土力学问答题

简答题
1、何谓正常固结粘土和超固结粘土,欠固结土,两者的压缩特性和强度特性,剪切性状有何区别？
答：把土在历史上曾经受到的最大有效应力称为前期固结应力，以pc表示；而把前期固结应力与现有应力po＇之比称为超固结比OCR，对天然土，OCR>1时，该土是超固结；当OCR＝1时，则为正常固结土。OCR=1且现有有效应力p’0小于现有固结应力p0，该土为欠固结土
压缩特性区别：当压力增量相同时，正常固结土压缩量比超固结土大。
强度特性区别：超固结土较正常固结土强度高。
剪切性状：因为欠固结土也属于正常固结土，所以它们具有相同的剪切形状，即剪切的时候会发生剪缩和产生正的孔隙水应力。超固结土分为强超固结土和弱超固结土，弱超固结土在剪切的时候，和正常固结土一样，体积剪缩，产生正的孔压，但是孔隙水压力要比正常固结土要小；强超固结土在剪切过程中会产生剪胀效应和产生负的孔隙水应力。
2、 简述影响土压实性的因素？
答：土压实性的影响因素主要有含水率、击实功能、土的种类和级配以及粗粒含量等。
对粘性土，含水率的影响主要表现为当含水率较低时，相同击实功能下所获得的干密度较低，随着含水率的增大，所得到的干密度会逐渐提高；当达到某含水率时，对应击实功能下会得到最大干密度，对应含水率称为最优含水率；随着含水率的提高，最大干密度反而会减小。
击实功能的影响表现为：击实功能越大，所得到的土体干密度也大；最优含水率随击实功能的增大而减小。
土类和级配的影响表现在：粘性土通常较无粘性土压缩性大；粘粒含量大，压缩性大；级配良好，易于压密，干密度大；
粗粒含量对压实性有影响，大于5mm粒径的粗粒含量大于25％－30％时，需对轻型击实试验的结果进行修正。
3 、试比较朗肯土压力理论与库伦土压力理论的异同点与优缺点。
答：相同点：都要求挡土墙的移动是以使墙后填土的剪力达到抗剪强度（极限状态下）土压力．都利用莫尔－库仑强度理论；
不同点：朗垦理论是根据土体中各点处于平衡状态的应力条件直接求墙背上各点的土压力．要求墙背光滑，填土表面水平，计算结果偏大．而库仑理论是根据墙背与滑动面间的楔块型处于极限平衡状态的静力平衡条件求总土压力．墙背可以倾斜，粗糙填土表面

可倾斜，计算结果主动压力满足
要求，而被动压力误差较大．朗肯理论是考虑墙后填土每点破坏，达极限状态；库仑理论则考虑滑动土体的刚体的极限平衡；
朗肯土压力理论优点：公式简单，易用；缺点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况不适用；
库伦土压力理论优点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况适用；缺点：不便考虑粘性土的情况；
4、地基破坏形式有哪几种？各自会发生在何种土类地基？根据承载力的理论计算公式来看，影响浅基础地基承载力的主要因素有哪一些？按理论公式确定的承载力适用于哪种破坏型式？
答：有整体剪切破坏，局部剪切破坏和冲剪破坏。
地基破坏形式主要与地基土的性质尤其是压实性有关，一般而言，对于坚实或密实的土具有较低的压缩性，通常呈现整体剪切破坏．对于软弱黏土或松沙地基具有中高压缩性，常常呈现局部剪切破坏或冲剪破坏。理论公式法、规范方法和试验方法。
土体容重和强度指标、，基础宽度b，基础埋深d，地下水位等。按理论公式确定的承载力适用于整体剪切破坏型式




5、为什么说在一般情况下,土的自重应力不会引起土的压缩变形（或沉降），而当地下水位下降时，又会使土产生下沉呢？
答：一般情况下，地基是经过了若干万年的沉积，在自重应力作用下已经压缩稳定了。自重应力已经转变为有效应力了，这种情况下，自重应力不会引起土体压缩。但如土体是新近沉积，自重应力还未完全转变未有效应力，则自重应力将产生压缩。 （5分）
当地下水位下降时，部分土层从水下变为水上，该土层原来受到浮托力作用，现该浮托力因水位下降而消失，相当于在该土层施加了一个向下的体积力，其大小等于浮托力。该力必然引起土体压缩。
6、土的粒径分布曲线和粒组频率曲线如何测得，有何用途？对级配不连续的土，这两个曲线各有什么特征？
答：1. 土的粒径分布曲线：以土颗粒粒径为横坐标（对数比例尺）小于某粒径的土质量占试样的总质量的百分数为纵坐标绘制的曲线。 根据土的粒径分布曲线可以求得土中各粒组的含量，用于评估土的分类和大致评估的工程性质．某些特征粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。
2. 粒组频率曲线：以个颗粒组的平均粒径为横坐标对数比例尺，以各颗粒组的土颗粒含量为纵坐标绘得。
土

的粒径分配曲线不仅可以确定粒组的相对含量，还可以根据曲线的
坡度判断土的级配的好坏．
7、其它条件相同情况下，超固结粘土的沉降一定小于正常固结粘土的沉降吗？为什么？答：是的.因为和正常固结粘土相比，超固结粘土孔隙比比正常固结土小，如果现有有效应力相同，则在某荷载增量作用下，超固结土是沿再压缩曲线压缩，而正常固结土沿压缩曲线压缩。由于同一土质，再压缩曲线肯定比压缩曲线缓，即再压缩指数比压缩指数小，因此，超固结粘土沉降比正常固结土小。
8、什么是有效应力原理？图中，地基土湿重度、饱和重度和浮重度分别为、和，水重度，M点的测压管水柱高如图所示。写出M点总应力、孔隙水应力、有效应力、自重应力的计算式。
答：由外荷在研究平面上引起的法向总应力为б，那么它必由该面上的孔隙力u和颗粒间的接触面共同分担，即该面上的总法向力等于孔隙力和颗粒间所承担的力之和，即б=б＇＋u。
M点总应力： M点孔隙水应力：
M点有效应力：
M点自重应力：
9、土坡发生滑动的滑动面有哪几种形式？分别发生在何种情况？没有渗流的情况下的粘性土坡的稳定安全系数可以有哪几种方法计算？进行边坡稳定分析时常采用哪些条分法？
答：土坡发生滑动的滑动面有：圆弧、平面、复合滑动面。
圆弧滑动通常发生在较均质的粘性土坡中；平面滑动通常发生在无粘性土坡中；复合滑动面发生在土坡土质很不均匀的土坡中。
没有渗流的情况下，粘性土坡的稳定安全系数计算方法有：φ＝0分析法、瑞典条分法、简化毕肖普法。在进行边坡稳定分析时常采用的条分法有：瑞典条分法、毕肖普条分法、杨布条分法和不平衡推力法等。






10、未修正的太沙基极限承载力公式适用于哪种破坏型式的地基？利用太沙基极限承载力公式具体说明地下水位的位置对承载力是如何的影响？
答：未修正的太沙基极限承载力公式适用于整体剪切破坏的条形基础的地基。
太沙基极限承载力公式。地下水位埋深较大时，式中第1、2项中的γ均不受影响；若地下水位在基底处，则第1项中的γ应用浮容重，承载力降低；若地下水位上升到地面处或以上时，则第1、2项中的γ均应用浮容重，承载力进一步降低。
11、粘性土有那几种状态？各状态之间是通过什么来区分的？
答：固体、半固体、可塑、流动

四种状态。（说三种也可） 一般用稠度来描述粘性土的干湿程度（状态）反映在某一含水率下抵抗外力作
用而变形或破坏的能力。
各状态的区分如下：
液限（WL）——从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可塑状态的上限含水率； 塑限（Wp）——从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限含水率；
缩限（Ws）——从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。
12、什么是前期固结压力？什么样的土为欠固结土？欠固结土层中一定存在超静孔隙水应力吗？欠固结土层上如不施加新的压力，土层也会继续压缩吗？为什么？
答：前期固结压力为土在历史上受到的最大有效应力，用Pc表示。 欠固结土为在自重应力作用下尚未完全固结的土，即现有有效应力小于现有固结应力。欠固结土一定存在超静孔隙水应力。因为欠固结土在自重应力作用下尚未固结稳定，附件应力尚未转化为有效应力，仍有一部分被孔隙水承担。随着孔隙水的排出，孔隙水应力的消散，土的孔隙比进一步减小，所以欠固结土层上即使不施加新的压力，土层也会继续压缩。
13、分别说明下面渗流情况下两个图中土体ABCDEA上所作用的力，并在图中标出。其中，图（a）以土体为研究对象，图（b）以土颗粒为研究对象。





图（a） 图（b）
答：
图略。考虑重力，考虑CD、ED上的水压力，考虑AED上的切向反力与法向反力

图略。考虑重力、考虑浮力、考虑渗流力 。考虑AED上的切向反力与法向反力；
14、简述砂土液化。（6分）
答：对于饱和疏松的粉细砂，当受到突发的动力荷载时，由于动剪应力的作用有使体积缩小的趋势，由于时间短来不及向外排水，因此就产生了很大的孔隙水应力。按有效应力原理， ，当动荷载引起的超静孔隙水应力u达到时，则有效应力，其抗剪强度，无粘性土地基将丧失其承载力，土坡将流动塌方。
15、土坡发生滑动的滑动面有哪几种形式？分别发生在何种情况？列举3种粘性土坡的稳定安全系数计算方法？
答：土坡发生滑动的滑动面有：圆弧、平面、复合滑动面。圆弧滑动通常发生在较均质的粘性土坡中；平面滑动通常发生在无粘性土坡中；复合滑动面发生在土坡土质很不均匀的土坡中。粘性土坡的稳定安全系数计算方法有：φ＝0分析法、瑞典条分法、简化毕肖普法等。




16、长江大堤挡水示意图如图2所示，试分别讨论洪水期洪峰到达使江水位上升过程及洪峰

过后江水位下降过程中渗流作用对大堤挡水面和背水面土坡稳定性的影响。
答：洪峰到达时，产生朝向坡外的渗流作用，对
挡水面土坡稳定产生
有利影响，对背水面土坡
稳定产生不利影响。
洪峰过后江水位下降过程中，提内水位高于江水位，产生朝向长江的渗流作用，对挡水面土坡稳定产生不利影响，对背水面土坡稳定影响较小，此时仍然维持向坡外的渗流，但其不利影响将逐渐减弱。
17、简述用分层总和法求基础沉降的方法步骤。
答： 1根据作用在基础上的荷载的性质，计算基底压力和分布
2将地基分层．
3计算地基中土的自重应力分布
4计算地基中垂向附加应力分布
5按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力
6求第I层的压缩量，
7将各个分层的压缩量累加，得到地基的总的沉降量.
18、 其它条件相同情况下，超固结粘土的沉降一定小于正常固结粘土的沉降吗？为什么？
答：是的。因为和正常固结粘土相比，超固结粘土孔隙比比正常固结土小，如果现有有效应力相同，则在某荷载增量作用下，超固结土是沿再压缩曲线压缩，而正常固结土沿压缩曲线压缩。由于同一土质，再压缩曲线肯定比压缩曲线缓，即再压缩指数比压缩指数小，因此，超固结粘土沉降比正常固结土小。
19、对有稳定渗流时的土坡（如图所示），试列举一种稳定性分析方法，并说明该种方法在图示的三个区中其土体容重如何选取？
答：以土粒为考察对象，采用土体有效重和渗流力的组合形式来进行有稳定渗流时的土坡稳定性分析。
基于瑞典条分法，采取Ⅱ区中水重和土粒浮力反力之合力对圆心的矩来代替渗流力对圆心的矩，并忽略渗流力的抗滑作用，可建立


该方法为容重代替法。在计算抗滑作用（分子）时，I区采用湿容重，II区采用浮容重，III区采用浮容重；在计算滑动作用（分母）时，I区和III区仍分别采用湿容重和浮容重，但对于II区则采用饱和容重代替。
20、在进行抗剪强度试验时，为什么要提出不固结不排水剪（或快剪），固结不排水剪（或固结快剪）和固结排水剪（或慢剪）等三种方法？对于同一种饱和粘土，当采用三种方法试验时，其强度指标相同吗？为什么？
答：抗剪强度试验是用来测定土体的抗剪强度指标。土体的抗剪强度与土的固结程度和排水条件有关，对同一种土，即使在剪切面上具有相同的法向总应力，如果固结程度和排水条件不同，它的抗剪强度也不同。因此为了模拟现场土体的排水条件，将试验分为不固结不排水剪（或快剪），固结不排水剪（或固

结快剪）和固结排水剪（或慢剪）三种方法。
21、三种试验所得总强度指标不同，用总应力表示的抗剪强度指标会随固结程度和排水条件的不同而不
同，但有效强度指标不随之变化。这是由于实际土体抗剪强度与有效应力有关，三种试验方法中固结程度和排水条件不同，孔隙水应力不同，抗剪强度也不同，若采用总应力表示，抗剪强度随排水条件的变化而改变土中水的状态有哪几种？简述土中不同状态的水对相应土的力学性质的影响。
答：土中水的状态有结晶水、吸着水和自由水，其中自由水又可分为毛细管水(毛管水、毛细水)和重力水。
[结晶水紧紧吸附于固体颗粒的晶格内部，作为土体的一部分，对土的力学性质没有多大影响。]
[吸着水比普通水有较大的粘滞性，较小的能动性和不同的密度。强吸着水受到土颗粒的吸附力很大，牢固地结合在土颗粒表面，其性质接近于固体，不能传递压力。弱吸着水呈粘滞状态，不能传递压力，也不能在孔隙中自由流动。] 吸着水的存在使土具有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变小。
自由水离开土颗粒 表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可自由移动，它的性质与普通水无异，能传递静水压力，有溶解能力。
[毛细管水与土中孔隙的大小和形状，土粒的矿物成分以及水的性质有关。在潮湿的粉、细砂中孔隙水仅存在于土粒接触点周围，彼此是不连续的。] 孔隙中的压力将小于大气压力。将引起迫使相邻土粒相互挤紧的压力。毛管水压力的存在，增加了粒间错动的摩擦阻力。产生假粘聚力。
重力水与普通水一样，具有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土颗粒有浮力作用。它能溶蚀或析出土中的水溶盐，改变土的工程性质。当它在土孔隙中流动时，对所流经的土体施加渗流力，计算中应考虑其影响。
22、[水是三相土的重要组成部分，一般认为它不能承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，水的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可忽略不计。软土地段公路修筑需要经过一个小山坡，现经人工开挖与坡脚相平。试用土的应力历史与压缩曲线来分析整段路基是否会用同样的工程方法施工。
答：（作出示意图（2）分）
曾有小土坡地基Ⅰ区跟没有土坡Ⅱ区有不同应力历史，它们具有不同的压缩特性。 分）

开挖后Ⅰ区为超固结土，当将小土坡开挖到坡脚相平时，压缩曲线将沿回弹曲线回弹，当对地基施加相同的附加应力ΔP时，Ⅰ区和Ⅱ区土将沿不同的压缩曲线固结。Ⅰ区会沿B'B再压缩曲线至D点固结稳定。
而
Ⅱ区将沿AB压缩曲线至D点回结稳定。
同样的P变化，但两者的孔隙比变化是不同，即两地基土的压缩量也是不同的，所以整段软土地基在施工处理过程中施工方法不会相同的。


23、现计算一均质粘性土坝（下游无水位）的边坡稳定安全系数，问在（正常运行期间）上游水位处于高水位、低水位以及水位快速下降期间土的相关物理力学参数（重度、强度指标c、）应如何选取？比较并说明上述情况下迎水边坡的安全系数大小关系。（假定低水位时，坝体上游部分为非饱和。
答：参见教材p260-261.
高水位和低水位发生稳定渗流情况，属于有效应力范畴，应采用有效应力强度指标或排水剪强度指标。 高水位时土体饱和，用浮重度指标。而低水位非饱和部分用。 水位快速下降，水来不及排出，采用固结不排水强度指标。 水位快速下降，水来不及排出，土体饱和，用浮重度指标。 安全系数：高水位＞低水位＞水位快速下降期(考虑渗透力) 化只能反映在抗剪强度指标上，因此三种试验所得总强度指标不同。
24、在用瑞典条分法对有稳定渗流的土坡进行稳定性分析时，渗流力如何考虑？什么是代替法，该法中土坡各个部分土体的容重如何选取？
答：进行有稳定渗流时的土坡稳定性分析时，渗流力可以用流网法和容重代替法考虑。
代替法就是在土坡稳定分析时用浸润线以下，坡外水位以上所包围的同体积的水重对滑动圆心的力矩来代替渗流力对圆心的滑动力矩。
代替法中，在计算抗滑动作用（分子）时，浸润线以上采用湿容重，浸润线以下坡外水位以上采用浮容重，坡外水位以下采用浮容重；在计算滑动作用（分母）时，浸润线以上采用湿容重，浸润线以下坡外水位以上采用饱和容重，坡外水位以下采用浮容重。
24、影响土压实性的因素有哪些？请简单说明。
答：土压实性的影响因素主要有含水率、击实功能、土的种类和级配以及粗粒含量等。
对粘性土，含水率的影响主要表现为当含水率较低时，相同击实功能下所获得的干密度较低，随着含水率的增大，所得到的干密度会逐渐提高；当达到某含水率时，对应击实功能下会得到最大干密度，对应含水率称为最优含水率；随着含水率的提高，最大干密度反而会减小。
击实功能的影响表现为：击实功能越大，所得到的土体干密度也大；最

优含水率随击实功能的增大而减小。
土类和级配的影响表现在：粘性土通常较无粘性土压缩性大；粘粒含量大，压缩性大；级配良好，易于压密，干密度大；
粗粒含量对压实性有影响，大于5mm粒径的粗粒含量大于25％－30％时，需对轻型击实试
验的结果进行修正。
25、确定地基承载力的方法有哪几大类？影响地基承载力的因素有那些？地下水位上升是否会引起地基承载力的变化？
答：（1）确定地基承载力的方法有三大类：静载荷试验或其它原位试验，规范查表方法理论公式方法。（2）影响地基承载力的因素有：土的重度；土的凝聚力和内摩擦角；基底宽度；基础埋深, 地下水位。（3）地下水位上升会引起地基承载力降低。
影响土的渗透性的因素？
答：①土的粒度成分及矿物成分：其中上的颗粒大小，形状及级配对砂土渗透性影响比较大，土的矿物成分对粘土的渗透性影响较大。②结合水膜厚度：结合水膜厚度较厚的时候会阻塞土的空隙，降低土的渗透性。③土的结构构造：由于土的各项异性的，所以渗透性方面也是这样。④水的粘滞度：水在土中的渗流速度与水的密度及粘滞度有关，而这两个数值又与温度有关⑤土中气体：当土空隙中存在密闭气泡时，会阻塞水的渗流，从而降低土的渗透性。
简述有效应力公式中有效应力和孔隙水压力的物理意义？
答：土中任意点的孔隙压力，对各个方向的作用是相等的，因此它只能使土颗粒产生压缩，而不能使土颗粒产生位移，土颗粒间的有效应力作用，则会引起土颗粒的位移，使孔隙体积改变，土体发生压缩变形，同时有效应力的大小也影响土的抗剪强度。