土力學(xué)習(xí)題集與詳細(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(guò)的性質(zhì)稱(chēng)為土的 。2 .影響滲透系數(shù)的主要因素有： 、3 .一般來(lái)講，室內(nèi)滲透試驗(yàn)有兩種，即 和。4 .滲流破壞主要有 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(chēng)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)B.相對(duì)密實(shí)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(shuō)法是（）。A.發(fā)生流土?xí)r，水流向上滲流；發(fā)生管涌時(shí)，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(wú)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

2、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(xiàng)指標(biāo)來(lái)反映？（）參考A.壓縮系數(shù)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(yǎng).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（）。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(shì)線越密集的區(qū)域，其滲流力也越大D.滲流力的存在對(duì)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 .成層土水平方向的等效滲透系數(shù)匕與垂直方向的等效滲透系數(shù) 與的關(guān)系是（）。A&am

3、p; &B. 4 =%C& A8 .在滲流場(chǎng)中某點(diǎn)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(wú)關(guān)9 .評(píng)價(jià)下列說(shuō)法的正誤。（）土的滲透系數(shù)越大，土的透水性也越大，土的水力梯度也越大；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(diǎn)滲流力的大小取決于該點(diǎn)孔隙水總水頭的大?。粷B流力的大小不僅取決于水力梯度，還與其方向有關(guān)。A.對(duì)B.對(duì) C.和對(duì)D.全不對(duì)10 .下列描述正確的是（）。參考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(shì)線上的兩點(diǎn)，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(shì)線間的勢(shì)能差相等D.滲透流

4、速的方向?yàn)榱骶€的法線方向11 .土體滲流研究的主要問(wèn)題不包括()。A.滲流量問(wèn)題B.滲透變形問(wèn)題C.滲流控制問(wèn)題D.地基承載力問(wèn)題12 .某岸邊工程場(chǎng)地細(xì)砂含水層的流線上A、B兩點(diǎn)，A點(diǎn)的水位標(biāo)高2.5米，B點(diǎn)的水位標(biāo)高3.0米，兩點(diǎn)間流線長(zhǎng)為 10米，計(jì)算兩點(diǎn)間的平均滲透力最接近下列()個(gè)值。(A)1.25kN/m3 ; (B)0.83 kN/m3 ; (C) 0.50 kN/m3 ;(D) 0.20 kN/m3 。13 .四個(gè)壩基土樣的孔隙率和細(xì)粒含量(以質(zhì)量百分率計(jì))如下，試按水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范(GB50287-99)計(jì)算判別下列()選項(xiàng)的土的滲透變形的破壞形式屬于管涌。(A)n1

5、 = 20.3%;Ptl = 381%; 1b = 25 8%,% = 375% ；© h廣 3L2%R = 385%.(D)n4 = 35.5%;Pt4 = 3m(C)J Lj,(D) 耳,工號(hào)o三 判斷改錯(cuò)題1. 繪制流網(wǎng)時(shí)必須滿足的基本條件之一是流線和等勢(shì)線必須正交。2. 達(dá)西定律中的滲透速度不是孔隙水的實(shí)際流速。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(shí)，滲流力方向與重力方向相同。6. 細(xì)粒土的滲透系數(shù)測(cè)定通常采用“常水頭”試驗(yàn)進(jìn)行。7. 繪制流網(wǎng)時(shí)，每個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比沒(méi)有要求。8. 在流網(wǎng)中，任意兩相鄰流線間的滲

6、流量相等。參考9. 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。4、 簡(jiǎn)答題1. 試解釋起始水力梯度產(chǎn)生的原因。2. 簡(jiǎn)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(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(chǎng)？5. 為什么流線與等勢(shì)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(huì)引起哪些破壞？5、 計(jì)算題1 .如圖3-1所示，在恒定的總水頭差之下水自下而上透過(guò)兩個(gè)土樣，從土樣 1頂面溢出。(1)已土樣2底面c-c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

7、b - b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(shí)間內(nèi)土樣橫截面單位面積的流量；(4)求土樣1的滲透系數(shù)。參考圖3 1（單位：cm）圖33（單位：cm）2 .如圖3 2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(cè)定該沙土的滲透系數(shù)，打一鉆孔到基巖頂面并以10-2m3/s 的3.0m和2.5m，試求該砂土的滲透速率從孔中抽水。在距抽水孔 15m和30m處各打一觀測(cè)孔穿過(guò)黏土層進(jìn)入砂土層，測(cè)得孔內(nèi)穩(wěn)定水位分別在地面以下系數(shù)。參考3 .某滲透裝置如圖3-3所示。砂I的滲透系數(shù) 片二2x10】也/2砂n的滲透系數(shù) 月= 1x10

8、%加£ ；砂樣斷面積A=200c/I,試問(wèn)：(1)若在砂I與砂n分界面處安裝一測(cè)壓管，則測(cè)壓管中水面將升至右端水面以上多高？(2)砂I與砂H界面處的單位滲流量q多大？ "j4 .定水頭滲透試驗(yàn)中，已知滲透儀直徑 D =75rn ,在L = 2皿那淤滲流直徑上的水頭損失A=83胡然，在60s時(shí)間內(nèi)的滲水量Q=”&沃,求土的滲透系數(shù)。5 .設(shè)做變水頭滲透試驗(yàn)的粘土式樣的截面積為犯潴，厚度為41k用滲透儀細(xì)玻璃管的內(nèi)徑為。呢那,實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的水位差為145喇，經(jīng)過(guò)7nlm 25s觀察的水位差為海，實(shí)驗(yàn)室的水溫為 20C,試求式樣的滲透系數(shù)。6 .圖3-4為一板樁打入透土層后

9、形成的流網(wǎng)。已知透水土層深181用，滲透系數(shù)k = 3x10”海加卜板樁打入土層表面以下 40加，板樁前后水深如圖3-4參考所示。試求：（1）圖中所示a、b、c、d、e各點(diǎn)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(zhǎng)為10cm,面積 在跳'的圓筒內(nèi)裝滿砂土。經(jīng)測(cè)定，粉砂的 &二625 , = 0,900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(guò)試樣后可溢流出去。試求（1）滲流力的大小，判斷是否會(huì)產(chǎn)生流砂現(xiàn)象；（2）臨界水利梯度值。參考第3章 參考答案一填空題1. 滲透性或透水性2. 土的粒度成分及礦物成分、土的

10、密實(shí)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.D2.C3.D4.A5.D6.B7.A8.A9.D10. C 11. D 12. C 13.D（注：按規(guī)范當(dāng)4（1一口）時(shí)發(fā)生管涌）參考三判斷改錯(cuò)題1. V2. V3. 乂,對(duì)黏性土不成正比。4. 燈改“愈小”為“愈大”。5. X,改“相同”為“相反”。6. X ,改“常水”頭為“降水頭”或“變水頭”。7. 工,每個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比必須為定值。8. V9. X ,應(yīng)將管涌與流土對(duì)調(diào)。四 簡(jiǎn)答題1 .【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(shuō)為了克

11、服吸著水的粘滯阻力），使之發(fā)生流動(dòng)所必須具有的臨界水力梯度度。也就是說(shuō),只要有水力坡度，薄膜水就會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，只是當(dāng)實(shí)際的水力坡度小于起始水力梯度時(shí)，薄膜水的滲透速度V非常小，只有憑借精密儀器才能觀測(cè)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(shí)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(jí)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(shí)，滲透性就大。砂土中含有較多粉土及粘土顆粒時(shí)，其滲透系數(shù)就大大降低。（2）結(jié)合水膜厚度。粘性土中若土粒的結(jié)合水膜厚度較厚時(shí)，會(huì)阻塞土的孔隙，降低土的滲透性。（3）

12、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(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)滲透系數(shù)有較大差別，主要在于試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)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(jiàn)上一題。參考4 .【答】當(dāng)滲流場(chǎng)中水頭及流速等滲流要素不隨時(shí)間改變時(shí)，這種滲流稱(chēng)為穩(wěn)定滲流，而拉普拉斯方程是指適用于平面穩(wěn)定滲流的基本方程。5 .【答】在穩(wěn)定滲流場(chǎng)中，取一微單元體，并假定水

13、體不可壓縮，則根據(jù)水流連續(xù)原理，單位時(shí)間內(nèi)流入和流出微元體的水量應(yīng)相等，即dqe=dqoo從而得到：笠+生=0即為二維滲流連續(xù)方程，從中由數(shù)學(xué)知識(shí)，可知流線和等勢(shì)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(shí)，顆粒群發(fā)生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為流砂（土）現(xiàn)象。這種現(xiàn)象多發(fā)生在顆粒級(jí)配均勻的飽和細(xì)、粉砂和粉土層中，一般具有突發(fā)性、對(duì)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(dòng)，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(chēng)為管涌。它多發(fā)生在砂性土中，且顆粒大小差別大，往

14、往缺少某種粒徑，其破壞有個(gè)時(shí) 間發(fā)展過(guò)程，是一種漸進(jìn)性質(zhì)破壞。具體地再說(shuō)，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(méi)有限制。7 .【答】滲流引起的滲透破壞問(wèn)題主要有兩大類(lèi)：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(dòng)，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?jiǎng)t表現(xiàn)為岸坡滑動(dòng)或擋土墻等構(gòu)造物整體失穩(wěn)。五、計(jì)算題1.解:如圖3

15、-1 ,本題為定水頭實(shí)驗(yàn)，水自下而上流過(guò)兩個(gè)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=90cn hc=90cm（2）已知 hbc=30%hac,而 hac由圖2-16知，為30cm,所以參考hbc=30%hac=0.330=9cmh b=h又hbc=90-9=81cmzb=30cm,故 hwb=hb-z b=81-30=51cm(3)已知 k2=0.05cm/s , q/A=k2i 2= k 2hbc/L 2=0.05 9/30=0.0i5cm 3/s/cm 2=0.0i5cm/s(4) i 1=hab/L 1 =hac- hbc) /Li= (30-9

16、) /30=0.7 ,而且由連續(xù)性條件， q/A=kii i=kzi 2k i=k2i 2/i i=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?yàn)檎惩翆硬煌杆?，所以任意位置處的過(guò)水?dāng)嗝娴母叨染鶠樯巴翆拥暮穸?，?6ml 題目又給出了 ri=15m, r2=30m, hi=8m h2=8.5m。一 ？八 上曲 3】 成|q 二kAi=二 12上加一由達(dá)西定律的公式知，Idr dr ,可改寫(xiě)為:j = 12br-rfA,積分后得到工小包=12碗（描-耳）帶入已知條件，得到:12川青一片）12不（&5-8） 1

17、5In = 3.68xl0_4 m/s = 3 68x10* cm/sln當(dāng)作了 lg 。本題的要點(diǎn)在于對(duì)過(guò)水?dāng)嗝娴睦斫?。另外，還有個(gè)別同學(xué)將3.解：1）設(shè)所求值為 M,砂樣I和砂樣n的高度分別為h和4。因各斷面的滲流速度相等，故有參考聞二尢加即,Lk_ 60-電此1 - = K60x1x40 鵬=20cM2x40 + 1x40(2)砂與砂界面處的單位滲流量q為:-vA=上用工= j4 = O.2x x200 = 20c/ isA 404 .解：k = -=7L6x20= 6.5x10- 幽心Aht x7 52 xS.3x6045 .解：因?yàn)樵囼?yàn)時(shí)的溫度為標(biāo)準(zhǔn)溫度，故不作溫度修正。aL融 4 _ 3,14x044 1 145展廠外 二-