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土力学网上作业题参考答案
东北农业大学网络教育学院
土力学网上作业参考答案
绪论
、
填空
[1]
地基。
[2]
基础。
[3]
持力层。
[4]
下卧层。
⑸
下卧层。
第一章土的物理性质及其工程分类
填空
[1]无机矿物颗粒禾口有机质,土粒。
[2]原生矿物和次生矿物。
[3]粒度。
[4]粒度成分。
⑸CuV5,Cu越大,Cu>10。
⑹结合水和自由水.吸着水(强结合水)和薄膜水(弱结合水)
[7]单粒结构、蜂窝结构和絮状结构。
[8]液限、塑限和缩限。
[9]塑性指数。
[10]液性指数。
[11]
Dr
emaxe
emaxemin
[12]碎石土。
[13]大于2mm.大于0.075mm。
[14]细粒十。
[15]含水量和击实功能。
二、
判断题
[1]
(V)
[2]
(X)
[3]
(X)
[4]
(X)
⑸
(X)
三、证明题
[1]证明:
证明:
设
_ds
d=伍w
Vs=1?
e=V^=Vv,V=Vv+Vs=1+e
ms
d=vg
[2]证明:
证明:
设
Vs…H
sVsgdswVsgds
丁=v=1+ew
s(1n)
wn
Vv..
V=1,—=n?
V
V
Sr=
v=n,Vs=1
.Vwmw
…Sr=
mw
ms
VvwVv
sVs
wVv
sgVss(1n)
wn
wgVv
sVs
[3]证明
Srew+
(2)证明:
设Vs=1?
e=业=Vv,V=Vv+VsVs
四、计算题
[1]某地基土层,
土粒相对密度为
小。
解:
V=72cm3,
G=mg=(mw+ms)g=(wVw
V=V=V=
+sVs)gSrVvw+sVsSrew+sv=v=1+e~
用体积为72cm3的环刀取样,测得环刀加湿土重170g,环刀重40g,烘干后土重122g,
2.70,问该土样的w、e、sr、
d、sat和各为多少?
并比较各种重度的大
m=170—40=130g,ms=122g,mw=130-122=8g
mw8
忑=五=&6%
W(1+).2.7X1X(1+0.066).…
1=1=0.6
130/72
Sr=^e
0.066X2.7
=29.7%
0.6
Gmg
V=V
130X10=18.0kN/m3
72
ds+e
sat=~
1+e
X0=20.6kN/m3
>>
sat
[2]一土样重量为多少?
解:
已知:
sat
=20.610=10.6kN/m3
ds
1+e
200g,
273
wwx10=16^N/m3
已知含水率为16%,若要制备含水率为20%的土样,需加多少水?
加水后土样重
m1=200g,116%,220%,则:
•I加水后土样重量为:
mwi
mwi
16%
msmimwi
mwi
mwmwimw
将mi=200g带入得:
mwi=27.6g,mw=6.9g
20%
ms
mimwi
m2=mi+mw=200+6.9=206.9g
[3]某土坝施工中,上坝土料的
95%,d2=16.8KN/m3,
ds=2.7,wi=io%,上坝时虚土di=i2KN/m3,要求碾压后
若每日填土5000m3,文每日上坝虚土多少m3?
共需加水多少t?
解:
(1)di=g,d2
V1
mst
=—g,由于碾压前后土粒重力不变,
V2
diV1=d2V2?
/c、ms
(2)d2=g?
V2
16.8X50003
V==7000m3
2
16.8X103X5000
10
=8400000kg=8400t
mwi
ms
mw2
w2
mw
ms(w2
Wi)
ms
s
d2=1+62
dsw
e2=
d2
2.7X10
1=1=0.607
16.8
cw2ds小
Sr2=?
w2
e2
Sr2e20.95X0.607
==21.4%ds2.7
mw=m$(W2Wi)=8400(0.214—0.1)=958t
dsw2.7X10
d2=w?
62=1=1=0.607
1+e2d216.8
w2dsS2620.95X0.607
Sr2=?
w2===21.4%
62ds2.7
ds
dsw
mwms(W2Wi)=8400(0.214—0.1)=958t
简答题
[1]简述击实功能对粘性土压实性的影响?
1.土料的dmax和op不是常量,dmax随着击数的增加而逐渐增大,而op则随着击数的增加而逐
渐减小。
然而,这种增大或减小的速率是递减的,因此只靠增加击实功能来提高土的dmax是有一定
限度的。
2.当较低时,击实功能影响较显著,而当含水量较高时,击实曲线接近于饱和线,这时提高击
实功能是无效的。
第二章土中水的运动规律
一、填空题
[1]渗流或渗透。
[2]渗流量与过水断面面积以及水头损失,断面间距
[3]一次万。
[4]常水头试验。
⑸变水头试验。
[6]渗透系数。
[7]渗透力。
[8]渗透变形。
[9]流土和管涌。
[10]流土,地基或土坝下游渗流逸出处。
[11]管涌。
[12]渗透系数,q=kA-=kAi或v=q=ki
IA
二、
判断题
[1]
(V)
[2]
(V)
[3]
(X)
三、
证明题
ds1
[1]证明ic=—=1+e
wI+e
i证明imsgwVssVsgwVsdswgVswVsVs(ds1)ds1
wwVwVwVVs+Vv1+e
四、计算题
板桩支挡结构如图所示,由于基坑内外土层存在水位差而发生渗流,渗流流网如图中所示。
已知土
层渗透系数k=2.6X103cm/s,A点、B点分别位于基坑底面以干1.2m和2.6m。
试求:
(1)整个渗流区的单宽流量q;
(2)AB段的平均渗透速度vab(A点、B点所在流网网格l=b=1.5m);
(3)图中A点和B点的孔隙水压力uA与UB。
(4)流网网格abcA的网格长度I1.5m,判断基坑中的a~b段渗流逸出处是否发生流土?
(地基土sat=20KN/m3)
解:
(1)m=4,n=9,h=5—1.5—1=2.5m,
所以,渠底a~b段渗流溢出处不会发生流土。
五、简答题
[1]简述流网的四点基本性质?
1•流线与等势线相互正交,所构成的流网网格为曲边正方形,即。
2.任意两相邻等势线间的水头损失相等;
3.任意两相邻流线间的单位渗流量相等;
4.在确定流网中等势线数量时,上下游的透水边界各为一条等势线;在确定流网中流线数量
时,基础的地下轮廓线及渗流区边界线各为一条流线。
[2]简述常用的防渗技术措施?
1.减小水力梯度
(1)降低水头
(2)增加渗径
2.在渗流逸出处加设铺盖或铺设反滤层
反滤层可以滤土排水,防止细小颗粒流失,同时通畅地排除渗透水流。
反滤层一般为1〜3层,
由砂、卵石、砾石、碎石构成,每层粒径沿着水流方向逐渐增大。
3.在建筑物下游设置减压井、减压沟等,使渗透水流有畅通的出路。
第三章土中应力分布及计算
[1]自重应力和附加应力
[2]基底压力,地基反力。
[3]基础的刚度和地基的变形条件。
[4]马鞍形分布、抛物线形分布以及钟形分布。
[5]基底附加压力。
[6]深宽比和长宽比。
二、
判断
[1]
(X)
[2]
(X)
[3]
(V)
三、计算题
[1]一矩形基础,宽为3m,长为4m,在长边方向作用一偏心荷载N=F十G=1200kN。
偏心距为多
少时,基底不会出现拉应力?
试问当pmm=0时,最大压应力为多少?
解:
(1)要保证基底不出现拉应力,偏心距e应满足:
e (2)当e=l/6时,Pmin=0, N6e12006l •••pmax=lb(1^r)=T^3(1+76)=200kPa [2]一矩形基础,宽为3m,长为4m,在长边方向作用一偏心荷裁N=F十G=1440kN,偏心距为e =0.7m。 试问基底最大地基反力Pmax为多少? 解: e=0.7m>l/6=4/6=0.67m, 四、简答题 [1]图示说明集中力作用下土中应力的分布规律 (1)当Z不变时,在荷载轴线上z最大,随着r的增加,逐渐减小,z也逐渐减小,见图38(a) (2)在r0的荷载轴线上,z随着z的增加而减小,见图38(b) (3)在不通过集中力作用点的任一竖直剖面上,在土体表面处,z=0,随着z的增 力口,z逐渐增大,在某一深度处达到最大值,此后又逐渐减小,见图38(b) 图3-8集中力作用于地表时附加应力的分布情况 第四章土的压缩性与地基沉降计算 一、填空 [1]十的压缩性。 [2]十的固结。 100kPa,200kPa。 [3]侧限压缩模量。 [4]前期固结压力。 [5]超固结比,OCR=1.OCR>1.OCRv1。 [6]e=0.42e。 。 [7]大于0.4b,20%.10%。 [8]强度变化和变形。 [9]孔隙水压力,附加有效应力。 [10]瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降。 H [11]e=e0-—(1+e0) H0 二、 判断题 [1] (X) [2] (V) [3] (V) 、绘图题 [1]用经验作图法确定前期固结压力Pc,并说明具体步骤。 (1)在e~lgp曲线拐弯处找出曲率半径最小的点A,过A点作水平线A1和切线A2; (2)作/LA2的平分线A3,与e~lgp曲线直线段的延长线交于B点; 3)B点所对应的有效应力即为前期固结压力。 四、计算题 [1]今有两粘土层(A、B),土质和土层排水条件相同,两土层都受到100kPa的连续均布荷载,土层 厚度Ha: Hb=2: 1,在A土层内孔隙比从1.060减至0.982,B土层内孔隙比从0.910减至0.850,已知当Ut=50%时所需时间tA: tB=5: 1,试求kA: kB=? 解: A、B均受到连续均布荷载作用tA=B,且Ut相同tT/a=Tvb, CvAt^_CvBtB、cs_~~~T~TCvA/CvB= HaHb T"C.E 附图固结度Ut与时间因数Tv的关系曲线 [1]简述太沙基一维渗流固结理论的六点基本假定 (1)土是均质的、完全饱和的 (2)土粒和水是不可压缩的 (3)土层的压缩和土中水的渗流只沿竖向发生,是一维的 (4)土中水的渗流服从达西定律,渗透系数k保持不变 ⑸孔隙比的变化与有效应力的变化成正比,即一de/da,且压缩系数a保持不变 (6)外荷载是一次瞬时施加的 第五章土的抗剪强度 一、填空 [1]十的抗剪强度。 [2]受剪,剪切破坏土的抗剪强度。 [3]内摩阻力,内摩阻力和粘聚力。 [4]原始粘聚力、固化粘聚力禾和毛纟田粘聚力。 [5]粘聚力和内摩擦角。 [6]越大。 二、判断 [1](X) [2](X) 、计算题 i=200kPa, [1]土样内摩擦角为=23°粘聚力为c=18kPa,土中大主应力和小主应力分别为 3=100kPa,试用两种方法判断该土样是否达到极限平衡状态? 解: (1)应用土体极限平衡条件,令 1 1f=200kPa,则 3f1f tan245 2ctan45 2 2 2 23 23 200 tan45 218 tan45 2 2 63.79kPa 计算结果表明3>3f,可判定该土样处于稳定平衡状态。 (2)应用土体极限平衡条件,令33f=100kPa,则 2 if 3ftan452ctan45 22 282kPa 计算结果表明i [2]一个砂样进行直接剪切试验,竖向应力p=100kP,破坏时=57.7kPa。 试问此时的大、小主应 力1、3为多少? 解: 由题意可知,=p=100kP,f=57.7kPa。 根据库仑定律有: f=tgttg=丄=57.7/100=0.577宀=30° 砂土c=0,根据土体极限平衡条件, cos120亠3=66.67kPa 11 2(1+3)+-(13)cos2,100=0.5X(33+3)+0.5X(33 1=33=3X66.67=200kPa [3]某正常固结饱和粘性土试样进行UU试验,得到5=0,u=20kPa,对同样的土进行CU试验,得 到c'=0,=30°。 若试样在不排水条件下破坏,试求剪切破坏时的1和3。 // 解: 1’=3tg2(45°+—)+2cz? tg(45°+—)=3tg2(45+~^)=33 11,,1,, f=Cu="2(13)=? (13)=2(333)=3=20kPa 1=33=3X20=60kPa [1]简述土的抗剪强度影响因素 1•土的矿物成分、颗粒形状和级配的影响 2.含水量的影响 3.原始密度的影响 4.粘性土触变性的影响 5•土的应力历史的影响 [2]简述直接剪切试验的优缺点 1•优点 直剪试验具有设备简单,土样制备及试验操作方便等优点,因而至今仍为国内一般工程所广泛使用。 2•缺点 1)剪切面限定在上下盒之间的平面,而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏; (2)剪切面上剪应力分布不均匀,且竖向荷载会发生偏转(移),应力的大小及方向都是变化的; (3)在剪切过程中,土样剪切面逐渐缩小,而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面积计算; (4)试验时不能严格控制排水条件,并且不能量测孔隙水压力; (5)试验时上下盒之间的缝隙中易嵌入砂粒,使试验结果偏大。 第六章土压力计算 [1]静止土压力、主动土压力禾廿被动土压力。 [2]主动极限平衡状态。 [3]被动极限平衡状态。 [4]挡土结构的位移。 h2Ppi+Pp2乩 ⑸—? 处。 3ppl+Pp2 、判断 [1](V) 三、计算题 [1]已知一挡土墙高4m,墙背竖直光滑,墙后填土表面水平,填土c=10kPa,=20°K°=0.66, =17kN/m3,试求在下述三种情况下,作用在墙上土压力的合力及作用点的位置: (1)挡土墙无 位移; (2)挡土墙向着远离土体方向发生微小位移;(3)挡土墙向着土体发生微小位移。 解: (1)挡土墙没有位移,产生静止土压力,则 12 E0—hK0=05X17X42X0.66=89.76kN/m 2 土压力作用点: y=h/3=4/3=1.33m 2)挡土墙向着远离土体方向发生微小位移,产生主动土压力,则 2220 主动土压力系数: Katg2(45)tg2(45)=0.49 22 2c210 拉应力区的临界深度: z0—=1.68m jKa17*9.49 1-——1* Ea;;(h讪昵2CKa)尹1-68)(1740・492100.49)=22.41kN/m 土压力作用点: y=(h-Z0)/3=(4-1.68)/3=0.77m (3)挡土墙向着土体方向发生微小位移,产生被动土压力,则 被动土压力系数: Kptg2(45-)tg2(45字)=2°4 土体表面处: pp2c.Kp210..2.04=28.57kPa 墙底处: pphKp2cKp1742.042102.04=167.29kPa Ep0.5X(28.57+167.29)X4=391.72kPa 土压力作用点: y=h? 2pPiPp24? 228.57代了怒/曲口 3Pp1Pp2328.57167.29 Wop=20%情况 dmax 1W0p 20.59kPa [2]已知一挡土墙高4m,墙背竖直光滑,墙后填土表面水平,要求填土在最佳含水率下夯实至最大干重度dmax=14.5kN/m3,并测得c=8kPa,=22°,试求: (1)墙底处的主动土压力强度和墙背所受主动土压力的合力; (2)墙底处的被动土压力强度和墙背所受被动土压力的合力。 解: 填土在最佳含水率w°p=20%情况下夯实至最大干重度dmax=14.5kN/m3时, ,所以土体重度dmax(1Wop)14.5(10.2)=17.4kN/m3,则 2222 (1)主动土压力系数: Katg2(45-)tg2(45)=0.45 拉应力区的临界深度: %乞28=1.37m 0.Ka17.4.0.45 墙底处的主动土压力强度: pahKa2cKa17.440.4528,0.45 墙背所受主动土压力的合力: Ea0.5X20.59X(4-1..7)=27.08kN/m 土压力作用点: y=(h-Z0)/3=(4-1.37)/3=0.88m 2222 (2)被动土压力系数: Kptg(45)tg(45)=2.2 22 土体表面处: pp2c;Kp28.2.2=23.73kPa 墙底处: pphKp2c.Kp17.442.2282.2=176.85kPa Ep0.5X(23.73+176.85)X4=401.16kPa 土压力作用点: y=h? 一也24? 223・73176・85=1.49m 3Pp1Pp2323.73176.85 第七章土压力计算 一、填空 [1]滑坡。 [2]超过。 [3]平面,圆弧面。 [4]坡脚圆、坡面圆和中点圆。 [5]b=0.1R,十条两侧间•十条间竖向剪应力 ⑹滑动面。 、判断 [1](V) 三、简答题 [1]简述土坡滑动失稳的原因 答: 1夕卜界力的作用破坏了土体内原来的应力平衡状态;2•土的抗剪强度由于受到外界各种因素 的影响而降低,促使土坡失稳破坏。 [2]简述土坡稳定安全系数的三种表示方法 3.实有的抗剪强度与土坡中最危险滑动面上产生的剪应力之比,即K=」 四、绘图题 [1]用费伦纽斯方法确定=0时最危险滑动面圆心的位置,并有必要文字说明。 答: (1)BD线与坡面的夹角为1、CD线与水平面的夹角为2,1、2与坡角有关,可查表; (2)BD线及CD线的交点即为最危险滑动面圆心。 [1]一均质无粘性土土坡,坡度为1: 2,=18.4KN/m3,=20%,ds=2.68,=34°,试求这个土坡的 稳定安全系数K=? 若土坡有沿坡面渗流作用时,该土坡的稳定安全性降低多少? 有渗流作用时,为防止发生失稳破坏,应如何设计坡角? 解: ("无渗流作用时: K=齐譬=「35 [2]有一6m高的粘土边坡。 根据最危险滑动面计算得到的抗滑力矩为2381.4kN•m/m,滑动力矩为 2468.75kN•m/m,为提高边坡的稳定性采用底脚压载的办法,如图所示,压载重度=18kN/m3, 试计算压载前后边坡的安全系数。 解: (1)压载前 2 2381.4+18X1.5X3X3+18X0.5X1.52X1 2468.75 [3]有一地基如图所示。 地面下2m深处有一层厚0.8m的软土夹层,在地基上用当地材料修筑土堤, 高5m,边坡1: 2,土堤与地基均为砂质粘土,=20°c=20kPa,=20kN/m3;软土夹层的= 18kN/m3,=0,c=10kPa,试问该土堤是否会沿软土夹层滑动,安全系数有多大? 解: (1)求作用于AB面上的Ea Ka=tg2(452)=tg.45詈)=0.49, Kp=tg2(45+-)=tg2(45+牙)=2.04 PpD=2cKp=2X20.2.04=57.13kPa PpC=hKp+2cKp=20X2X2.04+2X202.04=138.73kPa Ep=0.5X(57.13+138.73)X2=195.86kN/m (3)求BC面上作用的抗滑力Tf Lbc=5X2=10m,W=0.5X(2+7)X10X20=900kN/m Tf=fLbc=cLbc+Lpctg=cLbc+Wtg=10X10=100kN/m Ep+Tf 二K=-=(195.86+100)/84.04=3.52,该土堤不会沿软土夹层滑动。 Ea [4]试计算以下几种情况下土条的稳定安全系数。 (1)=17kN/m3,=18°C=10kPa; (2)=17kN/m3,sat=19kN/m3,c=10kPa,w=10kN/m3 (3)=18kN/m3,c=5kPa,24,u=5kPa h|=1m,h2=3m,h3=2m, (4)土条被浸润线和下游水位分成三部分,各部分土条高度分别为 土条重度分别为=19kN/m,sat=20kN/m3,土条宽度b=5m,弧长I=5.77m,=30°C= 10kPa,10。 W=17X3.5X2= 解: (1)滑动面弧长1=1+4=』5,cos=2/1+4=0.894,sin=1/」5=0.447,119kN/m 第八章土压力计算 [4]整体剪切破坏。 局部剪切破坏。 刺入剪切破坏。 ⑸比
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