东南大学土力学期末

东南大学土力学期末(总9页)
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《土力学》问答题及工程实例归纳
前言：本人系土木专业考研学生，专业课选的土力学，本资料是考研期间依据高校常用土力学教材（东南大学四校合编、河海大学卢廷浩、同济大学袁聚云）期末试卷、考研试卷精心整理归纳，红色的是高频考点，主要针对土力学期末考试及土力学考研中的问答题，希望对大家有帮助。

第一章土的物理性质及分类
1.液化现象
孔隙水压力提高会降低土体的强度，当空隙水压力提高到一定程度时，土的强度降低为零——对砂土来说，最终结果为形成粘滞的流体。

处于较为疏松状态的饱和砂当受到瞬时震动时也会变成粘滞流体，这种现象成为液化，在易震地区建造重要建筑时，防治液化是一个相当重要的课题。

2 基坑开挖
当土中的水恰好使砂湿润时，水产生的表面张力可以允许浅层的垂直开挖。

然而一旦土中的水发生蒸发，则可能会引起坑壁的坍塌。

在土中的水还未完全蒸发前，施工过程中的扰动可能导致坑壁的坍塌。

在粘土中，垂直开挖基坑坑壁，有可能·在降水对黏土的软化作用及流入地表张裂缝的过量地表水所产生的静水压力联合作用下坍塌。

水对黏性土的强度产生显著影响。

受浸泡形成的软泥巴甚至泥浆，干燥后会坚硬的像砖一样。

3 地下水位降低
水位降低可消除浮力，并使得土体的有效重量得到增大，上覆土层重量的增加即应力增加。

如果下覆土层孔隙体积大则可能产生很大的地面沉降量。

4施工现场抽取地下水
在施工现场通过抽取地下水来降低地下水位，也可能在短期内产生30-50mm的地面沉降。

如果邻近的建筑物不能承受这些附加的沉降，也必然引发工程事故和法律纠纷。

5 疏松单粒结构的土层（砂土及更粗粒的土）未经处理一般不宜做建筑物地基
6 无粘性土的密实度
影响无粘性土工程性质的主要因素是密实度，若排列紧密结构稳定压缩性小强度高是良好的地基；反之，若土粒排列疏松，结构不稳定则工程性质较差。

7黏性土的结构性和触变性
(1)土的结构性、灵敏度的概念
(2)土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度明显降低所以在基础施工中应注意保护基坑或基槽，尽量减少对坑底土体的扰动
(3) 土的触变性：饱和黏性土受到扰动，强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而逐渐恢复。

黏性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为触变性。

(4) 黏性土中沉桩：运用振扰得方法，破坏桩侧土与桩尖土的结构，以降低沉桩的阻力，但在沉桩完成后，土的强度可随时间部分恢复，使得桩的承载力增强，这利用了触变性机理。

8 在工程中，填土的质量标准常常以压实度来控制（工地压实要求达到的干密度和室内击实所得到的最大干密度之比值）
9土的压实机理
润滑水膜理论：（1）含水率低，土粒径表面的结合水膜较薄，土粒相对位移阻力大，击实难以克服这种阻力，因此击实效果就差（2）随着途中含水率增加，结合水膜变厚，土粒相对位移阻力变小，击实功比较容易克服这种阻力而使得土粒趋于密实压实效果好（3）当土中的含水率继续增大时，土中的水过多，压实过程，孔隙水在短时间内排不出去，也造成土不易压实。

10 压实效果影响因素
(1)含水率：最有含水率——充分压实——最大干密度
(2)击实功能：同一土料，提高击实功能可以克服较大的粒间阻力，使得干密度增大，最
优含水率减小。

含水率较低时，击实功能的影响更显著。

(3)土类及级配:级配良好——击实时细颗粒能填充到粗颗粒之间的孔隙中去，获得较高的
干密度。

级配不良——颗粒大小越均匀效果越差.
第二章土的渗透性与土中渗流
1.基坑开挖
基坑开挖时，挖穿强透水层与否，基坑中的涌水量相差极大，应十分注意。

这是因为强透水层如夹砂层大大增加了与层面平行渗流的等效渗透系数
2影响土渗透系数的因素
(1)土的粒度及矿物成分：颗粒大小、形状及级配会影响土中孔隙大小及形状→影响渗透系数。

土粒越粗越均匀，渗透系数越大。

砂土中含有较多的粉粒和黏粒，渗透系数大大减小。

(2)土的结构：各向异性导致各个方向渗透系数不一样。

如黄土有较大的竖向孔隙，所以渗透系数：竖向远大于水平。

实际工程应注意。

(3)土中气体：密闭气泡会阻塞水的渗流（水中气体分离形成密闭气泡，水中的含气量影响土的渗透性。

(4)水的性质：①温度高，黏滞度低；温度低，则黏滞度高，以10℃为渗透系数的标准温度。

②保持土的原始状态并消除人为因素影响。

3 流砂
现象描述：在向上的渗流力作用下，土粒群发生悬浮、移动的现象
水流沿着板桩从左向右渗流时，板桩的入土深度不能少于上下游水头差H的一半。

4管涌
现象描述：在渗流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒之间的孔隙移动甚至随水流消失，造成土中的孔隙不断扩大，渗流速度不断增大，因而粗颗粒的图也相继被水流逐渐带走，最终导致形成贯通的渗流通道，造成土体塌陷。

发生条件：渗流力虽然不足以诱发流砂现象，但土中的细小颗粒仍有可能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流挟带而走。

时间长了，就会形成管状空洞。

5流砂和管涌的区别：
①流砂发生时水力梯度大于临界水力梯度，而管涌水力梯度可以小于临界水力梯度。

②流砂发生在渗流溢出处，而管涌既可以发生在渗流溢出处，也可发生在土体内部
③流砂往往具有突然性，管涌是随时间发展得渐进性质破坏
④流砂只发生在水流方向，管涌则没有此限制
⑤只要水力梯度达到一定值，任何类型的土都会发生流砂，但管涌要求在一定级配的无
粘性土中（＞10）且土中粗粒构成的孔隙直径必须大于细颗粒直径。

6渗透破坏的防治
(1)减小水力梯度对防止任何形式的渗透破坏都是有效的
①上游：垂直防渗→地下连续墙、板桩、齿槽、帷幕灌浆
水平防渗→上游铺设不透水铺盖
原理均是增大渗流路径减小水力梯度
②下游: 设置减压沟、减压井→减小水头差
弱透水层加重盖→增大渗流路径，减小水力梯度
(2)防治管涌：除了以上方法外还有以下方法
①改变土层的几何条件，即在渗流溢出部位设置反滤层，一般由1-3层均匀级配1的沙
砾组成，各层之间保证不让上一层的细粒土从下一层粗粒土中被带出。

②土工布土网垫层等材料作反滤层
(2)防止渗透破坏的一般原则：上档下排，高水头防渗、低水头排水
7 达西定律
(1)条件：水流是层流。

(2)超出达西定律使用范围的两种情况：
(3)①黏性很强的致密黏土：起始水力梯度。

解释：致密黏土外围具有较厚的结合水膜，
占据了土体内部的过水通道。

渗流只有在较大的水力梯度下挤开水膜的阻塞才能发生
③粒土（砾、卵石中渗流且水力梯度较大：紊流而非层流
(4)两个基本假设：①以整个试样截面积计算的假想渗流速度。

q=k*i*A,A采用全截面面
积，故k偏小，计算渗流速度小于实际渗流速度②水的实际流程大于试样长度，达西定律考虑了以试样长度计算平均水力梯度，而不是局部真正的水力梯度。

第三章土中应力
1 地下水位升降导致自重应力相应变化：①市大量抽水，地下水长期大幅下降，使得地基有效自重应力增大，从而引起大面积沉降。

②人工抬高蓄水位或工业废水渗入地下，地下水位的上升可造成地基承载力的降低以及湿陷性土塌陷等现象。

2 基地压力大小和分布状况的影响因素：①荷载大小及分布②基础刚度③基础埋置深度④土的性质
3 集中力作用下附加应力分布规律;
(1)地下任一深度的水平面，集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减小。

(2)同一竖向线上的附加应力随深度而变化：集中力作用线上，z=0，附加应力→∞，随深
度增大逐渐减小
(3)空间中附加应力等值面成泡状，成为应力泡
4 由于土中变形模量随深度增大而增大，故地基中的附加应力将出现应力集中的现象。

5各向异性地基
①土层垂直变形模量＜水平变形模量→应力扩散
②土层垂直变形模量＞水平变形模量→应力集中
6 双层地基①上覆不太厚的可压缩性土上软下硬→应力集中，且土层刚度比增大，应力集中减弱②上硬下软→应力扩散，且土层刚度比越大，应力扩散增强。

（应力集中危险，应力扩散安全）
7 附加应力
（1）计算依据等效的看作弹性半空间平面上的局部荷载，根据弹性力学求得附加应力（2）假设条件①基地压力看成柔性荷载②地基土体看成匀质各向同性体③假定荷载作用在弹性半空间平面（实际基地附加压力作用在地表下一定深度处，即浅基础基底处）
成柔性荷载，地基土为匀质各向同性体，实际并非如此②地基土的变形模量随深度增大③地基土有明显的薄交互层③不同压缩性的土层构成的成层土地基可能发生应力集中或应力扩散8 附加应力计算结果与实际是否一致：
不一致，原因：①附加应力计算建立在基地压力看
第四章土的压缩性与基础沉降
1 土的回弹曲线和再压缩曲线：加载到某一级→卸载到零压力（回弹）→再继续加载（再压缩）：这样的加载过程模拟土体在基坑开挖时卸载以及在修建上部建筑物时再加载，土的压缩特性变化。

注意结合土的在压缩曲线分析工程实例。

2基础沉降：初始变形+固结变形+次固结变形
3 工程设计中常用分层总和法和e-lgp法计算基础沉降，其实质为土体的最终固结变形：
使得结果偏小的因素：初始变形和次固结变形所占的比例很小，因此常被略去使得结果偏大的因素：①基础中心线处的沉降代表其平均沉降②试样扰动导致土体的压缩性指标降低
4 分层总和法的步骤：
①根据作用在基础上的荷载的性质，计算基底压力和分布
②将地基分层．
③计算地基中土的自重应力分布
④计算地基中垂向附加应力分布
⑤按算术均求各分层平均自重应力和平均附加应力
⑥求第I层的压缩量，将各个分层的压缩量累加，得到地基的总的沉降量.
5 修正的分层总和法不同之处
(1)用地基的平均附加应力系数计算每一分层的附加应力
(2)规定了基础沉降计算深度新标准→变形比法
(3)假设土体压缩模量不随深度变化
(4)用基础沉降计算经验系数对计算结果进行了修正。

6 太沙基一维固结理论的基本假定：
(1)土体匀质、各向同性
(2)土体完全饱和
(3)土颗粒和孔隙水不可压缩，土体压缩完全由孔隙体积减小引起
(4)土体的压缩和排水只发生在竖直方向
(5)固结过程中竖向渗透系数k和压缩系数a为常数
(6)土中渗流符合达西定律，因此土的固结快慢取决于渗流速度
(7)土的固结变形很小
(8)外部荷载连续均匀分布，而且一次性施加
）、e-lgp法和修正的分层总和法都采用单向压缩公式，不足之处是只考虑土体的单向压缩而忽略了侧向变形7 沉降计算误差分析：
(1)分层综合法（e-p法
(2)附加应力的计算精度会大大影响计算结果，地基应力都是根据线弹性理论计算得到
的，而实际地基土体并不是线弹性的
(3)高软塑性图长期沉降对工程影响很大，次固结变形影响不可忽略，一定要考虑
(4)计算参数的不准确：试样扰动，实验过程中应力路径与实际不符是产生参数误差的主
要原因。

计算时根据实测资料反分析对参数进行修正，计算结果会好很多。

8 压缩模量、变形模量、弹性模量
压缩模量：完全侧限条件下，竖向应力和应变比值，反映单向压缩条件下，土对压缩变形的抵抗能力。

变形模量：土体在部分侧限条件下，竖向应力和竖向应变之比，反映土体抵抗弹塑性变形的能力。

弹性模量：理想弹性体无侧限条件下应力和应变之比。

第五章土的抗剪强度
1 影响抗剪强度的因素：①土的组成成分②土体结构③应力历史④试验方法（试验仪器、排水条件、固结程度、加荷速率）以及资料整理方法。

后面是几个重要的又常被忽略的因素：⑤应力路径：开挖过程土体经历的应力路径不是加载而是卸载，加载卸载应力路径下土体强度并不相同。

土体的强度指标必须反映实际应力路径。

⑥土体的各向异性：包括原生各向异性和次生各向异性，如正常固结黏土水平方向强度小于竖向的强度。

⑧蠕变：实际工程中土体受剪时剪切速率远小于室内试验的剪切速率。

在极慢的剪切速率下，土体破坏时的应力远小于室内常规实验得到的峰值强度，有时甚至只有后者的一半。

10 试样扰动：避免试样扰动，灵敏度高的结构性软土会因为试样扰动而造成不排水强度损失60%。

2 直剪实验的缺陷：①剪切破坏面限定在上下盒之间的水平面，导致试样不一定沿土样最薄弱面剪破。

②由于上下盒错动，剪切过程试样有效面积逐渐减小，剪应力分布不均，边缘应变大，中间应变均匀数值较小，但强度计算时任
然按试样初始截面积计算。

③实验做不到严格排水或严格不排水，而且试验中不测量孔隙水压力，不排水实验结果不理想。

3 三轴压缩实验的优点：①不像直剪实验那样限定破裂面，而是使破坏面发生在最薄弱处②试验时可以严格控制排水条件并测量孔隙水压力。

③不仅可以得到总应力强度指标还可以得到有效应力强度指标。

显著缺点是无法真正做到三个方向施加不同大小的主应力。

4 不固结不排水强度总应力圆强度包线是水平线：
在整个试验过程中不允许排水，围压增量的施加仅仅引起超静孔隙水压力等量增加，因此不同围压下的剪前有效应力均相同。

又因为剪切过程不排水，试样含水率不变，所以式样的抗剪强度不变，这意味着破坏时极限摩尔圆的直径不变，于是总应力强度包线是一条水平线。

5 天然土的不排水压力随着固结压力的增加（埋深增加）而增加。

正常固结的图的不排水强度与固结压力的比值是常数，而且黏粒的含量越高，比值越大。

6 正常固结土的强度包线是通过原点的直线
正常固结土从未受到过大于试验剪切前的固结压力，如果剪前的固结压力为零，则土的固结不排水强度也必然为零。

7 抗剪强度指标的选用：
（1）建筑物施工速度快，且地基土的透水性和排水条件不好时，可采用三轴不固结不排水；如果上部荷载增长速率较慢，地基透水性及排水条件又比较好时，则采用三轴固结排水试验；介于两种情况之间，则可以采用固结不排水或固结慢剪实验。

（2）大多数工程采用总应力分析法。

一般认为，土坡的长期稳定性、永久性支挡结构上土压力等与长期稳定有关的分析采用三轴固结不排水有效应力强度指标（三轴固结不排水和三轴固结排水得到的有效应力强度指标相同，但固结排水试验耗时太长了）；饱和黏性土的短期稳定问题，宜采用不固结不排水试验的强度指标，即采用Cu=0的总应力分析法。

若此时任然采用有效应力强度指标计算，得到的安全系数会偏大。

（3）对各向异性较大的土体，采用有效应力强度指标较好
（4）当实际应力路径和常规试验方法中的应力路径差别较大时，选用强度指标更要慎重，必要时进行有针对性的实验。

8 无黏性土的抗剪强度：无黏性土透水性强，多数情况下相当于固结排水剪切，强度包线是通过原点的直线。

影响因素：土粒小、表面粗糙级配良好的砂土内摩擦角较大。

9 初始孔隙比：砂土在低围压下既不发生剪缩也不发生剪涨，即剪切过程中砂土的体积不发生变化。

9 剪切过程紧砂剪胀：土颗粒排列紧密，剪切时砂粒产生相对滚动，剪胀是土颗粒位置重新排列的结果。

10 如果饱和砂土在低围压受剪时不允许体积发生变化，即进行固结不排水试验，砂土的初始孔隙比如果小于临界孔隙比时（剪胀），为了抵消剪切时的剪胀趋势，砂土中将产生负的孔隙水压力，有效应力增加，相同围压下固结不排水试验测得的强度比固结排水试验高；反之，如果初始孔隙比大于临界孔隙比时（剪缩）为了抵消剪切时剪缩的趋势，将产生正的孔隙水压力，有效应力减小，因此固结不排水强度比固结排水强度低。

11 砂土的剪缩和剪胀只发生在低位压下，高围压下，无论砂土松紧如何都将产生剪缩而不发生剪胀。

12 砂土液化现象：
饱和松砂受动荷载作用如地震作用，如果孔隙水压力来不及排除，孔隙水压力增强到接近松砂的上覆压力时，根据有效应力原理，这时砂土中的有效应力会降为零，于是砂土会想流体那样完全失去抗剪强度，这种现象称为液化。

13 在软黏土上开挖基坑，试问进行基坑稳定性分析时，要考虑哪些因素对抗剪强度的影响：
（1）要考虑基坑开挖为卸载，加载和卸载应力路径下强度不同，因此必须使用反映实际应力路径的强度指标。

（2）要考虑基坑开挖导致水头差而产生渗流时，渗流对抗剪强度指标的影响。

（3）基坑的施工速度和排水条件对抗剪强度指标的影响，选取与工程实际相符合的抗剪强度指标。

第六章土压力
1 土压力的影响因素：土压力的大小及分布规律与①挡土墙侧向位移方向、大小②土的性质③挡土墙的高度有关
2 两种土压力理论的计算依据：
（1）朗肯：土中一点的极限平衡条件确定土压力强度和破裂面方向。

（2）库伦：假定破裂面形状，根据破裂锲形体的静力平衡条件来确定土压力理论。

3 朗肯土压力理论的基本假设：
（1）挡土墙刚性，不考虑墙体的变形。

（2）墙后填土表面水平并延伸到无限远处。

（3）墙背竖直、光滑，不考虑墙背填土之间的摩擦力。

4 库伦土压力理论的基本假定：
（1）墙后填土为理想的散体材料（c=0，无黏性土）
（2）墙后填土达到极限平衡状态，土体产生通过墙踵的平面滑动面。

（3）填土面、墙背、滑动面构成的土体为刚性锲体。

5试比较朗肯土压力理论与库伦土压力理论的异同点与优缺点。

(8 分)
答：相同点：都要求挡土墙的移动是以使墙后填土的剪力达到抗剪强度（极限状态下）土压力．都利用莫尔－库仑强度理论；（1分）
不同点：朗垦理论是根据土体中各点处于平衡状态的应力条件直接求墙背上各点的土压力．要求墙背光滑，填土表面水平，计算结果偏大．而库仑理论是根据墙背与滑动面间的楔块型处于极限平衡状态的静力平衡条件求总土压力．墙背可以倾斜，粗糙填土表面可倾斜，计算结果主动压力满足要求，而被动压力误差较大．朗肯理论是考虑墙后填土每点破坏，达极限状态；库仑理论则考虑滑动土体的刚体的极限平衡； (3分)
朗肯土压力理论优点：公式简单，易用；缺点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况不适用；(2分)
库伦土压力理论优点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况适用；缺点：不便考虑粘性土的情况； (2分)
第七章
1 引起滑坡的原因：根本原因在于土体内部某个面上的剪应力达到了抗剪强度，稳定平衡遭到破坏。

而剪应力达到抗剪强度的原因有以下两点：
① 剪应力增加：堤坝施工荷载增加，降雨使得土体饱和重度增加，水库蓄水或水位降落产生渗流力，土坡上施加过量的荷载或由于地震打桩使得土体内部剪应力增大。

②由于自身抗剪强度的减小：孔隙水压力上升，气候变化产生干裂，冻融，粘土层因为浸水软化以及黏性土的蠕变等都会引起土体的强度降低。

2 为什么要分条计算边坡稳定：
对于外形复杂且内摩擦角大于0的土坡特别是多种土层和特殊外力（渗流力/地震惯性力）等作用时，滑动面个各个点的抗剪强度与该点的法向应力有关并非均匀分布，因此常常将土体划成若干土条，分别求突跳地面剪应力和抗剪强度，再根据整个滑动土体的力矩平衡，求得安全系数。

3 比较瑞典条分法/毕普肖条分法/和简布条分法
①瑞典条分法：
假定条件：假定→滑动面为圆柱面，滑动土体为不变形的刚体
假定→不考虑土条两侧面上的作用力
解题路线：根据力矩平衡→抗滑力矩=滑动力矩
②毕普肖条分法：
基本假定：由于瑞典条分法忽略了土条侧面的作用力，导致算出的稳定系数低10%-20%。

理解：忽略了实际各个土条不是完全鼓励而是粘结在一起作为整体抗滑，导致偏于保守，系数偏小。

毕肖普条分法：考虑了土条侧面作用力。

并假定各个图爱哦底部的抗滑系数均相同，即等于整个滑动面的平均安全系数。

解题路线：整个滑动土体对o取力矩平衡
③简布条分法：
对匀质土滑动面为圆弧状，针对不规则滑动面的稳定分析方法。

注意是对滑动土体不是建立力矩平衡方程而是建立水平向力的平衡方程。

简布条分法常常给出偏低的安全系数
4 防止滑坡的措施：
①排水防渗：设置排水沟，地下排水工程。

②支挡抗滑挡墙，阻滑桩核其他抗滑结构
③卸载：主动区卸载
④反压：阻滑段增加竖向荷载提高滑体的阻滑安全系数
第八章
1 地基破坏的两种模式：
①地基在建筑荷载下产生过大的不均匀变形，导致建筑物严重下沉，倾斜，挠曲，从而使建筑物失去使用价值。

② 建筑物荷载过大，使得地基里面出现了剪切破坏区→连续的滑移面，使得土体沿滑移面整体滑动丧失稳定性。

因此荷载作用下1地基变形不能超过建筑物允许变形范围2荷载不能超过地基所容许的承载力
2 确定地基承载力的方法：原位试验，理论公式法，规范表格法，经验法。

原位试验包括：①荷载实验②静力触探试验③标准贯入试验④旁压试验其中荷载试验最直接最可靠。

3地基破坏的三种模式：
（1）整体剪切，要点：基础边缘以下首先发生剪切破坏，随荷载继续增大，剪切破坏。