高等土力学试题

.回答下列问题:

1. 何谓非饱和土的基质吸力？举出一种非饱和土的强度公式。

2. 三轴试验中的膜嵌入或顺变性（ Membrane Penetration ）对试验结果有什么影响？对什么土和什么类型的试验影响比

较大？

3. 说明普朗特尔（Prandtl ）和太沙基（Terzaghi ）的地基极限承载力公式的基本假设条件和滑裂面形状。

4. 何谓德鲁克（Drucker ）假说？何谓相适应和不相适应的流动规则？对两种情况各举一个土的弹塑性模型。

5. 某饱和砂土的固结不排水三轴试验结果如下图所示，在

p - q 坐标定性绘出有效应力路径。应当如何确定这种土的有

效应力强度指标？

U

二.选择一个问题回答：

1. 在深覆盖层上修建土石坝时，坝体和覆盖层的防渗结构物主要有那些型式？各有什么优缺点？

2. 在地基处理方法中有哪些型式的复合地基桩？说明其适用范围。

三?最近在岩土工程界关于基坑支护土压力计算的讨论很热烈

，试谈谈你对土压力的“水土合算”与“水土分算”的看 法

四.某油罐地基工程采用堆载预压法进行地基加固，地基土的抗剪强度指标如图所示，已知中心点

M 处的自重应力为: Sz =40kPa, ；x =32 kPa.当设计堆载压

力p = 200 kPa 时在M 点引起的附加压力 Z =120 kPa, X =30 kPa,分析M 点是否

会破坏？应如何进行堆载才能防止地基破坏？

孔压系数A=0.4

c

?=10Kpa H

??=30? _ -6

k=5 ：10 cm/s

五?在一个高2米的铁皮槽中装有饱和的均匀松砂，其孔隙比

e=0.85,砂的比重Gs=2.67,内摩擦角：；：；：。然后在振动时 砂土发生了完全液化。由于槽壁位移，槽内的砂土的水平土压力是主动土压力，试计算砂土液化前后的槽壁上和槽底上

P

粉质粘土

的土压力和水压力。（10分）

饱和松砂 2 . 0米

六.回答下列问题:

（一）说明高层建筑上部结构、基础和地基的相互作用关系。

（二）规范规定：一般粘性土中的预制桩，打入后15天，对软粘土，打入后21天，才能进行静载试验，为什么？

（三）为什么对于小型建筑物地基一般是承载力控制；对于大型建筑物地基一般是沉降控制？

（四）有一个建筑物的地基承载力基本值是120kPa,要求的设计承载力是250kPa,设计者在原地基上增加了70厘米厚的水泥土垫层（15 %水泥与原地基土混合后夯实），经在垫层上的载荷试验得到的承载力已经达到了设计承载力。你对这个设计有什么看法？

（五）试解释为什麽早期的地基承载力破坏很多是粘土地基上的谷仓、水泥仓和油罐等建筑物？

七?回答问题：

（一）透水地基上的土石坝的防渗型式有那些？各有什么优缺点？

（二）土坝的裂缝有那些种？如何防治？

（三）说明堤防工程与土坝工程的区别。（设计施工、防渗、质量控制、水位变化、隐患险情等）

八?计算下面两种情况下的土压力和水压力：

（一）均匀土中的板桩支护，基坑内排水。

7M 111

5M

（二）挡土墙后是饱和粘性土，由于地面荷载引起土中的超静孔隙水压力u=u o sin（ Z/2H）, u 0=20kPa,二1OKNM‘

1、答：由于土体毛细管的作用，干土会对水分有吸引力作用，这个吸引力作用就是非饱和土

的基质吸力。

A.W.Bishop提出了单应力状态变量的非饱和土强度公式：

式中：?为抗剪强度，c为有效黏聚力，:'为有效内摩擦角，为一个取值为0.0?1.0

的系数。

2、答：在使用三轴仪对砂土进行试验时，周压力通过橡皮膜传递到试样上。由于颗

粒间有孔隙，试样表面实际凹凸不平，施加周压力后橡皮膜会楔入试样表面颗粒的空

隙中去。其楔入深度随有效周压力口:变化而变化，称这种现象为橡皮膜的顺变性。

其楔入量称为膜顺变量或膜楔入量。由于粗粒颗粒较大，其试样的侧表面是凹凸不

平的，所以，当对试样施加侧压力 C后，橡皮膜会嵌入到试样侧表面的空隙中去，并挤出这些空隙中的水，从而使试样产生附加的排水，该部分嵌入量的大小和试样侧表面积的大小，材料颗粒大小，级配以及侧压力的大小有关，对待定的一个试件，其大小主要取决于侧压力的大小，对粘性土等细颗粒材料，该部分嵌入量的影响较小，但对于粗颗粒其影响却不可忽视。在饱和试样中，在试样与膜以及在各层膜之间残留一薄层水膜，称膜间自由水，该部分顺变性对实验中的体积变化和空隙水压力具有很大的影响。砂的一个基本特性是剪切时发生体积变化。当用普通三轴仪对饱和砂进行应力一应变特性研究时，排水试验需要精确量测试验过程中体积变化，不排水试验则需要精确量测孔隙水压力（简称孔压）的变化。在饱和土的排水试验中，通常根据试样中排出或吸入的水量来确定试样的体积变化。但是由于存在膜顺变性

，

使得这种量测方法在饱和土的粗粒排水试验中出现了很大误差。

3、答：（1）普朗特尔的地基极限承载力公式的基本假设条件：

①基础地面绝对光滑（％=0），竖直荷载是主应力

②无重介质的假设，即=0

③基础地面为地表面，q= m D i作为均布荷载

滑裂面形状：

B

太沙基的地基极限承载力公式的基本假设条件：

①考虑地基土的自重，基底土的重量=0

②基底可以是粗糙的（0= 0~ ）

③忽略基底以上部分土本身的阻力，简化上部均布荷载q=/#m D

滑裂面形状：

4、答：德鲁克假说：利用塑性体应变增量，等效塑性应变增量这两个塑性指标的

特性，对金属材料假定塑性体应变增量为零，并且假设材料屈服时等效塑性应变增量与应力状态无关。在塑性理论中，流动规则用以确定塑性应变增量的方向或塑性应变增量张量的各个分量间的比例关系，对于稳定材料d-j d P-0，因而d；jP必须正

交于屈服面才能满足：同时屈服面也必须是外凸的，这就是说塑性势面g与屈服面

f必须是重和的，即f=g这就称为相适应的流动规则。如果 f=g，即为不相适应的流动规则。

5、答：当峰值应力差（J-6）max = 200kP a时，松砂的有效应力路径还远未达到有效应力破坏线，砂土的应力状态未达到其强度，但饱和砂土试样流动了。

有效应力路径

峰值时对应的固结不排水内摩擦角为；：cu =11.5°，而当它达到稳定状态时，尽管偏差应力（G -；「3）mt仅为30kP a，其有效应力路径达到了有效应力强度的破坏线，有效应

力内摩擦角'：30o，而对应的残余不排水内摩擦角;：cu :-2o~3o这时才到该种砂土

真正意义上的破坏，所以这种实验中最大应力差与最大应力比确定的有效应力指标是不同的，用最大的应力比更合理。

二、选择一个问题回答

1、

2、答：地基处理中的复合地基桩按竖向增强体的材料可划分为：散体材料复合地基桩、柔性复合地基桩、冈I」性复合地基桩。碎石桩和砂桩总称为碎（砂）石桩，和桩周土组成复合地基的地基处理方法。砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素杂填土等地基。对饱和粘性土上对变形控制要求不严的可采用砂石桩置换处理。该法亦可用于可液化地基。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，适用于处理黏性土、粉土、砂土和已完成自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。石灰桩法，由生石灰与粉煤灰等掺合料拌和均匀在孔内分层夯实形成竖向增强体并与桩间土组成复合地基的地基处理方法。灰土挤密桩法，利用横向挤压成孔设备成孔使桩间土得以挤

密用灰土填入桩孔内分层夯实形成灰土桩并与桩间土组成复合地基的地基处理方法。土挤密桩法，利用横向挤压成孔设备成孔使桩间土得以挤密用素土填入桩孔内分层夯实形成土桩并与桩间土组成复合地基的地基处理方法。柱锤冲扩桩法，反复将柱状重锤提到高处使其自由落下冲击成孔然后分层填料夯实形成扩大桩体与桩间土组成复合地基的地基处理方法。

三、答：在水土合算的计算公式中采用总应力指标和和饱和重度计算，但如果将饱

和重度为有效重度与水的重度之和代入公式，水土合算的方法实际上将水压力也乘

以土压力系数。对于粘性土，情况比较复杂，从土中水全部是自由水的观点看，水压力打折扣也是不合适的；但如承认粘性土中的水不全部是自由水，则打一定的折扣，也是合适的，这就和粘性土中考虑浮力的方法相似。总之计算土压力时，当地下水面以下，土体如果是粘性土时，计算土压力用水土合算；当地下水面以下土体，如果土体是非粘性土时，计算土压力用水土分算，计算水压力值，此时总压力等于土压力与水压力之和。

四、五、

六、回答下列问题1、答：高层建筑上部结构的自重及荷载通过梁柱等构件把荷载传给基础，基础把

荷载传给地基，三者之间关系密切。地震时土体与上部结构是相互作用的，上部结