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1、土力学与地基基础课程考试试题答案一、填空题（每空0.5分，共10分）1、渗透变形可分为流土 和管涌两种基本形式。2、必须由试验测定的土的三个物性指标是密度（重度）、比重、含水率3、不透水的岩基上有水平分布的三层土，厚度均为1m,渗透系数分别为ki=lm/d, k2=2m/d, k3=10m/d,则等效土层的竖向渗透系数kz为1.875m/d4、地基破坏的三种形式整体剪切破坏、局部剪切破坏，冲剪破坏5、特殊土地基包括湿陷性黄.土、膨胀土、冻土（季节性冻十.）、红粘土等（只要说出 3个即可）6、渗流（透）力是一种体积 力。7、有效应力原理的表达公式是总应力二有效应力_+孔隙水应力8、士的抗剪强度试
2、验方法有直剪、三轴剪切、无侧限抗压、十字板剪切。二、选择题（每小题1分，共10分）.、某砂土相密实度Dr为0.45,则该砂土的状态为（B ）A.中密 B.密实C.稍密D.松散.、土体达到极限破坏时的破坏面与大主应力作用面的夹角为（A）A. 45 +0.5 6 B. 45 -0.5 4）C. 45 D. 45 -4）3、三种土压力的大小关系理（B ）A.主动土压力静止土压力被动土压力B.主动土压力静止土压力被动土压力C.静止土压力,主动土压力被动土压力D.静止土压力被动土压力,主动土压力4、土体的强度破坏属于（C ）A.压坏 B.拉坏 C.剪坏 D.扭坏5、地下水位从地表处下降至基底平面处，对土
3、的自重应力的影响是（A）A.增大 B.减小C.没影响 D.视具体情况而定6、渗流力对土体稳定性的影响（D ）A,不利 B.有利C.没影响 D.视具体情况而定7、超固结土的超固结比OCR（A）3.土的强度理论与极限平衡条件（1）土中一点的应力状态设某一土体单元上作用着的大、小主应力分别为6和6 ,根据材料力学 理论，此土体单元内与大主应力作用平面成口角的平面上的正应力b和切应力T 可分别表示如下：（2-4-13）上述关系也可用广。坐标系中直径为、圆心坐标为的摩尔应力图上一点的 坐标大小来表示，如图2-4-7中之 A 点。图2-4-7 土中应力状态（2） 土中应力与土的平衡状态将抗剪强度包线与摩尔
4、应力图画在同一张坐标图上，观察应力圆与抗剪强度 包线之间的位置变化，如图2-4-8所示。随着土中应力状态的改变，应力圆与强度包 线之间的位置关系将发生三种变化情况，土中也将出现相应的三种平衡状态：1）当整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线的下方时，表明通过该点的任意平面上的 切应力都小于土的抗剪强度，此时该点处于稳定平衡状态，不会发生剪切破坏；2）当摩尔应力圆与抗剪强度包线相切时（切点如图2-4-8中的A点），表明在 相切点所代表的平面上，切应力正好等于土的抗剪强度，此时该点处于极限平衡状态, 相应的应力圆称为极限应力圆。3）当摩尔应力圆与抗剪强度包线相割时，表明该点某些平面上的切应力已超过了 土的
5、抗剪强度，此时该点已发生剪切破坏（由于此时地基应力将发生重分布，事实上 该应力圆所代表的应力状态并不存在）；（3）摩尔-库仑强度理论在一定的压力范围内，土的抗剪强度可用库仑公式表示，当土体中某点的任 一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就认为该点已发生剪切破坏，该点也即处于 极限平衡状态。土的这种强度理论称为摩尔-库仑强度理论。1910年 摩尔(Mohr)提出了材料破坏的第三强度理论即最大剪应力理论，并指出在破 坏面上的切应力二是为该面上法向应力G的函数，即这个函数在4-b座标中是 一条曲线，称为摩尔包线。当摩尔包线采用库仑定律表示的直线关系时，即形成了土 的摩尔-库仑强度理论。(4) 土的极
6、限平衡理论根据极限应力圆与抗剪强度包线之间的儿何关系，可建立以土中主应力表示的土 的极限平衡条件如下：(2-4-14)或(2-4-15)或(2-4-16)土的极限平衡条件同时表明，土体剪切破坏时的破裂面不是发生在最大切应 力Wax的作用面上，而是发生在与大主应力的作用而成的平面上。(5) 土的极限平衡条件的应用土的极限平衡条件常用来评判土中某点的平衡状态，具体方法是根据实际最小主 应力6及土的极限平衡条件式(2-4-15),可推求土体处于极限平衡状态时所能承 受的最大主应力on,或根据实际最小主应力5及土的极限平衡条件式(2-4-16) 推求出土体处于极限平衡状态时所能承受的最小主应力,再通过
7、比较计算值与 实际值即可评判该点的平衡状态：1)当cn 6f时，土体中该点处于稳定平衡状态；2)当cy=m或s=sf时，土体中该点处于极限平衡状态；3)当(71 Olf或5 6f ,可判定该土样处于稳定平衡状态。上述计算也可以根 据实际最小主应力 5计算 勿f的方法进行。采用应力圆与抗剪强度包络线相互位 置关系来评判的图解法也可以得到相同的结果。2. 4. 3 土体抗剪强度试验及强度指标测定土的抗剪强度指标的试验方法主要有室内剪切试验和现场剪切试验二大类, 室内剪切试验常用的方法有直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验等, 现场剪切试验常用的方法主要有十字板剪切试验。1 .直接剪切试验
8、（1）直剪试验原理直接剪切试验是测定土的抗剪强度的最简单的方法，它所测定的是土样预定剪切 面上的抗剪强度。直剪试验所使用的仪器称为直剪仪，按加荷方式的不同，直剪仪可 分为应变控制式和应力控制式两种。前者是以等速水平推动试样产生位移并测定相应 的剪应力；后者则是对试样分级施加水平剪应力，同时测定相应的位移。我国目前普 遍采用的是应变控制式直剪仪，该仪器的主要部件由固定的上盒和活动的下盒组成， 试样放在盒内上下两块透水石之间。试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试 样施加某一法向应力，然后等速推动下盒，使试样在沿上下盒之间的水平面上受剪 直至破坏，剪应力的大小可借助与上盒接触的量力环测定。试验
9、中通常对同一种土取34个试样，分别在不同的法向应力下剪切破坏，可将 试验结果绘制成抗剪强度 与法向应力 之间的关系，如图2-4-6所示。试验结果表 明，对于砂性土，抗剪强度与法向应力之间的关系是一条通过原点的直线，直线方程 可用库仑公式（2-4-9）表示；对于粘性土，抗剪强度与法向应力之间也基本成直线关 系，该直线与横轴的夹角为内摩擦角，在纵轴上的截距为粘聚力，直线方程可用 库仑公式（2-4-10）表示。（2）直剪试验强度取值试验结果表明，不同土性的土样在剪切试验时的剪应力T与剪切位移5关 系曲线形态时有较大差异的。土样的抗剪强度应根据其广及曲线形态分别确定：对 密实砂土、坚硬粘土等，其广尺
10、曲线将出现峰值（图2-4-9中3,4曲线），可取峰值 切应力作为该级法向应力b下的抗剪强度方；对松砂、软土等，t/曲线一般无峰 值出现（图2-4-9中1,2曲线），可取剪切位移A/=4 mm时所对应的切应力作为该 级法向应力。下的抗剪强度（3）直剪试验方法分类大量的试验和工程实践都表明，土的抗剪强度是与土受力后的排水固结状况有关, 故测定强度指标的试验方法应与现场的施工加荷条件一致。直剪试验由于其仪器构造 的局限无法做到任意控制试样的排水条件，为了在直剪试验中能尽量考虑实际工程中存在的不同固结排水条件，通常采用不同加荷速率的试验方法来近似模拟土体在受剪 时的不同排水条件，由此产生了三种不同的直
11、剪试验方法，即快剪、固结快剪和慢剪。1）快剪。快剪试验是在对试样施加竖向压力后，立即以（）.8mm/min的剪切速率 快速施加水剪应力使试样剪切破坏。一般从加荷到土样剪坏只用35min。由于剪切 速率较快，可认为对于渗透系数小于10 6cm/s的粘性土在剪切过程中试样没有排水 固结，近似模拟了“不排水剪切”过程，得到的抗剪强度指标用， 表示。2）固结快剪。固结快剪是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉 降稳定后，再0.8 mm/min的剪切速率快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。固结快剪 试验近似模拟了 “固结不排水剪切”过程，它也只适用于渗透系数小于10飞cm/s的 粘性土，得到的
12、抗剪强度指标用， 表示。3）慢剪。慢剪试样是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉降稳 定后，以小于0.02 mm/min的剪切速率施加水平剪应力直至试样剪切破坏，使试样在 受剪过程中一直充分排水和产生体积变形，模拟了 “固结排水剪切”过程，得到的抗 剪强度指标用，表示。（4）直剪试验的优缺点直剪试验具有设备简单，土样制备及试验操作方便等优点，因而至今仍为国 内一般工程所广泛使用。但也存在不少缺点，主要有：1）剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；2）剪切面上剪应力分布不均匀，且竖向荷载会发生偏转（上下盒的中轴线不 重合），主应力的大小及方向都是变化的；3）在
13、剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时仍按土样的原 截面面积计算；4）试验时不能严格控制排水条件，并且不能量测孔隙水压力；5）试验时上下盒之间的缝隙中易嵌入砂粒，使试验结果偏大。2 .三轴压缩试验（1）三轴压缩试验仪器三轴压缩试验所使用的仪器是三轴压缩仪（也称三轴剪切仪），其构造示意图所 示，主要由三个部分所组成：主机、稳压调压系统以及量测系统。主机部分包括压力室、轴向加荷系统等。压力室是三轴仪的主要组成部分， 它是一个由金属上盖、底座以及透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器，压力室底座通常 有3个小孔分别与稳压系统以及体积变形和孔隙水压力量测系统相连。稳压调压系统由压力泵、调压阀和压力
14、表等组成。试验时通过压力室对试样 施加周围压力，并在试验过程中根据不同的试验要求对压力予以控制或调节，如保持 恒压或变化压力等。量测系统由排水管、体变管和孔隙水压力量测装置等组成。试验时分别测出试样 受力后土中排出的水量变化以及土中孔隙水压力的变化。对于试样的竖向变形，则利 用置于压力室上方的测微表或位移传感器测读。（2）三轴试验的基本原理常规三轴试验一般按如下步骤进行：1）将土样切制成圆柱体套在橡胶膜内，放在密闭的压力室中，根据试验排水要求 启闭有关的阀门开关。2）向压力室内注入气压或液压，使试样承受周围压力 作用，并使该周围压力在 整个试验过程中保持不变。3）通过活塞杆对试样加竖向压力，随
15、着竖向压力逐渐增大，试样最终将因受剪而 破坏。上述试验过程将依据试验要求不同而有所变化，可分别参见不同结不排水剪、固 结不排水剪和固结排水剪的试验演示。设剪切破坏时轴向加荷系统加在试样上的竖向压应力（称为偏应力）为，则试 样上的大主应力为，而小主应力为，据此可作出一个极限应力圆。用同一种土样 的若干个试件（一般34个）分别在不同的周围压力 下进行试验，可得一组极限应 力圆，如图2-4T0（c）中的圆I、圆II和圆III。作出这些极限应力圆的公切线，即为 该土样的抗剪强度包络线，由此便可求得土样的抗剪强度指标C, 口值。2-图4T0三轴试验基本原理（3）三轴试验方法通过控制土样在周围压力作用下固
16、结条件和剪切时的排水条件，可形成如下 三种三轴试验方法：1）不固结不排水剪（UU试验）试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都不允许 排水，即从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不会 消散。UU试验得到的抗剪强度指标用Cu、 表示，这种试验方法所对应的实际工程条 件相当于饱和软粘土中快速加荷时的应力状况。2）固结不排水剪（CU试验）在施加周围压力 时，将排水阀门打开，允许试样充分排水，待固结稳定后 关闭排水阀门，然后再施加偏应力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。在剪切过程 中，试样没有任何体积变形。若要在受剪过程中量测孔隙水压力，则要打开试样与孔
17、隙水压力量测系统间的管路阀门。CU试验得到的抗剪强度指标用Ccu、 表示，其适 用的实际工程条件为一般正常固结土层在工程竣工或在使用阶段受到大量、快速的活 荷载或新增荷载的作用下所对应的受力情况，在实际工程中经常采用这种试验方法。3）固结排水剪（CD试验）在施加周围压力及随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都将排水阀门 打开，并给予充分的时间让试样中的孔隙水压力能够完全消散。CD试验得到的抗剪强 度指标用&、 表示。（4）三轴试验结果的整理下面通过一个实例数据来说明如何用总应力法和有效应力法整理三轴试验的 成果。例设有一组饱和粘土试样作固结不排水试验，3个试样分别施加的周围压力、 剪破时的偏
18、应力f和孔隙水压力u等有关数据及部分计算结果见表。表 三轴固结不排水试验成果kPa土样编号123土样编号123550100150uf234067(5 -5)r92120164276083(Ti142220314119180247上述三轴试验数据的整理过程主要包括以下步骤：在 坐标系中分别作出三个总应力摩尔圆，再作出其公切线即为总应力强度包线 K ，量出强度包线的轴上的截距和水平倾角即为总应力抗剪强度指标，其值分别 为c=10 kPa,。用相同的步骤作出有效应力摩尔圆和有效应力强度包线，量出相应 的有效应力抗剪强度指标为二6 kPa, 0如图所示。三轴试验数据整理实际上，由于土的强度特性会受某些
19、因素如应力历史、应力水平等的影响，加上 土样的不均匀性以及试验误差等原因，使得土的强度包线并非一条直线，因此极限应 力圆上的破坏点不一定落在其公切线上。考虑到目前采用非线性强度包线的方法仍未 成熟到实用的程度，故工程实际中一般仍将强度包线简化为直线。因此，在三轴试验 数据的整理中其极限应力圆的公切线的绘制是比较困难的，往往需通过经验判断后才 能作出。(5)三轴试验的优缺点三轴试验的突出优点是能够控制排水条件以及可以量测土样中孔隙水压力的变 化。此外，三轴试验中试样的应力状态也比较明确，剪切破坏时的破裂面在试样的最 弱处，而不像直剪试验那样限定在上下盒之间。一般来说，三轴试验的结果还是比较 可靠
20、的，因此，三轴压缩仪是土工试验不可缺少的仪器设备。三轴压缩试验的主要缺 点是试验操作比较复杂，对试验人员的操作技术要求比较高。另外，常规三轴试验中 的试样所受的力是轴对称的，与工程实际中土体的受力情况不太相符，要满足土样在 三向应力条件下进行剪切试验，就必须采用更为复杂的真三轴仪进行试验。从不同试验方法的试验结果可以看到，同一种土施加的总应力 虽然相同而试验 方法或者说控制的排水条件不同时，则所得的强度指标就不相同，故土的抗剪强度与 总应力之间没有唯一的对应关系。因此，若采用总应力方法表达土的抗剪强度时，其 强度指标应与相应的试验方法（主要是排水条件）相对应。理论上说，土的抗剪强度 与有效应力
21、之间具有很好的对应关系，若在试验时量测土样的孔隙水压力，据此算出 土中的有效应力，则可以采用与试验方法无关的有效应力指标来表达土的抗剪强度。3 .无侧限抗压强度试验（1）试验原理无侧限抗压强度试验是三轴压缩试验中周围压力6二0的一种特殊情况，所以又称 单轴试验。无侧限抗压强度试验所使用的无侧限压力仪,其结构构造可查阅其示意图， 但现在也常利用三轴仪作该种试验，试验时，在不加任何侧向压力的情况下，对圆柱 体试样施加轴向压力，直至试样剪切破坏为止。试样破坏时的轴向压力以qu表示，称 为无侧限抗压强度。由于不能施加周围压力，因而根据试验结果，只能作一个极限应力圆，难以 得到破坏包线，如图饱和粘性土的
22、三轴不固结不排水试验结果表明，其破坏 包线为一水平线，即他=0。因此，对于饱和粘性土的不排水抗剪强度，就可利用无侧 限抗压强度来得到，即（2-4-17）式中仃为土的不排水抗剪强度，kPa；的为土的不排水粘聚力，kPa； 外为无侧限 抗压强度，kPa。（2）抗压强度试验指标其他工程的应用无侧限抗压强度试验除了可以测定饱和粘性土的抗剪强度指标外，还可以测定饱 和粘性土的灵敏度土的灵敏度是以原状土的强度与同一土经重塑后（完全扰动但 含水量不变）的强度之比来表示的，即(2-4-18)式中剂为原状土的无侧限抗压强度，kPa； 为重塑土的无侧限抗压强度，kPao根据灵敏度的大小，可将饱和粘性土分为三类：l
23、4高灵敏土无侧限抗压强度试验适用于测定饱和软粘土的抗剪强度指标。土的灵敏度愈高， 其结构性愈强，受扰动后土的强度降低就愈多。粘性土受扰动而强度降低的性质，一 般说来对工程建设是不利的，如在基坑开挖过程中，因施工可能造成土的扰动而会使 地基强度降低。4 .十字板剪切试验十字板剪切仪及其试验示意图圆柱形破坏面上强度的分布（1）十字板剪切试验适用条件十字板剪切试验是一种土的抗剪强度的原位测试方法，这种试验方法适合于在现 场测定饱和粘性土的原位不排水抗剪强度，特别适用于均匀饱和软粘土。（2）十字板剪切试验的基本操作十字板剪切试验采用的试验设备主要是十字板剪力仪，十字板剪力仪通常由 十字板头、扭力装置和
24、量测装置三部分组成，其构造情况可查阅其构造示意图。试验 时，先把套管打到要求测试深度以下75 cm,将套管内的土清除，再通过套管将安装 在钻杆下的十字板压入土中至测试的深度。加荷是由地面上的扭力装置对钻杆施加扭 矩，使埋在土中的十字板扭转，直至土体剪切破坏（破坏面为十字板旋转所形成的圆 柱面）。（3）十字板抗剪强度计算设土体剪切破坏时所施加的扭矩为则它应该与剪切破坏圆柱面（包括侧面和 上下面）上土的抗剪强度所产生的抵抗力矩相等，即(2-4-19)式中M为剪切破坏时的扭矩，kN-m； zv, zh分别为剪切破坏时圆柱体侧面和上下面 土的抗剪强度，kPa；”为十字板的高度，m；。为十字板的直径，m
25、o天然状态的土体是各向异性的，但实用上为了简化计算，假定土体为各向同性体, 即并记作7+,则式(5-11)可写成：(2-4-20)式中匚为十字板测定的土的抗剪强度，kPa。室内试验都要求事先取得原状土样，由于试样在采取、运送、保存和制备等过程 中不可避免地会受到扰动，土的含水量也难以保持天然状态，特别是对于高灵敏度的 粘性土扰动更大，故试验结果对土的实际情况的反映将会受到不同程度的影响。十字 板剪切试验由于是直接在原位进行试验，不必取土样，故土体所受的扰动较小，被认 为是比较能反映土体原位强度的测试方法，但如果在软土层中夹有薄层粉砂，则十字 板试验结果就可能会偏大。5 .抗剪强度试验方法与指标
26、的选用在实际工程中，地基条件与加荷情况不一定非常明确，如加荷速度的快慢、土层 的厚薄、荷载大小以及加荷过程等都没有定量的界限值，而常规的直剪试验与三轴试 验是在理想化的室内试验条件下进行，与实际工程之间存在一定的差异。因此，在选 用强度指标前需要认真分析实际工程的地基条件与加荷条件，并结合类似工程的经验 加以判断，选用合适的试验方法与强度指标。(1)试验方法相对于三轴试验而言，直剪试验的设备简单，操作方便，故目前在实际工程中使 用比较普遍。然而，直剪试验中只是用剪切速率的“快”与“慢”来模拟试验中的“不 排水”和“排水”，对试验排水条件的控制是很不严格的，因此在有条件的情况下应 尽量采用三轴试
27、验方法。另外，GBJ 123-88土工试验方法标准规定直剪试验的固 结快剪和快剪试验只适用于渗透系数小于cm/s的粘土，对于其它的土类，则不宜采 用直剪试验方法。(2)有效应力强度指标用有效应力法及相应指标进行计算，概念明确，指标稳定，是一种比较合理的分 析方法，只要能比较准确地确定孔隙水压力，则应该推荐采用有效应力强度指标。当A. 1 B. 1 C.=l D.不一定8、土的压缩指数越大，土的压缩性（A ）A.越大 B.越小 C.没影响D.视具体情况而定9、土的压缩变形是主要由下述哪种变形造成的？（ A ）A. 土孔隙的体积压缩变形B. 土颗粒的体积压缩变形C.孔隙水的压缩D. 土孔隙和土颗粒
28、的体积压缩变形之和10、按朗肯土压力理论计算挡土墙背面上的主动土压力时，墙背是（B ）平面？A最大主应力B最小主应力C滑动面D具体分析三、名词解释（每题4分，共20分）1、土的渗透性土体能被水透过的性质称为土的渗透性。2、地基的固结度地基在固结过程中任一时刻的固结沉降量与其最终沉降量的比值，称为地基在这一时 刻的固结度。它表示的是土中孔隙水应力消散的程度。3、地基的极限承载力是指地基在外荷载作用下产生的应力达到极限平衡时的荷载。4、土体的液化是指饱和状态砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出类似液体的性状，完全 失去强度和刚度的现象。5、前期固结应力土在历史上曾经受到过的最大有效应力。四、简
29、答题（每题5分，共30分）1、简述土压力的类型？分别如何定义？.静止土压力；墙体不发生位移转动，作用在墙体上的力主动土压力：在墙后土压力的作用下，产生远离土体方向位移，达到极限平衡状态，这时作用墙体上的力叫主动土压力。被动土压力：在外压作用下，墙体向土体方向靠近，达到极限平衡状态，产生力叫被 动土压力。2、说明如何设计中心荷载下浅基础的底面尺寸。土中的孔隙水压力能通过实验、计算或其它方法加以确定时，宜采用有效应力法。有 效应力强度指标可用三轴排水剪成三轴固结不排水剪（测孔隙水压力）测定。（3）不固结不排水剪指标土样进行不固结不排水剪切时.，所施加的外力将全部由孔隙水压力承担，土样完 全保持初始
30、的有效应力状况，所测得的强度即为土的天然强度。在对可能发生快速加 荷的正常固结粘性土上的路堤进行短期稳定分析时，可采用不固结不排水的强度指标; 对于土层较厚、渗透性较小、施工速度较快工程的施工期或竣工时，分析也可采用不 固结不排水剪的强度指标。（4）固结不排水剪指标土样进行固结不排水剪试验时，周围固结压力5将全部转化为有效应力,而施加 的偏应力将产生孔隙水压力。在对土层较薄、渗透性较大、施工速度较慢的工程进行 分析时，可采用固结不排水剪的强度指标。2. 4. 4软土在荷载作用下的强度增长规律饱和软粘土地基在外荷载作用下，随着孔隙水压力的消散以及土层的固结，土的 抗剪强度也将会随之而增长。图2-
31、4-12表示饱和软土强度增长的概念。当地面瞬时加荷时，地基中某一点 总应力状态可用A圆表示，若孔隙水压力为u ，则有效应力状态可用 圆表示，如 果有效应力圆与强度包线粗切，该点就处于极限平衡状态。随着孔隙水压力u逐渐 消散，有效应力圆慢慢向右移动，即离开土强度包线的距离越来越大，也就是说该点 由极限状态转人弹性状态。当孔隙水压力u消散到零时， 圆向右移到A圆位置， 两者重合为一，抗剪强度则由增加至。对于正常固结土，通常有效粘聚力c二0,则由图中关系可得：（2-421）若总应力增量为，某一时刻达到的固结度为U,则产生的强度增量为：（2-4-22）式中：有效内摩擦角。土体的实际受力情况和排水条件是
32、十分复杂的，不可能在实验室内完全得到模拟。 为了简化，工程中有时采用只模拟在压力作用下的排水固结过程，而不模拟剪力作用 下的附加压缩的方法。对于荷载面积相对于土层厚度比较大的预压工程，正常固结的 饱和粘性土，由于土层固结而增长的强度可按下式计算：（2-4-23） 式中：一固结不排水剪强度指标。式（2-4-23）所表示的强度增长方法，由于用的是总应力指标，所以是近似的估算方 法，但试验和计算都比较简单，在工程上已得到广泛的应用。左图表示的是某油罐地基强度增长的现场实测资料。油罐的储量为10000cm3, 直径34. 29叫高11. 91m,使用了 40多年，拟拆除重建。在油罐底面积范围内和范围外
33、 分别进行了现场静力触探试验，实测结果可以看出，油罐底面积范围内陆基土的强度 明显高于油罐底面积范围外的强度。特别是在15nl深度范围内，土的强度增长尤为显 著，这是因为在这一深度范围内的土层夹有较多薄层粉细砂，排水效果比较好，因此 易于固结。15m以下为含水量很高的淤泥质粘土层，虽本身的强度较低，但在油罐底 面积范围内，其强度也将近增长了一倍。饱和软土地基在外荷作用下的强度增长是值得重视的研究课题。在工程实践 中，例如建筑物加层时的地基承载力问题、材料堆场和油罐地基分级加荷的稳定分析 等，都涉及到地基的强度增长问题。2. 4. 5 土的压实特性与压实土的力学特性土体压实性的工程意义在工程建设
34、中，经常遇到填土或松软地基，为了改善这些土的工程性质，常采用 压实的方法使土变得密实，这往往是一种经济合理的改善土的工程性质的方法。这里 所说的使土变密实是指采用人工或机械的手段对土体施加机械能量，使土颗粒重新排 列变密实，使土在短时间内得到新的结构强度，包括增强粗粒土之间的摩擦和咬合， 以及增加细粒土之间的分子。实践表明，由于土的基本性质复杂多变，同一压实功能对于不同种类、不同状态 的土的压实效果可以完全不同。因此，为了技术上可靠和经济上合理，需要了解土的 压实特性与变化规律，以利工程实践。在工程建设中经常会遇到需耍将士按一定要求进行堆填和密实的情况，例如 路堤、土坝、桥台、挡土墙、管道埋设
35、、基础垫层以及基坑回填等。填土不同于天然 土层，因为经过挖掘、搬运之后，原状结构已被破坏，含水量亦已发生变化，堆填时 必然在土团之间留下许多孔隙。未经压实的填土强度低，压缩性大而且不均匀，遇到 水易发生塌陷、崩解等。为使其满足稳定性和变形方面的工程要求，必须按一定标准 加以压实。特别是像道路路堤这样的构筑物，在车辆频繁运行引起的反复荷载作用卜, 可能出现不均匀的或过大的沉陷、塌落甚至失稳滑动，从而恶化运营条件并增加维修 工作量。所以，路堤填土必须具有足够的密实度以确保行车平顺和安全。土的压实也用在地基处理方面，如用重锤夯实处理松软土地基使之提高承载 力。早先的重锤夯实多用于地基表层松软或地基的
36、设计荷载较小时，目前对于松软土 层较厚或设计荷载较大的情况，也可以用高功能的夯压法即所谓强夯法进行处理。在这一节里着重从土质学和土力学的角度介绍土体压实的机理及压实土的力学特 性与指标。至于其他有关土体压实的问题，如土料选择、堆填要求、路堤施工现场压 实效果控制以及施工方法等等属专业课程内容，在此均不涉及。1. 土的击实试验与压实原理(1) 土的击实试验击实试验是研究土的压实性能的室内试验方法，所用的主要设备是击实仪。目前 我国通用的击实仪有两类，即轻型击实仪和重型击实仪，并根据击实土的最大粒径， 分别采用两种不同规格的击实筒。击实仪的规格见后表，不同规格的击实筒示意图见 图2-4-13,图中
37、大击实筒适用于最大粒径为38 nlm的土，小击实筒适用于最大粒径为 25mm的土。击实仪的基本部分都是击实筒和击实锤，前者是用来盛装制备土样，后者 对土样施以夯实功能。击实试验时，将含水量为一定值的土样分层装人击实筒内，每 铺一层后都用击实锤按规定的落距锤击一定的次数；然后由击实筒的体积和筒内被击 实土的总重力算出被击实土的湿重度，从已被击实的土中取样测定其含水量，由 式(2-4-24)算出击实土样的干重度 (它可以反映出被击实土的密度)：=(2-4-24)这样通过对一个土样的击实试验就得到一对数据，即击实土的含水量与干重 度。对一组不同含水量的同一种土样按上述方法作击实试验，便可得到一组成对
38、的 含水量和干重度，将这些数据绘制成击实曲线如图2-4-14所示，它表明在一定击实功 作用下土的含水量与干重度的关系。击实仪的规格击实仪型号锤质 量 (kg)锤底直径(cm)落高(cm)击实功(kj/m3)每层击数层数击实筒直径(cm)高度(cm)容积(cm)轻型I2.553059827310997轻型II2.553059859315.2122177重型I4.5545268727310997重型II5545268798 315.21221772） ） 土的压实特性1）压实曲线性状击实试验所得到的击实曲线（图2-4T4）是研究士的压实特性的基本关系图。 从图中可见，击实曲线（）上有一峰值，此处的
39、干重度为最大，称为最大干重度； 与之对应的制备土样含水量则称为最佳含水量（或称最优含水量）。峰点表明，在 一定的击实功作用下，只有当压实土粒为最佳含水量时，土才能被击实至最大干重度, 才能达到最大压实效果。最佳含水量和最大干重度这两个指标十分重要，对于路基设计和施工都很有 用处。最佳含水量与塑限含水量相接近，在击实试验时可取=或=+2以 及=（是液限含水量）等作为选择合适的制备土样含水量范围的参考。后表给出 了塑性指数小于22的土的最佳含水量和最大干重度的经验数值。图2-4-13击实筒示意图a）小击实筒；b）大击实筒1-套筒；2-击实筒；3-底板；4-垫块图2-4-14击实曲线最佳含水量和最大
40、干重度的经验数值塑性指数Ip 最大干重度 最佳含水量（）18,51310 1417. 518. 513 1514 1715 1717 2016.517.017 1920 2219 21从图2-4-14的曲线形态还可看到，曲线左段比右段的坡度陡。这表明含水量变化 对于干重度影响在偏干（指含水量低于最佳含水量）时比偏湿（指含水量高于最佳含 水量）时更为明显。在 曲线中还给出了饱和曲线，它表示当土处于饱和状态时的 关系。饱和 曲线与击实曲线的位置说明，土是不可能被击实到完全饱和状态的。试验表明，粘性 土在最佳击实情况下（即击实曲线峰点），其饱和度通常为80 %左右，整个击实曲 线始终在饱和曲线左下侧
41、。这一点可以这样理解：当土的含水量接近和大于最佳值时, 土孔隙中的气体将处于与大气不连通的状态，击实作用已不能将其排出土外。2）不同土类与不同击实功能对压实特性的影响在同一击实功能条件下，不同土类的击实特性是不一样的。图2-4-15是五种 不同土料的击实试验结果，图a）是其不同的粒径曲线，图b）是五种土料在同一标准 击实试验中所得到的五条击实曲线。从图可见，含粗粒越多的土样最大重度越大，而 最佳含水量越小，即随着粗颗粒增多，曲线形态不变而峰点向左上方移动。另外，土 的颗粒级配对压实效果也影响颇大，颗粒级配良好的土容易被压实，颗粒级配均匀则 最大干重度偏小。图2-4-16表示同一种土样在不同击实
42、功能作用下所得到的压实曲线。随着压 实功能的增大，击实曲线形态不变，但位置发生了向左上方的移动，即增大而减 小。图中的曲线形态还表明，当土为偏干时，增加击实功对提高干重度的影响较大，偏湿时则收效不大，故对偏湿的土企图用增大击实功的办法提高它的击实效果是不经 济的。图2-4-15不同土料击实曲线的比较图2-4-16压实功能对击实曲线的影响3） 土的压实特性的机理解释一般认为土的压实特性同土的组成与结构、土粒的表面现象、毛细管压力、孔隙水和 孔隙气压力等均有关系，所以因素是复杂的。但可以这样简要地理解：压实的作用是 使土块变形和结构调整以致密实，在松散湿土的含水量处于偏干状态时，由于粒间引 力使土
43、保持比较疏松的凝聚结构，土中孔隙大都相互连通，水少而气多，在一定的外 部压实功能作用下，虽然土孔隙中气体易被排出，密度可以增大，但由于较薄的强结 合水水膜润滑作用不明显以及外部功能不足以克服粒间引力，土粒相对移动便不显著, 因此压实效果比较差；含水量逐渐加大时，水膜变厚、土块变软，粒间引力减弱，施 以外部压实功能则土粒移动，加之水膜的润滑作用，压实效果渐佳；在最佳含水量附 近时，土中所含的水量最有利于土粒受击时发生相对移动，以致能达到最大干重度； 当含水量再增加到偏湿状态时，孔隙中出现了自由水，击实时不可能使土中多余的水 和气体排出，从而孔隙压力升高更为显著，抵消了部分击实功，击实功效反而下降
44、， 这便出现了如图2-4-14中击实段曲线右段所示的干重度下降的趋势。在排水不畅的情 况下，过多次数的反复击实，甚至会导致土体密度不加大而土体结构被破坏的后果， 出现工程上所谓的“橡皮土”现象，应注意加以避免。（3）压实土的压缩性和强度1）压缩性压实土的压缩性取决于它的密度和加荷时的含水量，以击实土作压缩试验时 可以发现，在某一荷载作用下，有些土样压缩稳定后，如加水使之饱和，土样就会在 同一荷载作用下出现明显的附加压缩。而这一现象的出现与否和击实试样时的含水量 很有关系。下表中的数据表明，尽管土的干重度相同，但偏湿土样附加压缩的增加比 偏干时附加压缩的增长来得大。这现象在路堤填筑工程的设计与施
45、工控制中必须引 起注意，特别是为水浸润的路堤构筑物可能因此造成损坏和行车不安全。为了消除这 一不利影响，就有必要确定填土受水饱和时不会产生附加压缩所需的最小含水量。一般说来，填土在压实到一定密度以后，其压缩性就大为减小。当填土的干 重度16.5kN/n?时，变形模量E。显著提高。这对于作为建筑物地基的填土显得尤为重 要。不同填筑含水量试样的附加压缩量（压缩试验中的体积应变值）有效轴向荷载（kPa）填筑条件低于最佳值1%( = 17. 76kN/cm3)最佳含水量时(=17.6kN/cm3)高于最佳值1%( = 17. 76kN/cm3)1751.91.92.37002.93.74. 51225
46、5.25.97.617506.87.82）强度压实土的抗剪强度性状也主要取决于受剪时的密度和含水量。图2-4-17表示两个 含水量不同（偏干和偏湿）的压实土试样无侧限抗压强度试验曲线。由图可见，偏干 试样的强度大，但试样具有明显的脆性破坏特点。图2-4-18则是对同样条件的击实土 试样，进行三轴不固结不排水（UU）试验和固结不排水（CU）试验的对比曲线，试验 时所施加的侧压力同为=175kPao图中可见，当试样受到一定大小的侧压力时，偏干 试样强度也大，但不呈现明显的脆性破坏特性。所以就强度而言，用偏干的土样去填 筑是大有好处的。这一室内试验得出的论点已为相当多的现场资料所证实。从图2-4-1
47、9所示曲线可见，当压实土的含水量低于最佳含水时（偏干状态）， 虽然干重度比较小，强度却比最大干重度时大得多。这是因为此时的击实虽未使土达 到最密实状态，但它克服了土粒引力等的联结，形成了新的结构，能量转化为土强度 的提高。这就是说，压实土的强度在一定条件下可以通过增加压实功能予以提高。图2-4-17不同含水量压实土的图2-4-18不同含水量压实土的三轴试验无侧限抗压强度试验 图2-479压实土强度与 干重度、含水量的关系 上述关于土的强度试验结果说明，一般情况下，只要满足某些给定的条件，压实土的 强度还是比较高的。但正如关于它的压缩性特征的研究所发现的压实土遇水饱和会发 生附加压缩问题一样，在