年河海大学高等土力学试卷

《2012年河海大学高等土力学》——
《土工原理》2012-05-16
1. 土体在沉淀以后，抗剪强度有什么变化趋势为什么（8分） p128 （p116）
答：土体沉淀后，不同的主应力方向下土的抗剪强度不同：竖向抗剪强度高于水平抗剪强度。

这是因为天然的土通常在沉积过程中，长宽比大于1的针、片、棒状颗粒在重力作用下倾向于长边沿水平方向 排列而处于稳定的状态，近似于水平层的沉淀，由于长期自重的作用，促成土颗粒排列有一定的方向性，这就形成了土层的各向异性结构，土层的各向异性结构导致土的力学性质上的各向异性。

2. 土体中有机质对土体有什么影响（8分） p4
土壤中的有机质存在是土区别于一般固体物质的主要特性之一，有机质是土壤固相物质中最易变化、性质最不稳定的组分。

有机质对土体性质影响的一般规律：随着有机质含量的增加，土的分散性加大，天然含水率增高，干密度减小，胀缩性增加，压缩性增加强度减小，承载力降低，对工程极为不利。

3. 十字板剪切试验中，竖向剪切强度与两端水平剪切强度哪个大为什么（7分）p102 答：（十字板剪切试验是一种利用十字板剪切仪在现场测定土的抗剪强度试验的方法，这种方法适合于现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀饱和软粘土。

对于粘土中夹带薄层细、粉砂或贝壳，用该方法测得强度偏高。

）
现场土常常是各向异性的，对于正常固结土，水平面上的抗剪强度一般小于垂直面上的抗剪强度。

产生各向异性的原因在于：土的成层性和土中的应力状态不同。

4. 三轴试验中的破坏标准主应力之差和主应力之比，有什么不同有什么区别（7分）p124 答：不同的取值标准有时会得到不同的强度参数，一般有最大主应力差标准max 31)(σσ-（当应力应变曲线不出现峰值的时，则取轴向应变15%对应的最大主应力差）和最大有效应力比标准两种。

两种取值标准求得强度参数的差异将取决于试验中孔隙水应力的发展过程，也就取决于试验类型和式样的剪切类型。

)1)((3
133131-''-='-'=-σσσσσσσu （1） 三种排水剪试验两种取值标准一致，因为0=u ；
（2） 三轴固结不排水剪和三轴不固结不排水剪试验，由于孔隙水压力没有变化，导致两
种标准一致。

（3） 对于正常固结粘土，达到max 31)(σσ-时孔隙水压力基本保持不变，两者所定的破
坏应力是一致的。

（4） 对于超强固结土，由于超强固结土有剪胀性，在剪切过程中孔隙水压力发生短暂的
升高后，就随着应变的增大而迅速下降，甚至出现负值，此时要保持两种标准的关系式成立，31σσ''要减小，所以3
1σσ''出现在max 31)(σσ-之前。

5. 真强度参数的确定方法在三轴试验中如何确定参数的（8分）p114
答：真强度参数又称伏斯列夫参数，是一种表示在相同孔隙比条件下剪切破坏的抗剪强度的参数。

分别作剪切破坏时孔隙比-有效应力的关系曲线和抗剪强度-有效应力的关系曲线。

在孔隙比-有效应力的关系曲线取孔隙比相同的三点4/5/6，分别是正常固结、回弹和再压缩曲线上的三点，对应于剪强度-有效应力的关系曲线4/5/6相同的有效应力点，这三点对应相同的孔隙比破坏时时抗剪强度随法向有效应力的增长，连接三点近似为一条直线， 称为伏斯列夫破坏线，其中a a c 和ϕ为真强度参数。

6. 土与金属材料应力应变变化有什么主要区别说明其原因或用图例去解释土体的硬化与
软化（7分）p209、213
答：（1）金属材料的应力应变曲线初始阶段为直线，材料处于弹性状态，当应力达到某一临界值时，应力应变变为明显的曲线，材料同时处于弹性和塑性阶段，与金属不同的是土的初始直线段很短，对于松砂和正常固结粘土几乎没有直线段，加荷一开始就是非线性。

加荷卸载后在加荷一个循环后，卸载曲线和再加荷不重合，有明显的回滞环出现。

7. 砂土与正常固结粘性土主要变形区别（体积应变）剑桥模型如何体现的三轴试验与平面
应变试验中强度哪个大为什么（8分）p218、p130 (p217)
答：压力会产生体积应变，松砂和软土由于剪切引起体积应变，表现为剪缩；紧密砂土
和超固结粘土常表现为剪胀。

塑性体积应变为硬化参数。

平面应变的强度大于三轴试验测得的强度。

中主应力对变形有明显的影响，由于三轴情况下23σσ=，试验表明土在23σσ<的情况下的抗剪强度大于23σσ=时，所以平面应变条件下的最大广义剪应力f )(31σσ-比三轴对称情况下的大，而破坏时的轴向应变相近。

广义miss 准则可知，土的破坏强度随着中主应力的增大而
8. 弹塑性模型中3个基本假设（条件前提）是什么举例一个模型，画出其屈服面或屈服轨
迹（8分）p231——p246
答：（1）破坏准则和屈服准则；
（2） 硬化规律；
（3）流动法则；
剑桥模型：
9. 双曲线模型中，E-V 模型参数有几个，分别说出各个参数E-V 模型是属于弹性的、弹
塑性、塑性的什么试验可以确定如何确定这些参数（8分）p228
答：双曲线模型的参数有：强度指标ϕ,c ,推导体积模量三个参数破坏比f R ，K 和n ，推导泊松比的三个参数，)lg(和3a i p σν关系曲线的斜率F ，截距G ，a
r εε-和a ε曲线的斜率D Ｅ－Ｂ模型：用ϕ,c ，破坏比f R 、K 和n ，，K ｂ和ｍ共７个参数
E-V 模型是弹性的模型。

作三轴固结排水试验测轴向应变εa 和体积应变εv 。

１） 在τ～σ坐标系中绘不同σ3时的极限摩尔圆，求出ϕ,c
2）对每一个σ3，点绘 31σσε-a
- a ε 关系曲线，近似取为直线
i E a 1=
3）点绘
与
关系曲线，
４）计算Ｒｆ
５）由试验εｖ～εａ关系，利用式（5-21）转换为εｒ～εａ关系。

Ｅ－ n 模型和Ｅ－Ｂ模型的差异
两种模型采用了相同的弹性模量，无论加荷还是卸荷。

它们的差异仅在于泊松比n 和体积模量Ｂ。

E-B 模型泊松比 大多小于 Ｅ－v 模型泊松比
双曲线模型的存在问题
１）不能反映剪胀剪缩性
２）不能反映软化特性
３）不能反映各向异性，模型的建立和参数的确定完全依据大主应力σ１方向加荷的试验结果。

4） 模型对卸荷状态取回弹模量，以便区别加荷模量。

但没有提出卸荷时的泊松比和卸荷时的体积模量。

10. 说明条分法的优缺点列举三个条分法的假设（6分）p424
答：（1）条分法的优点：离散为为若干个刚体土条，用刚体力学的方法建立平衡方程，不考虑土体变形，计算比较简单；缺点：由于不考虑土体变形，条分法为超静定问题，无法求解，需要进行一些假定，不同的条分法因假定不同，这样使得求解精度存在差异，有时不收敛，求解精度差。

条分法共同假定：平面应变问题；土条为刚体；土条底面法向力作用点在底面中点。

瑞典条分法：假定土条侧向力为零；滑面为圆弧面。

简化毕肖普法：假定竖向条间力Y=0，只对竖向条间力建立平衡方程，回避横向条间力。

滑面为圆弧面。

斯宾塞法：土条间相互作用力都相互平行，因此θ为常量；土条两侧的条间力的合力作用在
土条底侧。

摩根斯坦法：假定竖向条间力满足E x f Y )(λ=， )(x f 为假定已知函数
11. 破坏准则和屈服准则一样吗为什么列举三个破坏准则哪个中主应力对其没有影响用图
说明其中一个破坏准则说明中主应力对破坏准则如何影响（8分）P231-P237
答：破坏准则和屈服准则不一样。

破坏准则是判断材料在应力状态下何时会破坏，屈服准则判断的是物体何时会屈服，两种准则判断的状态不一样，只是某些情况下近似认为屈服就达到了破坏状态，比如理想弹塑性模型
摩尔库伦破坏准则
Mises 破坏准则
屈雷斯卡准则
Lade-Duncan 准则
如图 德罗克-普拉格准则（广义米塞斯准则）
如图对于不同的 强度的变化曲线 12. 有限元分析土坡稳定性有什么优点和难点谈谈你自己对这些难点看法和解决方法（8
分）p426
()()
3132
σσσσ--=b
答：优点：滑动面计算的应力比较真实，可考虑应力应变的非线性和弹塑性；
将稳定和位移的发展联系起来；
可以考虑变形引起的应力；
难点：用什么标准来判断整体失稳；
13.（固结理论）10米厚的均匀弹性的土层，有100kpa的堆载荷：写出固结方程和边界条
件假设下层不透水和透水层，画图说明孔隙水应力变化假设有蠕变和没有蠕变情况下，沉降变化曲线（有图说明），蠕变对沉降有什么影响（12分）p314、339、322、375、366
2013级研究生高等土力学期终考试试卷
1. 土是怎么形成的不同时期和沉淀环境形成土的性质有何差别（8分）
答：土是母岩经过风化作用、搬运作用、沉积作用形成的松散堆积物质；根据土堆积的地点与母岩的关系分为残疾土、坡积土和运积土，残积土未经搬运后沉积在相同的地点，土结合更紧密，一般颗粒较大，坡积土的距离次之，颗粒较小，运积土的结合更松散。

不同土的沉积环境对于土的强度影响较大，土的饱和度，密实度，强度都有很大的差异。

2. 土中水有哪些类型不同类型的水对土失稳性质有哪些影响 （8分）
答：土中的水分为自由水和结合水。

自由水在土体自由流动，影响土的强度，进而影响土的抗剪强度，一般都会降低的土的抗剪强度，增加边坡失稳的因素，自由水土中的流动，会有渗透压力，渗透压力的方向不同对边坡稳定性有不同的影响，当水的渗透压力的方向垂直于边坡时，比如上游坝坡，可以增加边坡的稳定性，平行于边坡会降低稳定性。

结合水是构成粘土的成分之一，是粘土具有塑性应变的主要原因。

对粘土的抗剪强度影响较大
3. 什么是硬化什么是软化给出典型的硬化和软化应力应变关系曲线。

（6分）
答：应力应变关系曲线一直呈上升的趋势直至破坏，这种称为硬化行轴向应力和轴向应变，软土和松砂场常表现为这种形态；曲线的前半部分逐渐升高达到峰值后逐渐降低直至破坏，应力降低应变增加，这种政委软化型，紧密砂和超压密粘土表现为这种形态。

如图。

4. 什么是土的剪胀性从土的微观组成给出机理解释剪胀在哪些条件下发生（8分） 答：土体受剪后，土体颗粒之间发生相互错动，土体塑性体积膨胀的现象，剪缩是体积减小，称为负剪胀，一般统称为剪胀性。

对于松砂，受剪后某些颗粒体乳原来的空隙，体积变小，对于密砂原来的空隙很小，受剪时土体相互错动滑移，体积增加。

剪胀一般发生在密砂、超固结粘土的剪切作用和松砂的剪切作用下 。

土体在速星体积应力的作用下压缩也会引起土颗粒的相对滑动引起剪胀。

5. 简述邓肯-张E-v 非线性弹性模型的基本假设，该模型有哪些参数其中K,n 如何 确
定（12分）
答：邓肯-张非线性套型模型的基本假定是：
（1） )(31σσ-和a ε为关系曲线近似为双曲线；
（2） )lg(和)lg(3a a i p p E σ的关系曲线近似为一条直线； （3） r a
r
εεε--和的关系曲线近似为双曲线； （4） )lg(和3a
i p σν的关系曲线近似为直线。

该模型有参数：强度指标ϕ,c ,推导体积模量三个参数破坏比f R ，K 和n ，推导泊松比的三个参数，)lg(和3a i p σν关系曲线的斜率F ，截距G ，a
r εε-和a ε曲线的斜率D 其中K 和n 应用假设)lg(和)lg(
3a a i p p E σ的关系曲线近似为一条直线，得到直线斜率为n ，截距为K lg 。

6. 什么叫相关联的流动法则大致绘制其屈服面在p-q 平面上的形状。

修正剑桥模型采
用了那种流动法则大致绘制其屈服轨迹。

（10分）
答：流动法则：是用于确定塑性应变增量的方向的假定，相关联的流动法则指的是：假定塑性势函数与屈服函数一致，屈服面就是塑性势面。

剑桥模型是相关联的流动法则。

7.简述太沙基固结理论和比奥固结理论的基本假设，求解方法、适用条件的异同，并
就适用条件举例说明（2-3例）（12分）
答：太沙基固结理论的基本假定：
（1）假设土体均匀，线弹性，饱和状态；
（2）土体变形是小变形；
（3）土体颗粒和水均不可压缩
（4）土体渗流满足达西定律，渗透系数为常数；
（5）荷载一次施加，总应力不随时间变化
（6）只有竖向方向的变形和渗流，无侧向膨胀
比奥固结理论：
（1）假设土体均匀，线弹性，饱和状态；
（2）土体变形是小变形；
（3）土体和水均不可压缩
（4）土体渗流满足达西定律，渗透系数为常数；
（1）太沙基方程只有位移为未知量，不考虑位移和孔隙水压力的耦合，求解出位移在根据位移求孔隙水应力，而比奥固结理论需要同时求解位移和空隙水压力，考虑了位移和孔隙水压力的耦合
（2）适用条件：
●太沙基固结理论适合大面积堆荷，总应力不变的情况下，同时仅对一维问题适用，
不适合二维、三维问题求解；比奥固结理论假设总应力随时间变化，比如河水中的桥墩建筑过程，对孔隙水压力的影响是明显的；
●太沙基固结理论与泊松比无关，而比奥固结理论受泊松比影响明显，泊松比小的
时候，固结慢，反之，固结快。

固结初期阶段对于比奥固结曲线，孔隙水压力有所上升超过初试孔隙水压力，在泊松比较小的时候尤为明显，如曼德尔效应，太沙基则无此现象。

8.不同固结状态下的粘性土在什么条件下剪切有可能发生蠕变，为什么（10分）答：粘性土的蠕变机理：当土体在荷载作用下完成瞬时变形，由粘性土颗粒周围包围的薄膜水薄厚不均引起薄膜水的迁移，使得土体颗粒位置的重新排布，宏观上引起土体的变形，而且薄膜水的粘滞性较大，一般这种变形较为缓慢。

这种变形分为剪切流变和压缩流变。

薄膜水在荷载作用下慢慢转化为自由水。

薄膜水的粘滞性受到温度的影响，温度越高，粘滞性越小，变形月快。

饱和的灵敏度高的软粘土在不排水条件下剪切和超固结土在排水条件下剪切时都容易产生蠕变破坏。

9.砂土的临界孔隙比的定义是什么如何用试验来测定（5分）
答：砂土的临界孔隙比：由不同初试孔隙比的砂土式样在同一压力下进行剪切试验，得到初试孔隙比与体积应变之间的关系，相应于体积变化为零的初始孔隙比即为临界孔隙比。

给定砂土在不排水剪中必有不引起强度改变的初始孔隙比，称为临界孔隙比。

可由三轴固结排水剪和固结不排水剪试验来测定。

CD试验测定临界孔隙比：不同初始孔隙比（密度不同）在相同的固结压力下进行CD试验，测出式样剪切破坏时的体积应变，绘制初始孔隙比和体积应变的关系曲线，其中体积应变为零对应的初始孔隙比就是该固结压力下的临界孔隙比，临界孔隙比随着的固结压力增加而减小。

CU 试验：相同的固结压力下，不同的初始孔隙比式样的固结不排水剪测得剪破时的孔隙水压力后，绘制绘制破坏孔压和初始孔隙比的关系曲线，在纵轴上找到固结压力对应的点做水平线交曲线于一点，该点的横坐标对应临界空隙比
10.无粘性土的抗剪强度由哪几部分组成松砂和密砂有什么不同（5分）
答：无粘性土的抗剪强度由三部分组成：
（1）颗粒间纯滑动摩擦提供的剪阻力；
（2）颗粒重新排列和重新定向效应所需要的剪阻力；、
（3）客服咬合作用所需要的剪阻力（剪胀效应）
对于松砂，抗剪强度主要来源于摩擦阻力和颗粒重新排列和定向；对于紧砂，抗剪强度
来源于主要摩擦阻力和剪胀效应。

11.。

12.在适用于圆弧滑动面的条分法中，滑动力矩计算有哪些典型的方法，简要阐述其特
点。

（8分）
答：圆弧滑面法的有瑞典法和毕肖普法。

特点：滑动面均是圆柱面，土条底侧的滑动力作用于土条底侧的中点。

瑞典法：土条两侧的条间力为零。

简化毕肖普法，不考虑竖向条间力，土条的强度和整体一致。