土力學(xué)試卷地質(zhì)05

1、2007-2008學(xué)年第一學(xué)期土力學(xué)期末試卷（地質(zhì)工程專業(yè)05級(jí)）一、概念題（共15分）1、孔隙率（3分）答：土體中孔隙的體積與土的總體積之比。用公式表示為n =匕 x 100% 或者 n =二V1 + e2、有效應(yīng)力（3分）答：土體中由土顆粒骨架所承擔(dān)的那部分應(yīng)力，等于總應(yīng)力減去孔隙水應(yīng)力即 B =b U3、滲透系數(shù)（3分）答：當(dāng)水力坡降為1的時(shí)候所對(duì)應(yīng)的流速即V =如中i=1時(shí)的v對(duì)應(yīng)著滲透系數(shù)4、安全系數(shù)（3分）答：整個(gè)滑動(dòng)面上的平均抗剪強(qiáng)度與平均剪應(yīng)力之比來(lái)定義成土坡安全系數(shù)T即：F = -fs T5、地基承載力（3分）答：是地基所能夠提供的承擔(dān)外部荷載的能力，地基承載力主要由：靜荷載

2、實(shí)驗(yàn)或者原位 試驗(yàn)，規(guī)范查表方法和理論公式來(lái)確定。二、回答題（共36分）1、土中主要粘土礦物有哪幾種？它們?cè)诰w結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)上各有什么特點(diǎn)？ （6分） 答：主要有高嶺石，蒙脫石，伊利石；高嶺石是長(zhǎng)石風(fēng)化的產(chǎn)物，由一層四面體和一層八面體相互疊結(jié)而成。蒙脫石則為兩層四 面體中間夾一層八面體組成一個(gè)晶胞，晶胞之間的聯(lián)結(jié)力比較弱，水分子極容易進(jìn)入，故 有遇水膨脹的特性。伊利石如同蒙脫石一樣也是三層結(jié)構(gòu)。所不同的是晶胞之間有鉀離子 存在，故聯(lián)結(jié)能力比較強(qiáng)。2、什么叫雙電層？影響雙電層厚度的因素有哪些？是如何影響的？（6分） 答：土粒表面的負(fù)電荷與受土粒表面影響的陽(yáng)離子層（反離子層）合起來(lái)稱為雙電層

3、 有下列因素影響雙電層的厚度：1）孔隙水中離子濃度。離子濃度越高，雙電層越薄。與離子濃度平方根成反比2）離子價(jià)數(shù)的影響，價(jià)越高，雙電層越薄，成反比關(guān)系。3）溫度與溶液的介質(zhì)常數(shù)影響，溫度升高，雙電層變厚4）PH值的影響。水中PH不同，反映出與粘土礦物等電PH值之間的差值也不同，差值越大， 粘粒的離解吸附作用越強(qiáng)，因而粘粒的表面電荷密度越大，熱力單位也越高，從而影 響到雙電層的厚度3、什么叫柔性基礎(chǔ)？什么叫剛性基礎(chǔ)？這兩種基礎(chǔ)的基底壓力分布有什么不同？ （6分） 答：理論上，絕對(duì)柔性沒(méi)有任何剛度的基礎(chǔ)叫柔性基礎(chǔ)，剛度無(wú)窮大的基礎(chǔ)叫剛性基礎(chǔ)。工程上對(duì)柔性較大（剛度較?。┠苓m應(yīng)地基變形的基礎(chǔ)叫柔性基

4、礎(chǔ)。其基礎(chǔ)底面壓力的分 布完全和大小完全和其上的荷載與大小相同。對(duì)于一些剛度很大不能適應(yīng)地基變形的基礎(chǔ)可視為剛性基礎(chǔ)。剛性基礎(chǔ)下的基底壓力分布 隨上部荷載的大小，基礎(chǔ)的埋深和土的性質(zhì)而變。4、在進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，為什么要提出不固結(jié)不排水剪（或快剪），固結(jié)不排水剪（或 固結(jié)快剪）和固結(jié)排水剪（或慢剪）等三種方法？對(duì)于同一種飽和粘土，當(dāng)采用三種方法 試驗(yàn)時(shí)，其強(qiáng)度指標(biāo)相同嗎？ （6分）答：土體的抗剪強(qiáng)度和土體的固結(jié)程度和排水條件有關(guān)，對(duì)于同一種土樣，即使剪切面上 具有相同的法向總應(yīng)力，由于土的固結(jié)程度和排水條件不同，它的抗剪強(qiáng)度也不一樣。 對(duì)于同一種飽和土，當(dāng)采用三種方法時(shí)候，強(qiáng)度指標(biāo)是不一樣的

5、。就三軸實(shí)驗(yàn)而言 快剪只能得到匕指標(biāo)，固結(jié)快剪可以得到中板L總應(yīng)力指標(biāo)和中,c有效應(yīng)力指標(biāo) 慢剪能得到中函,ccd總應(yīng)力指標(biāo)。5、什么是超固結(jié)土、正常固結(jié)土和欠固結(jié)土？它們的壓縮性和剪切性狀有什么不同？ （ 6 分）答：OCR1，為超固結(jié)土 ；OCR=1為正常固結(jié)土；如果土在自重應(yīng)力作用下沒(méi)有完全固 結(jié)，則其現(xiàn)有效應(yīng)力p0小于現(xiàn)有固結(jié)應(yīng)力p0，這種土稱為欠固結(jié)土。實(shí)際上欠固結(jié)土也 屬于正常固結(jié)土。壓縮性：欠固結(jié)土正常固結(jié)土超固結(jié)土。剪切性狀：因?yàn)榍饭探Y(jié)土也屬于正常固結(jié)土，所以它們具有相同的剪切形狀，即剪切的時(shí) 候會(huì)發(fā)生剪縮和產(chǎn)生正的孔隙水應(yīng)力。超固結(jié)土分為強(qiáng)超固結(jié)土和弱超固結(jié)土，弱超固結(jié) 土在

6、剪切的時(shí)候，和正常固結(jié)土一樣，體積剪縮，產(chǎn)生正的孔壓，但是孔隙水壓力要比正 常固結(jié)土要??；強(qiáng)超固結(jié)土在剪切過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生剪脹效應(yīng)和產(chǎn)生負(fù)的孔隙水應(yīng)力。6、地基破壞形式有哪幾種？各自會(huì)發(fā)生在何種土類地基？按理論公式確定的承載力只適用 于哪種破壞型式？ （6分）答：地基破壞有三種形式，分別是：整體剪切破壞，局部剪切破壞，沖剪破壞。對(duì)于較堅(jiān)硬的或密實(shí)的土，具有較低的壓縮性，通常呈現(xiàn)整體剪切破壞，軟弱土或者松砂 土地基，發(fā)生局部剪切破壞或者沖剪破壞。按照理論確定的承載力適合于整體剪切破壞。三、應(yīng)用題（共49分）（注：計(jì)算中P取為10g/cm3, g取為100m/s2）1、某飽和土層厚5m,其飽和滲透系數(shù)

7、為2.0X10-6cm/s, 土粒比重Gs=2.70。在加荷前測(cè)得 該層土的密度Pdi=1.8g/cm3；在地表大面積加載后，該層豎向附加應(yīng)力為）=500kPa,壓縮 穩(wěn)定后，測(cè)得密度p d 2=1.89g/cm3。（1）加荷后該土層會(huì)產(chǎn)生多大沉降量？ （5分）（2）該土層壓縮模量是多少？（4分）（3）試計(jì)算加荷后該土層達(dá)到固結(jié)度為80%所需要的時(shí)間。注：固結(jié)度80%時(shí)的時(shí)間因數(shù)T =0.6。（5分）VG 解：（1）方法1 ：由 p d 1 = 1+， = L8得， = 0.51由 p = Gs= 1.89 得，e = 0.43d 2 1 + e22沉降量為S =巳_% H = 23.6cm1

8、 + e1方法2 ：根據(jù)前后的干土質(zhì)量不變，設(shè)加載后的土層厚度為h貝U： h xp = H xp ，得 h = 476.2cm沉降量為S = H h = 23.8cm（2）方法 1 ： a = 2 = 0.0001牧Pa-1,V 詢E =1+e = 10.7x105 kPas aV方法2 ：根據(jù)壓縮模量的定義，E = m , 8 z = H zE = 10.7 x 103 kPa(3) C = *(1 + e= 0.21cm2 /sV a yC t由T = 0.6，單面排水時(shí)，得=714285s或者1 = 8.27dV H 22、為什么要用條分法計(jì)算土坡穩(wěn)定安全系數(shù)?試用瑞典條分法計(jì)算下圖中給

9、出土條的滑動(dòng)力 矩與抗滑力矩（考慮滲透力作用，用替代法。其中R=100m, a =30, h=3m, h2 =2m,h3=1m, b=5m，浸潤(rùn)線以上土Y =18kN/m3，以下Y 廣20kN/m3,=18, c=10kPa。（8分）解：對(duì)于中衛(wèi)0的土坡，由庫(kù)侖-莫爾強(qiáng)度理論知道，需要計(jì)算滑動(dòng)面上各點(diǎn)法向應(yīng)力。, n由于滑動(dòng)面上的不同位置的法向應(yīng)力是不一樣的，隨著土坡的高度和水位的高低以及滑動(dòng) 面的形狀等因素而改變，所以有必要把整個(gè)土坡劃分成土條，分別研究單個(gè)土條的極限平 衡狀態(tài)。用替代法計(jì)算結(jié)果如下：l = b/cosa = 5.77m抗滑動(dòng)力矩：M = ;l+（Yh +y h +yh ）b

10、cosaxtgp，L=1.75x10 kN123滑動(dòng)力矩：M = （7七 +Y h2 +Y hbR sin a = 2.6 x 104 kN3、某基坑開挖深度為6m，擬采用板樁+單支撐型式結(jié)構(gòu)進(jìn)行圍護(hù)，樁長(zhǎng)初步擬定為）米。基 坑施工時(shí)周圍交通、人群及機(jī)械等按地面超載20kPa計(jì)算。圖1為基坑地質(zhì)剖面圖，地下水 位正好在砂土層和粘土層界面處，各土層部分基本物理性質(zhì)指標(biāo)見表1。表1各土層部分基本物理性質(zhì)指標(biāo)土層名稱天然密度 （g/cm3）土粒比重塑限 （%）液限 （%）砂土層1.762.6粘土層1.962.720.032.0（1）根據(jù)表1計(jì)算粘土層土的飽和重度、干重度、含水率、塑性指數(shù)和液性指數(shù)。

11、（5分）（2）當(dāng)圖中測(cè)壓管水位超過(guò)基坑底面多高時(shí)，粘土層會(huì)發(fā)生流土？ （6分）（3）在粘土層中心取樣，做無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)，測(cè)得無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度七=40kPa；做固結(jié)不排 水剪試驗(yàn)（CU）。3=100kPa，測(cè)得該土樣破壞時(shí)（。1 一。3） f =85kPa，Af =0.8。設(shè)該粘土為 正常固結(jié)土，則該土的匕、中cu、氣、，c各為多少？ （8分）（4）設(shè)砂土層c =0kPa,中=22，粘土層強(qiáng)度指標(biāo)按第3問(wèn)結(jié)果取值，不考慮滲流的影響，請(qǐng)計(jì)算基坑開挖后圍護(hù)結(jié)構(gòu)上所受壓力。（8分）解：（1 ）粘土層位于地下水位以下，所以飽和度七=1。飽和重度 y =p g = pg = 19.6kN /m3由 p =

12、= L96 得 e = 0.771 + e干重度 y =p g =gg = 15.3kN/m3d d 1 + e含水率巧=-1 = 0.28p d塑性指數(shù)I p = w - wp =12液性指數(shù)I l = W Wp = 0.67p（2）當(dāng)總應(yīng)力等于孔隙水壓力（包括靜孔隙水壓力，和超靜孔隙水壓力）的時(shí)候，粘土層會(huì)發(fā)生流土即：b = u + u ”得y h +y h =y h +y （h + h ）得，h = 5.16m1 1 sat 2 w 2 w1（3）A .無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu =40kPa所以七=0.5q = 20 kPaB.CU實(shí)驗(yàn)中，正常固結(jié)土的ccu和C均為0.。=。tg2(45。+，

13、),求得If3 f2中 =17。cub =b tg 2(45。+生),u = A (b -b ) = 68kPa 1f3 f2 f f 13 fb 1 f = b - u = 117kPa, b 3f = b - u = 32kPa甲=34.8。(4 )計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力，假設(shè)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形?；油鈧?cè)為主動(dòng)土壓力，內(nèi)側(cè)為被動(dòng)土壓力。計(jì)算參數(shù)：粘土的指標(biāo)分別取c = 0,中=34.8。砂土：七 1 = tg 2(45。/)= 0-45 與廣 tg2(45。+次)=2.2粘土： q2=tg 2(45o - /) = 0.27七廣 tg2(45中匕)=3.66基坑外側(cè)的主動(dòng)土壓力：e = qk 1 = 20 x 0.45 = 9kPae 1上=(y h1 + q) k 1 = (17.6 x 9 + 20) x 0.45 = 80.28kPae 下=(yh + q)k = 48.2kPae = (yh +y h + q)k = 55.9kPa總的土壓力：E = 0.5(e 0 + e