《土力學(xué)》第三章習(xí)題集及詳細(xì)解答

1、土力學(xué)第三章習(xí)題集及詳細(xì)解答第3章 土的滲透性及滲流  一、       填空題1.土體具有被液體透過的性質(zhì)稱為土的       。2.影響滲透系數(shù)的主要因素有：          、          、        

2、; 、         、         、         。3.一般來講，室內(nèi)滲透試驗有兩種，即        和         。4.滲流破壞主要有   

3、60;   和       兩種基本形式。5.達(dá)西定律只適用于      的情況，而反映土的透水性的比例系數(shù)，稱之為土的        。 二       選擇題1.反應(yīng)土透水性質(zhì)的指標(biāo)是（    ）。A.不均勻系數(shù)       

4、   B.相對密實度C.壓縮系數(shù)            D.滲透系數(shù)2.下列有關(guān)流土與管涌的概念，正確的說法是（    ）。A發(fā)生流土?xí)r，水流向上滲流；發(fā)生管涌時，水流向下滲流B.流土多發(fā)生在黏性土中，而管涌多發(fā)生在無黏性土中C.流土屬突發(fā)性破壞，管涌屬漸進(jìn)式破壞D.流土屬滲流破壞，管涌不屬滲流破壞3.土透水性的強(qiáng)弱可用土的哪一項指標(biāo)來反映？（    ）A.壓縮系數(shù)   

5、60;        B.固結(jié)系數(shù)C.壓縮模量            D.滲透系數(shù)4.發(fā)生在地基中的下列現(xiàn)象，哪一種不屬于滲透變形？（    ）A.坑底隆起      B.流土     C.砂沸     D.流砂5.下屬關(guān)于滲流力的描述不正確的是（ 

6、   ）。A.其數(shù)值與水力梯度成正比，其方向與滲流方向一致B.是一種體積力，其量綱與重度的量綱相同C.流網(wǎng)中等勢線越密集的區(qū)域，其滲流力也越大D.滲流力的存在對土體穩(wěn)定總是不利的6.下列哪一種土樣更容易發(fā)生流砂？（    ）A.砂礫或粗砂           B.細(xì)砂或粉砂C.粉質(zhì)黏土             D.黏土7.成層土

7、水平方向的等效滲透系數(shù)與垂直方向的等效滲透系數(shù)的關(guān)系是（     ）。A.>        B.=     C.<8. 在滲流場中某點的滲流力（    ）。A.隨水力梯度增加而增加   B.隨水利力梯度增加而減少    C.與水力梯度無關(guān)9.評價下列說法的正誤。（     ）土的滲透系數(shù)越大，土的透水性也越大，土的水

8、力梯度也越大；任何一種土，只要水力梯度足夠大，就有可能發(fā)生流土和管涌；土中任一點滲流力的大小取決于該點孔隙水總水頭的大小；滲流力的大小不僅取決于水力梯度，還與其方向有關(guān)。A.對      B.對    C.和對    D.全不對10.下列描述正確的是（    ）。A.流網(wǎng)中網(wǎng)格越密處，其水力梯度越小B.位于同一條等勢線上的兩點，其孔隙水壓力總是相同的C.同一流網(wǎng)中，任意兩相鄰等勢線間的勢能差相等D.滲透流速的方向為流線的法線方向11.土體滲流研究的主要問題

9、不包括（    ）。A.滲流量問題            B.滲透變形問題C.滲流控制問題          D.地基承載力問題12.某岸邊工程場地細(xì)砂含水層的流線上A、B兩點，A點的水位標(biāo)高2.5米，B點的水位標(biāo)高3.0米，兩點間流線長為10米，計算兩點間的平均滲透力最接近下列（）個值。(A)1.25kN/m3； (B)0.83 kN/m3； (C) 0.50 kN

10、/m3；  (D) 0.20 kN/m3。13. 四個壩基土樣的孔隙率和細(xì)粒含量（以質(zhì)量百分率計）如下，試按水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB50287-99）計算判別下列（）選項的土的滲透變形的破壞形式屬于管涌。(A) ；   (B) ；(C) ；   (D) 。三       判斷改錯題1.     繪制流網(wǎng)時必須滿足的基本條件之一是流線和等勢線必須正交。2.     達(dá)西定律中的滲透速度不是孔隙水的實際流

11、速。3.     土的孔隙比愈大，其滲透系數(shù)也愈大。4.     在流網(wǎng)圖中，流線愈密集的地方，水力坡降愈小。5.     發(fā)生流砂時，滲流力方向與重力方向相同。6.     細(xì)粒土的滲透系數(shù)測定通常采用“常水頭”試驗進(jìn)行。7.     繪制流網(wǎng)時，每個網(wǎng)格的長寬比沒有要求。8.     在流網(wǎng)中，任意兩相鄰流線間的滲流量相等。9.  &

12、#160;  管涌發(fā)生在滲流溢出處，而流土發(fā)生的部位可以在滲流溢出處，也可以在土體內(nèi)部。 四、       簡答題1.     試解釋起始水力梯度產(chǎn)生的原因。2.     簡述影響土的滲透性的因素主要有哪些。3.     為什么室內(nèi)滲透試驗與現(xiàn)場測試得出的滲透系數(shù)有較大差別？ 4.     拉普拉斯方程適應(yīng)于什么條件的滲流場？5.  &#

13、160;  為什么流線與等勢線總是正交的？6.     流砂與管涌現(xiàn)象有什么區(qū)別和聯(lián)系？7.     滲透力都會引起哪些破壞？ 五、       計算題1.如圖31所示，在恒定的總水頭差之下水自下而上透過兩個土樣，從土樣1頂面溢出。（1） 已土樣2底面cc 為基準(zhǔn)面，求該面的總水頭和靜水頭；（2） 已知水流經(jīng)土樣2的水頭損失為總水頭差的30%，求 bb面的總水頭和靜水頭；（3） 已知土樣2的滲透系數(shù)為0.05cm/s ，求單位時間內(nèi)土樣

14、橫截面單位面積的流量；（4） 求土樣1的滲透系數(shù)。             圖31  （單位：cm）                  圖33  （單位：cm）2.如圖32所示，在5.0m 厚的黏土層下有一砂土層厚6.0 m，其下為基巖（不透水）。為測定該沙土的滲透系數(shù)，打一鉆孔到基巖頂面

15、并以10-2m3/s 的速率從孔中抽水。在距抽水孔15m 和30m 處各打一觀測孔穿過黏土層進(jìn)入砂土層，測得孔內(nèi)穩(wěn)定水位分別在地面以下3.0m 和2.5m ，試求該砂土的滲透系數(shù)。圖32  （單位：m）3. 某滲透裝置如圖3-3所示。砂的滲透系數(shù)；砂的滲透系數(shù)；砂樣斷面積A=200，試問：(1)若在砂與砂分界面處安裝一測壓管，則測壓管中水面將升至右端水面以上多高？（2）砂與砂界面處的單位滲流量q多大？4. 定水頭滲透試驗中，已知滲透儀直徑，在滲流直徑上的水頭損失，在60s時間內(nèi)的滲水量，求土的滲透系數(shù)。5.設(shè)做變水頭滲透試驗的粘土式樣的截面積為,厚度為滲透儀細(xì)玻璃管的內(nèi)徑為，實驗開始

16、時的水位差為，經(jīng)過觀察的水位差為，實驗室的水溫為20，試求式樣的滲透系數(shù)。6. 圖3-4為一板樁打入透土層后形成的流網(wǎng)。已知透水土層深，滲透系數(shù)板樁打入土層表面以下，板樁前后水深如圖3-4所示。試求：(1)圖中所示a、b、c、d、e各點的孔隙水壓力；(2)地基的單位透水量。圖34  板樁墻下的滲流圖7.如圖3-5所示，在長為10cm，面積的圓筒內(nèi)裝滿砂土。經(jīng)測定，粉砂的，筒下端與管相連，管內(nèi)水位高出筒5cm(固定不變)，流水自下而上通過試樣后可溢流出去。試求(1)滲流力的大小，判斷是否會產(chǎn)生流砂現(xiàn)象；(2)臨界水利梯度值。圖35 第3章  參考答案一填空題1.&#

17、160;    滲透性或透水性2.     土的粒度成分及礦物成分、土的密實度、土的飽和度、土的結(jié)構(gòu)、土的構(gòu)造、水的溫度3.     常水頭法、變水頭法4.     流砂(土)、管涌5.     層流、滲透系數(shù) 二       選擇題1.D  2.C  3.D  4.A  5.D  6.B

18、  7.A  8.A  9.D  10. C  11. D  12. C   13.D(注：按規(guī)范當(dāng)時發(fā)生管涌)  三       判斷改錯題1.2.3.，對黏性土不成正比。 4.，改“愈小”為“愈大”。5.，改“相同”為“相反”。6.，改“常水”頭為“降水頭”或“變水頭”。7.，每個網(wǎng)格的長寬比必須為定值。8.9.，應(yīng)將管涌與流土對調(diào)。 四       簡答題1.【

19、答】起始水力梯度產(chǎn)生的原因是，為了克服薄膜水的抗剪強(qiáng)度0(或者說為了克服吸著水的粘滯阻力)，使之發(fā)生流動所必須具有的臨界水力梯度度。也就是說，只要有水力坡度，薄膜水就會發(fā)生運動，只是當(dāng)實際的水力坡度小于起始水力梯度時，薄膜水的滲透速度V非常小，只有憑借精密儀器才能觀測到。因此嚴(yán)格的講，起始水力梯度I0是指薄膜水發(fā)生明顯滲流時用以克服其抗剪強(qiáng)度0的水力梯度。2. 【答】（1）土的粒度成分及礦物成分。土的顆粒大小、形狀及級配，影響土中孔隙大小及其形狀，因而影響土的滲透性。土顆粒越粗，越渾圓、越均勻時，滲透性就大。砂土中含有較多粉土及粘土顆粒時，其滲透系數(shù)就大大降低。（2）結(jié)合水膜厚度。粘性土中若土

20、粒的結(jié)合水膜厚度較厚時，會阻塞土的孔隙，降低土的滲透性。 （3）土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。天然土層通常不是各向同性的，在滲透性方面往往也是如此。如黃土具有豎直方向的大孔隙，所以豎直方向的滲透系數(shù)要比水平方向大得多。層狀粘土常夾有薄的粉砂層，它在水平方向的滲透系數(shù)要比豎直方向大得多。（4）水的粘滯度。水在土中的滲流速度與水的容重及粘滯度有關(guān)，從而也影響到土的滲透性。3. 【答】室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗滲透系數(shù)有較大差別，主要在于試驗裝置和試驗條件等有關(guān)，即就是和滲透系數(shù)的影響因素有關(guān)，詳見上一題。4. 【答】當(dāng)滲流場中水頭及流速等滲流要素不隨時間改變時，這種滲流稱為穩(wěn)定滲流，而拉普拉斯方程是指適用于平面穩(wěn)定滲流的

21、基本方程。5. 【答】在穩(wěn)定滲流場中，取一微單元體，并假定水體不可壓縮，則根據(jù)水流連續(xù)原理，單位時間內(nèi)流入和流出微元體的水量應(yīng)相等，即dqe=dq0。從而得到：即為二維滲流連續(xù)方程，從中由數(shù)學(xué)知識，可知流線和等勢線正交。6. 【答】在向上的滲流力作用下，粒間有效應(yīng)力為零時，顆粒群發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象稱為流砂(土)現(xiàn)象。這種現(xiàn)象多發(fā)生在顆粒級配均勻的飽和細(xì)、粉砂和粉土層中，一般具有突發(fā)性、對工程危害大。在水流滲透作用下，土中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動，以至流失；隨著土的孔隙不斷擴(kuò)大，滲流速度不斷增加，較粗的顆粒也相繼被水逐漸帶走，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)象稱為

22、管涌。它多發(fā)生在砂性土中，且顆粒大小差別大，往往缺少某種粒徑，其破壞有個時間發(fā)展過程，是一種漸進(jìn)性質(zhì)破壞。具體地再說，管涌和流砂的區(qū)別是：（1）流砂發(fā)生在水力梯度大于臨界水力梯度，而管涌發(fā)生在水力梯度小于臨界水力梯度情況下；（2）流砂發(fā)生的部位在滲流逸出處，而管涌發(fā)生的部位可在滲流逸出處，也可在土體內(nèi)部；（3）流砂發(fā)生在水流方向向上，而管涌沒有限制。7. 【答】滲流引起的滲透破壞問題主要有兩大類：一是由于滲流力的作用，使土體顆粒流失或局部土體產(chǎn)生移動，導(dǎo)致土體變形甚至失穩(wěn)；二是由于滲流作用，使水壓力或浮力發(fā)生變化，導(dǎo)致土體和結(jié)構(gòu)物失穩(wěn)。前者主要表現(xiàn)為流砂和管涌，后者主要則表現(xiàn)為岸坡滑動或擋土墻

23、等構(gòu)造物整體失穩(wěn)。 五、       計算題1.解：如圖3-1，本題為定水頭實驗，水自下而上流過兩個土樣，相關(guān)幾何參數(shù)列于圖中。（1）以c-c為基準(zhǔn)面，則有：zc=0，hwc=90cm，hc=90cm（2）已知Dhbc=30%´Dhac，而Dhac由圖2-16知，為30cm，所以Dhbc=30%´Dhac=0.3´30=9cm  hb=hc-Dhbc=90-9=81cm又   zb=30cm，故hwb=hb- zb=81-30=51cm（3）已知k2=0.05cm/

24、s，q/A=k2i2= k2´Dhbc/L2=0.05´9/30=0.015cm3/s/cm2=0.015cm/s（4） i1=Dhab/L1=（Dhac-Dhbc）/L1=（30-9）/30=0.7，而且由連續(xù)性條件，q/A=k1i1=k2i2     k1=k2i2/i1=0.015/0.7=0.021cm/s2. 解：分析：如圖3-2，砂土為透水土層，厚6m，上覆粘土為不透水土層，厚5m，因為粘土層不透水，所以任意位置處的過水?dāng)嗝娴母叨染鶠樯巴翆拥暮穸龋?m。題目又給出了r1=15m，r2=30m，h1=8m，h2=8.5m。由達(dá)西定律的公式知，可改寫為：