土木工程类专业案例分类模拟试题与答案11.docx
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土木工程类专业案例分类模拟试题与答案11
专业案例分类模拟试题与答案11
一、论述题
1.某建筑物按抗震要求为乙类建筑，基础为条形基础，基础埋深2m，土层分布、土性指标、标准贯入试验击数临界值及液化指数见表和图，作用于基础顶面竖向荷载Fk＝500kN，试解答下列问题：
（1）地基持力层承载力特征值。
（2）地基抗震承载力。
（3）按抗震要求验算基础宽度。
（4）根据建筑物性质和对地基液化判别，应采取什么抗液化措施?
（5）对液化土层进行砂石桩法处理，砂石桩直径0.4m，正方形布桩，要求将孔隙比0.9减少到0.75，求砂石桩间距。
（6）如要求全部消除液化沉陷，估算每孔的填料量。
（7）如要求部分消除液化沉陷，估算每孔填料量。
（8）采用砂石桩法处理地基以消除全部液化沉陷，如果处理后土层的标贯击数实测值见表2，则哪种组合满足设计要求?
（9）如已知粉砂的土粒相对密度为2.719，求经砂石桩法处理后粉砂的干密度。
答案：
设基础宽度b≤3m，经深、宽修正后地基持力层承载力特征值为
fa＝fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）
持力层为黏性土，e＝0.82，IL＝0.7，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）表5.2.4查得，ηb＝0.3，ηd＝1.6，则
fa＝200+0+1.6×18×1.5＝243.2kPa
（2）地基抗震承载力
faE=ξafa
式中：
faE——地基抗震承载力；
ξa——地基抗震承载力调整系数，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）
表4.2.3得ξa＝1.3；
fa——经修正后的地基承载力特征值。
faE＝1.3×243.2＝316.2kPa
（3）基础宽度
（4）抗液化措施
根据规范GB50011—2001表4.3.5，在15m内的液化指数为IlE＝16＞15，判断为严重液化等级。
根据规范GB50011—2001表4.3.6，当建筑抗震设防类别为乙类，地基液化等级严重的，应采取全部消除液化沉陷措施。
（5）采用砂石桩法处理液化地基应采用的桩间距
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2002）式（8.2.2.2），处理粉土、砂土地基，当砂石桩为正方形布置时，其砂石桩间距为
式中：
s——砂石桩间距；
d——砂石桩直径；
ξ—修正系数，砂石桩成孔采用振动沉管法对周围土有密实作用，ξ取1.15；
e0——地基处理前沙土的孔隙比，e0＝0.9；
e1——地基挤密后要求达到的孔隙比，e1＝0.75。
（6）全部消除液化沉陷，每孔的填料量
根据规范GB50011—2001规定，全部消除地基液化沉陷措施，当采用加密法，应处理至液化深度下界，所以桩长为基础底面下11m，其中厚度为3m的黏性土为不液化土，但施工原因，砂石桩桩长不能按8m计算，而应按11m计算。
根据规范JGJ79—2002规定，砂石桩孔内填料量应通过现场试验确定，初步估算可按设计桩孔体积乘以充盈系数β（β=1.2～1.4）。
每孔填料量为
S＝πR2×L×β＝3.14×0.22×11×11.3＝1.8m3
（7）部分消除液化沉陷，每孔的填料量
根据规范GB50011—2001规定，当部分消除地基液化沉陷时，处理深度应使处理后的地基液化指数在15m内不宜大于4，所以粉土和粉砂层皆应进行处理，桩长为5m，加上黏性土层3m，桩长共8m，所以每孔填料量为
S＝πR2×L×β＝3.14×0.22×8×1.3＝1.3m3
（8）满足设计要求的组合
根据规范GB50011—2001规定，处理后地基的实测标贯击数（未经杆长修正）大于液化判别标贯击数临界值时，为已消除液化的可能，所以根据表2，（D）组合满足设计要求。
（9）经处理后粉砂的干密度
2.已知有如图所示属于同一设计地震分组的A、B两个土层模型，试判断其场地特征周期Tg的大小。
答案：
分别求出地面至基岩面范围内的等效剪切波速
（2）确定覆盖层厚度
A、B模型均为12m。
（3）按规范判别场地类型
场地类型均为Ⅱ类。
由此得出，两个模型特征周期应相同。
3.某场地抗震设防烈度8度，场地类别Ⅱ类，设计地震分组为第一组，建筑物A和建筑物B的结构自振周期：
TA＝0.2s、TB＝0.4s，阻尼比ξ＝0.05，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001），如果建筑物A和B的地震影响系数分别以αA和αB表示，试求地震影响系数αA/αB的比值。
答案：
由规范GB50011—2001图5.1.5地震影响系数曲线知：
当0.1s＜T＜Tg时α＝η2αmax
根据规范GB50011—2001表5.1.4.2，特征周期Tg＝0.35s，则
4.采用拟静力法进行坝高38m土石坝的抗震稳定性验算。
在滑动条分法的计算过程中，某滑动体条块的重力标准值为4000kN/m。
场区抗震设防烈度为8度。
试计算作用在该土条重心处的水平向地震惯性力代表值Fh
答案：
根据《水工建筑抗震设计规范》（DL5073—2000）A.2.1条，知
Fh＝条块重×ahξαi/g
查表4.3.1知，ah＝0.2g，ξ＝0.25
依据表5.1.3，坝高＜40m，土石坝坝体动态分布系数αi＝1.0+1.18＝2.18
Fh＝4000×0.2g×0.25×2.18/g＝43.6kN/m
5.某仓库地基，地面下5～11m为细砂层，地下水位埋深3m，标准贯入试验平均击数N＝8，试以临界标贯击数方法判断该土层各深度处在发生7度（设计地震分组为第一组）地震时是否发生液化，并计算场地液化指数IlE
答案：
标贯临界值计算
7度地震，设计地震分组为第一组，N0＝6，砂土ρc＝3
d5＝5m，Ncr＝6×[0.9+0.1×（5-3）＝6.6＜8，不液化。
d6＝6m，Ncr＝6×[0.9+0.1×（6-3）＝7.2＜8，不液化。
d7＝7m，Ncr＝6×[0.9+0.1×（7-3）＝7.8＜8，不液化。
d8＝8m，Ncr＝6×[0.9+0.1×（8-3）＝8.4＞8，液化。
d9＝9m、10m、11m，Ncr分别为9、9.6和10.2，液化。
所以7.5～11m砂土发生液化。
（2）标贯试验点中点深度
（3）计算影响权函数
d＝8.0m,W1＝7.0m-1；d＝9m,W2=6m-1；d=10m,W3＝5m-1；d＝10.75m,W4=4.25m-1
深度7.5～1lm范围，各计算土层厚度
d1＝8.5-7.5＝1.0m,d2＝9.5-8.5＝1.0m,d3＝10.5-9.5＝1.0m,d4＝11-10.5＝0.5m
（4）计算液化指数
液化等级为轻微液化。
6.已知某建筑场地土层分布如表所示，为了按《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）划分抗震类别，测量土层剪切波速的钻孔应达到何种深度即可?
并说明理由。
题7-39表
层序
岩土名称和性状
层厚（m）
层底深度m）
1
填土fak=150kPa
5
5
2
粉质黏土fak=200kPa
10
15
3
稍密粉细砂
15
30
4
稍密～中密圆砾
30
60
5
坚硬稳定基岩
答案：
划分场地类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按规范（GB50011—2001）表4.1.6划分，等效剪切波速的计算深度，取覆盖层厚度和20m二者的较小值，由题7-39表土层分布，测量土层剪切波速至第3层稍密粉细砂即可，或检测至20m深。
7.某场地土层分布如下：
0～1.5m为填土，土层剪切波速υs：
＝80m/s；1.5～7.5为粉质黏土，υs＝210m/s；7.5～19m为粉细砂，υs＝243m/s；19～26m为砾石，υs＝350m/s；26m以下为砾岩，υs＞500m/s。
试判定该场地的类别。
答案：
确定场地覆盖层厚度
按规范GB50011—2001第4.1.4条规定，覆盖层厚度为地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离，所以该场地覆盖层厚度为26m。
（2）计算等效剪切波速
计算深度d0取覆盖层厚度和20m二者的较小值，故d0＝20m。
覆盖层厚度26m，υse在140～250m/s之间，场地类别为Ⅱ类。
8.某建筑场地抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组。
场地地基土层的剪切波速见表。
按50年超越概率63%考虑，阻尼比为0.05，结构基本自振周期为0.40s，试计算地震水平影响系数。
题7-24表
土样编号
土层结构
层底深度（m）
剪切波速（m/s）
1
填土
5.0
120
2
淤泥
10.0
90
3
粉土
16.0
180
4
卵石
20.0
460
5
基岩
800
答案：
υ4/υ3＝2.56＞2.5，且其下υs均不小于400m/s，覆盖层厚度取16m，等效剪切波速
建筑场地类别III类，特征周期Tg＝0.45s。
50年超越概率63%，即多遇地震αmax＝0.16。
9.某建筑场地抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.30g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅲ类，建筑物结构自震周期T＝1.65s，结构阻尼比ξ取0.05，当进行多遇地震作用下的截面抗震验算时，试求相应于结构自震周期的水平地震影响系数值。
答案：
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001），Ⅲ类场地，地震分组为第二组，其特征周期Tg＝0.55s，8度设防，多遇地震，地震加速度0.3g，其水平地震影响系数最大值αmax＝0.24。
10.某15层住宅基础为筏板基础，尺寸30m×30m，埋深6m，土层为中密中粗砂，γ＝19kN/m3，地下水位平基础底，地基承载力特征值fak＝300kPa，试确定地基抗震承载力。
答案：
地基承载力经深度修正
ηb＝3，ηd＝4.4
fa＝fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）
＝300+3×（19-10）×（6-3）+4.4×19×（6-0.5）＝841kPa
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001），知ξa＝1.3
地基抗震承载力
faE=fa×ξa=1.3×841=1093kPa
11.某场地覆盖厚10m的粉细砂，剪切波速υs＝150m/s，场地抗震设防烈度7度，设计地震分组为第一组，今修建一高100m、直径8m的烟囱，烟囱自振周期T＝0.45+0.0011×
，试判断土的类型、场地类别、场地特征周期、最大水平地震影响系数、烟囱地震影响系数（阻尼比ξ＝0.05）。
答案：
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）表4.1.3，υs＝150m/s，土的类型为中软土。
根据表4.1.6，场地类别为Ⅱ类场地。
根据表5.1.4-2，场地特征周期Tg＝0.35s。
根据表5.1.4-1，水平地震影响系数最大值αmax＝0.08。
烟囱基本自振周期
地震影响系数
α＝[η2×0.2r-η1（T-5Tg）αmax
T＝1.83＞5Tg＝5×0.35＝1.75s，η1＝0.02，η2＝1.0，r＝0.9
α＝[1.0×0.20.9-0.02×（1.83-1.75）×0.08
＝0.0187
12.某场地地面下的黏土层厚5m，其下为粉砂层，厚10m，整个粉砂层在地震中可能产生液化，已知粉砂层的液化抵抗参数ce＝0.7，若采用摩擦桩基础，桩身穿过整个粉砂层范围，深入其下的非液化土中，试按《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073—2000）求通过粉砂层的桩长范围桩侧阻力总的折减系数。
答案：
当ce＝0.7时：
埋深ds＜10m，折减系数ψl＝1/3
10m＜ds＜20，折减系数ψl＝2/3
桩在粉砂层的上面5m,ψ1＝1/3；下面5m,ψ2＝2/3。
13.某水闸下游岸墙高5m，墙背倾斜与垂线夹角ψI＝20°，墙后填料为粗砂，填土表面水平，粗砂内摩擦角ψ＝32°，墙背与粗砂间摩擦角δ＝15°，岸墙所在地区抗震设防烈度为8度，试计算在水平地震力作用下（不计竖向地震力作用）在岸墙上产生的地震主动土压力FE（地震系数角θe取3°）。
答案：
《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073—2000）中地震主动土压力为
14.某建筑场地抗震设防烈度为7度，地基设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为二组，地下水位埋深2.0m，未打桩前的液化判别等级如表所示，采用打入式混凝土预制桩，桩截面为400mm×400mm，桩长l＝15m，桩间距s＝1.6m，桩数20×20根，置换率m＝0.063，试求打桩后液化指数减了多少。
答案：
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001），对于打入式预制桩及其他挤土桩，当化土变形限制的有利影响，打桩后桩间土的标贯击数可按下式计算
N＝Np+100ρ（1-e-0.3Np@）
式中：
N——打桩后的标贯击数；
ρ——打入式预制桩的面积置换率；
Np——打桩前的标贯击数。
由表中数据知，4m、5m和7m处标贯击数小于临界标贯击数，粉砂会产生液化，6m和8m处N＞Ncr不液化。
打桩后4m、5m和7m处的标贯击数
4m处N4＝5+100×0.063×（1-e-0.3×5）＝5+6.3×（1-0.223）
＝5+6.3×0.777＝9.89＜Ncr＝11，液化。
5m处N5＝9+100×0.063×（1-e-0.3×9）＝9+6.3×（1-0.067）
＝9+6.3×0.933＝14.88＞Ncr＝12，不液化。
7m处N7＝6+100×0.063×（1-e-0.3×6）＝6+6.3×（1-0.165）
＝6+6.3×0.835＝11.26＜Ncr＝14，液化。
土层厚度d和中点深度z
权函数
4m处W＝10m-1
7m处W＝8.0m-1
液化指数
未打桩土层液化指数
IlE＝5.45+2.5+4.95＝12.9
打桩后IlE减少了12.9-2.56＝10.34，土层由中等液化等级变为轻微液化等级。
15.某普通多层建筑，其结构自震周期T＝0.5s，阻尼比ξ＝0.05，天然地基场地覆盖层厚度30m，等效剪切波速υse＝200m/s，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g，设计地震分组为第一组，按多遇地震考虑，试求水平地震影响系数α。
答案：
地基场地覆盖层厚度30m，υse＝200m/s，场地类别为Ⅱ类，特征周期Tg＝0.35s，水平地震影响系数最大值αmax＝0.16。
16.桥梁勘察的部分成果参见表，根据勘察结果，按现行《公路工程抗震设计规范》（JTJ004）进行结构的抗震计算时，试计算地表以下20m深度内各土层的平均剪切模量Gm（重力加速度g＝9.81m/s2）。
题7-36表
序号
土层岩性
厚度（m）
重度（kN/m3）
剪切波速（m/s）
1
新近沉积黏性土
3
18.5
120
2
粉砂
5
18.5
138
3
一般黏性土
10
18.5
212
4
老黏性土
14
20
315
5
中砂
7
18.0
360
6
卵石
3
22.5
386
7
风化花岗岩
535
答案：
根据《公路工程抗震设计规范》（JTJ004），场地土的平均剪切模量按下式计算
式中：
Gm——平均剪切模量；
hi——第i层土厚度；
ρi——第i层土的质量密度；
υi——第i层土的剪切波速；
n——覆盖土层层数。
当覆盖土层超过20m时，取自地表起20m范围内土层的平均剪切模量，当覆盖土层厚小于20m时，取实际厚度范围内土层的平均剪切模量。
17.某预制桩，截面尺寸0.3m×0.3m，桩长15m，低桩承台为C30混凝土，土层为黏性土，桩端持力层为砾砂，水平抗力系数比例系数m＝24MN/m4，试求单桩抗震水平承载力（xoa＝10mm）。
答案：
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001），抗震承载力可比非抗震承载力提高25%，即
RhE＝84.6×1.25＝105.8kN
18.某工程的结构自振周期T＝1.0s，8度地震区，设计地震分组为第一组，场地土层分布为：
0～2.7m填土，剪切波速υs＝160m/s；2.7～5.50m砂质黏土，υs＝160m/s；5.5～6.60黏土，υs＝180m/s；6.60～12.6m砂卵石，υs＝280m/s；12.6～18.0m基岩，υs＝600m/s。
试计算地震影响系数α（阻尼比ξ＝0.05）。
答案：
确定场地覆盖层厚度
根据规范GB50011—2001第4.1.4条关于建筑场地覆盖层厚度的确定，该场地覆盖层厚度为12.6m。
（2）计算等效剪切波速
计算深度d0取覆盖层厚度和20m二者较小值，故d0＝12.6m。
根据覆盖层厚度和等效剪切波速，查规范GB50011—2001表4.1.6，场地类别为Ⅱ类。
（3）计算地震影响系数。
根据规范GB50011—2001表5.1.4-1和表5.1.4-2，对于8度地震、Ⅱ类场地和设计地震第一组，其水平地震影响系数最大值αmax＝0.16，特征周期Tg＝0.35s。
根据规范GB50011—2001图5.1.5地震影响系数曲线
α＝（Tg/T）rη2αmax
式中：
r——曲线下降段衰减指数；
19.某场地抗震设防烈度8度，设计地震分组为第一组，地下水位深度dw＝4.0m，土层名称、深度、黏粒含量及标贯级数见表，按规范GB50011—2001，采用标贯试验法进行液化判别，试判别表中哪几个标贯试验点属液化土。
答案：
8度地震区，第一组，N0＝10。
根据规范GB50011—2001规定N值的杆长不能修正
所以，粉土，3-1号液化，3-2号不液化；粉砂，4-1号液化，4-2号不液化。
20.某高层建筑，采用管桩基础，桩径0.55m，桩长16m，土层分布：
0～2m粉质黏土，qsa＝10kPa；2～4.5m粉质黏土，qsa＝7.5kPa；4.5～7.0m黏土，qsa＝11kPa；7.0～9.0m黏土，qsa＝19kPa；9.0～12.8m粗砂，qsa＝20kPa；12.8m以下强风化岩，qsa＝32kPa，qpa＝3100kPa。
试计算单桩抗震承载力。
答案：
Ra＝u∑qsiali+qpaAp
＝1.727×（10×2+7.5×2.5+11×2.5+19×2+20×3.8+32×3.2）+
0.237×3100＝1.727×282.6+734.7＝488.1+734.7＝1222.7kN
抗震单桩承载力特征值
RaE＝Ra×1.25＝1222.7×1.25＝1528.4kN
21.某工程为桩箱基础，采用0.35m×0.35m预制桩，桩长13m，桩顶离地面6.0m，总桩数330根，土层分布同题7-17，作用于箱基顶部竖向荷载Fk+Gk＝79200kN，结构总水平地震力FE＝13460kN，由FE作用产生的倾覆力矩设计值ME＝38539kN·m，已知边桩距中心轴ymax＝5.0m，∑y2i＝2633m2，8度地震区，II类场地，结构自振周期T＝1.1s，土的阻尼比ξ＝0.05，试验算桩基础竖向抗震承载力。
答案：
根据题7-17知，考虑粉土和砂土液化：
①桩承受全部地震作用时，单桩竖向地震承载力特征值及RE＝357.4kN；②地震作用按α＝0.1αmax时，单桩竖向地震承载力特征值RE＝218.8kN。
复合基桩的竖向力计算如下。
（1）桩承受全部地震作用时，边桩竖向力为
（2）地震作用按水平地震影响系数最大值的10%采用时
根据规范GB50011—2001表5.1.4.2，II类场地特征周期Tg＝0.35s。
因此，由地震作用的倾覆力矩ME应减小到28%。
22.高层建筑高42m，基础宽10m，深、宽修正后的地基承载力特征值fa＝300kPa，地基抗震承载力调整系数ξa＝1.3，按地震作用效应标准组合进行天然地基基础抗震验算，问下列哪一选项不符合抗震承载力验算的要求，并说明理由。
（1）基础底面平均压力不大于390kPa；
（2）基础边缘最大压力不大于468kPa；
（3）基础底面不宜出现拉应力；
（4）基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。
答案：
根据规范GB50011—2001，天然地基基础抗震验算时，应采用地震作用效应标准组合，且地基抗震承载力应取地基承载力特征值乘调整系数ξa
faE=ξafa
fa＝300kPa，ξa＝1.3
faE＝300×1.3＝390kPa
（1）pk≤faE＝390kPa，正确。
（2）Pkmax≤1.2faE=1.2×390=468kPa，正确。
（3）高宽比大于4的高层建筑（该建筑高宽比为4.2），在地震作用下，基础底面不宜出现拉应力，正确。
（4）高、宽比4.2＞4的高层不符合，不正确。
23.同一场地上甲乙两座建筑物的结构自震周期分别为T甲＝0.25s，T乙＝0.60s，已知建筑场地类别为II类，设计地震分组为第一组，若两座建筑的阻尼比都取0.05，试求在抗震验算时甲、乙两座建筑的地震影响系数之比（α甲/α乙）。
答案：
场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，特征周期Tg＝0.35s
甲建筑结构自震周期T＝0.25s＜Tg＝0.35s
其地震影响系数α甲＝η2αmax
乙建筑T＝0.6s＞Tg＝0.35S，T＝0.6s＜5Tg＝1.75s
24.土层分布及实测剪切波速如表所示，问该场地覆盖层厚度及等效剪切波速为多少?
题7-46表
岩土名称
层厚d（m）
层底深度（m）
实测剪切波速υsi（m/s）
填土
2.0
2.0
150
粉质黏土
3.0
5.0
200
淤泥质粉质黏土
5.0
10.0
100
残积粉质黏土
5.0
15.0
300
花岗岩孤石
2.0
17.0
600
残积粉质黏土
8.0
25.0
300
风化花岗石
＞500
答案：
覆盖层厚15m，则
25.某建筑场地抗震设防烈度为7度，地下水位埋深为dw＝5.0m，土层分布如表所示，拟采用天然地基，按照液化初判条件，建筑物基础埋置深度db最深不能超过多大临界深度时，方可不考虑饱和粉砂的液化影响?
答案：
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001），对天然地基，上覆非液化土层厚度和地下水位深符合下列条件之一时，可不考虑液化影响。
du＞d0+db-2（a）
dw＞d0+db-3（b）
du+dw＞1.5d0+2db-4.5（c）
式中：
dw——地下水位深；
du——上覆盖非液化土层，将淤泥和淤泥质土扣除；
db——基础埋置深度，不超过2m时按2.0m计；
d0——液化土特征深度，砂土7度设防时d0＝7m。
du＝10-3＝7m，d0＝7m
满足式（a）时
db＜du-d0+2＝7-7+2＝2m
满足式（b）时
db＜dw-d0+3＝5-7+3＝1.0m
满足式（c）时
所以基础最深不能超过3.0m，方可不考虑饱和砂土的液化影响。
26.某土石坝坝址区抗震设防烈度为8度，土石坝设计高度30m，根据计算简
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