土力学及基础工程复习题及参考答案.docx

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土力学及基础工程复习题及参考答案

现代远程教育课程考试复习题及参考答案

土力学及基础工程

一、选择题：

1.达西定律适用于地下水为（）时的水的运动规律。

　[]

　A.　层流　B.　紊流　C.　层流和紊流　　

2.朗金土压力理论计算出的主动土压力值与实际值相比，结果会：

　[]

　A.　偏大　B.　相同　C.　偏小　　

3.土的压缩模量越大，说明土的压缩性：

　[]

　A.　与压缩模量无关　B.　越小　C.　越大

4.基础设计中，进行持力层强度检算时所采用的应力是：

　[]

　A.　土中附加应力　B.　基底附加应力　C.　基底接触应力　　

5.土体在简单弹性应力和应变状态下，其压缩模量与变形模量的关系为：

　[]

　A.　ES＝E0　B.　E0＞ES　C.　E0＜ES　　

6.库伦土压力理论主要适用于：

　[]

　A.　砂类土　B.　粘性土　C.　粘性土和砂类土

7.在载荷试验的p—s曲线上，从线性关系变成非线性关系时的界限荷载称为：

　[]

　A.　临塑荷载　B.　临界荷载　C.　极限荷载　　

8.基础的持力层是指：

　[]

　A.　基础底面以下的所有土层

　B.　与基础底面直接接触的那层土层

　C.　除与基础底面直接接触的那层土层以外的所有土层

9.土的液性指数IL＜0，表明土所处状态为：

　[]

　A.　软塑　B.　流塑　C.　可塑　D.　坚硬

10.三轴试验土样的破坏面与试样顶面呈：

　[]

　A.　45°　B.　45°＋φ/2　C.　45°－φ/2　D.　90°

11.柔性基础的上部荷载为梯形分布时，基底接触压力分布呈现：

　[]

　A.　均匀分布　B.　马鞍形分布　C.　钟形分布　D.　梯形分布

12.提高地基土极限承载力最有效的方法是：

　[]

　A.　增大土的重度　B.　增大土的内摩擦角

　C.　增大基底面积　D.　加大基础的埋置深度

13.不属于浅基础的基础形式是：

　[]

　A.　扩展基础　B.　沉井基础　C.　墙下条形基础　D.　片筏基础

14.与预制桩相比，灌注桩的主要不足是：

　[]

　A.　截面较小　B.　桩长较小

　C.　桩身质量不易保证　D.　施工机具复杂

15.对土层情况、各桩的直径、入土深度和桩顶荷载都相同的摩擦桩,群桩（桩间距为3d）的沉降量将比单桩的沉降量：

　[]

　A.　小　B.　大　C.　相同　D.　或大或小

16.下列情况中，可以减小基底的附加应力的是：

　[]

　A.　设置圈梁　B.　减小建筑物长高比

　C.　调整建筑物某些部位的标高　D.　设置地下室或半地下室

17.刚性基础台阶允许宽高比的大小除了与基础材料及其强度等级有关外，还与（）有关。

[]

　A.　基底压力　B.　地基土的压缩模量

　C.　基础的底面尺寸　D.　持力层的承载力

18.下列确定地基承载力标准值的方法中不适用于粘性土地基的方法是：

　[]

　A.　现场载荷试验　B.　室内试验　C.　轻便贯入试验　D.　野外鉴别

19.下列桩型中，属于大量排土桩的是：

　[]

　A.　钻孔灌注桩　B.　打入式预制桩　C.　H型钢桩　D.　底端开口钢管桩

20.桩侧负摩阻力的方向和产生的位置分别为：

　[]

　A.　方向向上，在桩端产生　B.　方向向上，在桩周产生

　C.　方向向下，在桩周产生　D.　方向向下，在桩端产生

21.渗流的渗透力也称动水力，其数值：

　[]

　A.　与水头梯度成正比　B.　与横截面积成正比

　C.　与流速成反比　D.　与渗透系数成正比

22.土样的含水量试验的烘烤温度为：

　[]

　A.　80℃～90℃　B.　90℃～95℃　C.　105℃　D.　100℃左右

23.衡量土的粒径级配是否良好，常用的判定指标是：

　[]

　A.　不均匀系数　B.　含水量　C.　标贯击数　D.　内摩擦角

24.反映土的结构性强弱，可用：

　[]

　A.　饱和度　B.　灵敏度　C.　粘聚力　D.　相对密实度

25.在地基固结过程中，外荷载引起的孔隙水压力逐渐转化为有效应力，土的体积：

　[]

　A.　逐渐增大　B.　逐渐减小　C.　与之无关　D.　不变

26.碎石土和砂土定名时，下列诸项方法中正确的是：

　[]

　A.　按粒组划分

　B.　按粒组含量由大到小以最先符合者确定

　C.　按粒组含量由小到大以最先符合者确定

　D.　按有效粒径确定

27.在粉土中，当动力水（）土的浮重时，会发生流砂现象。

　[]

　A.　大于等于　B.　小于等于　C.　小于　D.　无法确定

28.地基发生整体滑动破坏时，作用在基底的压力一定大于：

　[]

　A.　临塑荷载　B.　临界荷载　C.　极限荷载　D.　地基承载力

二、简答题：

1.简述在三轴剪切试验中，固结不排水剪的剪切过程。

2.试述分层总和法中分层时的注意事项。

3.地基最终沉降量通常是由哪三部分组成？

对于干净的粗砂，哪一部分沉降量可以认为是零？

4.有哪些主要因素影响饱和土液化?

5.计算桩侧土的弹性抗力时为什么要采用计算宽度？

6.什么是单桩竖向承载力？

确定单桩承载力的方法有哪几种？

7.地基基础设计时，地基与基础主要应满足哪几个方面的要求?

8.试简述土的工程分类依据。

9.如何确定明挖基础的埋置深度？

10.为什么要将桩区分为长桩和短桩？

11.粘性土的液性指数和塑性指数有什么区别，它们各有什么用途？

12.什么是地基土的极限承载力和允许承载力？

两者有何不同？

三、计算题：

1.设某荷载在地基中引起的附加应力如图所示，若已知土体平均压缩模量Es=5MPa，试求图中BC两点间土层的最终沉降量ΔSBC。

当地基平均固结度达到60%时，此时整个地基的沉降量将是多少?

2.挡土墙高5m，填土的物理力学性质指标如下：

φ=30º，c=0，γ=18kN/m3，墙背竖直光滑，填土水平，作用有荷载q=10kN/m2。

试求主动土压力Ea，并绘出主动土压力强度分布图。

3.设土样厚3cm，在100～200kPa压力段内的压缩系数a=2×10-4m2/kN，当压力为100kPa时，e=0.7。

求：

①该土样的压缩模量Es；②判断该土的压缩性；③土样压力由100kPa到200kPa时，土样的压缩量S。

4.某粘性土的抗剪强度指标分别为C＝11.5kPa，φ＝28°，问当某土样所受小主应力σ3＝44.3kPa，要保证土样不被剪坏，大主应力σ1应满足何种条件？

5.图示砼桥墩基础，基础平面尺寸为a=7.5m，b=7.4m，埋深h=2m，试根据图示荷载及地质资料进行下列项目检算：

①检算持力层承载力（k1=0，k2=1.5）；②检算基础本身强度；③检算偏心距。

6.已知矩形沉井基底位于土层上，荷载为：

N=24000kN，M=16000kN•m，H=800kN，计算宽度b0=9m，基底纵向尺寸a=5m，基底截面模量W=33.3m3，αh＜2.5，试检算其地基承载力。

（基础宽度、深度修正系数分别为k1=0，k2=1.5）

7.某建筑场地地层及土的物理力学指标为：

第一层为粉土，厚度为6米，γ1=18.0kN/m3，G1=2.7，ω1=35%，第二层为粉质粘土，厚度为4米，γ2=18.9kN/m3，G2=2.72，ω2=34.3%，地下水位在地面以下3.6米处。

试求该场地土的自重应力并绘出自重应力分布图。

8.某混凝土桥墩基础，基础尺寸a=7.8m，b=7.2m，地质资料如图所示，地下水位与基底平齐。

在主力＋附加力作用下，基底荷载为：

N=4230kN，M=900kN·m，H=240kN。

试检算：

①持力层和软弱下卧层强度；②基底偏心矩；③基础倾覆稳定性。

9.饱和粘土层厚10m，γ=18.9kN/m3，其下为砂土，厚4m，砂土层中承压水，已知粘土层底A点的水头高为5m。

若在粘土层开挖基坑，试求基坑的允许开挖深度H。

10.某饱和软粘土层，厚10m，在外荷载作用下产生的附加应力沿土层深度分布简化为梯形，下为不透水层。

已知初始孔隙比e1=0.85，压缩系数a=2.5×10-4m2/kN，渗透系数k=2.5，求土层沉降15.0cm所需的时间t。

透水面σ1=200kPa，不透水面σ2＝100kPa，当Ｊ＝２时：

Ｕt

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

ＴＶ

0.09

0.16

0.24

0.35

0.53

11.某建筑物条形基础，受偏心荷载的作用（如图所示）。

图中B=3.5m，埋深D=2.0m，若取1延米考虑，则（F+G）=480kN/m，偏心距e0=0.65m，问按照建筑地基基础设计规范，地基承载力设计值至少为多少才能满足要求。

12.某桩基础如下图所示，承台为刚性，各桩刚度相等，采用0.3×0.3m2的方形预制桩共12根。

已知N=4400.4kN，M=805kN·m。

要求计算：

①单桩承载力的容许值Rk和设计值R；②当桩基只承受中心荷载N+G时，单桩承载力是否满足要求？

③当桩基同时承受N+G及M时，单桩承载力是否满足要求？

参考答案

一、选择题：

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

A

A

B

C

C

A

A

B

D

B

D

B

B

C

B

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

D

A

D

B

C

A

C

A

B

B

B

A

C

二、简答题：

1.答：

施加围压σ3后，打开孔隙水压力阀，测定孔隙水压力，然后打开排水阀，使试样充分排水固结，再关闭排水阀，施加轴向力进行剪切。

2.答：

分层时在压缩层深度范围内按≤0.4B的厚度划分每一个薄层，在地下水位处或土层的分界面处都要算一个分层。

3.答：

地基最终沉降量由瞬时沉降量、主固结沉降量和次固结沉降量三部分组成。

对于干净的粗砂，可以认为次固结沉降量是零。

4.答：

影响饱和土液化的主要因素有：

土的类别、排水条件、土的密实度、土的初始固结压力及振动作用强度和持续时间。

5.答：

因为桩侧土的横向抗力呈空间分布状态，为简化计算，分析时将空间受力状态化为平面状态考虑，同时桩的截面形状会影响到横向抗力，因此通常要用计算宽度而不用桩的实际宽度（或直径）。

6.答：

⑴单桩竖向承载力是指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定，不产生过大变形所能承受的最大荷载。

⑵由桩身材料强度和土对桩支承力综合确定。

其中确定土对桩支承力方法主要有：

桩的静载荷试验和按静力学公式计算、打桩公式等。

7.答：

⑴基底平均应力设计值p≤地基承载力设计值f，且pmax≤1.2f。

⑵对承受水平荷载作用的构筑物及建造在斜坡上的建筑物应满足稳定性要求。

⑶基础沉降量应小于地基容许变形值。

⑷基础本身要有足够的强度、刚度和耐久性。

8.答：

对于无粘性土，颗粒级配对其工程性质起着决定性的作用，因此颗粒级配是无粘性土工程分类的依据和标准。

而对于粘性土，由于它与水作用十分明显，土粒的比表面积和矿物成分在很大程度上决定这种土的工程性质，而体现土的比表面积和矿物成分的指标主要有液限和塑性指数，所以液限和塑性指数是对粘性土进行分类的主要依据。

9.答：

先从保证持力层不受外界因素的影响出发，确定基础的最小埋置深度。

再从满足各种力学检算的要求考虑，选择最小埋置深度以下某一土层作为持力层，从而确定基础的埋置深度。

具体来说，基础底面应位于气候、雨水及动植物影响深度范围以下；严寒地区基础埋深应大于冻结深度；水中基础的埋深要考虑河床的冲刷深度；在此前提下，再考虑建筑物荷载大小、性质和使用要求、场地的水文工程地质条件选择基础的最终埋置深度。

10.答：

通常我们把长径比（L/d）小于10的桩称为短桩，反之称为长桩。

之所以要区分长桩和短桩是因为它们在横向荷载的作用下桩身变位的形式不同。

短桩在横向荷载作用下绕着某一点作刚性转动，桩轴线始终保持为直线。

而长桩在横向力的作用下桩身产生挠曲变形，桩轴线为一曲线。

由于桩身变形不同，因此在计算桩身内力时计算方法是不同的。

所以在设计计算时通常要将桩区分为长桩和短桩，再采用不同的方法去计算和检算。

11.答：

塑性指数Ip是指液限与塑限的差值，用百分率的数值表示。

它表示细粒土处于可塑状态下，含水量的变化范围，它与土的矿物成分、化学成分、土粒大小、粘粒含量和溶液的PH值有关，而与土的天然含水量无关。

塑性指数Ip越大，说明土能吸附的结合水越多，粘粒含量越高或矿物的吸水能力越强，工程中常用该指标对细粒土进行分类。

液性指数IL是指土的天然含水量与塑限的差值和液限与塑限的差值之比。

它不仅与土的矿物成分、化学成分、土粒大小、粘粒含量和溶液的PH值有关，而且与土的天然含水量也有关。

工程中常用此指标来判断土的软硬程度（或稠度状态）。

12.答：

极限承载力是指地基土发生整体剪切破坏时作用在单位面积地基土上的最小压力，或指地基即将丧失稳定性时的承载力。

允许承载力是指保证地基土不会发生剪切破坏而失去稳定性，同时又不会使建筑物因产生过大变形而影响其安全和正常使用时的单位面积地基土所能承受的最大压力。

它们的不同点是：

⑴极限承载力只考虑地基强度的要求，而允许承载力除考虑地基强度的要求以外，还考虑建筑物容许变形量的要求；⑵极限承载力与地基土的性质、基础的埋深、基础形状和基础宽度有关，而允许承载力除与上述因素有关外，还与上部结构类型有关；⑶允许承载力与上部结构有关，故不是一个常量，而是随上部结构的变化而变化。

三、计算题：

1.答：

σzBC＝（σzB+σzC）/2=（115+75）/2=95kPa

ΔSBC=σzBChBC/Es=95×2/5000=38mm

同理，总沉降量S=（165+25）×（2.5+2+2.5）/（2×5000）=133mm

因为Ut=60%

所以St=Ut×S=60%×133mm=79.8mm

2.答：

Ka=tg2（45°-φ/2）=tg2（45°-30°/2）=0.33

Pa0=Ka×q=0.33×10=3.3kPa

Pa1=Ka×（γh+q）=0.33×（18×5+10）=33kPa

Ea=（Pa0+Pa1）/2×h=（3.3+33）/2×5=90.75kN/m

土压力强度分布图为：

3.答：

（1）Es=

=

=8.5×103kPa=8.5MPa

（2）∵a=2×10-4m2/kN=0.2MPa-1，0.1MPa-1＜a＜0.5MPa-1

∴该土为中等压缩性土。

（3）S=

=

=0.35mm

4.答：

若使土体达到极限平衡状态，根据极限平衡条件可得出σ1′为：

）

σ1′=σ3tg2（45°+φ/2）+2c·tg（45°+φ/2）

=44.3tg2（45°+28°/2）+2·11.5·tg（45°+28°/2）=160.98kPa

因此，要保证土样不被剪坏，大主应力σ1应小于σ1′即：

σ1＜160.98kPa。

5.答：

（1）持力层强度的检算:

持力层的容许承载力[σ]=σ0+k1γ1（b-2）+k2γ2（h-3）

因为k1=0，k2=1.5，h=2m＜3m，故[σ]=σ0=180kPa

作用在基底形心处的外力为：

∑N=N1+N2=4719+1386=6105kN

∑M=1386×0.35+244.5×（10.59+2）+1.4×（10.28+2）+28×（4.79+2）=3770.67kN·m

∑H=244.5+1.4+28=273.9kN

基底平均应力σ=ΣN/F=ΣN/（a×b）=6105/（7.5×7.4）=110kPa＜[σ]=180kPa

σmax=ΣN/F+M/W=110+3770.67×6/7.5×7.42=165.09kPa＜1.2[σ]=216kPa

σmin=ΣN/F-M/W=110-3770.67×6/7.5×7.42=54.91kPa＞0

故持力层强度强度满足要求。

（2）基础自身强度的检算：

基础的刚性角β=arctg（1/1）=45°，而砼的容许刚性角[β]=45°

即β=[β]，基础自身强度满足要求。

（3）偏心距的检算：

偏心距e=∑M∑N=3770.67/6105=0.618m＜b/6=7.4/6=1.23m

所以偏心距满足要求。

6.答：

地基土容许承载力[σ]＝σ0+k1γ1（b-2）+k2γ2（h-3）

＝300+0+1.5×17×（9-3）＝453kPa

∵αh＜2.5

∴基础按刚性桩计算

C0＝m0h＝40000×9＝360000kPa/m

∵基础持力层为粘性土

∴ω＝12（2Hh+3M）/[mb0h4+18WC0a]

＝12×（2×800×9+3×16000）/[40000×9×94+18×33.3×360000×5]

＝2.18×10-4

∵b0＝b+1

∴b＝b0-1＝9-1＝8m

则基底竖向压应力为：

＝N/A±C0ωa/2＝N/（a·b）±C0ωa/2

＝24000/（5×8）±360000×2.18×10-4×5/2＝

∵σmax＝796.2kPa＞1.2[σ]＝1.2×453＝543.6kPa

∴地基承载力不满足要求。

7.答：

∵γ1＝18.0kN/m3，G1＝2.7，ω1＝35%

∴利用三相简图可得:

γ1′＝[（G1-1）·γ1]/[G1（1+ω1）]

＝[（2.7-1）×18.0]/[2.7×（1+0.35）]＝8.4kN/m3

同理，∵γ2＝18.9kN/m3，G2＝2.72，ω2＝34.3%

∴γ2′＝[（G2-1）·γ2]/[G2（1+ω2）]

＝[（2.72-1）×18.9]/[2.72×（1+0.343）]＝8.9kN/m3

第一层土顶面处的自重应力为:

σCZ0＝γ1h0＝0

地下水面处的自重应力为:

σCZ1＝γ1h1＝18.0×3.6＝64.8kPa

第一层土底面处的自重应力为：

σCZ2＝γ1h1+γ1′h1′＝18.0×3.6+8.4×（6.0-3.6）＝84.96kPa

第二层土底面处的自重应力为：

σCZ3＝σCZ2+γ2′h2＝84.96+8.9×4＝120.56kPa

自重应力分布图如下：

8.答：

（1）持力层强度的检算：

持力层的容许承载力[σ]＝σ0+k1γ1（b-2）+k2γ2（h-3）

因为k1=0，h=2.7m＜3m，故[σ]＝σ0＝270kPa

偏心距e＝M/N＝900/4230＝0.213m＜a/6＝7.8/6＝1.3m

基底平均应力σ＝N/F＝N/（a×b）＝4230/（7.8×7.2）

＝75.32kPa＜[σ]＝270kPa

基底应力的最大值σmax＝（N/F）（1+6e/a）＝75.32×（1+6×0.213/7.8）

＝87.66kPa＜1.2[σ]＝324kPa

因此持力层强度满足要求。

（2）软弱下卧层强度的检算：

已知σ0＝100kPa，h＝6.0m，

故γ2′＝[16×0.8+19.5×1.9+（19.5-10）×（5.2+0.8-2.7）]/6.0＝13.53kPa

软弱下卧层的容许承载力

[σ]＝σ0+k2γ2′（h-3）＝100+1.5×13.53×（6.0-3）＝160.89kPa

软弱下卧层顶面处的自重应力为：

σcz＝16×0.8+19.5×1.9+（19.5-10）×（6.0-2.7）＝81.2kPa

软弱下卧层顶面处的附加应力为：

（以基底附加应力按22°扩散至下卧层顶面处）

σz=[（σ-∑γihi）×a×b]/[（a+2Ztg22°）×（b+2Ztg22°）]

＝[75.32-（16×0.8+19.5×1.9）]×7.8×7.2/（7.8+2×3.3×tg22°）（7.2+2×3.3×tg22°）

＝13.85kPa

∴σcz+σz＝81.2+13.85＝95.05kPa＜1.2[σ]＝160.89kPa

下卧层强度满足要求。

（3）基底偏心矩的检算：

e＝M/N＝900/4230＝0.213m

[e]＝ρ＝a/6＝7.8/6＝1.3m

∵e＜[e]

∴基底偏心矩满足要求。

（4）基础倾覆稳定性的检算:

K0＝s/e＝a/2e＝7.8/（2×0.213）＝18.31＞1.5

∴倾覆稳定性满足要求。

9.答：

若A点竖向有效应力σ′≤0，则A点将隆起，基坑将失稳。

以A点的σ′=0为基坑开挖的极限状态。

A点总应力、孔隙水压力分别为：

σ=γ·（10-H）=18.9×（10-H）

u=γ1·5=9.81×5=49.05kPa

由σ′=σ-u=0，得：

18.9×（10-H）-49.05=0

H=7.40m

10.答：

固结应力σＺ=（200+100）/2=150kPa

最终沉降量s=σＺHa/（1+e1）=150×1000×2.5×10-4/（1+0.85）=20.27cm

Ut=st/s=15.0/20.27=0.740

查表得：

Tv=0.422

固结系数CV=k（1+e1）/aγw=2.5×（1+0.85）/2.5×10-4×0.098=1.9×105cm2/年

t=TvH2/CV=0.422×10002/1.9×105=2.22年

11.答：

因为e0=0.65m＞B/6=3.5/6=0.583m，pmin＜0

基底应力发生重分布，按应力重分布公式计算最大基底应力pmax。

pmax=2（F+G）/[3（B/2-e0）]=2×480/[3（3.5/2-0.65）]=290.9kPa

按照“规范”要求：

p=（F+G）/B≤f且pmax≤1.2f

即f≥（F+G）/B=480/3.5=137.14kPa

且pmax=290.9≤1.2f，得f≥290.9/1.2=242.42kPa

因此：

取f≥242.42kPa，即地基承载力设计值至少为242.42kPa才能满足要求。

12.答：

（1）Rk=qp·Ap+Up∑qsili=1600×0.3×0.3+4×0.3（15×8+20×2）=336kN

因为n=12根＞3根，所以R=1.2，Rk=403.2kN

（2）Qi=（N+G）/n=（4400.4+20×2.7×3.7×2）/12=400kN＜R=403.2kN

单桩承载力满足要求。

（3）

=（N+G）/n±Mymax/∑yi2

=（4400.4+20×2.7×3.7×2）/12±805×1.5/（6×0.52+6×1.52）

=480.5kN＜1.2R=1.2×403.2=

单桩承载力满足要求。