研究生高等岩土力学期末考试题及部分答案

2011武汉工程大学研究生《高等岩土力学》期末考试

一、简答题（25分，每小题5分）

1．试述岩土的工程分类方法及其意义。

2．何为岩石强度准则？为什么要提出强度准则？

3．岩土中的应力波有那几种，各有何特点？

4．简述有效应力原理的基本概念，在地基土的最终变形计算中，土中附加应力是指有效应力还是总应力？

5．试述土的振动液化机理及其影响因素。

二、计算题（45分，每小题15分）

1．如图1所示为一板桩打入透水土层后形成的流网。已知透水土层深18m，渗透系数k=3×10-4mm/s，板桩打入土层表面以下9.0m，板桩前后水深如图中所示。试求：（1）图中所示a,b,c,d,e各点的孔隙水压力；（2）地基的单位渗水量。

图1 图2

2．某均质岩石的强度曲线为：τ=σtanυ+c，其中c=40MPa，υ=30°。试求在侧向围岩应力σ3=20MPa的条件下，岩石的极限抗压强度，并求出破坏面的方位。

3．某一滑动面为折线型的均质滑坡，其主轴断面及作用力参数如表所示，计算该滑坡的稳定性系数Fs。

三、论述题（30分）

1．试述岩土力学的研究方法（15分）。

2．简述岩石力学问题的不确定性及其研究方法（15分）。

部分参考答案

4. 按照Terzagh i的有效应力原理，有效应力被定义为固体颗粒(即土颗粒)间的接触应力在土体截面积上的平均应力，其值'σ是总应力σ减去孔隙水压力u 所得差值，它控制了土的变形及强度性能。事实上，有效应力原理虽然在物理意义上是明确的，但它仅仅是个“概念性”的模型，这表现在有效应力根本无法测定，而是量测总应力和孔隙水压力后的差值。即有效应力实际是一个虚拟的物理量，它比实际接触应力要小得多。

土中的自重应力分为作用于土体上的总自重应力和作用于骨架上的有效自重应力。有效应力是根据应力的承担者来划分，而自重应力和附加应力是根据应力的来源来划分。在地基土的最终变形计算中，土中附加应力应该是指总应力。

5.目前，一般将土的液化机理概括为下列三种形式：循环活动性、砂沸和流滑。

循环活动性是指在循环剪切过程中，由于土体积剪缩和剪胀的交替作用而引起孔隙水压力反复升降而造成的间歇性瞬态液化和有限制的流动变形现象。

砂沸是指土中孔隙水压力超过上覆土体自重时所产生的喷砂冒水现象。

流滑指在单向或循环剪切作用下，土体积持续剪缩，孔隙水压力不断上升，从而导致抗剪强度逐降而形成无限制的流动性大变形。

土液化的影响因素主要有土类、土的初始密实度、初始固结压力、往复应力强度与次数。

三、论述题

1.岩土力学是岩土工程的重要核心，岩土工程当前的主要优势可以概括为：

（1）土木工程中的一个较成熟的分支学科；

（2）理论与试验能力比较成熟；

（3）对设计与施工作出了重要贡献；

（4）能提出办法解决新的问题。

岩土工程发展当前不足之处也可概略归纳为以下几点：

（1）理论研究与实际应用之间存在着较大差距；

（2）缺乏继续教育的对应政策；

（3）不同国家对岩土工程有各自不同的解决方法；

（4）很多研究计划质量欠佳。

因此，岩土力学的研究途径应该是：以固体力学原理为主要框架，充分考虑岩土介质的特殊性，如多相构造，率性相关包括应变率相关和加载率相关等、路径相关包括应力路径和加载路径、时间效应、温度效应、胶结性质、节理裂隙以及各向异性等固有特性，发展独立的岩土力学理论。在研究方法上应沿着室内试验与现场试验观测相结合、理论分析与模型试验相配合、相互验证和补充的道路前进。

岩土力学今后研究课题应包括以下几个方面：本构理论、非弹性变形、微结构、断裂力学、岩石破坏、土壤破坏、宏观构造、现场测试、水力学、热效应以及计算程式等。

2. 岩土介质种类繁多，其性质极为复杂，在通常情况下，岩石或岩体，土壤均表现为非均质，各向异性并具有很强的非线性性质，而且地质环境各不相同，因此在岩土力学与岩土工程中具有很多的不确定因素。岩石力学面对的是“数据有限”的问题，不仅输入给模型的基本参数很难给出，而且能够对过程（特别是非线性过程）的演化提供反馈信息或者能校正模型的测量并不多，通常表现为参数确定中数据离散性及随机性

较大，而且荷载的精确分类与量值的大小及其分布也带有随机性质，在岩土力学中这些随机因素对于岩土介质的特性是空间变化的，测试过程以及岩土介质的原位试验特性与测定值之间存在着不确定性。另外，岩体的破坏机理目前也尚不能清晰的理解。自然界中的岩体被各种构造形迹（如断层、节理、层理、破碎带等）切割成既连续又不连续的地质体。因切割程度的不同，形成松散体—弱面体—连续体的一个序列，这一岩体序列要比迄今为止人类熟知的任何工程材料都复杂，几乎到处都在变化着。所涉及的力学问题是多场（应力场、温度场、渗流场）、多相（气、固、液）影响下的地质构造与工程结构相互作用的耦合问题。因此，工程岩体的变形破坏特征是极为复杂的，且多半是高度非线性的。岩体力学问题多半是不确定性的、多尺度的，研究的对象也在不断的变化，许多岩体力学过程的数学描述要么不存在，要么是弱的或不完全的，而且可以广泛接受的概化模型并不多。

针对不同的不确定性问题，可以采用对应的分析方法，如随机性问题可采用随机性分析方法（例如概率统计、可靠度等），模糊问题可采用模糊数学分析方法，灰色系统可采用灰色系统分析方法。目前一些非确定性分析方法如随机理论、系统分析、风险条件下的优化与决策，蒙特卡洛模拟等概率统计方法已被利用于非确定性岩土力学研究之中并应用于一些岩土工程问题如边坡稳定分析、地基承载能力、沉降与固结计算、墙背土压力、渗流、液化，土与结构物共同作用以及桩基与加固方面。人工智能、神经网络、遗传算法、进化计算、非确定性数学、非线性力学、系统科学等新兴学科的兴起，为我们提供了全新的思维方式和研究方法，为突破岩石力学的确定性研究方法提供了强有力的理论基础。