高等土力學(xué)答案

1、高等土力學(xué)試題（2011）1、 飽和土中的滲流和非飽和土中水分遷移規(guī)律有哪些相同， 哪些不同？孔隙水的移動(dòng)速率在哪種土中快，為什么？答：二者的相同點(diǎn)：土體中水的流動(dòng)都服從達(dá)西定律；不同點(diǎn)：飽和土中只存在水這一相，而非飽和土中存在水和氣兩相，他們有 各自的滲透流動(dòng)規(guī)律，但氣的流動(dòng)又影響到水的流動(dòng)，尤其影響到土的固結(jié)，也要討論氣的滲透規(guī)律。飽和土中水壓力是正值， 非飽和土中水壓力是負(fù)值。飽和 土的滲透系數(shù)是常數(shù)，非飽和土的滲透系數(shù)不是常數(shù)；孔隙水率在飽和土中的移動(dòng)速率快，滲透系數(shù)受飽和度的影響，飽和度低， 孔隙中氣體占據(jù)一定的體積，阻礙了水的流動(dòng)，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e也縮小，滲透系數(shù) 就小，孔隙水的移動(dòng)速

2、率慢。2、 什么叫剪脹性，剪縮性？什么樣的土表現(xiàn)為剪脹？什么樣 的土表現(xiàn)為剪縮？鄧肯雙曲線模型能否反映剪脹剪縮性？為什么？ 修正劍橋模型能否反映？答：剪脹性：試樣在排水剪試驗(yàn)中體積先減小后增加剪縮性：試驗(yàn)在排水剪試驗(yàn)中體積減小。強(qiáng)超固結(jié)土表現(xiàn)為剪脹，正常固結(jié)土和弱超固結(jié)表現(xiàn)為剪縮。鄧肯雙曲線模型不能反映剪脹剪縮性。這是因?yàn)槟Ｐ陀糜趶V義胡克定律，而胡克定律不可能反映剪脹剪縮性。對(duì)于鄧肯張非線性模型，有E 與EB兩種，E-v模型本身是允許剪脹的，計(jì)算所得的泊松比可能大于0.5。只是有限元計(jì)算中，不允許泊松比大于0.5,故模型中不反映剪脹性；E-B 模型本身不反映剪脹性。修正劍橋模型許多情況下能較好

3、反映土的變形特性，它能反映剪縮，但 不能反映剪脹。3、 土體有哪些主要變形特性？答：土體的變形是土力學(xué)最基本也是最重要的問(wèn)題，土體變形是復(fù)雜的，有些土加荷后立即完成，有些土的變形隨時(shí)間逐步發(fā)展。隨時(shí)間發(fā)展的變形中又有兩部分：一部分是由孔壓的消散，即固結(jié)變形：另一部分與 孔壓無(wú)關(guān)，即使孔壓完全消散了，變形仍然隨時(shí)間而發(fā)展，即流變變形。土的變形是有效應(yīng)力引起的，有效應(yīng)力并不是顆粒之間接觸點(diǎn)處的實(shí)際應(yīng) 力。通過(guò)飽和土有效應(yīng)力原理和非飽和土的有效應(yīng)力原理來(lái)反映土的一些 有效參數(shù)，來(lái)發(fā)現(xiàn)土的一些基本特性。而土的壓縮性是土的變形的主要方 面。通過(guò)壓縮曲線可以反映土的壓縮性能和相應(yīng)的壓縮性指標(biāo)。通過(guò)壓縮曲線

4、與回彈曲線我們可以看出土的變形有彈性變形和塑性體積變形。進(jìn)而反映土體材料的特殊性。4、 切線彈性模量Et的物理意義是什么？在何種情況下應(yīng)用？鄧肯雙曲線模型是依據(jù)什么試驗(yàn)來(lái)估定 Et的，含有哪些參數(shù)，如 何確定這些參數(shù)？答：切線彈性模量Et的物理意義：仃-4曲線的切線斜率在無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)情況下應(yīng)用，鄧肯雙曲線模型是依據(jù)三軸儀應(yīng)力應(yīng)變?cè)囼?yàn)（常規(guī)三軸試驗(yàn)）來(lái)估定 Et,含有c、K、n、R一股的Et表達(dá)式為：（二1）d akfT(%-%)fEi(1)式中（7 1-（7 3）為現(xiàn)實(shí)的應(yīng)力水平，Rf為破壞比,5、破壞時(shí)的強(qiáng)度（仃1-。3） ff強(qiáng)度的極限值（；二1 -C3）3 U顯然R<1.0, 一

5、般土的R變化于0.750.95之間，所以一般可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)事先假定，式中尚有 E和（T1-（T3）f待定。初始切線模量采用Junbu經(jīng) 驗(yàn)公式確定，即：(2)二3 nEi =Kpa(TPa式中，K為無(wú)量綱的模量系數(shù)，n為無(wú)量幕次，Pa為大氣壓力，引入Pa主要是為量綱上的需要，將 E與q的關(guān)系繪在雙對(duì)數(shù)圖上，就可以求出 k 和n值。N為雙對(duì)數(shù)上直線的斜率，k為lg仃3=1處對(duì)應(yīng)的模量值（需經(jīng) 換算）。（T1-（T3）f值可以由coulomb-mohr破壞條件確定:(3)2ccos " +2二 3 sin ：1 -sin :將2、3式代入1式，整理得Et_.2Rf (1 -sin )(二

6、1 -二3)=1 -2c cos邛 +2o3 sin 邛%)"鄧肯雙曲線模型是依據(jù)三軸儀應(yīng)力應(yīng)變?cè)囼?yàn)（4）（常規(guī)三軸試驗(yàn)）來(lái)估定K、n、R的推導(dǎo)上述已Et,含有c、邛、K、n、R , c、中為強(qiáng)度指標(biāo),經(jīng)說(shuō)明。對(duì)于砂，卵石等粒巖石材料，具粘聚力 c=0,中值隨圍壓q增加 而減少。其。3值的經(jīng)驗(yàn)公式：=Q -啊g '衛(wèi)Pa ）其中，中1值為仃3=Pa時(shí)的中角，對(duì)于粘性土，邛=0,對(duì)砂、卵石等，中=5°；對(duì)石料；二10。5、試從土的工程性質(zhì)，固結(jié)變形機(jī)理及施工過(guò)程等方面論述太 沙基固結(jié)理論假設(shè)的合理性，并說(shuō)明比奧固結(jié)理論與太沙基理 論相比有何進(jìn)步。答：太沙基固結(jié)理論基本

7、假設(shè)：1） 土層只有豎向壓縮變形，而無(wú)側(cè) 向膨脹，滲流也只有豎向；2） 土體是飽和的，只有土骨架和水二相；3） 土體是均勻的，在荷載作用下土體的壓縮僅僅是孔隙體積的減小，土粒本身以及水體的壓縮量可以忽略不計(jì)，且假定壓縮系數(shù)a為常量；4）孔隙水的滲透流動(dòng)符合達(dá)西定律，滲透系數(shù) K為常量；5）外荷載為均布連續(xù) 荷載，且一次施加于土層。比奧固結(jié)理論從比較嚴(yán)格的固結(jié)機(jī)理出發(fā)推導(dǎo)了準(zhǔn)確反映孔隙壓力 消散與土骨架變形相互關(guān)系的三維固結(jié)方程，一般稱為真三維固結(jié)理論，而太沙基固結(jié)理論只在一維情況下是精確的，對(duì)二維、三維問(wèn)題并不精確。 所以太沙基三維方程只能稱為擬三維固結(jié)理論。6、什么叫屈服準(zhǔn)則，屈服面？有哪兩

8、種類型的屈服面，各有何 特點(diǎn)？屈服面和硬化規(guī)律有何關(guān)系？答：屈服準(zhǔn)則：在一定的荷載作用下發(fā)生塑性變形，將這個(gè)時(shí)候所加的荷載 作為一個(gè)判別標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于屈服函數(shù))=k,給定k值，函數(shù)X應(yīng)力空間對(duì)應(yīng)一確定的曲面稱為屈服面。兩種類型的屈服面：開(kāi)口錐面，主要反映塑性剪切變形帽形屈服面，主要反 映塑性體積變形。所謂的硬化規(guī)律就是屈服函數(shù)fkj )=k中的k隨什么因素變化，如何變化， 而k值的大小又反映了屈服面的擴(kuò)大和縮小。即屈服面的變化和k值的變化 密切相關(guān)。7、什么是曼德?tīng)栃?yīng)？在砂井地基中曼德?tīng)栃?yīng)怎樣？為什 么？答：曼德?tīng)栃?yīng)：按比奧理論解飽和土的固結(jié)問(wèn)題時(shí)會(huì)出現(xiàn)一種異乎尋 常的現(xiàn)象：在不變的荷重施加

9、于土體上后的某時(shí)段內(nèi)， 土體內(nèi)的孔隙水壓力 不是下降，而是繼續(xù)上升，而且超過(guò)應(yīng)有的壓力值。砂井的固結(jié)可以分解為兩種滲流來(lái)計(jì)算：如果某一時(shí)刻由豎直向滲流引起的 地基的固結(jié)度為UZ又計(jì)算得同一時(shí)刻由軸對(duì)稱平面滲流引起的固結(jié)度為 U, 則地基的總固結(jié)度U。巴隆(Barron)系統(tǒng)第研究過(guò)砂井地基的排水固結(jié)問(wèn)題。 他考慮了在周 結(jié)時(shí)的兩種變形情況：1.自由豎向應(yīng)變；2。等豎向應(yīng)變。前者認(rèn)為地基表 面的荷載分布是均勻的，后者則認(rèn)為地面的變形是單一的。實(shí)際上，周結(jié)時(shí)， 靠近砂井的土體固結(jié)較快該區(qū)域的地面沉降較大，必然要使地面的接觸壓力 發(fā)生再分布。如果作用荷載的材料在該下陷部分有產(chǎn)生拱作用的趨勢(shì)，情況更是

10、如此。如果完全發(fā)揮拱作用，很可能更接近于等應(yīng)變情況。假設(shè)砂井群呈三角形分布，則每個(gè)砂井的影響范圍為六邊形。如果用當(dāng)量直彳de的圓代替該正六邊形，則顯然此圓便是每個(gè)砂井的影響區(qū)。圓內(nèi)各 點(diǎn)的水必將沿平面的徑向向砂井排泄。然后垂直向上及向下流動(dòng)，對(duì)于輻 射流，由于水流對(duì)稱，圓周面可以看成不排水面。取包圍在影響圓內(nèi)的單 位厚度的土體研究，先不考慮垂直向滲流。8、什么是似超固結(jié)土和似超固結(jié)比？似超固結(jié)土與新沉積粘土 的強(qiáng)度有什么不同？答：正常周結(jié)土在長(zhǎng)時(shí)間次固結(jié)、化學(xué)膠凝和干燥應(yīng)力等時(shí)間固化效 應(yīng)引起的附加強(qiáng)度的作用下，表現(xiàn)出與超固結(jié)土有相似的特性，被稱為似 pcq超固結(jié)土。；：cz稱為似超固結(jié)比，它

11、是表示似超固結(jié)土超固結(jié)程度的量。由于似超固結(jié)土具有超固結(jié)的特性， 所以與新沉積粘土的強(qiáng)度相比，抗剪 強(qiáng)度也明顯高于正常固結(jié)土。似超固結(jié)土比新沉積粘土有較高的 (二1-03)max,也有較高的不排水強(qiáng)度。9、太沙基固結(jié)理論與比奧固結(jié)理論相比增加一條什么假設(shè)條件， 其合理性怎樣？試舉例說(shuō)明。答：太沙基固結(jié)理論與比奧固結(jié)理論相比增加的假設(shè)條件一一在固結(jié)過(guò)程中法向總應(yīng)力和 © ( 0 = (Tx+ (Ty+(T z)不隨時(shí)間而變。比奧方程推導(dǎo)的方式與太沙基方程邵有不同，但若增加此假定，將會(huì)得出與太沙基方程完全一致的形式。可以說(shuō)太沙基方程是比奧方程在法向總應(yīng) 力和日不隨時(shí)間變化的假定下的一種簡(jiǎn)

12、化。太沙基理論用于一維問(wèn)題是合 理的但用于二維、三維是不合理的。舉例：周結(jié)儀中的飽和試樣，當(dāng)施加垂直壓力 P后應(yīng)力的變化為：t=0時(shí), 有效應(yīng)力 =° =%=0,孔隙壓力 u=p； t=oo時(shí)，。*'=、'= KoP , u=0(此 處ko為靜止側(cè)壓力系數(shù))。當(dāng)然這是一個(gè)典型的一維問(wèn)題，作為一維問(wèn)題， 0 = (7 z,在固結(jié)過(guò)程中是不變的。但也可以將其看為三維問(wèn)題的特殊情況，0 = (T x+(Ty+(Tz,則在 t=0 時(shí)，9=3u=3p；而 t=°°時(shí)，0= (1+2k0)p；當(dāng) t 從0變化到8, 是在不斷變化的?？梢?jiàn)即使是在這樣的一個(gè)簡(jiǎn)單

13、的情況 下，也不是常量。10、什么是無(wú)粘性土的臨界孔隙比，如何用試驗(yàn)的方法確定臨界孔隙比，臨界孔隙比有什么作用？答：1）在不排水剪實(shí)驗(yàn)中，不引起強(qiáng)度改變的初始空隙比，這一空隙比稱為臨界空隙比ecr。2） ecr可由CD試驗(yàn)或常體積試驗(yàn)（CU試驗(yàn)）測(cè)定。當(dāng)用CD試驗(yàn)測(cè)定時(shí)，不同密度的試樣在相同固結(jié)壓力 仃3。下進(jìn)行排水剪 試驗(yàn)，測(cè)出試驗(yàn)剪破時(shí)的體積應(yīng)變 m ,然后繪制初始孔隙比與 “關(guān)系曲 線，%=0時(shí)對(duì)應(yīng)的初始孔隙比即為該固結(jié)壓力 63c下的ecr。在判斷砂土 液化的可能性時(shí)，將是一個(gè)有用的指標(biāo)。11、三軸剪切試驗(yàn)的破壞取值標(biāo)準(zhǔn)有哪些？他們之間有什么 差別？答：三軸剪切試驗(yàn)的破壞取值標(biāo)準(zhǔn)有：最大主應(yīng)力差（7 1-（7 3）ma標(biāo) 準(zhǔn)和最大有效應(yīng)力比（O ' 1 （T，3）ma標(biāo)準(zhǔn)。兩者的關(guān)系：（T 1（T 3）= （T，1-（T，3）= （T 3-U ）（巨i）在保持0- 3為常二 3數(shù)的三軸壓縮試驗(yàn)中，兩種取值標(biāo)準(zhǔn)求得的強(qiáng)度差異將取決于試驗(yàn)中孔隙 水壓力的發(fā)展過(guò)程，因而，也就取決于實(shí)驗(yàn)類型和試驗(yàn)的剪切特性。1 ）三軸排水剪試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，U=0,所以（T 1- （T3）ma與（T ,1/ （7,3）max 同時(shí)或同一軸向應(yīng)變時(shí)發(fā)生，兩種取值標(biāo)準(zhǔn)一致。2）三軸周結(jié)不排水剪和三軸不排水剪