岩土力学作业形成性考核册标准答案

岩土力学作业形成性考核册标准答案

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岩土力学 作业一

说明：本次作业对应于文字教材1至3章，应按相应教学进度完成。 一、填空题 （每空1分，共计25分）

1．工程上常用的土的密度有湿密度、饱和密度、浮密度和干密度。 2．土是由 固相 、 气相 、和 液相 三部分组成。

3．土体的应力按引起的原因分为 自重应力 和 附加应力 两种。

4．对于天然土，OCR>1时的土是 超固结土 ，OCR=1的土属于 正常固结土 ，而

OCR<1的土是 欠固结土 。

5.土的颗粒分析试验最常用的室内试验方法有 筛析法 和 比重计法 。

6. 土体的变形可分为由正应力引起的 体积变形 和由剪应力引起的 形状变形 。

7.按照土颗粒的大小、粒组颗粒含量把地基土分成碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。

8.根据渗透破坏的机理，渗透破坏的形式主要有流土、管涌、接触流失和接触冲刷。

9.控制坝基及地基的渗流，其主要任务可归结为三点：一是尽量减少渗漏量；二是提早释放渗透压力，保证地基与水工建筑物有足够的静力稳定性；三是防止渗透破坏，保证渗透稳定性。 二、问答题 （每小题5分，共计35分）

1．什么是孔隙比e 、孔隙率n ，二者的关系。

孔隙比为土中孔隙的体积与土粒的体积之比；孔隙率为土中孔隙的体积与土的体积之比；关系为：n=e/(1+e)，或e=n/(1-n) 。

2．固结度指：在某一固结应力作用下，经某一时间t 后，土体发生固结或孔隙水应力消散

的程度。

3. 在压力作用下，饱和土体固结的力学本质是什么？

在某一压力作用下，饱和土体的固结过程就是土体中的超孔隙水应力不断消散、附加有效应力不断增加的过程，即超孔隙水应力逐渐转化为附加有效应力的过程。 4. 土的级配曲线的特征可用哪两个系数来表示？这两个系数是怎样定义的？

答：不均匀系数u C 和曲率系数c C

1060d d C u = ， ()60

102

30d d d C c = 10d ，30d ，60d 为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10%，30%，60%时所

对应的粒径。

5. 请写出无侧向变形条件下的压缩量计算公式，并指出各个量的含义。

H e e S 11+∆-=

或 PH e a S v ∆+=11 或 H E P

S s

∆=

S 为压缩量，H 为试样的高度，a v 为压缩系数，e 为孔隙比，Es 压缩模量。 6.简述渗透变形的产生条件。

根据渗透破坏的机理，可将产生渗透变形的条件分为两种类型，其一是动水压力和土体结构，它

们是产生渗透变形的必要条件；另一类则是地质条件和工程因素，称之为充分条件。只有当土具备充分必要条件时，才发生渗透破坏。

7.简述有效应力的原理。

有效应力原理的研究内容就是研究饱和土中这两种应力的不同性质和它们与全部应力的关系。有效应力原理归纳起来可由下面两个要点表达：

饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分； 土的变形与强度的变化仅决定于有效应力的变化。 六、计算题 （共4题，计40分）

1.一均质无粘性边坡，sat γ为203/m KN ，30=ϕ°，坡角25°，试问干坡或完全浸水时，其安全系数是多少？有顺坡渗流发生时，坡角为多少度边坡将达到极限平衡状态？ 解：在干坡或浸水时，安全系数为：

α

ϕ

tg tg F s =

=0.577/0.466=1.24 有顺坡渗流发生边坡达到极限平衡状态时：Fs=1，则

sat

tg tg γϕ

γα'=

=（20-9.8）×0.577/20=0.21

坡角为：o 39.16=α

2. 土粒比重为2072，饱和度为37%，孔隙比是0.95，当饱和度提高到90%时，每立方米应

加多少水？

解：Vv = eVs = V – Vs ，每立方米的土粒体积为： Vs = V/(1+e) = 1/(1+0.95) = 0.513 m 3 Vv = eVs = 0.95×0.513 = 0.487 m 3

当Sr = 37%时， V w1 = SrVv = 0.37×0.487 = 0.18 m 3 当Sr = 90%时， V w2 = SrVv = 0.90×0.487 = 0.438 m 3

则 ∆Vw = 0.438 – 4.18 = 0.258 m 3 应加水：∆Ww = w w W ∆γ = 10×0.258 = 2.58kN

3.有一8m 厚的饱和粘土层，上下两面均可排水，现从粘土层中心处取得2cm 厚的试样做固

结试验（试样上下均有透水石）。试样在某级压力下达到60％的固结度需要8分钟，则该粘土层在同样的固结压力作用下达到60％的固结度需要多少时间？若该粘土层单面排水，所需时间为多少？

答：由于原位土层和试样土的固结度相等，且α值相等，因而21v v T T =

又土的性质相同，21v v C C =

722

2

2

2

1212

222

111028.12

8008022⨯=⨯==

⇒⎪⎭

⎫

⎝⎛=

⎪⎭

⎫

⎝⎛H H t t H t H t （如改单面，其达

到60%固结度时间为3t

由31v v T T = ，31v v C C = 则

7132

1

32

111012.542⨯==⇒=

⎪⎭

⎫ ⎝⎛t t H t H t

4.根据图（a ）中给出地基中多层土中各土层的厚度、容重，绘制地基中的自重应力随深度的分布曲线图。

［解］由图（a ）给出的资料，可计算出各土层分界面上的应力：

kPa h sz 51)0.410.44(0.17111=-⨯==γσ

kPa h sz sz 2.601)8.90.19(512'

212=⨯-+=+=γσσ kPa h sz sz 6.772)8.95.18(2.603'323=⨯-+=+=γσσ

kPa h sz sz 2.1083)8.920(6.774'

434=⨯-+=+=γσσ

上述自重应力随深度的变化关系结果 (b)。