求土质学与土力学

Question

求复习材料

Answer 1

　　1．颗粒级配曲线越 平缓（陡） ，不均匀系数越 大（小） ，颗粒级配越 好（差）。为获得较大密实度，应选择级配 良好 的土粒作为填方。

　　2．渗透力（即动水压力）是 渗流水 对 土骨架 的压力，渗透力的表达式是 ，GD=γˊi产生流砂大条件是 自下而上的渗透力超过土的有效重度 。

　　3．饱和粘土的沉降由 瞬时沉降 、 固结沉降 、次固结沉降 沉降组成，计算这几部分沉降时，其压缩性指标要分别采用 弹性模量 、 压缩模量 、 次压缩系数 。

　　4．压缩系数a= -de/dp ,a1-2表示压力范围p1= 100Kpa ，p2=200Kpa 的压缩系数，工程上常用a1-2来评价土的压缩性的高低。当 a1-2〈0.1Mpa-1 属低压缩性土，当 0.1≤a1-2〈0.5Mpa-1 时属中等压缩性土，当 a1-2≥0.5Mpa-1 时属高压缩性土。

　　5．粘性土抗剪强度库仑定律的总应力的表达式τf= c+σtanφ ，有效应力的表达式τf= cˊ+(σ-µ) tanφˊ。

　　6．地基为厚粘土层，施工速度快，应选择 快剪 抗剪强度指标。

　　7．挡土墙常见的形式有 重力式 、 悬臂式 、 扶臂式 、 拉锚式 等，采用的材料有 块石 、 素混凝土 、 钢筋混凝土 等。

　　1．塑性指标Ip= wl-wp ，它表明粘性土处于可塑状态时 含水量 的变化范围，它综合反映了 粘粒的量 、 粘土矿物 等因素。因此《规范》规定： 10≤Ip≤17 为粉质粘土， Ip≥17 为粘土。

　　2．粘性土的液性指标IL= （wl-wp）/ Ip ，它的正负、大小表征了粘性土的 软硬 状态，《规范》按IL将粘性土的状态划分 坚硬 ， 硬塑 ， 可塑 ， 软塑 ， 流塑 。

　　3． 自重 应力不引起地基沉降， 附加 应力引起地基沉降， 自重应力 在 地下水位下降 、 大面积堆土 等情况下也会引起地面沉降。

　　4．超固结比OCR指的是 先期固结压力 和 现在土的自重应力 之比；根据OCR的大小可把粘性土分为 正常固结土 、 超固结土 、欠固结土 三类；OCR<1大粘性土属 欠固结土 土。

　　5．某工程施工工期较长，能固结排水，当工程完工后，使用荷载短期内突增，宜选择 固结快剪 试验的抗剪强度。

　　6．土体中的剪应力等于土的抗剪强度时的临界状态称之为土的 极限平衡 状态。

　　7．计算被动土压力时，库仑理论假设破裂面为一 平面 ，实际为一 曲面 ，因此计算结果误差较大，而用朗肯土压力计算值 大 ，偏于 安全 ，因此一般采用朗肯理论。

　　1．按“建筑地基基础设计规范”分类法，若粒径d>0.075mm的含量<50%，且塑性指数IP≤10，则土的名称定为 粉土 ；若IP>10，则土的名称定为 粘性土 。
　　2．土层在历史上经受过的最大有效固结压力，称为土的 前期固结压力 ；通常根据土的 超固结比OCR 值，可将天然土层分为 正常固结土 ， 超固结土 和 欠固结土 三种不同的状态。
　　3．修建建筑物后，由建筑物荷重对基底所增加的那部分压力，称为 基底附加压力 。其与基底压力之间的关系可表示为 p0=p-gD 。
　　4．剪切过程中，无粘性土的体积发生变化的性质为无粘性土的 剪胀性 。
　　5．砂粒组的粒径是 0.075-2 mm，粉粒组的粒径是 0.005-0.075 mm，粘粒组的粒径是 <0.005 mm。
　　6．三大类粘土矿物的亲水性与胀缩性有强到弱的顺序为 蒙脱石 伊利石 高岭石 。

　　二、简答题
　　1、 何谓土的不均匀系数？写出其表达式并加以解释。其工程意义如何？

　　土的不均匀系数是指工程上用来反映颗粒级配的不均匀程度的一个量，用CU或CC表示。
　　其计算表达式为：CU=d60/d10
　　式中：d60——小于某粒径的土粒质量占土总质量60%时的粒径，该粒径称为限定粒径；
　　d10——小于某粒径的土粒质量占土总质量10%时的粒径，该粒径称为有效粒径。
　　工程上，把CU<5的土看作均匀的，即级配不好，把CU>10的土看作不均匀，即级配良好。在填土工程中，可根据不均匀系数CU值来选择土料，CU较大的土，颗粒不均匀，可获得较大的密实度，也易于夯实。

　　2、 简述地基中竖向应力的 分布规律？
　　（1） 的分布范围相当大，它不仅分布在荷载面积之内，而且还分布到荷载面积之外。（2）在离基础底面不同深度z处各个水平面上，以基底中心点下轴线处的 为最大，离开中心轴线愈远的点 越小。（3）在荷载分布范围内任意点竖直线上的值，随着深度增大逐渐减小。（4）方形荷载所引起的 ，其影响深度要比条形荷载小得多。

　　3、 为什么可以说土的压缩变形实际上是土的孔隙体积大减小？
　　土体由固体颗粒、水、气体三部分组成，在外界压力作用下，土颗粒发生相对位移，土中水和气体从孔隙中排出，使孔隙体积减小，从而使土体发生压缩变形，可见，土的压缩变形实际上是土的孔隙体积大减小。

　　4、 直剪试验和三轴试验的优缺点？
　　直剪试验：
　　优点：直剪仪构造简单，操作简单，在一般工程中应用广泛。
　　缺点：a.不能严格控制排水条件，不能量测试验过程中试样的孔隙水压力。
　　b.剪切面不是沿土样最薄弱的面剪切破坏。
　　c.剪切过程中剪切面上的剪应力分布不均匀，剪切面积随剪切位移的增加而减小。
　　三轴试验：
　　优点：a. 能严格控制排水条件，从而量测试验过程中试样的孔隙水压力，以测定获得土中有效应力的变化情况。
　　b. 试样中的应力分布不均匀，所以，试验效果比直剪试验成果更可靠、准确。
　　缺点：a.试验仪器较复杂，操作技术要求高，且试样制备比较麻烦。
　　b.试验是在轴对称情况下进行的。
　　5、 影响土压力的因素有哪些？其中最主要的影响因素是什么？
　　影响土压力的因素有很多，如挡墙的高度、墙背的形状、倾斜度以及填料大物理力学性质，填土面的坡度及荷载情况，挡土墙的位移大小和方向，支撑的位置，填土的施工方法等。

　　1、 土的结构划分哪几种，简述每种结构土体的特点。
　　散粒结构：土的粒径较大，彼此之间无连结力或只有微弱的连结力，土粒呈棱角状、表面粗糙。
　　蜂窝结构：土的粒径较小、颗粒间的连接力强，吸引力大于其重力，土粒停留在最初的接触位置上不再下沉。
　　絮状结构：土粒较长时间在水中悬浮，单靠自身中重力不能下沉，而是由胶体颗粒结成棉絮状，以粒团的形式

　　2、 简述影响土中应力分布的因素。
　　(1)非线性材料的影响，土体实际是非线性材料的影响，对竖向应力计算值有影响；（2）成层地基的影响，天然土层大松密、软硬程度往往不相同，变形特性可能差别较大，如可压缩土层覆盖在刚性岩层上；（3）变形模量岁深度增大的影响；（4）各向异性的影响，由于天然沉积土因沉积条件和应力状态不同，在水平方向和垂直方法的E就不同，土的各向异性也会影响土层中的附加应力分布。

　　3、 简述太沙基一维固结理论的基本假设？
　　（1）土是均质、各向同性和完全饱和；（2）土粒和孔隙水都是不可压缩的；（3）外荷载是在一次在瞬间施加的；（4）土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层大压缩和土中水的渗流都是一维的；（5）土中水的渗流服从达西定律；（6）在渗透固结中，土的渗透系数k和压缩系数a都是不变的。

　　4、 为什么规范法计算地基最终沉降量比分层总和法所得结果更接近实际值？
　　分层总和法在计算中假定地基土无侧向变形，这只有当基础面积较大，可压缩土层较薄时，才较符合上述假设。一般情况下，将使计算结果偏小。另一方面，计算中采用基础中心点下的附加应力，并把基础中心点大沉降作为整个基础的平均沉降，又会使计算结果偏大。再加上许多其它因素造成的影响，如土层非均匀性对附加应力的影响等等。规范法引入经验系数对各种因素造成的沉降计算误差进行修正，以使结果更接近实际值。所以，规范法计算地基最终沉降量比分层总和法所得结果更接近实际值
　　5、 墙后积水对挡土墙有何危险？
　　没有采取排水措施，或者排水措施失效，是挡土墙倒塌的重要原因之一，因为挡土墙无排水措施或者排水措施失效，必然会导致雨天地表水流入填土中而排不出去，从而使填土的抗剪强度降低，并产生水压力的作用，使作用在挡土墙上的侧压力增大，使挡土墙失稳。

　　1． 分层总和法计算地基最终沉降量的基本原理与步骤（10分）。
　　基本原理：（1）假设土层只发生竖向压缩变形（一维课题），设备侧向变形，因此可用室内侧限压缩试验得到的参数（e,a,Es）计算沉降量；
　　（2）按土的特性、应力状态及地下水位将地基可能受到的压缩层分为若干层，分别计算各分层的沉降量Si；
　　（3）将各分层的沉降量按下式总和起来得地基最终沉降量。
　　求解步骤：
　　（1）计算与绘制基础中心点下地基中的自重应力与附加应力分布曲线。
　　（2）分层计算变形量
　　（3）确定受压层下限、计算最终沉降量。
　　2． 确定地基容许承载力的方法（10分）。
　　答：确定地基容许承载力的方法主要有：
　　（1）理论公式计算：用地基极限承载力除以安全系数，或按控制地基中塑性区发展范围。
　　（2）按地基规范承载力表：按野外鉴别，室内物理力学性质指标，标贯试验锤击数与轻便触探试验贯入击数查表确定。
　　（3）原位试验：载荷试验，静力触探试验，标贯试验，旁压试验等。

　　三、计算题
　　1、某构筑物基础如图所示，在设计地面标高出作用有偏心荷载680KN，偏心距1.31m，基础埋深为2m，底面尺寸为4m*2m，试求基底平均压力p和边缘最大压力Pmax，并绘制沿偏心方向的基底压力分布图。

　　p=125KN；Pmax=483.1KN

　　2、某地基中一饱和粘土层厚4m，顶底面均为粗砂层，粘土层的平均竖向固结系数Cv=9.64*103cm2/年，压缩系数Es=4.82Mpa,若在地面上作用大面积均布荷载p0=200kpa, 双面排水，已知Tv=0.1952，试求：
　　（1）粘土层的最终沉降量
　　（2）达到最终沉降量之半所需的时间
　　（3）若该粘土层下卧不透水层，则最终沉降量之半所需的时间又是多少？
　　s=166mm；t=0.81年；t2=3.24年

　　3、某一施工现场需要填土，基坑的体积为2000m3，土方来源是从附近土丘开挖，经勘察，土的比重为2.70,含水量为15%，孔隙比为0.60，要求填土的含水量为17%，干密度为17.6KN/m3，问：
　　⑴取土场土的重度、干重度和饱和度是多少？
　　⑵应从取土场开采多少方土？
　　⑶碾压时应洒多少水？填土的孔隙比是多少？
　　⑴=16.875（KN/m3），=19.406（KN/m3），67.5%；
　　⑵V1=2085.9m3；
　　⑶e2=0.534，加水703.9878KN
　　4、设砂土地基中一点的大小主应力分别为500kpa和180kpa,其内摩擦角ψ=36度，求：
　　（1）该点最大剪应力是多少？最大剪应力面上的法向应力又为多少？
　　（2）此点是否已达到极限平衡状态？为什么？
　　（3）如果此点未达到极限平衡，令大主应力不变，而改变小主应力，使该点达到极限平衡状态，这时小主应力应为多少？
　　⑴ τmax=160kpa;
　　⑵ σ=340kpa;
　　⑶ 未达到极限平衡状态;
　　⑷ σ3f=129.8kpa

　　1、某土层厚5m，原自重压力p1=100Kpa。现在考虑在该土层上建造建筑物，估计会增加压力 p=150kpa.求该土层的压缩变形量为多少？
　　取土作压缩试验结果如下：
　　P(kpa) 0 50 100 200 300 400
　　e 1.406 1.250 1.120 0.990 0.910 0.850
　　Δs=40cm

　　2、某土层地质情况如下：
　　第一层：粉质粘土，厚4m，重度γ =16.5KN/m3
　　第二层：粘土，厚3m，重度γ=18.5KN/m3
　　第三层：砂土，厚2m，地下水位在地面以下7m出，该土层的重度γsat=20.0 KN/m3
　　求各土层分界面出土的自重应力，并绘制自重应力分布图形。
　　σcz1=66Kpa；σcz2=121.5Kpa；σcz3=141.5Kpa

　　3、一饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结不排水试验，施加周围压力σ3=200kpa，试件破坏时的主用力差σ1-σ3 =300kpa，测得孔隙水压力u=175kpa，整理试验结果得有效内摩擦角ψˊ=30度，有效粘聚力Cˊ=72.3kpa，试求破坏面上的法向应力和剪应力以及试件中的最大剪应力，并计算说明为什么破坏面不发生在最大剪应力大作用面上。
　　σ=275kpa；τ=130kpa；τmax=150kpaq；σˊ=100kpa<τf=130kpa

　　4、某挡土墙高5m,假定墙背垂直和光滑，墙后填土面水平，填土的粘聚力c=11kpa,内摩擦角ψ=20°，重度γ=18kn/m3,试求出墙背主动土压力分布图形和主动土压力的合力。
　　⑴主动土压力系数Ks=0.488;
　　⑵主动土压力墙顶处：-15.36kpa ，主动土压力墙底处：28.56kpa；
　　⑶临界深度z0=1.75m； 主动土压力Ea=46.41KN/m ，x=1.0

　　3． 已知某粘性土样天然密度ρ=2.00g/cm3，含水量ω=20%，土粒比重Gs=2.70，求该土样的干密度，孔隙比，饱和度。（10分）
　　干密度：
　　孔隙比：
　　饱和度：