土力學(xué)習(xí)題集答案-第三章

第3章土的滲透性及滲流一、簡答題試解釋起始水力梯度產(chǎn)生的原因。簡述影響土的滲透性的因素主要有哪些。為什么室內(nèi)滲透試驗與現(xiàn)場測試得出的滲透系數(shù)有較大差別?拉普拉斯方程適應(yīng)于什么條件的滲流場？為什么流線與等勢線總是正交的？流砂與管涌現(xiàn)象有什么區(qū)別和聯(lián)系？滲透力都會引起哪些破壞？二、填空題TOC\o"1-5"\h\z土體具有被液體透過的性質(zhì)稱為土的。2?影響滲透系數(shù)的主要因素有：、—般來講，室內(nèi)滲透試驗有兩種，即和。滲流破壞主要有和兩種基本形式。5?達西定律只適用于的情況，而反映土的透水性的比例系數(shù)，稱之為土的三、選擇題1.反應(yīng)土透水性質(zhì)的指標是（）。不均勻系數(shù)B.相對密實度C.壓縮系數(shù)D.滲透系數(shù)2?下列有關(guān)流土與管涌的概念，正確的說法是（）。發(fā)生流土?xí)r，水流向上滲流；發(fā)生管涌時，水流向下滲流流土多發(fā)生在黏性土中，而管涌多發(fā)生在無黏性土中流土屬突發(fā)性破壞，管涌屬漸進式破壞流土屬滲流破壞，管涌不屬滲流破壞TOC\o"1-5"\h\z3?土透水性的強弱可用土的哪一項指標來反映？（）壓縮系數(shù)B.固結(jié)系數(shù)C.壓縮模量D.滲透系數(shù)4?發(fā)生在地基中的下列現(xiàn)象，哪一種不屬于滲透變形？（）坑底隆起B(yǎng).流土C.砂沸D.流砂5?下屬關(guān)于滲流力的描述不正確的是（）。A?其數(shù)值與水力梯度成正比，其方向與滲流方向一致是一種體積力，其量綱與重度的量綱相同流網(wǎng)中等勢線越密集的區(qū)域，其滲流力也越大滲流力的存在對土體穩(wěn)定總是不利的下列哪一種土樣更容易發(fā)生流砂？（）A.砂礫或粗砂B.細砂或粉砂C.粉質(zhì)黏土D.黏土成層土水平方向的等效滲透系數(shù)&與垂直方向的等效滲透系數(shù)?的關(guān)系是（）。A.&在滲流場中某點的滲流力（）。A.隨水力梯度增加而增加B.隨水利力梯度增加而減少C.與水力梯度無關(guān)9?評價下列說法的正誤。（）土的滲透系數(shù)越大，土的透水性也越大，土的水力梯度也越大；任何一種土，只要水力梯度足夠大，就有可能發(fā)生流土和管涌；土中任一點滲流力的大小取決于該點孔隙水總水頭的大?。粷B流力的大小不僅取決于水力梯度，還與其方向有關(guān)。A.①對B.②對C.③和④對D.全不對10.下列描述正確的是()。流網(wǎng)中網(wǎng)格越密處，其水力梯度越小位于同一條等勢線上的兩點，其孔隙水壓力總是相同的同一流網(wǎng)中，任意兩相鄰等勢線間的勢能差相等滲透流速的方向為流線的法線方向11?土體滲流研究的主要問題不包括()。A.滲流量問題B.滲透變形問題C.滲流控制問題D.地基承載力問題某岸邊工程場地細砂含水層的流線上A、B兩點，A點的水位標高2.5米，B點的水位標高3.0米，兩點間流線長為10米，計算兩點間的平均滲透力最接近下列()個值。(A)1.25kN/m3；(B)0.83kN/m3；(C)0.50kN/m3；(D)0.20kN/m3。四個壩基土樣的孔隙率和細粒含量(以質(zhì)量百分率計)如下，試按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50287-99)計算判別下列()選項的土的滲透變形的破壞形式屬于管涌。小、n,=20.3%;Prl=3S.1%/、g二25.S%rPr9=37.5%(A)i；(B)'rc2；(C)g=淪珞二弦風(fēng)；(d)扛電二地巳嚴弦0%。四、判斷改錯題繪制流網(wǎng)時必須滿足的基本條件之一是流線和等勢線必須正交。達西定律中的滲透速度不是孔隙水的實際流速。土的孔隙比愈大，其滲透系數(shù)也愈大。在流網(wǎng)圖中，流線愈密集的地方，水力坡降愈小。圖3—3圖3—3(單位：cm)發(fā)生流砂時，滲流力方向與重力方向相同。細粒土的滲透系數(shù)測定通常采用“常水頭”試驗進行。繪制流網(wǎng)時，每個網(wǎng)格的長寬比沒有要求。&在流網(wǎng)中，任意兩相鄰流線間的滲流量相等。9.管涌發(fā)生在滲流溢出處，而流土發(fā)生的部位可以在滲流溢出處，也可以在土體內(nèi)部。五、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。已土樣2底面c—c為基準面，求該面的總水頭和靜水頭；已知水流經(jīng)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；已知土樣2的滲透系數(shù)為0.05cm/s，求單位時間內(nèi)土樣橫截面單位面積的流量；求土樣1的滲透系數(shù)。圖3—1(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(shù)，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(nèi)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(shù)。30鼻水孔觀測孔觀測孑鼻水孔觀測孔觀測孑b1o"°芻土—一------——L—~——一LO_■■■111■■-■-〒.砂土g11■.;LJ00山|15不透水層圖3—2(單位：m)i-—v"IP|—pvisifci-—3V)i2某滲透裝置如圖3-3所示。砂I的滲透系數(shù)1；砂II的滲透系數(shù)2；砂樣斷面積A=200旳，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？定水頭滲透試驗中，已知滲透儀直徑°=乃刪，在L=200翊滲流直徑上的水頭損失h=E3嘶,在60s時間內(nèi)的滲水量Q=，求土的滲透系數(shù)。5?設(shè)做變水頭滲透試驗的粘土式樣的截面積為3",厚度為4口匕畝滲透儀細玻璃管的內(nèi)徑為山4匚疏，實驗開始時的水位差為皿沁，經(jīng)過7min25s觀察的水位差為IMc朋，實驗室的水溫為20°C，試求式樣的滲透系數(shù)。6.圖3-4為一板樁打入透土層后形成的流網(wǎng)。已知透水土層深収加，滲透系數(shù)上二弘10’郴町百板樁打入土層表面以下9皿，板樁前后水深如圖3-4所示。試求：（1）圖中所示a、b、c、d、e各點的孔隙水壓力；（2）地基的單位透水量。圖3—4板樁墻下的滲流圖7?如圖3-5所示，在長為10cm，面積空討的圓筒內(nèi)裝滿砂土。經(jīng)測定，粉砂的血二“0900筒下端與管相連，管內(nèi)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(chǎn)生流砂現(xiàn)象；（2）臨界水利梯度值。圖3—5第3章參考答案一、簡答題【答】起始水力梯度產(chǎn)生的原因是，為了克服薄膜水的抗剪強度T0（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I。是指薄膜水發(fā)生明顯滲流時用以克服其抗剪強度二的水力梯度?！敬稹浚?）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(shù)就大大降低。（2）結(jié)合水膜厚度。粘性土中若土粒的結(jié)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(shù)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(shù)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(guān)，從而也影響到土的滲透性。TOC\o"1-5"\h\z【答】室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗滲透系數(shù)有較大差別，主要在于試驗裝置和試驗條件等有關(guān)，即就是和滲透系數(shù)的影響因素有關(guān)，詳見上一題?！敬稹慨敐B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?！敬稹吭诜€(wěn)定滲流場中，取一微單元體，并假定水體不可壓縮，則根據(jù)水流連續(xù)原理，單位時間內(nèi)流入和流出微元體的水量應(yīng)相等，即dq=dq。從而得到:e0dxdz即為二維滲流連續(xù)方程，從中由數(shù)學(xué)知識，可知流線和等勢線正交。【答】在向上的滲流力作用下，粒間有效應(yīng)力為零時，顆粒群發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象稱為流砂（土）現(xiàn)象。這種現(xiàn)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(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)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(zhì)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(nèi)部；（3）流砂發(fā)生在水流方向向上，而管涌沒有限制?！敬稹繚B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(chǎn)生移動，導(dǎo)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(dǎo)致土體和結(jié)構(gòu)物失穩(wěn)。前者主要表現(xiàn)為流砂和管涌，后者主要則表現(xiàn)為岸坡滑動或擋土墻等構(gòu)造物整體失穩(wěn)。二填空題滲透性或透水性土的粒度成分及礦物成分、土的密實度、土的飽和度、土的結(jié)構(gòu)、土的構(gòu)造、水的溫度常水頭法、變水頭法流砂(土)、管涌層流、滲透系數(shù)三、選擇題D2.C3.D4.A5.D6.B7.A&A9.D10.C11.D12.C13.D（注：按規(guī)范當4（1—門〕時發(fā)生管涌）四、判斷改錯題VV兀，對黏性土不成正比。x，改“愈小”為“愈大”。5?兀，改“相同"為“相反”。*，改“常水”頭為“降水頭”或“變水頭”。x，每個網(wǎng)格的長寬比必須為定值。&V9.*，應(yīng)將管涌與流土對調(diào)。五、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(guān)幾何參數(shù)列于圖中。以c-c為基準面，則有：z=0，h=90cm,h=90cmcwcc已知Ah=30%xAh，而Ah由圖2-16知，為30cm，所以bcacacAh=30%xAh=0.3x30=9cmTOC\o"1-5"\h\zbeach=h-Ah=90-9=81cmbcbe又z=30cm，故h=h-z=81-30=51cmbwbbb已知k=0.05cm/s,q/A=ki=kxAh/L=0.05x9/30=0.015cm3/s/cm2=0.015cm/s2222bc2Vi=Ah/L=(Ah-Ah)/L=(30-9)/30=0.7，而且由連續(xù)性條件，q/A=ki=ki1ab1acbc11122k二ki/i=0.015/0.7=0.021cm/s1221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r=15m,r=30m，h=8m，h8.5m。1212=q-kAi二匕2汙.6—=12^72r—由達西定律的公式知，必弘，可改寫為：穿空=12蝕■鳳積分后得到；曲工=滋択松-紅)廣G帶入已知條件，得到：上二In—=―——In—=3.68xlQ-4m/s=3.68xlO'3cm/s12鞏爲—必i)n12tt(S.5-S)15本題的要點在于對過水斷面的理解。另外，還有個