港航10级土力学考试题参考答案

2012～2013学年第一学期土力学期末试卷
港航专业2010级
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土是松散颗粒的堆积物，它是地球表层的整体岩石在大气中经受长期的风化作用后形成形状不同、大小不一的颗粒，这些颗粒在不同的自然环境下堆积或经搬运沉积作用形成的。

按其成因和性质可将土中矿物分为原生矿物和次生矿物，膨胀土中最典型的矿物是蒙脱石，因为蒙脱石土粒极细，且多成片状或针状，性质很不稳定，有较强的吸附水能力，膨胀土中含有较多的蒙脱石，当土体浸水时，土颗粒表面的结合水膜增厚，使颗粒间距拉大，从而引起土体膨胀；当土体失水时，结合水膜减薄，颗粒间距缩小，从而引起土体收缩，使膨胀土具有明显的干缩湿胀。

的透水性变小，自由水又分为重力水和毛细管水，重力水直接影响土的应力状态，毛细管水使土体会表现出微弱的凝聚力。

渗透变形是指在渗透力作用下发生的土粒或土体移动或渗透破坏现象，土力学上介绍的渗透变形有流土和管涌两类，一般较均匀的土容易发生流土破坏，尤其是粘性土，而管涌多发生于砂砾土中。

上图为室内压缩、回弹、再压缩曲线e～lgP曲线，开始时比较平缓，随着压力的增加明显向下弯曲，当压力接近前期固结应力时，出现曲率最大点A，曲线急剧变陡，继而近乎直线向下延伸，不管试样的扰动程度如何，当压力较大时，它们的压缩曲线都近乎直线，且大致交于C点，扰动情况越剧烈，压缩曲线愈低，曲率愈小。

卸荷点B在再压缩曲线曲率最大的A点的右下侧。

土体的沉降可以分为瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降，在主固结完成之后，孔隙排水的过程基本结束，但由于土体具有流变性，土颗粒骨架在重力作用下发生缓慢蠕变的过程是相对漫长的，所以土体还会随时间的增长进一步产生沉降。

饱和土体孔隙应力系数B是1，因为B是指当试样在不排水条件下受到各向相等
压力增量△σ
3时，产生的孔隙应力增量为△μ
1
，将△μ
1
与△σ
3
之比定义为空隙
应力系数B，因为孔隙水和土粒都被认为是不可压缩的，因此在饱和土的不固结不排水剪试验中，试样周围压力增量下将不发生竖向和侧向的变形，这时周围应
力增量将完全由孔隙水承担，即△μ
1=△σ
3
，所以B=1，不同应力历史的土体在
不排水剪试验中剪破时的孔隙水应力有区别，正常固结不排水剪剪破时的孔隙水应力为正值，而对于超固结饱和粘土不排水剪过程中，强超固结土剪破时的孔隙水应力为负值。

如果建筑物施工速度较快，而地基的透水性和排水条件不良时，采用不固结不排水试验，如果地基为粘性土但层厚不大，且上下土层透水性不良，当建筑物施工速度较慢时，可采用固结不排水试验，若地基荷载增长速率较慢，地基透水性好以及排水条件较佳时，可采用固结排水试验。

超固结粘土三种三轴试验方法获得的强度指标的大小关系C u＞C cu＞C d, φd＞φ
cu ＞φ
u
=0,这是由于强度指标会随固结程度和排水条件的不同而不同。

朗肯理论基于土单元体的应力极限平衡条件来建立，采用的假定是墙背面竖直、光滑、填土面为水平，而实际墙背是不光滑的。

所以采用朗肯理论计算出的土压力值与实际情况相比，有一定的误差，但偏于保守，即主动土压力偏大，被动土压力偏小。

库仑理论基于滑动块体的静力平衡条件来建立，采用的假定是破坏面为平面。

当墙背与土体间的摩擦角较大时，在土体中产生的滑动面往往不是一个平面而是一个曲面，此时必然产生较大的误差。

挡土墙上的土压力按照墙的位移情况可分为静止、主动和被动三种。

静止土压力是指挡土墙不发生任何方向的位移，墙后填土施于墙背上的土压力；主动土压力是指挡土墙在墙后填土作用下向前发生移动，致使墙后填土的应力达到极限平衡状态时，填土施于墙背上的土压力；被动土压力是指挡土墙在某种外力作用下向后发生移动而推挤填土，致使填土的应力达到极限平衡状态时，填土施于墙背上的土压力。

随着挖方的进行，荷载逐渐减小，剪力逐渐增大，从而形成负的超静孔隙水应力，由于挖方较快，土体的抗剪强度不变，当施工完成后，土体膨胀，负的孔隙水应力逐渐消失，强度降低，所以土体在挖方过程中F s逐渐减少，挖方结束后土体的安全系数也逐渐降低，施工过程与稳定后可分别取排水剪强度指标与有效应力强度指标，可以看出土体挖方稳定后较施工结束时的稳定安全系数更低。

条分法的基本思路是：假定边坡的岩土体坡坏是由于边坡内产生了滑动面，部分坡体沿滑动面滑动造成的。

滑动面上的坡体服从破坏条件。

假设滑动面已知，通过考虑滑动面形成的隔离体的静力平衡，确定沿滑面发生滑动时的破坏荷载，或者说判断滑动面上的滑体的稳定状态或稳定程度。

瑞典条分法：由于忽略条间力，有4n ＋1个平衡条件。

实际用2n+1个， 有些平衡条件不能满足；忽略了条间力，所计算安全系数Fs 偏小，越大(条间力的抗滑作用越大),Fs 越偏小；一般情况下，Fs 偏小10%左右工程应用中偏于安全。

毕肖普法：假设滑裂面为圆弧； 不忽略条间作用力； 在每条的滑裂面上满足极限平衡条件；每条上作用力在y 方向（竖直）上静力平衡；总体对圆心O 力矩平衡。

由于毕肖普法计入了土条间作用力的影响，多数情况下求得的n 值较瑞典法为大，毕肖普法较接近实际。

设计时应注意计算方法和相应的设计准则的一致。

当基础上荷载较小，基底压力也较小时，基础沉降随基底压力的增加近似呈线性变化，当基底压力超过某一点时，基础沉降随基底压力的增加不再呈线性变化，该点处基底压力p 称为临塑荷载。

普朗特极限承载力理论
假定：1.地基土是均匀，各向同性的无重量介质，即认为基底下土的容重等于零，而只具有c 、φ的材料。

2.基础底面光滑，即基础底面与土之间无摩擦力存在。

因此，水平面为大主应力面，竖直面为小主应力面。

3.当地基处于极限（或塑性）平衡状态时，将出现连续的滑动面，其滑动区域由朗肯主动区Ⅰ，径向剪切区Ⅱ和朗肯被动区Ⅲ所组成。

4.当基础有埋置深度d 时，将基础底面以上的两侧土体用当量均布超载q 等于γ0d 来代替。

根据上述的基本假设，采用刚体平衡方法或特征线法，可以得到地基极限承载力
为：CNc rdNq p u +=
式中：r ：基础两侧土的容重
d ：基础的埋置深度
Nq ，Nc ：承载力系数，它们是土的内摩擦角φ的函数
其中)2
45(02ϕϕπ+=tg e Nq tg ϕctg Nq Nc )1(-=
太沙基极限承载力理论
假定：1.均质地基、条形基础、中心荷载，地基破坏形式为整体剪切破坏2.基础底面粗糙，即基础底面与土之间有摩擦力存在3.当基础有埋置深度d 时，基底面以上两侧土体用相当的均布荷载γ0d 来代替。

根据上述假定，经推导可得地基的极限承载力
CNc qNq rBNr p u ++=2
1 式中：Nr ，Nq ，Nc 称为承载力系数，都是土的内摩擦角φ的函数。

其中：)245(cos 202)2
3(ϕϕϕπ+
=-tg e Nq ϕctg Nq Nc )1(-=
饱和土体，
设试样破坏时孔隙水压力为
'0,
σ>∴
下
（2）
40.05。