高等土力學試題

1、高等土力學試題3一.回答下列問題：1. 何謂非飽和土的基質吸力? 舉出一種非飽和土的強度公式。2. 三軸試驗中的膜嵌入或順變性（Membrane Penetration）對試驗結果有什么影響？對什么土和什么類型的試驗影響比較大？3. 說明普朗特爾（Prandtl）和太沙基（Terzaghi）的地基極限承載力公式的基本假設條件和滑裂面形狀。4. 何謂德魯克（Drucker)假說？何謂相適應和不相適應的流動規(guī)則？對兩種情況各舉一個土的彈塑性模型。5. 某飽和砂土的固結不排水三軸試驗結果如下圖所示，在pq 坐標定性繪出有效應力路徑。應當如何確定這種土的有效應力強度指標？ s1-s3 q e1 o p

2、 s3 u二. 選擇一個問題回答：1. 在深覆蓋層上修建土石壩時，壩體和覆蓋層的防滲結構物主要有那些型式？各有什么優(yōu)缺點？2. 在地基處理方法中有哪些型式的復合地基樁？說明其適用范圍。 三最近在巖土工程界關于基坑支護土壓力計算的討論很熱烈, 試談談你對土壓力的“水土合算”與“水土分算”的看法四. 某油罐地基工程采用堆載預壓法進行地基加固，地基土的抗剪強度指標如圖所示，已知中心點M處的自重應力為：ssz=40kPa, ssx=32 kPa. 當設計堆載壓 力p200 kPa時在M點引起的附加壓力sz=120 kPa,sx=30 kPa,分析M點是否會破壞？應如何進行堆載才能防止地基破壞？ p 粉

3、質粘土 孔壓系數(shù)A=0.4 c¢=10Kpa H j¢=30° k=5´10-6cm/s五在一個高2米的鐵皮槽中裝有飽和的均勻松砂，其孔隙比e=0.85,砂的比重Gs=2.67,內摩擦角f=32°。然后在振動時砂土發(fā)生了完全液化。由于槽壁位移，槽內的砂土的水平土壓力是主動土壓力，試計算砂土液化前后的槽壁上和槽底上的土壓力和水壓力。（10分） 飽和松砂 20米 六回答下列問題：（一） 說明高層建筑上部結構、基礎和地基的相互作用關系。（二） 規(guī)范規(guī)定：一般粘性土中的預制樁，打入后15天，對軟粘土，打入后21天，才能進行靜載試驗，為什么？（三） 為什

4、么對于小型建筑物地基一般是承載力控制；對于大型建筑物地基一般是沉降控制？（四） 有一個建筑物的地基承載力基本值是120kPa，要求的設計承載力是250kPa，設計者在原地基上增加了70厘米厚的水泥土墊層（15水泥與原地基土混合后夯實），經(jīng)在墊層上的載荷試驗得到的承載力已經(jīng)達到了設計承載力。你對這個設計有什么看法？（五） 試解釋為什麼早期的地基承載力破壞很多是粘土地基上的谷倉、水泥倉和油罐等建筑物？七回答問題：（一） 透水地基上的土石壩的防滲型式有那些？各有什么優(yōu)缺點？（二） 土壩的裂縫有那些種？如何防治？（三） 說明堤防工程與土壩工程的區(qū)別。（設計施工、防滲、質量控制、水位變化、隱患險情等）八

5、計算下面兩種情況下的土壓力和水壓力：（一）均勻土中的板樁支護，基坑內排水。 7M 5M g¢=10KN¤M3 （二）擋土墻后是飽和粘性土, 由于地面荷載引起土中的超靜孔隙水壓力u=u0sin(pz/2H), u0=20kPa, g¢=10KN¤M3 , q=30kPa, c=5kPa , j=30°, 計算上、中、下三點的土壓力、靜水壓力和超靜水壓力。 z q H 一、 回答下列問題。1、 答：由于土體毛細管的作用，干土會對水分有吸引力作用，這個吸引力作用就是非飽和土的基質吸力。A.W.Bishop提出了單應力狀態(tài)變量的非飽和土強度公式：式中：

6、為抗剪強度，為有效黏聚力，為有效內摩擦角，為一個取值為0.01.0的系數(shù)。2、答：在使用三軸儀對砂土進行試驗時,周壓力通過橡皮膜傳遞到試樣上。由于顆粒間有孔隙,試樣表面實際凹凸不平,施加周壓力后橡皮膜會楔入試樣表面顆粒的空隙中去。其楔入深度隨有效周壓力口:變化而變化,·稱這種現(xiàn)象為橡皮膜的順變性。其楔入量稱為膜順變量或膜楔入量。由于粗粒顆粒較大，其試樣的側表面是凹凸不平的，所以，當對試樣施加側壓力后，橡皮膜會嵌入到試樣側表面的空隙中去，并擠出這些空隙中的水，從而使試樣產(chǎn)生附加的排水，該部分嵌入量的大小和試樣側表面積的大小，材料顆粒大小，級配以及側壓力的大小有關，對待定的一個試件，其大

7、小主要取決于側壓力的大小，對粘性土等細顆粒材料，該部分嵌入量的影響較小，但對于粗顆粒其影響卻不可忽視。在飽和試樣中，在試樣與膜以及在各層膜之間殘留一薄層水膜，稱膜間自由水，該部分順變性對實驗中的體積變化和空隙水壓力具有很大的影響。砂的一個基本特性是剪切時發(fā)生體積變化。當用普通三軸儀對飽和砂進行應力一應變特性研究時,排水試驗需要精確量測試驗過程中體積變化,不排水試驗則需要精確量測孔隙水壓力(簡稱孔壓)的變化。在飽和土的排水試驗中,通常根據(jù)試樣中排出或吸入的水量來確定試樣的體積變化。但是由于存在膜順變性,使得這種量測方法在飽和土的粗粒排水試驗中出現(xiàn)了很大誤差。3、答：（1）普朗特爾的地基極限承載力

8、公式的基本假設條件：基礎地面絕對光滑（），豎直荷載是主應力無重介質的假設，即基礎地面為地表面，作為均布荷載滑裂面形狀：（2）太沙基的地基極限承載力公式的基本假設條件：考慮地基土的自重，基底土的重量基底可以是粗糙的（）忽略基底以上部分土本身的阻力，簡化上部均布荷載滑裂面形狀：4、答：德魯克假說：利用塑性體應變增量，等效塑性應變增量這兩個塑性指標的特性，對金屬材料假定塑性體應變增量為零，并且假設材料屈服時等效塑性應變增量與應力狀態(tài)無關。在塑性理論中，流動規(guī)則用以確定塑性應變增量的方向或塑性應變增量張量的各個分量間的比例關系，對于穩(wěn)定材料，因而必須正交于屈服面才能滿足：同時屈服面也必須是外凸的，這就

9、是說塑性勢面g與屈服面f必須是重和的，即f=g這就稱為相適應的流動規(guī)則。如果，即為不相適應的流動規(guī)則。5、答：當峰值應力差時，松砂的有效應力路徑還遠未達到有效應力破壞線，砂土的應力狀態(tài)未達到其強度，但飽和砂土試樣流動了。有效應力路徑峰值時對應的固結不排水內摩擦角為，而當它達到穩(wěn)定狀態(tài)時，盡管偏差應力僅為30，其有效應力路徑達到了有效應力強度的破壞線，有效應力內摩擦角，而對應的殘余不排水內摩擦角這時才到該種砂土真正意義上的破壞，所以這種實驗中最大應力差與最大應力比確定的有效應力指標是不同的，用最大的應力比更合理。二、 選擇一個問題回答1、2、答：地基處理中的復合地基樁按豎向增強體的材料可劃分為：

10、散體材料復合地基樁、柔性復合地基樁、剛性復合地基樁。碎石樁和砂樁總稱為碎（砂）石樁，和樁周土組成復合地基的地基處理方法。砂石樁法適用于擠密松散砂土、粉土、粘性土、素雜填土等地基。對飽和粘性土上對變形控制要求不嚴的可采用砂石樁置換處理。該法亦可用于可液化地基。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，適用于處理黏性土、粉土、砂土和已完成自重固結的素填土等地基。對淤泥質土應按地區(qū)經(jīng)驗或通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。石灰樁法，由生石灰與粉煤灰等摻合料拌和均勻 在孔內分層夯實形成豎向增強體 并與樁間土組成復合地基的地基處理方法。灰土擠密樁法，利用橫向擠壓成孔設備成孔 使樁間土得以擠密 用灰土填入樁孔內分層夯實形成

11、灰土樁 并與樁間土組成復合地基的地基處理方法。土擠密樁法，利用橫向擠壓成孔設備成孔 使樁間土得以擠密 用素土填入樁孔內分層夯實形成土樁 并與樁間土組成復合地基的地基處理方法。柱錘沖擴樁法，反復將柱狀重錘提到高處使其自由落下沖擊成孔 然后分層填料夯實形成擴大樁體 與樁間土組成復合地基的地基處理方法。三、答：在水土合算的計算公式中采用總應力指標和和飽和重度計算，但如果將飽和重度為有效重度與水的重度之和代入公式，水土合算的方法實際上將水壓力也乘以土壓力系數(shù)。對于粘性土，情況比較復雜，從土中水全部是自由水的觀點看，水壓力打折扣也是不合適的；但如承認粘性土中的水不全部是自由水，則打一定的折扣，也是合適的

12、，這就和粘性土中考慮浮力的方法相似?？傊嬎阃翂毫r，當?shù)叵滤嬉韵?，土體如果是粘性土時，計算土壓力用水土合算；當?shù)叵滤嬉韵峦馏w，如果土體是非粘性土時，計算土壓力用水土分算，計算水壓力值，此時總壓力等于土壓力與水壓力之和。四、五、六、回答下列問題1、答：高層建筑上部結構的自重及荷載通過梁柱等構件把荷載傳給基礎，基礎把荷載傳給地基，三者之間關系密切。地震時土體與上部結構是相互作用的，上部結構受到地基傳來的地震波影響產(chǎn)生地震作用，在進行地震反應分析時，一般都假設地基是剛性的，實際上是非剛性的，故上部結構的地震作用通過基礎反饋給地基，地基產(chǎn)生局部變形，從而引起上部結構的移動和擺動，這就是上部結構，

13、基礎與地基之間的相互作用。2、答：達到設計要求最大加載量且沉降達到穩(wěn)定，或已達樁身材料的極限強度，以及試樁樁頂出現(xiàn)明顯的破損現(xiàn)象。在確定樁身強度達到要求的前提下，粘性土中的預制樁一般只有通過15天左右，才能達到樁身強度設計要求，樁身與土體的結合才基本穩(wěn)定，而軟粘土中水分較多，因而需更長的時間才能達到靜載實驗要求。3、答：因為小型建筑的荷載較小，按承載力控制，就是建筑物地基只要滿足強度條件就可以，一般適用于小型建筑，對地基變形要求較低，而地基按沉降控制就必須在滿足地基承載力控制的基礎上，也必須滿足地基沉降的要求，一般適用于高層建筑，對地基變形要求較高。4、5、因為粘土地基上的谷倉，水泥庫和油罐等

14、建筑物具有很大的堆積荷載，粘性土具有高膠體高塑性，粘性土需要很長時間才能完成固結。土體抗剪強度很低，因此早期的地基承載力破壞很多是粘土地基上有谷倉，水泥庫和油罐等具有很大堆積荷載的建筑物。七、回答問題1、答：防滲型式有：心墻、斜墻與鋪蓋的結合，斜墻與截水的結合。根據(jù)防滲材料的不同，碾壓混凝土壩防滲結構型式可分為三大類：常態(tài)混凝土防滲結構、柔性材料防滲結構及碾壓混凝土自身防滲結構。防止?jié)B透破壞的工程措施有：采取水平或垂直防滲措施，以便盡可能地延長滲徑。達到降低滲透坡降的目的，可采取排水或減壓措施，以降低壩體浸潤線和下游滲流出口處的滲透壓力，對可能發(fā)生管涌的部位，需設置反慮層，攔截可能被滲流帶走的

15、細顆粒，對下游可能產(chǎn)生流土部位，可以設置鋪蓋，可以增加土體抵抗?jié)B透變的能力。新型的防滲措施，采用剛柔結合的方式，采取單管高壓施噴防滲墻和鋪土工膜防滲相結合的新型防滲技術，適用于不同類型的土石壩，適用于土石壩沉陷變形，防滲效果好，而且是個速度快，集剛性和柔性優(yōu)點于一身。2、答：土壩裂縫可分為：干縮裂縫、凍融裂縫、沉陷裂縫和滑坡裂縫。按走向分縱向裂縫，橫向裂縫和龜裂。壩段分縫分塊形式可分為：縱縫分塊、斜縫分塊、錯縫分塊和通倉澆筑等四種。土壩裂縫的原因，大多數(shù)都是由于壩體或地基的不均勻的沉陷引起的，在土壩除險加固設計和土壩的施工圖設計中，應考慮如何使壩體的不均勻沉陷盡可能的小，如對壩基中的軟土層應手

16、挖除，挖出困難時，可采用砂井處理，對濕陷性黃土壩基應預先浸水，使土層事先沉陷，對壩體應根據(jù)土壤特性和碾壓條件，選擇適宜的含水量和填筑標準，同時應適當加厚粘土防滲體和適當加厚防滲體下游反慮層的厚度。3、答：根據(jù)施工方法的不同，土石壩分為干填碾壓（碾壓式）、水中填土、水力沖填（包括水墜壩）等類型。堤防的施工方法與土石壩基本一致。其中，碾壓式土石壩最為普遍。土石壩施工質量控制主要包括料場的質量檢查和控制、壩面的質量檢查和控制。土石壩防滲處理的基本原則是“上截下排”。即在上游迎水面阻截滲水。上游截滲法 （黏土斜墻法，拋土和放淤法，灌漿法，防滲墻法，截水墻（槽）法）；下游背水面設排水和導滲，使?jié)B水及時排出。下游排水導滲法 （導滲溝法，貼坡排水法，排滲溝法）。土石壩的防滲處理與堤防的防滲處理二者在本質上沒有區(qū)別，其細微區(qū)