(完整word)高等土力學歷年真題

1、高等土力學歷年真題一、 黃土濕陷性機理與處治方法。（2010年）1、黃土濕陷泛指非飽和的、結構不穩(wěn)定的黃色土，在一定壓力作用下，受水浸濕后， 土的結構迅速破壞，發(fā)生顯著的附加下沉現象。黃土濕陷現象是一個復雜的地質、物理、化 學過程，對于濕陷的機理目前國內外有多種假說，歸納起來可分為內因和外因兩個方面。黃土形成初期，季節(jié)性的少量雨水把松散的粉粒粘聚起來，而長期的干旱使水分不斷蒸 發(fā)，于是少量的水分以及溶于水中的鹽類都集中到較粗顆粒的表面和接觸點處，可溶鹽逐漸 濃縮沉淀而成為膠結物。同時隨著含水量的減少，土顆粒彼此靠近，顆粒間的分子引力以及 結合水和毛細水的聯(lián)結力逐漸加大，這些因素都增強了土粒之間

2、抵抗滑移的能力，阻止了土 體在自重壓密，從而形成以粗粉粒為主體骨架的蜂窩狀大孔隙結構。當黃土受水浸濕或在一定外部壓力作用下受水浸濕時，結合水膜增厚并楔入顆粒之間， 于是結合水聯(lián)系減弱，鹽類溶于水中，各種膠結物軟化，結構強度降低或失效，黃土的骨架 強度降低，土體在上覆土層的自重壓力或在自重壓力與附加壓力共同作用下，具結構迅速破 壞，大孔隙塌陷，導致黃土地基附加的濕陷變形。2、黃土地基處理方法地基處理應考慮場地的選擇和勘探，黃土濕陷類型的派別和地基處理方法的選擇，以達 到建筑設計經濟與安全的要求?；彝翂|層傳統(tǒng)方法，用于高層建筑更能發(fā)揮其作用，它具有一定的膠凝強度和水穩(wěn)定 性，在基礎壓力作用下以一定

3、的剛性角向外擴散應力，因而常用作剛性基礎的底腳。砂石墊層 用于地下水位較高的軟弱土層，厚度約 1-3m,其下為工程性能良好的下臥 層。強夯法 是處理濕陷性黃土地基最經濟的一種方法，其處理土層厚度一般用梅納提出的估算公式zQH灰土擠密樁 是處理大厚度濕陷性黃土地基方法之一，其作用是擠密樁周圍的土體，降 低或者消除樁深度內地基土的濕陷性，提高承載力。振沖碎石樁 主要用于飽和黃土的地基處理，它以振沖置換作用為主。打入混凝土預制樁 錘擊沉入的鋼筋混凝土預制樁，質量穩(wěn)定，工藝簡便，是目前高層 建筑基礎應用較廣的一種。灌注樁主要用于飽和黃土填土地基，他是利用挖空或沉樁基將鋼制樁管沉入土中成孔 再向樁孔中放

4、置鋼筋網，然后在向樁管內灌入流動性的混凝土或粉煤灰混凝土，并逐漸慢速提升樁管，在土中形成剛勁混凝土樁體。深層水泥攪拌樁 加固軟土地基在沿海地區(qū)及南方地區(qū)已大量使用，工藝也相當成熟。也用于處理飽和黃土地基取得了顯著成效，它具有無振動，無污染，功效高，成本較低的優(yōu)點。大直徑擴底灌注樁 多用于高層和高聳構筑物，技術經濟效果好，解決了大荷載下的基礎工程。二、論述土的本構關系分類，并舉例說明。 （2010 年、 2013 年 ）1、彈性本構關系彈性本構關系可分為線彈性本構關系和非線性彈性本構關系。 線彈性本構關系即一般的彈性力學，其應力應變關系服從廣義胡克定律。非線性本構關系的應力應變曲線是非線性的，但

5、是加卸載仍然沿著一條曲線。該本構關系未考慮土的塑性變形，因而僅當受力體各點都是加荷條件時，才近似符合實際，而且也沒有考慮應力路徑和中主應力的影響。2、彈塑性本構關系彈塑性模型則把總的變形分成彈性形變和塑性形變兩個部分，用胡克定律計算彈性變形部分，用塑性理論來解塑性變形部分。對于塑性變形，要做三方面假定： 破壞準則和屈服準則；硬化規(guī)律；流動法則。該本構關系可分為剛性理想塑性本構關系、理想彈性塑性本構關系和彈塑性應變硬化（或軟化）型本構關系。代表性模型劍橋模型英國劍橋大學提出的用于正常固結或弱超固結粘土的模型，由三軸壓縮試驗結果整理處q-p和e-p關系曲線。土中e為孔隙比，應力p、q指的是有效應力

6、； 圖中實線表示排水剪試驗，虛線為固結不排水試驗。3、流變型本構關系該本構關系考慮應力、應變隨時間變化的本構關系，是彈性。塑性和粘滯性三者相結合而成的。三、太沙基理論與比奧理論的比較分析。 （2010 年、 2013 年 ）土體在荷載作用下內部含水緩慢滲出，體積逐漸減小，這一現象稱為土的“固結” 。（ 1）建立方程所依據的假定兩種理論的假定是基本一致的，即骨架線性彈性、變形微小、滲流符合達西定律。但是，有一個原則區(qū)別，那就是太沙基理論增加了一個假定固結過程中法向總應力和不隨時間而變。太沙基方程是比奧方程在法向總應力之和不隨時間變化的假定下的一種簡化(2)孔隙壓力與位移的聯(lián)系由于兩種理論在假定上

7、有差別，導致了建立的方程形式不同。太沙基方程中只含孔隙壓 力1個未知變量與位移無關，因此，不需要引入幾何方程，不需要將孔隙壓力與位移聯(lián)系起 來，孔隙壓力的消散僅僅決定于孔隙壓力初始條件和邊界條件與固結過程中的位移無關；而 比奧方程則包含孔隙壓力和位移的聯(lián)立方程組，需要完整的引入物理方程，進而引入幾何方 程，最后把孔隙壓力和位移聯(lián)系起來。(3)孔隙壓力隨時間的變化太沙基理論曲線與泊松比v無關，而比奧曲線受到v的影響很明顯，若v小則周結慢， 反之，v大周結快。此外，周結初期階段對于比奧曲線，孔隙壓力會有所上升，超過初始孔 隙壓力，在v較小時尤為顯著，而太沙基曲線則無次現象。(4)總應力與變形協(xié)調條

8、件太沙基固結理論在處理多維固結問題中，它忽略了變形協(xié)調條件對固結過程中總應力的 影響，所獲得的結果只是近似的。比奧提出的固結理論，考慮的這種影響，借助計算機和有 限單元發(fā)等數值求解，可廣泛來解決各種實際工程的固結問題。四、論述軟土路基分級加荷作用原理。(2010年、2013年)應力路勁：指在外力作用下，土中某一點的應力變化在應力坐標圖中的軌跡。設地基土是正常固結的，路堤填土施工是分級填的，從圖中可以得到啟發(fā)。a點表示地基中某點的初始應力狀態(tài)(例如在自重應力作用下的狀態(tài))。對于第一級荷載，有效應力路徑 將有如圖中弧al曲線形態(tài)，若加荷后允許地基土充分排水固結，則應力路徑為水平線1-1。如果以后的

9、各級荷載均按第一級加荷的方法，則將得到應力路徑為a-1-1-2-2-.-4等。通過應力路徑圖可以明顯的看得到這種施工加荷方法的有點，它使地基土體得以有效的排水固結，從而提高了抗剪強度。地基由于固結獲得的強度較一次連續(xù)加荷而不讓土體固結所可能有的 強度破壞值增長了 A t=t f(c)- t f(b)。應力路徑圖形象而清晰的把土中強度變化過程表現了出 來。而且也說明了由于應力路徑不同，強度不是一個單一的確定值。At 五、砂土液化機理及其防治措施。 （2010 年、 2013 年 ）1、砂土液化機理由于飽和土空隙中充滿水，地震時土粒與水的運動并不一致，土粒在振動中變密，而受到水的阻礙將能量傳遞給水

10、，水受到土粒的壓迫后孔壓升上。如果空隙水不能迅速排出、空隙水壓力就越來高，而土粒所受的有效應力則相應減少。最終有效應力減至零，土粒間無力的傳遞，土粒失重，懸浮水中，而空隙壓力上升到等于土的最初的有效應力。此時土骨架崩潰，土粒可隨水流動，這是液化過程。飽和土的液化是孔壓力上升的結果。2、防止砂土液化的工程措施對于地基液化范圍不大，可以根據具體情況或避開或挖除。但如果地基中液化范圍較廣較深時，一般只能采取加固的措施。我國目前常用的加固方法有人工加密、圍封、樁基以及蓋重等。（ 1）加密，增加砂土層密度，如用振浮發(fā)、砂樁擠密法以及強夯法。（ 2）圍封，用板樁把有可能液化的范圍包圍起來。（ 3）樁基，是

11、將建筑物支撐在樁基礎上，而樁必須穿過可能液化的砂層，支承在下部不液化的密實土層上。（ 4）蓋重，是加大可液化的砂層上覆蓋壓力，同時采取排水措施，對防止液化有一定效果。六、軟土地基的處理方法。 （2010 年 ）軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙 比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。軟弱土地基處理的方法可分為置換法、排水固結、灌入固化物、振密或擠密、加筋、冷熱處理、托換、糾傾八大類。（ 1）置換法，用物理力學性質較好的巖土材料置換天然地基中的部分或者全部軟弱土，形成雙層地基或復合地基，以達到地基處理的目的。主要包括換土墊層法、擠淤置換法、強夯置換法、砂石樁置換法、石灰樁法等。

12、（ 2）排水固結，通過土體在一定荷載作用下固結，土體強度提高，孔隙比減小來達到地基處理的目的。當天然地基土滲透系數較小時，需設置豎向排水通道，以加速土體固結。常用的豎向排水通道有普通砂井、袋裝砂井和塑料排水帶等。按加載形式分類它主要包括加載預壓法、超載預壓法、真空預壓發(fā)、真空預壓與堆載預壓聯(lián)合作用法，以及降低地下水位法（ 3）灌入固化物法，向土體中灌入或拌入水泥、或石灰、或其他化學固化漿材在地基中形成增強體，以達到地基處理的目的。它主要包括深層攪拌法、高壓噴射注漿法、滲入性灌 漿法、劈裂灌漿法、壓密灌漿發(fā)和電動化學灌漿法等、（ 4）振密、擠密法，采用振動或擠密的方法使未飽和土密實以達到地基處理

13、的目的。主要包括表層原位壓實法、強夯法、振沖密實法、擠密砂石樁法、爆破擠密法、土樁、灰土樁法、柱錘沖孔成樁法、夯實水泥土樁法等。（ 5）加筋法，在地基中設置強度高、模量大的筋材以達到地基處理的目的。這里也包括在地基中設置混凝土樁形成復合地基。主要包括、加筋土法、錨固法、樹根樁法、低強度混凝土樁復合地基法、鋼筋混凝土樁復合地基法等。（ 6） 冷熱處理法， 通過凍結土體或加熱地基土體改變土體物理力學性質以達到地基處理的目的。包括凍結土體和燒結法。（ 7）托換法，對原有建筑物地基和基礎進行處理、加固或改建。基礎加寬托換法、墩式托換法、樁式托換法、地基加固法、以及綜合托換法。（ 8）糾傾法，對沉降不均

14、勻造成傾斜的建筑物進行矯正的手段。加載迫降法、掏土迫降法、黃土浸水迫降法、頂升糾傾法、綜合糾傾法等。七、解釋樁基礎負摩阻力并說明其成因及對工程的影響。（ 2011 年）一般情況下 ，樁受軸向荷載后，樁相對于樁側土體發(fā)生向下位移，土對樁產生向上作用的摩阻力，稱為正摩阻力。但當樁周土體因某種原因發(fā)生下沉，其沉降變形大于樁身的沉降變形時，在樁側表面將出現向下作用的摩阻力，稱其為負摩阻力。樁基礎負摩阻力發(fā)生的主要有一下幾個原因：（ 1）在樁附近大量堆載，引起地面沉降；（ 2）土層中抽取地下水或者其他原因，地下水位下降，使土層產生自重固結沉降；（ 3）樁穿過欠壓密土層進入硬持力層，土層產生自重固結沉降；

15、（ 4）密集群樁打樁時，使樁周土體中產生很大的超空隙水壓力，打樁停止后樁周土的再固結作用引起下沉；（ 5）在黃土凍土中的樁因黃土濕陷凍土融化產生地面下沉。樁的負摩阻力的發(fā)生將使樁側土的部分重力傳遞給樁，因此負摩阻力不但不能成為樁承 載力的一部分，反而會成為施加在樁上的外荷載，對入土深度相同的樁來說，若有負摩阻力 發(fā)生，則樁的外荷載增大，樁的承載力相對降低，樁基沉降加大。八、列舉三種土坡穩(wěn)定分析的極限平衡法的基本原理，加以對比并討論其優(yōu)缺點。極限平衡法依據的是邊坡上的滑體或滑體分塊的力學平衡原理來分析邊坡在各種破壞模 式下的受力狀態(tài)，以及邊坡滑體上的抗滑力和下滑力之間的關系來對邊坡的穩(wěn)定性進行評

16、價 的計算方法。以下列舉了三種極限平衡法其原理及優(yōu)缺點。1、瑞典圓弧法，均質粘性土坡滑動時，其滑動面常近似為圓弧形狀，假定滑動面以上的 土體為剛性體，即計算時不考慮滑動土體內部的相互作用力，假定土坡穩(wěn)定屬于平面應變問 題。取圓弧滑動面以上滑動體為脫離體，阻止滑動的抗滑力矩與 土體繞圓心O下滑的滑動力矩之比，即為邊坡穩(wěn)定安全系數， 阻止土體滑動的抗滑力等于土的抗剪強度與滑弧長度的乘積。該法是極限平衡法中最簡單的一種方法。但該方法由于引入過多的簡化條件和考慮因素的限制，它只適用于小=0的情況，并且的穩(wěn)定系數偏低。2、瑞典條分法，是將假定滑動面以上的土體分成 n個垂直土條，邊坡破壞時，對作用于 各土

17、條上的力進行力和力矩平衡分析，阻止滑動的抗滑力矩與促使滑動的滑動力矩之比，即 為邊坡穩(wěn)定安全系數。由于忽略了土體間的條問力，該方法是條分方法中最簡單的方法。但是，正式由于忽略 了條問力，計算的安全系數偏小。假設滑裂面是圓弧型的，與實際滑裂面有差別。3、畢肖普法，提出的土坡穩(wěn)定系數的含義是整個滑動面上土的抗剪強度與實際產生剪應力的比，并考慮了各土條側面間存在著作用力。假定滑動面是以圓心為0,半彳為R的滑弧,從中任取一土條為分離體，其分離體的周邊作用力為：土條重引起的切向力和法向反力，并 分別作用于底面中心處；土條側面作用法向力和切向力。根據靜力平衡條件和極限平衡狀態(tài) 時各土條力對滑動圓心的力矩之

18、和為零等，可得土坡穩(wěn)定系數。該方法只忽略了條間切向力，比瑞典條分法更為合理，計算也不復雜，與更精確的方法 相比，可能低估安全系數（27） %。九、樁式基礎的類型及其設計計算假定及其發(fā)展群趨勢。（2013年）1、分類（1）樁基礎按承臺位置分類，分為高樁承臺和低樁承臺基礎。(2)樁按施工方法分類，細分超過 30多種，基本形式分為沉樁(預制樁)和灌注樁， 沉樁包含打入樁、振動下沉樁、靜力壓樁，灌注樁包含鉆挖孔灌注樁、沉管灌注樁。(3)根據成樁方法和成樁過程的擠土效應，將樁分為擠土樁，部分擠土樁和非擠土樁。(4)根據樁土相互作用特點，基樁可分為豎向受荷樁，橫向受荷載樁和樁墩。(5)按樁身材料分類：鋼樁

19、、鋼碎樁。2、計算假定樁在橫軸向荷載作用下樁身的內力和位移計算，國內外學者提出了許多方法。目前較為普遍的是樁側土采用文克爾假定(梁身任一點的土抗力和該點的位移成正比)，通過求解撓 曲微分方程，再結合力的平衡條件，求出樁各部位的內力和位移，該方法稱為彈性地基梁法。根據求解方法的不同，通常有半解分析法(幕級數解、積分方程解、微分算子解)、有 限差分法和有限元解等。公路、鐵路常用 m法、 K”法、“常數”法、“ C”法，均屬于此種方法。(1)“m 法假定地基系數C隨深度主線性增大，C=mZ m地基系數隨深度變化的比例系數。(2) “K” 法假定C隨深度呈折線變化，折線凹拋物線，以下 C=K常數。(3

20、) “C” 法C隨深度量拋物線增加。(4) C=k0常數。(5) 展趨勢(1)樁的尺寸向長、大方向發(fā)展。高層、超高層、大型基礎。南京長江二橋主塔基礎直徑3由7 150m(2)樁的尺寸向短小的方向發(fā)展。老城區(qū)的改造，基礎加深等。(3)向攻克樁成孔難點方向發(fā)展。(4)向低公害工法樁方向發(fā)展。(如靜壓力，減少噪音、振動、油漬)十、沉降計算中通常有幾種沉降分量，試論述其形成機理及計算原理。（ 1）沉降分量區(qū)分按產生時間的先后順序有瞬時沉降，主固結沉降和次固結沉降。按變形方式有單向的變形沉降和二向以及三向的變形。（ 2）形成機理瞬時沉降是加載瞬間產生的沉降，對于飽和土體而言，地基土在不排水條件下收荷載作

21、用產生的地面沉降；主固結沉降是土體在外荷載作用下產生的超靜水壓力迫使土中水外流，土孔隙減小，形成的地面下沉；次固結沉降是土體骨架蠕變產生的沉降，地基土中超靜水壓力全部消散，主固結完成后繼續(xù)產生的那部分沉降。（ 3）計算原理瞬時沉降可采用彈性理論進行計算。地面在集中荷載作用下載半無限彈性地基在地面距荷載作用點 r 處的地面沉降Si 可以求得；積分后可得舉行或圓形基礎在均布荷載作用下，不同部位的的地面瞬時沉降Si ；進而，在有限厚度和基礎埋深的條件下基礎的平均瞬時沉降；最后確定彈性模量E 并對瞬時沉降進行修正。主固結沉降在工程中應用最多的是單向壓縮沉降法和三向效應法。此類方法是按彈性理論計算土體中

22、的應力，通過實驗提供各變形參數，利用分層疊加原理，可以方便地考慮到土層的非均質、應力應變關系的非線性等實際存在的復雜因素。次固結沉降在以孔隙水壓力消散為依據的經典太沙基固結理論中未予以考慮，近年來許多學者研究過此問題，試圖為其建立數學模型，但考慮到計算成果的簡潔性、計算參數的可確定性故通常采用布依斯曼建議的半經驗發(fā)估算次壓縮沉降量。十一、試論述土的壓實機理在工程建設中，經常遇到填土壓實的問題，例如修筑道路、水庫、堤壩、擋土墻、建筑物地基回填等，為了提高填土的強度，增加土的密實度，降低其透水性和壓縮性，通常用分層壓實的辦法來處理地基，采用夯打、振動或碾壓等方法使土得到壓實，從而保證地基和土工建筑物的穩(wěn)定。土的壓實是指土體在壓實能量作用下，土顆?？朔ｉg阻力，產生位移，土顆粒重新排列，使土中的孔隙減小，密實度增加。土料壓實的實質是將水包裹的土料擠壓填充到土粒的空隙里，排走空氣占有的空間，使土料的空隙率減少，密實度提高。顯然土料壓實過程是在外力作用下土料的三相重新組合的過程