土力学四校合编课后习题答案

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1、 2-8单元1-1、砂类土和粘性土各有那些典型的形成作用？答土在其形成过程中有各种风化作用共同参与，它们同时进行。砂类土主要是由于温度变化、波浪冲击、地震引起的物理力使岩体崩解、破碎形成。粘性土主要是岩体与空气、水和各种水溶液相互作用形成。2-2、有一饱和的原状土样切满于容积为21.7cm3的环刀，称得总质量为72.49g，经105烘干至恒重为61.28g，已知环刀质量为32.54g，土粒比重为2.74，试求该土样的湿密度、含水量、干密度与孔隙比（要求汇出土的三相比例示意图，按三相比例指标的定义求解）。解：2-3、某原状土样的密度为1.85g/cm3，含水量为34%，土粒相对密度为2.71，试

2、求该土样的饱和密度、有效密度和有效重度（先推导公式然后求解）。解：（1）设（2）（3）或2-4、某砂土土样的密度为1.77g/cm3，含水量9.8%，土粒相对密度为2.67，烘干后测定最小孔隙比为0.461，最大孔隙比为0.943，试求孔隙比e和相对密实度Dr，并评定该砂土的密实度。解：（1）设整理上式得（2）（中密）2-5、某一完全饱和黏性土试样的含水量为30%，土粒相对密度为2.73，液限为33%，塑限为17%，试求孔隙比、干密度和饱和密度，并按塑性指数和液性指数分别定出该黏性土的分类名称和软硬状态。解：查表，定名为粉质粘土查表，确定为软塑状态3-1. 试解释起始水力梯度产生的原因。 答起

3、始水力梯度产生的原因是为了克服薄膜水的抗剪强度0(或者说为了克服吸着水的粘滞阻力)使之发生流动所必须具有的临界水力梯度度。也就是说只要有水力坡度薄膜水就会发生运动只是当实际的水力坡度小于起始水力梯度时薄膜水的渗透速度V非常小只有凭借精密仪器才能观测到。因此严格的讲起始水力梯度I0是指薄膜水发生明显渗流时用以克服其抗剪强度0的水力梯度。 3-2. 简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。 答1土的粒度成分与矿物成分。土的颗粒大小、形状与级配影响土中孔隙大小与其形状因而影响土的渗透性。土颗粒越粗越浑圆、越均匀时渗透性就大。砂土中含有较多粉土与粘土颗粒时其渗透系数就大大降低。2结合水膜厚度。粘性土中若土

4、粒的结合水膜厚度较厚时会阻塞土的孔隙降低土的渗透性。3土的结构构造。天然土层通常不是各向同性的在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。4水的粘滞度。水在土中的渗流速度与水的容重与粘滞度有关从而也影响到土的渗透性。3-4. 拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场 答当渗流场中水头与流速等渗流要素不随时间改变时这种渗流称为稳定渗流而拉普拉斯方程是指适用于平面稳定渗流的基本方程。 3-5.为什么流线与等势线总是正交的 答在稳定渗流场中取一微单元体并假定水体不可压缩则根据水流连续原理单位

5、时间流入和流出微元体的水量应相等 即dqe=dq0。从而得到即为二维渗流连续方程从中由数学知识可知流线 和等势线正交。 3-6. 流砂与管涌现象有什么区别和联系 答在向上的渗流力作用下粒间有效应力为零时颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂(土)现象。这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中一般具有突发性、对工程危害大。 在水流渗透作用下土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动以至流失随着土的孔隙不断扩大渗流速度不断增加较粗的颗粒也相继被水逐渐带走最终导致土体形成贯通的渗流管道造成土体塌陷这种现象称为管涌。它多发生在砂性土中且颗粒大小差别大 3-7. 渗透力都会引起哪些破坏答渗流引起的渗透

6、破坏问题主要有两大类一是由于渗流力的作用使土体颗粒流失或局部土体产生移动导致土体变形甚至失稳二是由于渗流作用使水压力或浮力发生变化导致土体和结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。3-8、某渗透试验装置如图3-23所示。砂的渗透系数；砂的渗透系数，砂样断面积A=200cm2，试问：（1）若在砂与砂分界面出安装一测压管，则测压管中水面将升至右端水面以上多高？（2）砂与砂界面处的单位渗水量q多大？解：（1）整理得所以，测压管中水面将升至右端水面以上：60-40=20cm（2）3-9、定水头渗透试验中，已知渗透仪直径D=75mm，在L=200mm渗流途径

7、上的水头损失h=83mm，在60s时间的渗水量Q=71.6cm3，求土的渗透系数。解：3-10、设做变水头渗透试验的黏土试样的截面积为30cm2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的径为0.4cm，试验开始时的水位差145cm，经时段7分25秒观察水位差为100cm，试验时的水温为20，试求试样的渗透系数。解：3-11、图3-24为一板桩打入透水土层后形成的流网。已知透水土层深18.0m，渗透系数，板桩打入土层表面以下9.0m，板桩前后水深如图中所示。试求：（1）图中所示a、b、c、d、e各点的孔隙水压力；（2）地基的单位渗水量。解：（1）（2）4-1何谓土中应力它有哪些分类和用途答土体在自重、建筑

8、物荷载与其它因素的作用下均可产生土中应力。一般来说土中应力是指自重应力和附加应力。土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种。自重应力是指土体在自身重力作用下产生的尚未完成的压缩变形因而仍将产生土体或地基的变形。附加应力它是地基产生变形的的主要原因也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因。土中应力安土骨架和土中孔隙的分担作用可分为有效应力和孔隙应力两种。土中有效应力是指土粒所传递的粒间应力。它是控制土的体积变形和强度两者变化的土中应力。土中孔隙应力是指土中水和土中气所传递的应力。4-2怎样简化土中应力计算模型在工程中应注意哪些问题答我们把天然土体简化为线性弹性体。即假设地基土是均匀、连续、各

9、向同性的半无限空间弹性体而采用弹性理论来求解土中应力。当建筑物荷载应力变化围比较大如高层建筑仓库等筒体建筑就不能用割线代替曲线而要考虑土体的非线性问题了。4-3地下水位的升降对土中自重应力有何影响在工程实践中有哪些问题应充分考虑其影响答地下水下降降水使地基中原水位以下的有效资中应力增加与降水前比较犹如产生了一个由于降水引起的应力增量它使土体的固结沉降加大故引起地表大面积沉降。地下水位长期上升如筑坝蓄水将减少土中有效自重应力。(1)、若地下水位上升至基础底面以上它对基础形成浮力使地基土的承载力下降。(2)、地下水位上升如遇到湿陷性黄土造成不良后果塌陷(3)、地下水位上升粘性土湿化抗剪强度降低。4

10、-4基底压力分布的影响因素有哪些简化直线分布的假设条件是什么答基底压力的大小和分布状况与荷载的大小和分布、基础的刚度、基础的埋置深度以与地基土的性质等多种因素。假设条件刚性基础、基础具有一定的埋深依据弹性理论中的圣维南原理。4-5如何计算基底压力和基底附加压力两者概念有何不同答基地压力P计算(中心荷载作用下)(偏心荷载作用下)基地压力计算基地压力P为接触压力。这里的“接触”是指基础底面与地基土之间的接触这接触面上的压力称为基底压力。基底附加压力为作用在基础底面的净压力。是基底压力与基底处建造前土中自重应力之差是引起地基附加应力和变形的主要原因。4-6土中附加应力的产生原因有哪些在工程实用中应如

11、何考虑答由外荷载引起的发加压力为主要原因。需要考虑实际引起的地基变形破坏、强度破坏、稳定性破坏。4-7在工程中如何考虑土中应力分布规律?答由于附加应力扩散分布他不仅发生在荷载面积之下而且分布在荷载面积相当大的围之下。所以工程中(1)、考虑相邻建筑物时新老建筑物要保持一定的净距其具体值依原有基础荷载和地基土质而定一般不宜小于该相邻基础底面高差的1-2倍(2)、同样道理当建筑物的基础临近边坡即坡肩时会使土坡的下滑力增加要考虑和分析边坡的稳定性。要求基础离开边坡有一个最小的控制距离a.(3)、应力和应变时联系在一起的附加应力大地基变形也大反之地基变形就小甚至可以忽略不计。因此我们在计算地基最终沉降量

12、时“沉降计算深度”用应力比法确定4-8、某建筑场地的地层分布均匀，第一层杂填土厚1.5m，；第二层粉质黏土厚4m，地下水位在地面下2m深处；第三层淤泥质黏土厚8m，；第四层粉土厚3m，；第五层砂岩未钻穿。试计算各层交界处的竖向自重应力，并绘出沿深度分布图。解：（1）求由上式得：，（2）求自重应力分布4-9、某构筑物基础如图4-30所示，在设计地面标高处作用有偏心荷载680kN，偏心距1.31m，基础埋深为2m，底面尺寸为4m2m。试求基底平均压力p和边缘最大压力pmax，并绘出沿偏心方向的基底压力分布图。解：（1）全力的偏心距e（2）因为出现拉应力故需改用公式（3）平均基底压力（理论上）或（实

13、际上）4-10、某矩形基础的底面尺寸为4m2.4m，设计地面下埋深为1.2m（高于天然地面0.2m），设计地面以上的荷载为1200kN，基底标高处原有土的加权平均重度为18kN/m3。试求基底水平面1点与2点下各3.6m深度M1点与M2点处的地基附加应力值。解：（1）基底压力（2）基底附加压力（3）附加应力 M1点分成大小相等的两块查表得则 M2点作延长线后分成2大块、2小块大块查表得小块查表得则4-11、某条形基础的宽度为2m，在梯形分布的条形荷载（基底附加压力）下，边缘（p0）max=200kPa，（p0）min=100kPa，试求基底宽度中点下和边缘两点下各3m与6m深度处的值。解：中点

14、下 3m处，查表得6m处，查表得边缘，梯形分布的条形荷载看作矩形和三角形的叠加荷载3m处：矩形分布的条形荷载，查表三角形分布的条形荷载，查表所以，边缘左右两侧的为6m处：矩形分布的条形荷载，查表三角形分布的条形荷载，查表所以，边缘左右两侧的为5-1通过固结试验可以得到哪些土的压缩性指标如何求得? 答 压缩系数 ，压缩指数， 压缩模量，压缩系数， 压缩指数 ， 压缩模量。 5-2通过现场静载荷试验可以得到哪些土的力学性质指标？答 可以同时测定地基承载力和土的变形模量。 答土的弹性模量是指土体在侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。他的变形包括了可恢复的弹性变形和不可恢复的残余变形两部分。而室固结实验和现场载荷试验都不能提供瞬时荷载，它们得到的压缩模量和变形模量时包含残余变形在的。和弹性模量由根本区别。 5-4试从基本概念、计算公式与适用条件等方面比较压缩模量、变形模量与弹性模量它们与材料力学中氏模量有什么区别？答土的压缩模量 的定义是土在侧限条件下的竖向附加应力与竖向应变之比值。 土的压缩模量是通过土的室压缩试验得到的。土的变形模量 的定义是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值。土的