土力学_河海课后习题答案

1、土力学课后习题与答案第一章1-1 什么叫土?土是怎样形成的?粗粒土和细粒土的组成有何不同? 1-2 什么叫残积土?什么叫运积土?他们各有什么特征?1-3 何谓土的级配?土的粒径分布曲线是怎样绘制的?为什么粒径分布曲线用半对数坐标? 1-4 何谓土的结构?土的结构有哪几种类型?它们各有什么特征?1-5 土的粒径分布曲线的特征可以用哪两个系数来表示?它们定义又如何? 1-6 如何利用土的粒径分布曲线来判断土的级配的好坏? 1-7 什么是吸着水?具有哪些特征?1-8 什么叫自由水?自由水可以分为哪两种? 1-9 什么叫重力水?它有哪些特征?1-10 土中的气体以哪几种形式存在?它们对土的工程性质有何

2、影响? 1-11 什么叫的物理性质指标 是怎样定义的?其中哪三个是基本指标? 1-12 什么叫砂土的相对密实度?有何用途?1-13 何谓粘性土的稠度?粘性土随着含水率的不同可分为几种状态?各有何特性? 1-14 何谓塑性指数和液性指数?有何用途? 1-15 何谓土的压实性?土压实的目的是什么?1-16 土的压实性与哪些因素有关?何谓土的最大干密度和最优含水率? 1-17 土的工程分类的目的是什么?1-18 什么是粗粒土?什么叫细粒土? 习题11-1有A 、B 两个图样,通过室内实验测得其粒径与小于该粒径的土粒质量如下表所示,试绘出它们的粒径分布曲线并求出uC 和c C 值。A 土样实验资料(总

3、质量500g 粒径d (mm 5 2 1 0.5 0.25 0.1 0.075 小于该粒径的质量(g 500 460 310 185 125 75 30B 土样实验资料(总质量30g 粒径d (mm 0.075 0.05 0.02 0.01 0.005 0.002 0.001 小于该粒径的质量(g 30 28.8 26.7 23.1 15.9 5.7 2.11-2 从地下水位以下某粘土层取出一土样做实验,测得其质量为15.3g ,烘干后质量为10.6g ,土粒比重为2.70,求试样的含水率、孔隙比、孔隙率、饱和密度、浮密度、干密度及其相应的重度。 1-3 某土样的含水率为6.0%密度为1.60

4、3g/cm,土粒比重为2.70,若设孔隙比不变,为使土样完全饱和,问1003cm土样中应该加多少水?1-4 有土料1000g,它的含水率为6.0%,若使它的含水率增加到16.0%,问需要加多少水?1-5 有一砂土层,测得其天然密度为1.773g/cm ,天然含水率为9.8%,土的比重为2.70,烘干后测得最小孔隙比为0.46,最大孔隙比为0.94,试求天然孔隙比e 、饱和含水率和相对密实度D ,并判别该砂土层处于何种密实状态。 1-6 今有两种土,其性质指标如下表所示。试通过计算判断下列说法是否正确? 1.土样A 的密度比土样B 的大; 2.土样A 的干密度比土样B 的大; 3. 土样A 的孔

5、隙比比土样B 的大; 性质指标 土样 A B含水率(% 15 6 土粒比重 2.75 2.68 饱和度(% 50 30 1-7 试从定义证明: 干密度 s wd s w G G (1n 1E =-+湿密度s r wG S e 1e +=+浮密度's w (G -1 1e=+1-8 在图中,A 土的液限为16.0%,塑限为13.0%;B 土的液限为24.0%,塑限为14.0%,C 土为无粘性土。图中实线为粒径分布曲线,虚线为C 土的粗粒频率曲线。试按土的分类标准对这三种土进行分类。 1-9 某碾压土坝的土方量为20万方,设计填筑干密度为1.65 3g/cm。料的含水率为12.0%,天然密

6、度为1.703g/cm,液限为32.0%,塑限为20.0%,土粒比重为2.72。问: 为满足填筑土坝需要,料场至少要有多少方土料? 如每日坝体的填筑量为3000 3m,该土的最优含水率为塑限的95%,为达到最佳碾压效果,每天共需要加多少水?土坝填筑的饱和度是多少? 思考题11-1 土是松散颗粒的堆积物。地球表层的整体岩石在大气中经受长期风化作用后形成形状不同,大小不一的颗粒,这些颗粒在不同的自然环境条件下堆积(或经搬运沉积,即形成了通常所说的土。粗粒土中粒径大于0.075的粗粒组质量多于总质量50%,细粒土中粒径小于0.075的细粒组质量多于或等于总质量50%。1-2 残积土是指岩石经风化后仍

7、留在原地未经搬运的堆积物。残积土的明显特征是,颗粒多为角粒且母岩的种类对残积土的性质有显著影响。母岩质地优良,由物理风化生成的残疾土,通常是坚固和稳定的。母岩质地不良或经严重化学风化的残积土,则大多松软,性质易变。运积土是指岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等动力搬运离开生成地点后的堆积物。由于搬运的动力不同,分为坡积土、冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。坡积土一般位于坡腰或坡脚,上部与残积土相连,颗粒分选现象明显,坡顶粗坡下细;冲积土具有一定程度的颗粒分选和不均匀性;风积土随风向有一定的分选性,没有明显层里,颗粒以带角的细砂粒和粉粒为主,同一地区颗粒较均匀,黄土具有湿陷性;冰碛土特征是不

8、成层,所含颗粒粒径的范围很宽,小至粘粒和粉粒,大至巨大的漂石,粗颗粒的形状是次圆或次棱角的有时还有磨光面;沼泽土分为腐植土和泥炭土,泥炭土通常呈海绵状,干密度很小,含水率极高,土质十分疏松,因而其压缩性高、强度很低而灵敏度很高。1-3 土中各种大小的粒组中土粒的相对含量称为土的级配。粒径分布曲线是以土粒粒径为横坐标(对数比例尺,小于某粒径土质量占试样总质量的百分数为纵坐标绘制而成的曲线。由于土的粒径相差悬殊,因此横坐标用对数坐标表示,以突出显示细小颗粒粒径。 1-4 土的结构是指土的物质组成(主要指土里,也包括孔隙在空间土的结构通常包括单粒、分散、絮状三种结构。单粒结构比较稳定,孔隙所占的比例

9、较小。对于疏松情况下的砂土,特别是饱和的粉细砂,当受到地震等动力荷载作用时,极易产生液化而丧失其承载能力;分散结构的片状土粒间相互接近于平行排列,粒间以面-面接触为主;絮状结构的特征是土粒之间以角、边与面的接触或变与边的搭接形式为主,这种结构的土粒呈任意排列,具有较大的孔隙,因此其强度低,压缩性高,对扰动比较敏感,但土粒间的联结强度会由于压密和胶结作用逐渐得到增强。 1-5 粒径分布曲线的特征可用不均匀系数u C 和曲率系数c C 来表示。定义为: dd uC 1060=dd d c C 60102(30=式中:d 10,d 30和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10%,30%

10、和60%时所对应的粒径。1-6 土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状来决定,而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀系数和曲率系数来衡量,对于纯净的砾、砂,当u C 大于或等于5,而且c C 等于13时,它的级配是良好的;不能同时满足上述条件时,它的级配是不良的。1-7 吸着水是由土颗粒表面电分子力作用吸附在土粒表面的一层水。吸着水比普通水有较大的粘滞性,较小的能动性和不同的密度。距土颗粒表面愈近电分子引力愈强,愈远,引力愈弱。又可分为强吸着水和弱吸着水。1-8 离开土颗粒表面较远,不受土颗粒电分子引力作用,且可自由移动的水成为自由水。自由水又可分为毛细管水和重力水两种。

11、1-9 在重力或水位差作用下能在土中流动的自由水称为重力水。重力水与普通水一样,具有溶解能力,能传递静水和动水压力,对土颗粒有浮力作用。它能溶蚀或析出土中的水溶盐,改变土的工程性质。 1-10 存在于土中的气体可分为两种基本类型:一种是与大气连通的气体;另一种是与大气不通的以气泡形式存在的封闭气体。土的饱和度较低时,土中气体与大气相连通,当土受到外力作用时,气体很快就会从孔隙中排出,土的压缩稳定和强度提高都较快,对土的性质影响不大。但若土的饱和度较高,土中出现封闭气泡时,封闭气泡无法溢出,在外力作用下,气泡被压缩或溶解于水中,而一旦外力除去后,气泡就又膨胀复原,所以封闭的气泡对土的性质有较大的

12、影响。土中封闭气泡的存在将增加土的弹性,它能阻塞土内的渗流通道使土的渗透性减小,并能延长土体受力后变形达到稳定的历时。1-11 土的一些物理性质主要决定于组成土的固体颗粒、孔隙中的水和气体这三相所占的体积和质(重量的比例关系,反映这种关系的指标称为土的物理性质指标。土的物理性质指标是根据组成土的固体颗粒、孔隙中的水和气体这三相所占的体积和质(重量的比例关系来定义的。 含水率、密度和土粒比重是基本指标。 1-12相对密实度是以无粘性土自身最松和最密两种极限状态作为判别的基准,定义为:eee e Drminmax0max-=相对密实度常用来衡量无粘性土的松紧程度。1-13稠度是指粘性土的干湿程度或

13、在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的能力,是粘性土最主要的物理状态指标。 随含水率的不同可分为流态、可塑态、半固态和固态。流态时含水率很大,不能保持其形状,极易流动;可塑态时土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积,也不开裂,外力卸除后仍能保持已有的形状;半固态时粘性土将丧失其可塑性,在外力作用下不产生较大的变形且容易破碎。固态时含水率进一步减小,体积不再收缩,空气进入土体,使土的颜色变淡。 1-14液限和塑限之差的百分数值(去掉百分号称为塑性指数,用IP表示,取整数,即:wwIPLP-=粘性土的状态可用液性指数来判别,其定义为:Iwwwww w IPPPLP L-=-=塑性指数是反映粘

14、性土性质的一个综合性指标。一般地,塑性指数越高,土的粘粒含量越高,所以常用作粘性土的分类指标。液性指数表征乐土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系,表达了天然土所处的状态。 1-15 土的压实性是指在一定的含水率下,以人工或机械的方法,使土能够压实到某种密实程度的性质。为了保证填土有足够的强度,较小的压缩性和透水性,在施工中常常需要压实填料,以提高土的密实度和均匀性。 1-16影响土压实性的因素很多,主要有含水率、击实功能、土的种类和级配以及粗粒含量等。当含水率较小时,土的干密度随着含水率的增加而增大,而当干密度随着含水率的增加达到某一值后,含水率的继续增加反而使干密度减小,干密度的这一最大

15、值称为该击数下的最大干密度,此时相应的含水率称为最优含水率。 1-17 为了能大致判别土的工程特性和评价土作为地基或建筑材料的适宜性,有必要对土进行科学的分类。 1-18试样中粒径大于0.075的粗粒组质量多于总质量50%的土称为粗粒土。试样中粒径小于0.075的细粒组质量多于或等于总质量50%的土称为细粒土。习题11-1 解:(1 A 试样100.083d m m=300.317d m m=600.928d m m =60100.92811.180.083u d C d = 22301060(0.3171.610.0830.928c d C d d =(1 B 试样100.0015d m m

16、 =300.003d m m = 600.0066d mm=60100.0066 4.40.0015u d C d =22301060(0.0030.910.00150.0066c d C d d =1-2 解: 已知:m =15.3g Sm=10.6gSG=2.70饱和 rS =1又知:wSm m m=-= 15.3-10.6=4.7g(1 含水量w Sm m=4.710.6=0.443=44.3%(2 孔隙比0.44Sre GS= (3 孔隙率1.20.54554.5%111.2ee=+ (4 饱和密度及其重度7/111.2S s a t w G

17、e g cm e+=+31.771017.7/s a t s a tg k N m =(5 浮密度及其重度3'1.771.00.77/s a t w g c m =-=-=3''0.77107.7/g k N m = (6 干密度及其重度32.71.01.23/111.2S w d G g cm e=+31.231012.3/d d g kN m =1-3 解:31.60 1.51/110.06d g cm=+2.70 1.01110.791.51s s wddG e =-=-=-=0.7929.3%2.70sat s e G =1.60100150.91110.06s

18、 mVm g=+ (29.3%6%150.935.2w s m m g=-=1-4 解:w Sm m=wSm m m =-s Sm m m=- 1000940110.06s mm g=+0.16= 0.16940150w s m m g = 1-5 解: (131.771.61/110.098d g cmw=+ 0 2.7 1.01110.681.61s s w d d G e =-=-=-=(200.6825.2%2.7sat se G =(3max 0max min0.940.680.540.940.46r e e D e e -=-1/32/3r D << 该砂土层处于中密状

19、态。 1-6 解: 1.1S d G e=+SrG e S =0.152.750.8250.5A e = 0.062.680.5360.3B e =32.751.50/10.825dAg cm =+ 32.681.74/10.536dB g cm =+(1d =+ 3(1 1.50(10.15 1.74/A dA A g cm =+=+=3(11.74(10.061.84/B d B B g c m =+=+=A B < 上述叙述是错误的。 2.32.75 1.50/10.825dA g cm=+32.681.74/10.536dB g cm =+d A d B< 上述叙述是错误的

20、。 3. 0.15 2.750.8250.5A e =0.062.680.5360.3B e =A B e e > 上述叙述是正确的。1-7 证明:(1/1/11s s s s ss w d s VV sm m m V G VV V V V ee=+1ne n=-1(1111s ws w s w G G G n n en=-+-(21/111sw w Vws w s w ssV ss w w r s r ws VV sm V V V m m V V V V G S eG S e m VV V V V eee+=+(31'1111sw s s ws s w s s w s w ws

21、 w V s Vsm m V m V V G G V VV V eeeV -=+1-8 解:(1 对A 土进行分类 由粒径分布曲线图,查得粒径大于0.075的粗粒含量大于50%,所以A 土属于粗粒土; 粒径大于2的砾粒含量小于50%,所以A 土属于砂类,但小于0.075的细粒含量为27%,在15%50%之间,因而A 土属于细粒土质砂; 由于A 土的液限为16.0%,塑性指数16133pI =-=,在17塑性图上落在ML 区,故A 土最后定名为粉土质砂(SM。(2 对B 土进行分类 由粒径分布曲线图,查得粒径大于0.075的粗粒含量大于50%,所以B 土属于粗粒土; 粒径大于2的砾粒含量小于50

22、%,所以B 土属于砂类,但小于0.075的细粒含量为28%,在15%50%之间,因而B 土属于细粒土质砂; 由于B 土的液限为24.0%,塑性指数241410pI =-=,在17塑性图上落在ML 区,故B 土最后定名为粉土质砂(SC。(3 对C 土进行分类 由粒径分布曲线图,查得粒径大于0.075的粗粒含量大于50%,所以C 土属于粗粒土; 粒径大于2的砾粒含量大于50%,所以C 土属于砾类土; 细粒含量为2%,少于5%,该土属砾; 从图中曲线查得10d ,30d 和60d 分别为0.2,0.45和5.6 因此,土的不均匀系数 60105.6280.2ud C d = 土的曲率系数 22301

23、060(0.450.180.2 5.6c d C d d = 由于5,13u c C C >,所以C 土属于级配不良砾(GP。1-9 解: (112s s m m =即 1122d d V V =112211d V V=+ 22111(11.6520(112%21.741.7d V V +=万方(21.6530004950s d m V t = (4950(19%12%34w s o pm m =-=-=t (32.72 1.01110.6481.65s s wddG e =-=-=-=20.0%95%2.7279.8%0.648sr G S e=第二章2-1 土中的应力按照其起因和传递

24、方式分哪几种?怎么定义?2-2 何谓自重应力,何谓静孔隙水应力?计算自重应力应注意些什么?2-3 何谓附加应力,空间问题和平面问题各有几个附加应力分量?计算附加应力时对地基做了怎样的假定? 2-4 什么叫柔性基础?什么叫刚性基础?这两种基础的基底压力有何不同?2-5 地基中竖向附加应力的分布有什么规律?相邻两基础下附加应力是否会彼此影响? 2-6 附加应力的计算结果与地基中实际的附加应力能否一致,为什么? 2-7 什么是有效应力?什么是孔隙应力?其中静孔隙应力如何计算?2-8 你能熟练掌握角度法和叠加原理的应用吗?会计算各种荷载条件下地基中任意点的竖向附加应力吗? 习题22-1 如图所示为某地

25、基剖面图,各土层的重度及地下水位如图,试求土的自重应力和静孔隙水应力,并绘出它们的分布图。 试求基底中心O,边点A和B下4m深处的竖向附加应力。 中尺寸以米计。 2-4 某挡土墙建于如图所示的地基上,埋深2m ,尺寸如图所示(图中的尺寸以米计。墙受上部竖向荷载和墙身自重为v F =1000kN /m ,其作用位置距墙前趾A 点为3.83m ,墙背受有总水平推力h F =350kN/m,其作用点距墙底为3.5m 。(不计墙后填土的影响试求:M ,N 点处的竖向自重应力; M ,N 点处的竖向附加应力 2-5 某矩形基础长宽分别为3m 和2m ,基础剖面和地基条件如图所示,试求基础中点O 及其以下

26、点M 和N 的自重应力、竖向附加应力以及静孔隙水应力(图中尺寸以米计 思考题2 2-1土体的应力,按引起的原因分为自重应力和附加应力两种;按土体中土骨架和土中孔隙(水、气的应力承担作用原理或应力传递方式可分为有效应力和孔隙应(压力。 有效应力是指由土骨架传递(或承担的应力。孔隙应力是指由土中孔隙流体水和气体传递(或承担的应力。 自重应力是指由土体自身重量所产生的应力。附加应力是指由外荷(静的或动的引起的土中应力。2-2 自重应力是指由土体自身重量所产生的应力。由静水位产生的孔隙水应力称为静孔隙水应力。土体自重应力应由该点单位面积上土柱的有效重量来计算,如果存在地下水,且水位与地表齐平或高于地表

27、,则自重应力计算时应采用浮重度,地下水位以下的土体中还存在静孔隙水应力。2-3 附加应力是指由外荷(静的或动的引起的土中应力。空间问题有三个附加应力分量,平面问题有两个附加应力分量。计算地基附加应力时,假定地基土是各向同性的、均匀的、线性变形体,而且在深度和水平方向上都是无限的。 2-4 实际工程中对于柔性较大(刚度较小能适应地基变形的基础可以视为柔性基础。对于一些刚度很大不能适应地基变形的基础可视为刚性基础。柔性基础底面压力的分布和大小完全与其上的荷载分布于大小相同;刚性基础下的基底压力分布随上部荷载的大小、基础的埋深和土的性质而异。2-5 基地中心下竖向附加应力最大,向边缘处附加应力将减小

28、,在基底面积范围之外某点下依然有附加应力。如果该基础相邻处有另外的荷载,也会对本基础下的地基产生附加应力。2-6 在计算地基附加应力时,假定地基土是各向同性的、均质的、线性变形体,而且在深度的水平方向上都是无限的,这些条件不一定同时满足,因而会产生误差,所以计算结果会经常与地基中实际的附加应力不一致。2-7 有效应力是指由土骨架传递(或承担的应力。孔隙应力是指由土中孔隙流体水和气体传递(或承担的应力。静孔隙水应力:wwuhr =22-1 解:根据图中所给资料,各土层交界面上的自重应力分别计算如下:00cz =11118.5237cz h kPa =21122'3718155cz h h

29、 kPa =+=+=2112222''55(2010165cz h h h kPa =+=+-= 311222233'''65(1910392cz h h h h kPa =+=+-=41122223344''''92(19.5102111cz h h h h h kPa =+=+-= 土的最大静孔隙水应力为:010660w w u r h kPa=2-2解:2106206312466V G F P G P Ad kN =+=+=+= 基底压力:m a x m i n178.16246660.3(1(195.9636v p

30、 kP a F e p k P a l bl =±=±= 基底静压力:min 095.917 1.078.9n p p r d kPa=-=-=m a x m i n 178.195.982.2t p p p k P a =-=-= 求O 点处竖向附加应力 由:321.5lmb =1.5zn b=0.2500S K = 1440.2578.978.9zo S n K p kPa =由: 1.50.53lmb=1.5zn b=10t K = 20.2500t K = 21202t zo t p K =3282.2220.2520.5522t zo t p K kP a=由:3

31、21.5lmb=001.5zn b = 40.2500S K = 4482.2220.2520.5522tzo S p K kP a = 001020304120z z z z z kPa=+=求A 点下4m 处竖向附加应力 由:641.5lmb=42.71.5zn b= 0.1036S K = 1220.103678.916.35zA S n K p kPa=由: 1.50.256lmb= 40.676zn b= 0.0695t K = 2220.069582.211.4258zA t t K p kPa = 1216.3511.425827.78zA zA zA kPa=+=+=求B 点下

32、4m 处竖向附加应力 由:313lmb = 41.333zn b= 0.1412S K = 1220.141278.922.28zB S n K p kPa=282.20.1412 5.8022t zB Sp K kP a=由:313lmb= 41.333zn b= 10.0585t K = 20.0826t K = 3182.20.0585 2.3922t zB t p K kP a =2282.20.0826 3.3922t zB t p K kP a= 123433.86zB zB zB zB zB kPa=+=2-3 解:2-4 解: 求自重应力1112'194(209.818

33、6.19zMh h kPa=+=+-=33'86.19(18.59.83112.26zN zM h kPa=+=+-=第三章思考题33-1 何谓达西定律,达西定律成立的条件有哪些?3-2 实验室内测定渗透系数的方法有几种?它们之间又什么不同? 3-3 流网有什么特征?3-4 渗透变形有几种形式?各有什么特征? 3-5 什么是临界水力梯度?如何对其进行计算?3-6 孔隙水应力在静水条件下和在稳定渗流作用下有什么不同?如何利用流网确定渗流作用的孔隙水压力。 3-7 根据达西定律计算出的流速和土水中的实际流速是否相同?为什么?3-8 拉普拉斯方程是由哪两个基本定律推导出的?你认为土的透水系数

34、是各向同性的吗? 习题33-1 图为一简单的常水头渗透试验装置,试样的截面积为1202cm ,若经过10秒。由量筒测得流经试样的水量为1502cm ,求试样的渗透系数。 3-2 某无粘性土的粒径分布曲线如1-28曲线所示,若该土的孔隙率n=30%,土粒比重s G =2.65,试问当发生渗透变形时,该土应属何种类型的土?其临界水力梯度为多少(用细粒含量法判别?3-3 如图1-29中的曲线C 为一无粘性土的粒径分布图和粒组频率曲线(虚线所示。试判别该土的发生渗透变形时是属何种类型的土?若土的孔隙率为36%,土粒的比重为2.65,则该土的临界水力梯度多大? 3-4 资料同3-3,试求:图3-27中b

35、 点的孔隙水应力(包括静止孔隙水应力和超孔隙水应力和有效应力; 地表面5-6处会不会发生流土现象?3-5 有一粘土层位于两沙层之间,其中沙层的湿重度=17.63kN/m,饱和重度3sat19.6kN /m=,粘土层的饱和重度3sat20.6kN /m=,土层的厚度如图所示。地下水位保持在地面以下1.5m 处,若下层砂层中有承压水,其测压管水位高出地面3m ,试计算:粘土层内的孔隙水应力及有效应力随深度的变化并绘出分布图(假定承压水头全部损失在粘土层中; 要使粘土层发生流土,则下层砂中的承压水引起的测压管水位应当高出地面多少米? 思考题33-1水在土中的渗透速度与试样两端水平面间的水位差成正比,

36、而与渗径长度成反比,即:kiLh kv = 即为达西定律。达西定律只有当渗流为层流的的时候才能适用,其使用界限可以考虑为:0.1/=vd weR3-2室内测定土的渗透系数的方法可分为常水头试验和变水头试验两种。常水头法是在整个试验过程中水头保持不变,适用于透水性强的无粘性土;变水头法在整个试验过程中,水头是随着时间而变化的,适用于透水性弱的粘性土。3-3 流网具有下列特征:(1 流线与等势线彼此正交; (2 每个网格的长度比为常数,为了方便常取1,这时的网格就为正方形或曲边正方形; (3 相邻等势线间的水头损失相等; (4 各溜槽的渗流量相等。3-4 按照渗透水流所引起的局部破坏的特征,渗透变

37、形可分为流土和管涌两种基本形式。流土是指在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,它主要发生在地基或土坝下游渗流出处。 管涌是指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象,主要发生在砂砾土中。 3-5 土体抵抗渗透破坏的能力称为抗渗强度,通常已濒临渗透破坏时的水力梯度表示,一般称为临界水力梯度或抗渗梯度。流土的临界水力梯度:1(1(n G is cr-=, 该式是根据竖向渗流且不考虑周围土体的约束作用情况下推得的,求得的临界水力梯度偏小,建议按下式估算:1(1(79.01(1(2420CD n n niLcr+-=;管涌土的临界水力梯度:ddG

38、in s cr20521(1(2.2-=3-6在静水条件下,孔隙水应力等于研究平面上单位面积的水柱重量,与水深成正比,呈三角形分布;在稳定渗流作用下,当有向下渗流作用时,孔隙水应力减少了hw,当有向上渗流作用时,孔隙水应力增加了hw。一旦流网绘出以后,渗流场中任一点的孔隙水应力即可由该点的测压管中的水柱高度乘以水的重度得到。当计算点位于下游静水位以下时,孔隙水应力由静孔隙水应力和超静孔隙水应力组成。 3-7不相同。由达西定律求出的渗透速度是一种假想平均流速,因为它假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来进行的。而实际上,渗透水不仅仅通过土体中的孔隙流动,因此,水在土体中的实际平均流速要比由达西定

39、律求得的数值大得多。3-8一、假定在渗流作用下单元体的体积保持不变,水又是不可压缩的,则单位时间内流入单元体的总水量必等于流出的总水量,即:(y y y x x x y xd yq q d xq q q q +÷+=÷二、假定土是各向同性的,即x k 等于y k ,则02222=+yh xh土的渗透系数不是各向同性的。第四章思考题4 4-1 地基土内各点承受土自重引起的自重应力,一般情况下,地基土在其自重应力下已经压缩稳定,但是,当建筑物通过其基础将荷载传给地基之后,将在地基中产生附加应力,这种附加应力会导致地基土体的变形。 4-2压缩系数va 是指单位压力增量所引起的空隙

40、比改变量,即ep 压缩曲线的割线的坡度,pe p p e e a v -=-=1221;压缩指数c C 是指elgp 曲线直线段的坡度,即:lg(lg lg 111221p p p e p p e e C c+-=-=;回弹再压缩指数s C 是指回弹再压缩曲线(在elgp 平面内直线段的坡度; 体积压缩系数v m 定义为土体在单位应力作用下单位体积的体积变化,其大小等于1(1e a v +;压缩模量sE 定义为土体在无侧向变形条件下,竖向应力与竖向应变之比,其大小等于vm 1,即;zzsE =。4-3在无侧向变形条件下的土层压缩量计算公式要求土层均质,且在土层厚度范围内压力是均匀分布的,因此厚

41、土层一般要求将地基土分层。 没有必要。4-4前式更准确些,因为压缩系数常取为100kPa 至200kPa 范围内的值。4-5因为地基土的压缩是由外界压力在地基中一起的附加应力所产生的,当基础有埋置深度d 时,应采用基底静压力dn p p -=去计算地基中的附加应力。4-6 有4-7 事先对地基堆载预压,能使地基在荷载作用下完成瞬时沉降和住固结沉降,将减少建筑物修盖之后的最终沉降量。 4-8在荷载施加的瞬时,由于孔隙水来不及排出,加之水被认为是不可压缩的,因而,附加应力全部由水来承担。经过时间t ,孔隙水应力不断消散,有效应力逐渐增加。当t 趋于无穷大时,超静孔隙水应力全部消散,仅剩静孔隙水应力

42、,附加应力全部转化为有效应力。饱和土的固结过程就是超静孔隙水应力逐渐转化为附加有效应力的过程。在这种转化过程中,任一时刻任一深度上的应力始终遵循着有效应力原理,即:'+=u p 。4-9 不对4-10正常固结土和超固结土虽然有相同的压力增量,但其压缩量是不同的,正常固结土的压缩量要比超固结土的大。 因为超固结土在固结稳定后,因上部岩层被冲蚀或移去,现已回弹稳定。第四章思考题44-1 引起土体压缩的主要原因是什么?4-2 试述土的各压缩性指标的意义和确定方法。4-3 分层总和法计算基础的沉降量时,若土层较厚,为什么一般应将地基土分层?如果地基土为均质,且地基中自重应力和附加应力均为(沿高

43、度均匀分布,是否还有必要将地基分层? 4-4 分层总和法中,对一软土层较厚的地基,用i1i 2i i 1i S (e e H /(1e =-+或i vi i 1i S a pH /(1e =+计算各分层的沉降时,用哪个公式的计算结果更准确?为什么? 4-5 基础埋深d 0时,沉降计算为什么要用基底净压力? 4-6 地下水位上升或下降对建筑物沉降有没有影响?4-7 工程上有一种地基处理方法堆载预压法。它是在要修建建筑物的地基上堆载,经过一段时间之后,移去堆载,再在该地基上修建筑物。试从沉降控制的角度说明该方法处理地基的作用机理。 4-8 土层固结过程中,孔隙水压力和有效应力是如何转换的?他们间有

44、何关系? 4-9 固结系数v C 的大小反映了土体的压缩性有何不同?为什么?4-10 超固结土与正常固结土的压缩性有何不同?为什么? 习题44-1 某涵闸基础宽6m ,长(沿水流方向18m ,受中心竖直荷载P=10800kN 的作用,地基为均质无粘性土,地下水位在地面以下3m 处,地下水位以上的湿重度=19.13kN/m,地下水位以下土的饱和重度3sat21kN /m=,基础的埋置深度为1.5m ,图的压缩曲线如图所示,试求基础中心点的沉降量。4-2 某条形基础宽15m ,受2250kN /m 的竖直偏心线荷载的作用,偏心距为1m,地下水位距地面6m ,地基由两层粘性土组成,上层厚9m ,湿重

45、度=193kN/m,饱和重度3sat20kN /m=。下层厚度很大,饱和重度3sat21kN /m=.基础的埋置深度为3m ,上层和下层土的压缩曲线如图A ,B 线所示,试求基础两侧的沉降量和沉降差。 4-3 某建筑物下有6m 厚的粘土层,其上下均为不可压缩的排水层。粘土的压缩试验结果表明,压缩系数-1v a 0.0005kPa =,初始孔隙比为1e =0.8。试求在平均附加应力z =150kP a 作用下,该土的压缩模量s E ,又设该土的伯松比=0.4,则其变形模量E 为多少?4-4 某均质土坝及地基的剖面图如图所示,其中粘土层的平均压缩系数-4-1v a 2410kPa =,初始孔隙比1

46、e =0.97,渗透系数k=2.0cm/a ,坝轴线处粘土层内的附加应力分布如图中阴影部分所示,设坝体是不远水的。试求: 粘土层的最终沉降量;当粘土层的沉降虽达到12c m 时所需的时间; 4-5 有一粘土层位于两沙层之间,厚度为5m ,现从粘土层中心取出一试样做固结试验(试样厚度为2cm ,上下均放置了透水石,测得当固结度达到60%时需要8min ,试问当天然粘土层的固结度达到80%时需要多少时间(假定粘土层内附加应力为直线分布? 4-6 某一粘土试样取自地表以下8m 处,该处受到的有效应力为100kP a ,试样的初始孔隙比为1. 05,经压缩试验得出的压力与稳定孔隙比关系如下: 加荷 P

47、(kP a e50 0.95 100 0.922 200 0.888 400 0.835退荷 p(kP a e 200 0.840 100 0.856 再加荷P(kP a e200 0.845400 0.830800 0.7571600 0.675试在半对数坐标上绘出压缩、回弹及再压缩曲线,并推求前期固结压力c p 及现场压缩曲线的c C 、S C 值,判断该土层属于何种类型的固结土。4-7一地基剖面图如图示,A 为原地面,在近代的人工建筑活动中已被挖去2m ,即现在的地面为B 。设在开挖以后地面以下的土体允许发生充分回弹的情况下,再在现地面上大面积堆载,其强度为150kP a。试问粘土层将产

48、生多少压缩量(粘土层的初始孔隙比为1.00,c C =0.36,S C =0.06? 思考题5第五章思考题55-1 什么叫土的抗剪强度?5-2 库仑的抗剪强度定律是怎样表示的,砂土和粘性土的抗剪强度表达式有何不同? 5-3 为什么说土的抗剪强度不是一个定值?5-4 何谓摩尔库仑破坏准则?何为极限平衡条件?5-5 土体中发生剪切破坏的平面是不是剪应力最大的平面?在什么情况下,破坏面与最大剪应力面是一致的? 5-6 测定土的抗剪强度指标主要有哪几种方法?试比较它们的优缺点? 5-7 何谓灵敏度和触变性?5-8 影响砂土抗剪强度的因素有哪些? 5-9 何谓砂土液化?5-10 试述正常固结粘土在UU

49、,CU ,CD 三种实验中的应力应变、孔隙水应力应变(或体变应变和强度特性。 5-11 试述超固结粘土在UU ,CU ,CD 三种实验中的应力应变、孔隙水应力应变(或体变应变和强度特性。 5-12 试述正常固结粘土和超固结粘土的总应力强度包线与有效强度包线的关系。 习题55-1 已知某无粘性土的c=0,=30,若对该土取样做实验,如果对该样施加大小主应力分别为200a kP 和120akP ,该试样会破坏吗?为什么?若使小主应力保持原质不变,而将大主应力不断加大,你认为能否将大主应力增加到400akP ,为什么?5-2 设地基内某点的大主应力为450a kP ,小主应力为200a kP ,土的

50、摩擦角为20,粘聚力为50a kP ,问该点处于什么状态?5-3 设地基内某点的大主应力为450a kP ,小主应力为150a kP ,孔隙应力为50a kP ,问该点处于什么状态? 5-4 某土的固结不排水剪实验结果如下表,图解求总应力强度指标cu c 和cu 、有效应力强度指标'c和'。3(a kP (1-3(a kP f u (a kP 100 20035 200 320 70 300460755-5 对某一饱和正常固结粘土进行三轴固结排水剪切实验,测得其内摩擦角'd 32=,现又对该土进行了固结不排水剪切实验,其破坏时的3a 200kP =。轴向应力增量a q

51、200kP =,试计算出在固结不排水剪切时的破坏孔隙水应力f u 值。5-6 在某地基土的不同深度进行十字板剪切实验,测得的最大扭力矩如下表。求不同深度上的抗剪强度,设十字板的高度为10cm ,宽为5cm 。深度(m 扭力矩(kN -m 5 12010 160 151905-7 某饱和正常固结试样,在周围压力3=150a kP 下固结稳定,然后在不排水条件下施加轴向压力至剪破,测得其不排水强度u c =60a kP ,剪破面与大主应力面的实测夹角f =57,求内摩擦角cu 和剪破时的孔隙水压力系数f A 。 5-8 设某饱和正常固结粘土的''c 0,30=,试计算固结压力3a1

52、00kP =时的不排水强度u c 和内摩擦角cu(假定f A =15-9 设一圆形基础,承受中心荷载,如图所示。地基为深厚的粘土层,湿重重为1803kN/m,饱和容重1为21.03kN/m,地下水位在地面以下3m 处。在加荷前,基础中心以下离地面5m 处M 点的测压管中心水位与地下水位齐平;在加荷瞬时,即t 为零时,测压管中的水位高出地面7m ,设M 点的竖向附加应力1 =150kP a,水平向附加应力3 =70kP a 。试求:(1加荷瞬时M 点的竖向有效应力和孔隙应力系数A ,B ;(2若加荷前地基土为正常固结土,有效内摩擦角中=30,静止侧压力系数0K=0.7,问加荷后M 点是否会发生剪切破坏? 5-1 土的抗剪强度是指土体对于外荷在所产生的剪应力的极限抵抗能力。 5-2砂土: tg f =粘土:tg c f+=对于无粘性土,其抗剪强度仅由粒间的摩擦分量所构成,此时c=0;而对于粘