2016高等土力學(xué)試題匯總

1、2.7 （1）修正后的萊特-鄧肯模型比原模型有何優(yōu)點(diǎn)？萊特-鄧肯模型的屈服面和塑性勢(shì)面是開口的錐形，只會(huì)產(chǎn)生塑性剪脹；各向等壓應(yīng)力下不會(huì)發(fā)生屈服；破壞面、屈服面和塑性勢(shì)面的子午線都是直線不能反映圍壓對(duì)破壞面和屈服面的影響。為此，對(duì)原有模型進(jìn)行修正，增加一套帽子屈服面，將破壞面、屈服面、塑性勢(shì)面的子午線改進(jìn)為微彎形式，可以反映土的應(yīng)變軟化。（2）清華彈塑性模型的特點(diǎn)是什么？不首先假設(shè)屈服面函數(shù)和塑性勢(shì)函數(shù)，而是根據(jù)試驗(yàn)確定塑性應(yīng)變?cè)隽康姆较?，然后按照關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則確定其屈服面；再從試驗(yàn)結(jié)果確定其硬化參數(shù)。因而這是一個(gè)假設(shè)最少的彈塑性模型2.8如何解釋粘土礦物顆粒表面帶負(fù)電荷？答：（1）由于結(jié)構(gòu)連續(xù)

2、性受到破壞，使粘土表面帶凈負(fù)電荷，（邊角帶正電荷）。（2）四面體中的硅、八面體中的鋁被低價(jià)離子置換。（3）當(dāng)粘土存在于堿性溶液中，土表面的氫氧基產(chǎn)生氫的解離，從而帶負(fù)電。2.9土的彈性模型分類及應(yīng)用：線彈性：廣義胡克定律非線彈性：增量胡克定律高階彈性模型：柯西彈性模型、格林彈性模型、次彈性模型 彈性模型：一般不適用于土，有時(shí)可近似使用：地基應(yīng)力計(jì)算；分層總和法非線彈性模型：使用最多，實(shí)用性強(qiáng)：一般參數(shù)不多；物理意義明確；確定參數(shù)的試驗(yàn)比較簡(jiǎn)單高階的彈性模型：理論基礎(chǔ)比較完整嚴(yán)格；不易建立實(shí)用的形式：參數(shù)多；意義不明確；不易用簡(jiǎn)單的試驗(yàn)確定3.1-3.2正常固結(jié)粘土的排水試驗(yàn)和固結(jié)不排水試驗(yàn)的強(qiáng)

3、度包線總是過坐標(biāo)原點(diǎn)的，即只有摩擦力；粘土試樣的不排水試驗(yàn)的包線是水平的，亦即只有粘聚力。它們是否就是土的真正意義上的摩擦強(qiáng)度和粘聚強(qiáng)度？答：都不是。正常固結(jié)粘土的強(qiáng)度包線總是過坐標(biāo)原點(diǎn)，似乎不存在粘聚力，但是實(shí)際上在一定條件下固結(jié)的粘土必定具有粘聚力，只不過這部分粘聚力是固結(jié)應(yīng)力的函數(shù)，宏觀上被歸于摩擦強(qiáng)度部分。粘土的不排水試驗(yàn)雖然測(cè)得的摩擦角為0，但是實(shí)際上粘土顆粒之間必定存在摩擦強(qiáng)度，只是由于存在的超靜空隙水壓使得所有破壞時(shí)的有效應(yīng)力莫爾圓是唯一的，無法單獨(dú)反映摩擦強(qiáng)度。3.3什么是三軸試驗(yàn)的臨界孔隙比？論述臨界孔隙比與圍壓的關(guān)系。所謂臨界孔隙比是指在三軸試驗(yàn)加載過程中，軸向應(yīng)力差幾乎不

4、變，軸向應(yīng)變連續(xù)增加，最終試樣體積幾乎不變時(shí)的孔隙比，也可以敘述為：用某一孔隙比的砂試樣在某一圍壓下進(jìn)行排水三軸試驗(yàn)，偏差應(yīng)力達(dá)到（1-3）ult時(shí)，試樣的體應(yīng)變?yōu)榱悖换蛘咴谶@一圍壓下進(jìn)行固結(jié)不排水試驗(yàn)中破壞時(shí)的孔隙水壓力為零，這一孔隙比即為在這一圍壓下的臨界孔隙比。臨界孔隙比與圍壓的關(guān)系：如果對(duì)變化的圍壓3進(jìn)行試驗(yàn)，則發(fā)現(xiàn)臨界孔隙比是不同的。圍壓增加臨界孔隙比減小，圍壓減小臨界孔隙比增加。3.4請(qǐng)簡(jiǎn)述影響土強(qiáng)度的外部因素。參考答案：1.圍壓3對(duì)土強(qiáng)度影響；2.中主應(yīng)力2的影響；3.土強(qiáng)度具有各向異性；4.加載速率對(duì)土的抗剪強(qiáng)度有一定影響；5.溫度對(duì)土強(qiáng)度有一定影響。3.5 對(duì)某種飽和正常固結(jié)

5、粘質(zhì)粉土，已知其有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)和孔壓系數(shù)分別為=0，b=1，=2/3。（1）計(jì)算該土在常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)（ctc）中的固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)。（2）計(jì)算該土在減圍壓三軸壓縮試驗(yàn)（rtc）中的固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)。答：（1）ctc：保持圍壓不變，增加軸向應(yīng)力。 為軸向應(yīng)力； 為固結(jié)壓力（圍壓）試驗(yàn)應(yīng)力路徑：， ，代入數(shù)據(jù)得，根據(jù)有效應(yīng)力原理得由于=0，所以 破壞時(shí)：試樣破壞時(shí)的總應(yīng)力： ， 2）rtc：軸向應(yīng)力為大主應(yīng)力并保持不變，圍壓逐漸減少。應(yīng)力路徑：豎向應(yīng)力常數(shù)，水平應(yīng)力，由于=0，所以破壞時(shí)： 破壞時(shí)總應(yīng)力為： 得固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)： ， 3.6莫爾-庫倫的強(qiáng)度包線是否一定是直線？在什么情況下

6、它是彎曲的？如何表示彎曲的強(qiáng)度包線？答：莫爾-庫倫的強(qiáng)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(shí)候;(3)非飽和土的不排水強(qiáng)度包線。3.7土抗拉強(qiáng)度測(cè)定的實(shí)驗(yàn)方法有哪些？一般的試驗(yàn)方法包括：三軸拉伸試驗(yàn)、單軸拉伸試驗(yàn)、土梁彎曲試驗(yàn)、徑向、軸向壓裂試驗(yàn)及空心圓柱內(nèi)壓開裂試驗(yàn)等。4.1-4.2簡(jiǎn)述土凍脹的物理化學(xué)機(jī)理。答：粘土顆粒表面的結(jié)合水和冰晶體核表面有一層未凍水，這層水膜結(jié)冰溫度t0低于0。隨著溫度降低，這部分水膜逐漸凍結(jié)到冰晶中。這樣，在凍結(jié)區(qū)存在很明顯地吸力。這種吸力來源于：凍結(jié)時(shí)冰晶表面的未凍水膜變薄而產(chǎn)生地吸力；由于孔隙

7、中水凍結(jié)而使離子濃度提高產(chǎn)生的滲透吸力；細(xì)粒土表面未凍水的吸力。凍結(jié)鋒面在毛細(xì)影響區(qū)，則凍結(jié)鋒面的負(fù)孔壓吸引這部分毛細(xì)水，補(bǔ)充被凍結(jié)的冰晶表面變薄的未凍水膜，使冰晶不斷擴(kuò)大，變成冰透鏡體和冰層，從而引起土體凍脹4.3影響土滲透系數(shù)的因數(shù)1.滲透流體受到的壓力；2.溫度；3.流體內(nèi)電解質(zhì)的濃度等因素影響；4.水中含有封閉小氣泡時(shí)，會(huì)對(duì)其滲透性產(chǎn)生很大影響；5.在粘土中由于雙電層的影響，電解質(zhì)溶質(zhì)的成分對(duì)其滲透性起主要作用；6.溶液中鹽含量提高（或價(jià)位提高），滲透系數(shù)加大，這與粘土中結(jié)合水膜的厚度有關(guān)。土中水的勢(shì)能包括：重量勢(shì)、壓力勢(shì)、基質(zhì)勢(shì)、溶質(zhì)勢(shì)4.4繪制流網(wǎng)的要點(diǎn)及滿足條件是什么？繪制流網(wǎng)的

8、要點(diǎn)1) 一般首先根據(jù)邊界條件確定邊界上流線和等勢(shì)線；2) 然后根據(jù)流網(wǎng)的正交性反復(fù)試畫，修正。流線之間、等勢(shì)線之間不能交叉；3) 當(dāng)存在著滲流的自由水面時(shí)，往往要反復(fù)試畫；4) 當(dāng)存在對(duì)稱性時(shí)，可只繪制其中一半，但注意中間流槽的繪制；5) 當(dāng)無法分割為整數(shù)時(shí)，可劃分為非整數(shù)的流槽。繪制流網(wǎng)必須滿足的條件：1) 流線和等勢(shì)線必須正交；2) 流線之間、等勢(shì)線之間不能交叉；3) 流線與等勢(shì)線構(gòu)成的各個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比應(yīng)為常數(shù)，一般取l=s,此時(shí)網(wǎng)格呈正方形。4）必須滿足滲流場(chǎng)的邊界條件，以保證解的唯一性。4.5.1-4.5.3滲透變形的防治核心是什么，具體措施都有哪些？答：滲透變形的防治核心是上堵下排

9、，具體措施有堤身心墻、斜墻和堤基垂直截流墻；水平鋪蓋；背水側(cè)壓滲蓋重；排水減壓井貼坡排水基坑流土的防治。4.5.3-4.6.5關(guān)于滲流自由水位線（浸潤(rùn)線）的確定方法滲流自由面問題的求解方法主要分為水力學(xué)法、流網(wǎng)法、試驗(yàn)法和有限單元法。1. 水力學(xué)法對(duì)一些邊界條件比較簡(jiǎn)單，滲流場(chǎng)為均質(zhì)的情況下，可以使用水力學(xué)法。水力學(xué)法主要是對(duì)上游和下游壩段及流線作一些假定，將復(fù)雜的滲流域簡(jiǎn)化。一般對(duì)上游三角形壩段有平均流線法和矩形替代法，對(duì)下游三角形壩段有垂直等勢(shì)線法、圓弧形等勢(shì)線法、折線等線法和替代法等。2. 流網(wǎng)法繪制有穩(wěn)定滲流自由面的壩體的流網(wǎng)。3. 試驗(yàn)法電模擬試驗(yàn)是在水力學(xué)試驗(yàn)中應(yīng)用得比較普遍方法。

10、在電模擬試驗(yàn)中，用導(dǎo)電溶液和導(dǎo)電紙模擬滲流場(chǎng)，用加有一定電壓的銅條模擬第一類邊界條件，用絕緣體模擬不透水面。通過量測(cè)域內(nèi)點(diǎn)的電壓來求解電場(chǎng)。4. 有限單元法有限單元法的基本思路，是將所研究的不規(guī)則的計(jì)算域離散化為有限多個(gè)規(guī)則單元，然后在單元內(nèi)用相對(duì)簡(jiǎn)單的插值函數(shù)進(jìn)行近似模擬。其計(jì)算方法主要分為變動(dòng)網(wǎng)格法和固定網(wǎng)格法。5.1-5.2.2什么是太沙基的飽和土體固結(jié)理論簡(jiǎn)化假設(shè)：1.土骨架是線彈性變形材料；2.土孔隙中所含不可壓縮流體按達(dá)西定律沿單方向流動(dòng)引起單向壓縮變形。故這一理論常稱為單向固結(jié)理論。5.2.2-5.3.1目前計(jì)算固結(jié)沉降的方法有哪些？他們的基本假設(shè)有什么不同？地基沉降計(jì)算通常由彈

11、性理論法、工程實(shí)用法、經(jīng)驗(yàn)法以及數(shù)值計(jì)算法。（1）彈性理論法將土體視為彈性體，測(cè)其彈性常數(shù)，在用彈性理論計(jì)算土體應(yīng)力與應(yīng)變。（2）工程實(shí)用法，按彈性理論計(jì)算土體中應(yīng)力，通過試驗(yàn)提供各相變形參數(shù)，利用疊加原理。（3）經(jīng)驗(yàn)法是借經(jīng)驗(yàn)相關(guān)關(guān)系求得土壓縮性指標(biāo)，再帶入理論公式求解。（4）數(shù)值分析法以有限元法為主，利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算以及其他理論（彈性理論）為依據(jù)。5.3.2-5.3.8證明：當(dāng)分別為大、中、小主應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力羅德角滿足如下關(guān)系：證：已知，分別以下面兩種情況進(jìn)行討論：在三軸壓試驗(yàn)時(shí)，有，有羅德參數(shù)：可以得出羅德角：從而得到羅德角：；：在三軸拉試驗(yàn)時(shí)，有，有羅德參數(shù)：可以得出羅德角：從而得到羅德角

12、：綜上所述，可知應(yīng)力羅德角滿足條件：證畢。5.3.9-5.4.2劍橋模型法計(jì)算沉降量的基本思路是什么？答：按該模型，應(yīng)力路徑在土的物態(tài)邊界面之內(nèi)時(shí)，只產(chǎn)生很小的彈性變形；當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)及物態(tài)邊界并在其上運(yùn)動(dòng)時(shí)，正常固結(jié)土處于屈服狀態(tài)，將發(fā)生大的塑性變形。5.5.1-5.5.3相鄰粘性土層固結(jié)系數(shù)不同（cv1 cv2），如何按均值土計(jì)算？ 選擇一個(gè)固結(jié)系數(shù)cv1作為土層參數(shù)，同時(shí)改變另一層土層的厚度，得到改變后總化引當(dāng)量hc，則實(shí)際土層固結(jié)按cv1和hc的均質(zhì)土層計(jì)算5.5.4-5.5.5大變形問題的兩種描述方法，及其含義答案：變形問題有兩種描述方法，即拉格朗日法和歐拉法。前者以初始構(gòu)形描述；后者以

13、瞬時(shí)構(gòu)型描述，即某一坐標(biāo)點(diǎn)在不同的時(shí)刻由不同的質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)。5.6請(qǐng)從推導(dǎo)依據(jù)、超靜水壓力消散、固結(jié)度三個(gè)方面比較擴(kuò)散理論和比奧理論的異同。答：推導(dǎo)依據(jù)上二者都假設(shè)土骨架是線彈性體，小變形，滲流服從達(dá)西定律。擴(kuò)散理論將應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系視為常量（e常數(shù)）、假設(shè)三個(gè)主應(yīng)力（總應(yīng)力）之和不變、不滿足變形協(xié)調(diào)條件。 比奧理論直接從彈性理論出發(fā)，滿足土體的平衡條件、彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和變形協(xié)調(diào)條件，此外還考慮了水流連續(xù)條件。 超靜水壓力：不計(jì)起始段的超靜水壓力增長(zhǎng)，并且在擴(kuò)散方程中，對(duì)于三向問題，固結(jié)系數(shù)采用cv3 ，二向問題采用cv2 ，則擴(kuò)散理論解得的超靜水壓力的消散過程與比奧的精確解是十分相近的。固結(jié)度：

14、 按照比奧理論計(jì)算時(shí)，在泊松比較小的情況下，計(jì)算結(jié)果比單向固結(jié)計(jì)算值還小，這是由于應(yīng)力傳遞效應(yīng)延滯了固結(jié)；而由于分析計(jì)算中采用的土性指標(biāo)有不確定性且當(dāng)a/h>1時(shí)，我們認(rèn)為用擴(kuò)散理論估算沉降-時(shí)間關(guān)系也有足夠精度。5.7-5.8弗雷德隆德非飽和土單向固結(jié)方程基本假設(shè)是什么？答：1.氣相是連續(xù)的2.在固結(jié)過程中，土骨架及其中各相的體積變化系數(shù)均保持常量3.液相、氣相滲透系數(shù)在固結(jié)過程中是應(yīng)力狀態(tài)或土的體積-質(zhì)量特性的函數(shù)4.不考慮氣體溶解水和水汽蒸發(fā)5.土粒與水均不可壓縮6.固結(jié)過程中發(fā)生的應(yīng)變均為小應(yīng)變6.1-6.2庫倫土壓力理論獲得的主動(dòng)土壓力。假定墻后土體一部分沿一個(gè)直線滑裂面滑動(dòng)，

15、通過分析由墻土結(jié)合面、滑裂面和土體頂部直線構(gòu)成的三角形的土體的力的平衡，可以計(jì)算土體作用在墻上的主動(dòng)土壓力p。不斷變動(dòng)直線滑裂面 ，可以找得使p獲得極大的臨界滑裂面。這一極大值就是按庫倫土壓力理論獲得的主動(dòng)土壓力。6.3.1-6.3.4邊坡穩(wěn)定的簡(jiǎn)化方法適用范圍(1) 瑞典法在平緩邊坡或高孔隙水壓力情況下得到的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)誤差較大。(2) 簡(jiǎn)化 畢肖普法在大部分情況下均可獲得與通用條分法基本相同的結(jié)果。(3) spencer 法在個(gè)別情況下會(huì)出現(xiàn)收斂困難的問題，如土壓力問題、滑裂面包含拉裂縫并充水等情況。 (4) 僅滿足靜

16、力平衡條件的方法的結(jié)果對(duì)所假定的條間力方向極為敏感，不同的條間力方向獲得的穩(wěn)定性系數(shù)差別較大。6.3.5-6.4.4上限解法與滑移線法之間的關(guān)系是什么？答：上限解法與滑移線法屬于同一理論體系?；凭€法通常在破壞土體內(nèi)形成兩組代表剪切破壞的滑移線，這兩組線恰好構(gòu)成了斜條分法中的滑裂面和傾斜條塊界面。6.5簡(jiǎn)述遺傳算法的概念及其特點(diǎn)，并說出其算法步驟。參考答案：遺傳算法是借鑒生物界自然淘汰選擇和遺傳機(jī)制的一種隨機(jī)搜索方法，其主要特點(diǎn)是建立個(gè)體之間信息交換和群體搜索策略，使搜索目標(biāo)最終達(dá)到最佳狀態(tài)。和模式搜索法一樣，它不依賴目標(biāo)函數(shù)的梯度信息，因此，特別適用于解決整體極值求解和非線性問題。算法步驟：1.將每一個(gè)自變量表達(dá)成為一個(gè)二進(jìn)制字符串2.產(chǎn)生一個(gè)初始化群體3.計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)4.進(jìn)行遺傳操作7.1-7.2在滲流、應(yīng)力應(yīng)變和固結(jié)分析的有限元計(jì)算中，我們最常使用的控制方程是什么？該控制方程是根據(jù)什么條件得出的？其基本假設(shè)包括？答案：最常使用的控制方程為biot固結(jié)方程 該方程是根據(jù)靜力平衡，變形相容，本構(gòu)方程以及滲流平衡條件得出。 其基本假設(shè)包括：（1）土體為飽和連續(xù)的各向同性彈性體；（2）土體的變形是微小的；（3）土顆粒與水是不可壓縮的；（4）孔隙水相對(duì)于土