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中國礦業(yè)大學(徐州)2016年攻讀博士學位研究生入學考試試題考試科目:高等土力學考試時間:月日(注:特別提醒所有答案一律寫在答題紙上,直接寫在試題或草稿紙上的無效?。?/p>

一、

簡答題1.

什么是土的顆粒級配?什么是土的顆粒級配曲線?2.

土中水按性質可以分為哪幾類?3.

土是怎樣生成的?有何工程特點?4.

什么是土的結構?其基本類型是什么?簡述每種結構土體的特點。5.

什么是土的構造?其主要特征是什么?6.

試述強、弱結合水對土性的影響。7.

試述毛細水的性質和對工程的影響。在那些土中毛細現象最顯著?8.

土顆粒的礦物質按其成分分為哪兩類?9.

簡述土中粒度成分與礦物成分的關系。10.

粘土的活動性為什么有很大差異?11.

粘土顆粒為什么會帶電?二、

計算題1.甲乙兩土樣的顆粒分析結果列于下表,試繪制級配曲線,并確定不均勻系數以及評價級配均勻情況。粒徑/mm2~0.50.5~0.250.25~0.10.1~0.050.05~0.020.02~0.010.01~0.0050.005~0.002﹤0.002相對含量(%)甲土24.314.220.214.810.56.04.12.93.0乙土

5.05.017.132.918.612.49.0

參考答案一、

簡答題1.【答】土粒的大小及其組成情況,通常以土中各個粒組的相對含量(各粒組占土??偭康陌俜謹担﹣肀硎?,稱為土的顆粒級配(粒度成分)。根據顆分試驗成果繪制的曲線(采用對數坐標表示,橫坐標為粒徑,縱坐標為小于(或大于)某粒徑的土重(累計百分)含量)稱為顆粒級配曲線,它的坡度可以大致判斷土的均勻程度或級配是否良好。2.【答】

3.【答】土是連續(xù)、堅固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒,經過不同的搬運方式,在各種自然環(huán)境中生成的沉積物。與一般建筑材料相比,土具有三個重要特點:散粒性、多相性、自然變異性。4.【答】土的結構是指由土粒單元大小、礦物成分、形狀、相互排列及其關聯關系,土中水的性質及孔隙特征等因素形成的綜合特征。基本類型一般分為單粒結構、蜂窩結(粒徑0.075~0.005mm)、絮狀結構(粒徑<0.005mm)。單粒結構:土的粒徑較大,彼此之間無連結力或只有微弱的連結力,土粒呈棱角狀、表面粗糙。蜂窩結構:土的粒徑較小、顆粒間的連接力強,吸引力大于其重力,土粒停留在最初的接觸位置上不再下沉。絮狀結構:土粒較長時間在水中懸浮,單靠自身中重力不能下沉,而是由膠體顆粒結成棉絮狀,以粒團的形式集體下沉。5.【答】土的宏觀結構,常稱之為土的構造。是同一土層中的物質成分和顆粒大小等都相近的各部分之間的相互關系的特征。其主要特征是層理性、裂隙性及大孔隙等宏觀特征。6.【答】強結合水影響土的粘滯度、彈性和抗剪強度,弱結合水影響土的可塑性。7.【答】毛細水是存在于地下水位以上,受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水。土中自由水從地下水位通過土的細小通道逐漸上升。它不僅受重力作用而且還受到表面張力的支配。毛細水的上升對建筑物地下部分的防潮措施和地基特的浸濕及凍脹等有重要影響;在干旱地區(qū),地下水中的可溶鹽隨毛細水上升后不斷蒸發(fā),鹽分積聚于靠近地表處而形成鹽漬土。在粉土和砂土中毛細現象最顯著。8.【答】(1)一類是原生礦物:母巖經物理風化而成,如石英、云母、長石;(2)另一類是次生礦物:母巖經化學風化而成,土中次生礦物主要是粘土礦物,此外還有鋁鐵氧化物、氫氧化物和可溶鹽類等。常見的粘土礦物有蒙脫石、伊里石、高嶺石;由于粘土礦物顆粒很細,比表面積很大,所以顆粒表面具有很強的與水作用的能力,因此,土中含粘土礦物愈多,則土的粘性、塑性和脹縮性也愈大。9.【答】粗顆粒土往往是巖石經物理分化形成的原巖碎屑,是物理化學性質比較穩(wěn)定的原生礦物顆粒;細小土粒主要是化學風化作用形成的次生礦物顆粒和生成過程中有機物質的介入,次生礦物的成分、性質及其與水的作用均很復雜,是細粒土具有塑性特征的主要因素之一,對土的工程性質影響很大。10.【答】粘土顆粒(粘粒)的礦物成分主要有粘土礦物和其他化學膠結物或有機質,而粘土礦物是很細小的扁平顆粒,顆粒表面具有很強的與水相互作用的能力,表面積(比表面)愈大,這種能力就愈強,由于土粒大小而造成比表面數值上的巨大變化,必然導致土的活動性的極大差異,如蒙脫石顆粒比高嶺石顆粒的比表面大幾十倍,因而具有極強的活動性。11.【答】研究表明,片狀粘土顆粒的表面,由于下列原因常帶有布平衡的負電荷。①離解作用:指粘土礦物顆粒與水作用后離解成更微小的顆粒,離解后的陽離子擴散于水中,陰離子留在顆粒表面;②吸附作用:指溶于水中的微小粘土礦物顆粒把水介質中一些與本身結晶格架中相同或相似的離子選擇性地吸附到自己表面;③同晶置換:指礦物晶格中高價的陽離子被低價的離子置換,常為硅片中的Si4+被Al3+置換,鋁片中的Al3+被Mg2+置換,因而產生過剩的未飽和的負電荷。④邊緣斷裂:理想晶體內部是平衡的,但在顆粒邊緣處,產生斷裂后,晶體連續(xù)性受到破壞,造成電荷不平衡。二、

計算題解:甲土顆粒級配曲線如下:孔徑(mm)留篩土質量(g)小于該孔徑的土質量(g)小于該孔徑的土的百分數%201001000.524.375.775.70.2514.261.561.50.120.241.341.30.0514.826.526.50.0210.516160.016.010100.0054.15.95.90.0022.933<0.0023.0

,,

,因為>10粒度分布范圍較大,土粒越不均勻,級配良好。乙土顆粒級配曲線如下:孔徑(mm)留篩土質量(g)小于該孔徑的土質量(g)小于該孔徑的土的百分數%201001000.501001000.25051001000.1595950.05590900.0217.172.972.90.0132.940400.00518.621.421.40.00212.499<0.0029

因為大于5,在1-3之間所以為良好級配砂中國礦業(yè)大學(徐州)2017年攻讀博士學位研究生入學考試試題考試科目:高等土力學考試時間:月日(注:特別提醒所有答案一律寫在答題紙上,直接寫在試題或草稿紙上的無效?。?、

簡答題1.

什么是土的物理性質指標?哪些是直接測定的指標?哪些是計算指標?2.

甲土的含水量大于乙土,試問甲土的飽和度是否大于乙土?3.

什么是塑限、液限和縮限?什么是液性指數、塑性指數?4.

塑性指數對地基土性質有何影向?5.

什么是土的凍脹性?產生機理是什么?6.

說明細粒土分類塑性圖的優(yōu)點。7.

按規(guī)范如何對建筑地基巖土進行分類?8.

甲乙兩土的天然重度和含水量相同,相對密度不同,飽和度哪個大?9.

簡述用孔隙比e、相對密實度Dr判別砂土密實度的優(yōu)缺點。10.

簡述野外判別碎石土密實度方法?二、

計算題1.有一完全飽和的原狀土樣切滿于容積為21.7cm3的環(huán)刀內,稱得總質量為72.49g,經105℃烘干至恒重為61.28g,已知環(huán)刀質量為32.54g,土粒相對密度(比重)為2.74,試求該土樣的濕密度、含水量、干密度及孔隙比(要求按三項比例指標定義求解)。2.某原狀土樣的密度為1.85g/cm3、含水量為34%、土粒相對密度為2.71,試求該土樣的飽和密度、有效密度和有效重度(先導得公式然后求解)。3.某砂土土樣的密度為1.77g/cm3,含水量為9.8%,土粒相對密度為2.67,烘干后測定最小孔隙比為0.461,最大孔隙比為0.943,試求孔隙比和相對密度,判斷該砂土的密實度。4.某一完全飽和粘性土試樣的含水量為30%,土粒相對密度為2.73,液限為33%,塑限為17%,試求孔隙比、干密度和飽和密度,并按塑性指數和液性指數分別定出該粘性土的分類名稱和軟硬狀態(tài)。5.經測定,某地下水位以下砂層的飽和密度為1.991g/cm3,土粒相對密度為2.66,最大干密度為1.67g/cm3,最小干密度為1.39g/cm3,試判斷該砂土的密實程度。

參考答案一、

簡答題1.【答】(1)土的各組成部分的質量和體積之間的比例關系,用土的三相比例指標表示,稱為土的物理性質指標,可用于評價土的物理、力學性質。(2)直接測定的指標:土的密度、含水量、相對密度ds;計算指標是:孔隙比e、孔隙率n、干密度d、飽和密度sat、有效密度’、飽和度Sr2.【答】

甲>乙,但Sr甲不一定大于Sr乙。因為Sr=ds/e,它不僅與含水量有關,還與ds、e有關。3.【答】(1)液限L:液限定義為流動狀態(tài)與塑性狀態(tài)之間的界限含水量。(2)塑限p:塑限定義為土樣從塑性進入半堅硬狀態(tài)的界限含水量。(3)縮限s:縮限是土樣從半堅硬進入堅硬狀態(tài)的界限含水量。(4)塑性指數IP定義為土樣的液限和塑限之差:IP=wL-wP(5)液性指數:4.【答】塑性指數IP是土的顆粒組合、礦物成分以及土中水的離子成分和濃度的指標。土顆粒越細、粘土礦物含量越多、土粒表面反離子層中低價陽離子增加,IP變大。IP是粘性土的分類標準。IP>17為粘性土,IP為粉質粘土。5.【答】(1)當地層溫度降至零攝氏度以下,土中水凍結形成凍土。某些細粘粒土在凍結時,體積發(fā)生膨脹,即凍脹現象。(2)產生機理是由于土層在結冰時,周圍未凍區(qū)土中的水分向凍結區(qū)遷移積聚的結果。6.【答】土的塑性指數是劃分細粒土的良好指標,它既能綜合反映土的顆粒組成、礦物成分以及土粒吸附陽離子成分等方面的特性,但是不同的液限、塑限可給出相同的塑性指數,而土性卻很可能不一樣。塑性圖考慮了塑性指數和液限兩個方面,因此對細粒土分類更加合理。7.【答】作為建筑地基的巖土,可分為巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。8.【答】相對密度大的,飽和度小。因為:由此看出:ds大的,Sr就小。9.【答】(1)用e判斷砂土的密實度的優(yōu)點:應用方便,同一種土,密實砂土的空隙比一定比松散砂土的?。蝗秉c:無法反映土的粒徑級配因素。(2)用Dr判斷砂土的密實度的優(yōu)點:考慮了土級配因素,理論上完善;缺點:用長頸漏斗測定emax或用振動叉和擊實金屬法測定emin因人而異,難以獲得較為科學的數據。10.【答】野外判別碎石土密實度的方法:根據骨架顆粒含量和排列、可挖性、可鉆性,將碎石土分為密實、中密、稍密、松散四種密實狀態(tài)。二、

計算題1.

解:

2.

解:設土顆粒體積為1

由得

3.

解:由

因為1/3<SPAN>所以該砂土的密實度為中密。4.解:由

因為10<IP=16<17,該粘性土應定名為粉質粘土;因為0.75<IL=0.81<1.0,所以該粘性土的狀態(tài)為軟塑。5.解:由得因為2/3<SPAN>所以該砂土的密實度為密實。中國礦業(yè)大學(徐州)2015年攻讀博士學位研究生入學考試試題考試科目:高等土力學考試時間:月日(注:特別提醒所有答案一律寫在答題紙上,直接寫在試題或草稿紙上的無效?。弧?/p>

簡答題1.

試解釋起始水力梯度產生的原因。2.

簡述影響土的滲透性的因素主要有哪些。3.

為什么室內滲透試驗與現場測試得出的滲透系數有較大差別?4.

拉普拉斯方程適應于什么條件的滲流場?5.

為什么流線與等勢線總是正交的?6.

流砂與管涌現象有什么區(qū)別和聯系?7.

滲透力都會引起哪些破壞?

二、

計算題1.如圖3-1所示,在恒定的總水頭差之下水自下而上透過兩個土樣,從土樣1頂面溢出。(1)已土樣2底面c-c為基準面,求該面的總水頭和靜水頭;(2)已知水流經土樣2的水頭損失為總水頭差的30%,求b-b面的總水頭和靜水頭;(3)已知土樣2的滲透系數為0.05cm/s,求單位時間內土樣橫截面單位面積的流量;(4)求土樣1的滲透系數。

圖3-1

(單位:cm)

圖3-3

(單位:cm)2.如圖3-2所示,在5.0m厚的黏土層下有一砂土層厚6.0m,其下為基巖(不透水)。為測定該沙土的滲透系數,打一鉆孔到基巖頂面并以10-2m3/s的速率從孔中抽水。在距抽水孔15m和30m處各打一觀測孔穿過黏土層進入砂土層,測得孔內穩(wěn)定水位分別在地面以下3.0m和2.5m,試求該砂土的滲透系數。圖3-2

(單位:m)3.某滲透裝置如圖3-3所示。砂Ⅰ的滲透系數;砂Ⅱ的滲透系數;砂樣斷面積A=200,試問:(1)若在砂Ⅰ與砂Ⅱ分界面處安裝一測壓管,則測壓管中水面將升至右端水面以上多高?(2)砂Ⅰ與砂Ⅱ界面處的單位滲流量q多大?4.定水頭滲透試驗中,已知滲透儀直徑,在滲流直徑上的水頭損失,在60s時間內的滲水量,求土的滲透系數。5.設做變水頭滲透試驗的粘土式樣的截面積為,厚度為滲透儀細玻璃管的內徑為,實驗開始時的水位差為,經過觀察的水位差為,實驗室的水溫為20℃,試求式樣的滲透系數。

參考答案一、

簡答題1.【答】起始水力梯度產生的原因是,為了克服薄膜水的抗剪強度τ0(或者說為了克服吸著水的粘滯阻力),使之發(fā)生流動所必須具有的臨界水力梯度度。也就是說,只要有水力坡度,薄膜水就會發(fā)生運動,只是當實際的水力坡度小于起始水力梯度時,薄膜水的滲透速度V非常小,只有憑借精密儀器才能觀測到。因此嚴格的講,起始水力梯度I0是指薄膜水發(fā)生明顯滲流時用以克服其抗剪強度τ0的水力梯度。2.【答】(1)土的粒度成分及礦物成分。土的顆粒大小、形狀及級配,影響土中孔隙大小及其形狀,因而影響土的滲透性。土顆粒越粗,越渾圓、越均勻時,滲透性就大。砂土中含有較多粉土及粘土顆粒時,其滲透系數就大大降低。(2)結合水膜厚度。粘性土中若土粒的結合水膜厚度較厚時,會阻塞土的孔隙,降低土的滲透性。(3)土的結構構造。天然土層通常不是各向同性的,在滲透性方面往往也是如此。如黃土具有豎直方向的大孔隙,所以豎直方向的滲透系數要比水平方向大得多。層狀粘土常夾有薄的粉砂層,它在水平方向的滲透系數要比豎直方向大得多。(4)水的粘滯度。水在土中的滲流速度與水的容重及粘滯度有關,從而也影響到土的滲透性。3.【答】室內試驗和現場試驗滲透系數有較大差別,主要在于試驗裝置和試驗條件等有關,即就是和滲透系數的影響因素有關,詳見上一題。4.【答】當滲流場中水頭及流速等滲流要素不隨時間改變時,這種滲流稱為穩(wěn)定滲流,而拉普拉斯方程是指適用于平面穩(wěn)定滲流的基本方程。5.【答】在穩(wěn)定滲流場中,取一微單元體,并假定水體不可壓縮,則根據水流連續(xù)原理,單位時間內流入和流出微元體的水量應相等,即dqe=dq0。從而得到:即為二維滲流連續(xù)方程,從中由數學知識,可知流線和等勢線正交。6.【答】在向上的滲流力作用下,粒間有效應力為零時,顆粒群發(fā)生懸浮、移動的現象稱為流砂(土)現象。這種現象多發(fā)生在顆粒級配均勻的飽和細、粉砂和粉土層中,一般具有突發(fā)性、對工程危害大。在水流滲透作用下,土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動,以至流失;隨著土的孔隙不斷擴大,滲流速度不斷增加,較粗的顆粒也相繼被水逐漸帶走,最終導致土體內形成貫通的滲流管道,造成土體塌陷,這種現象稱為管涌。它多發(fā)生在砂性土中,且顆粒大小差別大,往往缺少某種粒徑,其破壞有個時間發(fā)展過程,是一種漸進性質破壞。具體地再說,管涌和流砂的區(qū)別是:(1)流砂發(fā)生在水力梯度大于臨界水力梯度,而管涌發(fā)生在水力梯度小于臨界水力梯度情況下;(2)流砂發(fā)生的部位在滲流逸出處,而管涌發(fā)生的部位可在滲流逸出處,也可在土體內部;(3)流砂發(fā)生在水流方向向上,而管涌沒有限制。7.【答】滲流引起的滲透破壞問題主要有兩大類:一是由于滲流力的作用,使土體顆粒流失或局部土體產生移動,導致土體變形甚至失穩(wěn);二是由于滲流作用,使水壓力或浮力發(fā)生變化,導致土體和結構物失穩(wěn)。前者主要表現為流砂和管涌,后者主要則表現為岸坡滑動或擋土墻等構造物整體失穩(wěn)。

二、

計算題1.解:如圖3-1,本題為定水頭實驗,水自下而上流過兩個土樣,相關幾何參數列于圖中。(1)以c-c為基準面,則有:zc=0,hwc=90cm,hc=90cm(2)已知hbc=30%hac,而hac由圖2-16知,為30cm,所以hbc=30%hac=0.330=9cm∴

hb=hc-hbc=90-9=81cm又∵

zb=30cm,故hwb=hb-zb=81-30=51cm(3)已知k2=0.05cm/s,q/A=k2i2=k2hbc/L2=0.059/30=0.015cm3/s/cm2=0.015cm/s(4)∵i1=hab/L1=(hac-hbc)/L1=(30-9)/30=0.7,而且由連續(xù)性條件,q/A=k1i1=k2i2

∴k1=k2i2/i1=0.015/0.7=0.021cm/s2.解:分析:如圖3-2,砂土為透水土層,厚6m,上覆粘土為不透水土層,厚5m,因為粘土層不透水,所以任意位置處的過水斷面的高度均為砂土層的厚度,即6m。題目又給出了r1=15m,r2=30m,h1=8m,h2=8.5m。由達西定律的公式知,,可改寫為:帶入已知條件,得到:本題的要點在于對過水斷面的理解。另外,還有個別同學將ln當作了lg。3.解:(1)設所求值為,砂樣Ⅰ和砂樣Ⅱ的高度分別為和。因各斷面的滲流速度相等,故有即

(2)砂與砂界面處的單位滲流量q為:

4.解:5.解:因為試驗時的溫度為標準溫度,故不作溫度修正。

中國礦業(yè)大學(徐州)2018年攻讀博士學位研究生入學考試試題考試科目:高等土力學考試時間:月日(注:特別提醒所有答案一律寫在答題紙上,直接寫在試題或草稿紙上的無效?。?/p>

一、

簡答題1.

試解釋起始水力梯度產生的原因。2.

簡述影響土的滲透性的因素主要有哪些。3.

為什么室內滲透試驗與現場測試得出的滲透系數有較大差別?4.

拉普拉斯方程適應于什么條件的滲流場?5.

為什么流線與等勢線總是正交的?6.

流砂與管涌現象有什么區(qū)別和聯系?7.

滲透力都會引起哪些破壞?

二、

計算題1.如圖3-1所示,在恒定的總水頭差之下水自下而上透過兩個土樣,從土樣1頂面溢出。(1)已土樣2底面c-c為基準面,求該面的總水頭和靜水頭;(2)已知水流經土樣2的水頭損失為總水頭差的30%,求b-b面的總水頭和靜水頭;(3)已知土樣2的滲透系數為0.05cm/s,求單位時間內土樣橫截面單位面積的流量;(4)求土樣1的滲透系數。

圖3-1

(單位:cm)

圖3-3

(單位:cm)2.如圖3-2所示,在5.0m厚的黏土層下有一砂土層厚6.0m,其下為基巖(不透水)。為測定該沙土的滲透系數,打一鉆孔到基巖頂面并以10-2m3/s的速率從孔中抽水。在距抽水孔15m和30m處各打一觀測孔穿過黏土層進入砂土層,測得孔內穩(wěn)定水位分別在地面以下3.0m和2.5m,試求該砂土的滲透系數。圖3-2

(單位:m)3.某滲透裝置如圖3-3所示。砂Ⅰ的滲透系數;砂Ⅱ的滲透系數;砂樣斷面積A=200,試問:(1)若在砂Ⅰ與砂Ⅱ分界面處安裝一測壓管,則測壓管中水面將升至右端水面以上多高?(2)砂Ⅰ與砂Ⅱ界面處的單位滲流量q多大?4.定水頭滲透試驗中,已知滲透儀直徑,在滲流直徑上的水頭損失,在60s時間內的滲水量,求土的滲透系數。5.設做變水頭滲透試驗的粘土式樣的截面積為,厚度為滲透儀細玻璃管的內徑為,實驗開始時的水位差為,經過觀察的水位差為,實驗室的水溫為20℃,試求式樣的滲透系數。圖3-4

板樁墻下的滲流圖7.如圖3-5所示,在長為10cm,面積的圓筒內裝滿砂土。經測定,粉砂的,筒下端與管相連,管內水位高出筒5cm(固定不變),流水自下而上通過試樣后可溢流出去。試求(1)滲流力的大小,判斷是否會產生流砂現象;(2)臨界水利梯度值。圖3-5

參考答案一、

簡答題1.【答】起始水力梯度產生的原因是,為了克服薄膜水的抗剪強度τ0(或者說為了克服吸著水的粘滯阻力),使之發(fā)生流動所必須具有的臨界水力梯度度。也就是說,只要有水力坡度,薄膜水就會發(fā)生運動,只是當實際的水力坡度小于起始水力梯度時,薄膜水的滲透速度V非常小,只有憑借精密儀器才能觀測到。因此嚴格的講,起始水力梯度I0是指薄膜水發(fā)生明顯滲流時用以克服其抗剪強度τ0的水力梯度。2.【答】(1)土的粒度成分及礦物成分。土的顆粒大小、形狀及級配,影響土中孔隙大小及其形狀,因而影響土的滲透性。土顆粒越粗,越渾圓、越均勻時,滲透性就大。砂土中含有較多粉土及粘土顆粒時,其滲透系數就大大降低。(2)結合水膜厚度。粘性土中若土粒的結合水膜厚度較厚時,會阻塞土的孔隙,降低土的滲透性。(3)土的結構構造。天然土層通常不是各向同性的,在滲透性方面往往也是如此。如黃土具有豎直方向的大孔隙,所以豎直方向的滲透系數要比水平方向大得多。層狀粘土常夾有薄的粉砂層,它在水平方向的滲透系數要比豎直方向大得多。(4)水的粘滯度。水在土中的滲流速度與水的容重及粘滯度有關,從而也影響到土的滲透性。3.【答】室內試驗和現場試驗滲透系數有較大差別,主要在于試驗裝置和試驗條件等有關,即就是和滲透系數的影響因素有關,詳見上一題。4.【答】當滲流場中水頭及流速等滲流要素不隨時間改變時,這種滲流稱為穩(wěn)定滲流,而拉普拉斯方程是指適用于平面穩(wěn)定滲流的基本方程。5.【答】在穩(wěn)定滲流場中,取一微單元體,并假定水體不可壓縮,則根據水流連續(xù)原理,單位時間內流入和流出微元體的水量應相等,即dqe=dq0。從而得到:即為二維滲流連續(xù)方程,從中由數學知識,可知流線和等勢線正交。6.【答】在向上的滲流力作用下,粒間有效應力為零時,顆粒群發(fā)生懸浮、移動的現象稱為流砂(土)現象。這種現象多發(fā)生在顆粒級配均勻的飽和細、粉砂和粉土層中,一般具有突發(fā)性、對工程危害大。在水流滲透作用下,土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動,以至流失;隨著土的孔

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