《土力学与基础工程》同步练习题答案.docx 24页

'《土力学与基础工程》同步练习题答案绪论1.什么是地基什么是基础地基:承受建筑物荷载的地层.基础:建筑物最底下的一部分,由砖石,混凝土或钢筋混凝土等建筑材料建造.其作用是将上部结构荷载扩散,减少应力强度传给地基.2.为确保建筑物的安全和使用良好,在地基与基础设计中必须同时满足的两个技术条件为:地基的强度条件,地基的变形条件.3.土具有哪两类工程用途一类是作为建筑物的地基,在土层上修建厂房,住宅等工程,由地基土承受建筑物的荷载;另一类用土作为建筑材料,修筑堤坝与路基.第一章工程地质1.地质作用包括外力地质作用和内力地质作用两种类型.2.岩石按成因可分为岩浆岩,沉积岩和变质岩三大类.3.根据岩屑搬运和沉积的情况不同,第四纪沉积层分为哪几种类型根据岩屑搬运和沉积的情况不同,第四纪沉积层分为以下几种类型:残积层,坡积层,洪积层,冲积层,海相沉积层和湖沼沉积层4.名词解释:断层和节理岩层在地应力的作用下发生破裂,断裂面两侧的岩体显著发生相对位移,称为断层;岩层在地应力作用下形成断裂构造,但未发生相对位移时称节理.5.何谓不良地质条件为什么不良地质条件会导致工程事故良好的地质条件对建筑工程是有利的,不良地质条件则往往由于承载力低会导致建筑物地基基础的事故,应当特别注意.常见的不良地质条件有:断层,岩层节理发育的场地,滑坡,河床冲淤,岸坡失稳,河床侧向位移等.6.地下水对建筑工程有哪些影响地下水对建筑工程的主要影响如下:(1)基础埋深:通常设计基础的埋置深度应小于地下水位深度;(2)施工排水:当地下水位埋藏浅,基础埋置深度大于地下水位深度时,基槽开挖与基础施工必须进行排水;(3)地下水位升降:地下水位上升,将使粘性土软化,增大压缩性;失陷性黄土则产生严重失陷,膨胀土吸水膨胀,将基础顶起;地下水位下降则会使建筑物产生附加沉降(4)当地下室常年或雨季处在地下水位以下,必须做好防水层;(5)当地下水中含有害的化学物质,对建筑物具有侵蚀性;(6)地下水的浮力可将空心结构物浮起,需要进行响应的措施来解决;(7)存在承压水的地区,基槽开挖深度要计及承压水上面的隔水层的自重压力应大于承压水的压力.否则,承压水可能冲破基槽.7.地下水有何运动规律达西定律的物理概念是什么kFiLhkFqtQ===或kivFq ==土的渗透系数的物理意义为单位水力坡降时的渗透速度.kwDiGγ=动水力的数值等于水力坡降乘以水的重度.DG8.地下水按埋藏条件不同可分为上层滞水,潜水和承压水三类.9.什么是土的渗透性渗透系数的物理意义是什么地下水通过土颗粒之间的孔隙流动,土体可被水透过的性质称为土的渗透性.土的渗透系数的物理意义为单位水力坡降(即k1=i时)时的渗透速度.值的大小与土的组成,粒径级配,孔隙比以及水的温度有关.k10.名词解释:流土与管涌当动水力的数值等于或大于土的浮容重时土体被水冲气的现象,称为流土.DG"γ当土体级配不连续时,水流可将土体粗颗粒孔隙中的细粒土带走,破坏土的结构,这种作用称为管涌.11.某土力学实验室进行粉砂渗透试验,试样长度为15cm,试样截面积为5cm2,试验水头为20cm.实验经历10s,测得渗流量为3cm3.求粉砂的渗透系数K.由kFiLhkFqtQ===有15205103××=k得scmk/105.74×=12.某建筑工程基槽排水,引起地下水由下往上流动.水头差70cm,渗径为60cm,砂土的饱和重度为.问土是否会发生流土3/2.20mkNsat=γ由3"3/2.10/7.11106070mkNmkNiGwsatwD==≥=×==γγγγ所以发生流土.第二章土的物理性质及工程分类1.土与其他连续介质的建筑材料相比,具有压缩性高,强度低和透水性大三个显著的工程特性.2.土的三相组成是什么土的三相组成是指土由固体矿物,水和气体三部分组成.3.何谓土的粒径级配粒径级配曲线的纵坐标表示什么 工程中常用土中各粒组的相对含量,占总质量的百分数来表示,称为土的粒径级配.粒径级配曲线的纵坐标表示小于某粒径的土占总质量的百分数.4.不均与系数反映土的什么性质10φuC表示土的级配良好.5.土的物理性质指标有哪些其中哪几个可以直接测定①土的密度ρ和土的重度γ;②土粒比重()ssdG;③土的含水率ω.此三项土的基本物理性质指标,均由实验室直接测定.6.土的密度和土的重度的物理意义和单位有何区别土的密度ρ为单位体积土的质量,.3/cmg土的重度γ为单位体积土所受的重力,即ρρργ108.9≈==g,.3/mkN7.何谓孔隙比何谓饱和度土的孔隙比为土中空隙体积与固体颗粒的体积之比.土的饱和度表示水在空隙中充满的程度.8.用三相草图计算时,为什么有时候总要假设总体积V=1什么时候假设1=sV计算更简便在三相草图计算中,根据情况令V=1或1=sV,常可以使计算简化,因为土的三相之间是相对的比例关系.9.无粘性土最主要的物理状态指标是什么用孔隙比e,相对密度和标准贯入试验击数来划分密实度各有何优缺点rDN无粘性土最主要的物理状态指标是密实度.用一个指标判别砂土的密实度,应用方便.但是仅用一个指标e,无法反映土的粒径级配的因素.e为了克服上述用一个指标,对级配不同的砂土难以准确判别的缺陷,用天然孔隙比e与同一种砂e的最松状态孔隙比和最密实状态孔隙比进行对比,看靠近还是,以此来判别它的密实度.标准贯入试验,是在现场进行的一种原位测试,值的大小,反应土的贯入阻力的大小,亦即密实度的大小.N10.粘性土的物理状态指标是什么粘性土的物理状态指标是:①液限()%Lω;②塑限()%Pω;③缩限()%Sω;④塑性指数;⑤液性指数;⑥活动度;⑦灵敏度.PILIAtS11.何谓液限如何测定何谓塑限如何测定粘性土呈液态与塑态之间的分解含水率称为液限Lω.可用锥式液限仪或蝶式液限仪测定.粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水率称为塑限.可用滚搓法或液,塑限联合测定法测定.12.塑性指数的定义和物理意义是什么液限与塑限的差值,去掉百分数的符号,称塑性指数,记为.PI物理意义:细颗粒土体处于可塑状态下,含水率变化的最大区间.一种土的Lω与Pω之间的范围大,即大,表明该土能吸附结合水多,但仍处于可塑状态,亦即该土粘粒含量高或矿物成分吸水能力强.PI13.何谓液性指数如何应用液性指数来评价土的工程性质 粘性土的液限指数为天然含水率与塑限的差值和液限与塑限差值之比,即:PLPLIωωωω=据液性指数大小不同,可将粘性土分为5种软硬不同的状态,当LIPωω时,以上公式的分子大于分母,即,土处于流塑状态.之间为塑态,可分为4等分,靠近坚硬的为硬塑,靠近流塑的为软塑,中间为可塑状态.1>LI1~0=LI14.何谓硬塑,软塑状态1~0=LI之间为塑态,可分为4等分,靠近坚硬的为硬塑,靠近流塑的为软塑,中间为可塑状态.15.地基土分哪几大类各类土的划分依据是什么地基土分为岩石,碎石土,砂土,粉土,粘性土和人工填土.岩石可按坚固程度,风化程度或完整程度划分;碎石土由大至小可分为漂石,卵石,圆砾三种;砂《土力学与基础工程》第4页共42页土可分为砾砂,粗砂,中砂,细砂和粉砂;塑性指数10≤PI粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%的土称粉土;土的塑性指数时称为粘性土;按人类活动堆填形成的各类土称为人工填土.10φPI16.何谓粉土粉土的工程性质如何评价塑性指数粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%的土称粉土;密实的粉土为良好地基.饱和稍密的粉土,地震时容易产生液化,为不良地基.10≤PI17.淤泥和淤泥质土的生成条件,物理性质和工程特性是什么生成条件:在静水或缓慢的流水环境中沉积,并经生物化学作用形成的粘性土或粉土.物理性质:淤泥——天然含水率Lωωφ,天然孔隙比.淤泥质土——天然含水率5.1≥eLωωφ,天然孔隙比5.10.1≤≤e工程性质:压缩性高,强度低,透水性低,为不良地基.18.在某住宅地基勘察中,已知一个钻孔原状土试验结果为:土的密度,土粒比重,土的含水量3/80.1cmg=ρ70.2=sG%0.18=ω.求其余五个物理性质指标.孔隙比77.0=e孔隙度%5.43=n饱和度632.0=rS干密度,干重度3/525.1cmgd=ρ3/25.15cmgd=γ饱和密度3/96.1cmgsat=ρ饱和重度3/6.19cmgsat=γ 有效重度3"/6.9cmgwsatsat==γγγ19.今有一个湿土试样质量为200g,含水量为15.0%.若要制备含水量为20.0%的试样,需加多少水答案:258kg20.已知原状土样,经试验测得基本物理性质指标为:土粒比重67.2=sG,含水量为%9.12=ω,密度为.求该土样的干密度3/67.1cmg=ρdρ,孔隙比e,孔隙度,饱和密度nsatρ和饱和度.rS土样的干密度3/48.1cmgd=ρ孔隙比805.0=e孔隙度%6.44=n饱和度426.0=rS第三章土的压缩性与地基沉降计算1.地基土产生压缩的原因有哪些⑴外因①建筑物荷载作用;②地下水位大幅度下降,③施工影响,基槽持力层土的结构扰动;④振动影响,产生震沉;⑤温度变化影响;⑥浸水下沉.⑵内因①固相矿物本身压缩极小,物理学上有意义,对建筑工程来说市没有意义的;②土中液相水的压缩,在一般建筑工程荷载akP600~100=σ作用下,很小,可忽略不计;③土中空隙的压缩,土中水与气体受压后从空隙中挤出,使土的孔隙减小.2.名词解释:土的渗流固结过程由于土的颗粒很细,孔隙更细,土中的水从很细的弯弯曲曲的孔隙中挤出需要相当长的时间,这个过程称为土的渗流固结过程.3.何谓有效应力原理饱和土体所承受的总压力σ为有效应力σ′与孔隙水压力μ之和,即:μσσ+′=亦即μσσ=′这个公式称为有效应力原理.4.侧限条件是指侧向限制不能变形,只有竖向单向压缩的条件.5.何谓弹性模量何谓压缩模量钢材或混凝土试件,在受力方向的应力与应变之比称为弹性模量E.土的试样单向受压,应力增量与应变增量之比称为压缩模量.sE6.侧限压缩模量与压缩系数有何关系土的侧限压缩模量与压缩系数,两者都是常用的地基土压缩性指标,两者都由侧限压缩试验结果求得,因此,与之间并非相互独立,而是具有下列关系:sEasEaα11λ+ =sE7.荷载-沉降量典型曲线通常可以分为哪三个变形阶段各阶段表示什么含义荷载-沉降量典型曲线通常可以分为直线变形阶段(压密阶段),局部剪损阶段和完全破坏阶段三个变形阶段.直线变形阶段——当荷载较小时,(比例界限)时,地基被压密,荷载与变形关系接近直线关系.0pp完全破坏阶段——当荷载继续增大时,在后,压板连续急剧下沉.地基土中的塑性变形区已联成连续的滑动面,地基土从压板下被挤出来,在试坑底部形成隆起的土堆,此时,地基已完全破坏,丧失稳定.0pp>8.由载荷试验结果如何确定地基承载力特征值⑴当sp曲线上有比例界限时,取该比例界限点对应的荷载值;aa⑵当极限荷载能确定,且时,取极限荷载的一半,即up02ppu<2⑶不能按上述①,②要求确定时,当压板面积为,可取250.0~25.0m015.0~01.0=ds所对应的荷载值,但其值不应大于加载量的一半.9.证明土的变形模量与压缩模量的关系式⑴据压缩模量定义zzsEλσ=,可得竖向应变:zzzEσλ=(a)⑵在三向受力情况下的应变:《土力学与基础工程》第7页共42页()zyxxEEσσμσλ+=(b)(zyyyEEσσ μ)σλ+=(c)()yxzzEEσσμσλ+=(d)⑶在侧限条件下,0==yxλλ,由式(b),(c)可得:zyxσμμσσ+==1(e)将式(e)代入(d)得:Ezzλμμλ=1212(f)⑷比较式(a)与式(f)得:EEs112112 =μμ(g)即:sEE=μμ121210.何谓土层自重应力如何计算在未修建建筑物之前,由土体本身自重引起的应力称为土的自重应力,记为cσ.地面下深度为处土层的自重应力zczσ,等于该处单位面积上土柱的重量,可按下式计算:∑==++++=niiinnczhhhhh1332211γγγγγσ∧式中iγ——第层土的天然重度,,地下水位以下一般用浮重度i3/mkNγ′;——第层土的厚度,;ihim——从地面到深度处的土层数.nz11.何谓基础底面附加压力如何计算建筑物荷载在地基中增加的压力称为附加压力.⑴基础位于地面上设基础建立在地面上,则基础底面的附加压力,即基础底面接触压力:pp=0. ⑵基础位于地面下通常基础建在地面以下.设基础的埋置深度为,在基础底面中心点的附加压力为dodppmγ=012.分层总和法计算地基的最终沉降量的计算原理和假定是什么计算原理:分层总和法,先将地基土分为若干水平土层,各土层厚度分别为,,,…,.计算每层土的压缩量,,,…,.然后累计起来,即为总的地基沉降量.1h2h3hnh1s2s3snss∑==++++=niinssssss1321∧几点假定:⑴地基土为均匀,等向的半无限空间弹性体.⑵地基沉降计算的部位,按基础中心点o下土柱所受附加应力zσ进行计算.⑶地基土的变形条件为侧限条件.⑷沉降计算的深度,理论上应计算至无限大,工程上因附加应力扩散随深度而减小,计算至某一深度(即受压层)即可.13.用分层总和法计算地基沉降量与实测值不一致的原因是什么①分层总和法计算所作的几点假定,与实际情况不完全符合;②土的压缩性指标试样的代表性,取原状土的技术及试验的准备度都存在问题;③在地基沉降计算中,未考虑地基,基础与上部结构的共同作用.14.相邻荷载对地基沉降的影响因素有哪些最主要因素是什么影响因素包括:①两基础的距离;②荷载大小;③地基土的性质;④施工先后顺序.其中以两基础的距离为最主要因素.15.饱和土的渗流固结过程包括哪三个过程饱和土体受荷产生压缩(固结)过程包括:⑴土体孔隙中自由水逐渐排出;⑵土体孔隙体积逐渐减小;⑶由孔隙水承担的压力逐渐转移到土骨架来承受,成为有效应力.16.建筑物地基变形的特征,可分为沉降量,沉降差,倾斜和局部倾斜四种.17.何谓沉降量对建筑物有何作用沉降量特指基础中心的沉降量,以为单位.mm作用:若沉降量过大,势必影响建筑物的正常使用.因此,京,沪等地区沉降量作为建筑物地基变形的控制指标之一.18.何谓倾斜对建筑物有何影响倾斜特指独立基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值,以表示.‰若建筑物倾斜过大,将影响正常使用,遇台风或强烈地震时危及建筑物整体稳定,甚至倾覆.对于多层或高层建筑和烟囱,水塔,高炉等高耸结构,应以倾斜值作为控制指标. 19.建筑物进行沉降观测的目的是什么如何实施沉降观测目的:⑴验证工程设计与沉降计算的正确性;⑵判别建筑物施工的质量;⑶发生事故后作为分析事故原因和加固处理的依据.实施沉降观测:⑴设置水准基点,在一个观测区内水准基点不应少于3个;⑵观测点设置,数量不宜少于6个;⑶测量精度采用II级水准测量,视线长度宜为20-30m,视线高度不低于0.3m,采用闭合法;(4)次数和时间要求,要求前密后稀,民用建筑每建完一层观测一次;工业建筑施工期间观测不应少于4次.20.防止地基有害变形的措施有哪些减小沉降量的措施⑴外因方面措施①上部结构采用轻质材料,则可减少基础底面的接触压力p;②当地基中无软弱下卧层时,可加大基础埋深.d⑵内因方面措施在修造建筑物之前,可预先对地基进行加固处理.必要时,可以采用桩基础或深基础.减小沉降差的措施⑴设计中尽量使上部荷载中心受压,均匀分布.⑵遇高低层相差悬殊或地基软硬突变等情况,可合理设置沉降缝.⑶增加上部结构对地基不均匀沉降的调整作用.⑷妥善安排施工顺序.⑸人工补救措施.第四章土的抗剪强度与地基承载力1.直剪试验的主要仪器为直剪仪,分应力控制式和应变控制式两种.2.无粘性土抗剪强度来源是什么无粘性土抗剪强度来源于滑动摩擦和咬合摩擦.3.粘性土抗剪强度来源于是什么粘性土抗剪强度来源于内摩擦力和粘聚力.4.影响抗剪强度指标的因素有哪些⑴土的物理化学性质的影响①土粒的矿物成分;②土的颗粒形状与级配;③土的原始密度;④土的含水率;⑤土的结构⑵孔隙水压力的影响5.何谓地基的临塑荷载如何计算地基的临塑荷载是指在外荷作用下,地基中刚开始产生塑性变形(即局部剪切破坏)时基础底面单位面积上所承受的荷载.地基的临塑荷载,按下式计算:crp()cNdNdcdpcdcr+=+ ++=γγφπφφγπ2cotcot式中——地基的临塑荷载,;crpakpγ——基础埋深范围内土的重度,3mkN;——基础埋深,m;d——基础底面下土的粘聚力,;cakpφ——基础底面下土的内摩擦角,(°);,——承载力系数.dNcN6.何谓地基的临界荷载31P和41P是什么意思当地基中的塑性变形区最大深度为:中心荷载基础4maxbz=偏心荷载基础3maxbz=与此对应的基础底面压力,分别以41p或31p表示,称为临界荷载.7.何谓地基的极限荷载地基的极限荷载特指地基在外荷作用下产生的应力达到极限平衡时的荷载.8.太沙基公式,斯凯普顿公式,汉森公式计算极限荷载有何适用条件太沙基公式适用于基础底面粗糙的条形基础;并推广应用于方形基础和圆形基础.斯凯普顿公式适用于饱和软土地基,浅基础和矩形基础.汉森公式适用于倾斜荷载作用,考虑基础形状和埋深的计算.9.太沙基公式的理论假定是什么①条形基础,均布荷载作用. ②地基发生滑动时,滑动面的形状,两端为直线,中间为曲线,左右对称.③滑动土体分为三区:Ⅰ区——位于基础底面下,为楔形弹性压密区.《土力学与基础工程》第11页共42页Ⅱ区——滑动面为曲面,呈对数螺旋线.Ⅲ区——滑动面为斜向平面,剖面图上呈等腰三角形.10.斯凯普顿公式分别应用于饱和软土地基,浅基础,矩形基础的适用条件如何⑴饱和软土地基内摩擦角0=φ.⑵浅基础基础的埋深.bd5.2≤⑶矩形基础斯凯普顿还考虑了基础宽度和长度比值lb的影响.11.汉森公式的适用条件是什么⑴倾斜荷载作用⑵基础形状基础宽度与长度的比值,矩形基础和条形基础的影响都已计入.⑶基础埋深汉森公式适用于基础埋深bd<基础底宽的情况,并考虑了基础埋深与基础宽度之比值的影响.12.地基的破坏形式如何影响地基的极限荷载⑴地基整体滑动破坏当地基土良好或中等,上部荷载超过地基极限荷载时,地基中的塑性变形区扩展连成整体,导致地基发生整体滑动破坏.⑵地基局部剪切破坏当基础埋深大,加荷速率快时,因基础旁侧荷载dqγ=大,阻止地基整体滑动破坏,使地基发生基础底部局部剪切破坏.⑶地基冲切剪切破坏若地基为松砂或软土,在外荷载作用下使地基产生大量沉降,基础竖向切入土中,发生冲切剪切破坏.13.地基土的指标对地基的极限荷载有何影响地基土的φ,,cγ越大,则极限荷载相应也越大.up⑴土的内摩擦角土的内摩擦角φ的大小,对地基极限荷载的影响最大.⑵土的粘聚力如地基土的粘聚力增加,则极限荷载一般公式中的第二项增大,即增大.cup⑶土的重度地基土的重度γ增大时,极限荷载公式中第一,第三两项增大,即增大.up14.基础尺寸对地基的极限荷载有何影响⑴基础宽度基础设计宽度加大时,地基极限荷载公式第一项增大,即增大.bup⑵基础埋深当基础埋深加大时,则基础旁侧荷载ddqγ=增加,即极限荷载公式第三项增加,因而也增大.up15.荷载作用方向对地基的极限荷载有何影响⑴荷载为倾斜方向倾斜角oδ越大,则相应的倾斜系数,与就越小,因而极限荷载也越小,反之则大.⑵荷载为竖直方向即倾斜角0=oδ,倾斜系数1===qcriii,则极限荷载大.16.荷载作用时间对地基的极限荷载有何影响⑴荷载作用时间短暂若荷载作用时间很短,如地震荷载,则极限荷载可以提高.⑵荷载长时期作用如地基为高塑性粘土,呈可塑或软塑状态,在长时期荷载作用下,使土产生蠕变降低土的强度,即极限荷载降低.17.建筑物地基为何会发生破坏地基破坏的形式有哪几种⑴地基整体滑动破坏当地基土良好或中等,上部荷载超过地基极限荷载时,地基中的塑性变形区扩展连成整体,导致地基发生整体滑动破坏.⑵地基局部剪切破坏当基础埋深大,加荷速率快时,因基础旁侧荷载dqγ=大,阻止地基整体滑动破坏,使地基发生基础底部局部剪切破坏. ⑶地基冲切剪切破坏若地基为松砂或软土,在外荷载作用下使地基产生大量沉降,基础竖向切入土中,发生冲切剪切破坏.18.某高压输电塔设计天然地基独立浅基础.基础长度ml0.4=,基础宽度,基础埋深.地基土为粉土,土的天然重度,内摩擦角,粘聚力,无地下水,荷载倾斜角.计算地基的极限荷载mb0.3=md0.2=3/6.18mkN=γο16=φkPac8=/1811οο=δ答案:247kPa第五章土压力与土坡稳定1.何谓土压力土体作用在挡土墙上的压力称为土压力.2.土压力可分为主动土压力,静止土压力和被动土压力三种,其大小关系如何paPPPLw%45>Lw主要特性:颜色呈褐红,棕红,紫红及黄褐色;土层厚度一般为3-10m,个别达20-30m;沿深度状态上部硬,下部软.网状裂隙发育,破坏了土体的完整性.9.多年冻土与季节性冻土有何不同冻土分哪些种类季节性冻土指地壳表层冬季冻结而在夏季又全部融化的土多年冻土指冻结持续时间在2年或2年以上的土.通常很厚,常年不融化,具有特殊的性质.当温度条件改变时,其物理力学性质随之改变,并产生冻胀,融陷,热融滑坍等现象.冻土分:季节性冻土,隔年冻土和多年冻土.10.建筑物冻害防治措施有哪些为防止建筑物发生冻害,可采取下列防治措施:1)换填法,用粗砂,砾石等不冻胀材料填筑在基础底下.2)物理化学法:人工盐渍化改良土,用憎水性物质改良土,使土颗粒聚集或分散改良土3)保温法,即在建筑物基础底部或四周设隔热层,增大热阻,推迟土的冻结,提高土温,降低冻深4)排水隔水法,在建筑物周围设排水沟,防止雨水深入地基,同时在基础两侧和底部填砂石料,并设排水管将入渗水排出5)结构措施:采用深基础,锚固式基础或回避性措施(包括架空法,埋入法,隔离法等)'