1、碩士研究生高等土力學(xué)復(fù)習(xí)思考題一(a)、將下面描述“土力學(xué)和巖土工程”的英文譯成中文Soil MechanicsThis class presents the application of principles of soil mechanics. It considers the followingtopics: the origin and nature of soils; soil classification; the effective stress principle; hydraulic conductivity and seepage; stress-strain-streng

2、th behavior of cohesionless and cohesive soils and application to lateral earth stresses; bearing capacity and slope stability;consolidation theory and settlement analyses; and laboratory and field methods for evaluation of soil properties in design practice.Soil amongst most variable and difficult

3、of all materials to understand and modelComplex stress-strain (non-linear , irreversible 不可逆的)Properties highly variable function of soil types and stress historyProperties change with time, stress, environment,Every site has different soil conditions - new challengeSoil hidden underground and data

4、on small fraction of depositGeotechnical EngineeringThis course describes the application of soil mechanics in the analysis and design of foundations (shallow and deep) and earth retaining structures. The lectures include an overview of geotechnical site investigation methods and in situ tests used

5、to estimate engineering parameters. The course emphasizes the importance of parameter selection in calculations of ultimate and serviceability limit state calculations for both shallow and deep foundations, and discusses methods of soil improvement. The section on earth retaining structures consider

6、s systems ranging from gravity walls to composite construction (reinforced earth), from structural support to field monitoring of excavations (bracing, tieback anchors etc.).(1)What is consolidation?Consolidation is a time-related (時間性)process of increasing the density(增力口密度 )of a saturated soil by

7、draining some of the water out of the voids.(2)The shear strength of a soil 土的抗剪強度 (小)at a point on a particular plane wasoriginally expressed by Coulomb as a linear function of the normal stress (crf) on theplane at the same point by.f =c ；tan where c is cohesion 粘聚力and eis internal angle of fricti

8、on 內(nèi)摩擦角.Ultimate bearing capacity (qu) is defined as the pressure which would cause shearfailure of the supporting soil immediately below and adjacent to a foundation.(當基底壓力增大到極限承載力時，地基出現(xiàn)剪切破壞)Allowable bearing capacity (qa) is defined as the maximum pressure which may beapplied to the soil such that

9、 the above two requirements are satisfied. From first requirement, qa is defined as:(地基的容許承載力qa定義為當上述兩個條件滿足時的基底最大壓力.當條件一滿足時qa定義如下)qaquFsA foundation must satisfy two fundamental requirements:(設(shè)計基礎(chǔ)要滿足兩個要求)the factor of safety Fs against shear failure of the supporting soil must be adequate,a value be

10、tween 2 and 3 normally being specified (地基達到剪切破壞的安全系數(shù)Fs要適當，一般,differential(基礎(chǔ)的沉降和沉降差在2至3之間)the settlement of the foundation should be tolerable and, in particularsettlement should not cause any unacceptable damage of the structure必須在該建筑物所允許的范圍之內(nèi))Example 5.5A saturated clay has the following properti

11、es:= 0.15,Gs =2.7where is the slope of the normal compression line and Gs is the density of solid grains of the soil. Prove that a 1% increase in water content can cause a 20% reduction in the undrained shear strength.SolutionFor undrained triaxial (UU or CU) tests of saturated soils, the volume of

12、the specimen is not allowed to change during axial compression or extension. Therefore, the effective mean stress at failure is given bye0 二向 e： - ln pforpf =expwhere e0 is the initial void ratio and eM I -F! VC： cl 酬。jii廣 CS_ .-：, =1. Theundrained shear strength is thereforec .qL.Mpt.Mexp cexpu 222

13、For a given soil, and e are critical state parameters and are constants. The onlyvariable is the initial void ratio. This indicates that the undrained shear strength depends only the initial void ratio. For saturated soil, we have e=wGs. Therefore, for two initial void ratio, e1 and e2, the correspo

14、nding undrained shear strength cu1 and cu2 are related to each otherFor water content increase of 1%, with=0.15, Gs = 2.7s, we havecu1Cu2=exp2.7(0.01)、 0.15 /= 1.2Therefore, the undrained shear strength is decreased by 20%.一（b）、高等土力學(xué)研究的主要內(nèi)容。二、與上部結(jié)構(gòu)工程相比，巖土工程的研究和計算分析有什么特點？三、歸納和分析土的特性。四、簡述土的結(jié)構(gòu)性與成因，比較原狀

15、土與重塑土結(jié)構(gòu)性強弱，并說明原因？五/0、敘述土工試驗的目的和意義。五/1、靜三軸試驗基本原理（即確定土抗剪強度參數(shù)的方法）與優(yōu)點簡介五/2、敘述土體原位測試（既巖土工程現(xiàn)場試驗）的主要用途，并介紹3種原位測試方法五/3、粘土和砂土的各向異性是由于什么原因引起的？什么是誘發(fā)各向異性？五/4、介紹確定土抗剪強度參數(shù)的兩種不同方法(包括設(shè)備名稱)，并分析其優(yōu)缺點？五/5、什么叫材料的本構(gòu)關(guān)系？在土的本構(gòu)關(guān)系中，土的強度和應(yīng)力-應(yīng)變有什么聯(lián)系？五/6、什么是加工硬化？什么是加工軟化？請繪出他們的典型的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。五/7、滲透破壞的主要類型？滲透變形的主要防治方法？五/8、沉降計算中通常區(qū)分幾種

16、沉降分量？它們的機理是什么？按什么原理對它們進行計算？六、闡述土工參數(shù)不確定性的主要來源和產(chǎn)生原因？七、巖土工程模型試驗要盡可能遵守的原則？八、何謂土的剪脹特性？產(chǎn)生剪脹的原因？九、影響飽和無粘性土液化的主要因素有哪些？舉出4種判斷液化的方法。十、剛性直剪試驗的缺點并提出解決建議？十一、列舉一個土工試驗在工程應(yīng)用中的實例，并用土力學(xué)理論解釋之。十二、敘述土工試驗的目的和意義和巖土工程模型試驗要盡可能遵守的原則？十三、土的本構(gòu)模型主要可分為哪幾類？鄧肯 -張本構(gòu)模型的本質(zhì)？并寫出鄧肯-張本構(gòu)模型 應(yīng)力應(yīng)變表達式，并在應(yīng)力應(yīng)變座標軸中表示。十四、廣義地講，什么是土的本構(gòu)關(guān)系？與其他金屬材料比，它有

17、什么變形特征？十五、在土的彈塑性本構(gòu)關(guān)系中，屈服準則、硬化定理、流動法則起什么作用？十六、劍橋模型的試驗基礎(chǔ)及基本假定是什么？說明該模型各參數(shù)的意義及確定方法。十七、給出應(yīng)變硬化條件下，加載條件。為什么該條件在應(yīng)變軟化條件下不能使用十八、土的本構(gòu)模型主要可分為哪幾類？何為非關(guān)聯(lián)流動法則？寫出基于非關(guān)聯(lián)流動法則的彈塑性本構(gòu)關(guān)系。十九A、試說明屈服點、屈服準則、屈服面、塑性變形和破壞的概念？示意理想彈塑性材料、 彈性塑性應(yīng)變硬化材料、彈性塑性應(yīng)變軟化材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系？并示意土的典型應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線(并加以描述)？ TOC o 1-5 h z 十九B、利用張量，結(jié)合Hooke定理，推導(dǎo)在一般應(yīng)力

18、空間下劍橋模型的比例系數(shù)A。已知條件：塑性勢函數(shù)及屈服準則：f = ln三皿*二，v = 0(1)二 m0 M %聯(lián)合流動法則：d ；ijp =，f(2)Rij協(xié)調(diào)方程：df =0張量形式的Hooke定理：d=Ejkid需=Ejki(d樂d)(4)式中：仃m為平均正應(yīng)力，J 2為偏應(yīng)力張量的第二不變量，Om0為正應(yīng)力的參考值，M *為臨界狀態(tài)的剪切應(yīng)力比，e參考狀態(tài)下的孔隙比，人為壓縮指數(shù)，K為膨脹指數(shù)，邸為塑性體積應(yīng)變，身：為彈性應(yīng)變張量，Ejki為四階矩陣。十九C、證明Cayley-Hamilton定理對任意對稱非奇異張量 T,九及e是它的一個非零特征值及相應(yīng)的單位特征矢量，即 Te =?

19、.e ,則存在以下的式子：f T e = f。)e其中：m0mimLmoml工f()二a0n0 an1anL, f(T)= a0TnaT n1aLTnL及 moEoimriimL,nL 為整數(shù)。十九D、解釋下負荷屈服面的概念與優(yōu)點二十、影響飽和土滲透性的主要因素？二十一、何謂前期固結(jié)壓力？簡述前期固結(jié)壓力的確定方法。二十二、何謂Mandol-cryer效應(yīng)？說明其產(chǎn)生機理。二十三、分析影響地基沉降的主要原因、機理和性質(zhì)。二十四、何為應(yīng)力路徑？采用應(yīng)力路徑法計算沉降時常采用哪兩種方法？簡述其各自的計算 步驟。二十五、推導(dǎo)二維飽和土的控制微分方程和邊界條件。二十六、地基壓縮層厚 4m,通過鉆探采取

20、代表性原狀土樣，測得其初始孔隙比60=1.0,有效內(nèi)摩擦角4=25 ,c=15kPa, 土的壓縮指數(shù)Cc= 0.31。試樣在20、40、60kPa等圍壓 下周結(jié)，然后作三軸CU試驗，分別測得其有效應(yīng)力路徑如圖1所示。設(shè)K0=1-sin% 如果土層中點原上覆土壓力為 64kPa,由于修建建筑物，附加應(yīng)力為 國i = 28.5kPa,即3 =10.5kPa,用應(yīng)力路徑法計算瞬時加荷后地基的瞬時沉降和固結(jié)后總沉降。5001020304050607040302010 管l&tz圖1有效應(yīng)力路徑二十七、根據(jù)進行的室內(nèi)試驗成果，確定你所做土樣Duncan-zhang本構(gòu)模型的八大參數(shù)，有詳細的計算過程（包

21、括圖表） 二十八、你所經(jīng)歷或處理的基礎(chǔ)工程問題（詳述解決方法，力學(xué)原理）？ 二十九、闡述靜止、主動、被動土壓力產(chǎn)生條件，并比較三者大小。擋土墻為何經(jīng)常在下暴雨期間破壞?三十、.影響地基承載力的因素有哪些？介紹地基極限承載力和容許承載力的意義。一一、某條形基礎(chǔ)，底寬B=5.0m,基礎(chǔ)埋深Df = 1.5m,基礎(chǔ)的自重及其上的結(jié)構(gòu)物重量為F+G=1000kN/m,基底荷載的合力偏心矩e= 1.2m,砂層變形模量E = 4MPa。地基剖面、地基土的壓縮曲線及地下水位見圖2和圖3。請用分層總和法計算基底中軸處（M點）的單向壓縮沉降量。又通過地基飽和原狀土樣的三軸固結(jié)不排水剪試驗，測得圍壓, = 200

22、kPa, 三十二、靜力許可應(yīng)力場及機動許可速度場與真實的應(yīng)力場和速度場有什么聯(lián)系與區(qū)別軸壓巴=408 kPa,破壞時試樣中的孔隙水壓力Uf= 87 kPa,再用斯開普頓法計算地基沉降量，并與前者比較。III Q=20kNW圖2 土層分布與基底荷載分布圖3粘土層I、n ep曲線三十三、為什么由靜力許可應(yīng)力場求出pu-總是小于真正的極限荷載Pu,而由機動許可速度場 求出的Pu,總是大干真正的極限荷載Pu?3三十四、建筑在帖性土地基上的條形基礎(chǔ)寬B=8m, q=36kPa,地基土的=18kN/m,3 =30 c=15kPa。若 3 =3, 時,Terzaghi 公式的 N? = 20 , Prand

23、tl 公式的 nPu=?N =2 Nq tg)tg (4 5 。分別按Terzaghi和Prandtl機理計算地基的三十五、闡述土的強度理論與適用性（包括主要強度理論的優(yōu)缺點） 三十六、推導(dǎo)土彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的一般表達式。簡述土彈塑性本構(gòu)關(guān)系的三大支柱的主要內(nèi)容q、2Gt 二Gi（1 - Rf ）三十七、K-G模型（Domachuk模型）中，K和G分別如何確定，其中qf如何得至1J?三十八、分別詳述Lade-Duncan模型、清華（黃文熙）模型、南科所模型、松崗元模型，并評述之。三十九、詳述Biot固結(jié)理論及其與Terzaghi 一維固結(jié)理論的異同。四十一、詳述沉降計算幾種方法：彈塑性理論法

24、、應(yīng)力路徑法、劍橋模型法等。四十二、分別推導(dǎo)Prandtl、Reissner和Terzaghi條件下地基極限承載力公式。四十三、詳述強度折減法及其應(yīng)用。四十四、對深埋基礎(chǔ)，Meyerhof、Vesic和Terzaghi分別如何得到極限承載力？地基承載力的 深度、寬度修正系數(shù)是如何得到的？四十五、說明臨界狀態(tài)土力學(xué)的要點。三十七、詳細闡述地基處理的目的并例舉二種地基處理方法與適用性三十八、論述高變幅水庫土質(zhì)岸坡穩(wěn)定性衰減的巖土力學(xué)機制三十九、分析碎石土和粘性土強度特性出現(xiàn)差異的根本原因四十、推導(dǎo)劍橋模型塑性應(yīng)變增量 d的表達式四十一、求解二口二ft；:z四十二、綜述影響土強度的主要因素四十三、簡

25、述極限平衡法、滑移線場法和極限分析法的區(qū)別與聯(lián)系。四十四、簡述靜力場和機動場的基本條件。四十五、求不排水條件下飽和粘上地基上條形基礎(chǔ)極限承載力（條形基礎(chǔ)寬度為b）四十六、用高等土力學(xué)知識解釋上海某住宅倒塌事故四十七、用高等土力學(xué)知識解釋降雨尤其是暴雨是滑坡活動最重要的觸發(fā)因素四十八、對于巖土工程，理論方法或經(jīng)驗計算公式或數(shù)值計算方法（如有限元），計算結(jié)果（如變形計算）與實測結(jié)果相差較大時，主要原因可能有哪些？（要求有比較詳細的分析） （15 分）四十九、什么是有效應(yīng)力原理？圖中，地基土濕重度、飽和重度和浮重度分別為了、了血和水重度4, M點的測壓管水柱高如圖所示。寫出 M點總應(yīng)力、孔隙水應(yīng)力、

26、有效應(yīng)力、自重 應(yīng)力的計算式。五十、為什么說當?shù)叵滤幌陆禃r，會使土地基產(chǎn)生下沉呢?巖土工程單選或多選題.巖土工程是土木工程的重要組成部分，包括()方面。(A)巖土工程勘察、設(shè)計；(B)巖土工程施工或治理；(C)巖土工程檢測和監(jiān)測；(D)巖土工程監(jiān)理；(E)巖土工程概預(yù)算.某樁基工程場地由于地勢低需進行在面積填土，為降低因填土引起的負摩阻力，減小沉降，降低造價,以采用下列哪一種方案為最佳？(A)成樁-填土-建廠房(B)成樁-建廠房-填土(C)填土-成樁-建廠房(D)邊填土、邊成樁 -建廠房.基礎(chǔ)底面寬底不受剛性角限制的是()。(A)科基礎(chǔ)(B)混凝土基礎(chǔ)(C)砌石基礎(chǔ)(D)鋼筋混凝土基礎(chǔ).下述

27、關(guān)于群樁工作特點的描述中，哪些是不正確的？(A)對樁距大于6倍樁徑的端承樁樁群，其總承載力等于各單樁承載力之和(B)群樁效應(yīng)主要針對端承樁而言(C)樁距過小的群樁，應(yīng)力疊加現(xiàn)象顯著，樁土相對位移減小，樁側(cè)阻力不能有效發(fā)揮(D)應(yīng)力疊加引起樁端平面應(yīng)力增大，單位厚度的壓縮變形減小(E)樁數(shù)超過3根的樁基，均需考慮群樁效應(yīng).在軟土基中采用密集的鋼筋混凝土預(yù)制樁，施工中可能產(chǎn)生下列哪些不利影響？土體位移和地面隆起(B)可能產(chǎn)生負摩阻力(C)泥漿污染(D)對環(huán)境影響小(E)樁接頭被拉斷.在下列各種措施中，哪些措施對提高單樁水平承載力是有效的？(A)無限地增加樁的入土深度(B)增加樁身剛度(C)改良加固

28、樁側(cè)表層土(34倍樁徑范圍內(nèi))的土性(D)樁頂與承臺間采用較接(E)適當增加樁身配筋.對單樁豎向承載力而言，下列敘述不正確的是()。(A )取決于土對樁的支承阻力和樁身材料強度一般由土對樁的支承阻力控制一般由樁身材料強度控制(D)對于端承樁、超長樁和樁身質(zhì)量有缺陷的樁，可能由樁身材料強度控制.樁身露出地面或樁側(cè)為液化土等情況的樁基，設(shè)計時要考慮其壓曲穩(wěn)定問題，當樁徑、樁長、樁側(cè)土層條件相同時，以下四種情況中 ()抗壓曲失穩(wěn)能力最強。(A)樁頂自由，樁側(cè)埋于土層中(B)樁頂較接，樁端埋于土層中(C)樁頂固接，樁端嵌巖；(D)樁頂自由，樁端嵌巖.對于一級建筑物，單樁的豎向承載力標準值，應(yīng)由現(xiàn)場靜載

29、荷試驗確定。在同一條件下的試樁數(shù)不宜 少于()。(A)總樁數(shù)的1%,并不少于2根(B)總樁數(shù)的1%,并不少于3根(C)總樁數(shù)的2%,并不少于2根(D)總樁數(shù)的2%,并不少于3根.下列()不是影響鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)的承載力因素。(A)成樁順序土性(C)樁間距(D)樁的排列五十二、“高等土力學(xué)”大作業(yè)一.推導(dǎo)土彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的一般表達式。簡述土彈塑性本構(gòu)關(guān)系的三大支柱的主要內(nèi) 容。q、2 ,. K-G模型(Domachuk模型)中，K和G分別如何確定，其中 Gt = Gi (1 - Rf -)如何得到？ qf.分別詳述Lade-Duncan模型、清華(黃文熙)模型、南科所模型、松崗元模型，并評

30、述之。.詳述Biot固結(jié)理論及其與Terzaghi 一維固結(jié)理論的異同。.詳述沉降計算幾種方法：彈塑性理論法、應(yīng)力路徑法、劍橋模型法等。.分別推導(dǎo)Prandtl、Reissner和Terzaghi條件下地基極限承載力公式。.詳述強度折減法及其應(yīng)用。.對深埋基礎(chǔ)，Meyerhof、Vesic和Terzaghi分別如何得到極限承載力？地基承載力的深度、 寬度修正系數(shù)是如何得到的？.說明臨界狀態(tài)土力學(xué)的要點。五十三、“高等土力學(xué)”大作業(yè)二.什么是加工硬化？什么是加工軟化？繪出它們的典型的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。.試繪出下述試驗的應(yīng)力路徑：(1)側(cè)限壓縮試驗；(2)無側(cè)限壓縮試驗；(3)普通三軸試驗的：(a

31、) CU試驗(有效應(yīng)力及總應(yīng)力)；(b) CD試驗(除CU 試驗的有效應(yīng)力路徑外，其余都必須給出路徑線的傾角或其正切值)；.定性繪出很疏松和密實狀態(tài)的同一種砂土的在固結(jié)不排水試驗中的應(yīng)力-應(yīng)變-孔壓(7(T 3)&1U關(guān)系曲線。.用同樣密度、同樣組成的天然粘土試樣和重塑粘土試樣進行三軸試驗，一般哪一個的抗剪強度高一些？在正常固結(jié)土地基中進行十字板剪切試驗，作用在園柱形剪切體上的側(cè) 向抗剪強度卻和作用在其上下端面上的抗剪強度 量一般哪一個大？為什么？.在軟粘土地基上修建兩個大型油罐， 一個建成以后分期逐漸灌水，6個月以后排水加油; 另一個建成以后立即將油加滿。后一個地基發(fā)生破壞，而前一個則安全。

32、繪制二者地基 中心處的有效應(yīng)力路徑，并解釋為什么。.試繪出下列情況下，均質(zhì)土層中附加應(yīng)力沿深度的分布圖，并說明其理由：（1）地表作用著大面積均布堆載 q=100kPa；（2）地表作用著局部荷載；（3）地下水位突然下降h米。.在Duncan-zhang的非線性彈性模型中，參數(shù) a、b、Ei、Et、（-）uit、Rf各表示什么 意義？它們?nèi)绾瓮ㄟ^試驗確定？.某場地均勻地層，Y=18kN/m3,（|）=300 , c=0,試分別畫出地面下5m深度處土單元自 重應(yīng)力、主動和被動極限狀態(tài)的摩爾圓。.某土層厚2.0m,頂面埋深2.0m,底面埋深4.0m,該土層平均自重應(yīng)力51kPa。在建筑 物荷載作用下，

33、土層平均附加應(yīng)力 50kPa,在該附加應(yīng)力作用下，土層已沉降穩(wěn)定。由于建筑物增層改造，該土層附加應(yīng)力又增加了100kPa。若已知土的孔隙比e與壓力p （kPa）的關(guān)系為e=1.15-0.0014p,問由于增層改造引起的該土層壓 縮量是多少？參考答案一 a、將下面描述“土力學(xué)和巖土工程”的英文譯成中文（10分）參考譯文：土力學(xué)：本門課程主要介紹土力學(xué)的基本原理和應(yīng)用，主要包括如下一些內(nèi)容：土的物理性質(zhì)，土的分類，有效應(yīng)力原理，土的滲透性和滲流，無粘土和粘性土的應(yīng)力、應(yīng)變和強度特性，土壓力，地基承載力 和邊坡穩(wěn)定，固結(jié)理論和沉降計算，測定土性參數(shù)的室內(nèi)和現(xiàn)場試驗方法。在所有材料中，土的變異性最大、

34、了解和模擬它是最困難的，因為：土具有復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（非線性，且不可逆） ；土的性質(zhì)與土的類型和應(yīng)力歷史密切相關(guān)土的性質(zhì)隨時間、應(yīng)力和環(huán)境等諸多因素而變；土的性質(zhì)具有地域性，因地而異；土是隱蔽于地下的東西，能反映它性質(zhì)的資料最多也是零星的。巖土工程課程 主要介紹土力學(xué)在基礎(chǔ)工程和支擋結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用；簡要介紹為獲得士工參數(shù)要進行的工程地質(zhì)勘察和原位試驗；重點介紹，在淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)的承載力能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)計算中，如 何選擇計算參數(shù)；探討地基處理方法；在支擋結(jié)構(gòu)一章中，闡述了重力式擋土墻和加筋土擋土墻等復(fù)合結(jié) 構(gòu)，以及深基坑支護（內(nèi)支撐、錨桿等）現(xiàn)場監(jiān)測內(nèi)容與方法。(1)What is

35、 consolidation?Consolidation is a time-related process of increasing the density of a saturatedsoil by draining some of the water out of the voids.什么是固結(jié)？固結(jié)是飽和土中孔隙水隨時間不斷排出，而密度增加的過程。(3分)(2)The shear strength of a soil (f) at a point on a particular plane was originallyexpressed by Coulomb as a linear

36、function of the normal stress (b f) on the planeat the same point by10where c is cohesion and # is internal angle of friction.庫侖將土體在某一面上一點的抗剪強度可表達為該面上此點法向應(yīng)力仃f的線性函數(shù)，即： （2分）.f = c、 f tan 式中c為粘聚力；為內(nèi)摩擦角。(1分)Ultimate bearing capacity (qu) is defined as the pressure which would causeshear failure of the s

37、upporting soil immediately below and adjacent to a foundation.基礎(chǔ)的極限承載力 q u定義為基底附近的土(即持力層)出現(xiàn)剪切破壞時的基底壓力。(3分)A foundation must satisfy two fundamental requirements:(a)the factor of safety Fs against shear failure of the supporting soil must be adequate, a value between 2 and 3 normally being specified.

38、(b) the settlement of the foundation should be tolerable and, in particular, differential settlement should not cause any unacceptable damage of the structure.基礎(chǔ)設(shè)計必須滿足兩個基礎(chǔ)條件：（a）避免持力層出現(xiàn)剪切破壞的安全系數(shù)Fs要適當，一般在2至3之間。（1.5分）（b）基礎(chǔ)沉降要在可接受的范圍之內(nèi)，特別是差異沉降不能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)不能接受的損傷。（1.5分）Allowable bearing capacity (qa) is def

39、ined as the maximum pressure whichmay be applied to the soil such that the above two requirements are satisfied.From first requirement, qa is defined as:容許承載力qaquFsqa定義為上述兩個要求都能滿足時的最大基底壓力。根據(jù)第一個要求，qa可表不為：（3分）qaquFs一（b）、高等土力學(xué)研究的主要內(nèi)容 歸納高等土力學(xué)教材各章的標題內(nèi)容二、與上部結(jié)構(gòu)工程相比，巖土工程的研究和計算分析有什么特點？ （10分）答：（1）巖土工程的規(guī)模和尺寸比一

40、般結(jié)構(gòu)工程大得多，其實際范圍是空間半無限體，工程計算分析 中采用的邊界是近似的和模糊的；（2）巖土的各種參數(shù)是空間的函數(shù)，參數(shù)的變異性大，變異系數(shù)在0.10.35 ,有的可超過 0.4 ,并且土性之間或不同點的土性具有較強的相關(guān)性，包括互相關(guān)和自相關(guān)；（3）巖土屬于高度非線性材料，在不同的應(yīng)力水平下變形特性不同，巖土工程的極限狀態(tài)方程也經(jīng)常 是高度非線性的，并且誘發(fā)極限狀態(tài)的原因或作用多種多樣；（4）巖土試樣性質(zhì)與原狀巖土的性質(zhì)往往存在較大差別，即使是原位測試，反映的也僅僅是巖土的“點”性質(zhì)（如現(xiàn)場十字板強度試驗）或“線”性質(zhì)（如靜力觸探試驗），而巖土工程的行為往往由它的整體空間 平均性質(zhì)控制

41、，因此在巖土工程可靠度分析設(shè)計中，要注意“點”、“線”到空間平均性概率統(tǒng)計指標問題；（5）由于上述巖土性質(zhì)和巖土工程的不確定性加之推理的不確定性（如有目的的簡化），巖土工程的計算模型往往具有較大的不確定性或不精確性，并且除了上述（3）中提到的在巖土工程中針對不同原因和作用，會有不同的極限狀態(tài)方程外，對同一計算參數(shù)也存在不同的計算表達式；（6）施工工藝、施工質(zhì)量及施工水平等會對巖土工程的性質(zhì)和功能產(chǎn)生很大的影響。三、歸納和分析土的特性土是巖石風(fēng)化后產(chǎn)生的碎屑堆積物，由土顆粒、水和氣體組成；透水性強;11土的物理力學(xué)性質(zhì)受水的影響很大，對擾動特別敏感；抗拉強度極低；土的性質(zhì)很不均勻，且與土的類型和

42、應(yīng)力歷史密切相關(guān)；土具有復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（非線性，且不可逆），且不唯一，塑性顯著;土的性質(zhì)隨時間、應(yīng)力和環(huán)境等諸多因素而變，具有地域性，因地而異；土的變形特別是飽和粘土的變形要經(jīng)歷很長一段時間。四、簡述土的結(jié)構(gòu)性與成因，比較原狀土與重塑土結(jié)構(gòu)性強弱，并說明原因？答：土的結(jié)構(gòu)是表示圖的組成成分，空間排列和粒間作用力的綜合特性，土的結(jié)構(gòu)性是由于土的這種 結(jié)構(gòu)造成的力學(xué)特性。砂土在重力場作用下，由于粒間沒有或幾乎沒有粘結(jié)力，所以一般呈單粒結(jié)構(gòu)。粉土一般表現(xiàn)為蜂窩 結(jié)構(gòu)。粘性土由于顆粒之間的靜電力，分子力，顆粒之間的結(jié)晶和膠結(jié)，往往呈分散結(jié)構(gòu)和絮凝結(jié)構(gòu)。 原狀土比重塑土的結(jié)構(gòu)性強。這是由于原狀土在漫

43、長的沉積過程中及隨后的各種地質(zhì)作用中，土粒間排列 和各種作用力具有特有的形式。重塑土是將這種土粒間的排列和各種作用力破壞，雖具有一定的結(jié)構(gòu)性， 但沒有原狀土的結(jié)構(gòu)性強。五/0、敘述土工試驗的目的和意義。（1）揭示土的一般的或特有的物理力學(xué)性質(zhì)；（2）針對具體土樣的試驗，揭示區(qū)域性土、特殊土、人工復(fù)合土的物理力學(xué)性質(zhì)；（3）確定理論計算和工程設(shè)計參數(shù)；（4）驗證計算理論的正確性及實用性；（5）原位測試、原型監(jiān)測直接為土木工程服務(wù)，也是分析和實現(xiàn)信息化施工的手段。五/1、靜三軸試驗基本原理（即確定抗剪強度參數(shù)的方法）與優(yōu)點簡介基本原理：三軸剪切試驗通常用3-4個圓柱形試樣，分別在不同的恒定周圍壓力

44、（b3）下，施加軸向壓力，即主應(yīng)力差（b1-b3）,進行剪切直到破壞，然后根據(jù)摩爾-庫倫理論，求得抗剪強度參數(shù)。適用于測定細粒土及砂類土的總抗剪強度參數(shù)及有效抗剪強度參數(shù)。靜三軸試驗的優(yōu)點：三軸剪切試驗是測定土的抗剪強度的一種較完善的方法。與直剪試驗相比，三軸 （壓縮）剪切試驗有以下優(yōu)點：能控制試驗過程中試樣的排水條件；能量測試樣固結(jié)和排水過程中的孔 隙水應(yīng)力；試樣內(nèi)應(yīng)力分布均勻。三軸剪切試驗?zāi)艿玫讲煌瑮l件下土的抗剪強度指標和變形參數(shù)。五/2、敘述土體原位測試（既巖土工程現(xiàn)場試驗）的主要用途，并介紹2種原位測試方法根據(jù)不同的測試方法，其應(yīng)用可歸納為：測定土的物理力學(xué)性質(zhì)指標；土層土類劃分；確定

45、地基基礎(chǔ)的承載力； 評價地基基礎(chǔ)的沉降特性；評價砂土和粉土的地震液化；檢驗壓實填土的質(zhì)量及強夯效果；五/3、粘土和砂土的各向異性是由于什么原因引起的？什么是誘發(fā)各向異性？答：粘土和砂土的各向異性是由于其在沉積過程中，長寬比大于1的針、片、棒狀顆粒在重力作用下傾向于長邊沿水平方向排列而處于穩(wěn)定的狀態(tài)。同時在隨后的固結(jié)過程中，上覆土體重力產(chǎn)生的豎向應(yīng)力 與水平土壓力大小不等，這種不等向固結(jié)也造成了土的各向異性。（6分）誘發(fā)各向異性是指土顆粒受到一定的應(yīng)力發(fā)生應(yīng)變后，其空間位置將發(fā)生變化，從而造成土的空間結(jié) 構(gòu)的改變，這種結(jié)構(gòu)的改變將影響土進一步加載的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，并且使之不同于初始加載時的應(yīng)力應(yīng)變

46、 關(guān)系。（6分）12五/4、介紹確定土抗剪強度參數(shù)的兩種不同方法（包括設(shè)備名稱），并分析其優(yōu)缺點？答：直接剪切試驗、三軸壓縮試驗（2分）直接剪切試驗，采用設(shè)備名稱為剛性單剪儀（1分）主要優(yōu)點：直觀、簡便、經(jīng)濟，尤其對于砂土和滲透系數(shù)k0,同時產(chǎn)生dee和dep;卸載時dq0,僅產(chǎn)生de0。對于A點，無論荷載q增加或減少，都不會產(chǎn)生 dep,僅產(chǎn)生d1。15q 二（T1- CT3AA（2）流動法則用以確定塑性應(yīng)變增量的方向或塑性應(yīng)變增量張量的各個分量間的比例關(guān)系。流動法則實質(zhì)上是假設(shè)在應(yīng)力空間中一點的塑性應(yīng)變增量的方向是惟一的，即只與該點的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，與施加的 應(yīng)力增量的方向無關(guān)，亦即H pg

47、d ii = d 入西（3）硬化定理用來描述屈服標準如何發(fā)展，說明屈服面為什么會硬化，具體確定硬化函數(shù)與硬化參數(shù)。它是計算一個給定的應(yīng)力增量引起的塑性應(yīng)變大小的準則，可以確定上式中的d入。十六、劍橋模型的試驗基礎(chǔ)及基本假定是什么？說明該模型各參數(shù)的意義及確定方法。答：基于正常固結(jié)土和超固結(jié)土試樣的排水和不排水三軸試驗得到的。屈服面形式是依據(jù)能量理論得到的。- 6sin :M =3 - sin :劍橋模型基于傳統(tǒng)塑性位勢理論，采用單屈服面和關(guān)聯(lián)流動法則。假設(shè)：1.彈性剪切變形為 0; 2.材料服從關(guān)聯(lián)流動法則。模型參數(shù)為 M ,八，k。其中M為p-q平面上破壞線的斜率。九為臨界狀態(tài)線在 p-e平

48、面上的投影以e-In p坐標表示的直線坡率。k為膨脹指數(shù)，即e-lnp回彈曲線的斜率。十九A、試說明屈服點、屈服準則、屈服面、塑性變形和破壞的概念？示意理想彈塑性材料、彈性塑性應(yīng)變硬化材料、彈性塑性應(yīng)變軟化材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系？并示意土的典型應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線（并加以描述）？屈服點：彈性變形與塑性變形的分界點，當應(yīng)力達到此臨界點后，應(yīng)力不增加、應(yīng)變持續(xù)增加。屈服準則：描述巖土體屈服時各應(yīng)力分量或應(yīng)變分量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式。屈服面：屈服準則在應(yīng)力空間（幾何上）上的表現(xiàn)，即初次屈服的應(yīng)力點連起來構(gòu)成的一個空間曲面（或說應(yīng)力張量函數(shù)f （仃j） =0在幾何空間表現(xiàn)為屈服面）。塑性變形：塑性變形是物體在

49、外力作用下， 應(yīng)力超過材料屈服極限以后產(chǎn)生的一種不可自行恢復(fù)變形， 即使除去外力，也不能恢復(fù)到變形前的形狀和尺寸。破壞：巖土體在外荷載作用或自身強度降低，產(chǎn)生過大的變形或失去穩(wěn)定，稱為破壞。16十九B、利用張量，結(jié)合Hooke定理，推導(dǎo)在一般應(yīng)力空間下劍橋模型的比例系數(shù)已知條件:塑性勢函數(shù)及屈服準則：f = in三m 二 士一十二0 二 m0 M 二 m 聯(lián)合流動法則：d ；=a :七j協(xié)調(diào)方程：df =0張量形式的 Hooke 定理:doj = Ejki deei = Ejki (di d加p)式中：CTm為平均正應(yīng)力，J 2為偏應(yīng)力張重的第二不變事，仃m0為正應(yīng)力的參考值，M為臨界狀態(tài)的剪

50、切應(yīng)力比，e。參考狀態(tài)下的孔隙比，兒為壓縮指數(shù)，k為膨脹指數(shù)，即為塑性體 積應(yīng)變，4為彈性應(yīng)變張量，Ejki為四階矩陣。答案要點：.因為應(yīng)力與塑性體積應(yīng)變?yōu)闋顟B(tài)變量，所以協(xié)調(diào)方程（3）可以寫為:(5)開,開I P C-d二ijd ；v =0二二j二;v3且有開 1 e0：；vP一 Z-(6)2.由聯(lián)合流動法則（2）及張量計算可以得:d ；： =dij =A-=j = A - 二二 ij二二3.由Hooke定理（4）及聯(lián)合流動法則（2）：epfd - ij = Eijki d -ki = Eijki (d -ki 一 d -ki ) = Eijki d -ki 一 Eijki -一ki(8)4.

51、將(6)-(8)及(2)代入(5):開f7 Eijki d，ki - 7一CXICO-ijijEijklf U=0CC M% M CO-.klii5.由(9):17Eijkl d ；kl(10)十九C、證明Cayley-Hamilton定理對任意對稱非奇異張量 T,九及e是它的一個非零特征值及相應(yīng)的單位特征矢量，即Te =?e ,則存在以下的式子：f T e = f( )e其中：m0mlmL2ml3f();a0n0&n1anL, f(T); a0Tna/n1ajnL及 moEhmrAmL,nL為整數(shù)。答案要點：用數(shù)學(xué)歸納法先證明：Tqe = -e當n =1時：Te = e = T,Te = T

52、,e = T,e = e成立。假定n = k時成立 TOC o 1-5 h z -k_kT e =， e則n = k +1時 十 311T e = T e = e成立。同理可證：_ mmT e =，. emjm所以：T ne = ne依此類推，可得：f T e = f e十九D、解釋下負荷屈服面的概念與優(yōu)點答案要點：下負荷面是經(jīng)過現(xiàn)有應(yīng)力點并和正常屈服面幾何相似的面。下負荷面必定經(jīng)過現(xiàn)在應(yīng)力狀態(tài),且隨應(yīng)力變化而變化。即現(xiàn)在應(yīng)力都存在于下負荷面上。因此加載準則比經(jīng)典彈塑性理論的18簡單，不需要判斷應(yīng)力狀態(tài)是否到達屈服面 二十、影響飽和土滲透性的主要因素？1、顆粒骨架對土滲透性的影響土顆粒的組成。

53、粘土和粗粒土的滲透系數(shù)及其影響因素的機理不同。粘土顆粒表面存 在結(jié)合水和可交換陽離子，其滲透系數(shù)很低。不同粘土礦物之間滲透系數(shù)相差極大，其滲透 性大小的次序為：高嶺石 伊利石蒙脫石。而且，粘土礦物的片狀顆粒常會使粘土滲透系數(shù) 呈各向異性，有時水平向滲透系數(shù)比垂直向可大幾十倍、上百倍。對于粗粒土，影響滲透系數(shù)的因素有顆粒大小、形狀和級配。一般認為存在一個特征粒 徑，它與滲透系數(shù)間存在如下關(guān)系k = cd其中特征粒徑一般取dio。這也表明粗粒土中的細顆粒對土的滲透性有較大影響。土的狀態(tài)。影響土的滲透系數(shù)的另一個重要因素是其密度。土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。結(jié)構(gòu)和構(gòu)造對粘性土的滲透性影響很大。當孔隙比相同時，具

54、有絮 凝結(jié)構(gòu)的粘性土，其滲透系數(shù)比分散結(jié)構(gòu)者大許多。其原因在于絮凝結(jié)構(gòu)的粒團間有相當數(shù) 量的孔隙，而分散結(jié)構(gòu)的孔隙大小則較為均勻。另外，宏觀結(jié)構(gòu)上的成層性及扁平粘粒在沉 積過程中的定向排列，使得粘性土在水平方向的滲透系數(shù)往往遠大于垂直方向，兩者之比可 達10100。士的飽和度。如果土不是完全飽和而有封閉氣體存在，即使含量很小，也會對土的滲 透性產(chǎn)生顯著影響。土中存在封閉氣泡不僅減小了土的過水斷面，更重要的是它可以填塞某 些孔隙通道，從而降低土的滲透性，還可能使?jié)B透系數(shù)隨時間變化，甚至使流速V與水力梯度i之間的關(guān)系偏離達西定律。如果水流可以帶動的細顆粒或水中懸浮有其它固體物質(zhì)，也會對土的滲透性造

55、成與封閉氣泡類似的影響。滲透流體的影響。水的滲流速度與其動力粘滯度有關(guān)，而動力粘滯度隨溫度變化的， 所以土的滲透系數(shù)也會受到溫度的影響，且溫度升高會使?jié)B透系數(shù)增大。二十一、何謂前期固結(jié)壓力？簡述前期固結(jié)壓力的確定方法。(15分)答：前期固結(jié)壓力指的是土樣在歷史上所承受過的最大固結(jié)壓力。確定前期固結(jié)壓力是一個很復(fù)雜的問題，有少部分的前期固結(jié)壓力是由于人為因素引起的，可以通過調(diào)查研究確定，而大量是由于自然界的變遷產(chǎn)生的，這只能從地質(zhì)角度來推測估計，這樣獲得的結(jié)果，往 往不甚精確?？ㄋ_格蘭德(Casagrande)通過研究土樣的壓縮試驗，提出了一種確定前期固結(jié)壓力的經(jīng)驗 方法。該方法是用原狀土樣進行

56、室內(nèi)壓縮試驗，并用e-lgp半對數(shù)坐標繪制成壓縮曲線，如圖：pclgp在曲線上找出曲率最大的一點c,過c點做一水平線和對曲線的切線，則兩線之夾角為a。再過c點 二十二、何謂Mandol-cryer效應(yīng)？說明其產(chǎn)生機理。作a角的分角線，使其與壓縮曲線直線段的延長線交于A點，則A點的橫坐標即為前期固結(jié)壓力。19Mandel在分析柱形土體受均布壓力沿柱面向外排水時，發(fā)現(xiàn)初期孔隙壓力不是消散，而是上升，并超過應(yīng)有的初始孔隙壓力，后來cryer在研究土球受均布壓力徑向排水時，也發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，故稱此現(xiàn)象為mandel-cryer 效應(yīng)。以土球受徑向荷載，徑向固結(jié)排水為例來說明其機理。在初期某一時間以后，由于

57、邊界排水，使靠近 周邊的孔隙壓力開始下降，這種下降波及的范圍還只有半徑的一部份，由于土球的外殼排水后，有效應(yīng)力 增高，將產(chǎn)生收縮，而土球內(nèi)部沒有變形，也沒有排水，骨架也不能變形，不能承擔(dān)因土球收縮產(chǎn)生的收 縮力，這部分力只有內(nèi)部土體的孔隙水承擔(dān)，因此內(nèi)部孔隙水壓力增大。二十三、分析影響地基沉降的主要原因、機理和性質(zhì)；按時間先后，沉降可分為哪幾類并闡 述產(chǎn)生機理。1.影響地基沉降的主要原因、機理和性質(zhì)原因機理性質(zhì)建筑物荷重土體形變瞬時完成土體固結(jié)時孔隙比發(fā)生變化決定于土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，且隨時間而發(fā)展環(huán)境相載土體干縮取決于土體失水后的性質(zhì)，不易計算地下水位下降:土層有效重量增大，沉降隨時間而發(fā)展不

58、直接與荷載有關(guān)的 其它因素，常涉及環(huán)境 原因振動引起土粒重排列視振動性質(zhì)與土的密度而異，不規(guī)則土體浸水飽和濕陷或軟化，結(jié)構(gòu)破 壞民失粘不力隨環(huán)境改變的速率而艾化，很不規(guī)則地下洞穴及沖刷不規(guī)則、有口能嚴重化學(xué)或生物化學(xué)腐蝕不規(guī)則，隨時間而減弱礦井、地下管道垮塌可能很嚴重整體剪切、形變一蠕變、滑坡不規(guī)則膨脹土遇水膨脹、凍融變形隨土的濕度與溫度而變，不規(guī)則2.按時間先后，沉降可分為哪幾類并闡述產(chǎn)生機理為計算方便，按時間先后常人為地將其分為三段，即三種分量：(1)瞬時沉降Si :發(fā)生在加荷的瞬時。對于飽和土，即不排水條件下土體形變引起的沉降。(2)固結(jié)沉降Sc： 土體在外荷作用下產(chǎn)生的超靜水壓力迫使土

59、中水外流，土孔隙減小，形成的地面下沉。其中也包含部分剪切形變。由于孔隙水排出需要時間，這一分量是時間的函數(shù)。(3)次壓縮沉降(次固結(jié)沉降)Ss：它基本上發(fā)生在土中超靜水壓力完全消散以后，是在恒定有效應(yīng)力下顆粒和結(jié)和水之間的剩余應(yīng)力尚在調(diào)整而引起的沉降。上述三種分量其實是相互搭接的，無法截然分開，只不過某時段以一種分量為主而已。二十四、何為應(yīng)力路徑？采用應(yīng)力路徑法計算沉降時常采用哪兩種方法？簡述其各自的計算 步驟。答：土體中某一點的應(yīng)力狀態(tài)，通?？梢杂媚枒?yīng)力圓來表示，若用這一應(yīng)力狀態(tài)中的最大剪應(yīng)力來 代替摩爾應(yīng)力圓，用最大剪應(yīng)力的變化曲線來代表土體單元從一種應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種應(yīng)力狀態(tài)，這曲

60、線稱為應(yīng)力路徑。計算沉降可分為有效應(yīng)力路徑法和總應(yīng)力路徑法。他們的計算步驟很相似，首先是在現(xiàn)場荷載作用下 估計地基中有代表性的土體單元的應(yīng)力路徑，然后在實驗室內(nèi)作這些有代表性土單元的室內(nèi)實驗，復(fù)制現(xiàn) 場的應(yīng)力路徑，并量取實驗各階段的垂直應(yīng)變，最后就是將各階段的垂直應(yīng)變乘上土層厚度，即得的初始 和最后沉降。二十六、地基壓縮層厚 4m,通過鉆探采取代表性原狀土樣，測得其初始孔隙比郎=1.0,有效內(nèi)摩擦角 如=25 ,c=15kPa, 土的壓縮指數(shù)Cc= 0.31。試樣在20、40、60kPa等圍壓 下周結(jié)，然后作三軸CU試驗，分別測得其有效應(yīng)力路徑如圖1所示。設(shè)K0=1-sin20如果土層中點原上