[论文类]河海大学01级土力学期末试卷及标准答案 [复制链接]

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关键词：岩土论文考试土力学

01级土力学期末试卷及标准答案， 2003.12
1. 频率曲线: 粒组频率曲线：以个颗粒组的平均粒径为横坐标对数比例尺，以各颗粒组的土颗粒含量为纵坐标绘得。
2. 塑性指数：液限和塑限之差的百分数（去掉百分数）称为塑限指数，用Ip表示，取整数，即：Ip=wL－Wp。塑性指数是表示处在可塑状态的土的含水率变化的幅度。
3. 流土:流土是指在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒同时启动而流失的现象。
4. 超固结比：把土在历史上曾经受到的最大有效应力称为前期固结应力，以pc表示；而把前期固结应力与现有应力po＇之比称为超固结比OCR，对天然土，OCR>1时，该土是超固结土，当OCR＝1时，则为正常固结土。
5. 容许承载力：地基所能承受的最大的基底压力称为极限承载力，记为fu．将F除以安全系数fs后得到的值称在地基容许承载力值fa,即fa＝fu／fs
6. 砂土液化：是指砂性土在循环荷载作用或者在动力荷载作用下，孔隙水应力增加有效应力为零，从而导致其抗剪强度丧失的过程。
二、简答题 (共 36 分)
1.     其它条件相同情况下，超固结粘土的沉降一定小于正常固结粘土的沉降吗？为什么？(10分)
是的(2分)。因为和正常固结粘土相比，超固结粘土孔隙比比正常固结土小，如果现有有效应力相同，则在某荷载增量作用下，超固结土是沿再压缩曲线压缩，而正常固结土沿压缩曲线压缩。由于同一土质，再压缩曲线肯定比压缩曲线缓，即再压缩指数比压缩指数小，因此，超固结粘土沉降比正常固结土小。(8分)
2. 什么是有效应力原理？图中，地基土湿重度、饱和重度和浮重度分别为、和，水重度，M点的测压管水柱高如图所示。写出M点总应力、孔隙水应力、有效应力、自重应力的计算式。(8分)
答：由外荷在研究平面上引起的法向总应力为б，那么它必由该面上的孔隙力u和颗粒间的接触面共同分担，即该面上的总法向力等于孔隙力和颗粒间所承担的力之和，即б=б＇＋u。（2分）
M点总应力：  （1分）
M点孔隙水应力：  （1分）
M点有效应力：     （2分）
M点自重应力：   （2分）
3. 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？没有渗流的情况下的粘性土坡的稳定安全系数可以有哪几种方法计算？（10分）
土坡发生滑动的滑动面有：圆弧、平面、复合滑动面(3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。(4分)
没有渗流的情况下，粘性土坡的稳定安全系数计算方法有：φ＝0分析法、瑞典条分法、简化毕肖普法。(3分)
4. 地基破坏的型式有哪几种？未修正的太沙基极限承载力公式适用于哪种破坏型式的地基？利用太沙基极限承载力公式具体说明地下水位的位置对承载力是如何的影响？（8分）
答：有整体剪切破坏，局部剪切破坏和冲剪破坏．（3分）；未修正的太沙基极限承载力公式适用于整体剪切破坏的条形基础的地基。(2分)
太沙基极限承载力公式。地下水位埋深较大时，式中第1、2项中的γ均不受影响；若地下水位在基底处，则第1项中的γ应用浮容重，承载力降低；若地下水位上升到地面处或以上时，则第1、2项中的γ均应用浮容重，承载力进一步降低；(3分)
三、计算题(共 52 分)
1 . 某一取自地下的试样，用环刀法测定其密度。环刀的体积为60cm3，环刀质量为50g，环刀加湿土质量为172.5g，环刀加干土质量为152.0g，试计算该土样的含水率、天然密度、干密度。（6分）
解：m=172.5-50=122.5g;      ms=152.0-50=102.0g     V=60cm3
           g/cm3
  g/cm3
2 . 某砂土地基中间夹有一层厚2m的正常固结粘土层。地下水位在地面以下2m深处。砂土层的饱和重度21kN/m3，湿重度19kN/m3。粘土层的天然孔隙比1.0，饱和重度20kN/m3，压缩指数Cc=0.4，固结系数Cv=2.0×10-4层cm/s。今在地面大面积堆载100kPa。（1）堆载施加瞬时，测压管水头高出地下水位多少米？（2）粘土层压缩稳定后，图中h 等于多少米？（3）试计算粘土层的最终压缩量（不必分层）。（4）堆载施加30天后，粘土层压缩量为多少？（假定土层平均固结度可用确定）（12分）
解：（1）对饱和土，B＝1
加载瞬时， kPa
  m
(2) 压缩稳定后，超孔隙水应力完全消散
     h=0
(3)    kPa
      kPa       kPa
   m
(4)
           St=U*S=0.29*15=4.35cm
3. 对一完全饱和的正常固结土试样，为了模拟其原位受力状态，先在周围压力σｃ=100ＫＰａ作用下固结，然后再在Δσ3＝０的情况下进行不排水剪试验。若该土的固结不排水强度指标 φcu=20°，破坏时的大主应力σ1应为多大?，同时测出破坏时的孔隙水应力uf=50kPa，试求：（１）该试样的不排水强度Cｕ；（２）破坏时试样中的有效主应力σ＇1及σ＇3；（３）破坏时的孔隙水应力系数Ａf；（４）有效应力强度指标c', φ'。(14分)
解：(1) σ3f＝σｃ=100kPa；   ccu=0
   kPa
故 Cu=(σ1-σ3)/2=(416-100)/2=150 kPa   (2分)
(2)、σ＇1＝σ1-uf=416-50=366 kPa;  σ＇3＝σ3-uf=100-50=50 kPa   (2分)
(3)、    (2分)
(4)、正常固结土，Ccu=0;      C＇=0
        φ＇＝49.4°   (2分)
4. 墙背直立的光滑挡土墙，墙高为10ｍ，两层填土的性质指标如下图所示，上层粘土厚度5m，试求作用在墙背上总的主动土压力大小，并绘出压力分布图（不必求土压力作用点）（12分）
解：对第一层土，

m

B点以上的主动土压力：
pa1=r1H1’ka1－2c =20×3.43×tg232.5-2×10×tg32.5=15.1  kPa   (2分)
B点交界面下：pa2=r1H1’ ka2－2c2 =20×3.43×tg230-0=22.87  kPa  (2分)
C点：pa3=（r1H1’＋r2H2）ka2－2c2    (2分)
=（20×3.43＋18×5）×tg230-0=52.87  kPa
Pa=0.5×3.43×15.1＋0.5×5×（22.87+52.87）
=215.25  kN/m     (2分)

00级土力学试卷及标准答案
（土木、交通类） 2002.12
一、名词解释 (每题 3 分 )
1. 最优含水率:对于一种土，分别在不同的含水率下，用同一击数将他们分层击实，测定含水率和密度然后计算出干密度，以含水率为横坐标，以干密度为纵坐标，得到的压实曲线中，干密度的随着含水率的增加先增大后减小．在干密度最大时候相应的含水率称为最优含水率．
2. 管涌：管涌是渗透变形的一种形式．指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土颗粒形成的空隙中发生移动并被带出的现象．
3. 前期固结应力：土在历史上曾受到的最大有效应力称为前期固结应力
4. 被动土压力：当挡土墙向沿着填土方向转动或移动时，随着位移的增加墙后受到挤压而引起土压力增加，当墙后填土达到极限平衡状态时增加到最大值，作用在墙上的土压力称为被动土压力。
5. 粘土的残余强度：粘性土在剪应力作用下，随着位移增大，超固结土是剪应力首先逐渐增大，而后回降低，并维持不变；而正常固结土则随位移增大，剪应力逐渐增大，并维持不变，这一不变的数值即为土的残余强度。
二、是非题 (每题 1 分)
1．附加应力大小只与计算点深度有关，而与基础尺寸无关。             （×）
2．完全饱和土体，含水量w=100％　　                                （×）
3．固结度是一个反映土体固结特性的指标，决定于土的性质和土层几何尺寸，不随时间变化。(×)
4．饱和土的固结主要是由于孔隙水的渗透排出，因此当固结完成时，孔隙水应力全部消散为零，孔隙中的水也全部排干了。                                    （×）
5．土的固结系数越大，则压缩量亦越大。                              （×）
6．击实功能（击数）愈大，土的最优含水率愈大。                       （×）
7．当地下水位由地面以下某一深度上升到地面时地基承载力降低了。      （√）
8．根据达西定律，渗透系数愈高的土，需要愈大的水头梯度才能获得相同的渗流速度。（×）
9．三轴剪切的CU试验中，饱和的正常固结土将产生正的孔隙水应力，而饱和的强超固结土则可能产生负的孔隙水应力。                                         （√）
10．不固结不排水剪试验得出的值为零（饱和粘土）。　                （√）

三、填空题 (每题 3 分)
1 .土的结构一般有___单粒结构__、__蜂窝状结构__和___絮状结构__等三种，其中__絮状结构____结构是以面～边接触为主的。
2. 常水头渗透试验适用于_透水性强的无粘性土___土，变水头试验适用于__透水性差的粘性土_。
3. 在计算矩形基底受竖直三角形分布荷载作用时，角点下的竖向附加应力时，应作用两点，一是计算点落在___角点___的一点垂线上，二是B始终指___宽度___方向基底的长度。
4.分析土坡稳定的瑞典条分法与毕肖甫法其共同点是__假设滑动面是圆弧面__、假定滑动体为刚体_，不同点是     瑞典条分法不考虑条间力   。
5. 地基的破坏一般有   整体剪切破坏  、   局部剪切破坏   和__冲剪破坏_等三种型式，而其中  整体剪切破坏  破坏过程将出现三个变形阶段。
四、问答及简述题 (共 30 分)
1.     为什么说在一般情况下,土的自重应力不会引起土的压缩变形（或沉降），而当地下水位下降时，又会使土产生下沉呢？(10分)
一般情况下，地基是经过了若干万年的沉积，在自重应力作用下已经压缩稳定了。自重应力已经转变为有效应力了，这种情况下，自重应力不会引起土体压缩。但如土体是新近沉积，自重应力还未完全转变未有效应力，则自重应力将产生压缩。（5分）
当地下水位下降时，部分土层从水下变为水上，该土层原来受到浮托力作用，现该浮托力因水位下降而消失，相当于在该土层施加了一个向下的体积力，其大小等于浮托力。该力必然引起土体压缩。（5分）
2. 简述用分层总和法求基础沉降的方法步骤。(10分)
1         根据作用在基础上的荷载的性质，计算基底压力和分布 (2分)
2         将地基分层．(1分)
3         计算地基中土的自重应力分布(1分)
4         计算地基中垂向附加应力分布(1分)
5         按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力(1分)
6         求第I层的压缩量，(2分)
7         将各个分层的压缩量累加，得到地基的总的沉降量. (2分)
3. 土的粒径分布曲线和粒组频率曲线如何测得，有何用途？对级配不连续的土，这两个曲线各有什么特征？（10分）
1. 土的粒径分布曲线：以土颗粒粒径为横坐标（对数比例尺）小于某粒径的土质量占试样的总质量的百分数为纵坐标绘制的曲线。(2分)
根据土的粒径分布曲线可以求得土中各粒组的含量，用于评估土的分类和大致评估的工程性质．某些特征粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。(3分)
2. 粒组频率曲线：以个颗粒组的平均粒径为横坐标对数比例尺，以各颗粒组的土颗粒含量为纵坐标绘得。(2分)
土的粒径分配曲线不仅可以确定粒组的相对含量，还可以根据曲线的坡度判断土的级配的好坏．(3分)
五、计算题(共 30 分)
1 . 某一取自地下水位下的饱和试样，用环刀法测定其容重。环刀的体积为50cm3，环刀重为80g，环刀加土重为172.5g，该土的土粒比重为2.7，试计算该土样的天然容重、饱和容重、干容重及孔隙比。（10分）
解：ｍ＝７２．５－８０＝９２．５；ｖ＝50　　ｃｍ3
饱和土：ρ  ＝ρ= =92.5／50＝1.85ｇ/ｃｍ3                          (3分)
r ＝ｒ＝1.85×9.8＝18.13　ｋN／ｍ3                                                           (2分)
因为：；＝1.0
=2.7/(1+1)=1.35ｇ/cm3；（4分） rd＝1.35×9.8＝13.23kN/m3 （1分）
2. 对一完全饱和的正常固结土试样，为了模拟其原位受力状态，先在周围压力σｃ=140ＫＰａ作用下固结，然后再在Δσ3＝０的情况下进行不排水剪试验，测得其破坏时的σ1=260，同时测出破坏时的孔隙水应力Ｕf=110KPa，试求：（１）该试样的不排水强度Cｕ；（２）破坏时试样中的有效主应力σ＇1及σ＇3；（３）破坏时的孔隙水应力系数Ａf；（４）试样的固结不排水抗剪强度指标Cｃｕ、φcu和有效应力强度指标c', φ'。(10分)
解：1.σ3＝σｃ=140kPa；σ1＝260kPa; 故 Cu=(σ1-σ3)/2=(260-140)/2=60 kPa
(2分)
2、σ＇1＝σ1-uf=260-110=150 kPa;  σ＇3＝σ3-uf=140-110=30 kPa   (2分)
3、    (2分)
4、正常固结土，Ccu=0; C＇=0
        φcu＝17.5°   (2分)
        φ＇＝41.8°   (2分)

3. 墙背直立的光滑挡土墙，墙高为10ｍ，两层填土的厚度与性质指标如下图所示，试求作用在墙背上总的主动土压力，并绘出压力分布图（10分）
解：ka1=tg2(45-ø1／2)＝tg2(45-15)＝tg230   (1分)
   ka2=tg2(45-ø2／2)＝tg2(45-17)＝tg228   (1分)
因C2>0，需判定下层土是否出现拉应力区

下层土无拉应力区
B点交界面上：pa1=r1H1 ka1=16×3×tg230=16  kPa   (2分)
B点交界面下：pa2=r1H1 ka2－2c2 =16×3×tg228-2×8×tg28=5.1  kPa  (2分)
C点：pa3=（r1H1＋r2H2）ka2－2c2    (2分)
=（16×3＋20×7）×tg228-2×8×tg28=44.6  kPa
Pa=0.5×3×16＋0.5×7×（5.1+44.6）
  =197.95  kN/m     (2分)

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    • 土力学期末试卷及标准答案（河海大学01级，

99级土力学试卷及标准答案
2001.12

一、名词解释 (每题 3 分共18分)
1 .  塑限:  粘性土从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限含水率。
2 . 不均匀系数: 定义为Cu= d60/ d10, d10 , d60分别为粒径分布曲线上小于某粒径土的土颗粒含量分别为10％和60％。
3 . 有效应力原理：由外荷在研究平面上引起的法向总应力为σ，那么它必由该面上的孔隙力u和颗粒间的接触面共同分担，即该面上的总法向力等于孔隙力和颗粒间所承担的力之和，即σ=σ＇＋u。
4. 被动土压力：当挡土墙向沿着填土方向转动或移动时，随着位移的增加墙后受到挤压而引起土压力增加，当墙后填土达到极限平衡状态时增加到最大值，作用在墙上的土压力称为被动土压力。
5 . 代替法：代替法就是在土坡稳定分析重用浸润线以下，坡外水位以上所包围的同体积的水重对滑动圆心的力矩来代替渗流力对圆心的滑动力矩。
6 . 容许承载力：地基所能承受的最大的基底压力称为极限承载力，记为fu．将f除以安全系数fs后得到的值称为地基容许承载力值fa,即fa＝fu／fs

二、问答题（共35分）
1. 何谓正常固结粘土和超固结粘土，两者的压缩特性和强度特性有何区别？(１2分)
答：把土在历史上曾经受到的最大有效应力称为前期固结应力，以pc表示；而把前期固结应力与现有应力po＇之比称为超固结比OCR，对天然土，OCR>1时，该土是超固结；  （3分）
当OCR＝1时，则为正常固结土。                                        （3分）
压缩特性区别：当压力增量相同时，正常固结土压缩量比超固结土大。       （3分）
强度特性区别：超固结土较正常固结土强度高。                           （3分）

2. 简述影响土压实性的因素？（8分）
答：土压实性的影响因素主要有含水率、击实功能、土的种类和级配以及粗粒含量等。（1分）
对粘性土，含水率的影响主要表现为当含水率较低时，相同击实功能下所获得的干密度较低，随着含水率的增大，所得到的干密度会逐渐提高；当达到某含水率时，对应击实功能下会得到最大干密度，对应含水率称为最优含水率；随着含水率的提高，最大干密度反而会减小。（2分）
击实功能的影响表现为：击实功能越大，所得到的土体干密度也大；最优含水率随击实功能的增大而减小。（2分）
土类和级配的影响表现在：粘性土通常较无粘性土压缩性大；粘粒含量大，压缩性大；级配良好，易于压密，干密度大；（2分）
粗粒含量对压实性有影响，大于5mm粒径的粗粒含量大于25％－30％时，需对轻型击实试验的结果进行修正。（1分）

3 .试比较朗肯土压力理论与库伦土压力理论的异同点与优缺点。(8 分)
答：相同点：都要求挡土墙的移动是以使墙后填土的剪力达到抗剪强度（极限状态下）土压力．都利用莫尔－库仑强度理论；（1分）
不同点：朗垦理论是根据土体中各点处于平衡状态的应力条件直接求墙背上各点的土压力．要求墙背光滑，填土表面水平，计算结果偏大．而库仑理论是根据墙背与滑动面间的楔块型处于极限平衡状态的静力平衡条件求总土压力．墙背可以倾斜，粗糙填土表面可倾斜，计算结果主动压力满足要求，而被动压力误差较大．朗肯理论是考虑墙后填土每点破坏，达极限状态；库仑理论则考虑滑动土体的刚体的极限平衡； (3分)
朗肯土压力理论优点：公式简单，易用；缺点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况不适用；(2分)
库伦土压力理论优点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况适用；缺点：不便考虑粘性土的情况； (2分)

4.地基破坏形式有哪几种？各自会发生在何种土类地基？（7 分）
答：有整体剪切破坏，局部剪切破坏和冲剪破坏。（3分）
地基破坏形式主要与地基土的性质尤其是压实性有关，一般而言，对于坚实或密实的土具有较低的压缩性，通常呈现整体剪切破坏．对于软弱黏土或松沙地基具有中高压缩性，常常呈现局部剪切破坏或冲剪破坏。（4分）

三、计算题（共47分）
1. 某砂土地基中夹有一层正常固结的粘土层，如图。粘土孔隙比e0=1.0，压缩指数Cc=0.36。问： (1)今在地面大面积堆载q=100kN/m2，粘土层会产生多大的压缩?（计算不需分层）；若粘土的固结系数Cv=3*10-3cm2/s，则达到80％固结度时粘土层压缩量多少？需多少天？（U=80%时Tv=0.64）
   (2) 压缩完成后，若地下水位下降2m，粘土层是否会产生新的压缩量？若会，压缩量为多少？（水位下降后的砂土容重γ=20kN/m3）.（１５分）

解：
1（1）σs1=20*1+(21-9.8)×2=42.4
      σs2=42.4+(21-9.8)×2=62.8
      粘土层平均自重应力：
(σs1+σs2)/2=52.6   (2分)

s = H lg[(p0+Δp)/ p0]/(1+e0)
= 200×0.36×lg[(52.6+100)/52.6] /(1+1.0)
      =16.7cm                                                           (3分)

U=80%时，st=u×s=0.8×16.7=13.4cm                                     (2分)
Tv=0.64
所以，t= TvH2/CV=0.64×(200/2)2/0.003=2.13×106  S                          (3分)

  (2)  地下水位下降到2米以后，会产生新的压缩量：                           (2分)
σs1＇＝52.6+100=152.6= p0＇kPa
σs2＇＝152.6+9.8×2＝172.2 kpa
e0’=e0-cclg[(p0+p)/ p0]=0.833

所以  s’= H lg[(p0＇+Δp)/ (Δp+p0)]/(1+e0＇)
             =200*lg[172.2/152.6]/(1+0.833) =5.73 cm                     (3分)

2. 设地基内某点的大主应力为５５０kＰａ，小主应力为３００kＰａ，孔隙水应力为１００kＰａ。土的有效凝聚力为c'=2０kＰａ，有效内摩擦角φ'=24°判断该点是否达到破坏状态。(7 分)
解：  σ1＇＝σ1-u=50-100=450kpa
σ3＇=σ3-u=300-100=200kpa                                          (2分)
令 σ1f’=σ1＇=450 kpa
σ3f’＝tg2(45-ø＇／2)-2c×tg(45-ø＇2)
＝450×tg2(45-24／2)-2×20×tg(45-24／2)
＝450×0.422－40×0.649＝163.9kPa＜σ3＇                         （4分）

      所以该点达到破坏状态．                                            （1分）

3.某正常固结饱和粘性土，经三轴固结不排水剪切试验测得φcu=20°, Ccu=0及φ' =30°,c'=0；试问在小主应力σ3f=100kpa时，试样达到破坏的大主应力σ1f应当是多少？此时的孔隙水应力uf是多少？该土在200kPa固结应力下的不排水强度为多少？(13 分)
解：
σ1f=σ3ftg2(45+ø／2)-2ctg(45+ø/2) =100 tg2(45+20／2) =204kpa            (3分)
   σ1f＇-σ3f＇＝σ1f-σ3f＝104kPa
      sin ø＇=(σ1f＇-σ3f＇) / (σ1f＇+σ3f＇)
故：σ1f＇+σ3f＇＝(σ1f＇-σσ3f＇) / sin ø＇=208kPa
σ1f＇=156kpa  σ3f＇=52kpa
uf=σ1f-σ1f＇=204-156=48 kPa                                  （6分）
σ3f=σc=200kpa    σ1f＝σ3ftg255=408kPa
    所以：    Cu=(σ1f -σ3f)/2=204kPa                               (4分)

4 .计算下图土坡复合滑动面的稳定安全系数。（１2分）
答：假定复合滑动面的交接点在坡肩和坡脚的下端,则：
ka=tg2(45-ø／2) =1/3                                        （2分）
kp= tg2(45+ø／2)=3                                          （2分）
pa=rH12 ka/2=18×12×12/6=432 kN/m
pp= rH22 kp/2=18×5×5×3/2=675  kN/m
W=rA=18×9×(5+12)=1224kn/m                                 （4分）
T=cl+wtgø=20×16+1224tg5=427.1 kN/m
Fs=( pp+ T)/ pa=2.55                                     （4分）

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只看该作者 1楼发表于: 2011-08-13

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