2012-2013年河海大學高等土力學試卷

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上2012年河海大學高等土力學土工原理2012-05-161. 土體在沉淀以后，抗剪強度有什么變化趨勢？為什么？（8分） p128 （p116）答：土體沉淀后，不同的主應力方向下土的抗剪強度不同：豎向抗剪強度高于水平抗剪強度。這是因為天然的土通常在沉積過程中，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)，近似于水平層的沉淀，由于長期自重的作用，促成土顆粒排列有一定的方向性，這就形成了土層的各向異性結(jié)構(gòu)，土層的各向異性結(jié)構(gòu)導致土的力學性質(zhì)上的各向異性。2. 土體中有機質(zhì)對土體有什么影響？（8分） p4土壤中的有機質(zhì)存在是土區(qū)別于一般

2、固體物質(zhì)的主要特性之一，有機質(zhì)是土壤固相物質(zhì)中最易變化、性質(zhì)最不穩(wěn)定的組分。有機質(zhì)對土體性質(zhì)影響的一般規(guī)律：隨著有機質(zhì)含量的增加，土的分散性加大，天然含水率增高，干密度減小，脹縮性增加，壓縮性增加強度減小，承載力降低，對工程極為不利。3. 十字板剪切試驗中，豎向剪切強度與兩端水平剪切強度哪個大？為什么？（7分）p102答：（十字板剪切試驗是一種利用十字板剪切儀在現(xiàn)場測定土的抗剪強度試驗的方法，這種方法適合于現(xiàn)場測定飽和粘性土的原位不排水強度，特別適用于均勻飽和軟粘土。對于粘土中夾帶薄層細、粉砂或貝殼，用該方法測得強度偏高。）現(xiàn)場土常常是各向異性的，對于正常固結(jié)土，水平面上的抗剪強度一般小于垂直

3、面上的抗剪強度。產(chǎn)生各向異性的原因在于：土的成層性和土中的應力狀態(tài)不同。4. 三軸試驗中的破壞標準主應力之差和主應力之比，有什么不同？有什么區(qū)別？（7分）p124答：不同的取值標準有時會得到不同的強度參數(shù)，一般有最大主應力差標準（當應力應變曲線不出現(xiàn)峰值的時，則取軸向應變15%對應的最大主應力差）和最大有效應力比標準兩種。兩種取值標準求得強度參數(shù)的差異將取決于試驗中孔隙水應力的發(fā)展過程，也就取決于試驗類型和式樣的剪切類型。（1） 三種排水剪試驗兩種取值標準一致，因為；（2） 三軸固結(jié)不排水剪和三軸不固結(jié)不排水剪試驗，由于孔隙水壓力沒有變化，導致兩種標準一致。（3） 對于正常固結(jié)粘土，達到時孔隙

4、水壓力基本保持不變，兩者所定的破壞應力是一致的。（4） 對于超強固結(jié)土，由于超強固結(jié)土有剪脹性，在剪切過程中孔隙水壓力發(fā)生短暫的升高后，就隨著應變的增大而迅速下降，甚至出現(xiàn)負值，此時要保持兩種標準的關(guān)系式成立，要減小，所以出現(xiàn)在之前。5. 真強度參數(shù)的確定方法？在三軸試驗中如何確定參數(shù)的？（8分）p114答：真強度參數(shù)又稱伏斯列夫參數(shù)，是一種表示在相同孔隙比條件下剪切破壞的抗剪強度的參數(shù)。分別作剪切破壞時孔隙比-有效應力的關(guān)系曲線和抗剪強度-有效應力的關(guān)系曲線。在孔隙比-有效應力的關(guān)系曲線取孔隙比相同的三點4/5/6，分別是正常固結(jié)、回彈和再壓縮曲線上的三點，對應于剪強度-有效應力的關(guān)系曲線4

5、/5/6相同的有效應力點，這三點對應相同的孔隙比破壞時時抗剪強度隨法向有效應力的增長，連接三點近似為一條直線， 稱為伏斯列夫破壞線，其中為真強度參數(shù)。6. 土與金屬材料應力應變變化有什么主要區(qū)別？說明其原因或用圖例去解釋土體的硬化與軟化？（7分）p209、213答：（1）金屬材料的應力應變曲線初始階段為直線，材料處于彈性狀態(tài)，當應力達到某一臨界值時，應力應變變?yōu)槊黠@的曲線，材料同時處于彈性和塑性階段，與金屬不同的是土的初始直線段很短，對于松砂和正常固結(jié)粘土幾乎沒有直線段，加荷一開始就是非線性。加荷卸載后在加荷一個循環(huán)后，卸載曲線和再加荷不重合，有明顯的回滯環(huán)出現(xiàn)。7. 砂土與正常固結(jié)粘性土主要

6、變形區(qū)別（體積應變）？劍橋模型如何體現(xiàn)的？三軸試驗與平面應變試驗中強度哪個大？為什么？（8分）p218、p130 (p217)答：壓力會產(chǎn)生體積應變，松砂和軟土由于剪切引起體積應變，表現(xiàn)為剪縮；緊密砂土和超固結(jié)粘土常表現(xiàn)為剪脹。塑性體積應變?yōu)橛不瘏?shù)。平面應變的強度大于三軸試驗測得的強度。中主應力對變形有明顯的影響，由于三軸情況下，試驗表明土在的情況下的抗剪強度大于時，所以平面應變條件下的最大廣義剪應力比三軸對稱情況下的大，而破壞時的軸向應變相近。廣義miss準則可知，土的破壞強度隨著中主應力的增大而8. 彈塑性模型中3個基本假設（條件前提）是什么？舉例一個模型，畫出其屈服面或屈服軌跡？（8分

7、）p231p246答：（1）破壞準則和屈服準則；（2） 硬化規(guī)律；（3）流動法則；劍橋模型：9. 雙曲線模型中，E-V模型參數(shù)有幾個，分別說出各個參數(shù)？E-V模型是屬于彈性的、彈塑性、塑性的？什么試驗可以確定如何確定這些參數(shù)？（8分）p228答：雙曲線模型的參數(shù)有：強度指標,推導體積模量三個參數(shù)破壞比，和，推導泊松比的三個參數(shù)，關(guān)系曲線的斜率，截距，和曲線的斜率模型：用，破壞比、和，K和共個參數(shù)E-V模型是彈性的模型。作三軸固結(jié)排水試驗測軸向應變a和體積應變v。） 在坐標系中繪不同3時的極限摩爾圓，求出2）對每一個3，點繪 - 關(guān)系曲線，近似取為直線 3）點繪 與 關(guān)系曲線，）計算）由試驗關(guān)系

8、，利用式（5-21）轉(zhuǎn)換為關(guān)系。 n 模型和模型的差異兩種模型采用了相同的彈性模量，無論加荷還是卸荷。它們的差異僅在于泊松比n 和體積模量。E-B模型泊松比 大多小于 v模型泊松比雙曲線模型的存在問題）不能反映剪脹剪縮性）不能反映軟化特性）不能反映各向異性，模型的建立和參數(shù)的確定完全依據(jù)大主應力方向加荷的試驗結(jié)果。4） 模型對卸荷狀態(tài)取回彈模量，以便區(qū)別加荷模量。但沒有提出卸荷時的泊松比和卸荷時的體積模量。 10. 說明條分法的優(yōu)缺點？列舉三個條分法的假設？（6分）p424答：（1）條分法的優(yōu)點：離散為為若干個剛體土條，用剛體力學的方法建立平衡方程，不考慮土體變形，計算比較簡單；缺點：由于不考

9、慮土體變形，條分法為超靜定問題，無法求解，需要進行一些假定，不同的條分法因假定不同，這樣使得求解精度存在差異，有時不收斂，求解精度差。條分法共同假定：平面應變問題；土條為剛體；土條底面法向力作用點在底面中點。 瑞典條分法：假定土條側(cè)向力為零；滑面為圓弧面。簡化畢肖普法：假定豎向條間力Y=0，只對豎向條間力建立平衡方程，回避橫向條間力?；鏋閳A弧面。斯賓塞法：土條間相互作用力都相互平行，因此為常量；土條兩側(cè)的條間力的合力作用在土條底側(cè)。摩根斯坦法：假定豎向條間力滿足， 為假定已知函數(shù)11. 破壞準則和屈服準則一樣嗎？為什么？列舉三個破壞準則？哪個中主應力對其沒有影響？用圖說明其中一個破壞準則？說

10、明中主應力對破壞準則如何影響？（8分）P231-P237答：破壞準則和屈服準則不一樣。破壞準則是判斷材料在應力狀態(tài)下何時會破壞，屈服準則判斷的是物體何時會屈服，兩種準則判斷的狀態(tài)不一樣，只是某些情況下近似認為屈服就達到了破壞狀態(tài)，比如理想彈塑性模型摩爾庫倫破壞準則Mises破壞準則屈雷斯卡準則Lade-Duncan 準則如圖 德羅克-普拉格準則（廣義米塞斯準則）如圖對于不同的 強度的變化曲線12. 有限元分析土坡穩(wěn)定性有什么優(yōu)點和難點？談談你自己對這些難點看法和解決方法？（8分）p426答：優(yōu)點：滑動面計算的應力比較真實，可考慮應力應變的非線性和彈塑性； 將穩(wěn)定和位移的發(fā)展聯(lián)系起來； 可以考慮

11、變形引起的應力；難點：用什么標準來判斷整體失穩(wěn)；13. （固結(jié)理論）10米厚的均勻彈性的土層，有100kpa的堆載荷：寫出固結(jié)方程和邊界條件？假設下層不透水和透水層，畫圖說明孔隙水應力變化？假設有蠕變和沒有蠕變情況下，沉降變化曲線（有圖說明），蠕變對沉降有什么影響（12分）p314、339、322、375、3662013級 研究生高等土力學期終考試試卷1. 土是怎么形成的？不同時期和沉淀環(huán)境形成土的性質(zhì)有何差別？（8分）答：土是母巖經(jīng)過風化作用、搬運作用、沉積作用形成的松散堆積物質(zhì)；根據(jù)土堆積的地點與母巖的關(guān)系分為殘疾土、坡積土和運積土，殘積土未經(jīng)搬運后沉積在相同的地點，土結(jié)合更緊密，一般顆粒

12、較大，坡積土的距離次之，顆粒較小，運積土的結(jié)合更松散。不同土的沉積環(huán)境對于土的強度影響較大，土的飽和度，密實度，強度都有很大的差異。2. 土中水有哪些類型？不同類型的水對土失穩(wěn)性質(zhì)有哪些影響? （8分）答：土中的水分為自由水和結(jié)合水。自由水在土體自由流動，影響土的強度，進而影響土的抗剪強度，一般都會降低的土的抗剪強度，增加邊坡失穩(wěn)的因素，自由水土中的流動，會有滲透壓力，滲透壓力的方向不同對邊坡穩(wěn)定性有不同的影響，當水的滲透壓力的方向垂直于邊坡時，比如上游壩坡，可以增加邊坡的穩(wěn)定性，平行于邊坡會降低穩(wěn)定性。結(jié)合水是構(gòu)成粘土的成分之一，是粘土具有塑性應變的主要原因。對粘土的抗剪強度影響較大3. 什

13、么是硬化？什么是軟化？給出典型的硬化和軟化應力應變關(guān)系曲線。（6分）答：應力應變關(guān)系曲線一直呈上升的趨勢直至破壞，這種稱為硬化行軸向應力和軸向應變，軟土和松砂場常表現(xiàn)為這種形態(tài)；曲線的前半部分逐漸升高達到峰值后逐漸降低直至破壞，應力降低應變增加，這種政委軟化型，緊密砂和超壓密粘土表現(xiàn)為這種形態(tài)。如圖。4. 什么是土的剪脹性？從土的微觀組成給出機理解釋？剪脹在哪些條件下發(fā)生？（8分）答：土體受剪后，土體顆粒之間發(fā)生相互錯動，土體塑性體積膨脹的現(xiàn)象，剪縮是體積減小，稱為負剪脹，一般統(tǒng)稱為剪脹性。對于松砂，受剪后某些顆粒體乳原來的空隙，體積變小，對于密砂原來的空隙很小，受剪時土體相互錯動滑移，體積增

14、加。剪脹一般發(fā)生在密砂、超固結(jié)粘土的剪切作用和松砂的剪切作用下 。土體在速星體積應力的作用下壓縮也會引起土顆粒的相對滑動引起剪脹。5. 簡述鄧肯-張E-v非線性彈性模型的基本假設，該模型有哪些參數(shù)？其中K,n如何 確定？（12分）答：鄧肯-張非線性套型模型的基本假定是：（1） 和為關(guān)系曲線近似為雙曲線；（2） 的關(guān)系曲線近似為一條直線；（3） 的關(guān)系曲線近似為雙曲線；（4） 的關(guān)系曲線近似為直線。該模型有參數(shù)：強度指標,推導體積模量三個參數(shù)破壞比，和，推導泊松比的三個參數(shù)，關(guān)系曲線的斜率，截距，和曲線的斜率其中和應用假設的關(guān)系曲線近似為一條直線，得到直線斜率為，截距為。6. 什么叫相關(guān)聯(lián)的流動

15、法則？大致繪制其屈服面在p-q平面上的形狀。修正劍橋模型采用了那種流動法則？大致繪制其屈服軌跡。（10分）答：流動法則：是用于確定塑性應變增量的方向的假定，相關(guān)聯(lián)的流動法則指的是：假定塑性勢函數(shù)與屈服函數(shù)一致，屈服面就是塑性勢面。劍橋模型是相關(guān)聯(lián)的流動法則。7. 簡述太沙基固結(jié)理論和比奧固結(jié)理論的基本假設，求解方法、適用條件的異同，并就適用條件舉例說明（2-3例）（12分）答：太沙基固結(jié)理論的基本假定：（1） 假設土體均勻，線彈性，飽和狀態(tài)；（2） 土體變形是小變形；（3） 土體顆粒和水均不可壓縮（4） 土體滲流滿足達西定律，滲透系數(shù)為常數(shù)；（5） 荷載一次施加，總應力不隨時間變化（6） 只有

16、豎向方向的變形和滲流，無側(cè)向膨脹比奧固結(jié)理論：（1）假設土體均勻，線彈性，飽和狀態(tài)；（2）土體變形是小變形；（3）土體和水均不可壓縮（4）土體滲流滿足達西定律，滲透系數(shù)為常數(shù)；（1） 太沙基方程只有位移為未知量，不考慮位移和孔隙水壓力的耦合，求解出位移在根據(jù)位移求孔隙水應力，而比奧固結(jié)理論需要同時求解位移和空隙水壓力，考慮了位移和孔隙水壓力的耦合（2） 適用條件：l 太沙基固結(jié)理論適合大面積堆荷，總應力不變的情況下，同時僅對一維問題適用，不適合二維、三維問題求解；比奧固結(jié)理論假設總應力隨時間變化，比如河水中的橋墩建筑過程，對孔隙水壓力的影響是明顯的；l 太沙基固結(jié)理論與泊松比無關(guān)，而比奧固結(jié)理

17、論受泊松比影響明顯，泊松比小的時候，固結(jié)慢，反之，固結(jié)快。l 固結(jié)初期階段對于比奧固結(jié)曲線，孔隙水壓力有所上升超過初試孔隙水壓力，在泊松比較小的時候尤為明顯，如曼德爾效應，太沙基則無此現(xiàn)象。8. 不同固結(jié)狀態(tài)下的粘性土在什么條件下剪切有可能發(fā)生蠕變，為什么？（10分）答：粘性土的蠕變機理：當土體在荷載作用下完成瞬時變形，由粘性土顆粒周圍包圍的薄膜水薄厚不均引起薄膜水的遷移，使得土體顆粒位置的重新排布，宏觀上引起土體的變形，而且薄膜水的粘滯性較大，一般這種變形較為緩慢。這種變形分為剪切流變和壓縮流變。薄膜水在荷載作用下慢慢轉(zhuǎn)化為自由水。薄膜水的粘滯性受到溫度的影響，溫度越高，粘滯性越小，變形月快

18、。飽和的靈敏度高的軟粘土在不排水條件下剪切和超固結(jié)土在排水條件下剪切時都容易產(chǎn)生蠕變破壞。9. 砂土的臨界孔隙比的定義是什么？如何用試驗來測定？（5分）答：？砂土的臨界孔隙比：由不同初試孔隙比的砂土式樣在同一壓力下進行剪切試驗，得到初試孔隙比與體積應變之間的關(guān)系，相應于體積變化為零的初始孔隙比即為臨界孔隙比。？給定砂土在不排水剪中必有不引起強度改變的初始孔隙比，稱為臨界孔隙比?？捎扇S固結(jié)排水剪和固結(jié)不排水剪試驗來測定。CD試驗測定臨界孔隙比：不同初始孔隙比（密度不同）在相同的固結(jié)壓力下進行CD試驗，測出式樣剪切破壞時的體積應變，繪制初始孔隙比和體積應變的關(guān)系曲線，其中體積應變?yōu)榱銓某跏伎紫侗染褪窃摴探Y(jié)壓力下的臨界孔隙比，臨界孔隙比隨著的固結(jié)壓力增加而減小。CU 試驗：相同的固結(jié)壓力下，不同的初始孔隙比式樣的固結(jié)不排水剪測得剪破時的孔隙水壓力后，繪制繪制破壞孔壓和初始孔隙比的關(guān)系曲線，在縱軸上找到固結(jié)壓力對應的點做水平線交曲線于一點，該點的橫坐標對應臨界空隙比10. 無粘性土的抗剪強度由哪幾部分組成？松砂和密砂有什么不同