2017年電大巖土力學(xué)作業(yè)形成性考核冊答案

1、巖土力學(xué) 巖土力學(xué) 作業(yè)一說明：本次作業(yè)對應(yīng)于文字教材 1至3章，應(yīng)按相應(yīng)教學(xué)進(jìn)度完成。一、填空題 (每空1分，共計(jì)25分)1. 工程上常用的土的密度有濕密度、飽和密度、浮密度和干密度。2. 土是由 固相 、 氣相 、和 液相 三部分組成。3. 土體的應(yīng)力按引起的原因分為 自重應(yīng)力 和 附加應(yīng)力 兩種。4對于天然土，0CR1時的土是 超固結(jié)土 , 0CR=1的土屬于 正 常固結(jié)土 ，而OCRv的土是欠固結(jié)土 。5. 土的顆粒分析試驗(yàn)最常用的室內(nèi)試驗(yàn)方法有篩析法 和 比重計(jì)法 。6. 土體的變形可分為由正應(yīng)力引起的體積變形 和由剪應(yīng)力引起的形狀變形 。7. 按照十顆粒的大小、粒組顆粒含量把地基十

2、分成碎石土、砂土、粉 _ 土、粘性土和人工填土。8. 根據(jù)滲透破壞的機(jī)理，滲透破壞的形式主要有流土、管涌、接觸流失和接觸沖 刷。9. 控制壩基及地基的滲流，其主要任務(wù)可歸結(jié)為三點(diǎn)：一是盡量減少滲漏量；二是提早釋放滲透壓力，保證地基與水工建筑物有足夠的靜力穩(wěn)定性；三是防止?jié)B透破壞，保證滲透穩(wěn)定性。二、問答題(每小題5分，共計(jì)35分)1什么是孔隙比e、孔隙率n，二者的關(guān)系。孔隙比為土中孔隙的體積與土粒的體積之比；孔隙率為土中孔隙的體積與土的體積之比；關(guān)系為：n=e/(1+e)，或e=n/(1-n)。2. 固結(jié)度指：在某一固結(jié)應(yīng)力作用下，經(jīng)某一時間t后，土體發(fā)生固結(jié)或孔 隙水應(yīng)力消散的程度。3. 在

3、壓力作用下，飽和土體固結(jié)的力學(xué)本質(zhì)是什么？在某一壓力作用下，飽和土體的固結(jié)過程就是土體中的超孔隙水應(yīng)力不斷消散、附加有效應(yīng)力不斷增加的過程，即超孔隙水應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)化為附加 有效應(yīng)力的過程。4. 土的級配曲線的特征可用哪兩個系數(shù)來表示？這兩個系數(shù)是怎樣定義 的？答：不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Ccd60u爲(wèi)，Ccd30 2did6odio，d30，d60為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為10%30% 60%寸所對應(yīng)的粒徑。5. 請寫出無側(cè)向變形條件下的壓縮量計(jì)算公式，并指出各個量的含義。S 二-e H 或av PH 或PH1 ei1 qEsS為壓縮量，H為試樣的高度，av為壓縮系數(shù)，e為孔隙比

4、，Es壓縮模量。6. 簡述滲透變形的產(chǎn)生條件。根據(jù)滲透破壞的機(jī)理， 可將產(chǎn)生滲透變形的條件分為兩種類型，其一是動水壓力和土體結(jié)構(gòu)，它們是產(chǎn)生滲透變形的必要條件；另一類則是地質(zhì)條件和工程因素，稱之為充分條件。只有當(dāng)土具備充分必要條件時，才發(fā)生滲透破壞。7. 簡述有效應(yīng)力的原理。有效應(yīng)力原理的研究內(nèi)容就是研究飽和土中這兩種應(yīng)力的不同性質(zhì)和它們與全部應(yīng)力的關(guān)系。有效應(yīng)力原理歸納起來可由下面兩個要點(diǎn)表達(dá)：飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力可分為有效應(yīng)力和孔隙水壓力兩部分；土的變形與強(qiáng)度的變化僅決定于有效應(yīng)力的變化。六、計(jì)算題（共4題，計(jì)40分）1. 一均質(zhì)無粘性邊坡，sat為20KN/m3，=30。，坡

5、角25,試問干坡或完全浸水時，其安全系數(shù)是多少？有順坡滲流發(fā)生時，坡角為多少度邊坡將達(dá)到極限平衡狀態(tài)？解：在干坡或浸水時，安全系數(shù)為：= 3=0.577/0.466=1.24 tg :有順坡滲流發(fā)生邊坡達(dá)到極限平衡狀態(tài)時：Fs=1，則Ytqtg=（ 20-9.8）X 0.577/20=0.21sat坡角為：=16.392. 土粒比重為2072,飽和度為37%孔隙比是0.95，當(dāng)飽和度提高到90% 時，每立方米應(yīng)加多少水？解：Vv = eVs = V - Vs，每立方米的土粒體積為：Vs = V/(1+e) = 1心+0.95) = 0.513 m33Vv = eVs=0.95X 0.513 =

6、 0.487 m當(dāng)Sr =37% 時，V w1 = SrVv = 0.37X 0.487=0.18 m 3當(dāng)Sr =90% 時，V w2 = SrVv = 0.90X 0.487=0.438 m 3貝U:Vw = 0.4384.18 = i0.258 m 3應(yīng)加水：Ww = w Ww = 10 X 0.258 = 2.58kN3. 有一 8m厚的飽和粘土層，上下兩面均可排水，現(xiàn)從粘土層中心處取得 2cm 厚的試樣做固結(jié)試驗(yàn)（試樣上下均有透水石）。試樣在某級壓力下達(dá)到60% 的固結(jié)度需要8分鐘，則該粘土層在同樣的固結(jié)壓力作用下達(dá)到 60%的固結(jié) 度需要多少時間？若該粘土層單面排水，所需時間為多少

7、？答：由于原位土層和試樣土的固結(jié)度相等，且 :值相等，因而R廠g又土的性質(zhì)相同，C =Cv2t2H22t2 H 1H228002=80牙，28 1。7 （如改單面，其達(dá)到60泅結(jié)度時間為t3由 Tvi 二 Tv3,C v1 二 Cv3旦=t3 =4t1 =5.12 10Hi23_44.0粘* 土 /Y= 17.0kN/m3_41.0= 19.0kN/m3 40.0粉質(zhì) 粘土退 18.5kN/m3_38.0細(xì)捏 砂k/= 20.0kN/m335.0(a)4. 根據(jù)圖（a）中給出地基中多層土中各土層的厚度、容重，繪制地基中的自重應(yīng) 力隨深度的分布曲線圖。解由圖（a）給出的資料，可計(jì)算出各土層分界面

8、上的應(yīng)力:嘉二 1h1 =17.0 (44.0 - 41.0) =51kPaJz2 = Jz12h2 =51 (19.09.8) 1 =60.2 kPaJz3 =Jz23 h3 =60.2 (18.5 -9.8) 2 = 77.6kPaJz4 = Jz3=77.6 (20 9.8) 3 = 108.2kPa上述自重應(yīng)力隨深度的變化關(guān)系結(jié)果(b)。YkN/m3( kN/m3!. kN/m3H.kN/m3(b)巖土力學(xué)作業(yè)二說明：本次作業(yè)對應(yīng)于文字教材 4至6章，應(yīng)按相應(yīng)教學(xué)進(jìn)度完成。、單項(xiàng)選擇題（每小題2分，共計(jì)10分）1 粘性土的抗剪強(qiáng)度由兩部分組成，一部分是顆粒間的粘結(jié)力，另一部分是（a ）

9、a.摩擦力b.水壓力c.有效應(yīng)力d.荷載(c)J 1 J 3fu2fub_c. c q2 直接剪切試驗(yàn)測定土的天然強(qiáng)度為M maxnD2H +92 c 1=300kPa或 cr 3=140.2Kpa所以不會剪破。某擋土墻高8m，墻背豎直光滑，填土面水平，填土為無粘性土,丫 =18kN/m 3,0 =30 ，填土表面作用有連續(xù)均布荷載，q=20kPa。試用朗肯土壓力理論計(jì)算主動土壓力以及作用點(diǎn)位置。解（1） 土壓力系數(shù)(2)主動土壓力墻頂pa=qka=20xl/3=6.7kPa墻底pa=qka+rHka=6.7+18X 8X1/3=54.7kPa總土壓力 Pa= （6.7+54.7） /2 8=

10、245.6kN/m作用點(diǎn)距墻底的距離6.7 8 8 -54.7 -6.78 -22 入F 3y =2_23 =2.96m245.6在均布條形荷載作用下，土體中 A點(diǎn)的大主應(yīng)力（T 1=400kPa中，小主應(yīng)力（T 3=150kPa，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo) c=0, 0 =30 。試求：1） A點(diǎn)處土是否處于極限平衡狀態(tài)。最危險的剪應(yīng)力面與最大主應(yīng)面夾角為多少度?（4:味2 0 tg 45 -竺2 丿2解：1)2=400tg2；：.3計(jì)-；tg2 $452c tg 2丿30 一一:133kPa133kPaf，地基不穩(wěn)定。巖土力學(xué)作業(yè)三說明：本次作業(yè)對應(yīng)于文字教材 7至9章，應(yīng)按相應(yīng)教學(xué)進(jìn)度完成。、單項(xiàng)

11、選擇題（每小題2分，共計(jì)10分）1 巖石內(nèi)結(jié)晶晶格錯位的結(jié)果，引起巖石的(b)a 、晚性破壞 b 、塑性破壞 c 、弱面剪切破壞2. 巖石的單軸抗壓強(qiáng)度一般與單軸抗拉強(qiáng)度間成下列哪種關(guān)系：(b)a.Rc=(1-4)Rt b. Rc=(4-10)Rt c. Rt=(1-4)Rc d. Rt=(1-4)Rc3. 下面巖體的那種應(yīng)力狀態(tài)是穩(wěn)定狀態(tài)a.込3 sinc.=sin6 +厲3 +2cctg 申4廣義虎克定律中巖石的剪切模量(a)E EGa. :, Gb=,Gcf2(1) 2(1 -2(1 )5.巖石的變形（彈性）模量可表示為（C）pr(1)a. E=4 , b.E=4 , c.E=U , d

12、.Eyryry、填空題 （每空1分，共計(jì)20分）1 .巖石的破壞形式：脆性破壞、延性破壞、弱面剪切破壞。2. 巖石的力學(xué)強(qiáng)度是工程設(shè)計(jì)中最重要的力學(xué)指標(biāo)，分別是單軸抗壓強(qiáng)度，抗拉 強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。3. 巖石的抗壓強(qiáng)度就是巖石試件在單軸壓力（無圍壓）作用下，抗壓破壞的極限能 力。4. 巖石的抗剪強(qiáng)度就是指巖石抵抗剪切破壞（滑力）的能力，用凝聚力C和內(nèi)摩 擦角來表示。5. 巖石的變形是指巖石在任何物理因素作用下形狀和體積大小的變化。巖石的變形特性常用彈性模量 E和泊松比卩兩個指標(biāo)來表示；6. 巖石的蠕變是指巖石在應(yīng)力-不變的情況下巖石變形 &隨著時間t而 增加的現(xiàn)象，一般而言，典型的巖石蠕變曲線可

13、分為三個階段：初期蠕變，二次蠕變（穩(wěn)態(tài)蠕變）,（加建蠕變）第三期蠕變。7. 天然應(yīng)力（或初始應(yīng)力）是習(xí)慣上常將工程施工前就存在于巖體中的地應(yīng)力，稱 為初始應(yīng)力。8. 巖滑根據(jù)滑動面的形式，組合可分為：平面滑動，楔形滑動和旋轉(zhuǎn)滑 動。三、判斷題（每小題2分，共計(jì)10分）1. 巖石的脆性破壞是由于巖石中裂隙的發(fā)生和發(fā)展的結(jié)果所致（V）2. 巖石的變形是指巖石在外力作用下形狀和大小的變化。（X）3. 最大正應(yīng)變理論是用來判斷脆性巖石破壞的理論。（V）4 .根據(jù)莫爾一庫倫準(zhǔn)則可證明均質(zhì)巖石的破壞面法線與大應(yīng)力方向間夾角為45（X）25.在普通壓力板上做巖石的變形試驗(yàn)，即可得到巖石的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（

14、X）四、問答題 （每小題5分，共計(jì)20分）1. 何為塑性破壞，其破壞機(jī)理是個什么？答案：塑性破壞（延性破壞）是巖石在破壞之前變形量很大， 且沒有明顯的破壞荷載。 原因可能是巖石內(nèi)結(jié)晶晶格錯位的結(jié)果。2. 影響單軸抗壓強(qiáng)度的因素有哪些？影響單軸抗壓強(qiáng)度的因素有：一方面是巖石材料本身的，一方面是試驗(yàn)方法上的因素。巖石材料本身的主要因素有：礦物組成；結(jié)晶程度和顆粒大小；膠結(jié)情況；生成條件；風(fēng)化作用；密度；水的作用等。試驗(yàn)方面的因素有：試件尺寸和大??；加荷速度等。3. 直剪破壞試驗(yàn)全過程曲線可分幾段？各區(qū)段的特點(diǎn)是什么？巖石直剪破壞試驗(yàn)全過為極限強(qiáng)度（即裂隙開始發(fā)展的強(qiáng)度）;第二段：T-Tf區(qū)段，T為

15、峰值強(qiáng)度，該段內(nèi)裂隙發(fā)展至破壞；第三段：T T區(qū)段。T為剪斷面上的摩擦力（剩余強(qiáng)度）4什么叫滑坡？滑坡滑動面的形式有幾種當(dāng)巖坡受力過大或巖石強(qiáng)度過低，一部分巖體向下或向外滑動叫滑坡，滑波滑動面有三種：軟弱結(jié)構(gòu)面；結(jié)構(gòu)面；在巖體中；六、計(jì)算題 （每題10分，共計(jì)40分）1.將一個巖石試件進(jìn)行單軸試驗(yàn)，當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到 120MPa時即發(fā)生破壞，破壞面 與大主應(yīng)力平面的夾角（即破壞所在面與水平面的仰角 ）為60,假定抗剪強(qiáng)度隨正應(yīng)力 呈線性變化（即遵循莫爾庫倫破壞準(zhǔn)則 ），試計(jì)算：1）內(nèi)摩擦角：2）破壞面上的正應(yīng)力和 剪應(yīng)力。P解：二-45a 02口 1 _口3 c+口3 丄口 1 一 口3at =s

16、in 2口 =+c o S（2c cos ：1 sin ;：2 2 2Rc二2C C0S，理論上的抗拉強(qiáng)度:1 -sin 2 .某巖樣 c=15kPa, $ =30。，如該土受到最小主應(yīng)力3=200kPa，最大主應(yīng)力r1=400kPa，試判斷該土樣處于何種狀態(tài)？解：r _；-3sin （不穩(wěn)定）門 匚 3 2cctg :（623）3.試求證E =解:iE-E 二 2 -二：3代入即求.4. 巖石試件的單軸抗壓強(qiáng)度為 160MPa，泊松比=0.25。巖石試件在三軸試驗(yàn)中破 壞，破壞時的最小主應(yīng)力為 130MPa，中間主應(yīng)力為 260MPa，根據(jù)最大正應(yīng)變理論的破壞準(zhǔn)則，推算這時的最大主應(yīng)力G。解

17、：匸 2 -R2）（打-R2）（打-R2）=0G 飛2 飛3巖土力學(xué)作業(yè)四說明：本次作業(yè)對應(yīng)于文字教材10至12章，應(yīng)按相應(yīng)教學(xué)進(jìn)度完成。一、填空題（每空分，共計(jì)30分）1 把由于洞室圍巖的變形和破壞作用而作用在支護(hù)或襯砌上的壓力稱為山巖壓力2 山巖壓力的影響因素除巖石性質(zhì)外，還應(yīng)考慮洞室的形狀和大小，地質(zhì)構(gòu) 支護(hù)的形式和剛度、洞室深度、時間、施工方法等因素。3.地下工程巖體穩(wěn)定性影響因素主要有巖土性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)與地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地應(yīng)力及地形等。3 巖基的極限承載力，就是指巖基所能負(fù)擔(dān)的最大荷載（或稱極限荷載）。4 脆性圍巖的變形破壞類型有張裂坍落、劈裂、剪切滑動或破壞、巖爆、和彎折 內(nèi)鼓。

18、5. 大壩失穩(wěn)的形式主要有：表層滑動破壞、深層滑動破壞、混合滑動破 壞。6. 由于巖體變形而對支護(hù)或襯砌的壓力，稱為變形壓力；將由于巖體破壞而而對 支護(hù)或襯砌的壓力，稱為松動壓力。7. 在中等質(zhì)量的巖石中，洞室圍巖的變形較大。由于洞室圍巖的應(yīng)力重分布需要一定的時間，所以在進(jìn)行支護(hù)或襯砌以后圍巖的變形受支護(hù)或襯砌的約束，于是產(chǎn)生山巖壓力。8. 在整體性良好，裂隙節(jié)理不發(fā)育的堅(jiān)硬巖石中開挖洞室，開挖結(jié)束后，圍巖的彈性變形就完成。若在此后進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)沒有山巖壓力。這種支護(hù)主要是用來防止巖 石的風(fēng)化以及剝落碎塊的掉落。9. 無裂隙圍巖的應(yīng)力計(jì)算方法有內(nèi)應(yīng)力分配法和抗力系數(shù)法。三、判斷題（每小題2分，

19、共計(jì)10分）1.求解山巖壓力的計(jì)算理論中，太沙基理論把巖體假定為散粒體。（V）2 .由于洞室圍巖的變形和破壞而作用于支護(hù)或襯砌上的壓力稱為圍巖壓力。（ X ）3. 圍巖處于塑性變形狀態(tài)時，洞室埋置愈深，山巖壓力愈大。（V ）4. 開挖洞室的影響范圍是 6倍洞直徑。（X）5. 洞室的形狀相同時，圍巖壓力與洞室的尺寸無關(guān)。（V ）四、問答題 （每小題5分，共計(jì)20分）1簡述地下洞室開挖引起的圍巖應(yīng)力重分布及其規(guī)律教材283頁2. 何為山巖壓力？按其成因可分為哪幾類？各自用什么方法確定？ 把由于洞室圍巖的變形和破壞而作用在支護(hù)或襯砌上的壓力稱為山巖壓力。由于圍巖變形而作用在支護(hù)或初砌上的巖壓力稱為變

20、形壓力。稱為變形壓力。 由于圍巖破壞而作用在支護(hù)或初砌上的巖壓力稱為變形壓力。稱為松沙壓力。計(jì)算變形壓力的方法：彈塑理論推導(dǎo)出的芬納公式或修正芬納公式。計(jì)算松動壓力的方法：壓力拱理論，太沙基理論和彈塑性理論推出卡柯公式。3. 不同質(zhì)量狀況的圍巖變形破壞特別如何？整體性良好，裂隙不發(fā)育的堅(jiān)硬巖石中， 圍巖應(yīng)力小于圍巖強(qiáng)度無破碎。變形以開挖過程中的彈性變形為主，開挖結(jié)束變形也結(jié)束。如果支護(hù)，支護(hù)上一般無山巖壓力， 支護(hù)起防止巖石風(fēng)化或剝落碎塊的掉落。中等質(zhì)巖的巖體，洞室變形大，還可能有少量破碎，支護(hù)上以變形壓力為主，松動 壓力為輔。在破碎和軟弱巖石中， 巖體強(qiáng)度低，被切割的很碎，圍巖應(yīng)力超過巖體強(qiáng)

21、度很多， 因此，巖塊在不大的應(yīng)力作用就會破壞坍落， 在這類巖石中，坍落和松動是產(chǎn)生山巖壓 力的主要原因。4簡述高壓固結(jié)灌漿的施工方法。教材 344 347五、計(jì)算題（每題10分，共計(jì)40分）1.埋深200m處的巖體內(nèi)開挖一硐徑為2a=2m圓形斷面隧道，如果巖體中初始地應(yīng)力為靜水壓力式，并且上覆巖層的平均容重為=2.7 g/cm3,若隧道周巖的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c = 0.4MPa, - -30，試用莫爾-庫侖強(qiáng)度條件評價其硐壁的穩(wěn)定性。 解：= Z:X = ；y =Ko；z洞壁：q=2 ozc 3=03sin（不穩(wěn)定）門亠，3亠2cctg :2 .在地下50m深度處開挖一地下洞室，其斷面尺寸為5m x 5m。巖石性質(zhì)指標(biāo)為：凝聚力c=200kPa，內(nèi)摩擦角 =33 ，容重 =25kN/m3,側(cè)壓力系數(shù) K 0.7。已知b2 =bi - hotg側(cè)壁巖石不穩(wěn)，試用太沙基公式計(jì)算洞頂垂直山巖壓力及側(cè)墻的總的側(cè)向山巖壓力。解：這時,q 二 htg 2(45)2b?r -cKtg :e- (h飛府(45盲)1Pk V h(2h h0)tg2(45。3.某圓形洞室圍3=25 kN/m，埋置深度H=160m,洞的半徑r 0=7mb設(shè)折減扣的凝聚力c=0.02MPa,=31，求松動壓力。系數(shù)k2曲線解 p0 = H = 25 160 = 4 MPaPoc