西交大本科《土力学》习题答案

绪论

习题

（1）土力学最早起源于18世纪，库仑、达西、朗肯等一些科学家先后提出一些理论，这些早期的经典理论奠定了土力学的基础。进入20世纪后，土力学的研究又陆续取得了一系列进展。太沙基在1925年出版了最早系统论述土力学体系的经典著作《土力学》，这也是土力学成为一门独立学科的标志。20世纪60年代以来，基础理论的完善，计算机技术的应用及现代化检测手段的引入，使得土力学学科进入了一个崭新的发展时期。随着土木、水利工程建设的发展，土力学学科的发展也与之相适应。

（2）在学习土力学课程时，需要注意一下几点：①土与金属、混凝土等人工材料不同。②土力学与材料力学、结构力学研究的对象不同。

③土力学与材料力学、结构力学的学习方法不同。

第1章土的物理性质及分类

习题

（1）在工程中，可以综合利用累计曲线确定出的不均匀系数C u和曲率系数C c判定土的级配优劣；颗粒级配累计曲线的斜率大小可以反应出土中某粒径范围内土粒的含量。颗粒级配可以从一定程度上反应土的某些性质。

（2）土的三相比例指标有：土粒比重、土的含水量、土的密度、土的干密度、饱和密度和浮重度、土的孔隙比和孔隙率、土的饱和度。可有实验直接测定的指标及其测定方法：①土粒比重：比重瓶法②土

的含水量：烘干法或酒精燃烧法③土的密度：具有粘聚力的土体的密度一般用环刀法；散粒状的土体的密度一般用灌砂法或灌水法。（3）以孔隙比为标准来确定粗粒土的密实度，优点是简单方便，而且对同一种土，孔隙比小的一定较密实；缺点是没有考虑土粒级配这一重要因素的影响，不同级配的砂土即使孔隙比相同，所处的松密状态也会不同。

相对密实度是无粘性土密实度的指标，它对土木构筑物和地基的稳定性，特别是对抗震稳定性具有重要的意义。但应该指出，在实验室中测得各种土理论上的最大孔隙比e max和最小孔隙比e min是非常困难的。

（4）塑性指数：是指液限和塑限的差值（省去%符号），即土处在可塑状态的含水量变化范围。塑性指数越大，土处于可塑性状态的含水量范围也越大。

液性指数：是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。可用来表示粘性土所处的软硬状态。液性指数越大，土质越软；反之，土质越硬。

（5）土的结构：是指土粒之间相互排列及连接的方式。土结构的类型及特点：①单粒结构：土粒之间是点与点的接触。紧密排列的粗粒土一般具有坚固的土粒骨架，静荷载对它几乎没有压缩作用，因而变形很小，强度很高；具有单粒结构的碎石土和砂土，空隙大、透水性强、土粒之间没有内聚力，但土粒相互依靠、支承，内摩擦力较大，受压时，土的体积变化较小。②片堆结构：土片基本平行堆积，力学

和变形性质具有明显的方向性。③絮凝结构：力学性质无方向性，结构也很不稳定；在外力作用下很容易散架，强度很快降低。

（6）土的工程分类依据：①分类体系采用的指标要既能综合反映土的工程性质，又能便于测定且使用方便。②分类体系采用的指标在一定程度上反映土在不同用途和不同工作条件下的不同特性。③分类体系要有一定的科学逻辑性，不仅要自成体系、纲目分明，而且要简单易记、便于应用。

（7）解：土的含水量：

s w m m =ω=s r ed s =%23%10075

.255.198.0=⨯⨯ 塑性指数：

I p =ωL -ωP =41-22=19

液性指数：

053.019

220.23=-=--=P L P L I ωωωω 因为塑性指数介于10～17之间，所以该土样为粉质粘土，处于可塑状态。

（8）解：35-s w s s m 104.5d m ⨯==

ρV 85.0e 1=-==S

S S V V V V V V 35-d s m 1079.8e m ⨯==

干V 63.0-e s

s 2==V V V 干

22.063.0-85.0e -e 21==

第2章土中水的运动规律

习题

（1）结合水的主要特征：在电场作用下定向排列；极易与被溶解的物质结合成水化离子。水分子距离土粒表面越近，引力越大，水分子与土粒表面结合的紧密程度越强。

（2）双电层理论：吸附层、扩散层与土粒表面的负电荷一起构成了双电层。其中，土表面成为内层，内层所具有的电位称为热力电位。当这部分电位被强结合水（包括水化阳离子）平衡掉一部分后，固定界面上的电位将变成电动电位。电动电位继续吸引水分子和水化阳离子，直到其对水的影响完全消失为止。

双电层理论的工程应用范围：①电渗、电泳规律的应用②离子交换规律的应用③触变性的应用④路基冻胀的机理分析

(3)正常毛细水带：该部分毛细水主要是由潜水面直接上升而形成的其几乎充满了全部孔隙。正常毛细水带受地下水位季节性升降变化的影响很大，会随着地下水位的升降做相应的移动。

毛细网状水带：当地下水位急剧下降时，它也随着急速下降，这时在较细的毛细孔隙中，有一部分毛细水因来不及移动而残留在孔隙中；而在较粗的毛细孔隙中，因毛细水下降，孔隙中留下空气泡，从而使毛细水呈网状分布。毛细网状水带中的水，可以在表面张力和重力的作用下移动。

毛细悬挂水带：该部分的毛细水是由地表水渗入而形成的，水悬挂在

土粒之间，它不与中部或下部的毛细水相连。毛细悬挂水受地面温度和湿度的影响很大，常发生蒸发与渗透的“对流”作用，使土的表层结构遭到破坏。当地表有大气降水补给时，毛细悬挂水在重力的作用下向下移动。

（4）影响土渗透性的主要因素有：①土的粒度成分及矿物成分②结合水膜的厚度③土的结构与构造④水的黏滞度⑤土中的气体

（5）工程中常说的渗流速度v都是指渗流模型的平均流速，是用单位时间内通过土体单位面积的水量来表示的。这是一种假想流速，并不是土体空隙中的实际流速，因为它采用的是土样的整个断面积，其中包括土粒骨架所占的部分面积。解决实际工程问题时，最重要的是了解某一范围内宏观渗流的平均效果，而不是某一具体位置的真实流动速度，所以，在进行渗流计算时，均采用根据渗流模型计算出来的渗流速度。

（6）流土：是指在向上的渗流作用下，局部土体表面隆起，或者颗粒群同时移动而流失的现象。主要发生在地基或土坝下游渗流溢出处。流土现象主要发生在土体(细砂、粉砂及粉土等土层）表面渗流溢出处，不发生在土体内部。

管涌：是指在渗流作用下土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙通道中发生移动并被带走的现象。管涌现象既可能发生在渗流溢出处，又可能发生在土体内部。管涌可能只发生在局部范围，但也可能逐步扩大，最后导致土体失稳破坏。

（7）对于各向同性土，流网具有如下性质:①流网是相互正交的网络