巖土力學考試題

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巖土力學作業(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)教課進度達成。

一、填空題〔每空1分，合計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、和液相三局部構(gòu)成。

3．土體的應(yīng)力按惹起的原由分為

自重應(yīng)力

和

附帶應(yīng)力

兩種。

4．關(guān)于天然土，OCR>1

時的土是

超固結(jié)土

，OCR=1

的土屬于

正

常固結(jié)土，而OCR<1的土是欠固結(jié)土。

5.土的顆粒剖析試驗最常用的室內(nèi)試驗方法有

篩析法

和比重

計法

。

6.土體的變形可分為由正應(yīng)力惹起的

體積變形

和由剪應(yīng)力惹起

的形狀變形。

依據(jù)土顆粒的大小、粒組顆粒含量把地基土分紅碎石土、砂土、粉

土、粘性土和人工填土。

8.依據(jù)浸透損壞的機理，浸透損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)可歸納為三點：一是盡量減少滲漏量；二

是提前開釋浸透壓力，保證地基與水工建筑物有足夠的靜力穩(wěn)固性；三是防備浸透損壞，

保證浸透穩(wěn)固性。

二、問答題〔每題5分，合計35分〕

1．什么是孔隙比e、孔隙率n，兩者的關(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)力消失的程度。

在壓力作用下，飽和土體固結(jié)的力學實質(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

不停消失、附帶有效應(yīng)力不停增添的過程，即超孔隙水應(yīng)力漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦綆?/p>

有效應(yīng)力的過程。

土的級配曲線的特色可用哪兩個系數(shù)來表示？這兩個系數(shù)是如何定義

的？

答：不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc

d602，Ccd30Cud10d60d10d10，d30，d60為粒徑散布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為10%，

30%，60%時所對應(yīng)的粒徑。

請寫出無側(cè)向變形條件下的壓縮量計算公式，并指出各個量的含義。

SeSavPH或SPHH或1e1Es1e1S為壓縮量，H為試樣的高度，av為壓縮系數(shù)，e為孔隙比，Es壓縮模量。簡述浸透變形的產(chǎn)生條件。

依據(jù)浸透損壞的機理，可將產(chǎn)生浸透變形的條件分為兩種種類，其一是動水壓力

和土體結(jié)構(gòu)，它們是產(chǎn)生浸透變形的必需條件；另一類那么是地質(zhì)條件和工程要素，稱之

為充分條件。只有當土具備充分必需條件時，才發(fā)生浸透損壞。

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)力的不一樣性質(zhì)和它們與所有

應(yīng)力的關(guān)系。有效應(yīng)力原理概括起來可由下邊兩個重點表達：

飽和土體內(nèi)任一平面上遇到的總應(yīng)力可分為有效應(yīng)力和孔隙水壓力兩局部；

土的變形與強度的變化僅決定于有效應(yīng)力的變化。

六、計算題〔共4題，計40分〕

1.一均質(zhì)無粘性邊坡，sat為20KN/m3，30°，坡角25°，試問干坡

或完整浸水時，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

將抵達極限均衡狀態(tài)？

解：在干坡或浸水時，安全系數(shù)為：

Fstgtg

有順坡滲流發(fā)生邊坡抵達極限均衡狀態(tài)時：Fs=1，那么

tgtg=〔〕×sat坡角為：o

2.土粒比重為2072，飽和度為37%，孔隙比是，當飽和度提升到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：

3Vs=V/(1+e)=1/(1+0.95)=m

3Vv=eVs=×=m

當Sr=37%時，Vw1=SrVv=×=3當Sr=90%時，Vw2=SrVv=×=m3那么Vw=–=m3應(yīng)加水：Ww=wWw=10×=

有一8m厚的飽和黏土層，上下兩面均可排水，現(xiàn)從黏土層中心處獲得

2cm厚的試樣做固結(jié)試驗〔試樣上下均有透水石〕。試樣在某級壓力下抵達

60％的固結(jié)度需要8分鐘，那么該黏土層在相同的固結(jié)壓力作用下抵達60％

的固結(jié)度需要多少時間？假定該黏土層單面排水，所需時間為多少？

答：因為原位土層和試樣土的固結(jié)度相等，且值相等，因此Tv1Tv2又土的性質(zhì)相同，Cv1Cv2t1t2t1t2H1280027H12H22H22802210〔如改單面，22其抵達60%固結(jié)度時間為t3由Tv1Tv3，Cv1Cv3

那么t12t32t34t1107H1H12依據(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)力隨深度的散布曲線圖。

［解］由圖〔a〕給出的資料，可計算出各土層分界面上的應(yīng)力：

sz11h141.0)51kPasz2sz12'h2519.8)1sz3sz23'h39.8)2sz4sz34'h4(209.8)3上述自重應(yīng)力隨深度的變化關(guān)系結(jié)果(b)。粘1＝3

土

2＝3kN/m3粉質(zhì)kN/m3＝3黏土kN/m3細4＝3砂kN/m3(a)(b)

巖土力學作業(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)教課進度達成。一、單項選擇題〔每題2分，合計10分〕1．粘性土的抗剪強度由兩局部構(gòu)成，一局部是顆粒間的粘結(jié)力，另一局部是(a)a.摩擦力b.水壓力c.有效應(yīng)力d.荷載2．直接剪切試驗測定土的天然強度為〔c〕fua.13fub.qutgMmax2fuc.cqqfud.D2D22H33．地基土發(fā)生剪切損壞而失掉整體穩(wěn)準時的基底最小壓力為〔b〕a、同意承載力b、極限承載力c、承載力特色值4．在滲流作用下，土體中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中流失的現(xiàn)象稱為〔b〕a.流土b.管涌c.接觸流失d.接觸沖洗5．條形根基豎直均布荷載下附帶應(yīng)力計算時，附帶應(yīng)力系數(shù)的確定應(yīng)依據(jù)〔d〕比值查表確立。和z/B和x/B和z/L和z/B。二、填空題〔每空1分，合計20分〕．為了考慮固結(jié)程度和排水條件抗衡剪強度的影響，依據(jù)加荷速率的快慢將直剪試驗區(qū)分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種種類。

依據(jù)固結(jié)排水條件的不一樣，相應(yīng)于直剪試驗，三軸試驗也可分為不固結(jié)不排水剪

、固結(jié)不排水剪(CU)和固結(jié)排水剪(CD)三種種類。3．某土單元體抗剪強度指標

c＝20Kpa

，

18

，大主應(yīng)力σ

1＝400Kpa

，那么該單

元體小主應(yīng)力σ

3＝

182

Kpa

時，該土處于極限均衡狀態(tài)，假定σ

3＝200Kpa

，該土

處于

穩(wěn)固

狀態(tài)。

．飽和砂土在低圍壓下受剪時，關(guān)于松砂來說，其固結(jié)不排水剪試驗測得的強度要比

固結(jié)排水剪試驗測得的強度高〔高或低〕，關(guān)于緊砂來說，其固結(jié)不排水剪試驗測

得的強度要比固結(jié)排水剪試驗測得的強度低〔高或低〕。

5.依據(jù)摩爾-庫倫損壞準那么，理想狀態(tài)下剪破面與大主應(yīng)力面的夾角為：45o/2。6．太沙基公式中，Nγ、Nq、NC稱為承載力系數(shù)，由內(nèi)摩擦角確立。7.地基剪切損壞的三種形式為整體損壞、局部剪切和沖切8.影響地基承載力的要素有：土的容重、地下水位、根基的寬度和根基埋深。四、簡答題〔每題5分，合計40分〕1.什么叫土的抗剪強度?常用的試驗方法有哪些?土的抗剪強度是指土體關(guān)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵擋能力?？辜魪姸仍囼灥姆椒ㄓ惺覂?nèi)試驗和野外試驗等，室內(nèi)最常用的是直剪試驗、三軸壓縮試驗和無側(cè)限抗壓強度試驗等。野外試驗有原位十字板剪切試驗等。試述莫爾庫倫損壞準那么，什么是極限均衡條件？

當莫爾應(yīng)力圓在強度線之內(nèi)時，說明單元土體中任一平面的剪應(yīng)力都小于該面上相應(yīng)的抗剪強度，故鄉(xiāng)體單元處于穩(wěn)固狀態(tài)，沒有剪破；當莫爾應(yīng)力圓與強度線相切時，

說明單元土體中有一平面的剪應(yīng)力抵達了它的抗剪強度；把莫爾應(yīng)力圓與庫倫抗剪強度相切時的應(yīng)力狀態(tài)，作為土的損壞準那么。

依據(jù)莫爾-庫倫損壞準那么來研究某一土體單元處于極限均衡狀態(tài)時的應(yīng)力條件及其大、小主應(yīng)力之間的關(guān)系稱為極限均衡條件。

3.什么是主動土壓力，什么是被動土壓力？

假如擋土結(jié)構(gòu)在土壓力的作用下，其自己不發(fā)生變形和任何位移〔挪動或轉(zhuǎn)動〕，

土體處于彈性均衡狀態(tài)，那么這時作用在擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力稱為靜止土壓力。

擋土結(jié)構(gòu)在土壓力作用下向走開土體的方向位移，跟著這種位移的增大，作用在擋

土結(jié)構(gòu)上的土壓力將從靜止土壓力漸漸減小。當土體抵達主動極限均衡狀態(tài)時，作用在

擋土結(jié)構(gòu)在荷載作用下向土體方向位移，使土體抵達被動極限均衡狀態(tài)時的土壓力稱為被動土壓力。

發(fā)生滑坡時，土體內(nèi)的滑動面上的剪應(yīng)力抵達抗剪強度的原由是什么？

一是因為剪應(yīng)力的增添。二是因為土體自己的抗剪強度減小。

確立地基承載力的方法有那些？

答：(1)按土的強度理論確立地基承載力〔普朗特極限承載力公式、太沙基極限承載力

公式、魏錫克極限承載力公式〕

(2)標準查表方法〔依據(jù)野外果斷結(jié)果或土的物理性質(zhì)指標查表確立〕。

靜載荷試驗及其余原位測試方法〔標準貫入試驗、靜力觸探試驗，輕巧觸探試

6.土的抗剪強度指標為何?影響土的抗剪強度要素有哪些?

土的抗剪強度指標為c，。土的抗剪強度影響影響要素有：

土粒的礦物成分、形狀、顆粒大小與顆粒級配

土的密度

含水量

土體結(jié)構(gòu)的擾動狀況

孔隙水壓力的影響

五、計算題

〔每題

10分，合計

40分〕

1.地基中一點的大小主應(yīng)力為

1

300kPa

，

3

150kPa

，土的強度指標

20kPa，16°，試判斷該點能否會剪破？剪破面與大主應(yīng)力之間的夾角為多

少？

解：由摩爾-庫倫準那么：

1f3ftg2(45o2)2ctg(45o2)=150×1.76+2×20×因為：σ1f>σ1=300kPa

或σ3

所以不會剪破。某擋土墻高8m，墻背豎直圓滑，填土面水平，填土為無粘性土，γ=18kN/m3，φ=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算主動土壓力以及作用點地點。

解〔1〕土壓力系數(shù)

katg2452tg24530123〔2〕主動土壓力墻頂pa=qka=20×墻底pa=qka+rHka=6.7+18×8×總土壓力Pa=〔〕/2×作用點距墻底的距離88188y223在均布條形荷載作用下，土體中A點的大主應(yīng)力σ1=400kPa中，小主應(yīng)力σ3=150kPa，土的抗剪強度指標c=0，φ=30°。試求：A點處土能否處于極限均衡狀態(tài)。

最危險的剪應(yīng)力面與最大主應(yīng)面夾角為多少度？

3計1tg24522ctg452解：1〕400tg230264520tg45133kPa22133kPa＜150kPa處于穩(wěn)固狀態(tài)2〕最危險的剪應(yīng)力面與最大主應(yīng)面夾角60°〔10分〕4．有一條形根基，寬度B為6m，埋深D為，其上作用著中心荷載P為1700kN/m，地基土質(zhì)均勻，容重為19kN/m3，土的強度指標為：c=20kPa，=20o，安全系數(shù)為，假定基底完整粗拙，應(yīng)用太沙基理論，驗算地基的穩(wěn)固性(=20o時，Nr，Nq，Nc15)?！?0分〕

解：〔1〕基底壓力為：

由太沙基理論，地基的極限承載力為

fu1BNrqNqcNc=19×6×3.5/1+19××6.5+20×2允許承載力為

fuFs

因為：p>[f]，地基不穩(wěn)固。

巖土力學作業(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)教課進度達成。一、單項選擇題〔每題2分，合計10分〕1．巖石內(nèi)結(jié)晶晶格錯位的結(jié)果，惹起巖石的〔b〕a、晚性損壞b、塑性損壞c、弱面剪切損壞2．巖石的單軸抗壓強度一般與單軸抗拉強度間成以下哪一種關(guān)系：(b)a.Rc=(1-4)Rtb.Rc=(4-10)Rtc.Rt=(1-4)Rcd.Rt=(1-4)Rc3．下邊巖體的那種應(yīng)力狀態(tài)是穩(wěn)固狀態(tài)(a)a.13<sinαb.13>sinα2cctg2cctg1313c.13=sinα2cctg134.廣義虎克定律中巖石的剪切模量G為〔a〕a.E，E，ME，MEG2(1)Gb.2(1)Gc.2(1Gd.))2(1

5.巖石的變形〔彈性〕模量可表示為〔c〕a.Ep(1)，b.Ep(1)，c.Epr(1)，d.Epr(1)yryryy

二、填空題〔每空1分，合計20分〕

．巖石的損壞形式：脆性損壞、延性損壞、弱面剪切損壞。

．巖石的力學強度是工程設(shè)計中最重要的力學指標，分別是單軸抗壓強度，抗拉強度、抗剪強度。

．巖石的抗壓強度就是巖石試件在單軸壓力〔無圍壓〕作用下，抗壓損壞的極限能力。

4．巖石的抗剪強度就是指巖石抵擋剪切損壞〔滑力〕的能力，用凝集力C和內(nèi)摩

擦角Φ來表示。

5．巖石的變形是指巖石在任何物理要素作用下形狀和體積大小的變化。

巖石的變形特征常用彈性模量E和泊松比μ兩個指標來表示；

6.巖石的蠕變是指巖石在應(yīng)力不變的狀況下巖石變形ε跟著時間t

而增添的現(xiàn)象，一般而言，典型的巖石蠕變曲線可分為三個階段：早期蠕變，

二次蠕變〔穩(wěn)態(tài)蠕變〕，〔加建蠕變〕第三期蠕變。

天然應(yīng)力(或初始應(yīng)力)是習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。

巖滑依據(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〔每題2分，合計10分〕

．巖石的脆性損壞是因為巖石中裂隙的發(fā)生和展開的結(jié)果所致〔√〕

．巖石的變形是指巖石在外力作用下形狀和大小的變化?！病痢?/p>

3．最大正應(yīng)變理論是用來判斷脆性巖石損壞的理論?！病獭?/p>

4．依據(jù)莫爾－庫倫準那么可證明均質(zhì)巖石的損壞面法線與大應(yīng)力方向間夾角為

45o〔×〕2

5．在一般壓力板上做巖石的變形試驗，即可獲得巖石的全應(yīng)力-應(yīng)變曲

線?！病痢?/p>

四、問答題〔每題5分，合計20分〕

．何為塑性損壞，其損壞機理是個什么？

答案：塑性損壞(延性損壞)是巖石在損壞以前變形量很大，且沒有顯然的損壞荷載。

原由可能是巖石內(nèi)結(jié)晶晶格錯位的結(jié)果。

．影響單軸抗壓強度的要素有哪些？

影響單軸抗壓強度的要素有：一方面是巖石資料自己的，一方面是試驗方法上的要素。

巖石資料自己的主要要素有：①礦物構(gòu)成；②結(jié)晶程度和顆粒大小；③膠結(jié)狀況；④生成條件；⑤風化作用；⑥密度；⑦水的作用等。

試驗方面的要素有：①試件尺寸和大?。虎诩雍伤俣鹊?。

直剪損壞試驗全過程曲線可分幾段？各區(qū)段的特色是什么？巖石直剪損壞試驗全過程曲線以下列圖

)aPM4()3mmf2(''''vf1f'''0f''f'012345670'''''''''''n(mm)該曲線共分三段。第一段：原點—τp區(qū)段，該段近似為向來線即變形為彈性，τ為極限強度(即裂隙開始展開的強度)；

第二段：τp－τf區(qū)段，τf為峰值強度，該段內(nèi)裂隙展開至損壞；第三段：τ

o區(qū)段。τo為剪斷面上的摩擦力(節(jié)余強度)

什么叫滑坡？滑坡滑動面的形式有幾種

p

f—

當巖坡受力過大或巖石強度過低，一局部巖體向下或向外滑動叫滑坡，滑波滑動面有三種：脆弱結(jié)構(gòu)面；結(jié)構(gòu)面；在巖體中；六、計算題〔每題10分，合計40分〕1．將一個巖石試件進行單軸試驗，當壓應(yīng)力抵達120MPa時即發(fā)生損壞，損壞面與大主應(yīng)力平面的夾角(即損壞所在面與水平面的仰角)為60°，假定抗剪強度隨正應(yīng)力呈線性變化(即依據(jù)莫爾庫倫損壞準那么)，試計算：1)內(nèi)摩擦角：2)損壞面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。解：452α=θ13sin21313cos2222Rc2ccos，理論上的抗拉強度：2ccos1sinRtsin12．某巖樣c=15kPa，φ=30°，如該土遇到最小主應(yīng)力σ3=200kPa，最大主應(yīng)力σ1=400kPa，試判斷該土樣處于何種狀態(tài)？解：13<sin(穩(wěn)固)132cctg13sin(極限均衡)2cctg1313>sin(不穩(wěn)固)132cctg3．試求證E(123)。1解：12321233213EEEE代入即求．4．巖石試件的單軸抗壓強度為160MPa，泊松比。巖石試件在三軸試驗中損壞，損壞時的最小主應(yīng)力為130MPa，中間主應(yīng)力為260MPa，依據(jù)最大正應(yīng)變理

論的損壞準那么，計算這時的最大主應(yīng)力1。

解：(2R2)(22R2)(32R2)01123

巖土力學作業(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)教課進度達成。

一、填空題〔每空分，合計30分〕

．把因為洞室圍巖的變形和損壞作用而作用在支護或襯砌上的壓力稱為山巖壓力。2．山巖壓力的影響要素除巖石性質(zhì)外，還應(yīng)試慮洞室的形狀和大小，地質(zhì)構(gòu)選，

支護的形式和剛度、洞室深度、時間、施工方法等要素。

地下工程巖體穩(wěn)固性影響要素主要有巖土性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)與地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水、地應(yīng)力及地形等。

3．巖基的極限承載力，就是指巖基所能負擔的最大荷載(或稱極限荷載)。

．脆性圍巖的變形損壞種類有張裂坍落、劈裂、剪切滑動或損壞、巖爆、和彎折內(nèi)鼓。

5．大壩失穩(wěn)的形式主要有：表層滑動損壞、深層滑動損壞、混淆滑動破

壞。

因為巖體變形而對支護或襯砌的壓力，稱為變形壓力；將因為巖體損壞而而對

支護或襯砌的壓力，稱為松動壓力。

在中等質(zhì)量的巖石中，洞室圍巖的變形較大。因為洞室圍巖的應(yīng)力重散布需要

必定的時間，所以在進行支護或襯砌此后圍巖的變形受支護或襯砌的拘束，于是產(chǎn)生山巖壓力。

在整體性優(yōu)秀，裂隙節(jié)理不發(fā)育的堅硬巖石中開挖洞室，開挖結(jié)束后，圍巖的

彈性變形就達成。假定在今后進行支護，支護沒有山巖壓力。這種支護主假如用來防備巖石的風化以及剝落碎塊的掉落。

無裂隙圍巖的應(yīng)力計算方法有內(nèi)應(yīng)力分派法和抗力系數(shù)法。

三、判斷題

〔每題

2分，合計

10分〕

1．求解山巖壓力的計算理論中，

太沙基理論把巖體假定為散粒體。

〔√〕

2．因為洞室圍巖的變形和損壞而作用于支護或襯砌上的壓力稱為圍巖壓力。

×〕

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。

〔√

〕

4．開挖洞室的影響范圍是

6倍洞直徑。

〔×〕

5.洞室的形狀相同時，圍巖壓力與洞室的尺寸沒關(guān)。

〔√

〕

四、問答題

〔每題

5分，合計

20分〕

簡述地下洞室開挖惹起的圍巖應(yīng)力重散布及其規(guī)律

教材283頁

2．何為山巖壓力？按其成因可分為哪幾類？各自用什么方法確立？

把因為洞室圍巖的變形和損壞而作用在支護或襯砌上的壓力稱為山巖壓力。

因為圍巖變形而作用在支護或初砌上的巖壓力稱為變形壓力。稱為變形壓力。

因為圍巖損壞而作用在支護或初砌上的巖壓力稱為變形壓力。稱為松沙壓力。

計算變形壓力的方法：彈塑理論推導出的芬納公式或修正芬納公式。

計算松動壓力的方法：壓力拱理論，太沙基理論和彈塑性理論推出卡柯公式。

．不一樣質(zhì)量狀況的圍巖變形損壞特別如何？

整體性優(yōu)秀，裂隙不發(fā)育的堅硬巖石中，圍巖應(yīng)力小于圍巖強度無破裂。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。假如支護，支護上一般無山巖壓力，支護起防備巖石風化或剝落碎塊的掉落。

中等質(zhì)巖的巖體，洞室變形大，還可能有少許破裂，支護上以變形壓力為主，松動壓力為輔。

在破裂和脆弱巖石中，巖體強度低，被切割的很碎，圍巖應(yīng)力超出巖體強度好多，

所以，巖塊在不大的應(yīng)力作用就會損壞坍落，在這種巖石中，坍落和松動是產(chǎn)生山巖壓

力的主要原由。

4.簡述高壓固結(jié)灌漿的施工方法。教材

344－347

五、計算題〔每題10分，合計40分〕

1．埋深200m處的巖體內(nèi)開挖一硐徑為

2a=2m

圓形斷面地道，假如巖體中初始

地應(yīng)力為靜水壓力式，而且上覆巖層的均勻容重為

g/cm

3，假定地