土力学与地基基础.docx
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土力学与地基基础
土力学与地基基础
一.名词解释（15分，每个3分）
1.管涌：
2.变形模量：
3.固结度：
4.临塑荷载：
5.主动土压力：
二判断题（15分，每个1分）
1.库仑定律说明，土体的抗剪强度任何时候都与正压力成正比。
（）
2.土的剪切破坏面通常发生在最大主应力面上。
（）
3.砂性土地基上建造建筑物，当施工速度一般时应选择慢剪。
（）
4.渗流作用下，土的有效应力与孔隙水压力均不会发生变化。
（）
5.基底附加应力是指基底压力与基底处自重应力的差值。
（）
6.同一土层的自重应力按直线分布。
（）
7.墙后填土越松散，其对挡土墙的主动土压力越小。
（）
8.地下水下降会增加土层的自重应力，引起地基沉降。
（）
9.粘性土土坡的稳定性与坡高无关。
（）
10.库伦土压力理论的计算公式是根据滑动土体各点的应力均处于平衡状态而导出的。
（）
11.地基的局部剪切破坏通常会形成延伸到地表的滑动面。
（）
12.粘性土液性指数越小土越硬。
（）
13.当地基上荷载小于临塑荷载时，地基土处于弹性状态。
（）
14.在同样的地基上，基底附加应力相同的两个建筑物，其沉降值也相同。
（）
15.饱和粘性土在不固结不排水情况下的抗剪强度可以通过无侧限抗压强度试验确定。
（）
三简答题（40分）
1.简述自重应力曲线在地基中的分布特点。
（6分）
2.试比较库仑土压力理论与朗肯土压力理论的相同点与不同点。
（7分）
3.简述太沙基一维渗流固结理论的基本假设。
（8分）
4.地基剪切破坏分为哪几个阶段？
各阶段的特征是什么？
（9分）
四、计算题（30分）
1.某挡土墙高7m,墙后填土指标如图所示，试用朗肯土压力理论求作用于墙背上的主动土压力分布并绘制压力分布图。
2.地层土的分布情况如图所示，若地下水位从埋深1m下降到埋深为3m，问：
（1）第Ⅰ层、第Ⅱ层、第Ⅲ层各自的沉降量是多少？
（2）地表的下沉量一共是多少？
1
mm
Ⅰγ1=18KN/m3
透水层
Ⅲγ3=19KN/m3Es3=3MPa
Ⅱγ2sat=22KN/m3Es2=2.5MPa
γ2=20KN/m3
3
mm
2
mm
3.如图所示挡土墙，墙身背直，填土面水平，墙后按力学性质分为三层土，每层土的厚度及物理力学指标见图，土面上作用有满布的均布荷载q=50Kpa，地下水位在第三层土的层面上，试用朗肯理论计算作用在墙背AB上的主动土压力Pa和合力Ea以及作用在墙背上的水平压力Pw。
答案
一名词解释
1管涌：
在渗透力的作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中被移去并被带出，在土体内形成贯通的渗流管道，这种现象称为管涌。
2.变形模量：
在无侧限条件下，竖向附加应力与相应的应变之比。
3.固结度：
土层在固结过程中，某时刻土层各点土骨架承担的有效应力面 积与起始超孔隙水压力面积之比，称为该时刻土的固结度
4.临塑荷载：
地基刚要出现而尚未出现塑性变形时的荷载。
5.主动土压力：
当挡土墙向离开土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力。
二判断题
1（×）当摩擦角为零时，抗剪强度只与粘聚力有关。
2.（×）通常与最大主应力面成45°+Φ/2
3.（√）
4.（×）会发生变化
5.（√）
6.（√）
7（×）
8（√）
9（×）
10（×）
11（×）
12（√）
13（√）
14（×）
15（√）
三简答题
1.①自重应力曲线为一折线，在土层层面与地下水位处发生转折，在各层中为直线。
2分
②自重应力在水平方向是哪个一般变化不大。
2分
③自重应力的大小随深度的增加而增加。
2分
2.相同点：
两种理论均适用于填土表面为水平，填土为无粘性土，墙背光滑且直立等情况下，其计算结果一致。
（3分）
不同点：
库仑理论基于滑动楔体法，适用于填土表面为任意形状且只限于无粘性土；（2分）而朗肯理论基于极限应力法，适用于填土表面为水平面或倾斜的平面，对粘性土与无粘性土均适用。
（3分）
3.①土层是均质的完全饱和的。
1分
②土粒和水是不可压缩的。
1分
③水的渗出和土层的压缩只沿一个方向（竖向）发生。
1分
④水的渗流遵从达西定律，且渗透系数k保持不变。
2分
⑤孔隙比的变化与有效应力的变化成正比且压缩系数保持不变。
2分
⑥外荷载一次瞬时施加。
1分
4.分为三个阶段：
1线性变形阶段（压密阶段）（1分）：
荷载与沉降基本为直线关系，土体处于弹性工作状态，地基变形主要是由于土的孔隙体积减小而产生的压密变形。
（2分）
2塑性变形阶段（剪切阶段）（1分）：
荷载与沉降不再是直线关系，土体局部剪应力达到土的抗剪强度而处于极限平衡状态，剪切破坏区为塑性区，并由基础边缘不断扩大。
（2分）
3破坏阶段（1分）：
剪切破坏区随荷载增大而不断扩大，最终在地基中形成连续滑动面，地基发生整体剪切破坏，基础下沉，地面隆起。
（2分）
四、计算题
1
2.
3
土力学与地基基础试题
名词解释（3×5）
1．基础埋深：
基础底面至地面（这里指天然地坪面）的距离。
2．土的抗剪强度：
土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。
3．前期固结压力：
土层在地质历史过程中受到过的最大固结压力（包括自重和外荷）。
4．朗肯土压力基本理论：
通过研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡条件而得出的土压力计算方法。
5．地基的极限荷载：
地基在外荷载作用下产生的应力达到极限平衡时的荷载。
二、判断题（1×15）
1.土的强度是颗粒矿物本身的强度。
（×）
解析：
土的强度不是颗粒矿物本身的强度，而是土之间的相互作用力。
2.土体剪切破坏时的破裂面发生在最大剪应力τmax的作用面上即，即α＝45º（×）
解析：
土体剪切破坏时的破裂面发生在与最大主应力的作用面成α＝45º+φ╱2的平面上。
3.整个应力莫尔圆位于抗剪强度包线的，说明通过该线点的任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，此时该点处于稳定平衡状态，不会发生剪切破坏。
（√）
4、矩形基底荷载的分布形式有以下几种：
在中心荷载的作用下，基底附加应力为均布荷载；在偏心荷载的作用下，基底附加应力为梯形或三角形分布荷载。
（√）
5、土压力有静止土压力、主动土压力、被动土压力。
（√）
6、某场地土质均匀,土的天然重度为γ=20kN/m3。
基坑开挖深度3m,在基坑底面下1m处土的自重应力为20kPa。
（√）
7、土的压缩变形和强度的变化均只取决于有效应力的变化。
（√）
8、挡士墙土压力的大小和分布规律同挡土墙的填士物理力学性质无关。
（×）
解析：
挡土墙土压力的大小和分布规律与挡土墙本身状况和填土物理力学性质有关。
9、附加应力指建筑物荷载通过基础传给地基在接触面上的应力。
（×）
解析：
附加应力是在外荷载（如建筑物荷载、车辆荷载、填筑路堤、地震荷载等）作用，地基土中产生的应力增量，是引起地基变形的主要原因。
基底应力是建筑物荷载通过基础传给地基在接触面上的应力。
10、土的压缩变形主要是土中孔隙内的气体和水被挤出而产生的。
（√）
11、桩基设计中,当桩侧土有大面积的沉降,将在桩侧产生负摩阻力,这部分摩阻力也能帮助桩基承载。
（×）
解析：
负摩阻力不利于桩基承载
12、流土现象是当渗透力大于土的浮重度时发生。
（√）
13、在均质地基中，竖向自重应力随深度线性增加而侧向自重应力则呈非线性增加。
（×）
解析：
竖向自重应力和侧向自重应力均呈线性增加。
14、在饱和土的排水固结过程中，孔隙水压力消散的速率与有效应力增长的速率应该是相同的。
（√）
15、挡土墙墙背倾角愈大，主动土压力愈小。
（×）
解析：
挡土墙墙背倾角愈大，主动土压力愈大
三、简答题（5×8）
1.试简述流砂现象和管涌现象的异同。
不同点:
（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;（1分）
（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;（1分）
（3）流砂发生在水流方向向上，而管涌没有限制。
（1分）
流沙发生时瞬间的，管涌的发生时一个缓慢的过程。
（1分）
相同点:
都是由水的渗水压力引起，且一般都发生在砂性土中。
（1分）
2.临塑荷载，临界荷载，极限荷载三者之间的关系
临塑荷载<临界荷载<极限荷载。
（1分）
临塑荷载：
指基础边缘地基中刚要出现塑性区时基底单位面积上所承担的荷载，它相当于地基从压缩阶段过渡到剪切阶段时的界限荷载。
（1分）
临界荷载:
指使地基中塑性开展区达到一定深度或范围，但未与地面贯通，地基仍有一定的强度，能够满足建筑物的强度变形要求的荷载，地基中塑性复形区的最大深度达到基础宽度的n倍（n=1/3或1/4）时，作用于基础底面的荷载，被称为临界荷载。
（1分）
极限荷载是指整个地基处于极限平衡状态时所承受的荷载。
地基极限荷载不是一个固定值，它除了与岩土的性质有关外，还与建筑物基础形状、宽度及埋置深度等因素有关。
可通过荷载试验及各种土力学公式计算求得。
（2分）
3.简述土的破坏形式，各是什么？
分别发生在何种情况?
地基土破坏形式有三种。
即整体剪切破坏、局部剪切破坏和刺入破坏。
（3分）
整体剪切破坏一般发生在密实砂土中；局部剪切破坏一般发生在中等密砂中；刺入破坏一般发生在松砂中。
（2分）
4、土坡发生滑动的滑动面有哪几种形式？
分别发生在何种情况？
土坡发生滑动的滑动面有：
圆弧、平面、复合滑动面。
（2分）
圆弧滑动通常发生在较均质的粘性土坡中；平面滑动通常发生在无粘性土坡中；复合滑动面发生在土坡土质很不均匀的土坡中。
（3分）
5、土的工程地质分类原则
（1）工程性质差异原则。
即工程分类应综合考虑土的主要工程性质，并采用影响土的工程性质的主要因素作为分类依据。
（1分）
（2）分类指标易测得的原则。
即工程分类采用的指标，既要综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简便。
（2分）
（3）以成因、地质年代为基础的原则。
土的工程性质与土的成因与形成年代密切相关，不同成因、不同年代的土，其工程性质差异显著。
（2分）
6、什么是有效应力原理
（1）饱和土体内任意平面上受到的总应力等于有效应力与孔隙水应力之和，或有效应力等于总应力减去孔隙水应力。
（3分）
（2）土的强度变化和变形只取决于有效应力的变化。
（2分）
7、土是怎样生成的?
有何工程特点?
土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。
（3分）与一般建筑材料相比，土具有三个重要特点：
散粒性、多相性、自然变异性。
（2分）
8、土颗粒的矿物质按其成分分为哪两类?
（1）一类是原生矿物：
母岩经物理风化而成，如石英、云母、长石；（2分）
（2）另一类是次生矿物：
母岩经化学风化而成，土中次生矿物主要是粘上矿物，此外还有铝铁氧化物、氢氧化物和可溶盐类等。
常见的粘上矿物有蒙脱石、伊里石、高岭石。
由于粘土矿物颗粒很细，比表面积很大，所以颗粒表面具有很强的与水作用的能力，因此，土中含粘土矿物愈多，则土的粘性、塑性和胀缩性也愈大。
（3分）
四、计算题（3×10）
某挡土墙高7m,墙后填土指标如图示。
试采用朗肯土压力理论求作用于墙背上的主动土压力分布
2.某柱下单独基础，荷载与地基情况如图示，试确定基础底面尺寸。
求修正后的地基承载力特征值：
假定b≤3m，则
（4分）
估算基底面积按轴心受压估算A0
（4分）
考虑偏心影响，将A0增大18%，则
A=1.18A0=1.18×4.8=5.6m2，取l/b=2.0得：
b=1.7m，l=3.4m（3分）
3、设饱和粘土层的厚度为10m，位于不透水坚硬岩层上，由于基底上作用着竖直均布荷载，在土层中引起的附加应力的大小和分布如下图所示。
若土层的初始孔隙比e1为0.8，压缩系数av为2.5×10-4kPa-1，渗透系数k为2.0cm/a。
试问:
（1）加荷一年后，基础中心点的沉降量为多少？
（本题平均固结度为0.45）
（1）该土层的平均附加应力为σz=（240+160）/2=200kPa（1分）
则基础的最终沉降量为
S=av/（1+e1）×σzH=2.5×10-4×200×1000/（1+0.8）=27.8cm（2分）
该土层的固结系数为
Cv=k（1+e1）/avγw=2.0×（1+0.8）/0.00025×0.098
=1.47×105cm2/a（2分）
时间因子为
Tv=Cvt/H2=1.47×105×1/10002=0.147（2分）
土层的附加应力为梯形分布，其参数
α＝σzˊ/σz〞＝240/160=1.5（2分）
由题得平均固结度为0.45，则加荷一年后的沉降量为
St=U×S=0.45×27.8＝12.5cm（1分）
水文三班土力学试题
一.名词解释（15）
1.地基附加应力：
地基在初始应力基础上增加的应力。
2.地基沉降：
在建筑物荷载作用下，基地地基土主要由于压缩而引起的竖直方向的位移称为沉降。
3.固结度：
土层在固结过程中，某时刻土层各点土骨架承担的有效应力面积与起始超孔隙水压力面积之比，称为该时刻土的固结度。
4.容许承载力：
保留足够安全储备，且满足一定变形要求的承载力。
也即能够保证建筑物正常使用所要求的地基承载力。
5.人工地基：
为提高承载力，经过地基处理的地基。
换土垫层，水泥土桩、碎石桩复合地基等。
2．判断（15）
1.附加应力具有一定的扩散性。
（对）
2.地下水位下降，附加应力增加。
（对）
3.渗流总是从水头低处流向水头高处。
（错）
4.渗透力是一种体积力。
（对）
5.地基的不均匀沉降会引起基础的沉降，严重者会导致上部建筑物破坏。
（对）
6.土的压缩模量越小，其压缩性越大。
（对）
7.根据有效应力原理，土的变形不仅取决于有效应力，还取决于孔隙水压力。
（错）
8.根据工程实践的经验，在中心荷载的作用下，控制塑性变形区最大的开展深度为Zmax=b/3。
（错）
9.承载力包括极限承载力和容许承载力，我们通常所说的承载力指的是容许承载力。
（对）
10.无筋扩展基础材料抗拉强度很低，要求基础台阶宽高比（刚性角）符合一定条件。
（对）
11.若土层分布均为好土，在满足其他要求的情况下地基尽量浅埋。
（对）
12.一般是细颗粒土容易发生冻胀，如粉土较沙土更容易发生冻胀。
（对）
13.基础设计要求基底平均压力pk不大于持力层承载力的特征值fa，即pk小于等于fa（对）
14.沉降不满足时，可以通过增大基础尺寸，即减少p0进行处理。
（对）
15.毛石基础相较于砖基础抗冻性更好。
（对）
三.简答（40）
1.渗透变性的防治措施有哪些？
（6分）
流土：
减小i，上游延长渗径，减小水压差
（2）
增大[i],下游增加透水盖重。
（3）
管涌：
改善几何条件，渗流溢出部位设反滤层等（5）
改善水力条件：
减小水力坡度。
（6）
2.土压力类型：
（6分）
1，静止土压力：
挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力。
2，主动土压力：
在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力。
3，在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力。
3.太沙基一维渗流固结理论的基本假定。
（6分）
（1）土层是均质的、完全饱和的。
（2）土粒和水是不可压缩的。
（3）水的渗出和土层的压缩只沿一个方向（竖向）发生。
（4）水的渗流遵从达西定律，且渗透系数K保持不变。
（5）孔隙比的变化与有效应力的变化成正比，且压缩系数α保持不变。
（6）外荷载一次瞬时施加。
（每条一分）
4.地基基础的设计和计算应满足的基本原则。
（8分）
（1）对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度（承载力）；（2分）
（2）应控制地基的特征变形量，使之不超过建筑物的地基特征变形允许值，（2分）以免引起基础和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观；（1分）
（3）基础的型式、构造和尺寸，（1分）除应能适应上部结构、符合使用需要、满足地基承载力和变形要求外，还应满足对基础结构的强度、刚度和耐久性的要求。
（2分）
5.地基最终沉降量的计算的两种方法，简述分层总和法的计算步骤。
（8分）
两种方法：
分层总和法与应力面积法（2分）
分层总和法的计算步骤
（1）地基土分层：
成层土的层面及地下水面是当然的分层界面。
分层厚度一般不宜大于0.4b（b基底宽度）。
（2）计算各分层界面处土的自重应力。
土的自重应力应从天然地面起算，地下水位以下一般应取有效重度。
（3）计算各分层界面处基底中心下竖向附加应力。
（4）确定地基沉降计算深度。
附加应力随深度递减，自重应力随深度增加，因此到了一定深度后，附加应力与自重应力相比很小，引起的压缩变形可忽略不计。
一般取地基附加应力等于自重应力的20%（
）深度处作为沉降计算深度的限值。
若在该深度以下为高压缩性土，则应取地基附加应力等于自重应力的10%（
）深度处作为沉降计算深度的限值。
（5）计算各分层土的压缩量
。
（6）计算基础的平均沉降量（最终沉降量）
。
（6分，每条一分，答出要点即可）
6.无筋扩展基础设计方法与步骤（6分）
1.选择材料类型（1分）
2.选择持力层、确定埋深（1分）
3.确定基底尺寸（1分）
4.首先按允许宽高比要求确定基础理论要求的最小总高度（1分）
5.按构造要求由基底向上逐级缩小尺寸，确定每一级台阶的宽度与高度（1分）
四．计算（30）
1.某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载、基础尺寸、埋深及地基条件如图所示，试计算基底平均压力和基地边缘最大基底压力。
（15分张芳琴）
P=（F+G）÷A
（2）
=（1050+20*3*3.5*2.3）÷（3*3.5）
=146KPa（4）
W=Bl²÷6=3*3.5²÷6=6.125（5）
Pmax=P+（M+FQ*L）÷W（7）
=146+（105+67*（1.5+0.8））÷6.125
=188.3KPa（8）
2.某挡土墙高5m，墙背垂直光滑，填土表面作用有均布荷载q=2kN/m2，γ=18kN/m3，φ=30°，c1=0。
采用MU30毛石M5混合砂浆砌筑，基底摩擦系数μ=0.5，砌体重度γ=22kN/m3。
试设计墙顶底宽度并计算是否符合设计要求。
（15分）
①根据构造要求拟定断面尺寸：
（3分）
墙顶宽度：
0.8m≥H/12（0.5m）
墙底宽度：
3.0m≈0.5H~0.7H
②取1m墙长为计算单元计算自重：
（2分）
G1=0.5×3.0×1.0×22=33kN
G2=1/2×1.7×4.5×1.0×22=84.15kN
G3=0.8×4.5×1.0×22=79.2kN
G4=0.2×4.5×1.0×18=16.2kN
G=G1+G2+G3+G4=212.55kN
③取1m墙长为计算单元计算土压力（3分）
Ea1=0.67×5=3.3kN/m
④抗滑移验算（2分）
⑤抗倾覆验算：
（2分）
故墙体稳定性合格，尺寸设计合理。
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