高等土力学题目汇总.docx

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高等土力学题目汇总

一、填空题

1.饱和土体上的总应力由土骨架承担的有效应力和由孔隙承担的孔隙水压力组成，土的强度及变形都是由土的有效应力决定的。

2.莱特邓肯屈服准则在常规三轴压缩实验中，当

时它在π平面上的屈服与破坏轨迹趋近于一个圆；当

时，它退化为一个正三角形。

由于在各向等压

时

所以Kf>27是必要条件，因为静水压力下不会引起材料破坏。

3.东海风力发电桩基础有8根。

4.通过现场观测与试验研究，目前认为波浪引起的自由场海床土体响应的机制主要取决于海床中孔隙水压力的产生方式。

孔隙水压力产生方式有两种：

超孔隙水压力的累积（残余孔隙水压力）、循环变化的振荡孔隙水压力

5.目前计算固结沉降的方法有（）、（）、（）及（）。

答案：

弹性理论法、工程实用法、经验法、数值计算法。

6.根据莫尔—库伦破坏准则，理想状态下剪破面与大主应力面的夹角为（）。

答案：

45°+φ/2

7.土的三种固结状态：

欠固结、超固结、正常固结。

8.硬化材料持续受力达到屈服状态后的变化过程：

屈服硬化破坏

9.相对密实度计算公式ID=

。

10.静力贯入试验的贯入速率一般为2cm/s。

11用一种非常密实的砂土试样进行常规三轴排水压缩试验，围压为100kPa和3900kPa，用这两个试验的莫尔圆的包线确定强度参数有什么不同？

答：

当围压由100kPa增加到3900kPa时，内摩擦角会大幅度降低。

12.塑性应力应变关系分为_____理论和_____________理论两种

增量（流动）、全量（形变）

13.三轴剪切试验依据排水情况不同可分为（）、（）、（）

答案：

不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪。

14.一种土的含水量越大，其内摩擦角越（小）。

15.剑桥模型（MCC）中的5个参数一次是MVCL中的гλ，以及弹性部分的Kυ。

16.剑桥模型的试验基础是正常固结土和超固结土试样的排水和不排水三轴试验。

17.一般情况下，石英砂的内摩擦角为29~33°°

二、简答题

1.影响土强度的一般物理性质？

答：

1.颗粒矿物成分2.粗粒土颗粒的几何性质3.土的组成颗粒级配4.土的状态5.土的结构6.剪切带的存在对土强度的影响。

2.简述波浪在浅水中传播时有哪些变化？

答：

①波浪守恒；

②波能守恒与波浪浅水变形；

③波浪折射；

④波浪的反射与绕射；

⑤波浪的破碎。

3.简述土工试验的不可代替性。

土工试验的不可替代的作用表现在：

（1）只有通过试验才能揭示土作为一种碎散相的地质材料的一般的和特有的力学性质。

（2）只有对具体土样的试验，才能揭示不同类型、不同产地、不同状态土的不同力学性质，如：

非饱和土、区域性土、人工复合土等。

（3）试验是确定各种理论参数的基本手段。

（4）试验是验证各种理论的正确性及实用性的主要手段。

（5）足尺试验、模型试验可以验证土力学理论与数值计算结果的合理性；也是认识和解决实际工程问题的重要手段。

4.在直剪、单剪和环剪实验中，试样的应力和应变有什么特点？

在直剪试验中，由于试验的破坏面是人为确定得，试样中得应力和应变不均匀且十分复杂，试样各点应力状态及应力路径不同。

在剪切面附近单元的主应力大小是变化的，方向是旋转的。

在单剪试验中，仪器用一系列环形圈代替刚性盒，因而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。

环剪试验，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，特别适用于量测大应变后土的残余强度和终极强度。

5.说明围压σc、土的平均粒径d50、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

（1）对于常规三轴压缩排水试验，由于其围压3σ=σc是不变的，其对膜嵌入的影响很小。

但对于三轴不排水试验，其有效围压随孔压变化而变化，围压对膜嵌入影响较大。

一般来说，围压越大，膜嵌入越明显。

（2）土的平均有效粒径越大，则土越粗，一般而言，粗粒土膜嵌入明显，细粒土则相反。

（3）土的级配越好，膜嵌入越不明显，反之则相反。

（4）橡皮膜的越厚，膜嵌入越不明显，越薄则相反。

6.粗粒土颗粒之间的咬合对土的抗剪强度指标ϕ有什么影响？

为什么土颗粒的破碎会最终降低这种土的抗剪强度？

答：

粗粒土颗粒之间的咬合可以增加土的剪胀，从而提高土的抗剪强度指标ϕ。

而土颗粒的破碎会减少剪胀，从而降低土的抗剪强度。

7、对于天然粘土试样上的直剪试验，沿着沉积平面的平行方向和垂直方向时，哪一种情况的抗剪强度高一些？

答：

天然粘土进行直剪试验时，剪切面沿着沉积平面垂直方向抗剪强度高一些，这主要是因为在沉积平面上固结应力大，由此引起的咬合摩擦和凝聚力较大。

8.海上油田开发的步骤？

（1）地球物理勘探（可能的石油/天然气存储的位置）

（2）探索性钻探（临时安装并估计可开采的碳氢化合物数量）

（3）选择安装地点和类型以及碳氢化合物运输方法（和成本计算），

（4）经济合理化（成本和石油/天然气价格等、环境影响）

（5）详细的设计

（6）安装施工

（7）调试

（8）设计使用年限

（9）到期报废（环境影响等）

9、土工参数不确定性的来源？

1.土的固有变异性

2.系统不确定性

10、什么叫土的抗剪强度？

指土体抗剪切破坏的极限能力。

当剪阻力增大到极限值时，土就处于剪切破坏的极限状态，此时的剪切力也就达到极限，这个极限值就是土的抗剪强度。

11.常见的研究海床响应的模型实验主要包括哪些？

答：

常见的研究海床响应的模型实验主要包括：

二维/三维水槽实验、离心机实验、一维圆筒实验

12.请简述水槽实验有什么特点？

答：

通常水槽实验分为二维水槽和三维水槽两类，该实验的特点是在长度和宽度的上尺寸较大，相对而言在深度上的尺寸有限。

水槽实验由于其长度和宽度上的优势，可以模拟真实的波浪传播过程并能真实地反映出海床的液化区域，更加接近于实际情况，因而应用广泛。

13.一维圆筒实验的特点

顶部来模拟波浪荷载。

一维圆筒实验的特点是只能模拟海床深度方向上波浪荷载引起的孔隙水压力响应情况，因而其可以模拟的海床厚度比水槽实验和离心机实验深得多，这非常适于研究孔隙水压力沿海床深度方向上的分布趋势。

相比于水槽实验，由于一维圆筒实验设备的加载方式是通过水压的往复变化实现的，因而其可以实现长周期大波高等波浪条件下的海床响应研究。

14.莫尔-库伦的强度包线是否一定是直线？

在什么情况下它是弯曲的？

如何表示弯曲的强度包线？

答：

莫尔-库伦的强度包线不一定是直线，在以下情况下它是弯曲的

（1）超固结粘土,在开始段弯曲;

（2）粗粒料在法向压力较大的时候;（3）非饱和土的不排水强度包线。

15.具有某一孔隙比的砂土试样的临界围压是σ3cr=1000kPa，如果将它在σ3=1500kPa、1000kPa和750kPa下固结后，分别进行不排水三轴试验，会发生什么现象？

答：

当试样在1000kPa围压下固结不排水试验，试样体积基本没有变化趋势；当试样在1500kPa围压下固结不排水试验，试样体积增大，发生剪胀；当试样在750kPa围压下固结不排水试验，试验体积减小，发生剪缩

16.简述波浪破碎的概念？

波浪破碎是波浪发生显著变形，波峰水质点水平分速达到或超过波速，使波形发生破碎的现象。

17.三维波浪相较于经典的二维波浪更为复杂，其难点表现在哪些方面？

解析解的变量数大，控制方程相应增加，涉及多个变量及复杂公式推倒，数值求解对计算机硬件的要求也大幅提高。

18.什么是剪切力破坏？

它会造成什么影响？

答：

剪力破坏是指海床土体在受波浪（水流）及重力载荷的共同作用下而导致土体内的剪应力超过了土体自身的抗剪强度从而导致的土体失稳现象，它主要会造成海床土体发生水平方向的相对位移。

19.什么是液化现象？

答:

与剪力破坏不同，液化现象的产生机制为当土骨架中的超额孔隙水压力大于土体自身的重量时，海洋土体失去其结构特性，而拥有了流体的性质，它在宏观上表现为土体沿竖向的相对移动。

20.简述土的应力应变关系的特性及其影响因素。

答：

土是岩石风化形成的碎散矿物颗粒的集合体，通常是固、液、气三相体。

其应力应变关系十分复杂，主要特性有非线性、弹塑性、剪胀性、各向异性、结构性及流变性。

主要的影响因素是应力水平、应力路径和应力历史。

21.定性画出在高围压（σ3<30MPa）和低围压（σ3=100kPa）下密砂三轴试验的（σ1-σ3）-ε1-εv的应力应变关系曲线。

答：

如右图。

横坐标为σ1，竖坐标正半轴为（σ1-σ3），竖坐标负半轴为εv。

22.什么是加工硬化和加工软化，请绘制出典型的应力应变关系曲线：

答：

加工硬化也称应变硬化，是指材料的应力随应变增加而增加，但增加速率越来越慢，最后趋于稳定。

加工软化也称应变软化，指材料的应力在开始时随着应变增加而增加，达到一个峰值后，应力随应变增加而下降，最后也趋于稳定。

加工硬化与加工软化的应力应变关

系曲线如下图：

23.什么是土的压硬性？

什么是土的剪胀性？

答：

土的压硬性：

土的变形模量随着围压提高而提高的现象。

土的剪胀性：

因剪应力引起的土体体积的膨胀或收缩的特性。

24、粘土和砂土的各向异性是由于什么原因？

答：

粘土和砂土的各向异性是由于其在沉积过程中，长宽比大于1的针、片、棒状颗粒在重力作用下倾向于长边沿水平方向排列而处于稳定的状态。

同时在随后的固结过程中，上覆土体重力产生的竖向应力与水平土压力大小不等，这种不等向固结也造成了土的各向异性。

25、说明剑桥模型的试验基础和基本假设。

该模型的三个参数：

M、λ、κ分别表示什么意义？

答：

试验基础：

正常固结粘土和弱超固结粘土的排水和不排水三轴试验。

基本假设：

土体是加工硬化材料，服从相适应流动规则。

M是破坏常数；λ是各向等压固结参数，为NCL或CSL线在v-lnp＇平面中的斜率；κ是回弹参数，为卸载曲线在v-lnp＇平面上的斜率。

26、什么叫材料的本构关系？

在上述的本构关系中，土的强度和应力----应变有什么联系？

答：

材料的本构关系是反映材料的力学性状的表达式，表示形式一般为应力-应变-强度-时间的关系，也称为本构定律、本构方程，也叫做本构关系数学模型。

在上述的本构关系中，视强度为材料受力变形发展的一个阶段，对土体而言，在微小应力增量作用下土体单元会发生无限大（或不可控制）的应变增量，强度便在此应力应变状态过程中得以体现。

27、在邓肯-张的非线性双曲线模型中，参数a、b、

、

、（

）各代表什么意义？

参数

代表三轴试验中的起始变形模量，a代表

的倒数；（

）代表双曲

线的渐近线对应的极限偏差应力，b代表（

）的倒数；

为切线变形模量。

28.土的塑性力学与金属材料的塑性力学有什么区别？

答案：

金属塑性力学只考虑剪切屈服，而岩土塑性力学不仅要考虑剪切屈服，还要考虑静水压

力对土体屈服的影响；岩土塑性力学更为复杂，需要考虑材料的剪胀性、各向异性、结构性、

流变性等，而且应力应变关系受应力水平、应力路径和应力历史等的影响。

29.说明广义位势理论中两种本构模型的基本假设和理论公式。

答案：

广义位势理论是在主空间内确定一个或几个势函数，使应力应变或其增量与这些势函数建立一定的关系。

1、超弹性模型或格林弹性模型

或者

假定应力应变的主方向一致，还假定

或

为有势场的矢量。

2、柯西弹性模型

或

假定应力状态和应变状态一一对应。

3、次弹性模型

建立在增量关系上的模型。

30.在管线与海床的相互作用中，影响海床冲刷的因素有哪些？

答：

（1）海床表面的波流

（2）管线两侧压力差引起的渗透力

31.在海床的冲刷模型中，多相流模型相比早期模型考虑了什么？

答：

水砂粒子之间的相互作用。

32.简述波浪破碎的概念？

波浪破碎是波浪发生显著变形，波峰水质点水平分速达到或超过波速，使波形发生破碎的现象。

33.三维波浪相较于经典的二维波浪更为复杂，其难点表现在哪些方面？

解析解的变量数大，控制方程相应增加，涉及多个变量及复杂公式推倒，数值求解对计算机硬件的要求也大幅提高。

34.什么叫砂土的临界孔隙比

？

三轴试验中临界孔隙比

与围压

有什么关系？

答案：

在同一围压下对松、密砂两个标准砂试样进行常规三轴压缩试验。

根据试验结果，松砂的应力应变曲线是应变硬化的，并且伴随着试样剪缩，即孔隙比减小；密砂的应力应变曲线是应变软化的，伴随着剪胀，即孔隙比增大。

两个试样在加载到最后，其孔隙比接近相同，亦即都达到临界孔隙比

。

所谓临界孔隙比，是指在三轴试验加载过程中，轴向压力差几乎不变，轴向应变连续增加，最终试样体积几乎不变时的孔隙比。

临界孔隙比也可以叙述为：

用某一孔隙比的砂试样在某一围压下进行排水三轴试验，偏差应力达到

时，试样的体应变为零；或者在一围压下进行固结不排水试验破坏时的超静孔隙水压力为零，这一孔隙比即为在这一围压下的临界孔隙比。

在不同的围压

下进行三轴试验，临界孔隙比是不同的。

围压增加则临界孔隙比减小；围压减小则临界孔隙比增加。

在很高围压下，即使是很密的砂土，三轴试验时也不发生剪胀而是剪缩。

35.试写出特雷斯卡（Tresca）准则、米泽斯（vonMises）准则以及莫尔-库伦（Mohr-Coulomb）强度准则下屈服面的数学表达式及特点。

答案：

（1）特雷斯卡（Tresca）屈服面：

特雷斯卡准则在主应力空间表示为一个正六边形的棱柱面，它在

平面的断面是一个正六边形。

（2）米泽斯（vonMises）屈服面：

米泽斯准则在主应力空间为一个圆柱面，它在

平面上的轨迹是一个圆周。

（3）莫尔-库伦（Mohr-Coulomb）屈服面：

莫尔-库伦强度准则在主应力空间为一个不规则六棱锥体表面，它在

平面上的截面形状为一不规则的六边形。

36.三轴试验得到的松砂的内摩擦角为φ’=33°，正常固结粘土的内摩擦角为

φ’=30°，它们是否就是砂土矿物颗粒之间及粘土矿物之间的滑动摩擦角？

土颗粒间的滑动摩擦角比它们大还是小？

为什么？

 答：

三轴试验得到的松砂的内摩擦角不是砂土矿物颗粒之间的滑动摩擦角，土颗粒间的滑动摩擦角比它小。

因为测得的砂土间的摩擦角包括两个部分：

滑动摩擦和咬合摩擦。

而这两种摩擦的摩擦角都是正值。

三轴试验得到的正常固结粘土的内摩擦角不是粘土矿物之间的滑动摩擦角，土颗粒之间的滑动摩擦角比他小，因为正常固结粘土实际具有一定的粘聚力，只不过这部分粘聚力是固结应力的函数，宏观上被归于摩擦强度部分中，既正常固结粘土的内摩擦角包括滑动摩擦角和一部分粘聚力导致的摩擦角。

37.什么叫材料的本构关系？

在上述的本构关系中，土的强度和应力-应变有什么联系？

答：

材料的本构关系是反映材料的力学性状的表达式，表示形式一般为应力-应变-强度-时间的关系，也称为本构定律、本构方程，也叫做本构关系数学模型。

在上述的本构关系中，视强度为材料受力变形发展的一个阶段，对土体而言，在微小应力增量作用下土体单元会发生无限大（或不可控制）的应变增量，强度便在此应力应变状态过程中得以体现。

38.粘土和砂土的各向异性是由于什么原因？

什么是诱发各向异性？

答：

粘土和砂土的各向异性是由于其在沉积过程中，长宽比大于1的针、片、棒状颗粒在重力作用下倾向于长边沿水平方向排列而处于稳定的状态。

同时在随后的固结过程中，上覆土体重力产生的竖向应力与水平土压力大小不等，这种不等向固结也造成了土的各向异性。

诱发各向异性是指土颗粒受到一定的应力发生应变后，其空间位置将发生变化，从而造成土的空间结构的改变，这种结构的改变将影响土进一步加载的应力应变关系，并且使之不同于初始加载时的应力应变关系。

39.说明剑桥弹塑性模型的试验基础和基本假设。

该模型的三个参数：

M、λ、κ分别表示什么意义？

答：

剑桥模型的试验基础是正常固结粘土和弱超固结粘土的排水和不排水三轴试验。

基本假设：

土体是加工硬化材料，服从相适应流动规则。

M是破坏常数；λ是各向等压固结参数，为NCL或CSL线在ν—lnp'平面中的斜率；k是回弹参数，为卸载曲线在ν—lnp'平面上的斜率。

40.粗粒土颗粒之间的咬合对土的抗剪强度指标φ有什么影响？

为什么土颗粒的破碎会最终降低这种土的抗剪强度？

答：

粗粒土颗粒之间的咬合可以增加土的剪胀，从而提高土的抗剪强度指标ϕ。

而土颗粒的破碎会减少剪胀，从而降低土的抗剪强度。

41.采用特征波法设计波浪的主要因素有哪些？

答：

设计波浪的重现期和设计特征波浪。

42.目前在工程中计算海工结构物上的随机波浪力的方法主要有那两种？

答：

特征波法和谱分析法

43.有限元计算中经常被采用的接触面单元有哪些？

弹簧单元，无厚度单元，薄单元

44.影响土的剪切模量和阻尼比的因素有哪些

剪应变幅值，平均有效应力，孔隙比，周期加载次数，此外还有饱和度，超固结度，土粒特征，土的结构等

45.简述等效线性模型

等效线性模型就是让土视为粘弹性体，采用等效弹性模量E或G和等效阻尼比来反映土体动应力和动应变关系的非线性和滞后性。

并将弹性模量和阻尼比表示为动应变的函数。

46.海底复杂环境下输油管线的关键科学问题包括哪些？

1.海床管线动力响应问题

2.管线冲刷机理防护问题

3.管土界面力学特性相互作用问题

4.管线破坏风险研究问题

47.管线涡激振动模型的原理和危害？

原理:

来流在管线两侧交替产生漩涡，周期性变化的脉动压力使管线产生竖向振动.

危害:

导致管线出现疲劳破坏或失稳

48.试述波能守恒、波浪浅水变形？

答：

波浪正向行进海岸传播时，单宽波峰线上的波能流保持不变，即为波能守恒。

当波浪传播至水深约为波长的一半时，波浪向岸传播时，随着水深的变化其波速、波长、波高及波向都将发生变化，此现象即为浅水变形。

49.什么是一点的应变状态？

答案：

受力物体内某点处所取无限多方向上的线应变与剪应变的总和，就表示了该点的应变状态。

计算题

1.已知某场地软粘土地基预压567天固结度可达到94%，问当进行n=100的土工离心模型试验时，上述地基固结度达到99%时需要多少时间？

答：

567天，U=94%;n=100U=99%-时间

1-U=（8/π2）eβt

94%→β=-0.0046

Tv=cvt/H2

N=100,10000t

0.01=（8/π2）eβ10000t,t=2.3h

2..对土工格栅进行蠕变试验，120年后应变达到5%的载荷为70kN/m。

在n=100的土工离心模型试验中，该栅格在70kN/m的荷载作用下，应变达到5%需要多少时间？

答:

土工离心机加速度am=100g，对于蠕变问题，时间的比尺因素为1，故在离心机上试验时，在相同荷载下，达到同样的应变时，其时间相等，为120年。

3.砂土的内摩擦角为φ'。

若以M=q/p'表示其强度。

根据莫尔－库仑强度理论，推导三轴伸长（σ1=σ2>σ3）与三轴压缩（σ2=σ3<σ1）的强度之比ME/Mc=?

解：

莫尔－库仑强度准则：

名词解释：

1.屈服面：

是指根据不同的应力路径所进行的实验。

可以定出从弹性阶段进入塑性阶段的各个屈服应力。

在应力空间中，将这些屈服应力点连起来，就形成一个区分弹性区和塑性区的分界面。

2.临界状态线：

在p、q、v应力空间中存在一条临界状态线，称为CSL线，它是由试验值确定的土体破坏轨迹线。

临界状态线是硬化面与软化面的分界线。

3.后继屈服应力

后继屈服应力是在简单拉伸下，材料在经历一定塑性变形后，再次加载时，其变形是弹性还是塑性规律变化的界限。

4.土的临界状态概念？

答案：

是指土在常应力和常孔隙比下不断变形的状态。

作图题

1.在剑桥模型中，画出正常固结土q-p’图和对应的v-p’图中做不排水剪的应力路径。

答案：

应作曲线为图中两段绿色虚线。

2.在剑桥模型中，画出松砂q-p’图和对应的v-p’图中做排水剪的应力路径。

答案：

应作曲线为上下两图中A2-B2曲线。