高等土力學(xué)(李廣信)2

1?什么叫材料的本構(gòu)關(guān)系？在上述的本構(gòu)關(guān)系中，土的強(qiáng)度和應(yīng)力-應(yīng)變有什么聯(lián)系？答：材料的本構(gòu)關(guān)系是反映材料的力學(xué)性質(zhì)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，表現(xiàn)形式一般為應(yīng)力-應(yīng)變-強(qiáng)度-時(shí)間的關(guān)系，也成為本構(gòu)定律，本構(gòu)方程。土的強(qiáng)度是土受力變形發(fā)展的一個(gè)階段，即在微小的應(yīng)力增量作用下，土單元會(huì)發(fā)生無限大或不可控制的應(yīng)變?cè)隽浚鼘?shí)際上是土的本構(gòu)關(guān)系的一個(gè)組成部分。7什么是加工硬化？什么是加工軟化？請(qǐng)繪出他們的典型的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。答：加工硬化也稱應(yīng)變硬化，是指材料的應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣黾?，彈增加速率越來越慢，最后趨于穩(wěn)定。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?cè)黾佣黾?，達(dá)到一個(gè)峰值后，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣陆?，最后也趨于穩(wěn)定。加工硬化與加工軟化的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線如右圖。8什么的是土的壓硬性？什么是土的剪脹性？答：土的變形模量隨著圍壓提咼而提咼的現(xiàn)象，稱為土的壓硬性。土的剪脹性指土體在剪切時(shí)產(chǎn)生體積膨脹或收縮的特性。2-9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)化形成的碎散礦物顆粒的集合體，通常是固、液、氣三相體。其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系十分復(fù)雜，主要特性有非線性，彈塑性，剪脹性及各向異性。主要的影響因素是應(yīng)力水平,應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史。2-10定性畫出在高圍壓(b<30MPa)和低圍壓3(b=100KPa)下密砂三軸試驗(yàn)的(b-b)-￡-￡應(yīng)力應(yīng)3 1 3 1v變關(guān)系曲線。答：如右圖。橫坐標(biāo)為￡，豎坐標(biāo)正半軸為(b-b)，豎坐1 1 3標(biāo)負(fù)半軸為￡。v2-13粘土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:粘土和砂土的各向異性是由于其在沉積過程中，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)。同時(shí)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不等，這種不等向固結(jié)也造成了土的各向異性。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。2-17在鄧肯-張的非線性雙曲線模型中，參數(shù)a、b、E、E、(b-b)以及R各代表it 1 3ult f什么意義？答：參數(shù)E代表三軸試驗(yàn)中的起始變形模量，a代表E的倒數(shù)；(b-b)代表雙曲線的i i 1 3ult漸近線對(duì)應(yīng)的極限偏差應(yīng)力，b代表(b-b)的倒數(shù)；E為切線變形模量；R為破壞比。1 3ult t f2-18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為數(shù)值分析？答：可以，這時(shí)v=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)。2-25說明塑性理論中的屈服準(zhǔn)則、流動(dòng)規(guī)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：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。流動(dòng)規(guī)則指塑性應(yīng)變?cè)隽康姆较蚴怯蓱?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?cè)隽糠较虮仨毰c通過改點(diǎn)的塑性勢能面相垂直，亦即dEp=d九旦jj（1）。流動(dòng)規(guī)則用以確定塑性應(yīng)變?cè)隽康姆较蚧蛩苄詰?yīng)變?cè)隽繌埩康母鱾€(gè)分量間的比例關(guān)系。同時(shí)對(duì)于穩(wěn)定材料dQdEp>0，這就是說塑性勢能面g與屈服面f必須是重合的，亦即f=gjj這被稱為相適應(yīng)的流動(dòng)規(guī)則。如果令f工g,即為不相適應(yīng)的流動(dòng)規(guī)則。加工硬化定律是計(jì)算一個(gè)給定的應(yīng)力增量硬氣的塑性應(yīng)變大小的準(zhǔn)則，亦即式（1）中的d九可以通過硬化定律確定。31說明劍橋彈塑性模型的試驗(yàn)基礎(chǔ)和基本假設(shè)。該模型的三個(gè)參數(shù)：M、九、k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)；九是各向等壓固結(jié)參數(shù)，為NCL或CSL線在v-Inp'平面中的斜率；k是回彈參數(shù)，為卸載曲線在v-Inp'平面上的斜率。5改變以下條件，對(duì)于中砂的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)*有什么影響？（1）其他條件不變，孔隙比e減少；（2）兩種中砂的級(jí)配和孔隙比不變，其中一種的顆粒變得圓潤；（3）在同樣的制樣和同樣d3O條件下，砂土的級(jí)配改善（C增大）；（4）其他的條件不變，礦物成分改變使砂土顆30 u粒的粗糙度增加。答:（1）孔隙比減少，*將增大；⑵顆粒變得圓潤，*將減小；⑶級(jí)配改善（C）,*將增大;u（4）粗糙度增加，*將增大。10對(duì)于砂土的三軸試驗(yàn)，大主應(yīng)力的方向與沉積平面（一般為水平面）垂直和平行時(shí)，哪一種情況的抗剪強(qiáng)度高一些？為什么？答：大主應(yīng)力的方向與沉積平面垂直時(shí)的抗剪強(qiáng)度高一些。因?yàn)樵陂L期的沉積、固結(jié)過程中,砂土顆粒的長軸在重力作用下傾向于水平面方向排列。于是當(dāng)大主應(yīng)力平行于水平面時(shí)，砂土顆粒由于長軸基本平行于水平面，顆粒在剪切力作用下容易滑動(dòng)破壞,抗剪強(qiáng)度因而較低；而當(dāng)大主應(yīng)力垂直水平面時(shí)，土顆粒間交叉咬合，顆粒間接觸應(yīng)力的豎向分量大，剪切必將引起顆粒的錯(cuò)動(dòng)和重排列，故而難以產(chǎn)生滑動(dòng)破壞，所以抗剪強(qiáng)度較高。6三軸試驗(yàn)得到的松砂的內(nèi)摩擦角為申'=33°，正常固結(jié)粘土的內(nèi)摩擦角為申'=30°,粘土不排水試驗(yàn)得到的摩擦角為申=0°。它們是否就是砂土礦物顆粒之間及粘土礦物之間的u滑動(dòng)摩擦角？土顆粒間的滑動(dòng)摩擦角比它們大還是??？為什么？答：三軸試驗(yàn)得到的松砂的內(nèi)摩擦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，無法反應(yīng)摩擦強(qiáng)度。3-9粗粒土顆粒之間的咬合對(duì)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。3-11對(duì)于天然粘土試樣上的直剪試驗(yàn)，沿著沉積平面的平行方向和垂直方向時(shí)，哪一種情況的抗剪強(qiáng)度高一些？答：天然粘土進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)，剪切面沿著沉積平面垂直方向是否抗剪強(qiáng)度高一些，這主要是因?yàn)樵诔练e平面上固結(jié)應(yīng)力大，由此引起的咬合摩擦和凝聚力較大。3-13在正常固結(jié)土地基中進(jìn)行十字板剪切試驗(yàn)，作用在圓柱形豎向側(cè)面上抗剪強(qiáng)度t和作v用在其上下水平端面上的抗剪強(qiáng)度t哪一個(gè)大？為什么？h答：作用在上下水平端面上的抗剪強(qiáng)度大，因?yàn)楝F(xiàn)場土是各向異性的，水平面上的抗剪強(qiáng)度一般大于垂直面的抗剪強(qiáng)度。3-14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)土壓力小雨填方擋土墻。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。3-16正常固結(jié)粘土的排水試驗(yàn)和固結(jié)不排水試驗(yàn)的強(qiáng)度包線總是過坐標(biāo)原點(diǎn)的，即只有摩擦力；粘土試樣的不排水試驗(yàn)的包線是水平的，亦即只有粘聚力。它們是否就是土的真正意義上的摩擦強(qiáng)度和粘聚強(qiáng)度？答：都不是。正常固結(jié)粘土的強(qiáng)度包線總是過坐標(biāo)原點(diǎn)，似乎不存在粘聚力，但是實(shí)際上在一定條件下固結(jié)的粘土必定具有粘聚力，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。粘土的不排水試驗(yàn)雖然測得的摩擦角為0,但是實(shí)際上粘土顆粒之間必定存在摩擦強(qiáng)度，只是由于存在的超靜空隙水壓使得所有破壞時(shí)的有效應(yīng)力莫爾圓是唯一的，無法單獨(dú)反映摩擦強(qiáng)度。

3-12用同樣密度、同樣組成的天然粘土試樣和重塑粘土試樣進(jìn)行三軸試驗(yàn)，一般哪一個(gè)的抗剪強(qiáng)度高一些？答：天然粘土具備的結(jié)構(gòu)性，尤其是天然粘土的絮凝結(jié)構(gòu)使得其抗剪強(qiáng)度高于重塑粘土的抗剪強(qiáng)度。3-17在軟粘土地基上修建兩個(gè)大型油罐，一個(gè)建成以后分期逐漸灌水,6個(gè)月以后排水加油；另一個(gè)建成以后立即將油加滿。后一個(gè)地基發(fā)生破壞，而前一個(gè)則安全，為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？并繪制二者地基中心處的有效應(yīng)力路徑。答：在軟土地基上修建大型油罐，如果直接施加較大荷載，地基將由于固結(jié)和剪切變形會(huì)產(chǎn)生很大的沉降和水平位移，甚至由于強(qiáng)度不足而產(chǎn)生地基土破壞。如果分級(jí)逐漸加載，每級(jí)的總荷載小于地基的破壞荷載時(shí),則在每級(jí)荷載作用下，飽和軟粘土隨著孔隙水壓力的消散，地基便會(huì)產(chǎn)生排水固結(jié)，同時(shí)孔隙比也會(huì)減小，而抗剪強(qiáng)度會(huì)得到相應(yīng)提高，也就是利用前期荷載使地基固結(jié)，從而提高土的抗剪強(qiáng)度，以適應(yīng)下一期荷載的施加，從而使得工程變得安全。3-22莫爾-庫倫的強(qiáng)度包線是否一定是直線？在什么情況下它是彎曲的？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。3-28具有某一孔隙比的砂土試樣的臨界圍壓是q=1000kPa，如果將它在q=1500kPa、3cr 31000kPa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lOOOkPa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。3-29一種砂土試樣固結(jié)后的孔隙比e=0?8,相應(yīng)的臨界圍壓是q=500kPa，在q=500kPa3cr 2時(shí)進(jìn)行三軸排水試驗(yàn)破壞時(shí)的應(yīng)力差q-q=1320kPa，其內(nèi)摩擦角申'是多少?在這個(gè)圍壓1 3答：莫爾-庫倫準(zhǔn)則為:答：莫爾-庫倫準(zhǔn)則為:21一sin9(ccos9+qsin9)，得9'=32.1°。此圍壓下的3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。3-30在上面的試樣上進(jìn)行圍壓為q=300kPa和750kPa兩個(gè)固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)(CU)用3兩個(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)力指標(biāo)？答：3-31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。3-34對(duì)A、B兩個(gè)粘土試樣進(jìn)行三軸試驗(yàn)或者直剪試驗(yàn)。除了一下敘述條件以外，其余條件都相同，問哪一個(gè)的抗剪強(qiáng)度大一些？兩個(gè)不排水三軸試驗(yàn)，B試驗(yàn)比A試驗(yàn)快；(2)兩個(gè)試樣是正常固結(jié)土，A試驗(yàn)為排水試驗(yàn)，B為不排水試驗(yàn)；（3）B試樣比A試樣先期固結(jié)壓力大，兩個(gè)試驗(yàn)在同樣的固結(jié)壓力下進(jìn)行，固結(jié)壓力在兩個(gè)先期固結(jié)壓力之間；（4）兩個(gè)試樣都是具有很高超固結(jié)比的超固結(jié)土，A試驗(yàn)為不排水試驗(yàn)，B試驗(yàn)為排水試驗(yàn)；（5）B試樣基本是原狀土試樣，A試樣則經(jīng)過了明顯擾動(dòng)。答：（1）B試樣抗剪強(qiáng)度大；（2）A試樣抗剪強(qiáng)度大；（3）B抗剪強(qiáng)度大；（4）；（5）B抗剪強(qiáng)度大。4土中水的勢能主要有哪幾項(xiàng)？有重力勢能，壓力勢能，基質(zhì)勢能和溶質(zhì)勢能。5簡述飽和粘性土中滲透性影響因素。土顆粒的組成，土的狀態(tài)，土的結(jié)構(gòu)，粘滯系數(shù)n和液體水容重r。W6滲透變形類型滲透變形有兩種主要的形式，一是流土，二是管涌，還有接觸流土和接觸沖刷。流土可發(fā)生在無粘性土和粘性土中。管涌一般發(fā)生在無粘性的土中，尤其是缺少中間粒徑的情況下。7滲透變形的防治防治滲透變形的措施：采用不透水的材料或者完全阻斷土中滲透的路徑，或增加土的滲流路徑，減少水力坡度，也可以在下游滲流溢出布置減壓，壓重或者反慮層防止流土和管涌發(fā)生。1） 堤壩及地基滲透變形防治：（1）垂直防滲；（2）水平鋪蓋；（3）下游壓重；（4）排水減壓井；（5）下游排水體2） 基坑滲透破話防治：（1）懸掛式垂直防治；（2）高壓噴射注漿法1沉降計(jì)算中通常區(qū)分幾種沉降分量？它們的機(jī)理是什么？按什么原理對(duì)它們進(jìn)行計(jì)算？（1） 按產(chǎn)生時(shí)間的先后順序有瞬時(shí)沉降，主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。按變形方式有單向的變形沉降和二向以及三向的變形。（2） 瞬時(shí)沉降是加載瞬間產(chǎn)生的沉降；主固結(jié)沉降是荷載作用下土體中水及空隙減少所產(chǎn)生的沉降；次固結(jié)沉降是土體骨架蠕變產(chǎn)生的沉降。（3） 計(jì)算原理：一般情況如不計(jì)算次壓縮沉降S=S.+S，當(dāng)?shù)鼗鶠閱蜗驂嚎sS=S.+U*S1c t1t*c2要較可靠的計(jì)算沉降量，應(yīng)該注意哪些主要的影響因素（1） 計(jì)算斷面：根據(jù)可靠地地基勘探數(shù)據(jù)和建筑布置，確定地基剖面壓縮層范圍，排水層位置等。（2） 應(yīng)力分析：包括基底q的分布沿深度變化和附加應(yīng)力計(jì)算（3） 計(jì)算參數(shù)：采用帶表性式樣做試驗(yàn)測定（4） 計(jì)算模型:對(duì)材料形狀的不同假設(shè)，變形維數(shù)室內(nèi)/現(xiàn)場變形指標(biāo)等情況，按計(jì)算需要和實(shí)際條件合理選用。3目前計(jì)算固結(jié)沉降的方法有哪些？他們的基本假設(shè)有什么不同？地基沉降計(jì)算通常有彈性理論法，工程實(shí)用法，和經(jīng)驗(yàn)法以及數(shù)值計(jì)算法。（1） 彈性理論法將土體視為彈性體，測其彈性常數(shù)，在用彈性理論計(jì)算土體應(yīng)力與土變化量（2） 工程實(shí)用法，按彈性理論計(jì)算土體中應(yīng)力，通過試驗(yàn)提供各項(xiàng)變形參數(shù)，利用疊加原理（3） 經(jīng)驗(yàn)法是借經(jīng)驗(yàn)相關(guān)關(guān)系求得土壓縮性指標(biāo)，在代入理論公式求解（4） 數(shù)值分析法以有限元法為主，利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算以及其他理論（彈性理論）為依據(jù)5-5單向壓縮沉降計(jì)算在什么條件下合理必須在豎向應(yīng)力作用下以及不考慮土體側(cè)向變形情況下5-11相鄰粘性土層固結(jié)系數(shù)不同（C1C2），如何按均值土計(jì)算？v1v2

選擇一個(gè)固結(jié)系數(shù)C1作為土層參數(shù)，同時(shí)改變另一層土層的厚度，得到改變后總化引當(dāng)量1H，則實(shí)際土層固結(jié)按C1和H的均質(zhì)土層計(jì)算c v1 c5-13太沙基三向固結(jié)理論與比奧理論的主要區(qū)別⑴基本假設(shè)：太沙基假定e=Q+。+。，固結(jié)過程不隨時(shí)間變化；比奧沒有這個(gè)假定x y z(2)空隙壓力和位移的關(guān)系：太沙基是須依次求出孔隙水壓u——固結(jié)度U—沉降量S比奧理論：可同時(shí)求出固結(jié)度U、空隙水壓u以及沉降量S⑶U隨著時(shí)間t的變化：太沙基與泊松比u無關(guān)；比