土力学课后答案.docx
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土力学课后答案
《土力学》简答题
3-1.试解释起始水力梯度产生的原因。
【答】起始水力梯度产生的原因是，为了克服薄膜水的抗剪强度τ0（或者说为了克服吸着水的粘滞阻力），使之发生流动所必须具有的临界水力梯度度。
也就是说，只要有水力坡度，薄膜水就会发生运动，只是当实际的水力坡度小于起始水力梯度时，薄膜水的渗透速度V非常小，只有凭借精密仪器才能观测到。
因此严格的讲，起始水力梯度I0是指薄膜水发生明显渗流时用以克服其抗剪强度τ0的水力梯度。
3-2.简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。
【答】
（1）土的粒度成分及矿物成分。
土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。
土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。
砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。
（2）结合水膜厚度。
粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。
（3）土的结构构造。
天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。
如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。
层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。
（4）水的粘滞度。
水在土中的渗流速度与水的容重及粘滞度有关，从而也影响到土的渗透性。
3-4.拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场？
【答】当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变时，这种渗流称为稳定渗流，而拉普拉斯方程是指适用于平面稳定渗流的基本方程。
3-5.为什么流线与等势线总是正交的？
【答】在稳定渗流场中，取一微单元体，并假定水体不可压缩，则根据水流连续原理，单位时间内流入和流出微元体的水量应相等，即dqe=dq0。
从而得到：
即为二维渗流连续方程，从中由数学知识，可知流线和等势线正交。
3-6.流砂与管涌现象有什么区别和联系？
【答】在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂（土）现象。
这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中，一般具有突发性、对工程危害大。
在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。
它多发生在砂性土中，且颗粒大小差别大，往往缺少某种粒径，其破坏有个时间发展过程，是一种渐进性质破坏。
具体地再说，管涌和流砂的区别是：
（1）流砂发生在水力梯度大于临界水力梯度，而管涌发生在水力梯度小于临界水力梯度情况下；
（2）流砂发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可在渗流逸出处，也可在土体内部；（3）流砂发生在水流方向向上，而管涌没有限制。
3-7.渗透力都会引起哪些破坏？
【答】渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：
一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体和结构物失稳。
前者主要表现为流砂和管涌，后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。
4-1．何谓土中应力？
它有哪些分类和用途？
【答】土体在自重、建筑物荷载及其它因素的作用下均可产生土中应力。
一般来说土中应力是指自重应力和附加应力。
土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种。
自重应力是指土体在自身重力作用下产生的尚未完成的压缩变形，因而仍将产生土体或地基的变形。
附加应力它是地基产生变形的的主要原因，也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因。
土中应力安土骨架和土中孔隙的分担作用可分为有效应力和孔隙应力两种。
土中有效应力是指土粒所传递的粒间应力。
它是控制土的体积（变形）和强度两者变化的土中应力。
土中孔隙应力是指土中水和土中气所传递的应力。
4-2．怎样简化土中应力计算模型？
在工程中应注意哪些问题？
【答】我们把天然土体简化为线性弹性体。
即假设地基土是均匀、连续、各向同性的半无限空间弹性体而采用弹性理论来求解土中应力。
当建筑物荷载应力变化范围比较大，如高层建筑仓库等筒体建筑就不能用割线代替曲线而要考虑土体的非线性问题了。
4-3．地下水位的升降对土中自重应力有何影响？
在工程实践中，有哪些问题应充分考虑其影响？
【答】地下水下降，降水使地基中原水位以下的有效资中应力增加与降水前比较犹如产生了一个由于降水引起的应力增量，它使土体的固结沉降加大，故引起地表大面积沉降。
地下水位长期上升（如筑坝蓄水）将减少土中有效自重应力。
（1）、若地下水位上升至基础底面以上，它对基础形成浮力使地基土的承载力下降。
（2）、地下水位上升，如遇到湿陷性黄土造成不良后果（塌陷）
（3）、地下水位上升，粘性土湿化抗剪强度降低。
4-4．基底压力分布的影响因素有哪些？
简化直线分布的假设条件是什么？
【答】基底压力的大小和分布状况与荷载的大小和分布、基础的刚度、基础的埋置深度以及地基土的性质等多种因素。
假设条件：
刚性基础、基础具有一定的埋深，依据弹性理论中的圣维南原理。
4-5．如何计算基底压力
和基底附加压力
？
两者概念有何不同？
【答】基地压力P计算：
（中心荷载作用下）（偏心荷载作用下）
基地压力
计算：
基地压力P为接触压力。
这里的“接触”，是指基础底面与地基土之间的接触，这接触面上的压力称为基底压力。
基底附加压力
为作用在基础底面的净压力。
是基底压力与基底处建造前土中自重应力之差，是引起地基附加应力和变形的主要原因。
4-6．土中附加应力的产生原因有哪些？
在工程实用中应如何考虑？
【答】由外荷载引起的发加压力为主要原因。
需要考虑实际引起的地基变形破坏、强度破坏、稳定性破坏。
4-7．在工程中，如何考虑土中应力分布规律？
【答】由于附加应力扩散分布，他不仅发生在荷载面积之下，而且分布在荷载面积相当大的范围之下。
所以工程中：
（1）、考虑相邻建筑物时，新老建筑物要保持一定的净距，其具体值依原有基础荷载和地基土质而定，一般不宜小于该相邻基础底面高差的1-2倍；
（2）、同样道理，当建筑物的基础临近边坡即坡肩时，会使土坡的下滑力增加，要考虑和分析边坡的稳定性。
要求基础离开边坡有一个最小的控制距离a.
（3）、应力和应变时联系在一起的，附加应力大，地基变形也大；反之，地基变形就小，甚至可以忽略不计。
因此我们在计算地基最终沉降量时，“沉降计算深度
”用应力比法确定。
5-1．通过固结试验可以得到哪些土的压缩性指标？
如何求得？
【答】压缩系数压缩指数压缩模量
压缩系数 压缩指数压缩模量
5-2．通过现场（静）载荷试验可以得到哪些土的力学性质指标？
【答】可以同时测定地基承载力和土的变形模量。
5-3．室内固结试验和现场载荷试验都不能测定土的弹性模量，为什么？
【答】土的弹性模量是指土体在侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。
他的变形包括了可恢复的弹性变形和不可恢复的残余变形两部分。
而室内固结实验和现场载荷试验都不能提供瞬时荷载，它们得到的压缩模量和变形模量时包含残余变形在内的。
和弹性模量由根本区别。
5-4．试从基本概念、计算公式及适用条件等方面比较压缩模量、变形模量与弹性模量，它们与材料力学中杨氏模量有什么区别？
【答】土的压缩模量
的定义是土在侧限条件下的竖向附加应力与竖向应变之比值。
土的压缩模量是通过土的室内压缩试验得到的，。
土的变形模量
的定义是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值。
土的变形模量时现场原位试验得到的，
土的压缩模量和变形模量理论上是可以换算的：
。
但影响因素较多不能准确反映他们之间的实际关系。
土的弹性模量
的定义是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。
土的弹性模量由室内三轴压缩试验确定。
5-5．根据应力历史可将土（层）分为那三类土（层）？
试述它们的定义。
【答】正常固结土（层）在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重。
超固结土（层） 历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力。
欠固结土（层） 先期固结压力小于现有覆盖土重。
5-6．何谓先期固结压力？
实验室如何测定它？
【答】天然土层在历史上受过最大固结压力（指土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力），称为先期固结压力，或称前期固结压力。
先进行高压固结试验得到曲线，用卡萨格兰德经验作图法求得。
5-7．何谓超固结比？
如何按超固结比值确定正常固结土？
【答】在研究沉积土层的应力历史时，通常将先期固结压力与现有覆盖土重之比值定义为超固结比。
5-8．何谓现场原始压缩曲线？
三类土的原始压缩曲线和压缩性指标由实验室的测定方法有河不同？
【答】现场原始压缩曲线是指现场土层在其沉积过程中由上覆盖土重原本存在的压缩曲线，简称原始压缩曲线。
室内压缩试验所采用的土样与原位土样相比，由于经历了卸荷的过程，而且试件在取样、运输、试件制作以及试验过程中不可避免地要受到不同程度的扰动，因此，土样的室内压缩曲线不能完全代表现场原位处土样的孔隙比与有效应力的关系。
施黙特曼提出了根据土的室内压缩试验曲线进行修正得到土现场原始压缩曲线。
6-1．成层土地基可否采用弹性力学公式计算基础的最终沉浸量？
【答】不能。
利用弹性力学公式估算最终沉降量的方法比较简便，但这种方法计算结果偏大。
因为
不同。
6-2．在计算基础最终沉降量（地基最终变形量）以及确定地基压缩层深度（地基变形计算深度）时，为什么自重应力要用有效重度进行计算？
【答】固结变形有效自重应力引起。
6-3．有一个基础埋置在透水的可压缩性土层上，当地下水位上下发生变化时，对基础沉降有什么影响？
当基础底面为不透水的可压缩性土层时，地下水位上下变化时，对基础有什么影响？
【答】当基础埋置在透水的可压缩性土层上时：
地下水下降，降水使地基中原水位以下的有效资中应力增加与降水前比较犹如产生了一个由于降水引起的应力增量
，它使土体的固结沉降加大，基础沉降增加。
地下水位长期上升（如筑坝蓄水）将减少土中有效自重应力。
是地基承载力下降，若遇见湿陷性土会引起坍塌。
当基础埋置在不透水的可压缩性土层上时：
当地下水位下降，沉降不变。
地下水位上升，沉降不变。
6-4．两个基础的底面面积相同，但埋置深度不同，若低级土层为均质各向同性体等其他条件相同，试问哪一个基础的沉降大？
为什么？
【答】引起基础沉降的主要原因是基底附加压力，附加压力大，沉降就大。
（
<20）
因而当基础面积相同时，其他条件也相同时。
基础埋置深的时候基底附加压力大，所以沉降大。
当埋置深度相同时，其他条件也相同时，基础面积小的基底附加应力大，所以沉降大。
6-5．何谓超固结比？
在实践中，如何按超固结比值确定正常固结土？
【答】在研究沉积土层的应力历史时，通常将先期固结压力与现有覆盖土重之比值定义为超固结比。
超固结比值等于1时为正常固结土
6-6．正常固结土主固结沉降量相当于分层总和法单向压缩基本公式计算的沉降量，是否相等？
【答】不相同，因为压缩性指标不同。
6-7．采用斯肯普顿-比伦法计算基础最终沉降量在什么情况下可以不考虑次压缩沉降？
【答】对于软粘土，尤其是土中含有一些有机质，或是在深处可压缩压缩土层中当压力增量比（指土中附加应力与自重应力之比）较小的情况下，此压缩沉降必须引起注意。
其它情况可以不考虑次压缩沉降。
6-8．简述有效应力原理的概念。
在地基土的最终变形量计算中，土中附加应力是指有效应力还是总应力？
【答】饱和土中任一点的总应力
总是等于有效应力加上孔隙水压力；或是有效应力
总是等于总应力减去孔隙水压力。
此即饱和土中的有效应力原理。
土中的附加应力是指有效应力。
6-9．一维固结微分方程的基本假设有哪些？
如何得出解析解
【答】一维固结理论的基本假设如下：
（1）土层是均质、各向同性和完全饱和的；
（2）土粒和孔隙水都是不可压缩的
（3）土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的固结和土中水的渗流都是竖向的；
（4）土中水的渗流服从于达西定律（5）在渗透固结中，土的渗透系数k和压缩系数
都是不变的常数
（6）外荷是一次骤然施加的，在固结过程中保持不变
（7）土体变形完全是由土层中超孔隙水压力消散引起的
建立一维固结微分方程 然后根据初始条件和边界条件求解微分方程得出解析解。
7-1.土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数，也就是土的强度指标，为什么？
【答】土的抗剪强度可表达为，,称为抗剪强度指标，实质上它就是抗剪强度参数。
7-2.同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的，为什么？
【答】对于同一种土，抗剪强度指标与试验方法以及实验条件都有关系，不同的试验方法以及实验条件所测得的抗剪强度指标是不同。
7-3.何谓土的极限平衡条件？
粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同？
【答】
（1）土的极限平衡条件：
即
或
土处于极限平衡状态时破坏面与大主应力作用面间的夹角为
，且
（2）当为无粘性土（
）时，或
7-4.为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面？
如何确定剪切破坏面与小主应力作用方向夹角？
【答】因为在剪应力最大的平面上，虽然剪应力最大
，但是它小于该面上的抗剪强度
，所以该面上不会发生剪切破坏。
剪切破坏面与小主应力作用方向夹角
7-5.试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同？
并指出直剪试验土样的大主应力方向。
【答】直剪试验土样的应力状态：
；三轴试验土样的应力状态：
。
直剪试验土样的大主应力作用方向与水平面夹角为900。
7-7.根据孔隙压力系数A、B的物理意义，说明三轴UU和CU试验中求A、B两系数的区别。
【答】孔隙压力系数A为在偏应力增量作用下孔隙压力系数，孔隙压力系数B为在各向应力相等条件下的孔隙压力系数，即土体在等向压缩应力状态时单位围压增量所引起的孔隙压力增量。
三轴试验中，先将土样饱和，此时B=1，在UU试验中，总孔隙压力增量为：
；在CU试验中，由于试样在
作用下固结稳定，故
，于是总孔隙压力增量为：
7-8.同钢材、混凝土等建筑材料相比，土的抗剪强度有何特点？
同一种土其强度值是否为一定值？
为什么？
【答】
（1）土的抗剪强度不是常数；
（2）同一种土的强度值不是一个定值；（3）土的抗剪强度与剪切滑动面上的法向应力
相关，随着
的增大而提高。
7-9.影响土的抗剪强度的因素有哪些？
【答】
（1）土的基本性质，即土的组成、土的状态和土的结构，这些性质又与它的形成环境和应力历史等因素有关；
（2）当前所处的应力状态；（3）试验中仪器的种类和试验方法；（4）试样的不均一、试验误差、甚至整理资料的方法等都会影响试验的结果。
7-10.土体的最大剪应力面是否就是剪切破裂面？
二者何时一致？
【答】
（1）根据土体的极限平衡理论可知，土中某点，该点即处于极限平衡状态，它所代表的作用面即为土体的剪切破裂面，且破裂角。
另外，根据静力平衡条件，可得作用于土体某单元体内与大主应力
作用面成
角任意方向平面上的法向正应力和剪应力为：
，要使该平面上的剪应力
达到最大值，必须使，即。
所以，土体中最大剪应力作用面与大主应力作用面的夹角是
。
显然，
，所以土体的最大剪应力面不是剪切破裂面。
（2）对于饱和软粘土，在不排水条件下，其内摩擦角
，此时
成立，即土体的最大剪应力面即为剪切破裂面。
7-12.砂土与粘性土的抗剪强度表达式有何不同？
同一土样的抗剪强度是不是一个定值？
为什么？
【答】砂性土的抗剪强度表达式：
；粘性土的抗剪强度表达式：
。
同一土样的抗剪强度不是一个定值，因为它受到试验方法特别是排水条件不同的影响。
7-13.土的抗剪强度指标是什么?
通常通过哪些室内试验、原位测试测定?
【答】土的抗剪强度指标：
土的粘聚力
、土的内摩擦角
。
室内试验有：
直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验；十字板剪切试验为原位测试测定。
8-1.静止土压力的墙背填土处于哪一种平衡状态？
它与主动、被动土压力状态有何不同？
【答】静止土压力时墙背填土处于弹性平衡状态，而主动土压力和被动土压力时墙背填土处极限平衡状态。
8-2.挡土墙的位移及变形对土压力有何影响？
【答】挡土墙在侧向压力作用下，产生离开土体的微小位移或转动产生主动土压力；当挡土墙的位移的移动或转动挤向土体产生被动土压力。
8-3.分别指出下列变化对主动土压力和被动土压力各有什么影响？
（1）内摩擦角
变大；
（2）外摩擦角
变小；（3）填土面倾角
增大；（4）墙背倾斜（俯斜）角
减小。
【答】
序号
影响因素
主动土压力
被动土压力
1
内摩擦角
变大
减小
增大
2
外摩擦角
变小
增大
减小
3
填土面倾角
增大
增大
减小
4
墙背倾斜（俯斜）角
减小
减小
增大
8-4.为什么挡土墙墙后要做好排水设施？
地下水对挡土墙的稳定性有何影响？
【答】如果挡土墙墙后没有考虑排水设施或因排水不良，就将使墙后土的抗剪强度降低，导致土压力的增加。
此外，由于墙背积水，又增加了水压力。
这是造成挡土墙倒塌的主要原因。
8-5.土压力有哪几种？
影响土压力的各种因素中最主要的因素是什么？
【答】
（1）主动土压力、静止土压力、被动土压力；
（2）挡土墙的位移方向及大小。
8-6.试阐述主动、静止、被动土压力的定义和产生的条件，并比较三者的数值大小。
【答】①主动土压力是挡土墙在土压力作用下向前转动或移动，墙后土体向下滑动，达一定位移时，墙后土体处于（主动）极限平衡状态，此时墙背上作用的土压力，用表示。
②静止土压力是当挡土墙在土压力作用下无任何移动或转动，土体处于静止的弹性平衡状态时，此时墙背所受的土压力为静止土压力，用表示。
③被动土压力是挡土墙的在外部荷载作用下向填土方向移动或转动时，墙挤压土体，墙后土压力逐渐增大，达到某一位移量时，墙后土体开始上隆，作用在挡土墙上的土压力达最大值，此时作用在墙背的土压力称为被动土压力
。
④
8-7.库仑土压力理论的基本假定是什么？
【答】库伦土压力理论的基本假定有：
①墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力
）；②滑动破坏面为一平面；③滑动土楔体视为刚体。
8-8.比较朗肯土压力理论和库仑土压力理论的基本假定及适用条件。
【答】朗肯理论假定挡土墙的墙背竖直、光滑，墙后填土表面水平且延伸到无限远处，适用于粘性土和无粘性土。
库仑理论假定滑裂面为一通过墙踵的平面，滑动土楔体是由墙背和滑裂面两个平面所夹的土体所组成，墙后填土为砂土。
适用于各类工程形成的不同的挡土墙，应用面较广，但只适用于填土为无粘性土的情况。
8-9.何为重力式挡土墙？
【答】一般由块石、毛石或混凝土材料砌筑，强身截面较大，依靠墙身自重抵抗土压力引起的倾覆弯矩。
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