土力学试题解答.docx

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土力学试题解答

模拟题一

一、名词解释（20分）

不均匀系数库仑定律前期固结压力平均固结度地基容许承载力

二、填空（20分）

1． 土中的矿物类型有，其中等矿物在粘性土中最为常见。

2． 土孔隙中水的类型有。

3． 土的压缩性指标有等。

4． 根据超固结比，将土可分为三种固结状态。

5． 三轴剪切试验根据排水条件，可分为三种试验方法。

6． 饱和粘性土在局部荷载作用下，其沉降可认为是由机理不同的

三部分组成。

7． 竖直荷载下地基的破坏形式为。

三、简述题（20分）

1． 侧限渗压模型有效应力与孔隙水压力随时间的转换过程（6分）。

2． 产生主动土压力和被动土压力的条件（6分）。

3． 粘性土坡稳定性分析中条分法的基本原理（8分）。

四、计算（40分）

1． 均布竖直荷载p作用于图中的阴影部分，用角点法写出A点以下某深度处σz的表达式（8分）。

2． 某地基砂层下，有一粘土层厚6m，其下为不透水的基岩，地面施加大面积（无限均布）荷载。

已知室内试验取得该粘土层初始孔隙比e1=0.815，在与大面积荷载相等的压力下压缩稳定后的孔隙比为e2=0.795，固结系数Cv=4.6×10-3cm2/s，当固结度Ut=60%时，时间因数Tv=0.287。

试预估粘土层的最终沉降量和固结度达60%所需的时间（10分）。

3． 已知某土样的抗剪强度参数c=50kPa,φ=20°,承受三向应力σ1=450kPa，σ3=200kPa的作用（10分）。

（1）      绘制应力园与抗剪强度曲线；

（2）      判断该土样是否产生破坏。

4． 已知某粘性土样的土粒密度ρS=2.70g/cm3，天然密度ρ=2.00g/cm3，含水量ω=30%，液限ωL=40%，塑限ωP=20%（12分）。

（1）      求：

干密度，孔隙度，孔隙比，饱和度；

（2）      求液性指数和塑性指数，判断土样的稠度状态，按《岩土工程勘察规范》中的分类法给该土样定名。

模拟题二

一、名词解释（24分）

粒度成分压缩定律渗透固结

角点法主动土压力临塑荷载

二、填空（16分）

1．按“建筑地基基础设计规范”分类法，若粒径d>0.075mm的含量<50%，且塑性指数IP≤10，则土的名称定为；若IP>10，则土的名称定为。

2．土层在历史上经受过的最大有效固结压力，称为土的；通常根据土的值，可将天然土层分为，和三种不同的状态。

3．修建建筑物后，由建筑物荷重对基底所增加的那部分压力，称为。

其与基底压力之间的关系可表示为。

4．剪切过程中，无粘性土的体积发生变化的性质为无粘性土的。

5．砂粒组的粒径是mm，粉粒组的粒径是mm，粘粒组的粒径是mm。

6．三大类粘土矿物的亲水性与胀缩性有强到弱的顺序为。

三、简述题（30分）

1． 分层总和法计算地基最终沉降量的基本原理与步骤（10分）。

2． 确定地基容许承载力的方法（10分）。

3． 三轴剪切试验与直接剪切试验各自的优缺点（10分）。

四、作图与计算（30分）

1． 试绘制正常固结土的现场e-lgP曲线（10分）。

2． 如图所示，在大面积均布荷载p作用下，土中M点引起的附加应力为σz，测管水位高出地下水位△h，分别写出M点处自重应力与附加应力作用下的有效应力与孔隙水压力。

（10分）。

3． 已知某粘性土样天然密度ρ=2.00g/cm3，含水量ω=20%，土粒比重Gs=2.70，求该土样的干密度，孔隙比，饱和度。

（10分）

模拟题三

一、名词解释（32分）

粒组压缩系数应力路径固结沉降

有效应力被动土压力基底附加压力液化

二、简述题（40分）

1．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（10分）。

2．有效应力原理的要点（10分）。

3．写出一维渗透固结微分方程的求解条件（10分）。

4．条分法计算土坡稳定性的基本原理与方法（10分）。

三、作图与计算（28分）

1． 有一砂土地基，c=0kPa,φ=30°,地基内某一点的大小主应力为σ1=400kPa，σ3=100kPa，试

（1）      绘制应力园与抗剪强度曲线；

（2）      判断该土样是否产生破坏。

2．一条形基础宽度B=3m，埋置深度D=2m，地基为均匀粘性土，g=20KN/m3，c=10Kpa，f=20°，查图表可知Nγ=5.0，Nφ=8，Nc=18

（1）      用太沙基公式求极限荷载Pu

（2）      若上覆压力P=600Kpa，试问地基是否已经完全破坏

（3）      P=600Kpa是否满足地基容许承载力的要求，为什么？

模拟题四

一、名词解释（35分）

硅铝率

双电层

塑性指数

压缩模量

超固结比

附加应力

基底压力

二、简述题（30分）

1．分层总和法计算地基沉降量的基本原理与步骤。

2．简述饱和土有效应力原理的要点，并用它解释地下水位下降为什么会引起地面沉降。

3．简述抗剪强度理论的要点。

三、作图与计算（35分）

1． 有一粘性土地基，c=20kPa,φ=30°,地基内某一点的大小主应力为σ1=450kPa，σ3=200kPa，试

（1）      绘制应力园与抗剪强度曲线；

（2）      判断该土样是否产生破坏。

2． 图示Casagrande法确定前期固结压力，并简述步骤。

3． 一原状土样经室内压缩实验后取得如下资料：

压力P（Kpa）

0

50

100

200

300

孔隙比e

0.94

0.89

0.86

0.80

0.76

求压缩系数a1-2与压缩模量，并判断其压缩性。

模拟题五

一、名词解释（20分）

角点法粒度成分前期固结压力平均固结度临塑荷载

二、简述题（40分）

1．自重应力与附加应力各自在地基中的分布特点。

2．侧限渗压模型有效应力与孔隙水压力随时间的转换过程。

3．产生主动土压力和被动土压力的条件。

4．粘性土坡稳定性分析中整体圆弧法和条分法的主要区别。

5．确定地基容许承载力的方法。

三、作图与计算（40分）

1． 已知某土样的抗剪强度参数c=50kPa，=20°，承受三向应力1和3的作用。

根据莫尔-库仑破坏准则求1=400kPa时需要多大的3使土样产生破坏，并绘制应力圆与抗剪强度关系曲线。

（10分）

2． 某地基自上而下由透水砂层、饱和粘性土层、不透水基岩所构成，地面施加大面积荷载P（按无限均布荷载考虑），已知P=200kPa（2.0kg/cm2），粘性土层厚6.0m，压缩模量Es=6.0MPa，固结系数Cv=5.0×10-3cm2/s，当固结度达50%时，时间因素Tv=0.197，试预估粘性土层的最终沉降量和固结度达50%所需要的时间（15分）。

3． 用体积为90cm3的环刀切取原状土样，其质量为173g，烘干后其质量为135g，固体颗粒的体积为50cm3，另外室内试验测得液限WL=38％，塑限WP=18％。

（15分）

（1）求：

土粒密度、天然密度、含水量、孔隙比、饱和度；

（2）求液性指数和塑性指数，判断该土样的稠度状态，按《岩土工程勘察规范》中的土质分类法给该土样定名。

模拟题六

一、名词解释（20分）

渗透系数库伦定律先期固结压力地基容许承载力平均固结度

二、填空（22分）

1．三大类粘土矿物的胀缩性由强到弱的顺序为       、       、       ；土孔隙中水的类型有       、       、       。

2．工程上常以土中颗粒直径大于0.075mm的质量占全部土粒质量的50％作为第一个分类的界限，大于50％的称为       ，按其       再分成细类；小于50％的称为       按其       再分成细类。

3．根据超固结比，将土可分为       、       、       三种固结状态。

4．三轴剪切试验根据排水条件，可分为       、       、       三种试验方法。

对抗剪强度指标的选用，如果能确定土孔隙水压力，宜采用       ；若难以确定则采用       。

5．饱和粘性土在局部荷载作用下，其沉降可认为是由机理不同的       、       、       三部分组成。

三、简述题（30分）

1．粒组与矿物成分之间的关系。

2．侧限渗压模型有效应力与孔隙水压力随时间的转换过程。

3．分层总和法计算地基最终沉降量的基本原理。

4．产生主动土压力和被动土压力的条件。

5．粘性土坡稳定性分析中三种条分法的主要区别。

四、求算题（28分）

1．如图示为均布竖直荷载p作用的面积，用角点法写出A点下某深度处z的表达式。

（6分）

2．已知某土样的抗剪强度参数c=50kPa，=20°，承受三向应力1=450kPa，3=200kPa。

试绘制应力圆与抗剪强度曲线，并判断该土样是否产生破坏。

（8分）

3．已知某粘性土样的土粒密度s=2.70g/cm3，天然密度=2.00g/cm3，含水量w=25%，液限=38％，塑限=20％。

压缩试验中，在压力p1=100kPa与压力p2=200kPa作用下土样变形稳定后的孔隙比分别为e1=0.654与e2=0.634。

（14分）

（1）求：

干密度、孔隙度、孔隙比、饱和度；

（2）求液性指数和塑性指数，判断该土样的稠度状态，按《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）分类法给该土样定名；

（3）求压缩系数与压缩模量，并判断该土样的压缩性。

模拟题七

一、名词解释（16分）

角点法平均固结度库伦定律临塑荷载

二、简述题（24分）

1．土中矿物类型及土孔隙中水的类型。

2．粘性土的压缩性与稠度状态之间的关系。

3．土体中地下水向上或向下渗流时，相对于静止水位而言，孔隙水压力与有效应力是如何变化的。

4．瑞典条分法确定粘性土坡稳定性系数的基本原理。

三、求算题（60分）

1.某原状土样的总体积为200cm3，总质量为400g，烘干后其质量为320g，固体颗粒的体积为118cm3，室内还测得液限wL=42%，塑限wP=20%。

（14分）

（1）求：

天然密度、含水量、孔隙比、饱和度；

（2）求液性指数与塑性指数，判断土样的稠度状态，按建设部的土质分类法给该土样定名。

2．某饱和粘性土层厚10m，地面作用着大面积连续均布荷载p=150kPa,已知该粘性土层的压缩模量Es=5.0MPa，固结系数Cv=10m2/年。

（12分）。

（1）预估该饱和粘性土层的最终沉降量；

（2）分别求该粘土层在单面排水与双面排水条件下固结度达60%所需要的时间（已知当固结度Ut=60%时，时间因素Tv=0.287）。

3.某条形基础下地基土中一点的应力为：

z=250kPa，x=100kPa，x=40kPa，已知土的内摩擦角=30°，粘聚力c=0。

（12分）

（1）求最大主应力与最小主应力；

（2）用一点的极限平衡条件式判断该点是否破坏；

（3）绘制莫尔应力圆与抗剪强度曲线。

4.高5m、墙背垂直光滑的挡土墙，墙后填无粘性土，填土面水平，填土的重度=18KN/m3，内摩擦角为=40°，内聚力为0。

试分别求出作用在挡土墙上总的主动与被动土压力值。

（10分）

5.一条形基础受中心竖直荷载作用，基础宽3m，埋深2m，地面以下的土体为均质粘性土层，其重度=20KN/m3，内摩擦角=20°，内聚力C=50KN/m2。

（12分）

（1）试用太沙基公式求地基产生整体剪切破坏时的极限承载力（已知承载力系数Nr=6,Nc=18,Nq=8）

（2）求地基容许承载力（稳定安全系数取3），若地面作用着竖直均布荷载P=300KN/m2，问地基的承载力是否满足上部荷载的要求？

模拟题一参考答案

一、名词解释

1．不均匀系数：

用特征粒径间相互关系表示土的粒径级配均匀与否的系数，用下式表示

Cu=d60/d10

2．库仑定律：

当土所受法向应力不很大时，土的抗剪强度与法向应力可近似用线性关系表示，这一表征土体抗剪强度与法向应力的公式即为库仑定律表达式

3．前期固结压力：

土体在历史过程中所承受的最大压力（指有效应力）σp。

4．平均固度：

指某一时间，土层一平面所承受的有效应力与总应力的比值。

5．地基容许承载力：

地基稳定且有足够的安全度，且地基的变形控制在建筑物容许范围内时承载力。

二、填空题

1．土中矿物类型有原生矿物、次生矿物、有机质，粘性土中主要以蒙脱石、高岭石、伊利石三大类粘土矿物为主。

2．土孔隙中水的类型有强结合水、弱结合水、毛细水和重力水。

3．土的压缩性指标有压缩系数、压缩模量、压缩指数等。

4．根据超固结比，可将土的固结状态分为超固结土、正常固结土、欠固结土。

5．三轴剪切试验根据固结和排水条件的不同可分为不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪三种试验方法。

6．饱和粘性土在局部荷载作用下，其实际沉降应由瞬时沉降、主固结沉降、次固结沉降组成。

7．竖直荷载下地基的破坏形式为局部剪切破坏、整体剪切破坏、冲剪破坏。

三、简述题

1．答：

这一转换过程可分为三个阶段，加载后

（1）t=0时，排水孔不不及排水，土骨架（弹簧）受力为零，此时荷载全部由孔隙水来承担，即u=σ，σ′=0，测压管内水柱上升高度h为σ/γw。

（2）t>0时，由于存在水头差，将发生渗流现象，水从排水孔流出，测压管水柱慢慢下降，即超静孔隙水压力逐渐消散。

此时，弹簧上受力逐渐增大，即有效应力增加，但仍有σ=σ′+u。

（3）t=∞时，超静孔隙水压力消散为零，此时外荷载全部由弹簧（土骨架）承担，土的固结过程完结。

2．答：

产生主动土压力的条件为：

挡土墙向前远离填土的方向移动或转动，由转动或移动量达到一定值，土体内潜在滑动面上的剪应力达到土的抗剪强度，则作用于挡土墙上的压应力最小，即为主动土压力Ea。

产生被动土压力的条件：

挡土墙受外力作用向着填土方向移动时，墙后一部分土体产生向上滑动趋势。

当墙移动至一定位置时，土体内潜在滑动面上的剪应力也达到抗剪强度值。

此时，土体作用于挡土墙上的压力达到最大值，即被动土压力Ep。

3．答：

条分法的基本原理为：

将滑动土体划分为一条条的小块体，分别以各小块体为研究对象，考虑它们自身重力，条块间作用力，反土体对条块的作用力等等，这些力必须使各条块同时处于极限平衡状态，根据力的大小和方向列出方程组求解未知量，但要真正求出各未知量须作一定假设，对不同条分法有不同的假设。

四、计算

1．解：

由角点法可得：

ksI为abAh查得，ksII为hafg查得，ksIII为bcda查得，ksVI为dafe查得，ksV为ijkA查得

2．解：

由题可知为单面排水情况，且H=6m

由下式

得

∴Ut达60%时，所需时间

又由

∴

3.解：

（1）绘图略

（2）根据图形判断，莫尔圆远离抗剪强度曲线，则土体未产生破坏

或根据下面式子也可知土体未破坏。

4．解：

（1）由题意及变换公式得：

由IL=0.5可知，土样处于可塑状态，由IP=20可知，土为粘土。

模拟题二参考答案

一、名词解释

1．粒度成分：

土中不同粒组以占干土总质量的百分比表示的相对含量。

2．压缩定律：

在压力变化范围不大时，孔隙比的变化（减少值）与压力的变化值（增加值）成正比。

3．渗透固结：

土体中由附加应力引起的超静水压力随时间逐渐消散，附加应力转移到土骨架上，骨架上的有效应力逐渐增加，土体发生固结的过程称为渗透固结。

4．角点法：

利用角点下的应力计算公式和应力叠加原理推求地基中任意点的附加应力的方法称为角点法。

5．主动土压力：

当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动位移量达到一定量时，滑动面上的剪应力等于抗剪强度，墙后土达到主动极限平衡状态，填土中开始出现滑动面，这时作用在墙背上的土压力就称为主动土压力。

6．临塑荷载：

地基中刚开始出现塑性区的荷载。

二、填空题

1．粉土粘性土

2．前期固结压力超固结比OCR正常固结土超固结土欠固结土

3．基底附加压力p0=p-gD

4．剪胀性

5．0.075-2mm0.005-0.075mm<0.005mm。

6．蒙脱石伊利石高岭石

三、简述题

1．基本原理：

（1）假设土层只发生竖向压缩变形（一维课题），设备侧向变形，因此可用室内侧限压缩试验得到的参数（e,a,Es）计算沉降量；

（2）按土的特性、应力状态及地下水位将地基可能受到的压缩层分为若干层，分别计算各分层的沉降量Si；

（3）将各分层的沉降量按下式总和起来得地基最终沉降量。

求解步骤：

（1）计算与绘制基础中心点下地基中的自重应力与附加应力分布曲线。

（2）分层计算变形量

（3）确定受压层下限、计算最终沉降量。

2．答：

确定地基容许承载力的方法主要有：

（1）理论公式计算：

用地基极限承载力除以安全系数，或按控制地基中塑性区发展范围。

（2）按地基规范承载力表：

按野外鉴别，室内物理力学性质指标，标贯试验锤击数与轻便触探试验贯入击数查表确定。

（3）原位试验：

载荷试验，静力触探试验，标贯试验，旁压试验等。

3．三轴剪切实验的优点：

能控制排水条件，测量孔隙水压力，没有人为规定的破坏面，受力条件比较符合实际情况（三向应力状态）。

三轴剪切实验的缺点：

设备与操作比较复杂，费用较高。

直接剪切实验的优点：

设备简单，操作方便，费用较低。

直接剪切实验的缺点：

不能控制排水条件，受力条件不明确，破坏面为人为规定的面。

四、作图与计算

1．参考教材中的有关内容

2．

（1）竖向总应力

孔隙水压力

有效应力

（2）超静孔隙水压力

3．干密度：

孔隙比：

饱和度：

模拟题三参考答案

一、名词解释

1．粒组：

将工程性质相似，颗粒大小相近的土粒归并成组，按其粒径大小分成若干组别，称为粒组。

2．压缩系数：

压缩曲线上，当压力变化范围不大时，孔隙比的变化值与压力的变化值的比值，即：

3．应力路径：

土内某一点的应力变化过程可用摩尔圆上剪力最大点在坐标第中的运动轨迹来表示，这个点的移动轨迹叫应力路径。

4．固结沉降：

饱和或接近饱和的粘性土在基础荷载的作用下，随着超静孔隙水压力的消散，土骨架产生变形所造成的沉降。

5．有效应力：

由颗粒间接触点传递的应力，它对土体变形和强度有效的粒间应力，称为有效应力。

6．被动土压力：

当挡土墙沿墙趾向填土方向转动或平行移动，位移量达到一定量时，滑动面上的剪应力等于抗剪强度，墙后土达到被动极限平衡状态，填土中开始出现滑动面，这时作用在墙背上的土压力达到最大，称为被动土压力。

7．基底附加压力：

由于建筑物荷载在基础底面所引起的附加应力，即引起地基变形的应力。

8．液化：

饱和砂中因振动使孔隙水压力突然升高导致砂土丧失强度的现象。

>

二、简述题

1． 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，计算结果一致。

不同点：

库仑理论基于滑动楔体法，适用于填土面为任意形状且只限于无粘性土；而朗肯理论基于极限应力法，适用于填土面为水平面或倾斜的平面，对粘性土与无粘性土均适用。

2．答：

有效应力原理是太沙基于1936年首次用英语讲述的，其主要内容可归纳为如下两点：

（1）饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分，其关系总是满足：

σ――总应力（自重应力与附加应力）；

σ′――有效应力，粒间应力；

u――孔隙水压力。

（2）土的变形（压缩）与强度的变化都只取决于有效应力的变化。

土中孔隙水压力为中性压力，不能使土发生变形和强度的变化，但孔隙水压力的变化将直接引起有效应力发生变化，从而导致土体的体积和强度发生变化。

3．答：

初始条件：

t=0和0≤Z≤H时，有

边界条件：

0

0

；

t=∞和0≤Z≤H时，u=0。

4．答：

对于φ>0的粘性土，通常采用条分法计算土坡稳定系数，具体做法是先将滑弧内的土体分成若干竖条（一般为等宽），取其中任意一条为隔离体，分析与计算作用在土条边界上诸力的大小，如图示，作用在条块i的力，附重力Wi外，条块侧面作用有法向力Pi、Pi+1、切向力Hi、Hi+1，滑弧段cd上作用着法向力Ni和切向力Ti，Ti中包括粘聚阻力cili和摩擦阻力，Nitgφi。

然后分别求作用于各土条上的力对园心的滑动力矩和抗滑力矩，总的抗滑力矩与总的滑动力矩之比即为所求的稳定系数。

三、作图与计算

1．

（1）图略；

（2）土体处于破坏状态

2．

（1）极限荷载为：

（2）因为Pu>P，地基没有完全破坏；

（3）不满足地基容许承载力的要求，因为对太沙基理论来讲，一般安全系数为2~3。

模拟题四参考答案

一、名词解释

1．硅铝率：

某种粘土矿物中二氧化硅与倍半氧化物（Al2O3，Fe2O3）分子数的相对比值。

2．双电层：

粘粒矿物本身所带的电荷形成的决定电位层和吸附与它周围的带相反电荷的固定层和扩散层组成的反离子层，统称为双电层。

3．塑性指数：

液限与塑限之差称为塑性指数，用下式表示：

IP=WL—WP

4．压缩模量：

土在侧限条件下，压应力与相应的压缩应变的比值。

5．超固结比：

定量地表征土的天然固结状态的指标，用下式表示：

6．附加应力：

在外荷作用下，土体中各点产生的应力增量。

7．基底压力：

建筑物荷载由基础传递给地基，称基础底面传递给地基表面的压力为基底压力。

二、简述题

1．答：

（1）分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量Si，认为基础的平均沉降量S等于Si的总和，即：

式中，n为计算深度范围内土层的分层数。

（2）计算Si时，假设土层只发生竖向压缩变形（一维课题），没有侧向变形，因此可采用室内压缩试验得到的参数计算Si。

分层时要考虑附加应力的变化，土层性质及地下水位等。

2．有效应力原理的要点：

（1）饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分，其关系总是满足：

σ――总应力（自重应力与附加应力）；

σ′――有效应力，粒间应力；

u――孔隙水压力。

（2）土的变形（压缩）与强度的变化都只取决于有效应力的变化。

土中孔隙水压力为中性压力，不能使土发生变形和强度的变化，但孔隙水压力的变化将直接引起有效应力发生变化，从而导致土体的体积和强度发生变化。

解释地面沉降（略）

3．参考教材上有关内容

三、作图与求算

1．

（1）图略；

（2）土体处于破坏状态

2．作图如下，步骤略

3．压缩系数a1-2=（e1-e2）/（p2-p1）=（0.86-0.80）/（200-100）=0.6MPa-1

压缩模量Es=（1+e1）/a=（1+0.86）/0.6=3.1MPa

因为a1-2=0.6MPa-1≥0.5MPa-1，所以为高压缩性土。

模拟题五参考答案

一、名词解释（20分）

1．粒度成分：

渗透系数是反映土的透水性能的比例系数，是单位面积单位水力梯度单位时间内透过的水量。

2．角点法：

利用角点下的应力计算公式和应力叠加原理，推求地基中任意点的附加应力的方法，称角点法。

3．前期固结压力：

是指土层在地质历史上曾经受过的最大有效固结压力。

4．平均固结度：

土层发生渗流固结，在某一时刻t，土层骨架已经承