土力學與基礎工程分章習題及答案(總)

1、第1章土的物理性質與工程分類一填空題1顆粒級配曲線越平緩，不均勻系數(shù)越大，顆粒級配越好。為獲得較大密實度，應選擇級配良好的土料作為填方或砂墊層的土料。2粘粒含量越多，顆粒粒徑越小，比表面積越大，親水性越強，可吸附弱結合水的含量越多，粘土的塑性指標越大3塑性指標ip=w-w，它表明粘性土處于可塑狀態(tài)時含水量的變化范圍，它綜合反lp映了粘性、可塑性等因素。因此規(guī)范規(guī)定：1017為粘土。4對無粘性土，工程性質影響最大的是土的密實度，工程上用指標e、d來衡量。r5在粘性土的物理指標中，對粘性土的性質影響較大的指標是塑性指數(shù)i。p6決定無粘性土工程性質的好壞是無粘性土的相對密度，它是用指標d來衡量。rw

2、-w7粘性土的液性指標i=w-wpllp，它的正負、大小表征了粘性土的軟硬狀態(tài)，規(guī)范按i將粘性土的狀態(tài)劃分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑。l8巖石按風化程度劃分為微風化、中等風化、強風化。9巖石按堅固程度劃分為硬質巖石，包括花崗巖、石灰?guī)r等；軟質巖石，包括頁巖、泥巖等。10某砂層天然飽和重度gsat=20kn/m3，土粒比重g=2.68，并測得該砂土的最大干重s度gdmax=17.1kn/m3，最小干重度gdmin=15.4kn/m3，則天然孔隙比e為0.68，最大孔隙比emax=0.74，最小孔隙比emin=0.57。11砂粒粒徑范圍是0.0752mm，砂土是指大于2mm粒徑累計含量不超過全

3、重50%，而大于0.075mm粒徑累計含量超過全重50%。12親水性最強的粘土礦物是蒙脫石，這是因為它的晶體單元由兩個硅片中間夾一個鋁片組成，晶胞間露出的是多余的負電荷，因而晶胞單元間聯(lián)接很弱，水分子容易進入晶胞之間，而發(fā)生膨脹。二問答題1概述土的三相比例指標與土的工程性質的關系？答：三相組成的性質，特別是固體顆粒的性質，直接影響土的工程特性。但是，同樣一種土，密實時強度高，松散時強度低。對于細粒土，水含量少則硬，水含量多時則軟。這說明土的性質不僅決定于三相組成的性質，而且三相之間量的比例關系也是一個很重要的影響因素。15地下水位以下一原狀土樣，其w=28%，g=2.70；r=1.88t/m3

4、,計算孔隙比時，用2常見的黏土礦物有哪些？試述黏土礦物顆粒與粗顆粒土比較有那些特點及特性？答：常見的粘土礦物有蒙脫石，伊利石和高齡石。黏土的顆粒很細，粘粒粒徑d450pa，逐漸降低為0f1和d10,lpi0.63(w-20)=0.63*12=7.56，w=32%10的土才會發(fā)生管涌；2水力條件：滲流力能夠帶動細顆粒在孔隙間滾動或移動u是管涌發(fā)生的水力條件，可用管涌的水力梯度來表示。三、判斷題1土的滲透系數(shù)k越大，土的滲透性也越大，土中的水頭梯度i也越大。（）2含有細砂夾層的粘土層中垂直滲透系數(shù)k大于水平滲透系數(shù)k。（）zx3土中一點的滲透力大小取決于該點孔隙水總水頭的大小。（）四、計算題1如圖

5、所示的常水頭滲透試驗，若土樣（2）的滲透系數(shù)是土樣（1）的2倍，試繪出試樣的孔隙水壓力（即滲透壓力）分布圖，并求土樣（1）所受的滲透力，判斷其滲透穩(wěn)定性。解：1.設試樣（1）和試樣（2）的水頭損失分別為h1和h2，總水頭損失為h,則5h1+h2=h=40-25=15cm（1）根據滲流連續(xù)原理，流經兩砂樣的滲透速度v應相等，即v1=v2，按達西定律v=ki，則k1i1=k2i2又k2=2k1，i1=h1/l1=h1/5，i2=h2/l2=h2/5，5cmw5cm土樣15cm25cm土樣210cm20w30w40cm所以h1=2h2（2）由（1）（2）兩式得h1=10cm，h2=5cm92.由i1

6、=h1/l1=10/5=2得土樣（1）所受的滲流力j=wi=2w2.如圖所示的滲透試驗裝置，在圓形截面容器內裝有兩種土樣，下面為粉土，土樣長度分別為l1，l2，在砂層頂面引出一測壓管，管內水面與水源容器內水面高度差為h1，若試驗裝置總水頭差為h，則砂土的滲透k1與粉土的滲透系數(shù)k2之比值k1/k2為多少？解：設粉土的水頭損失dh，砂土的水頭損失為dh，則12hdh=h11h11（1）dh=h-h2根據滲流連續(xù)原理，流經兩砂樣的滲透速度v應相等，即v1=v2，按達西定律v=ki，則l2l1ki=ki112220w即k1dh1=kl12dh2（2）l2綜合（1）、（2）可得k/k=12(h-h)l

7、11hl24地層由三層土構成，表層為砂，飽和重度為19.2kn/m3，天然重度為16.8kn/m3，滲透系數(shù)110-3cm/s；中層為黏土，飽和重度為17.6kn/m3，天然重度為16.0kn/m3，滲透系數(shù)110-6cm/s，最下層為砂層，地下水位位于表層砂中，下層砂中含承壓水，地層剖面如圖，試計算：（1）每日通過每平方米黏土層面積上的滲透量。（2）黏土層頂部與底部的孔隙水壓力u，有效應力s和總應力s值。解：（1）設粘土的水頭損失為dh，黏土以上砂土1地面1.5m4.5m的水頭損失為dh，總水頭損失為dh，則2砂地下水位1.5mdh+dh=dh=4.5m（a）12黏土3ml1（b）根據滲流連

8、續(xù)原理，k1dh1=kl12dh2，即2000dh22=dh10由（a）、（b）得dh=0.00220，dh4.5m21每日通過每平方米黏土層面積上的滲透量為q=v*86400=110-5864004.5/3=1.296m3（2）土層頂部孔隙水壓力u=1.5gaw=15kn/m2總應力為s=1.5*16.8+19.2*1.5=54kn/m2a有效應力s=s-u=54-15=39kn/m3aaa粘土層底部孔隙水壓力為u=9gbw=90kn/m3總應力為s=1.5*16.8+1.5*19.2+17.6*3=106.8kn/m2b有效應力為s=s-u=16.8kn/m2bb11第三章地基土的應力與變

9、形一填空題1。附加應力引起土體壓縮，有效應力影響土體的抗剪強度。2一般情況下，自重應力不會引起地基沉降，附加應力引起地基的沉降，在成土年代不久，地下水位升降等情況自重應力也會引起地面沉降。3土中豎向附加應力s的影響深度與t相比，s的影響深度要大，t在荷載兩側最大。zxzzxz4應力自基礎底面起算，隨深度呈非線性變化，自重應力自地基表面起算，隨深度呈線性變化。5壓縮系數(shù)a=-de/dp，壓縮模量e=s1+e1，則土的壓縮性愈高，這兩個指標通過固a結試驗，繪制壓縮曲線得到。6超固結比ocr指的是土層歷史上所經受的先期固結壓力p與現(xiàn)有覆蓋土重p之比，根c1據ocr的大小可把粘性土分為正常固結土，超固

10、結土和欠固結土三大類。ocr1的黏土屬欠固結土。7土的壓縮實驗是在側限條件下完成的。壓縮定律是a=-de/dp，其中a稱為壓縮系數(shù)，它反映了單位壓力增量作用下土的孔隙比的減小。9壓縮系數(shù)a=e1-e2p-p22，a1-2表示壓力范圍，p=地基某深度處土中自重應力，p=地12基某深度處土中自重應力與附加應力之和的壓縮系數(shù)，工程上常用a1-2來評價土的壓縮性的高低，當a1-20.1mp-1a時屬于低壓縮性土，當0.1a1-20.1mpa-10.5mpa-1時屬中等壓縮性土，當a1-20.5mpa-1時屬中等壓縮性土。10用分層總和法計算沉降時，采用壓縮系數(shù)指標使沉降計算值偏小，采用基礎中點下附加應

11、力指標又使計算值偏大，相互有所補償。10飽和黏土的沉降由瞬時沉降，固結沉降，次壓縮沉降組成。1211壓縮試驗中，環(huán)刀土樣置于剛性護環(huán)中，所以稱此試驗為側限壓縮試驗，用該實驗測的壓縮指標a、e稱為壓縮性指標，壓縮試驗每級荷載下壓至變形穩(wěn)定，所以由此試驗測出s的指標可用來計算地基的沉降。二問答題1簡述太沙基的有效應力原理。答：s=s+u，飽和土中任意點的總應力s總是等于有效應力s加上孔隙水壓力u。2用彈性理論求解土中附加應力的基本假設是什么？答：計算地基中的附加應力時，一般假定地基土是各向同性的、均質的線性變形體，而且在深度和水平方向上都是無限延伸的，即把地基看成是均質的線性變形空間（半無限體）這

12、樣就可以直接采用彈性力學中關于彈性半空間的理論解答。計算基底附加應力時，通常將基底看成是柔性荷載，而不考慮基礎剛度的影響。3何謂土的附加應力？計算附加應力有何工程意義？答：對一般天然土層來說，自重應力引起的壓縮變形在地質歷史上早已完成，不會再引起地基的沉降，附加應力則是由于修建建筑物以后在地基內新增加的應力，因此它是使地基發(fā)生變形，引起建筑物沉降的主要原因。4試列舉出土中自重應力也能引起地面沉降的幾種情況。答：通常土的自重應力不會引起地基變形，因為正常固結土的形成年代很久，早已固結穩(wěn)定。只有新近沉積的欠固結土或人工填土，在自重作用下尚未固結，需要考慮土的自重引起的地基變形。此外，地下水的升降，

13、將會引起土中自重應力大小的變化，使土體發(fā)生變形（如壓縮、膨脹或濕陷等）。5試述e、e的物理意義？如何確定？主要用途？s0答：壓縮模量e是在完全側限的條件下得到的，為豎向正應力與相應的正應變的比值，s該參數(shù)將用于地基最終沉降計算的分層總和法。變形模量e是根據現(xiàn)場載荷試驗得到的，是指土在側向自由膨脹條件下正應力與0相應的正應變的比值。該參數(shù)將用于彈性理論法最終沉降計算中，但載荷實驗中所規(guī)定的沉降穩(wěn)定標準帶有很大的近似性。1+e6說明分層總和法利用公式d=a(p1-p2)s1h，計算h厚土層的沉降量時，公式中p、1113p、e、a的物理意義？2答：p：土層上下表面自重應力的平均值，(s1c1+s)/

14、2。c0p-pp土層上下表面自重應力的平均值(s+s)/2與附加應力平均值2c1c0(s+s)/2之和。z1z0e為根據土層的自重應力平均值即p，從壓縮曲線上得到相應的孔隙比。1a為土層的壓縮系數(shù)，a=e1-e2，e與p對應。2221。7何為地基的固結度？寫出其表達式（分別用沉降量和有效應力表示）答：土的固結度是指地基土在某一壓力作用下，經歷時間t所產生的固結變形（沉降）量與最終固結變形（沉降）量之比。用沉降量表示為u=s/sctc1-2來評定土的壓縮性如下：用有效應力表示為u=sz。p8試說明壓縮系數(shù)a的意義及其工程應用。答：壓縮系數(shù)是土體在側限條件下孔隙比減小量與豎向有效應力增量的比值，即

15、e-p曲線中某一壓力段的割線斜率。為了便于比較，通常采用壓力段由p=0.1mpa增加到1p=0.2mpa時的壓縮系數(shù)a2當a1-20.1mpa-1時，為低壓縮性土；0.1mpa_1a1-20.5mpa-1時，為中壓縮性土；a1-20.5mpa-1時，為高壓縮性土。9試說明壓縮模量e的意義s答：壓縮模量e是在完全側限的條件下得到的，為豎向正應力與相應的正應變的比值，s該參數(shù)將用于地基最終沉降計算的分層總和法。10簡述“分層總和法”確定計算深度z的方法。n14dsn0.025ds答：地基沉降計算深度z的新標準應滿足下列條件：由該深度處向上取按表規(guī)定的計算n：厚度dz所得的計算沉降量ds應滿足下述要

16、求（包括考慮相臨荷載的影響）nnii=1按上式所確定的沉降計算深度下如有較軟弱土層時，尚應向下繼續(xù)計算，至軟弱土層中所取規(guī)定厚度dz的計算沉降量滿足上式為止。b(m)22b448dz(m)0.30.60.81.011。列舉出影響基底壓力分布規(guī)律的因素。答：有基礎剛度、荷載及土性等。12什么是基底附加壓力？計算基底附加壓力有何工程意義？答：建筑物建造前，土中早已存在自重應力，基底附加壓力是作用在基礎底面的壓力與基底處建前土中自重應力之差，是引起地基附加應力和變形的主要因素。13何為有效應力？研究有效應力有何工程意義？答：飽和土是由固體顆粒構成的骨架和充滿其間的水組成的兩相體，當外力作用于土體后，

17、一部分由土骨架承擔，并通過顆粒之間的接觸面進行應力的傳遞，稱為有效應力。另一部分則由孔隙中的水來承擔，水雖然不能承擔剪應力，但卻能承受法向應力，并且可以通過連通的孔隙水傳遞，這部分水壓力稱為孔隙水壓力。土的變形（壓縮）和強度的變化都只取決于有效應力的變化。引起土的體積壓縮和抗剪強度發(fā)生變化的原因，并不是作用在土體上的總應力，而是總應力與孔隙水壓力之間的差值有效應力。孔隙水壓力本身不能使土發(fā)生變形和強度的變化。這是因為水壓力各方向相等，均衡的作用于每個土顆粒周圍，因而不會使土顆粒移動，導致孔隙體積的變化。它除了使土顆粒受到浮力外，只能使土顆粒本身受到靜水壓力，而固體顆粒的壓縮模量很大，本身壓縮可

18、忽略不計。另外，水不能承受剪應力，因此孔隙水壓力自身的變化也不會引起土的抗剪強度的變化，正因為如此，孔隙水壓力也被稱為中性壓力。14什么是基底壓力？答：建筑物的荷載是通過自身基礎傳給地基的?；讐毫κ亲饔糜诨A底面上的荷載效應，它與荷載的大小和分布、基礎的剛度、基礎的埋深以及地基土的性質等多種因素有關。1515何為飽和粘性土的滲透固結？試說明固結過程中土中應力的轉換過程（即滲透固結過程與有效應力原理的關系）。答：飽和土在壓力作用下隨土中水體積減小的全過程，稱為土的固結。在飽和土的固結過程中任意時間t，根據平衡條件，有效應力s與超孔隙水壓力u之和總是等于總應力通常是指作用在土中的附加應力s，即z

19、s+u=sz由上式可知，當在加壓的那一瞬間，由于u=u=s，所以s=0，而當固結變形完全穩(wěn)z定時，則s=s，u=0。因此，只要土中孔隙水壓力還存在，就意味著土的滲透固結變z形尚未完成。換而言之，飽和土的固結就是孔隙水壓力的消散和有效應力相應增長的過程。16地基變形按其特征分為哪幾種？其定義是什么？答：分為瞬時沉降、固結沉降和次壓縮沉降。瞬時沉降是緊隨著加壓后地基即時發(fā)生的沉降，地基土在外荷載作用下其體積還來不及發(fā)生變化，主要是地基土的畸曲變形，也稱畸變沉降、初始沉降或不排水沉降。固結沉降是由于在荷載作用下隨著土中超孔隙水壓力的消散，有效應力的增長而完成的。次壓縮被認為與土的骨架蠕變有關；它是在

20、超孔隙水壓力已經消散、有效應力增長基本不變之后仍隨時間而緩慢增長的壓縮。17地下水位的變化對土的自重應力有何影響？當?shù)叵滤煌蝗唤德浜途徛德鋾r，對土的自重應力影響是否相同？為什么？答：當?shù)叵滤辉诘鼗至又猩仙雇恋挠行ё灾貞p小，反之，當?shù)叵滤辉诘鼗至又邢陆?，則土中有效自重應力增大。地下水位突然降落時，由于土還未來得及反應，地基的附加沉降不會發(fā)生，而當?shù)叵滤徛德鋾r，地基土會由于有效自重應力增大而出現(xiàn)附加沉降。18有兩相鄰剛性建筑物，建于均質地基上，基底壓力均勻分布，若兩建筑物同時興建，試問兩建筑物是否會同時沉降，為什么？各向什么方向傾斜？若其中一個建筑物先建，經很多年后再建

21、第二個建筑物，兩建筑物的傾斜方向有無改變，為什么？答：兩建筑物同時修建時，兩基礎底部各自的附加壓力會使地基產生變形，所以，兩建筑物會同時發(fā)生沉降。由于兩基底中心間產生的附加應力之和要大于在兩基底中心以外部分的附加應力之和，因此兩建筑物向兩者中間即內側傾斜。若其中一個建筑物先建，經很多年后，再建第二個建筑物時，后建的一個建筑物會向中心以外即外側傾斜，因為第一個建筑物沉降16時使其基底中心處以下的土密實，而周圍的土的密實度逐漸減小，所以第二個建筑物沉降時會產生不均勻沉降，傾斜于土質較軟的一側。19高層建筑物經常由主樓和裙房組成，如從沉降的角度考慮，應先施工哪一部分比較合理，為什么？答：從沉降的角度

22、考慮，應先施工主樓，后建裙房。若先建裙房，然后使主樓和裙房結為一體，則由于主樓的沉降較裙房要大，必然會在兩者之間產生不均勻沉降裂縫，這是建筑物的應該避免的。20為了減少建筑物不均勻沉降的危害，常采取那些工程措施，這些措施都有什么特點？答：1.采用樁基礎或深基礎。2.人工加固地基。3.采用建筑、施工措施，是最簡單且省錢的辦法。三、判斷題1土中附加應力計算公式為sz=kp，因此建筑在同樣的地基上，基礎附加應力p相同00的兩個建筑物，其沉降值應相同。（）2在任何情況下，土體自重應力都不會引起地基沉降。（）3地基土受壓時間愈長，變形愈大，孔隙水壓力也愈大。（）4地下水位下降會增加土層的自重應力，引起地

23、基沉降。（）5絕對剛性基礎不能彎曲，在中心荷載作用下各點的沉降量一樣，所以基礎地面的實際壓力分布是均勻分布的。（）6密砂在剪應力作用下體積要膨脹，因此在不排水條件下測得的孔隙水壓力系數(shù)a1/3。（）7在固結理論中土應力應變關系是非線性彈性模型。（）17四、計算題1土層分布如圖，計算土層的自重應力，并繪制自重應力的分布圖。解：（1）砂土：設vs1=1，則m=vrg=2.65gs1s1ws1mw1=wm=0.1*2.65=0.265g1s12mw=10%,d1s1=2.65,s=37.9%rvw1=mrw1=0.265cm319.42kn/m2wsvv=w1=v1r0.2650.379=0.699

24、cm34mw=20%,d=2.70,g=18.4kn/m31s1g=1m-vrs1s1v+vs1v1wg=2.65-11+0.699g=9.71kn/m358.06kn/m2（2）黏土設vs2=1則ms2=vgr=2.70gs2s2wmw2=wm2s2=0.2*2.70=0.54gr=2.7+0.5418.4/10v=ms2+mw22=1.76cm3g=2m-vr2.7-1s2s2wg=v1.76=9.66kn/m32.某粉土地基如圖，測得天然含水量w=24%，干密度rd=1.54t/m3，土粒比重g=2.73，地面及地下水位高程分別為35.00及30.00m，汛期水位將上升到35.5m高程。s試求25.00高程處現(xiàn)在及汛期時的土的自重應力。當汛期后地下水下降到30.00高程（此時土層全以飽和狀態(tài)計）、25.00m處的自重應力是多少？18解：v=1，m=vgrs