土力学试卷地质05级-参考答案

2007-2008学年第一学期土力学期末试（地质工程专业05级学 专 成绩一、概念题（共15分1、孔隙率（3分答：土体中孔隙的体积与土的总体积之比。用公式表nV

12、有效应力（3分答：土体中由土颗粒骨架所承担的那部分应力，等于总应力减去孔隙水应力即'u3、渗透系数（3分即vki中i=1时的v对应着渗透系数4、安全系数（3分答：整个滑动面上的平均抗剪强度与平均剪应力之比来定义成土坡安全系F 5、地基承载力（3分答：是地基所能够提供的承担外部荷载的能力，地基承载要由：静荷载实验或者原位试验，规范查表方法和理论公式来确定。二、回答题（共36分1、土中主要粘土矿物有哪几种？它们在晶体结构和物理力学性质上各有什么特点？（6分）答：主要有高岭石，蒙脱石，伊利石；高岭石是长石风化的产物，由一层四面体和一层八面体相互叠结而成。蒙脱石则为两层四面体中间夹一层八面体组成一个晶胞，晶胞之间的联结力比较弱，水分子极容易进入，故有故联结能力比较强。2、什么叫双电层？影响双电层厚度的因素有哪些？是如何影响的？（6分答：土粒表面的负电荷与受土粒表面影响的阳离子层（反离子层）合起来称为双电层有下列因素影响双电层的厚度：孔隙水中离子浓度。离子浓度越高，双电层越薄。与离子浓度平方根成反离子价数的影响，价越高，双电层越薄，成反比关系温度与溶液的介质常数影响，温度升高，双电层变PHPHPH粒的离解吸附作用越强，因而粘粒的表面电荷密度越大，热力单位也越高，从而影响到双电层的厚度3、什么叫柔性基础？什么叫刚性基础？这两种基础的基底压力分布有什么不同？（6分）答：理论上，绝对柔性没有任何刚度的基础叫柔性基础，刚度无穷大的基础叫刚性基础。工程上对柔性较大（刚度较小）能适应地基变形的基础叫柔性基础。其基础底面压力的分布完全和大小完全和其上的荷载与大小相同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。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变。4、在进行抗剪强度试验时，为什么要提出不固结不排水剪（或快剪，固结不排水剪（或固结快剪和固结排水剪（或慢剪等三种方法？对于同一种饱和粘土，当采用三种方法试验时，其强度指标相同吗？（6分）答：土体的抗剪强度和土体的固结程度和排水条件有关，对于同一种土样，即使剪切面上具有相同的法向总应力，由于土的固结程度和排水条件不同，它的抗剪强度也不一样。对于同一种饱和土，当采用三种方法时候，强度指标是不一样的。就三轴实验而言ccc'u慢剪能得到cd,ccd总应力指标

5、什么是超固结土、正常固结土和欠固结土？它们的压缩性和剪切性状有什么不同分 答：OCR>1，为超固结土；OCR=1为正常固结土；如果土在自重应力p0作用下没有完全固p'p 压缩性：欠固结土>正常固结土>超固结土剪切性状：因为欠固结土也属于正常固结土，所以它们具有相同的剪切形状，即剪切的时候会发生剪缩和产生正的孔隙水应力。超固结土分为强超固结土和弱超固结土，弱超固结土在剪切的时候，和正常固结土一样，体积剪缩，产生正的孔压，但是孔隙水压力要比正常固结土要小；强超固结土在剪切过程中会产生剪胀效应和产生负的孔隙水应力。6、地基破坏形式有哪几种？各自会发生在何种土类地基？按理论公式确定的承载力只适用于哪种破坏型式？（6分）答：地基破坏有三种形式，分别是：整体剪切破坏，局部剪切破坏，冲剪破对于较坚硬的或密实的土，具有较低的压缩性，通常呈现整体剪切破坏，软弱土或者松砂土地基，发生局部剪切破坏或者冲剪破坏。按照理论确定的承载力适合于整体剪切破坏三、应用题（共49分）（注：计算中w取为1.0g/cm3，g取为1、某饱和土层厚5ｍ，其饱和渗透系数为20×106cm/s，土粒Gs=270。在加荷前测得该层土的密度d1=18gcm3；在地表大面积加载后，该层竖向附加应力为p=500ka，压缩稳定后，测得密度d2=1.89g/cm3加荷后该土层会产生多大沉降量？（5分该土层压缩模量是多少？（4分试计算加荷后该土层达到固结度为80%所需要的时间。注：固结度80%时的时间因Tv=0.6。(5分

1

1.8e1

1

1.89e2Se1e2H23.6cm1e1方法2：根据前后的干土质量不变，设加载后的土层厚度为SHh方法1

e1e20.00014kPa1E1e1s方法2：根据压缩模量的定义，

zzz

S

10.7103av由

Cvt0.6，单面排水时，得t714285s或者t8.27dH2与抗滑力矩（考虑渗透力作用，用替代法。其中R=100m，=30°，h1=3m，h2=2m，h3=1m，b=5m，浸润线以上土=18kN/m3，以下 =20kN/m3，=18°，c=10kPaαRbαRbh3解：对于0的土坡，由库仑-强度理论知道，需要计算滑动面上各点法向应力n，h3用替代法计算结果如下：lbcos抗滑动力矩 3滑动力矩3M

)bRsin2.61043、某基坑开挖深度为6m，拟采用板桩+单支撑型式结构进行围护，桩长初步拟定为9坑施工时周围交通、人群及机械等按地面超载20ka计算。图1为基坑地质剖面图，水位正好在砂土层和粘土层界面处，各土层部分基本物理性质指标见表1。表 各土层部分基本物理性质指土层名天然密土粒塑液根据表1计算粘土层土的饱和重度、干重度、含水率、塑性指数和液性指数。（5分当图中测压管水位超过基坑底面多高时，粘土层会发生流土？（6分在粘土层中心取样，做无侧限压缩试验，测得无侧限抗压强度qu=40kPa；做固结不排水剪试验（CU）3=100kPa，测得该土样破坏时(13)f=85kPaAf=0.8。设该粘土为正常固结土，则该土的cu、cu、ccu、c各为多少？（8分）设砂土层c=0kPa，=22°，粘土层强度指标按第3问结果取值，不考虑渗流的影响请计算基坑开挖后围护结构上所受压力。（8分0m0mh-- -解：（1）粘土层位于水位以下，所以饱和sr饱和重度

gg19.6kN/m由Gse1.96得e0.771e干重度g Gsg15.3kN/m3 1

w

1IPwLwP液性指数 wwP P（2）当总应力等于孔隙水压力（包括静孔隙水压力，和超静孔隙水压力）的时候，粘土层会发生流土即：u'u（3）Aqu=40kPa所以cu0.5quB．CU实验中，正常固结土的ccuc均为

tg245cu2

tg2

A(

3

)，u

31' uf117kPa，'3 uf1'基坑外侧为主动土压力，内侧为土压力。计算参数：粘土的指标分别取c'0,'2 )0 kp1tg2(452)2ea

粘土ka2tg2(452'基坑外侧的主动土压'qka1200.45

tg2(45 ) ea1上(h1q)ka1(17.6920)0.4580.28kPaea1下(h1q)ka2 48.2kPaa a总的土压力

2q)ka2Ea0.5(ea0ea1上）h10.5(ea2ea1下）h2557.9kNP0.5h245kN w基坑内侧的土压力ep0ep1上h1kp117.632.2116.2kPaep1h1kp217.633.66193.25kPa (h1'h 17.633.669.633.66298.66p p总的土压力Ep0.5(ep0ep1上）h10.5(ep2ep1下）h2912.2kNP0.5h2