高等土力學(xué)歷年真題-補(bǔ)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、Et、(1-3)ult以及Rf各代表什么意義？答：參數(shù)Ei代表三軸試驗(yàn)中的起始變形模量、a代表Ei的倒數(shù)；(1-3)ult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)ult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(xué)與金屬的塑性力學(xué)有什么區(qū)別？答：金屬塑性力學(xué)只考慮剪切屈服，而巖土塑性力學(xué)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(xué)更為復(fù)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

2、中的屈服準(zhǔn)則、流動(dòng)準(zhǔn)則、加工硬化理論、相適應(yīng)和不相適應(yīng)的流動(dòng)準(zhǔn)則。答：（1）屈服準(zhǔn)則：在多向應(yīng)力作用下，變形體進(jìn)入塑性狀態(tài)并使塑性變形繼續(xù)進(jìn)行，各應(yīng)力分量與材料性能之間必須符合一定關(guān)系時(shí)，這種關(guān)系稱為屈服準(zhǔn)則。屈服準(zhǔn)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(zhǔn)則。（2）流動(dòng)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(diǎn)的塑性應(yīng)變增量方向必須與通過該點(diǎn)的塑性勢面相垂直，亦即。流動(dòng)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(gè)分量間的比例關(guān)系。 （3）相適應(yīng)、不相適應(yīng)的流動(dòng)準(zhǔn)則：根據(jù)德魯克假說，

3、對于穩(wěn)定材料，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(dòng)規(guī)則。如果令fg，即為不相適應(yīng)流動(dòng)規(guī)則。（3） 加工硬化定律：是計(jì)算一個(gè)給定的應(yīng)力增量引起的塑性應(yīng)變大小的準(zhǔn)則，亦即式中的d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(yàn)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(yàn)確定鄧肯-張模型的參數(shù)？這時(shí)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(shí)=0.49，用以確定總應(yīng)力分析時(shí)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(yàn)來直接確定用有效應(yīng)力表示的鄧肯-張模型的參數(shù)？對于有效應(yīng)力，上述試驗(yàn)的d(1

4、-3)/d1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(dǎo)d(1-3)/d1的表達(dá)式。答：不可以，因?yàn)?-u，當(dāng)B=1.0時(shí)，u=A（1-3），則d(1-3)/d1=Et/1-A(1-2t)2.6 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,q,v）代表土的狀態(tài)，（p,q,v）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(dá)到破壞時(shí)的的狀態(tài)線。第三章 土的強(qiáng)度3.1 名詞解釋1） 土的蠕變：指在應(yīng)力狀態(tài)不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)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(shí)間逐漸減小的現(xiàn)象

5、。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(qiáng)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(shí)刻土層各點(diǎn)土骨架承擔(dān)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(shí)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(shí)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） 加工軟化：也稱應(yīng)變軟化，指材料的應(yīng)力在開始時(shí)隨著應(yīng)變的增加而增加，達(dá)到一個(gè)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：

6、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(shí)產(chǎn)生的體積膨脹或收縮的特性。土的剪脹性實(shí)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?。╊w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(yàn)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(shí)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(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?；或者在這一圍壓下進(jìn)行固結(jié)不排水試驗(yàn)中破壞時(shí)的孔隙水壓力為零。10） 臨界圍壓3cr：在某種圍壓3下的三軸試驗(yàn)中，當(dāng)一個(gè)砂土試樣破壞時(shí)，如果體變?yōu)榱悖?/p>

7、則此時(shí)的孔隙比為此時(shí)3所對應(yīng)的臨界孔隙比。反之，這個(gè)圍壓可稱為這種砂在這種孔隙比下的臨界圍壓3cr。11） 在三軸排水試驗(yàn)中，如果砂土試樣固結(jié)后孔隙比為ec，則在圍壓3cr下進(jìn)水排水試驗(yàn)，破壞時(shí)的體變?yōu)榱?，如果圍巖小于3cr，三軸試驗(yàn)破壞時(shí)試樣將發(fā)生剪脹；如果圍壓大于3cr，三軸試驗(yàn)破壞時(shí)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(fēng)化而成的碎散礦物顆粒的集合體，它一般含有固、液、氣三相。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(xué)性質(zhì)不同。3.4 粘土

8、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(huì)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(gè)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(jìn)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(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。3.5 說明劍橋彈塑性模型的試驗(yàn)基礎(chǔ)和

9、基本假設(shè)。該模型的三個(gè)參數(shù)：M、分別表示什么意義？ 答：劍橋模型的試驗(yàn)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(yàn)?；炯僭O(shè)：土體是加工硬化材料，服從相適應(yīng)流動(dòng)規(guī)則。 M是破壞常數(shù)；是各向等壓固結(jié)參數(shù)，為NCL或CSL線在lnp'平面中的斜率；k是回彈參數(shù)，為卸載曲線在lnp'平面上的斜率。3.6 三軸試驗(yàn)得到的松砂的內(nèi)摩擦角為=33°，正常固結(jié)粘土的內(nèi)摩擦角為=30°，粘土不排水試驗(yàn)得到的摩擦角為u=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(dòng)摩擦角？土顆粒間的滑動(dòng)摩擦角比它們大還是小？為什么？ 答：三軸試驗(yàn)得到的松砂的內(nèi)摩擦

10、角不是砂土礦物顆粒之間的滑動(dòng)摩擦角，土顆粒間的滑動(dòng)摩擦角比它小。因?yàn)闇y得的砂土間的摩擦角包括兩個(gè)部分：滑動(dòng)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(yàn)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(dòng)摩擦角，土顆粒之間的滑動(dòng)摩擦角比他小，因?yàn)檎９探Y(jié)粘土實(shí)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)，宏觀上被歸于摩擦強(qiáng)度部分中，既正常固結(jié)粘土的內(nèi)摩擦角包括滑動(dòng)摩擦角和一部分粘聚力導(dǎo)致的摩擦角。三軸不排水試驗(yàn)得到的粘土摩擦角不是粘土礦物之間的滑動(dòng)摩擦角，土顆粒之間的滑動(dòng)摩擦角比它大。因?yàn)檎惩令w粒之間必然存在摩擦強(qiáng)度，只是由于存在的超靜水壓力使所有破壞時(shí)的有效應(yīng)力莫爾圓是唯一的

11、，無法反應(yīng)摩擦強(qiáng)度。3.7 粗粒土顆粒之間的咬合對土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)有什么影響？為什么土顆粒的破碎會(huì)最終降低這種土的抗剪強(qiáng)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(qiáng)度指標(biāo)。而土顆粒的破碎會(huì)減少剪脹，從而降低土的抗剪強(qiáng)度。3.8 在實(shí)際工程中，基坑上的主動(dòng)土壓力一般總是比用同樣土填方擋土墻主動(dòng)土壓力小，試從土的強(qiáng)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(qiáng)度，使得主動(dòng)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(qiáng)度較填方擋土墻大，減少了主動(dòng)土壓力。3.9 莫爾-庫倫的強(qiáng)度包線是否一定是直線？在什么

12、情況下它是彎曲的？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。3.10 具有某一孔隙比的砂土試樣的臨界圍壓是3cr =1000kPa，如果將它在3=1500kPa、1000kPa和750kPa下固結(jié)后，分別進(jìn)行不排水三軸試驗(yàn)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？定性畫出三個(gè)固結(jié)不排水試驗(yàn)的總應(yīng)力和有效應(yīng)力莫爾圓。 答：當(dāng)試樣在1000kPa圍壓下固結(jié)不排水試驗(yàn)，試樣體積基本沒有變化趨勢；當(dāng)試樣在1500kPa圍壓下固結(jié)不排水試驗(yàn)，試樣體積增大，發(fā)生剪脹；當(dāng)試樣在750kPa

13、圍壓下固結(jié)不排水試驗(yàn)，試驗(yàn)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3cr =500kPa，在2=500500kPa時(shí)進(jìn)行三軸排水試驗(yàn)破壞時(shí)的應(yīng)力差1-3=1320kPa，其內(nèi)摩擦角'是多少?在這個(gè)圍壓下的排水試驗(yàn)，試樣破壞時(shí)的體應(yīng)變約為多少？不排水試驗(yàn)時(shí)的孔壓約為多少？ 答：莫爾-庫倫準(zhǔn)則為：，得'=32.1°。此圍壓下的排水試驗(yàn)，試樣破壞時(shí)的體應(yīng)變?yōu)?，不排水試驗(yàn)時(shí)的孔壓約為0。3.12 在上面的試樣上進(jìn)行圍壓為3=300kPa和750kPa兩個(gè)固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)（CU），用兩個(gè)總應(yīng)力圓的包線確定的強(qiáng)度指標(biāo)是否為有效應(yīng)力指

14、標(biāo)？ 答：3.13 用一種非常密實(shí)的砂土試樣進(jìn)行常規(guī)三軸排水壓縮試驗(yàn)，圍壓為100kPa和3900kPa，用這兩個(gè)試驗(yàn)的莫爾圓的包線確定強(qiáng)度參數(shù)有什么不同？ 答：當(dāng)圍壓由100kPa增加到3900kPa時(shí)，內(nèi)摩擦角會(huì)大幅度降低。3.14 特雷斯卡、米澤斯和莫爾-庫倫三個(gè)強(qiáng)度準(zhǔn)則的討論答：特雷斯卡準(zhǔn)則和米澤斯準(zhǔn)則都沒有反映平均主應(yīng)力p對土抗剪強(qiáng)度的影響，這就未能反映土作為摩擦材料的基本力學(xué)特性。盡管這兩個(gè)準(zhǔn)則的“廣義”形式考慮了平均主應(yīng)力p對抗剪強(qiáng)度的影響，但這個(gè)影響并非是破壞面上正應(yīng)力對該面上的抗剪強(qiáng)度的影響。特雷斯卡準(zhǔn)則是最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則，米澤斯準(zhǔn)則是最大八面體剪應(yīng)力準(zhǔn)則，這兩個(gè)強(qiáng)度準(zhǔn)則與土的

15、摩擦強(qiáng)度是不一致的。其中矛盾最為突出的在于：三軸壓縮（2=3）應(yīng)力狀態(tài)與三軸伸長的應(yīng)力狀態(tài)（1=2），用這兩個(gè)準(zhǔn)則預(yù)測在同一平面上（p=常數(shù)）的土的抗剪強(qiáng)度(1=3)f或者qf都是相等的，這是不對的。莫爾-庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則描述了剪切面上剪應(yīng)力與該面上正應(yīng)力間的關(guān)系，表現(xiàn)了土作為散體材料的摩擦強(qiáng)度的基本特點(diǎn)，是比較合理的，所以它在土力學(xué)得到廣泛的應(yīng)用。但它假設(shè)中主應(yīng)力2對土的抗剪強(qiáng)度沒有影響，它的強(qiáng)度包線常常被假設(shè)為直線，即內(nèi)摩擦角是常數(shù)，與圍壓無關(guān)，這些近似一般不會(huì)引起大的誤差，但當(dāng)應(yīng)力水平很大時(shí)，可能引起比較大的誤差。當(dāng)用莫爾-庫倫準(zhǔn)則作為塑性模型的屈服準(zhǔn)則時(shí)，其屈服面及在平面上軌跡有導(dǎo)數(shù)不連續(xù)

16、的角點(diǎn)，這在數(shù)值計(jì)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(yàn)（1）三軸固結(jié)排水試驗(yàn)：固結(jié)排水試驗(yàn)是指在三軸試驗(yàn)中，排水閥門始終打開，試件先在周圍壓力3作用下充分固結(jié)。穩(wěn)定后緩慢增加軸向偏差應(yīng)力1，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(qiáng)度是指加載過程中，孔隙水壓力及時(shí)并全部消散，密度不斷變化情況下的強(qiáng)度。（2）三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)：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(1-3)進(jìn)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(yàn)：試件在不固結(jié)不排水試驗(yàn)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)，B1.0

17、，3所產(chǎn)生的孔隙水壓力u3，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(gè)有效應(yīng)力圓。因?yàn)橹荒艿玫揭粋€(gè)有效應(yīng)力圓，所以無法繪制有效應(yīng)力強(qiáng)度包線。應(yīng)該指出，u0，cu=1/2（13），并不意味著土不具有摩擦強(qiáng)度，因?yàn)榧羟忻嫔洗嬖诜ㄏ蛴行?yīng)力就應(yīng)該有摩擦強(qiáng)度，只不過是這種試驗(yàn)方法，摩擦強(qiáng)度隱含于所測得的粘聚強(qiáng)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(yàn)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(qiáng)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。5.2 實(shí)驗(yàn)室中正常固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度包線通過原點(diǎn)為什么？答

18、：實(shí)驗(yàn)室中正常固結(jié)土是在周圍壓力的作用下正常固結(jié)土，不同于正常固結(jié)的原位土體，因?yàn)樵煌馏w不會(huì)因?yàn)槿佣雇馏w受擾動(dòng)，固結(jié)壓力消散，喪失抗剪強(qiáng)度。按照“密度有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度”唯一性關(guān)系，破壞包線上的一點(diǎn)代表一種密度，一種有效應(yīng)力和一種抗剪強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)室中恒處于正常固結(jié)狀態(tài)的土，當(dāng)30 時(shí)，必然p0（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(qiáng)度f0。這就是說實(shí)驗(yàn)室正常固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度包線應(yīng)該通過原點(diǎn)。天然土試件的強(qiáng)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(shí)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(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，而且超過應(yīng)有的壓力值，等到某時(shí)刻后才