高等土力學(xué)試題

1、一.回答下列問(wèn)題：1. 何謂非飽和土的基質(zhì)吸力? 舉出一種非飽和土的強(qiáng)度公式。2. 三軸試驗(yàn)中的膜嵌入或順變性（Membrane Penetration）對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有什么影響？對(duì)什么土和什么類型的試驗(yàn)影響比較大？3. 說(shuō)明普朗特爾（Prandtl）和太沙基（Terzaghi）的地基極限承載力公式的基本假設(shè)條件和滑裂面形狀。4. 何謂德魯克（Drucker)假說(shuō)？何謂相適應(yīng)和不相適應(yīng)的流動(dòng)規(guī)則？對(duì)兩種情況各舉一個(gè)土的彈塑性模型。5. 某飽和砂土的固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)結(jié)果如下圖所示，在pq 坐標(biāo)定性繪出有效應(yīng)力路徑。應(yīng)當(dāng)如何確定這種土的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)？ s1-s3 q e1 o p s3 u二.

2、選擇一個(gè)問(wèn)題回答：1. 在深覆蓋層上修建土石壩時(shí)，壩體和覆蓋層的防滲結(jié)構(gòu)物主要有那些型式？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？2. 在地基處理方法中有哪些型式的復(fù)合地基樁？說(shuō)明其適用范圍。 三最近在巖土工程界關(guān)于基坑支護(hù)土壓力計(jì)算的討論很熱烈, 試談?wù)勀銓?duì)土壓力的“水土合算”與“水土分算”的看法四. 某油罐地基工程采用堆載預(yù)壓法進(jìn)行地基加固，地基土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)如圖所示，已知中心點(diǎn)M處的自重應(yīng)力為：ssz=40kPa, ssx=32 kPa. 當(dāng)設(shè)計(jì)堆載壓 力p200 kPa時(shí)在M點(diǎn)引起的附加壓力sz=120 kPa,sx=30 kPa,分析M點(diǎn)是否會(huì)破壞？應(yīng)如何進(jìn)行堆載才能防止地基破壞？ p 粉質(zhì)粘土 孔壓系數(shù)

3、A=0.4 c¢=10Kpa H j¢=30° k=5´10-6cm/s五在一個(gè)高2米的鐵皮槽中裝有飽和的均勻松砂，其孔隙比e=0.85,砂的比重Gs=2.67,內(nèi)摩擦角f=32°。然后在振動(dòng)時(shí)砂土發(fā)生了完全液化。由于槽壁位移，槽內(nèi)的砂土的水平土壓力是主動(dòng)土壓力，試計(jì)算砂土液化前后的槽壁上和槽底上的土壓力和水壓力。（10分） 飽和松砂 20米 六回答下列問(wèn)題：（一） 說(shuō)明高層建筑上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的相互作用關(guān)系。（二） 規(guī)范規(guī)定：一般粘性土中的預(yù)制樁，打入后15天，對(duì)軟粘土，打入后21天，才能進(jìn)行靜載試驗(yàn)，為什么？（三） 為什么對(duì)于小型建筑物

4、地基一般是承載力控制；對(duì)于大型建筑物地基一般是沉降控制？（四） 有一個(gè)建筑物的地基承載力基本值是120kPa，要求的設(shè)計(jì)承載力是250kPa，設(shè)計(jì)者在原地基上增加了70厘米厚的水泥土墊層（15水泥與原地基土混合后夯實(shí)），經(jīng)在墊層上的載荷試驗(yàn)得到的承載力已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)承載力。你對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)有什么看法？（五） 試解釋為什麼早期的地基承載力破壞很多是粘土地基上的谷倉(cāng)、水泥倉(cāng)和油罐等建筑物？七回答問(wèn)題：（一） 透水地基上的土石壩的防滲型式有那些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？（二） 土壩的裂縫有那些種？如何防治？（三） 說(shuō)明堤防工程與土壩工程的區(qū)別。（設(shè)計(jì)施工、防滲、質(zhì)量控制、水位變化、隱患險(xiǎn)情等）八計(jì)算下面兩種情況

5、下的土壓力和水壓力：（一）均勻土中的板樁支護(hù)，基坑內(nèi)排水。 7M 5M g¢=10KN¤M3 （二）擋土墻后是飽和粘性土, 由于地面荷載引起土中的超靜孔隙水壓力u=u0sin(pz/2H), u0=20kPa, g¢=10KN¤M3 , q=30kPa, c=5kPa , j=30°, 計(jì)算上、中、下三點(diǎn)的土壓力、靜水壓力和超靜水壓力。 z q H 一、 回答下列問(wèn)題。1、 答：由于土體毛細(xì)管的作用，干土?xí)?duì)水分有吸引力作用，這個(gè)吸引力作用就是非飽和土的基質(zhì)吸力。A.W.Bishop提出了單應(yīng)力狀態(tài)變量的非飽和土強(qiáng)度公式：式中：為抗剪強(qiáng)度，為有

6、效黏聚力，為有效內(nèi)摩擦角，為一個(gè)取值為0.01.0的系數(shù)。2、答：在使用三軸儀對(duì)砂土進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),周壓力通過(guò)橡皮膜傳遞到試樣上。由于顆粒間有孔隙,試樣表面實(shí)際凹凸不平,施加周壓力后橡皮膜會(huì)楔入試樣表面顆粒的空隙中去。其楔入深度隨有效周壓力口:變化而變化,·稱這種現(xiàn)象為橡皮膜的順變性。其楔入量稱為膜順變量或膜楔入量。由于粗粒顆粒較大，其試樣的側(cè)表面是凹凸不平的，所以，當(dāng)對(duì)試樣施加側(cè)壓力后，橡皮膜會(huì)嵌入到試樣側(cè)表面的空隙中去，并擠出這些空隙中的水，從而使試樣產(chǎn)生附加的排水，該部分嵌入量的大小和試樣側(cè)表面積的大小，材料顆粒大小，級(jí)配以及側(cè)壓力的大小有關(guān)，對(duì)待定的一個(gè)試件，其大小主要取決于側(cè)壓

7、力的大小，對(duì)粘性土等細(xì)顆粒材料，該部分嵌入量的影響較小，但對(duì)于粗顆粒其影響卻不可忽視。在飽和試樣中，在試樣與膜以及在各層膜之間殘留一薄層水膜，稱膜間自由水，該部分順變性對(duì)實(shí)驗(yàn)中的體積變化和空隙水壓力具有很大的影響。砂的一個(gè)基本特性是剪切時(shí)發(fā)生體積變化。當(dāng)用普通三軸儀對(duì)飽和砂進(jìn)行應(yīng)力一應(yīng)變特性研究時(shí),排水試驗(yàn)需要精確量測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中體積變化,不排水試驗(yàn)則需要精確量測(cè)孔隙水壓力(簡(jiǎn)稱孔壓)的變化。在飽和土的排水試驗(yàn)中,通常根據(jù)試樣中排出或吸入的水量來(lái)確定試樣的體積變化。但是由于存在膜順變性,使得這種量測(cè)方法在飽和土的粗粒排水試驗(yàn)中出現(xiàn)了很大誤差。3、答：（1）普朗特爾的地基極限承載力公式的基本假設(shè)條

8、件：基礎(chǔ)地面絕對(duì)光滑（），豎直荷載是主應(yīng)力無(wú)重介質(zhì)的假設(shè)，即基礎(chǔ)地面為地表面，作為均布荷載滑裂面形狀：（2）太沙基的地基極限承載力公式的基本假設(shè)條件：考慮地基土的自重，基底土的重量基底可以是粗糙的（）忽略基底以上部分土本身的阻力，簡(jiǎn)化上部均布荷載滑裂面形狀：4、答：德魯克假說(shuō)：利用塑性體應(yīng)變?cè)隽?，等效塑性?yīng)變?cè)隽窟@兩個(gè)塑性指標(biāo)的特性，對(duì)金屬材料假定塑性體應(yīng)變?cè)隽繛榱悖⑶壹僭O(shè)材料屈服時(shí)等效塑性應(yīng)變?cè)隽颗c應(yīng)力狀態(tài)無(wú)關(guān)。在塑性理論中，流動(dòng)規(guī)則用以確定塑性應(yīng)變?cè)隽康姆较蚧蛩苄詰?yīng)變?cè)隽繌埩康母鱾€(gè)分量間的比例關(guān)系，對(duì)于穩(wěn)定材料，因而必須正交于屈服面才能滿足：同時(shí)屈服面也必須是外凸的，這就是說(shuō)塑性勢(shì)面g與

9、屈服面f必須是重和的，即f=g這就稱為相適應(yīng)的流動(dòng)規(guī)則。如果，即為不相適應(yīng)的流動(dòng)規(guī)則。5、答：當(dāng)峰值應(yīng)力差時(shí)，松砂的有效應(yīng)力路徑還遠(yuǎn)未達(dá)到有效應(yīng)力破壞線，砂土的應(yīng)力狀態(tài)未達(dá)到其強(qiáng)度，但飽和砂土試樣流動(dòng)了。有效應(yīng)力路徑峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的固結(jié)不排水內(nèi)摩擦角為，而當(dāng)它達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，盡管偏差應(yīng)力僅為30，其有效應(yīng)力路徑達(dá)到了有效應(yīng)力強(qiáng)度的破壞線，有效應(yīng)力內(nèi)摩擦角，而對(duì)應(yīng)的殘余不排水內(nèi)摩擦角這時(shí)才到該種砂土真正意義上的破壞，所以這種實(shí)驗(yàn)中最大應(yīng)力差與最大應(yīng)力比確定的有效應(yīng)力指標(biāo)是不同的，用最大的應(yīng)力比更合理。二、 選擇一個(gè)問(wèn)題回答1、2、答：地基處理中的復(fù)合地基樁按豎向增強(qiáng)體的材料可劃分為：散體材料復(fù)合地基

10、樁、柔性復(fù)合地基樁、剛性復(fù)合地基樁。碎石樁和砂樁總稱為碎（砂）石樁，和樁周土組成復(fù)合地基的地基處理方法。砂石樁法適用于擠密松散砂土、粉土、粘性土、素雜填土等地基。對(duì)飽和粘性土上對(duì)變形控制要求不嚴(yán)的可采用砂石樁置換處理。該法亦可用于可液化地基。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱，適用于處理黏性土、粉土、砂土和已完成自重固結(jié)的素填土等地基。對(duì)淤泥質(zhì)土應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。石灰樁法，由生石灰與粉煤灰等摻合料拌和均勻 在孔內(nèi)分層夯實(shí)形成豎向增強(qiáng)體 并與樁間土組成復(fù)合地基的地基處理方法?；彝翑D密樁法，利用橫向擠壓成孔設(shè)備成孔 使樁間土得以擠密 用灰土填入樁孔內(nèi)分層夯實(shí)形成灰土樁 并與樁間

11、土組成復(fù)合地基的地基處理方法。土擠密樁法，利用橫向擠壓成孔設(shè)備成孔 使樁間土得以擠密 用素土填入樁孔內(nèi)分層夯實(shí)形成土樁 并與樁間土組成復(fù)合地基的地基處理方法。柱錘沖擴(kuò)樁法，反復(fù)將柱狀重錘提到高處使其自由落下沖擊成孔 然后分層填料夯實(shí)形成擴(kuò)大樁體 與樁間土組成復(fù)合地基的地基處理方法。三、答：在水土合算的計(jì)算公式中采用總應(yīng)力指標(biāo)和和飽和重度計(jì)算，但如果將飽和重度為有效重度與水的重度之和代入公式，水土合算的方法實(shí)際上將水壓力也乘以土壓力系數(shù)。對(duì)于粘性土，情況比較復(fù)雜，從土中水全部是自由水的觀點(diǎn)看，水壓力打折扣也是不合適的；但如承認(rèn)粘性土中的水不全部是自由水，則打一定的折扣，也是合適的，這就和粘性土中

12、考慮浮力的方法相似?？傊?jì)算土壓力時(shí)，當(dāng)?shù)叵滤嬉韵?，土體如果是粘性土?xí)r，計(jì)算土壓力用水土合算；當(dāng)?shù)叵滤嬉韵峦馏w，如果土體是非粘性土?xí)r，計(jì)算土壓力用水土分算，計(jì)算水壓力值，此時(shí)總壓力等于土壓力與水壓力之和。四、五、六、回答下列問(wèn)題1、答：高層建筑上部結(jié)構(gòu)的自重及荷載通過(guò)梁柱等構(gòu)件把荷載傳給基礎(chǔ)，基礎(chǔ)把荷載傳給地基，三者之間關(guān)系密切。地震時(shí)土體與上部結(jié)構(gòu)是相互作用的，上部結(jié)構(gòu)受到地基傳來(lái)的地震波影響產(chǎn)生地震作用，在進(jìn)行地震反應(yīng)分析時(shí)，一般都假設(shè)地基是剛性的，實(shí)際上是非剛性的，故上部結(jié)構(gòu)的地震作用通過(guò)基礎(chǔ)反饋給地基，地基產(chǎn)生局部變形，從而引起上部結(jié)構(gòu)的移動(dòng)和擺動(dòng)，這就是上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)與地基之間的

13、相互作用。2、答：達(dá)到設(shè)計(jì)要求最大加載量且沉降達(dá)到穩(wěn)定，或已達(dá)樁身材料的極限強(qiáng)度，以及試樁樁頂出現(xiàn)明顯的破損現(xiàn)象。在確定樁身強(qiáng)度達(dá)到要求的前提下，粘性土中的預(yù)制樁一般只有通過(guò)15天左右，才能達(dá)到樁身強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，樁身與土體的結(jié)合才基本穩(wěn)定，而軟粘土中水分較多，因而需更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到靜載實(shí)驗(yàn)要求。3、答：因?yàn)樾⌒徒ㄖ暮奢d較小，按承載力控制，就是建筑物地基只要滿足強(qiáng)度條件就可以，一般適用于小型建筑，對(duì)地基變形要求較低，而地基按沉降控制就必須在滿足地基承載力控制的基礎(chǔ)上，也必須滿足地基沉降的要求，一般適用于高層建筑，對(duì)地基變形要求較高。4、5、因?yàn)檎惩恋鼗系墓葌}(cāng)，水泥庫(kù)和油罐等建筑物具有很大的

14、堆積荷載，粘性土具有高膠體高塑性，粘性土需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完成固結(jié)。土體抗剪強(qiáng)度很低，因此早期的地基承載力破壞很多是粘土地基上有谷倉(cāng)，水泥庫(kù)和油罐等具有很大堆積荷載的建筑物。七、回答問(wèn)題1、答：防滲型式有：心墻、斜墻與鋪蓋的結(jié)合，斜墻與截水的結(jié)合。根據(jù)防滲材料的不同，碾壓混凝土壩防滲結(jié)構(gòu)型式可分為三大類：常態(tài)混凝土防滲結(jié)構(gòu)、柔性材料防滲結(jié)構(gòu)及碾壓混凝土自身防滲結(jié)構(gòu)。防止?jié)B透破壞的工程措施有：采取水平或垂直防滲措施，以便盡可能地延長(zhǎng)滲徑。達(dá)到降低滲透坡降的目的，可采取排水或減壓措施，以降低壩體浸潤(rùn)線和下游滲流出口處的滲透壓力，對(duì)可能發(fā)生管涌的部位，需設(shè)置反慮層，攔截可能被滲流帶走的細(xì)顆粒，對(duì)下游可

15、能產(chǎn)生流土部位，可以設(shè)置鋪蓋，可以增加土體抵抗?jié)B透變的能力。新型的防滲措施，采用剛?cè)峤Y(jié)合的方式，采取單管高壓施噴防滲墻和鋪土工膜防滲相結(jié)合的新型防滲技術(shù)，適用于不同類型的土石壩，適用于土石壩沉陷變形，防滲效果好，而且是個(gè)速度快，集剛性和柔性優(yōu)點(diǎn)于一身。2、答：土壩裂縫可分為：干縮裂縫、凍融裂縫、沉陷裂縫和滑坡裂縫。按走向分縱向裂縫，橫向裂縫和龜裂。壩段分縫分塊形式可分為：縱縫分塊、斜縫分塊、錯(cuò)縫分塊和通倉(cāng)澆筑等四種。土壩裂縫的原因，大多數(shù)都是由于壩體或地基的不均勻的沉陷引起的，在土壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)和土壩的施工圖設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮如何使壩體的不均勻沉陷盡可能的小，如對(duì)壩基中的軟土層應(yīng)手挖除，挖出困難時(shí)

16、，可采用砂井處理，對(duì)濕陷性黃土壩基應(yīng)預(yù)先浸水，使土層事先沉陷，對(duì)壩體應(yīng)根據(jù)土壤特性和碾壓條件，選擇適宜的含水量和填筑標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)加厚粘土防滲體和適當(dāng)加厚防滲體下游反慮層的厚度。3、答：根據(jù)施工方法的不同，土石壩分為干填碾壓（碾壓式）、水中填土、水力沖填（包括水墜壩）等類型。堤防的施工方法與土石壩基本一致。其中，碾壓式土石壩最為普遍。土石壩施工質(zhì)量控制主要包括料場(chǎng)的質(zhì)量檢查和控制、壩面的質(zhì)量檢查和控制。土石壩防滲處理的基本原則是“上截下排”。即在上游迎水面阻截滲水。上游截滲法 （黏土斜墻法，拋土和放淤法，灌漿法，防滲墻法，截水墻（槽）法）；下游背水面設(shè)排水和導(dǎo)滲，使?jié)B水及時(shí)排出。下游排水導(dǎo)滲法 （導(dǎo)滲溝法，貼坡排水法，排滲溝法）。土石壩的防滲處理與堤防的防滲處理二者在本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別，其細(xì)微