土层单位土体上的渗流力为多少？（2 2）该粘土层底部是否会发生流）该粘土层底部是否会发生流 土现象？（土现象？（1010 分）分） 解： 3.3.今有厚的软粘土，软土性质如图示，拟进行大面积堆载预压，试计算预压后固结今有厚的软粘土，软土性质如图示，拟进行大面积堆载预压，试计算预压后固结 度度时的沉降量？以及所需预压加固时间？（时的沉降量？以及所需预压加固时间？（1 1分）分） 【注：固结度时的时间因数【注：固结度时的时间因数0.60.6】 解： 4.4.某正常固结饱和粘土试样，在某正常固结饱和粘土试样，在3 3100kPa100kPa 周围压力下固结，然后在不排水条件下施加轴周围压力下固结，然后在不排水条件下施加轴 向附加压力。若该土的固结不排水强度指标向附加压力。若该土的固结不排水强度指标cu=28cu=28 3 w w ww wsat 2 (1)1 2 9.8kN m (2) 422210m 98kPa 2498kPa =0 h i l ji h uh u （1分） （3分） 底部 （2分） （1分） （2分） 所以发生流土,处于临界状态（1分） s t v v 2 2 v 7 v (1)50cm 40cm (2) 1 2 1 2 1.875 10 s=217 p SH E SU S C t T H HT t C （3分） （2分） 天（5分） 问（）该试样所能承受的大主应力问（）该试样所能承受的大主应力的最大值是多少？的最大值是多少？ （）若试样剪破时，其孔隙水应力（）若试样剪破时，其孔隙水应力 u uf f 60kPa60kPa，求孔隙应力系数，求孔隙应力系数f f。 （）求该土在（）求该土在3 3300kPa300kPa 固结压力下的不排水强度。固结压力下的不排水强度。(14(14 分分) ) 解： 2005200520200606 学年第一学期土力学试卷学年第一学期土力学试卷 （海洋工程 2003 级） 1 1 填空题填空题( (每空每空 0.50.5 分，共分，共