高土复习笔记

第一部分：1、 课后第一题2、 在直剪、单剪、环剪试验中，试样的应力和应变有什么特点？应力状态如何？（图略）答：直剪：因其破坏面是人为确定的，实验中的应力和应变不均匀且相当复杂，试样内点应力状态和应力路径不同。在剪切面附近的土单元上的主应力的大小是变化的，方向是旋转的。在初始状态，剪切面土单元和其他单元一样是Kq应力状态，即。°=犬。。^=K0C1。在剪切破坏时，剪切面附近土单元主应力大小和方向决定于强度包线。由初始莫尔圆变化到破坏时与强度包线相切的莫尔圆，若不计剪切面面积因位移而减少，破坏面上的正应力。保持V不变。单剪：因为没有明显的应力应变不均匀，试样内所加的应力被认为是纯剪。加载过程中，竖直应力b和水平应力bj保持不变，两个面上的剪应力不断增加。应力莫尔圆圆心不变，v h直径逐渐扩大，直至与强度包线相切。值得注意的是其水平面和竖直面都不一定是破坏面。环剪：因为试样是环状的，剪切沿着圆周方向旋转，所以剪切面的总面积不变，特别适用于测量大应变后土的残余强度和终极强度，这种情况下，可以用一个试样完成几种正应力下的剪切试验。3、 试结合土的压缩试验给出压缩系数、压缩模量、压缩指数、膨胀指数、固结系数的定义式，并阐述其意义及应用。（图P241）土的侧限压缩试验中土的压缩性指标:指标公式物理意义应用压缩指数aVe-e Ae气—P-p=Ap2 1单位有效压力变化时空隙比的变化体积压缩系数mVA am，-&T=1+Ve1单位有效压力变化时土的体应变或空隙率的变化压缩模量EsE=—=^P-smAsV z有效压力增量与垂直应变增量之比压缩指数Cc（再压缩指数Ce，膨胀指数Cs）C=~e^=-=c1gP2-1gP1 Allgp)初始加载时e〜1gp曲线的直线段的斜率，（Ce为膨胀时e〜1gp曲线直线段的斜率）固结系数CV八myVw反映土固结快慢的指标，可由e〜1gt曲线求得。次压缩系数CaAe e一eCa=AGg')1g(42tce〜1gt曲线次压缩段直线的斜率，其中t和tc分别为加一级载荷增

量后经历的时间和主固结完成的时间。先期固结压力"土体在其历史上经受过的最大垂直有效压力4、静力三轴试验能实现哪些应力路径，原理如何？答：静力三轴试验能够实现的应力路径及原理：（图P4）各向等压（静水压缩）（HC:Hydrostaticcompression）试验在三轴压力室中用静水压力通过橡皮膜向试样施加围压，试样处于三向等压应力状态。常规三轴压缩(CTC:conventionaltriaxialcompression)试验在一定围压下对试样先进各向等压固结（HC），然后保持围压不变，增加轴向应力直至破坏；b=0，0=-30°三轴伸长(CTE:conventionaltriaxialextension)试验试样先在初始围压下各向等压固结，然后保持轴向应力不变，增加围压，试样被挤长；b=1，0=30°平均主应力p三轴压缩（TC）试验三向等压固结，之后增大轴压，定量减小围压；b=0，0=-30°为常数三轴伸长（TE）试验三向等压固结，之后增大围压，定量减小轴压；b=1，0=30°减压三轴压缩（RTC）试验三向等压固结，之后保持轴压不变，减小围压；b=0，0=-30°三轴伸长（RTE）试验三向等压固结，之后保持围压不变，减小轴压；b=1，0=30°等比加载(PL:proportionalloading)试验b,qc=aqjyc=k，该比值一般不小于1。静水压缩试验和固结试验是最常见的等比加载试验。5、什么是单向（侧限）压缩试验？什么是三轴试验？试结合单向或三向固结试验和常规三轴压缩剪切试验，阐述土的变形（剪应力-应变关系及剪应力--体积变形特性）与强度特性。答：侧限压缩试验也称单向压缩试验，所确定的土的应力应变关系曲线一般表示为曲线e〜p，e为孔隙比，p为施加的竖向压力。由于第一主应力和第三主应力之比为常量，所以不会发生破坏。结果通常用一个参数（压缩模量Es或压缩系数av）就可表示。主要用于地基沉降计算的分层总和法和固结实验中，用以确定压缩量和时间的关系，得出粘性土的固结系数cv。该试验不能揭示土的应力-应变-强度关系的全过程及土的一般受力特性，但仍是土力学最基本试验之一。三轴试验是测定土的抗剪强度的一种较为完善的方法，对应于直剪试验的快剪、固结快剪和慢剪试验，三轴试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件可以分为不固结不排水试验、固结不排水试验和固结排水试验。该试验能够较为严格地控制排水条件，可以测量孔隙水压力的变化，不排水条件下还可以测量超静空隙水压力。试验中应力状态比较明确，破裂面在最弱处，而不像直剪试验那样在上下盒之间。可以完整反映试样受力变形知道破坏的全过程，既可以做强度试验，又可以做应力应变关系试验。还可以模拟不同工况，进行一些不同应力路径的试验。6、 真三轴试验和空心圆柱扭转试验有何异同？答：真三轴试验：试样为长方体或立方体形状，可以在三个方向上独立施加主应力，并且大中小主应力可以在三个方向上自由转换，能够做到大约30%的均匀应变而不会使边界互相干扰；但是其刚性边界容易造成应力分布不均匀，刚性加压板对于破坏时试样剪切带的形成和观察都会造成影响。空心圆柱扭转试验：试样为圆筒形，在独立施加内压、外压、轴向荷载和扭矩时，可以变化Qr、。0、bz、T&四个应力变量，也就是可以独立变化三个主应力的大小并在一个方向上变化主应力方向，从而实现主应力方向的旋转;但是空心圆柱沿径向的应力分布不均匀，只有试样厚度和直径相比很薄时这种不均匀性才可以忽略，同时由于两端施加扭矩会有一些齿嵌入试样保证试样帽和试样间不滑动，致使沿长度方向的剪应力，d分布也很难均匀，这tr要求试样的长度要合适。（同：在主应力不旋转时，它可以像真三轴仪一样进行不同应力路径的真三轴试验。）7、 离心模型试验原理如何？答：离心机模拟法模型试验是利用离心力场提高模型的体积力，形成人工重力。L当原型尺寸与模型尺寸之比为n（＞1）时，离心机加速度为吃=-L^S=%，其中Lpm为原型尺寸，Lm为模型尺寸，g为重力加速度。这样在保证原型和模型几何相似的前提下，可保持它们的力学特性相似，应力应变相同，破坏机理相同，变形相似。这对于以重力为主要载荷的岩土工程问题十分适用。8、 说明围压Qc、土的粒径气。、土的级配和橡皮膜的厚度对于三轴排水试验的膜嵌入效应各有什么影响？答：三轴试验在体变和孔压测量上，需要测量水的体积的变化获得试样体积的变化。对于粗粒土，压力室的压力会使橡皮膜嵌入试样表面，形成麻面，产生膜嵌入影响。围压Q:对于均匀的粗粒土，在围压变化的情况下，膜嵌入可使测量的试样体积压缩c量偏大。这与试样的密度、颗粒尺寸、形状、土的级配都有关系，此外还受膜厚度和其模量、围压的变化影响。例如，对于常规三轴压缩排水试验，因为围压Qc=Q3不变，所以膜嵌入对剪切过程体积测量影响不大，而对于三轴不排水试验，因为有效围压随着孔压的变化而变化，膜嵌入对孔压的测量有较大影响。土的粒径d:土的粒径决定了试样孔隙的大小，土的粒径增大，由此孔压变化导致的50膜嵌入量变化增大，相当于试样部分排水摆动范围增大，因而测量的孔压绝对值将更明显地趋小。土的级配：土的不均匀系数Cu小，土的颗粒均匀，膜嵌入对体变的影响稳定，相对可控；Cu增大，土颗粒不均匀度增加，膜嵌入对测量的影响越复杂。橡皮膜的厚度：橡皮膜越厚，发生膜嵌入越困难，膜嵌入对测量结果的影响越小。一一

但是橡皮膜太厚，可能因为橡皮膜体变对结果有影响，，，，9、 论述土的应力应变关系的特性及其影响因素。答：土的应力应变特性主要表现为：韭线性、剪胀性、应变硬化（软化）、压硬性（变形模量随围压增大而提高）、变形的理塑性、减载体缩、各向异性、结构性、流变性。主要的影响因素是：应力水平（stresslevel），应力路径（stresspath），应力历史（stressTOC\o"1-5"\h\zhistory）（郭莹认为主要对于粘性土而言）。 3S10、 论述Duncan-Chang双曲线非线性应力应变模型、E-B模型中下列物理量或参数的意义或定义及确定方法。（1）E、K、n；（2）Rf；（3）B、k^、m邓肯-张双曲线模型： ①常规三轴压缩试验中， 一^〜8近似呈线性关系：b—。 11 38 7一一=a+b8，其中a、b为试验常数，分别为截距和斜率。b-b 11 3同样在常规三轴压缩试验中，由于db2=db3=0，所以切线变形模量为E=*1"1=一a_[；在试验的起始点，8=0，E=E，即E.为起始变形模量，td8 \a+b8力 1tii1 1大小等于a的倒数：E=1oia如果81-8，则有极限偏差应力（b1-b3）uit=1或者b=.二），即斜率b为双1 3ult曲线的渐近线所对应的极限偏差应力G]-b3，it的倒数。在土试样中，若应力应变曲线近似为双曲线，则根据一定的应变值（如81=15%）来确定土的强度\b-b）；对于有峰值的情况，则取G-b）=（b-b）。这样有1 3f 1 3f13峰\b-b）<（b-b），可以定义破坏比R=\b1b3）f。1 3f1 3ult f\b-b） ... （b\n一.土在三轴试验中，初始模量E与围压b满足关系：E=Kpr，其中K、ni3i5>为试验常数，Pa为大气压，与b3量纲相同。（描述了土的（初始）变形模量随围压提高而提高的现象，即土的压硬性。）在lg~lg提高的现象，即土的压硬性。）在lg~lg坐标中，图像近似为直线，K和n分别代表直线的截距和斜率。Sum：E=Sum：E=Kp1_RfGi—b3)1—sin甲)-2ccos中+2bsin中3 J即切线变形模量的公式中共包含5个材料常数，K,n,中，c,Rf。切线泊松比公式略卸载-再加载模量公式略邓肯等人的E-B模型：①切线变形模量E确定式与双曲线模型相同。t②体变模量B代替泊松比vt:B=3G\）m，其中m，其中Kb试验表明，B与b3的关系在双对数坐标中近似为直线，B=Kbpa和m是材料常数。在和m是材料常数。在lg~lg坐标中，气和皿分别为直线关系的截距和斜率。11、绘图说明土的刚塑性本构模型、弹性-完全塑性本构模型、增量本构模型表现的应力应变关系有何区别。（图略P62）答：在太沙基建立土力学学科之前的经典土力学中，所用的塑性理论基本上都是刚塑性理论和弹性-理想塑性理论。前者在达到屈服条件之前不计土体的变形，一日应力状态达到屈服条件，土体的应变就趋于无限大或者无法确定；后者则认为在土体应力达到屈服之前是线弹性应力应变关系，一旦发生屈服，则旱理想塑性，也就是应变趋于无限大或无法确定。这两种塑性理论中屈服和破坏具有相同的意义。其屈服准则可能是莫尔-库伦（Mohr-Coulomb）准则、米泽斯（Mises）准则、或特雷斯卡（Tresca）准则及它们的广义形式。这些经典塑性理论模型长期用于分析和解决与土的稳定有关的工程问题（地基承载力问题、土压力问题、边坡稳定问题等）。共同特点是：只考虑处于极限平衡（塑性区）条件下或土体姓于破坏时的极限条件下的情况，而不计土体的变形和应力变形过程。增量弹塑性理论模型:假定土的总应变及其增量可分为可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形两部分，即£=£e+£P，d£=赤e+赤P，其中£e和&e可用弹性理论中比较ij ij ijijij ij ijij简单的形式确定，而塑性应变增量&§则需要用塑性应变增量理论来推求。

+d耳］刚塑性rigid-plastic图2—35几种塑性模型+d耳］刚塑性rigid-plastic图2—35几种塑性模型增量弹塑性一incrementalelastic-plastic弹性一完全塑性elastic-perfectlyplastic不同塑性模型的应用1） 刚塑性理论-极F艮平衡法：刚体滑动法、各种条分法、滑移线法（不计变形，不计过程刑2） 弹-塑性理论：在一定范围为弹性，超过某一屈服条件为塑姓变形“数值计算中出现“塑性区”.3） （增量）弹塑性理论模型：一开始就是弹塑性变形同时发生，屈服面不断发展.增量形式塑性剪应变土力学中常用的应力应变关系表示成弹性:非线牲弹性塑性增量形式塑性剪应变土力学中常用的应力应变关系表示成弹性:非线牲弹性塑性12、试述弹塑性模型的一般原理。答：增量弹塑性本构模型：假定土的总应变及其增量可分为可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形两部分，即£=£e+£P，d£=赤e+赤P，其中£e和J8e可用弹性理论中ijijijijijij ij j比较简单的形式确定，而塑性应变增量d£p则需要用塑性应变增量理论来推求。ij塑性应变增量理论包括：屈服准则：材料是否发生塑性变形的准则，几何表示为屈服面或屈服轨迹，解析表示为以塑性应变为内变量的屈服函数，用以判断弹塑性材料被施加一应力增量后是加载、卸载，还是中性变载（在屈服面上，加载时d£P和d£e都会产生，卸载时只产生d£e）；流动规则（正交定律）：用以确定塑性应变增量的方向，或塑性应变增量张量的各个分量间的比例关系。塑性理论规定塑性应变增量的方向由应力空间的塑性势面g决定：在应力空间中，各应力状态的塑性应变增量方向必须与通过该点的塑性势面相垂直（实质上是假定在应力空间中的一点的塑性应变增量的方向是唯一的，即只与该点的应力状态有关，而与8g施加的应力增量的方向无关：d£p=办严）。ij 8bij塑性势函数（g（..,H）=0）与屈服函数一样也是应力状态的函数。根据德鲁也假说，对于稳定材料ded£p>0，d£p必须正交于屈服面才能满足，且屈服面也必须外凸。就是说塑性势面g与屈服面f必须重合（f=g），这称为相似应的流动规则或相关联的流动规则（满足经典塑性理论要求的材料稳定性，能保证解的唯一性，其刚度矩阵对称）。硬化规律：用以计算一个给定的应力增量引起的塑性应变的大小。（一般情况下，增

量弹塑性模型中的d人可根据屈服准则、流动规则、硬化定律来推导。）13、Duncan-Chang模型有何主要特点？答：邓肯等人的双曲线模型：优点：①可以反映土变形的非线性，并在一定程度上反映土变形的弹塑性；②建立在广义胡克定律的弹性理论基础上很容易被工程界接受:③所用参数和材料常数不多、物理意义明确，只需用常规三轴压缩试验就能确定这些参数及材料常数，适用的土类较广。缺点：是建立在增量广义胡克定律的基础上的变模量的弹性模型，由于基础理论的限制，不能反映不同应力路径的影响，不能反映土的剪胀性，，，——注意：一般只能使用。3为常数（即da3=0）的常规三轴压缩试验确定模型参数（除CTC试验以外，其他的一些试验中。「a3和"之间的关系也可以用双曲线来描述，但是其斜率却不一定就是切线变形模量E=d'「七））；t d&i饱和土的三轴不排水试验可以用来确定总应力分析时的Duncan-Chang模型的参数，但切线泊松比vt=0.49不变；如果用以进行有效应力分析时，不排水三轴试验确定的模型参数则不能使用。同样用CTE、TE、TC、RTC、RTE三轴试验也不能直接确定这个模型的参数。14、何谓正常固结土的物态边界面？何谓超强固结粘土的完全物态边界面？示意绘出完全物态分界面，说明有哪几个面构成？（大概了解一下剑桥模型）答：①对于正常固结粘土，P'、q'和u三个变量间存在唯一性关系，所以在P'-0-u维空间中形成一个曲面，称为物态边界面（stateboundarysurface）或罗斯柯（Roscoe）面，1+2a3），u=1+e。它以等压固结线（或正常固结线，1+2a3），u=1+e。1——p'=*-a3，q'=3

、②完全的物态边界面：0T：零应力线（无拉应力）；TS：超固结土的强度线-Hvorslev面；CS：v=常数的Roscoe面——包括了正常固结土、重超固结土的可能的（极限）应力状态。③p,-q'-u三维空间中的完全的物态边界面：SS:临界状态线；NN：正常固结线；vvTT:零拉应力边界面；TTSS：伏斯列夫面；SSNN:罗斯柯面。15、土的屈服、强度、和土体的破坏的差异？（P115-116）答：①破坏：土试样在一定的应力状态和其他条件下，失去稳定（应变软化或断裂）或者发生过大的应变（完全塑性或应变硬化）。强度：土在一定条件下破坏时的应力状态。从变形的角度看，土的强度就是土处于某种应力状态，在这种应力状态下：对于应变硬化和完全塑性的情况，微小的应力增量就可以引起很大的或者不确定的应变增量；对于应变软化或断裂的情况，微小的应力增量就可以使土体丧失稳定。但有时，土的强度的定义与土表观的“破坏”并不一致，如土的残余强度、砂土不排水情况下的流滑等。同时，土的破坏和强度的确定确实存在一些人为因素。定义破坏的方法是破坏准则，基于应力状态的复杂性，破坏准则常常是应力的组合。土的强度理论是揭示土破坏机理的理论，它也可以用一定的应力的组合来表示。这样，强度理论和破坏准则的表达式常常是一致的。屈服：土的屈服和破坏不是同一概念：对于刚塑性应力应变关系和弹性--完全塑性应力应变关系，土的屈服意味着破坏；对于弹塑性应力应变关系，屈服并不等于破坏。此外，对于刚塑性和完全塑性模型，一个边值问题的土体（如地基）中部分土体达到其强度（或者发生屈服），只能说这部分土体达到了极限平衡条件（或进入了塑性区），整个土体或者其相邻的结构不一定破坏。这时，塑性区土体的变形由与其相邻的弹性区边界条件决定。So：对于试样：土的屈服与强度（破坏）并不是完全一致的概念，它与人们所选择的理论模型有关；对于土体：土体的破坏又与边值问题的具体边界条件有关。16、三种经典强度准则是什么？各有何特点？说明三种强度准则破坏面的空间形状，并在n平面中示意绘出三种准则的破坏面形状。（图P161）答：莫尔-库伦（Mohr-Coulomb）准则（在主应力空间为一个不规则六棱锥体的表面，在n平面上的截面为不规则六边形）、米泽斯（Mises）准则（在主应力空间是一个圆柱面，在n平面上的轨迹是一个圆周）和特雷斯卡（Tresca）准则（在主应力空间为一个正六棱柱面，n平面上的断面是正六边形）及它们的广义形式（分别为正圆锥体的面、正六棱锥体的面）。讨论：米泽斯（Mises）准则和特雷斯卡（Tresca^则都没有反应平均主应力p对土抗剪强度的影响。其广义形式虽然考虑了平均主应力p对抗剪强度的影响，但这个影响并非是破坏面上正应力对该面上的抗剪强度的影响。特雷斯卡（Tresca）准则是最大剪应力准则，米泽斯（Mises）准则是最大八面体剪应力准则，这两个强度准则与土的摩擦强度是不一致的。矛盾最突出的点是:三轴压缩和三轴伸长应力状态用这两个准则预测在同一n平面上土的抗剪强度相等，这是不对的。注：对于广义米泽斯（Mises）准则和特雷斯卡（Tresca）准则，将有一个主应力为拉应力（＜0）。莫尔-库伦（Mohr-Coulomb）准则描述了剪切面上剪应力与该面上正应力的关系，表现了土作为散体材料的摩擦强度的基本特点，是比较合理的。但是它假设中主应力对土的抗剪强度没有影响，强度包线常常被假设成直线，及内摩擦角为常数，与围压无关，这些近似一般不会引起大的误差，但是当应力水平很大时，可能误差会比较大。注：广义米泽斯（Mises）准则和广义特雷斯卡（Tresca）准则在应力空间的子午面（过原点O的平面）上抗剪强度q与平均主应力p之间也是线性关系，同样未能反映在高围压下土的抗剪强度的非线性。莫尔-库伦准则和特雷斯卡准则在口平面上存在不连续的角点，这在数字计算中不太方便。旧1旧117、地基液化的原因、条件、主要的影响因素和造成的危害？答：地基液化：饱，和的疏松粉十.、细砂土在振动作用下突然破坏而旱液态的现象。原因：饱和的疏松土、细砂土或亚粘土在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受从土骨架转向水，由于粉、细砂土的渗透力不良，空隙水压力会急剧增大，当空隙水压力增大到总应力值时，有效应力就降到0，土颗粒悬浮在水中，土体即发生液化。条件：饱和疏松的粉、细砂土，土体渗透力不良；受振动作用的强度较大，持续时间较长；是否发生喷水冒砂还与盖层的渗透性、强度，砂层的厚度和潜水的埋藏深度有关。主要的影响因素：土体本身的饱和度、渗透性，地震、爆炸、机械振动等，尤其是地震引起的范围广，危害性更大。危害：砂土液化后，孔隙水在超空隙水压力下自下而上运动。如果砂土层上部没有渗透性更差的覆盖层，地下水就会大面积溢于地表；如果砂土层上部有渗透性更差的粘性土层，当超孔隙水压力超过盖层强度，地下水就会携带砂粒冲破盖层或沿盖层裂隙喷出地表，产生喷水冒砂现象。液化的砂土抗剪强度和剪切刚度基本消失；喷水冒砂使地下砂层中的孔隙水及砂粒被搬到地表，从而使地基失效；同时地下土层中固态和液态物质缺失，导致地基不均匀的沉陷，使地面建筑物倾斜、开裂、倾倒、下沉，道路路基滑移，路面纵裂。若发生在河流岸边，则表现为岸边滑移，桥梁落架等；强烈的承压水流失携带土层中的大量砂粒一并冒出，堆积在农田中，将毁坏大面积的农作物。判别：对砂土液化的可能性的判别一般分两步进行。首先，根据砂层时代和当地地震烈度进行初步判断：一般认为，对更新世及其以前的砂层和地震烈度低于V度的地区，不考虑砂土液化问题。然后，对已初步判别为可能发生液化的砂层再作进一步判定，方法主要有3种：①场地地震剪应力匚a与该饱和砂土层的液化抗剪强度匚（引起液化的最小剪应力）对比法：当ca>T时，砂土可能液化（其中Ca根据地震最大加速度求得，T通过土的动三轴试验得到）。②标准贯入试验法：原位标准贯入试验的击数可较好地反映砂土层的密度，再结合砂土层和地下水位的埋藏深度做些必要的修正后，查表即可判定沙土液化的可能性。麝合指标法：通常用以综合判定砂土液化可能性的指标有相对密度、平均粒径d50、孔隙比、不均匀系数等。防治：主要从预防砂土液化的发生和防止或减轻建筑物的不均匀沉陷两个方面入手。包括合理选择场地；采取振冲、夯实、爆炸、挤密桩等措施，提高砂土密度；排水降低砂土的孔隙水压力；换土；板桩围封；采用整体性较好的筏基、深桩基等。第二部分：Chap4:1、达西定律的物理意义一一毛细管模型估算土渗透系数的经验公式（不用推导）达西定律揭示了单位面积渗流量q与水力坡降i成正比，比例常数为渗透系数k。毛细管模型：用毛细管代替空隙通道，分析其中的一根毛细管，半径为R，截面积为a，设截面上流速v（r）呈抛物线分布；设在L长度上有水头损失h——水力坡降i=h，渗透力j=Yh/L，L w总渗流力为jV=L兀r2・yh/L=兀®h；du设c为水的粘滞力——对牛顿粘滞流体，c=-n ，门为动力粘度，drdu周边水体阻力ST=2兀rL•!=—2兀rL门dr令阻力等于总渗流力，可得-2ndo=yirdr,w有边界条件r=R，卜°，积分可得半径r处的流速YR2.圆环的流量 dg°=u•2冗rdr，积分得q°= —弟，设单位面积内有m根毛细管，则ma=n，n为孔隙率，单位面积流量为：YR2.

q= ——nitq一 一、YR2So：q与i成正比，比例系数即渗透系数为：k=勺厂n。讨论：对于饱和土，渗透系数k取决于流体的性质q，而q又与温度、介质浓度和水中气泡等因素有关，Yw与可溶性盐含量有关，此外，R和n受土颗粒大小、级配等因素影响，这些都是影响土渗透系数的因素。此外，土颗粒的形状、矿物组成等的影响也不可忽略。2、 渗透系数的影响因素。（第1题讨论部分较好）答：可分为两方面：土骨架（土颗粒的组成、土的状态、土的结构）和流体性质（渗透流体的粘滞系数q和容重y）。w——土颗粒的组成：①粘性土颗粒表面存在结合水和可交换阳离子，渗透系数很低；粘土矿物的片状结构使粘土渗透系数呈现各向异性；②粗粒土影响渗透系数的主要是颗粒的大小、形状和级配。——土的状态：主要是指其密度，一般渗透系数k随孔隙比e减小而减小；——土的结构：对粘性土的影响更大；（）——水的粘滞系数q和容重Y:孔隙水受到的压力、温度和其中电解质的浓度对这两项都w有影响。，，，，，，，3、 达西定律的适用范围。答：达西定律规定土的渗透流速与其水力坡降之间呈线性关系，比例常数为k。这是在流体处于层流和流体的流变方程符合牛顿定律的前提下才成立的。对于大颗粒土，存在大孔隙通道，在高水力坡降下可能会使渗透变成紊流；在粘性土中，水与颗粒表面相互作用可能使流变方程偏离牛顿定律。这分别成为了达西定律适用情况的上、下限。（粗粒土要用雷诺数判断流动状态；粘性土一般情况下基本适用达西定律，但在在较低水力坡降下必须注意是否偏离直线关系。）4、 土的冻胀机理：马丁模型：①粘土颗粒表面的结合水在-°.5°C〜-3°C才会结冰，因此粘土颗粒表面总存在一层未冻水；②溶解有离子的孔隙水结冰温度孔也低于0°C；③冰晶体核的形成需要比孔低的温度，并且在冰晶表面也存在一层未冻水膜，随着温度的降低这部分水膜逐渐冻结到冰晶中。一一这样在冻结区存在很明显的吸力，这种吸力来源于：①冻结时冰晶表面的未冻水膜变薄而产生的吸力；②孔隙水冻结导致离子浓度升高产生的渗透吸力；③细粒土表面未冻水膜的吸力。一一如果地基土中水是一个开放的系统，即地下水可以被毛细吸力源源不断地吸引上升，而且冻结峰面（土冻层下缘）刚好又在毛细影响区，则冻结锋面的负孔压会吸引这部分毛细水，补充因部分被冻结而变薄的冰晶表面的未冻水膜，使冰晶不断扩大，变成冰透镜体和冰层。随着温度继续降低冰层不断下降冰透镜体会不断扩大和发展，造成冻胀不断发展。地基土的强烈冻胀条件：①低于水的冻结温度；②地下水位与冻结锋面接近，或土壤含水量较高，可供给冻结锋面足够的水分；③土的颗粒级配有利于产生冻胀。土类分析：①粗粒土中没有结合水，且不易形成冰透镜体，所以它是非冻胀土或弱冻胀土；②纯粘土由于渗透系数太小，水流动受到限制，不能向冻胀区提供足够的水分，也不是对冻胀很敏感的土；③如果粘土中存在较多的砂粒、粉粒或裂隙发育时，这回产生严重冻胀。一一决定冻胀的是土中空隙的尺寸而非土颗粒本身的尺寸。一般认为0.1mm是允许冰透镜体形成的最大颗粒尺寸；而0.02mm是一个对冻胀敏感的颗粒尺寸；对于级配良好的粗粒土但小于0.02mm的颗粒含量为3%，对于均匀级配的粗粒十但小于0.02mm的颗粒含量为10%，都会使土发生冻胀；即使砾石含有5%到10%的0.02mm的颗粒也会产生冻胀。5、绘制二维流网并计算流量。6、各向异性土中的流网；7、分层土中的流网；8、进入土坝的浸润线；9、土坝出流浸润线；10、渗透变形及防治。一一渗透力：从水平渗流的土体中沿渗透方向取出一单元体，其面积为电，长度为dl。在两端水头差dh的作用下，土中水发生水平渗流。如果以孔隙中水体为隔离体，分析水平在渗流方向上力的平衡：两端孔隙水上的压力差=土颗粒形成的骨架对孔隙水流中的阻力即：Ap=dAdhy=FFdh由于F均匀分布在微单元中，所以单位体积土中颗粒产生的阻力为f=dAJl=顶，方向与流动方向相反。（实际上f是流动的水对土颗粒的拖曳力的反力。）.„dh.所以单位体积土体中，渗透水流对于土颗粒骨架的推动和拖曳力为：j=f=质=，方向与渗流方向相同，是作用于土骨架上的体积力，也叫渗透力。一一渗透变形：渗透力是作用在土骨架上的力，因而它产生的应力是有效应力，这会对土的变形和稳定产生影响。其中渗透变形（或称渗透破坏）是比较严重的工程问题。渗透变形两种主要形式：流土和管涌（此外还有接触流土和接触冲刷等）。①流土可发生在无粘性土和粘性土中，当向上的渗透力大于十的有效容