土力学四校合编课后习题答案.docx

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1、2-8单元1-1,砂类土和粘性土各有那些典型的形成作用？【答】土在其形成过程中有各种风化作用共同参及，它们同时进展。砂类土主要是由于温度变化，波浪冲击，地 震引起的物理力使岩体崩解，破裂形成。粘性土主要是岩体及空气，水和各种水溶液相互作用形成。2-2,有一饱和的原状土样切满于容积为21.7cm3的环刀内，称得总质量为72. 49g,经105烘干至恒重为 61.28g,环刀质量为32. 54g, 土粒比重为2. 74,试求该土样的湿密度，含水量，干密度及孔隙比（要求 汇出土的三相比例示意图，按三相比例指标的定义求解）o2-3,某原状土样的密度为1.85g/cm3,含水量为34%, 土粒相对密度为

2、2. 71,试求该土样的饱和密度，有 效密度和有效重度（先推导公式然后求解）。2-4,某砂土土样的密度为1.77g/cm3,含水量9. 8%, 土粒相对密度为2. 67,烘干后测定最小孔隙比为 0. 461,最大孔隙比为0.943,试求孔隙比e和相对密实度Dr,并评定该砂土的密实度。解：设 =1整理上式得整理上式得-（中密）2-5,某一完全饱和黏性土试样的含水量为30%, 土粒相对密度为2. 73,液限为33%,塑限为17%,试求孔 隙比，干密度和饱和密度，并按塑性指数和液性指数分别定出该黏性土的分类名称和软硬状态。, Q 查表，确定为软塑状态3-1.试说明起始水力梯度产生的缘由。【答】起始水

3、力梯度产生的缘由是 为了克制薄膜水的抗剪强度T0（或者说为了克制吸着水的粘滞阻力） 使之发生流淌所必需具有的临界水力梯度度。也就是说只要有水力坡度薄膜水就会发生运动只是当实 际的水力坡度小于起始水力梯度时薄膜水的渗透速度V特别小只有凭借精细仪器才能观测到。因此严格 的讲 起始水力梯度10是指薄膜水发生明显渗流时用以克制其抗剪强度t0的水力梯度。3-2.简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。【答】1 土的粒度成分及矿物成分。土的颗粒大小，形态及级配影响土中孔隙大小及其形态=-=13 jS土压力作用点在离墙底3 3 处土压力强度沿墙高成三角形分布，墙底处8-7,某挡土墙高6m,墙背直立，光滑，墙后填

4、土面水平，填土分两层，第一层为砂土，第二层为粘性 ,各层土的物理力学性质指标如图8-26所示，试求：主动土压力强度，并绘出土压力沿墙高分布图。解：计算第一层填土的土压力强度第二层填土顶面和底面的土压力强度分别为8-8,某挡土墙高6m,墙背直立，光滑，墙后填土面水平，填土重度z尹用，试确定：（1）墙后无地下水时的主动土压力；（2）当地下水位离墙底2m时，作用在挡土墙上 的总压力（包括水压力和土压力），地下水位以下填土的饱和重度为19kN/m:解：11）墙后无地下水时（2）当地下水位离墙底2m时8-9,某挡土墙高5m,墙背直立，光滑，墙后填土面水平，作用有连续均布荷载43ts土的物理 力学性质如图

5、8-27所示，试求主动土压力。解：将地面均布荷载换算成填土的当量土层厚度为在填土面处的土压力强度为临界点距离地外表的深度总土压力砂II的渗透系数3-9,定水头渗透试验中，渗透仪直径D=75mm,在L=200mm渗流途径上的水头 损失h=83mnb在60s时间内的渗水量Q=7L 6cm:求土的渗透系数。因而影响土的渗透性。土颗粒越粗 越浑圆，越匀称时 渗透性就大。砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时 其渗透系数就大大降 低。2结合水膜厚度。粘性土中假设土粒的结合水膜厚度较厚时会堵塞土的孔隙降低土的渗透性。3 土的构造构造。自然土层通常不是各向同性的在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大 孔隙

6、 所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层 它在水平方向的渗透系 数要比竖直方向大得多。4水的粘滞度。水在土中的渗流速度及水的容重及粘滞度有关从而也影响到土的渗透性。3-4.拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场【答】当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变时 这种渗流称为稳定渗流 而拉普拉斯方程是指 适用于平面稳定渗流的根本方程。3-5.为什么流线及等势线总是正交的【答】在稳定渗流场中取一微单元体并假定水体不可压缩那么依据水流连续原理单位时间内流入 和流出微元体的水量应相等 即dqe=dqOo从而得到 即为二维渗流连续方程 从中由数学知识 可知流线 和等势线正交。3-

7、6.流砂及管涌现象有什么区分和联系【答】在向上的渗流力作用下 粒间有效应力为零时 颗粒群发生悬浮，移动的现象称为流砂(土)现象。这种现象多发生在颗粒级配匀称的饱和细，粉砂和粉土层中一般具有突发性，对工程危害大。在水流渗透作用下土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动以至流失随着土的孔隙不断扩大渗流 速度不断增加较粗的颗粒也相继被水渐渐带走最终导致土体内形成贯穿的渗流管道造成土体塌陷这 种现象称为管涌。它多发生在砂性土中且颗粒大小差异大3-7.渗透力都会引起哪些破坏【答】渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类 一是由于渗流力的作用 使土体颗粒流失或局部土体产生移 动导致土体变形甚至失稳二是由于渗流作用使

8、水压力或浮力发生变化导致土体和构造物失稳。前者 主要表现为流砂和管涌后者主要那么表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。3-8, 某渗透试验装置如图3-23所示。砂I的渗透系数砂样断面积A=200cm:试问：(1)假设在砂I及砂H分界面出安装一测压管，那么测压管中水面将升至右端 水面以上多高？(2)砂I及砂H界面处的单位渗水量q多大？解：(1)4 J 整理得所以，测压管中水面将升至右端水面以上：60-40二20cm解：3-10,设做变水头渗透试验的黏土试样的截面积为30cm2,厚度为4cm,渗透仪细玻璃管的内径为0. 4cm, 试验开场时的水位差145cm,经时段7分25秒视察水位差为100c

9、m,试验时的水温为20,试求试样的渗透 系数。解:3-11, 图3-24为一板桩打入透水土层后形成的流网。透水土层深18.0m,渗透系数板桩打入土层外表以下9. 0m,(1)图中所示a, b, c, d, e各点的孔隙水压 力；板桩前后水深如图中所示。试求:图2-16 板桩墙下的渗流图(2)地基的单位渗水量。4-1何谓土中应力它有哪些分类和用途【答】土体在自重，建筑物荷载及其它因素的作用下均可产生土中应力。一般来说土中应力是指自重应 力和附加应力。土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种。自重应力是指土体在自身重力作用下产 生的尚未完成的压缩变形因而仍将产生土体或地基的变形。附加应力它是地

10、基产生变形的的主要缘由也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要缘由。土中应力安土骨架和土中孔隙的分担作用可分为有效应力和孔隙应力两种。土中有效应力是指土粒所传递的粒间应力。它是限制土的体积变形和强度两 者变化的土中应力。土中孔隙应力是指土中水和土中气所传递的应力。4-2怎样简化土中应力计算模型在工程中应留意哪些问题【答】我们把自然土体简化为线性弹性体。即假设地基土是匀称，连续，各向同性的半无限空间弹性体而 采纳弹性理论来求解土中应力。当建筑物荷载应力变化范围比较大如高层建筑仓库等筒体建筑就不能用割线代替曲线而要考虑土体的非线性问题了。4-3地下水位的升降对土中自重应力有何影响 在工程实践中 有哪些

11、问题应充分考虑其影响【答】地下水下降 降水使地基中原水位以下的有效资中应力增加及降水前比较如同产生了一个由于降水引 起的应力增量它使土体的固结沉降加大故引起地表大面积沉降。地下水位长期上升如筑坝蓄水 将减少土中有效自重应力。(1),假设地下水位上升至根底底面以上 它对根底形成浮力 使地基土的承载力下降。(2),地下水位上升 如遇到湿陷性黄土造成不良后果 塌陷 (3),地下水 位上升 粘性土湿化抗剪强度降低。4-4基底压力分布的影响因素有哪些简化直线分布的假设条件是什么【答】基底压力的大小和分布状况及荷载的大小和分布，根底的刚度，根底的埋置深度以及地基土的性质 等多种因素。假设条件 刚性根底，根

12、底具有肯定的埋深 依据弹性理论中的圣维南原理。4-5如何计算基底压力和基底附加压力两者概念有何不同【答】基地压力P计算(中心荷载作用下)(偏心荷载作用下)基地压力 计算基地压力P为接触压力。这里的“接触 是指根底底面及地基土之间的接触 这接触面上的压力称为 基底压力。基底附加压力 为作用在根底底面的净压力。是基底压力及基底处建立前土中自重应力之差 是引起地基附加应力和变形的主要缘由。4-6 土中附加应力的产生缘由有哪些 在工程好用中应如何考虑【答】由外荷载引起的发加压力为主要缘由。须要考虑实际引起的地基变形破坏，强度破坏，稳定性破 坏。4-7在工程中如何考虑土中应力分布规律【答】由于附加应力扩

13、散分布他不仅发生在荷载面积之下而且分布在荷载面积相当大的范围之下。所以工程中 (1),考虑相邻建筑物时新老建筑物要保持肯定的净距其详细值依原有根底荷载和 地基土质而定一般不宜小于该相邻根底底面高差的-2倍 (2),同样道理当建筑物的根底接近 边坡即坡肩时会使土坡的下滑力增加要考虑和分析边坡的稳定性。要求根底离开边坡有一个最小的限制 距离a. (3),应力和应变时联系在一起的附加应力大地基变形也大反之地基变形就小甚至 可以忽视不计。因此我们在计算地基最终沉降量时“沉降计算深度用应力比法确定4-8,某建筑场地的地层分布匀称，第一层杂填土厚1.5m,十工第二层粉质黏土厚4nb地下水位在地面下2m深处

14、；第三层淤泥质黏土厚8m,牙工7,第四层粉土厚 3nb,第五层砂岩未钻穿。试计算各层交界处的竖向自重应力C,并绘出0c沿深度分布图。解：(1)求7由上式得:由上式得:(2)求自重应力分布4-9,某构筑物根底如图4-30所示，在设计地面标高处作用有偏心荷载680kN,偏心距1.31m,根底埋深为2m,底面尺寸为你X2m。试求基底平均压力p和边缘最大压力p*,并绘出沿偏心方向的基底压力分布图。解：(1)全力的偏心距e出现拉应力故需改用公式故需改用公式（3）平均基底压力s理论上）【事实上）4-10,某矩形根底的底面尺寸为4mX2. 4m,设计地面下埋深为1. 2m （高于自然地面0.2m）,设计地面

15、以上 的荷载为1200kN,基底标高处原有土的加权平均重度为18kN/m3o试求基底水平面1点及2点下各3. 6m深度Mi点及M2点处的地基附加应力值。解：（1）基底压力（2）基底附加压力（3）附加应力比点分成大小相等的两块木*,日C查表得那么一 -M2点 作延长线后分成2大块，2小块I =&rib=/2rri- =3b大块查表得名K0【-=1.8 b 2=1.8小块=O1 二 那三=3=1.8 b 24-11,某条形根底的宽度为2m,在梯形分布的条形荷载（基底附加压力）下，边缘（Po ） max=200kPa , （ po ）小产lOOkPa,试求基底宽度中点下和边缘两点下各3m及6m深 度

16、处的查表得么z值。6m处，查表得=CQ边缘，梯形分布的条形荷载看作矩形和三角形的叠加荷载3m处：矩形分布的条形荷载三角形分布的条形荷载 修 匕 N查表巨另室查表所以，边缘左右两侧的 6m处：矩形分布的条形荷载三角形分布的条形荷载查表京或.查表所以，边缘左右两侧的“z为5-1通过固结试验可以得到哪些土的压缩性指标如何求得【答】压缩系数，压缩指数，压缩模量，压缩系数，压缩指数，压缩模量。5-2通过现场静载荷 试验可以得到哪些土的力学性质指标？【答】可以同时测定地基承载力和土的变形模量。 【答】土的弹性模量是指土体在侧限条件下瞬时压缩 的应力应变模量。他的变形包括了可复原的弹性变形和不可复原的剩余变

17、形两局部。而室内固结试验和现场 载荷试验都不能供应瞬时荷载，它们得到的压缩模量和变形模量时包含剩余变形在内的。和弹性模量由根本 区分。5-4试从根本概念，计算公式及适用条件等方面比较压缩模量，变形模量及弹性模量它们及材料力 学中杨氏模量有什么区分？【答】土的压缩模量 的定义是土在侧限条件下的竖向附加应力及竖向应变之比值。土的压缩模量是通过土的室内压缩试验得到的。土的变形模量 的定义是土体在无侧限条件下的应力及应变的比值。土的变形 模量时现场原位试验得到的土的压缩模量和变形模量理论上是可以换算的。但影响因素较多不能精确反 映他们之间的实际关系。土的弹性模量的定义是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力

18、应变模量。土的弹 性模量由室内三轴压缩试验确定。5-5依据应力历史可将土层分为那三类土层？试述它们的定义。【答】正常固结土层：在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重。超固结土层：历史上曾经受过 大于现有覆盖土重的先期固结压力。欠固结土层：先期固结压力小于现有覆盖土重。5-6何谓先期固结压力？试验室如何测定它？【答】自然土层在历史上受过最大固结压力（指土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力）称为先期固 结压力，或称前期固结压力。先进展高压固结试验得到eIgP曲线，用卡萨格兰德经验作图法求得。5-7何谓超固结比？如何按超固结比值确定正常固结土？【答】在探讨沉积土层的应力历史时通常将先期固结压

19、力及现有覆盖土重之比值定义为超固结比。5-8何谓现场原始压缩曲线？三类土的原始压缩曲线和压缩性指标由试验室的测定方法有河不同？【答】现场原始压缩曲线是指现场土层在其沉积过程中由上覆盖土重原本存在的压缩曲线 简称原始压缩曲 线。室内压缩试验所采纳的土样及原位土样相比 由于经验了卸荷的过程 而且试件在取样，运输，试件 制作以及试验过程中不可防止地要受到不同程度的扰动因此土5-3室内固结试验和现场载荷试验都不能测定土的弹性模量？为什么？ 【答】样的室内压缩曲线不能 完全代表现场原位处土样的孔隙比及有效应力的关系。施燃特曼提出了依据土的室内压缩试验曲线进展修正 得到土现场原始压缩曲线。6-11,某矩形

20、根底的底面尺寸为4niX2m,自然地面下根底埋深为1口，设计地面高出自然地面0.4m,计算资 料见图6-33 （压缩曲线用例题6-1的）。试绘出土中竖向应力分布图（计算精度；重度（kN/n?）和应力 （kPa）均至一位小数），并分别按分层总和法的单向压缩根本公式和标准修正公式计算根底底面中点沉降量解：1,分层总和法单向压缩根本公式（1）求,又，粉质黏土的野衣7：,和淤泥质黏土的所以7分别为和昌壶小（2）地基分层基底面下第一层粉质黏土厚4m,第二层淤泥质黏土未钻穿，均处于地下水位以下，分层厚度取1m。(3)地基竖向自重应力0c的计算6 点(4)地基竖向附加应力0z的计算根底及其上回填土的总重基底

21、平均压力基底处的土中附加应力计算根底中心点下由根底荷载引起的附加应力0z ,根底中心点可看作是四个相等小矩形荷载的公共角点,其长宽比取深度7尸0,1,2,3,4,5, 6nl各计算点的4。| 八、1/bz/mz/b(Jz01.6000. 25094.811.610.80.21581.521.621.60. 14053. 131.632.40. 08833.441.643.20. 05822.051.654.00. 04015.261.664.80. 02911.0(5)地基分层自重应力平均值和附加应力平均值的计算，见表1。(6)地基各分层土的孔隙比变化值确实定，见表1。(7)地基压缩层深度确实

22、定度下限：5m6m 深分层总和法单向压缩公式计算的沉降量点0123456(8)深度01.02.03.04.05.06.0自重应力附加应力自重平均附加平均自重+附加25.234.443.652.861.069.277.494.881.553. 133.422. 015.211.029.839.048.256.965. 173.388.267. 343.327. 718.613. 1118.0106. 391. 584.683.786.4根底的最终沉降量如下:曲线土样4-1土样4-2压前eii压后e2i沉降量0. 821 0.8180. 8080. 8000. 7960. 7910. 7610.

23、7690. 7740. 7820. 7830. 78133271910762,标准修正公式计算(分层厚度取1m)(1)计算P同分层总和法一样,(2) 分层压缩模量的计算(3) 计算竖向平均附加应力系数a当 z=o 时，z。=0计算z=1m时，基底面积划分为四个小矩形，即查表 6-5 有三(5)确定以(5)确定以7计算”深度范围内压缩模量的当量值：查表(当时)得：火=口(6) 计算地基最终沉降量6-12,由于建筑物传来的荷载，地基中某一饱和黏土层产生梯形分布的 竖向附加应力，该层顶面和底面的附加应力分别为二 .=顶底面透水(见图6-34), 土层平均试求：该土层的最终沉降量；当到达最终沉降量之半

24、所需的时间； 当到达120mm沉降所需的时间；假如该饱和黏土层下卧不透水层，那么 到达120nlm沉降所需的时间。解：求最终沉降图532习题5.5图IL该土层的W纵方徒*令业u b 一查图6-26得5(双面排水，分布1)4=02当NC当NC所以基底下1 m范围内 详见下表。Z（m）1/bz/ba7aLa（z。）（ za ）i|EsiZstw11.60.80. 9580. 9580. 9582. 68343421.61.60. 83161. 66320. 7052.50276131.62.40. 70282. 10840. 4452. 30187941.63.20. 59882. 39520.

25、2872. 77108951.64.00.51762. 5880. 1932.5779661.64.80. 45442. 72640. 1382. 356102(4) 确定计算深度由于四周没有相邻荷载，根底中点的变形计算深度可按以下简化公式计算：W望S查图6-26得当下卧层不透水，qTNc时及比较，相当于由双面排水改为单面排水，即 V7 句,所以7-8,某土样进展直剪试验，在法向压力为100, 200, 300, 400kPa时，测得抗剪强度考分别为52,83, 115, 145kPa,试求：(a)用作图法确定土样的抗剪强度指标c和0； (b)假如在土中的某一平面上(a)用作图法土样的抗剪强度

26、指标20kPa和qT,所以，为破坏。7-9,某饱和黏性土无侧限抗压强度试验的不排水抗剪强度 - z 假如对同一土样进展三轴不固结 不排水试验，施加四周压力七引二 名凶，试问土样将在多大的轴向压力作用下发生破坏？解： 27-10,某黏土试样在三轴仪中进展固结不排水试验，破坏时的孔隙水压力为,两个试件的试验结果为：试件 I试件 II ：试求：1a)用作图法确定该黏土试样的。1b) (c)剪切破坏时的孔隙水压力系数A。抗剪强度/ (kPa)60 200350 400700 法向应力解：(kPa)(a)用作图法确定该黏土试样的C(c)在固结不排水试验中，血 =C,于是7-11,某饱和黏性土在三轴仪中进

27、展固结不排水试验，彳与 一和y 为的作用，测得孔隙水压力， 么？所以，不会破坏。试件n破坏面上的法向有效应力和剪应力;1假如这个试件受到问该试件是否会破坏？为什试件 II ：试求：1a)用作图法确定该黏土试样的。1b) (c)剪切破坏时的孔隙水压力系数A。抗剪强度/ (kPa)60 200350 400700 法向应力解：(kPa)(a)用作图法确定该黏土试样的C(c)在固结不排水试验中，血 =C,于是7-11,某饱和黏性土在三轴仪中进展固结不排水试验，彳与 一和y 为的作用，测得孔隙水压力， 么？所以，不会破坏。试件n破坏面上的法向有效应力和剪应力;1假如这个试件受到问该试件是否会破坏？为什

28、7-12,某正常固结饱和黏性土试样进展不固结不排水试验得7-12,某正常固结饱和黏性土试样进展不固结不排水试验得,对同样的土进展固结假如试样在不排水条件下破坏，试求剪切破坏时的有不排水试验,得有效抗剪强度指标效大主应力和小主应力。4 解得：7-13,在7-12题中的黏土层，假如某一面上的法向应力V突然增加到200kPa,法向应力刚增加时沿这个 面的抗剪强度是多少？经很长时间后这个面抗剪强度又是多少？解：当时，瞬间相当于不排水条件这时任何面的抗剪强度均为当 时，*相当于排水条件该面必定满意-三A一7-14,某黏性土试样由固结不排水试验得出有效抗剪强度指标假如该试件在四 周压力一巨下进展固结排水试验至破坏，试求破坏时的大主应力明。8-5,某挡土墙高5m,墙背直立，光滑，墙后填土面水平，填土重度才旦尹多 之上，试确定：（1）主动土压力强度沿墙高的分布；（2）主动土压力的大小和作用点位置。解：在墙底处的主动土压力强度按郎肯土压力理论为主动土压力为8-6,某挡土墙高4m,墙背倾斜角填土面倾角4填土重度=C,填土及墙背的摩擦角与J：如图8-25所示，试按库仑理论求：门）主动土压力大 小，作用点位置和方向；（2）主动土压力强度沿墙高的分布。H7-23工质7.储