完整word高土試題工程碩士2013

1、（一）簡述題1、試說明屈服點屈服準則屈服面塑性變形和破壞的概念。（10分） 答：1）屈服點 產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力值即為屈服點。2）屈服準則用以判斷彈塑性材料被施加一應(yīng)力增量后是加載還是卸載 或是中性變載。亦即是判斷是否發(fā)生塑性變形的準則。3）屈服面屈服準則用幾何方法來表示即為屈服面和屈服軌跡由于許多模型都假設(shè)土體是各向同性的則屈服函數(shù)可以再三位空間中表示成曲面， 稱為屈服面。4）塑性變形當應(yīng)力完全卸載后 尚不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形 。5）破壞材料或者結(jié)構(gòu)失去了其基本承載能力或者失去了執(zhí)行某項功能的 基本特性就稱其為破壞。2、簡述在土的彈塑性本構(gòu)關(guān)系中：屈服準則、硬化定理、流動法則起什么作

2、 用。（5分）答：屈服準則是判斷土作為彈塑性材料來研究是否發(fā)生塑性變形的準則。流動法則是用來確定塑性應(yīng)變增量的方向或塑性應(yīng)變增量張量的各個分量間的比例關(guān) 系。硬化定理用來描述屈服標準如何發(fā)展， 說明屈服面為什么會硬化，具體確定 硬化函數(shù)與硬化參數(shù)。3、 什么是土的本構(gòu)關(guān)系？與其他金屬材料比，它有什么變化特性？（15分） 答土的本構(gòu)關(guān)系廣義上講是指反應(yīng)土的力學(xué)性狀的數(shù)學(xué)表達式。表示形式一般 為應(yīng)力-應(yīng)變-強度-時間的關(guān)系，與金屬材料相比土的變形特性可概括為以下幾占：八、1 ） 土應(yīng)力應(yīng)變的非線性。由于土由碎散的固體顆粒組成 土的宏觀變形主 要不是由土顆粒本身變形 而是由于顆粒間位置的變化。這樣在

3、不同的應(yīng)力水平 下由相同應(yīng)力增量引起的應(yīng)變增量就不會相同 即表現(xiàn)出非線性。2）土的剪脹性。由于土石由碎散顆粒組成的 在各向等壓或等比壓縮時 孔隙總是減少的 從而可發(fā)生較大的體積壓縮這種體積壓縮大部分死不可恢復(fù)的 剪應(yīng)力會引起土塑性體積變形這叫剪脹性 另一方面 球應(yīng)力又會產(chǎn)生剪應(yīng)變 這種交叉的 或者耦合的效應(yīng) 在其他材料中很少見。3）土體變形的彈塑性。在加載后再卸載到原來的應(yīng)力狀態(tài)時土一般不會完全恢復(fù)到原來的應(yīng)變狀態(tài)其中有一部分變形是可以恢復(fù)的部分應(yīng)變式不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變 并且后者往往占很大的比例。4）土應(yīng)力應(yīng)變的各向異性和土的結(jié)構(gòu)性。不僅存在原生的由于土結(jié)的各向構(gòu)異性帶來的變形各向異性而且對于

4、各向受力不同時也會產(chǎn)生心的變形和各向異性。5）土的流變性。土的變形有時會表現(xiàn)出隨時間變化的特性即流變性。與土的流變特性有關(guān)的現(xiàn)象只要是土的蠕變和應(yīng)力松弛。影響土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的應(yīng)力條件主要有應(yīng)力水平 應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史。4、何為應(yīng)力路徑，采用應(yīng)力路徑法計算沉降時常采用哪兩種方法，簡述其各自 的計算步驟。（10分）答：土體中某一點的應(yīng)力狀態(tài)，通?？梢杂媚枒?yīng)力園來表示。 若用這一應(yīng)力狀態(tài)中的最大剪應(yīng)力來代替莫爾應(yīng)力園用最大剪應(yīng)力的變化曲線來代表土體單元從一種應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種應(yīng)力狀態(tài)，這曲線稱為應(yīng)力路徑。計算沉降可分為有效應(yīng)力路徑法和總應(yīng)力路徑法。它們的計算步驟很相似 首相是在現(xiàn)場荷載作用下估

5、計地基中有代表性的土體單元的應(yīng)力路徑，然后在實驗室內(nèi)做出這些有代表性土單元的室內(nèi)實驗，復(fù)制現(xiàn)場應(yīng)力路徑，并量取實驗各階段的垂直應(yīng)變，最后就是將各個階段的垂直應(yīng)變乘上土層的厚度，即得初始和最后沉降。5、簡述靜止、主動、被動土壓力產(chǎn)生的條件？并比較三者的大小。擋土墻 為何經(jīng)常在下暴雨期間破壞？(10分)答：靜止土壓力產(chǎn)生的條件：擋土墻和土均靜止不動，墻后土體處于彈性平衡狀 態(tài)。主動土壓力產(chǎn)生條件：擋土墻在墻后土體的作用下離開土體方向偏移至土體 達到極限平衡狀態(tài)。被動土壓力的產(chǎn)生條件：擋土墻在外力作用下使墻身向土體方向擠壓土體至 使土體達到極限平衡狀態(tài)。三者的大小關(guān)系：主動土壓力最小，靜止土壓力次之

6、，被動土壓力最大。暴雨期間，隨著土體中水位的提高，墻除了受到土壓力的作用還受到增加的 水壓力，并且在水的作用下土的力學(xué)性質(zhì)會變差土壓力也會增加，若水在土中流動還會增加滲透力動水壓力。因此，擋土墻在下暴雨期間容易破壞。(二)論述題1、什么是土的強度準則，哪些強度準則可以描述土的強度破壞規(guī)律？并簡單描 述各強度準則。(25分)答：土的強度準則就是如果滿足其應(yīng)力狀態(tài)就會破壞的條件公式，強度準則的數(shù)學(xué)描述形式為F(kJ 0，其中kf是土的特征參數(shù)。根據(jù)采用的應(yīng)力不同，土的強度準則可以有多種不同的表示形式，例如F( !, 2, 3*f) 0，F(xiàn)(h,J2, 3,kf)0 , F( , ,kf)0 等。以

7、 下對于 Mohr-Coulomb 準則、Lade-Duncan準則、Drucker-Prager準則、Matsuoka-Nakai 準則。1)莫爾-庫侖(Mohr-Coulomb )準則在土工領(lǐng)域中，莫爾-庫侖(Mohr-Coulomb)準則是應(yīng)用最為廣泛的一個強 度準則。該理論是法國學(xué)者庫侖(C.A.Coulomb )根據(jù)砂土的試驗結(jié)果提出的， 認為土的抗剪強度和滑動面上受到的正應(yīng)力成正比。f tan對于粘性土的抗剪強度，人們后來在砂土的抗剪強度基礎(chǔ)上增加土的粘聚力，即f c tan由莫爾-庫侖(Mohr-Coulomb)準則可得土的極限平衡條件，即：13 1 sin ccos2 223

8、tan 452c tan 452 2當黏聚力c 0時，Mohr-Coulomb強度準則可以表示為tan132、13由此可知，由于莫爾-庫侖(Mohr-Coulomb)準則沒有考慮中主應(yīng)力2的影響，故其滑動面是452滑動面。2) 拉德鄧肯(Lade-Duncan )準則Lade-Duncan( 1795)根據(jù)砂土真三軸試驗成果的曲線擬合得到了由曲邊三 角形來表示的強度準則，其表達式為：3)3kfI13 13式中kf是試驗參數(shù)。依據(jù)無黏性土三軸壓縮(123 )破壞條件：將1 Kp 3，23Kp=tan2(45+砂2)可得：31233Kp 2KpKld在主應(yīng)力空間，Lade-Du ncan強度準則是

9、以靜水壓力軸為中心的錐體，在n 平面上，當摩擦角較小時，破壞面接近于圓形，隨著摩擦角的增大，破壞面漸漸 趨于三角形(90 )。從強度表達式中可以看出，該準則能夠考慮中主應(yīng)力作用對強度的影響。3) Drucker-Prager 準則應(yīng)力空間內(nèi)Mohr-Coulomb準則強度面的內(nèi)切圓錐準則就是常用 Drucker -Prager屈服準則。它實際上描述了剪切破壞時，巖土材料主應(yīng)力單元八面體面 上的應(yīng)力條件服從的規(guī)律。Drucker-Prager準則的空間滑動面為主應(yīng)力單元體 的八面體面，其法向方向與大、中、小主應(yīng)力方向夾角的方向余弦均為3/3。依據(jù)單元體的主應(yīng)力狀態(tài)，可以確定得到八面體空間滑動面的

10、法向正應(yīng)力與 剪應(yīng)力。123 I 133N6怎ii12323 )破壞條件：將i Kpkf依據(jù)無黏性土三軸壓縮Kp=tan2(45+砂2)可得：kf2 Kp 121TKDPKp 22 Kp將其帶入式21(123)24)松崗元-中井昭夫(Matsuoka-Nakai)準則松崗元(Matsuoka)和中井昭夫(Nakai)等人在莫爾-庫侖(Mohr-Coulomb) 準則的基礎(chǔ)上提出空間滑動面(Spatially Mobilized Plane )的概念，在該面基礎(chǔ) 上提出了一種適用于無粘性土的強度準則，即松崗元-中井昭夫(Matsuoka-Nakai)準則。日本學(xué)者松岡元(Matsuoka)和中井

11、照夫(Nakai)根據(jù)提出SMP(Spatially Mobilized Plane)空間滑動面概念，認為散粒體材料在SMP面上的應(yīng)力比達到最 大時，材料破壞，這即為松崗元-中井昭夫(Matsuoka-Nakai)準則(SMP準則)， 表達式如下：SMPSMPkf其中SMP和SMP分別表示SMP面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力，kf為材料常數(shù)SMP空間滑動面上的正應(yīng)力 N和剪應(yīng)力N分別為：I1W3 91；I；根據(jù)該空間面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力比值為常數(shù)可得:N91 kfN一致的條件則：1 Kp 3，23，Kp=tan2(45+ 02)，可得：依據(jù)該強度準則和莫爾-庫侖（Mohr-Coulomb）準則在三軸壓縮

12、時抗剪強度kf2 Ka 13. Ka將其帶入式中，可簡化為：2Kp 1 Kp 2（Matsuoka-Nakai）強度準則還可以寫成：123122331松崗元-中井昭夫16ta27232 3ta n1 q3 22 Ptan 1 28tan2328ta n20Pkf松崗元-中井昭夫（Matsuoka-Nakai）準則是將莫爾-庫侖（Mohr-Coulomb） 準則的兩個主動平面下的應(yīng)力在三維空間三個主應(yīng)力的均勻化，是二維的莫爾 - 庫侖（Mohr-Coulomb）準則在三維空間中的延伸。2、濕陷性黃土地基的處理途徑有哪些方法？評述它們的優(yōu)缺點。（25分）答：常用的地基處理方法的作用在于破壞濕陷性黃

13、土的大孔結(jié)構(gòu)，以便全部或部分消除地基的濕陷性，從根本上避免或削弱濕陷現(xiàn)象的發(fā)生。此外，也可將建筑 物的荷載通過樁基礎(chǔ)（穿過整個濕陷性黃土層）傳遞給下伏堅實的非濕陷性土層。（一）土墊層或灰土墊層處理方法土墊層或灰土實墊層處理方法是先將處理范圍內(nèi)的濕陷性黃土挖去，然后用素土或灰土（石灰和土的體積比一般為 3： 7或2： 8）在最優(yōu)含水量狀態(tài)下分層 回填碾壓（夯）實。分層夯實后的黃土，其大孔結(jié)構(gòu)破壞，由鹽類對土粒的膠合 作用所引起的內(nèi)聚力消失，空隙體積縮小，土的密實度增大，從而消除了墊層厚 度的濕陷性，減少了地基的壓縮性，以提高地基的承載力和降低土的滲水性。該 法是一種傳統(tǒng)的地基處理方法，在經(jīng)濟發(fā)展

14、的今天，現(xiàn)代化的施工機械已取代了 大量的人力勞力，從而使工期大大縮短。又由于該法的直接性，施工質(zhì)量易于控 制，對基坑周邊及建筑物或地下管線影響小，并且起灰量少，無振動，無噪音以 及綜合經(jīng)濟投入較少，因而應(yīng)用非常廣泛。但是，此方法一般常用于處理1 3m內(nèi) 的濕陷性土，若處理深度過大，則應(yīng)注意黃土深基坑開邊坡的穩(wěn)定性。 值得注意 的是，對于濕陷性黃土地基，不論地基的濕陷等級如何，都不得采用像沙土那樣 的透水性材料做墊層，以免地基被水浸濕。施工時必須保證工程質(zhì)量，對回填的 灰土，素土層，應(yīng)控制其最佳含水量和最大干容度，否則達不到預(yù)期效果。（二）強夯法加固地基強夯法是將一定重量（一般為100200kg

15、）的重錘起吊一定的高度（10 20m，然后自由下落，對濕陷性黃土的強力夯擊。在其有效夯實厚度范圍內(nèi)， 土的物理力學(xué)性質(zhì)獲得顯著改變， 平均干容度明顯增大， 透水性減弱， 從而提高 地基土的強度，降低其壓縮性，改進其振動液化條件，從而消除46n范圍內(nèi)土層的濕陷性。 特別是非濕陷性黃土地基， 由于其濕陷起始壓力值較大， 當用重錘 處理部分濕陷性黃土層后， 即可減少甚至消除地基的濕陷變形。 因此，在非濕陷 性黃土地區(qū)采用強夯法的效果較為明顯。 該法雖具有設(shè)備簡單， 施工方便， 適用 范圍廣，節(jié)省材料，經(jīng)濟易行，效果明顯等優(yōu)點，但由于振動和噪音大，應(yīng)注意 防止建筑物， 砌體和混凝土因受振動而產(chǎn)生裂縫，

16、 要采取適當?shù)姆雷o措施， 在城 區(qū)的使用受到限制。（三）石灰土或二灰（石灰與粉煤灰）擠密樁法石灰土或二灰 （石灰與粉煤灰） 擠密樁法是利用打入鋼套管或振動法沉管等 方法，在土中形成樁孔， 然后在孔中分層填入素土或灰土并夯實。 在成孔和夯實 填料的過程中，原來處于樁孔部位的土全部被擠入周圍土體， 通過這一擠密過程， 從而徹底改變土層的濕陷性質(zhì)并提高其承載力。 一般來說，擠密樁可以按等邊三 角形布置， 這樣可以達到均勻的擠密效果。 每根樁都對其周圍一定范圍內(nèi)的土體 有一定的擠密作用， 即使樁與樁之間有一小部分尚未被擠密的土體， 因為其周圍 有著穩(wěn)定的， 不會發(fā)生濕陷的邊界， 這一部分也不會發(fā)生濕陷

17、變形。 樁與其周圍 被擠密后的土體形成了復(fù)合地基， 一起承受上部荷載。 可以說， 在擠密樁長度范 圍內(nèi)土體的濕陷性已完全被消除， 處理后的地基與上部結(jié)構(gòu)渾然一體， 即使樁底 以下土體發(fā)生濕陷變形， 只要保證剩余濕陷量不是很大， 處理后的土體即使有沉 降變形，也是微小和均勻的，不致對上部結(jié)構(gòu)形成威脅。此方法適用于消除510m深度內(nèi)地基上的濕陷性，其效果取決于土的被擠密程度，要求地基土在擠密 范圍邊緣上的干容度應(yīng)達到以上。但由于有擠土，振動，噪音等環(huán)境影響，使得 在人口密集的小區(qū)內(nèi)的應(yīng)用受到限制，當建筑物周邊有地下管網(wǎng)時也不宜采用， 由于施工工期相對較長， 浮塵量較大， 經(jīng)濟投入亦隨之增加， 因此

18、只有當濕陷性 黃土的厚度超過 8m 時才采用，并可與墊層法聯(lián)合應(yīng)用，即對下部采用樁體擠密 法，而上部采用墊層法，進行防水處理。（四）預(yù)浸水法預(yù)浸水法適用處理厚度大于10m的川，W級的自重濕陷性黃土場地，即預(yù)先 對濕陷性黃土場地大面積浸水， 使土體在飽和自重壓力作用下發(fā)生濕陷， 產(chǎn)生壓 密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷載濕陷性。但預(yù)浸水后， 地面下5m內(nèi)的土層還不能消除因外荷載引起的濕陷變形， 還需按非自重濕陷性黃 土地基配合采用土墊層，重錘夯實等措施。由于浸水時場地周圍地表下沉開裂， 并容易造成“跑水”穿洞，影響附近建筑物的安全，所以在空曠的新建地區(qū)較為 適用。在已建地區(qū)采用時， 浸水場地與已有建筑物之間要留有足夠的安全距離 （一 般要求其間距不小于30m）。此外，此法耗水量較大，處理時間長（約3 6個月）， 故只能在具備充足水源，又有較長施工時間的條件下才能采用。（五）樁基礎(chǔ) 濕陷性黃土地基有時太厚，用其他方法處理難度較大，或是建筑物很重要，