土力学试题及答案

1、第1章土的物理性质与工程分类一填空题颗粒级配曲线越平缓，不均匀系数越大，颗粒级配越好。为获得较大密实度，应选择级配良好的土料作为填方或砂垫层的土料。粘粒含量越多，颗粒粒径越小，比表面积越大，亲水性越强，可吸附弱结合水的含量越多，粘土的塑性指标越大塑性指标I二w-w，它表明粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围，它综合反pLp映了粘性、可塑性等因素。因此规范规定：10I17为pp粘土。对无粘性土，工程性质影响最大的是土的密实度，工程上用指标e、D来衡量。r在粘性土的物理指标中，对粘性土的性质影响较大的指标是塑性指数1。决定无粘性土工程性质的好坏是无粘性土的相对密度，它是用指标D来衡量。rw-w粘性

2、土的液性指标I=-，它的正负、大小表征了粘性土的软硬状态，规范Lw-wLp按I将粘性土的状态划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。L岩石按风化程度划分为微风化、中等风化、强风化。岩石按坚固程度划分为硬质岩石，包括花岗岩、石灰岩等；软质岩石，包括页岩、泥岩某砂层天然饱和重度Y二20kN/ma,土粒比重G二2.68，并测得该砂土的最大干重sats度丫二17.1kN/ma,最小干重度丫二15.4kN/ma，则天然孔隙比e为，最大孔隙比dmaxdmine=，最小孔隙比e.=。maxmin砂粒粒径范围是2mm,砂土是指大于2mm粒径累计含量不超过全重60%,而大于0.075mm粒径累计含量超过全重50%。

3、亲水性最强的粘土矿物是蒙脱石，这是因为它的晶体单元由两个硅片中间夹一个铝片组成,晶胞间露出的是多余的负电荷,因而晶胞单元间联接很弱,水分子容易进入晶胞之间,而发生膨胀。二问答题1概述土的三相比例指标与土的工程性质的关系答：三相组成的性质，特别是固体颗粒的性质，直接影响土的工程特性。但是，同样一种土，密实时强度高，松散时强度低。对于细粒土，水含量少则硬，水含量多时则软。这说明土的性质不仅决定于三相组成的性质，而且三相之间量的比例关系也是一个很重要的影响因素。2常见的黏土矿物有哪些试述黏土矿物颗粒与粗颗粒土比较有那些特点及特性答：常见的粘土矿物有蒙脱石，伊利石和高龄石。黏土的颗粒很细，粘粒粒径d4

4、50Pa,逐渐降低为fVVsatdV。三、判断题1.粘性土的软硬程度取决于含水量的大小，无粘性土密实程度取决于孔隙比的大小。（X）2甲土饱和度大于乙土，则甲土的含水量一定高于已土。（x）x）3粉粒是0.05mm的粒组。TOC o 1-5 h z4相对密实度D会出现D1和D10pLpI0.63(w20)=0.63*12=7.56，w=32%10的土才会发生管涌；2水力条件：渗流力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动u是管涌发生的水力条件，可用管涌的水力梯度来表示。三、判断题土的渗透系数k越大，土的渗透性也越大，土中的水头梯度I也越大。(x)含有细砂夹层的粘土层中垂直渗透系数K大于水平渗透系数K。(x

5、)zx土中一点的渗透力大小取决于该点孔隙水总水头的大小。(x)四、计算题如图所示的常水头渗透试验，若土样(2)的渗透系数是土样(1)的2倍，试绘出试样的孔隙水压力（即渗透压力）分布图，并求土样（1）所受的渗透力，判断其渗透稳定性。解：1.设试样（1）和试样（2）的水头损失分别为h和厶h2，总水头损失为Ah,贝ljAh+Ah=Ah=40-25=15cm（1）12根据渗流连续原理，流经两砂样的渗透速度v应相等，即v1=v2，按达西定律v=ki，贝Iki=ki1122i=Ah/L=Ah/5，2222又k=2k,i=Ah/L=Ah/5,211111所以Ah=2Ah(2)12由（1）（2）两式得Ah1=

6、10cm，Ah2=5cmJ=Yi=2Yww由i二Ah/L=10/5=2得土样（1）所受的渗流力1112.如图所示的渗透试验装置，在圆形截面容器内装有两种土样，下面为粉土，土样长度分别为L1，L2，在砂层顶面引出一测压管，管内水面与水源容器内水面高度差为h1，若试验装置总水头差为h,则砂土的渗透k与粉土的渗透系数k之比值k/k为多少20Y1212解：设粉土的水头损失Ah，砂土的水头损失为Ah，则12Ah=h11Ah=h-h（1）21根据渗流连续原理，流经两砂样的渗透速度v应相等，即v1=v2，按达西定律v=ki，贝IAh即k一11L1Ah=k22L22)综合(1)、(2)可得k/k12（h-h）

7、LhL24.地层由三层土构成，表层为砂，饱和重度为19.2kN/m3，天然重度为168N/m3，渗透系数1x10-3cm/s；中层为黏土，饱和重度为17.6kN/m3，天然重度为16.0kN/m3，渗透系数1x10-6cm/s，最下层为砂层，地下水位位于表层砂中，下层砂中含承压水,地层剖面如图，试计算：1)每日通过每平方米黏土层面积上的渗透量。(2)黏土层顶部与底部的孔隙水压力u，有效应力b，和总应力b值。4.5m解：设粘土的水头损失为曾，黏土以上砂土砂的水头损失为Ah2，总水头损失为Ah,Ah+Ah=Ah=4.5m12a)黏土1.5m1.5m3mAhAh根据渗流连续原理，k1=k1L2L12

8、即2000Ah2=Ah1b)地面由（a）、（b）得Ah=0.0022u0，Ahq4.5m21每日通过每平方米黏土层面积上的渗透量为Q二v*86400二1x10-5x86400 x4.5/3二1.296m32)土层顶部孔隙水压力u=1.5丫=15kN/m2Aw总应力为Q二1.5*16.8+19.2*1.5二54kN/m2A有效应力L=一u=54一15=39kN/m3AAA粘土层底部孔隙水压力为u=9y=90kN/m3Bw总应力为c二1.5*16.8+1.5*19.2+17.6*3二106.8kN/m2B有效应力为c一u二16.8kN/m2BB第三章地基土的应力与变形一填空题1。附加应力引起土体压

9、缩，有效应力影响土体的抗剪强度。2.般情况下，自重应力不会引起地基沉降，附加应力引起地基的沉降，在成土年代不久,地下水位升降等情况自重应力也会引起地面沉降。土中竖向附加应力的影响深度与T相比，的影响深度要大，T在荷载两侧最大。zxzzxz应力自基础底面起算，随深度呈非线性变化，自重应力自地基表面起算，随深度呈线性变化。1+e压缩系数a=-de/dp，压缩模量E=i，则土的压缩性愈高，这两个指标通过固sa结试验，绘制压缩曲线得到。超固结比0CR指的是土层历史上所经受的先期固结压力p与现有覆盖土重厂之比，根c1据OCR的大小可把粘性土分为正常固结十，超固结十和欠固结十三大类。OCR1的黏土属欠固结

10、土。土的压缩实验是在侧限条件下完成的。压缩定律是a二d乞dp，其中a称为压缩系数，它反映了单位压力增量作用下土的孔隙比的减小。e-e压缩系数a二a,a表示压力范围，p二地基某深度处土中自重应力，p二地p一p1一21222基某深度处土中自重应力与附加应力之和的压缩系数，工程上常用a来评价土的压缩1-2性的高低，当aO.IMPa-1时属于低压缩性土，当1-20.1aO.IMPa-10.5MPa-1时属1一2一中等压缩性土。用分层总和法计算沉降时，采用压缩系数指标使沉降计算值偏小，采饌础中点下附加应力指标又使计算值偏大，相互有所补偿。10饱和黏土的沉降由瞬时沉降，固结沉降，次压缩沉降组成。11.压缩

11、试验中，环刀土样置于刚性护环中，所以称此试验为侧限压缩试验，用该实验测的压缩指标a、E称为压缩性指标压缩试验每级荷载下压至变形稳定，所以由此试验测出s的指标可用来计算地基的沉降。二问答题简述太沙基的有效应力原理。答：G=G+u，饱和土中任意点的总应力b总是等于有效应力b加上孔隙水压力U。用弹性理论求解土中附加应力的基本假设是什么答：计算地基中的附加应力时，一般假定地基土是各向同性的、均质的线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸的，即把地基看成是均质的线性变形空间（半无限体），这样就可以直接采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。计算基底附加应力时，通常将基底看成是柔性荷载，而不考虑基础

12、刚度的影响。何谓土的附加应力计算附加应力有何工程意义答：对一般天然土层来说，自重应力引起的压缩变形在地质历史上早已完成，不会再引起地基的沉降，附加应力则是由于修建建筑物以后在地基内新增加的应力，因此它是使地基发生变形，引起建筑物沉降的主要原因。4试列举出土中自重应力也能引起地面沉降的几种情况。答：通常土的自重应力不会引起地基变形，因为正常固结土的形成年代很久，早已固结稳定。只有新近沉积的欠固结土或人工填土，在自重作用下尚未固结，需要考虑土的自重引起的地基变形。此外，地下水的升降，将会引起土中自重应力大小的变化，使土体发生变形如压缩、膨胀或湿陷等）。试述E、E的物理意义如何确定主要用途s0答：压

13、缩模量E是在完全侧限的条件下得到的，为竖向正应力与相应的正应变的比值，s该参数将用于地基最终沉降计算的分层总和法。变形模量E是根据现场载荷试验得到的，是指土在侧向自由膨胀条件下正应力与0相应的正应变的比值。该参数将用于弹性理论法最终沉降计算中，但载荷实验中所规定的沉降稳定标准带有很大的近似性。说明分层总和法利用公式A二a（pi叮h，计算h厚土层的沉降量时，公式中p、s1+e111p、e、a的物理意义2答：P:土层上下表面自重应力的平均值，Q+）/2。TOC o 1-5 h z1c1c0p土层上下表面自重应力的平均值Q+）/2与附加应力平均值2c1c0（+c）/2之和。z1z0e为根据土层的自重

14、应力平均值即什，从压缩曲线上得到相应的孔隙比。eea为土层的压缩系数，a=14,e与P对应。pp2221何为地基的固结度写出其表达式（分别用沉降量和有效应力表示）。答：土的固结度是指地基土在某一压力作用下，经历时间t所产生的固结变形（沉降）量与最终固结变形（沉降）量之比。用沉降量表示为U=s/sctc用有效应力表示为U=Y。p试说明压缩系数a的意义及其工程应用。答:压缩系数是土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效应力增量的比值，即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。为了便于比较，通常采用压力段由p=O.IMPa增加到1p=0.2MPa时的压缩系数a来评定土的压缩性如下：21-2当a0.1MPa-

15、1时，为低压缩性土；1-20.1MPa_ia0.5MPa-1时，为高压缩性土。1-2试说明压缩模量E的意义s答：压缩模量E是在完全侧限的条件下得到的，为竖向正应力与相应的正应变的比值,s该参数将用于地基最终沉降计算的分层总和法。10简述“分层总和法”确定计算深度z的方法。n答：地基沉降计算深度z的新标准应满足下列条件：由该深度处向上取按表规定的计算n厚度Az所得的计算沉降量As应满足下述要求（包括考虑相临荷载的影响）：nAsn0.025Asii=1按上式所确定的沉降计算深度下如有较软弱土层时，尚应向下继续计算，至软弱土层中所取规定厚度Az的计算沉降量满足上式为止。b(m)22b44b8Az(m

16、)11。列举出影响基底压力分布规律的因素。答：有基础刚度、荷载及土性等。12什么是基底附加压力计算基底附加压力有何工程意义答：建筑物建造前，土中早已存在自重应力，基底附加压力是作用在基础底面的压力与基底处建前土中自重应力之差，是引起地基附加应力和变形的主要因素。13何为有效应力研究有效应力有何工程意义答：饱和土是由固体颗粒构成的骨架和充满其间的水组成的两相体，当外力作用于土体后，一部分由土骨架承担，并通过颗粒之间的接触面进行应力的传递，称为有效应力。另一部分则由孔隙中的水来承担，水虽然不能承担剪应力，但却能承受法向应力，并且可以通过连通的孔隙水传递，这部分水压力称为孔隙水压力。土的变形（压缩）

17、和强度的变化都只取决于有效应力的变化。引起土的体积压缩和抗剪强度发生变化的原因，并不是作用在土体上的总应力，而是总应力与孔隙水压力之间的差值有效应力。孔隙水压力本身不能使土发生变形和强度的变化。这是因为水压力各方向相等，均衡的作用于每个土颗粒周围，因而不会使土颗粒移动，导致孔隙体积的变化。它除了使土颗粒受到浮力外，只能使土颗粒本身受到静水压力，而固体颗粒的压缩模量很大，本身压缩可忽略不计。另外，水不能承受剪应力，因此孔隙水压力自身的变化也不会引起土的抗剪强度的变化，正因为如此，孔隙水压力也被称为中性压力。14什么是基底压力答：建筑物的荷载是通过自身基础传给地基的。基底压力是作用于基础底面上的荷

18、载效应它与荷载的大小和分布、基础的刚度、基础的埋深以及地基土的性质等多种因素有关。15何为饱和粘性土的渗透固结试说明固结过程中土中应力的转换过程（即渗透固结过程与有效应力原理的关系）。答：饱和土在压力作用下随土中水体积减小的全过程，称为土的固结。在饱和土的固结过程中任意时间t根据平衡条件，有效应力b与超孔隙水压力u之和总是等于总应力通常是指作用在土中的附加应力b，即zb+U=bz由上式可知，当在加压的那一瞬间，由于U二u=b，所以b=0，而当固结变形完全稳z定时，则b=b，U=0。因此，只要土中孔隙水压力还存在，就意味着土的渗透固结变z形尚未完成。换而言之，饱和土的固结就是孔隙水压力的消散和有

19、效应力相应增长的过程。16地基变形按其特征分为哪几种其定义是什么答：分为瞬时沉降、固结沉降和次压缩沉降。瞬时沉降是紧随着加压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。固结沉降是由于在荷载作用下随着土中超孔隙水压力的消散，有效应力的增长而完成的。次压缩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。17地下水位的变化对土的自重应力有何影响当地下水位突然降落和缓慢降落时，对土的自重应力影响是否相同为什么答：当地下水位在地基持力层中上升，使土的有效自重应力减小，

20、反之，当地下水位在地基持力层中下降，则土中有效自重应力增大。地下水位突然降落时，由于土还未来得及反应，地基的附加沉降不会发生，而当地下水缓慢降落时，地基土会由于有效自重应力增大而出现附加沉降。18有两相邻刚性建筑物，建于均质地基上，基底压力均匀分布，若两建筑物同时兴建，试问两建筑物是否会同时沉降，为什么各向什么方向倾斜若其中一个建筑物先建，经很多年后再建第二个建筑物，两建筑物的倾斜方向有无改变，为什么答：两建筑物同时修建时，两基础底部各自的附加压力会使地基产生变形，所以，两建筑物会同时发生沉降。由于两基底中心间产生的附加应力之和要大于在两基底中心以外部分的附加应力之和，因此两建筑物向两者中间即

21、内侧倾斜。若其中一个建筑物先建，经很多年后，再建第二个建筑物时，后建的一个建筑物会向中心以外即外侧倾斜，因为第一个建筑物沉降时使其基底中心处以下的土密实，而周围的土的密实度逐渐减小，所以第二个建筑物沉降时会产生不均匀沉降，倾斜于土质较软的一侧。19高层建筑物经常由主楼和裙房组成，如从沉降的角度考虑，应先施工哪一部分比较合理，为什么答：从沉降的角度考虑，应先施工主楼，后建裙房。若先建裙房，然后使主楼和裙房结为一体，则由于主楼的沉降较裙房要大，必然会在两者之间产生不均匀沉降裂缝，这是建筑物的应该避免的。20为了减少建筑物不均匀沉降的危害，常采取那些工程措施，这些措施都有什么特点答：1.采用桩基础或

22、深基础。2.人工加固地基。3.采用建筑、施工措施，是最简单且省钱的办法。三、判断题土中附加应力计算公式为b二kp，因此建筑在同样的地基上，基础附加应力p相同TOC o 1-5 h zz00的两个建筑物，其沉降值应相同。（*）在任何情况下，土体自重应力都不会引起地基沉降。（x）x）3地基土受压时间愈长，变形愈大，孔隙水压力也愈大。3)4地下水位下降会增加土层的自重应力，引起地基沉降。5绝对刚性基础不能弯曲，在中心荷载作用下各点的沉降量一样，所以基础地面的实际压力分布是均匀分布的。(X)6.密砂在剪应力作用下体积要膨胀，因此在不排水条件下测得的孔隙水压力系数A1/3。(V)7在固结理论中土应力应变

23、关系是非线性弹性模型。(X)四、计算题1.土层分布如图，计算土层的自重应力，并绘制自重应力的分布图。解：(1)砂土：设V二1，则s1m=VpG=2.65gs1s1ws1m=wm=0.1*2.65=0.265gw11s1mw1w1pw二0.265cm3V=w1v1Sr0.2650.379二0.699cm31VVm一VpsisiwV+Vs1v12.65-11+0.699g二9.71KN/m32）黏土则m=VGp=2.70gs2s2s2wm=wm=0.2*2.70=0.54gw22s2m+mV=s2w2-2p2.7+0.5418.4/10=1.76cm32.7-11.76=9.66kN/m32某粉土

24、地基如图，测得天然含水量w=24%，干密度P二1.54t/m3，土粒比重dG二2.73，地面及地下水位高程分别为及30.00m，汛期水位将上升到35.5m高程。试求s高程处现在及汛期时的土的自重应力。当汛期后地下水下降到高程（此时土层全以饱和状态计）、25.00m处的自重应力是多少解：V=1，m=VGp=2.731sssswm=wm=0.24*2.73=0.655twspd273二1.772m31.542.73-11.772g=9.8kN/m32.73+0.6551.772g=19.1kN/m3汛期水位粉土现在水位细砂Y二Y+Y二19.8kN/m3satw现在的自重应力b二19.1*5+9.8

25、*5二144.5kPa,c汛期时的自重应力b二9.8*10二98kPac地下水下降后b二19.8*5+9.8*5二148kPa3-图所示基础基底尺寸为4mX2叫试求基底平面平均压力P和Pmax及Pmin，绘出沿偏心方向的基底压力分布图。解：基底平面平均压力为P=FAGA4m=125kN/m2MNPmaxminNMIA_W840*2X42381c/x2x426=105I44.63=149.63kN/m360.37N=G+ZF=20 x4x2+680=840kNM=（工F）x0.35=680 x0.35=238kN-m2382=0.28mo=260kPa1m所以该点未剪损。3.某饱和土样做三轴固结

26、不排水剪切试验，测得剪切破坏时大主应力o、小主应力o3和超孔隙水压力u,如下表所示，试用有效应力法和总应力法确定c、g及c、p。解：（1）将o1、o3代入粘性土的极限平衡条件=otan2f45o+劭+2ctan45o+工得方程组2丿2丿o(kPa)1145223o(kPa)360100u4159145=60tan2(45o+p/2)+2ctan(45o+p/2).223=100tan2(45o+p/2)+2ctan(45o+p/2)解得申=18.79。，c二.将有效应力o1=o1_u、o3=o3_u代入极限平衡条件得104=19tan2(45o+p/2)+2ctan(45o+p/2)164=4

27、1tan2(45o+0/2)+2ctan(45o+p/2)解得申二27.61o,C二15.80kPa。对某饱和土试样进行无侧限抗压试验，得无侧限抗压强度为160kPa,如果对同种土进行不固结不排水三轴试验，周围压力为180kPa，问总竖向压应力为多少，试样将发生破坏解：总竖向压应力为二+AQ二180+160二340kPa时，试样发生破坏。1315-某中砂试样，经试验测得其内摩擦角二300，周围压力3二150kPa，若垂直压力1达到200kPa时，试问该土样是否破坏。解：由于二200tan2&+叫2丿=150*tan2600=450kPa此试样不破坏。6-已知某土样的宀25kPa，心290，3二

28、200kPa，Ar0.2求1等于多少时正好达到极限平衡解：u二A(一)二0.2(-200)f131=一u=0.8+40111=一u=240一0.2331将1，;，c“代入极限平衡条件=tan2450+2ctan45。+】解得2丿132丿=17.某条形基础，底宽2.0m，埋深d=1.0m，承受铅直均布荷载250kPa，基底以上土的重度为m3，地下水齐平基底，饱和重度为20kN/m3，地基土强度指标c=10kPa,（p=25。，试用太沙基极限承载力公式（安全系数K=2）来判断是否稳定。解:根据题意c=10kPa,p=25o，丫=丫-Y=20一10=10kN/m3,b=2.0m，satwd=1.0m

29、，q=yd=18.5x1=18.5kPa查得N二24.9,N=12.5,N二10cqYp=cN+qN+(1/2)ybNucqY=10 x24.9+18.5x12.5+(1/2)x10 x2x10=580.25kPa地基容许承载力0=p/k=580.25/2=290.125kPau而地基承受的均布荷载p=250kPa对于坚硬的粘性土地墓剪切破坏的型式対（）A養体剪切破坏B局部剪切破坏C冲剪破坏D剌入剪切破坏当挡土墙后土体达到主动极隔平衡状态时，滑动破坏面与水乎面之问的夹帝为D90fl-q）通常情况下地下室外墙承受的疑（人A主动土压力B被动土压力C静止土压为D侧面土压力1氛沉降计算经验系数与（）有

30、关.A压缩模量按附加应力面积的加权平均值B压缩模撮按土层厚度的加叔乎均值C变形撲蠢技附加应力面积的加权平均值D变形模董按土层厚度的加权乎均值14、用规范法计算基础菰降时，地娃压缩层厚度用（确定.A应力比法B变形比法C应变出迭D目重应力土附加应力的比値15、饱和粘性土的UU试验的结果是（人BAxf=BTf=0.5（6CTf=问灯DTf=（Gi三.简答题U朗借土压力理论的四点基本假设量什么？2、压缩栗数与压缩摸量有何关系？何为土的摄限平衡条件？4、如何根据塑性將数划分粘性土？5、计算基础沉降的分层总和法与规藕法有何区别?四、名词解释k杭性指数2、固结度氛主动土压力4、地基极限荷载5、前期固结压力五

31、、已知甲、乙两个土样的物理性质指标如下；土样*1(%)wp(%)呎)1必甲1L30112152+70100乙9662.68100问下列结论中哪几丰是正确的？为什么?结论甲比乙含有更多的粘粒30Q05nwn的颗粒人甲比乙具有更大的天無垂度。甲的干重度大于乙。囲甲的孔隙比大于乙亠六、某饱和粘土层，厚伽,顶面和底面均为透水搓，粘土层的压缩模量为3MP呂,竖向固结系数为12mVyr,论和粘土层在自匿作用下己经完成固结，当在其顶面施加连续大面积均布荷载为40kPa时，试求：(1)加荷J年后粘土层的变形？Pl/4Pl，3CP，pl/3Pl/3Pl5、土的天然含水量增大（）随之增大A塑限B液限C液性指数D塑性指数乩表示粘性土结构性擋