高等土力學歷年真題-補充

1、第二章 土的本構(gòu)關(guān)系2.1在鄧肯-張的非線性雙曲線模型中，參數(shù)a、b、Ei、巳、（葉Quit以及Rf各代表什么意義？答：參數(shù)Ei代表三軸試驗中的起始變形模量、a代表Ei的倒數(shù)；（1-（s）uit代表雙曲線的漸 近線對應(yīng)的極限偏差應(yīng)力，b代表（1- 3）ut的倒數(shù)；Et為切線變形模量；Rf為破壞比。2.2 土的塑性力學與金屬的塑性力學有什么區(qū)別？答：金屬塑性力學只考慮剪切屈服，而巖土塑性力學不僅要考慮剪切屈服，還要考慮靜水壓力對土體屈服的影響；巖土塑性力學更為復雜，需要考慮材料的剪脹性、各向異性、結(jié)構(gòu)性、 流變性等，而且應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系受應(yīng)力水平、應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史等的影響。2.3說明塑性理論中的屈

2、服準則、 流動準則、加工硬化理論、相適應(yīng)和不相適應(yīng)的流動準則。答：（1）屈服準則：在多向應(yīng)力作用下，變形體進入塑性狀態(tài)并使塑性變形繼續(xù)進行，各 應(yīng)力分量與材料性能之間必須符合一定關(guān)系時，這種關(guān)系稱為屈服準則。屈服準則可以用來判 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。（2）流動規(guī)則：指塑性應(yīng)變增量的方向是由應(yīng)力空間的塑性勢面 g決定，即在應(yīng)力空間中，各應(yīng)力狀態(tài)點的塑性應(yīng)變增量方向必須與通過該點的塑性勢面相垂直，亦即d= d g阿j。流動規(guī)則用以確定塑性應(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。（3）相適應(yīng)、不相適應(yīng)的流動準

3、則：根據(jù)德魯克假說，對于穩(wěn)定材料dfdf-O，這就是說塑性勢 面g與屈服面f必須是重合的，亦即f=g，這被稱為相適應(yīng)的流動規(guī)則。如果令 f工，即為不 相適應(yīng)流動規(guī)則。（3） 加工硬化定律：是計算一個給定的應(yīng)力增量引起的塑性應(yīng)變大小的準則，亦即式 中的d入可以通過硬化定律確定。2.4 飽和粘土的常規(guī)三軸固結(jié)不排水試驗的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可以用雙曲線模擬， 是 否可以用這種試驗確定鄧肯 -張模型的參數(shù)？這時泊松比 v 為多少？這種模型用 于什么情況的土工數(shù)值分析？答：可以，這時尸0.49，用以確定總應(yīng)力分析時候的鄧肯-張模型的參數(shù)。2.5 是否可以用飽和粘土的常規(guī)三軸固結(jié)不排水試驗來直接確定用有效應(yīng)力表

4、 示的鄧肯-張模型的參數(shù)？對于有效應(yīng)力，上述試驗的 d（孑C3）/d !是否就是土的 切線模量Et,用有效應(yīng)力的廣義胡可定律推導 d（呼03）/d 1 的表達式。答：不可以，因為（r=o-u，當 B=1.0 時，u=A（ oi-o3）,則 d（r-o3）/d i=Et/1-A（1-2 V2.6 什么是物態(tài)邊界面、臨界狀態(tài)線？答：正常固結(jié)土的應(yīng)力狀態(tài)（p'q'）與孔隙率e或比體積v之間具有一一對應(yīng)的關(guān)系，即（p' ,qv）代表土的狀態(tài)，（p ,q '，在三維空間形成的曲面稱為物態(tài)邊界面。臨界狀態(tài)線是土 體達到破壞時的的狀態(tài)線。第三章 土的強度3.1 名詞解釋1)

5、土的蠕變：指在應(yīng)力狀態(tài)不變的條件下，應(yīng)變隨時間逐漸增長的現(xiàn)象。2) 應(yīng)力松弛：指維持應(yīng)變不變，材料內(nèi)的應(yīng)力隧道時間逐漸減小的現(xiàn)象。3) 擬似超固結(jié)土：在側(cè)限壓縮條件下，由于土的流變性而發(fā)生的壓縮稱為次固結(jié)。正常固結(jié) 土在固結(jié)壓力的長期作用下，主固結(jié)已經(jīng)完成，次固結(jié)使土體繼續(xù)壓縮變密，強度增高， 而使正常固結(jié)土呈現(xiàn)出超固結(jié)土的特性，被稱為擬似超固結(jié)土。4) 平均固結(jié)度： t 時刻土層各點土骨架承擔的有效應(yīng)力圖面積和起始超孔隙水壓力(或附加 應(yīng)力)圖面積之比，稱為 t 時刻土層的平均固結(jié)度。5) 加工硬化：也稱應(yīng)變硬化，指材料的應(yīng)力在開始時隨著應(yīng)變的增加而增加，但增加速率越 來越慢，最后趨于穩(wěn)定。

6、6) 加工軟化：也稱應(yīng)變軟化，指材料的應(yīng)力在開始時隨著應(yīng)變的增加而增加，達到一個峰值 后，應(yīng)力隨應(yīng)變增加而下降，最后也趨于穩(wěn)定。7) 土的壓硬性：土的變形模量隨著圍壓的提高而提高的現(xiàn)象。8) 土的剪脹性：指土體在剪切時產(chǎn)生的體積膨脹或收縮的特性。土的剪脹性實質(zhì)是由于剪應(yīng) 力引起土顆粒間相互位置的變化，使其排列發(fā)生變化，加大(或減小)顆粒間的孔隙，從 而發(fā)生體積變化。9) 臨界孔隙比：指在三軸試驗加載過程中，軸向應(yīng)力差幾乎不變，軸向應(yīng)變連續(xù)增加，最終 試樣體積幾乎不變時的孔隙比。臨界孔隙比也可以表述為：某一孔隙比的砂試樣在某一圍 壓下進行排水三軸試驗，偏差應(yīng)力達到(T- d3)ult時，試樣的體

7、應(yīng)變?yōu)榱?；或者在這一圍壓 下進行固結(jié)不排水試驗中破壞時的孔隙水壓力為零。10) 臨界圍壓(Scr：在某種圍壓03下的三軸試驗中，當一個砂土試樣破壞時，如果體 變?yōu)榱悖瑒t此時的孔隙比為此時 03所對應(yīng)的臨界孔隙比。反之，這個圍壓可稱為這種砂在 這種孔隙比下的臨界圍壓03cro11) 在三軸排水試驗中，如果砂土試樣固結(jié)后孔隙比為 ec,則在圍壓(Bcr下進水排水試驗，破壞時的體變?yōu)榱?，如果圍巖小于03cr，三軸試驗破壞時試樣將發(fā)生剪脹；如果圍壓大于03cr，三軸試驗破壞時試樣將發(fā)生收縮。3.2 簡述土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特性及其影響因素。答：土是巖石風化而成的碎散礦物顆粒的集合體，它一般含有固、液、氣

8、三相。其應(yīng) 力應(yīng)變特性是非線性、彈塑性、剪脹（縮）性、各向異性及流變性。主要影響因素是應(yīng)力 水平、應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史。3.3 各向異性：指材料在不同方向上的物理力學性質(zhì)不同。3.4 粘土和砂土的各向異性是由于什么原因？什么是誘發(fā)各向異性？ 答：由于土在沉積過程中，長寬比大于 1 的針、片、棒狀顆粒在重力作用下傾向于長 邊沿水平方向排列而處于穩(wěn)定的狀態(tài)；另外，在隨后的固結(jié)過程中，上覆土體重力產(chǎn)生的 豎向應(yīng)力與水平土壓力大小是不等的，這種不等向固結(jié)也會產(chǎn)生土的各向異性。土的各向 異性主要表現(xiàn)為橫向各向同性 （亦即在水平面各個方向的性質(zhì)大體上是相同的） ，而豎向與 橫向性質(zhì)不同。誘發(fā)各向異性是指土顆

9、粒受到一定的應(yīng)力發(fā)生應(yīng)變后，其空間位置將發(fā)生變化，從而 造成土的空間結(jié)構(gòu)的改變，這種結(jié)構(gòu)的改變將影響土進一步加載的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，并且使 之不同于初始加載時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。3.5說明劍橋彈塑性模型的試驗基礎(chǔ)和基本假設(shè)。該模型的三個參數(shù)：M、入k分別表示什么意義？答：劍橋模型的試驗基礎(chǔ)是正常固結(jié)粘土和弱超固結(jié)粘土的排水和不排水三軸試驗?；炯僭O(shè)：土體是加工硬化材料，服從相適應(yīng)流動規(guī)則。M是破壞常數(shù)；入是各向等壓固結(jié)參數(shù)，為NCL或CSL線在vnp '平面中的斜率；k是 回彈參數(shù)，為卸載曲線在 vnp '平面上的斜率。3.6三軸試驗得到的松砂的內(nèi)摩擦角為 ©=33°

10、;正常固結(jié)粘土的內(nèi)摩擦角為© =30 °粘土不排水試驗得到的摩擦角為 臨'0°它們是否就是砂土礦物顆粒之間及粘土礦物之間的滑動摩擦角？土顆粒間的滑動摩擦角比它們大還是小？為什么？答：三軸試驗得到的松砂的內(nèi)摩擦角不是砂土礦物顆粒之間的滑動摩擦角，土顆粒間的 滑動摩擦角比它小。 因為測得的砂土間的摩擦角包括兩個部分： 滑動摩擦和咬合摩擦。 而這兩 種摩擦的摩擦角都是正值。三軸試驗得到的正常固結(jié)粘土的內(nèi)摩擦角不是粘土礦物之間的滑動摩擦角， 土顆粒之間的 滑動摩擦角比他小， 因為正常固結(jié)粘土實際具有一定的粘聚力， 只不過這部分粘聚力是固結(jié)應(yīng) 力的函數(shù)， 宏觀上被歸

11、于摩擦強度部分中， 既正常固結(jié)粘土的內(nèi)摩擦角包括滑動摩擦角和一部 分粘聚力導致的摩擦角。三軸不排水試驗得到的粘土摩擦角不是粘土礦物之間的滑動摩擦角， 土顆粒之間的滑動摩 擦角比它大。 因為粘土顆粒之間必然存在摩擦強度， 只是由于存在的超靜水壓力使所有破壞時 的有效應(yīng)力莫爾圓是唯一的，無法反應(yīng)摩擦強度。3.7粗粒土顆粒之間的咬合對土的抗剪強度指標 ©有什么影響？為什么土顆粒的破碎會最終降低這種土的抗剪強度？答：粗粒土顆粒之間的咬合可以增加土的剪脹，從而提高土的抗剪強度指標 ?。而土顆粒 的破碎會減少剪脹，從而降低土的抗剪強度。3.8 在實際工程中，基坑上的主動土壓力一般總是比用同樣土填

12、方擋土墻主動土 壓力小，試從土的強度角度分析其原因。答：基坑上的土通常都是原狀土， 原狀土具備的結(jié)構(gòu)性增加了土的強度， 使得主動土壓力 小于填方擋土墻。 其次基坑的原狀土由于固結(jié)過程中的重力作用具有各向異性， 在豎直方向的 強度較填方擋土墻大，減少了主動土壓力。3.9 莫爾-庫倫的強度包線是否一定是直線？在什么情況下它是彎曲的？如何表 示彎曲的強度包線？答：莫爾 -庫倫的強度包線不一定是直線，在以下情況下它是彎曲的：（ 1）超固結(jié)粘土， 在開始段彎曲；（ 2）粗粒料在法向壓力較大的時候；（ 3）非飽和土的不排水強度包線。酢丸幻二不當気不律水試蹇£誓見3.10具有某一孔隙比的砂土試樣的

13、臨界圍壓是Gcr =1000kPa,如果將它在c3=1500kPa lOOOkPa和750kPa下固結(jié)后，分別進行不排水三軸試驗，會發(fā)生什么現(xiàn)象？定性畫出三個固結(jié)不排水試驗的總應(yīng)力和有效應(yīng)力莫爾圓。答：當試樣在lOOOkPa圍壓下固結(jié)不排水試驗，試樣體積基本沒有變化趨勢；當試樣在1500kPa圍壓下固結(jié)不排水試驗，試樣體積增大，發(fā)生剪脹；當試樣在750kPa圍壓下固結(jié)不排水試驗，試驗體積減小，發(fā)生剪縮。3.11 一種砂土試樣固結(jié)后的孔隙比e=0.8,相應(yīng)的臨界圍壓是 扇=500kPa,在 c2=500500kPa時進行三軸排水試驗破壞時的應(yīng)力差 葉os=1320kPa,其內(nèi)摩擦角 0是多少？在

14、這個圍壓下的排水試驗，試樣破壞時的體應(yīng)變約為多少？不排水試驗時的孔壓約為多少?答：莫爾-庫倫準則為：6s =（ccos+gsin® ），得'?=32.1 °此圍壓下的排水1 -sin ®試驗，試樣破壞時的體應(yīng)變?yōu)?0,不排水試驗時的孔壓約為0。3.12在上面的試樣上進行圍壓為o3=300kPa和750kPa兩個固結(jié)不排水三軸試驗（CU）,用兩個總應(yīng)力圓的包線確定的強度指標是否為有效應(yīng)力指標？答:3.13用一種非常密實的砂土試樣進行常規(guī)三軸排水壓縮試驗，圍壓為100kPa和3900kPa,用這兩個試驗的莫爾圓的包線確定強度參數(shù)有什么不同？答：當圍壓由100k

15、Pa增加到3900kPa時，內(nèi)摩擦角會大幅度降低。3.14特雷斯卡、米澤斯和莫爾-庫倫三個強度準則的討論答：特雷斯卡準則和米澤斯準則都沒有反映平均主應(yīng)力p對土抗剪強度的影響，這就未能反映土作為摩擦材料的基本力學特性。盡管這兩個準則的十義I形式考慮了平均主應(yīng)力p對抗 剪強度的影響，但這個影響并非是破壞面上正應(yīng)力對該面上的抗剪強度的影響。特雷斯卡準則是最大剪應(yīng)力準則，米澤斯準則是最大八面體剪應(yīng)力準則， 這兩個強度準則與土的摩擦強度是 不一致的。其中矛盾最為突出的在于：三軸壓縮（2=03 ）應(yīng)力狀態(tài)與三軸伸長的應(yīng)力狀態(tài)（ot=o2），用這兩個準則預測在同一 n平面上（p=常數(shù)）的土的抗剪強度（o=

16、o）f或者qf都是 相等的，這是不對的。莫爾-庫倫強度準則描述了剪切面上剪應(yīng)力 T與該面上正應(yīng)力2間的關(guān)系，表現(xiàn)了土作為 散體材料的摩擦強度的基本特點， 是比較合理的，所以它在土力學得到廣泛的應(yīng)用。 但它假設(shè) 中主應(yīng)力o對土的抗剪強度沒有影響，它的強度包線常常被假設(shè)為直線，即內(nèi)摩擦角U是常數(shù)，與圍壓無關(guān)，這些近似一般不會引起大的誤差，但當應(yīng)力水平很大時，可能引起比較大的 誤差。當用莫爾-庫倫準則作為塑性模型的屈服準則時，其屈服面及在n平面上軌跡有導數(shù)不連續(xù)的角點，這在數(shù)值計算中不夠方便。第五章 土的壓縮與固結(jié)5.1 土的三軸固結(jié)試驗(1) 三軸固結(jié)排水試驗：固結(jié)排水試驗是指在三軸試驗中，排水閥

17、門始終打開，試件先在周圍壓力03作用下充分固結(jié)。穩(wěn)定后緩慢增加軸向偏差應(yīng)力 ？d,讓剪切過程中充分排水。 這樣，試件中恒不出現(xiàn)超靜孔隙水壓力，總應(yīng)力恒等于有效應(yīng)力。排水強度是指加載過程中，孔隙水壓力及時并全部消散，密度不斷變化情況下的強度。(2) 三軸固結(jié)不排水試驗：在一定的圍壓下固結(jié)后，在不排水條件下施加偏差應(yīng)力?( 01-03) 進行剪切，剪切過程中試件體積不變。(3) 三軸不固結(jié)不排水試驗：試件在不固結(jié)不排水試驗中 孔隙比和含水量保持不變。由于飽和土的孔隙水壓力系數(shù)，B= 1.0，o所產(chǎn)生的孔隙水壓力u=o，因此若扣去孔隙 水壓力，則所有的總應(yīng)力圓集中為唯一的一個有效應(yīng)力圓。因為只能得到

18、一個有效應(yīng)力圓，所以無法繪制有效應(yīng)力強度包線。應(yīng)該指出，u= 0，Cu=1/2(0-30，并不意味著土不具有摩擦強度，因為剪切面上存在法向有效應(yīng)力就應(yīng)該有摩擦強度，只不過是這種試驗方法，摩擦強度隱含于所測得的粘聚強度內(nèi)，兩者難以區(qū)分。非飽和土由于土樣中含有空氣，試驗過程中，雖然不讓試件排水，但在加載中，氣體能壓 縮或部分溶解于水中，使士的密度有所提高，抗剪強度也隨之增長，故破壞包線的起始段為曲 線，直至土樣完全飽和后才趨于水平線，如下圖所示。陽G卅戀慍利上不閔秸不It水31度包線5.2實驗室中正常固結(jié)土的抗剪強度包線通過原點為什么？答：實驗室中正常固結(jié)土是在周圍壓力的作用下正常固結(jié)土， 不同于

19、正常固結(jié)的原位土體， 因為原位土體不會因為取樣而使土體受擾動，固結(jié)壓力消散，喪失抗剪強度。按照需度一有效應(yīng)力一抗剪強度I唯一性關(guān)系，破壞包線上的一點代表一種密度， 一種有效應(yīng)力和一種抗剪強度。實驗室中恒處于正常固結(jié)狀態(tài)的土，當03= 0時，必然（P = 0 （土的先期固結(jié)壓力），表示這種土歷史上從未受過任何應(yīng)力的固結(jié)，必定處于很軟弱的泥漿狀態(tài)， 抗剪強度T = 0。這就是說實驗室正常固結(jié)土的抗剪強度包線應(yīng)該通過原點。天然土試件的強度包線也是分成超固結(jié)和正常固結(jié)兩段相交的折線ab+bc,如下圖。實用上簡化為一根破壞包線oe。5.3什么是曼代爾-克雷爾效應(yīng)？產(chǎn)生的原因是什么？答：在不變的荷重施加于土體上以后的某時段內(nèi)， 土體內(nèi)的孔隙水壓力不是下降， 而是繼 續(xù)上升，而