土力学_河海大学课后部分思考题答案

1、什么叫土？土是怎样形成的？粗粒土和细粒土的组成有何不同？土是松散颗粒的堆积物。

地球表层的整体岩石在大气中经受长期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条件下堆积（或经搬运沉积），即形成了通常所说的土。

粗粒土中粒径大于0.075㎜的粗粒组质量多于总质量50%，细粒土中粒径小于0.075㎜的细粒组质量多于或等于总质量50%。

2、何谓土的级配？土的粒径分布曲线是怎样绘制的？为什么粒径分布曲线用半对数坐标？ 土中各种大小的粒组中土粒的相对含量称为土的级配。

粒径分布曲线是以土粒粒径为横坐标（对数比例尺），小于某粒径土质量占试样总质量的百分数为纵坐标绘制而成的曲线。

由于土的粒径相差悬殊，因此横坐标用对数坐标表示，以突出显示细小颗粒粒径。

3、 土的粒径分布曲线的特征可以用哪两个系数来表示？它们定义又如何？粒径分布曲线的特征可用不均匀系数u C 和曲率系数c C 来表示。

式中：d 10，d 30和d 60为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10%，30%和60%时所对应的粒径。

4、 如何利用土的粒径分布曲线来判断土的级配的好坏？土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀系数和曲率系数来衡量，对于纯净的砾、砂，当u C 大于或等于5，而且c C 等于1~3时，它的级配是良好的；不能同时满足上述条件时，它的级配是不良的。

5、 何谓粘性土的稠度？粘性土随着含水率的不同可分为几种状态？各有何特性？稠度是指粘性土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的能力，是粘性土最主要的物理状态指标。

随含水率的不同可分为流态、可塑态、半固态和固态。

流态时含水率很大，不能保持其形状，极易流动；可塑态时土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积，也不开裂，外力卸除后仍能保持已有的形状；半固态时粘性土将丧失其可塑性，在外力作用下不产生较大的变形且容易破碎。

固态时含水率进一步减小，体积不再收缩，空气进入土体，使土的颜色变淡。

6、 土中的应力按照其起因和传递方式分哪几种？怎么定义？土体的应力，按引起的原因分为自重应力和附加应力两种；按土体中土骨架和土中孔隙（水、气）的应力承担作用原理或应力传递方式可分为有效应力和孔隙应（压）力。

有效应力是指由土骨架传递（或承担）的应力。

孔隙应力是指由土中孔隙流体水和气体传递（或承担）的应力。

自重应力是指由土体自身重量所产生的应力。

附加应力是指由外荷（静的或动的）引起的土中应力。

7、 何谓自重应力，何谓静孔隙水应力？计算自重应力应注意些什么？自重应力是指由土体自身重量所产生的应力。

由静水位产生的孔隙水应力称为静孔隙水应力。

土体自重应力应由该点单位面积上土柱的有效重量来计算，如果存在地下水，且水位与地表齐平或高于地表，则自重应力计算时应采用浮重度，地下水位以下的土体中还存在静孔隙水应力。

8、何谓附加应力，空间问题和平面问题各有几个附加应力分量？计算附加应力时对地基做了怎样的假定？附加应力是指由外荷（静的或动的）引起的土中应力。

空间问题有三个附加应力分量，平面问题有两个附加应力分量。

计算地基附加应力时，假定地基土是各向同性的、均匀的、线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限的。

9、 什么是有效应力？什么是孔隙应力？其中静孔隙应力如何计算？有效应力是指由土骨架传递（或承担）的应力。

孔隙应力是指由土中孔隙流体水和气体传递（或承担）的应力。

静孔隙水应力： 0w w u h r =10、 何谓达西定律，达西定律成立的条件有哪些？水在土中的渗透速度与试样两端水平面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比，即：ki L hk v == 即为达西定律。

达西定律只有当渗流为层流的的时候才能适用，其使用界限可以考虑为：0.1/≤=ηρvd w e R11、实验室内测定渗透系数的方法有几种？它们之间又什么不同？室内测定土的渗透系数的方法可分为常水头试验和变水头试验两种。

常水头法是在整个试验过程中水头保持不变，适用于透水性强的无粘性土；变水头法在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的，适用于透水性弱的粘性土。

12、 流网有什么特征？流网具有下列特征：（1） 流线与等势线彼此正交；（2） 每个网格的长度比为常数，为了方便常取1，这时的网格就为正方形或曲边正方形；（3） 相邻等势线间的水头损失相等；（4） 各溜槽的渗流量相等。

13、试述土的各压缩性指标的意义和确定方法。

压缩系数v a 是指单位压力增量所引起的空隙比改变量，即e~p 压缩曲线的割线的坡度，p e p p e e a v ∆∆-=--=1221；压缩指数c C 是指e~lgp 曲线直线段的坡度，即：)lg(lg lg 111221p pp e p p e e C c ∆+∆-=--=；回弹再压缩指数s C 是指回弹再压缩曲线（在e~lgp 平面内）直线段的坡度；体积压缩系数v m 定义为土体在单位应力作用下单位体积的体积变化，其大小等于)1(1e a v +；压缩模量s E 定义为土体在无侧向变形条件下，竖向应力与竖向应变之比，其大小等于v m 1，即；z z s E εσ=。

14、 土层固结过程中，孔隙水压力和有效应力是如何转换的？他们间有何关系？在荷载施加的瞬时，由于孔隙水来不及排出，加之水被认为是不可压缩的，因而，附加应力全部由水来承担。

经过时间t ，孔隙水应力不断消散，有效应力逐渐增加。

当t 趋于无穷大时，超静孔隙水应力全部消散，仅剩静孔隙水应力，附加应力全部转化为有效应力。

饱和土的固结过程就是超静孔隙水应力逐渐转化为附加有效应力的过程。

在这种转化过程中，任一时刻任一深度上的应力始终遵循着有效应力原理，即：'σ+=u p 。

15、 什么叫土的抗剪强度？土的抗剪强度是指土体对于外荷在所产生的剪应力的极限抵抗能力。

16、 何谓摩尔—库仑破坏准则？何为极限平衡条件？把莫尔应力圆与库仑抗剪强度线相切时的应力状态，即f ττ=时的极限平衡状态作为土的破坏准则——称为莫尔—库仑破坏准则。

根据莫尔—库仑破坏准则来研究某一土体单元处于极限平衡状态时的应力条件及其大、小主应力之间的关系，该关系称为土的极限平衡条件。

17、 测定土的抗剪强度指标主要有哪几种方法？试比较它们的优缺点？测定土的抗剪强度指标的方法主要有直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验和十字板剪切试验四种。

直接剪切试验的优点是：设备简单，试样的制备和安装方便，且操作容易掌握，至今仍为工程单位广泛采用。

缺点是：① 剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，因为该面不一定是土得最薄弱的面；②试验中，试样的排水程度靠试验速度的“快”、“慢”来控制的，做不到严格排水或不排水，这一点对透水性强的土来说尤为突出；③由于上下盒的错动，剪切过程中试样的有效面积逐渐减小，使试样中的应力分布不均匀，主应力方向发生变化，当剪切变形较大时，这一变形表现得更为突出。

为了克服直接剪切试验存在的问题，对重大工程及一些科学研究，应采用更为完善的三轴压缩试验，三轴压缩仪是目前测定土抗剪强度较为完善的仪器。

直接剪切、三轴和无侧限试验是室内试验，试样不可避免地受到扰动，其对土的实际情况反映就会受到影响。

十字板剪切试验是现场测定土的抗剪强度的方法，特别适应于均匀的饱和软粘土。

18、 试述正常固结粘土和超固结粘土的总应力强度包线与有效强度包线的关系。

正常固结土：当用总应力强度包线表示时，UU 试验结果是一条水平线，其不排水强度u c 的大小与有效固结应力c σ有关，CU 和CD 试验个是一条通过坐标原点的直线；当用有效应力表示试验结果时，三种剪切试验将得到基本相同的强度包线及十分接近的有效应力强度指标。

超固结土：当用总应力强度包线表示时，UU 试验结果是一条水平线，其不排水强度u c 的大小与有效固结应力c σ有关，CU 和CD 试验个是一条不通过坐标原点的直线；当用有效应力表示试验结果时，三种剪切试验将得到基本相同的强度包线及十分接近的有效应力强度指标。

19、 何谓主动土压力、静止土压力和被动土压力？试举实际工程实例。

如果挡土墙背离填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土压力逐渐减小，当墙后填土达到极限平衡状态时土压力降为最小值，这时作用在挡土墙上的土压力成为主动土压力。

当挡土墙为刚性不动时，土体处于静止状态不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力。

若墙体向着填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，当墙后填土达到极限平衡状态时增大到最大值，此时作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力。

20、 朗肯土压力理论和库仑土压力理论各采用了什么假定？分别会带来什么样的误差？ 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。

21、 试比较说明朗肯土压力理论和库仑土压力理论的优缺点和存在的问题？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。

库仑理论从假定上看对墙背要求不如朗肯理论严格，但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。

如果墙背倾斜角度不大(ε小于 15)，墙背与土体之间的摩擦较小(0ϕ小于15)，采用库仑理论计算主动土压力产生的误差往往是可以接受的。

但挡土墙向挡土挤压使墙后填土达到被动破坏时，破坏面接近于一个对数螺旋面，与平面假设相差很大，不管采用库仑理论还是朗肯理论计算均有较大误差，为了简单起见，被动土压力的计算，常采用朗肯理论。

22、 控制边坡稳定性的因素有哪些？天然边坡的稳定性由组成坡体的工程性质、水文地质条件和岩土体力学性质决定；人工边坡的稳定性受土的性质、施工质量、地下水等控制。

23、 为什么不同工程和不同工期容许安全系数不同？在不同的工期，随土的固结，抗剪强度不断增加，土坡稳定的安全系数会不断发生变化。

不同工程中，由于抗剪强度指标的选用，计算方法和计算条件的选择，容许安全系数会有所不同。

24、 进行地基基础设计时，地基必须满足哪些条件？为什么？在进行地基基础设计时，地基必须满足如下条件：(1)建筑物基础的沉降或沉降差必须在该建筑物所允许的范围之内(变形要求)；(2)建筑物的基地压力应该在地基所允许的承载能力之内(稳定要求)。