成都理工大学2016年土力学(819)考试试题(含答案)

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成都理工大学 2016 年土力学（819）考试试题
加载速率。试验方法和加载速率不同，特别在不同试验排水条件下， 得到的抗剪强度数值是不同的。 4. 典型的地基载荷试验 P-S 曲线可以将土体的变形分成顺序发生的 三个阶段，简述这三个阶段的特征。
答： 采用荷载 P 和沉降 S 的关系曲线说明，如图所示，从荷载开始施加至 地基发生破坏，地基的变形经过了三个阶段：①压缩阶段。相应于 P-S 曲线的 oa 部分，由于荷载较小，地基主要产生压密变形，荷载 与沉降关系接近于直线，此时土体中各点的剪应力均小于抗剪强度， 地基处于弹性平衡状态。②剪切阶段。相应于 P-S 曲线的 ab 部分， 当荷载增加到超过 a 点压力时，荷载与沉降之间成曲线关系，此时土 中局部范围内产生剪切破坏，即出现塑性变形区。随着荷载增加，剪 切破坏区逐渐扩大。③破坏阶段。相应于 P-S 曲线的 bc 部分，在这 个阶段塑性区已经发展形成已连续的滑动面，荷载略有增加沉降便急
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2. 简述有效应力原理，并分析在对饱和黏性土样施加各向相等的压 力后，土样孔隙水压力和有效应力的变化过程。 答：土骨架传递的应力称为有效应力，饱和土中任意点的总应力σ总 是等于有效应力σ’加上孔隙水压力 u，即σ=σ’+u 为有效应力原 理的表达式。对土施加各向等压力σ的一瞬间，土样中的水来不及排 出，由于认为水和土粒不可压缩，土体积不变，则土中有效应力 σ’=0，压力σ全部由水来承担，所以土中孔隙水压力（超孔隙水压 力）u=σ；施加压力后，随着时间的增长，孔隙水在超孔隙水压力的 作用下经土孔隙逐渐排出，使原来由孔隙水承担的外力逐渐转嫁给土 骨架，使有效应力逐渐增大，有效应力σ’ =σ-u，此过程中，土体 产生压缩，孔隙水压力相应消减，此时 u＜σ；待到施加压力的时间 足够长久后，有效应力增大到等于此施加的压力σ’=σ，而孔隙水 压力完全消散，u=0，土体不再排水，渗透固结完成。 3. 简述影响土体抗剪强度的主要因素。 答：①土粒的矿物成分、颗粒形状与级配。颗粒越粗，表面越粗糙， 其内摩擦角越大；黏土矿物成分不同，土粒表面的结合水膜和电分子 力则不同，内聚力也就不同；胶结物质可使内聚力增大。②土的原始 密度。原始密度越大，土粒间的表面摩擦力和咬合力越大，即内摩擦 角越大；同时，密度越大，土粒紧密接触，土内聚力也越大。③土的 含水量。当含水量增加时，水分在土粒表面形成润滑剂，使内摩擦角 减小；含水量增加也使结合水膜变厚，则粒间电分子力减弱，内聚力 降低。④土的结构。土的结构受扰动，则内聚力降低。⑤试验方法和
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稳定性的主要因素包括以下五个方面进行论述：a.土坡作用力发生变 化；b.土体抗剪强度的降低；c.地下水变化；d.静水压力的作用；e. 因坡脚开挖导致土坡高度和坡脚增大的问题。
五、计算题
某正常固结饱和黏土试样在三轴试验中，围压σ3=200KPa，破坏时主 应 力 差 σ 1- σ 3=280KPa ， 由 固 结 不 排 水 试 验 测 得 孔 隙 水 压 力 μ =180KPa，有效内摩擦角ψ’=30°，有效粘聚力 c’=69KPa。试计算： ①破坏面上的法向应力和剪应力，以及试样中的最大剪应力。 破坏面与最大主应力作用面的夹角αf=45°+ψ’/2=60° σ1=（σ1-σ3）+σ3=480KPa 破坏面上的正应力σ=0.5（σ1+σ3）+0.5（σ1-σ3）cos2αf=270KPa 剪应力τ=0.5（σ1-σ3）sin2αf =121KPa τmax=0.5（σ1-σ3）=140KPa 此时，作用方向与最大主应力作用面成 45°。 ②破坏面为什么不是发生在最大剪应力作用面上的理由。 αf=60°的平面上： σ’=σ-μ=90KPa 抗剪强度τf=σ’tanψ’+ c’=121KPa 可见在αf=60°的平面上的剪应力等于这个面上的抗剪强度，故试样 会在此面上破坏。 αf=45°的平面上：
二、填空题
1. 已知某种土的密度为 1.8g/cm3，土的相对密度为 2.70，土的含水 量为 18.0%，则每立方米土体中气体的体积为 0.16m3 。 2. 挡土墙后土体处于朗肯主动土压力状态时，土体剪切破坏面与竖 直面的夹角为 45°-φ/2 ；当墙后土体处于朗肯被动土压力状态时，
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剧增加，地基丧失稳定。相应于地基土中应力状态的三个阶段，有两 个界限荷载：前一个相当于从压缩阶段过度到剪切阶段的界限荷载 Pcr，称为临塑荷载，它是 P-S 曲线上 a 点对应的荷载；后一个相当 于从剪切阶段过度到破坏阶段的界限荷载 Pu，称为极限荷载，它是 P-S 曲线上 b 点对应的荷载。
三、简答题
1. 影响基底压力分布的因素有哪些？简述将基底压力视为直线分布 的理由。 答：试验和理论都证明，基底压力的分布与多种因素有关，如基础的 形状、平面尺寸、刚度、埋深、基础上作用荷载的大小及性质、地基 土的性质等。精确的确定基底压力是一个相当复杂的问题，根据弹性 力学中的圣维南原理，基础下与底面距离大于基底尺寸的土中应力分 布主要取决于荷载合力的大小和作用点位置，基本上不受基底压力分 布形式的影响，为了使计算简便，基底压力可以近似的按直线分布的 图形计算。
四、论述题
1. 论述传统的和规范推荐的两种单向压缩分层总和法的异同点。 答：论述要点：①说明传统的单向压缩分层总和法计算地基沉降的基 本原理。②说明传统的单向压缩分层总和法的分层方法；压缩层确定 方法与沉降量求解计算公式。③说明规范推荐的单向压缩分层总和法 所提出的三个问题：地基平均附加应力系数；地基沉降计算深度的新 标准；地基沉降经验系数。④规范推荐的沉降计算公式表达与说明。 ⑤两种方法的相同点：都采用侧限条件下的地基土压缩性指标，对地 基分层线性化后进行沉降计算，计算原理相同；若沉降计算深度相同， 则两种方法繁简程度相同。⑥两种方法的不同点：前者按附加应力计 算，后者按附加应力图的面积计算；前者按应力比法确定压缩层厚度， 后者按变形比法确定压缩层厚度，后者采用了沉降计算经验系数对计 算值进行修正。 2. 论述土坡稳定性计算的关键问题及影响土坡稳定性的主要因素。 答：论述要点：①土坡稳定性计算的关键问题围绕下述三个问题论述： 正确的计算参数，准确的地质剖面与合理的潜在滑动面。②影响土坡
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土体剪切破坏面与水平面的夹角为 45°-φ/2 。 3. 某柱下方形基础边长 2m，埋深 d=1.5m，柱传给基础的竖向力 F=800KN，地下水位在地表下 0.5m 处，则基底压力等于 220Hale Waihona Puke BaiduPa 。 4. 某薄层天然地基，土的孔隙比为 0.8，在建筑物荷载作用下其压缩 稳定后的孔隙比为 0.6，若地基压缩层厚度为 3m，则该建筑物的最终 沉降量等于 0.333m 。 5. 影响无黏性土坡的稳定性的主要因素是 内摩擦角 和 坡角 。 6. 饱和土的渗透固结是土中孔隙水压力消散与 有效应力 相应增长 的过程。 7. 达西定律只适用于 层流 的情况，而反映土的透水性的强弱的指 标称之为土的 渗透系数 。
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σ=0.5（σ1+σ3）+0.5（σ1-σ3）cos2αf=340KPa σ’=σ-μ=160KPa 抗剪强度τf=σ’tanψ’+ c’=161KPa 由于剪应力在这个面上τmax=0.5（σ1-σ3）=140KPa 可见在αf=45°的平面上的剪应力小于这个面上的抗剪强度，故试样 不会在此面上破坏。
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一、名词解释
1. 库伦定律：将土的抗剪强度表示为剪切面上法向应力的函数，即 τ=c+σtanφ，式中 c、φ分别为粘聚力和内摩擦角，该关系式即为 库伦定律。 2. 土的固结度：地基在某一时刻 t 的固结沉降量与地基最终沉降量 之比。 3. 临塑荷载：地基中即将出现塑性区但还未出现塑性区时对应的基 底压力，即相应于塑性区的最大深度等于零时所对应的基底压力。 4. 主动土压力：挡土墙受到墙后填土的作用产生离开填土方向的位 移，当位移量足够大，墙后填土土体处于极限平衡状态时，墙背上的 土压力称为主动土压力。 5. 砂土液化：当饱和松砂受到动荷载作用，由于孔隙水来不及排出， 孔隙水压力不断增加，就有可能使有效应力降到零，因而使砂土像流 体那样完全失去抗剪强度。