第1章士的物理性質(zhì)與工程分類

1.一.填空題

2.顆粒級配曲線越平緩，不均勻系數(shù)越大，顆粒級配越好。為獲得較大密實度，應(yīng)選擇級配良

好的土料作為填方或砂墊層H勺土料。

3.粘粒含量越多，顆粒粒徑越小，比表面積越大，親水性越強，可吸附弱結(jié)合水日勺含量越多,

粘土的塑性指標越大

4.塑性指標，它表明粘性土處在可塑狀態(tài)時含水量日勺變化范圍，它綜合反應(yīng)了粘性、可塑性

等原因。因此《規(guī)范》規(guī)定：為粉質(zhì)粘土，為粘土。

5.對無粘性土，工程性質(zhì)影響最大的是土的密實度，工程上用指標、來衡量。

6.在粘性土的物理指標中，對粘性土口勺性質(zhì)影響較大的指標是塑性指數(shù)。

7.決定無粘性土工程性質(zhì)的好壞是無粘性土的相對密度，它是用指標來衡量。

8.粘性土的液性指標，它的正負、大小表征了粘性土時軟硬狀態(tài)，《規(guī)范》按將粘性土的

狀態(tài)劃分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑。

9.巖石按風化程度劃分為微風化、中等風化、舞風化。

巖石按結(jié)實程度劃分為硬質(zhì)巖石，包括花崗巖、石灰?guī)r等；軟質(zhì)巖石，包括頁巖、泥巖等。

10.某砂層天然飽和重度kN/m3,土粒比重，并測得該砂土的最大干重度kN/m3,最小干重

度kN/m3,則天然孔隙比為0.68,最大孔隙比0.74,最小孔隙比0.57o

II.砂粒粒徑范圍是0.075~2mm,砂土是指不小于2mm粒徑合計含量不超過全重50%,而不小

于0.075mm粒徑合計含量超過全重50%。

12.親水性最強的粘土礦物是蒙脫石，這是由于它的晶體單元由兩個硅片中間夾一種鋁片構(gòu)成,

晶胞間露出的是多出的負電荷，因而晶胞單元間聯(lián)接很弱，水分子輕易進入晶胞之間，而發(fā)生膨

脹。

二問答題

1.概述土日勺三相比例指標與土日勺工程性質(zhì)的關(guān)系？

答：三相構(gòu)成的性質(zhì)，尤其是同體顆粒的性質(zhì)，直接影響土EKJ工程特性。不過，同樣一種土,

密實時強度高，松散時強度低。對于細粒土，水含量少則硬，水含量多時則軟。這闡明上H勺

性質(zhì)不僅決定于三相構(gòu)成的性質(zhì)，并且三相之間量的比例關(guān)系也是一種很重要日勺影響原因。

常見的黏土礦物有哪些？試述黏土礦物顆粒與粗顆粒土比較有那些特點及特性？

答：常見口勺粘土礦物有蒙脫石，伊利石和高齡石。黏土的顆粒很細，粘粒粒徑mm,細

土粒周圍形成電場，電分子吸引水分子定向排列，形成結(jié)合水膜，土粒與土中水互相作

用明顯，關(guān)系親密。粘性土伴隨含水最不停增長，土的狀態(tài)變化為固態(tài)一半固態(tài)一液體

狀態(tài)，對應(yīng)的地基土的承載力基本值Pa,逐漸減少為Pa,亦即承載力基本值相差10

倍以上。可見，粘性土最重要的）物理特性并非e、Dr,而是土粒與土中水互相作用產(chǎn)生日勺

稠度。

工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)工程中將地基土劃分為哪兒種類型？

答：巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。

按沉積條件不一樣，土體可劃分為哪幾種類型？

答：殘積土、坡積土、洪枳土、沖積土、湖積土、海積土、淤積土、風積土和冰積土。

地下水位如下一原狀土樣.其%,：t/m,計算孔隙比時，用公式，計算得，用公式

計算得，試問該用那個公式,e為多少？另一種公式在這里為何不能用？

2.答：公式該用，，而另一公式不能用，由于飽和度未給，不能認為，實際上將代

入，得。

3.闡明三相草圖中L和一^的物理概念。

\+e\+e

答：代表單元土體中土骨架所占有口勺體枳，代表孔隙在單元土體中所占有的體枳。

什么是粘性土的界線含水量？它們與土中那一層水膜相對應(yīng)，他們又怎樣確定？

答：士由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的界線含水量稱為阿太堡界線含水量。分別為縮限、

塑限和液限。分別和強結(jié)合水（吸著水）、弱結(jié)合水（薄膜水）和自由水相對應(yīng)?？s限

可用收縮皿法測定，塑限可用滾搓法、液塑限聯(lián)合測定法，液限可用錐式液限儀或碟式

液限儀測定。

闡明土的天然重度，飽和重度，浮重度和干重度日勺物理概念和互相關(guān)系，并比較

同一土中的、、、日勺數(shù)值大小。

答：，，，。。

三、判斷題

1.粘性土日勺軟硬程度取決于含水量的大小，無粘性土密實程度取決于孔隙比

的大小。（）

2.甲土飽和度不小于乙士，則甲土日勺含水量一定高于己土。（）

3.粉粒是0.074~0.05mm的粒組。（）

4.相對密實度會出現(xiàn)和的狀況。（）

5.甲士的飽和度假如不小于乙土，則甲土必然比乙士軟。（）

6.甲土日勺孔隙比不小于乙土，則甲土的干重度應(yīng)不不小于乙土。

（）

7.土的天然重度愈大，則土密實性愈好。（）

四、計算題

某地基土樣數(shù)據(jù)如下：環(huán)刀體積60cm，濕土質(zhì)量0.1204kg,土質(zhì)量0.0992kg,土粒相對密度

為2.71,試計算：天然含水量w,天然重度，干重度，孔隙比。

in0.12041A.3叫0.09923

y二一g二----xl0=0.020^/y.=—g=-----x10=0.0165N/cm

V60V60

機0.1024-0.0992

w——―---------------------x100%=11.3%

，40.0992

nr0.0992xlO3

__________=36.6(7〃3

一五一2.71

K_V-K60-36.6

=0.639

K"匕36.6

2.若原狀土樣的天然密度，含水量，土顆粒相對密度=2.71,試計算孔隙比e.

答：設(shè)，t

加“，=w.嘰=0.15*2.71=0.407t

m+m2.71+0.407

V=---x--------w=-----------------=1.484m3

p2.1

匕V-V1.484-1八卷/

e=---------v-=-----------=0.484

匕匕1

3.測得沙土日勺天然重度，含水量，土粒相對密度，最小孔隙比，最大孔隙比，試求

沙土的相對密度。

答：設(shè)

則m=VGspw=2.66g

tnw=wms=0.086x2.66=0.229g

V__m+m_2.66+0.229

sw=1.641cnr,

PL76

=0.641

VV1

OH*0.278

0.71-0.462

4.某干沙土樣重度為16.6KN/m,土粒相對密度，置于雨中，若砂樣體積不變，飽和度增

長到40%,求砂樣在雨中的孔隙比。

答：設(shè)

？二夕￡匕=2?69g

V=-^-=—=1.62cm

Pd166

VV-V

工=-----=0.62

匕V.

5.某工地進行基礎(chǔ)施工時，需在土中加水以便將土扎實，現(xiàn)取土樣l(X)0g,測其含水量為

20%,根據(jù)施工規(guī)定，將土的含水量增長20%,問應(yīng)在土樣內(nèi)加多少水？

答：由得

ms=m/(\+卬)=1000/(I+0.2)=833g

tnw=m-nis=167g

需加水量為A%=0.4a一%=0.4*833-167=166g

6.某工程地質(zhì)勘察中，取原狀土60cm，重99.15g,烘干后重78.05g,,求此土的孔隙比和飽

和度。

答:

3

Vw=mw!pw=20.65cw

ms78.053

Vv=———=--------=29.23(777

Ga2.67

工二匕匕二磅二29.23=].o53

匕匕29.23

S上=20.65=067]

Vr60-29.23

7.某土樣的干重度，含水量，土粒相對密度，求飽和度。

答：設(shè)，則

他=GM。,,,=2.73g

mw=wmK=0.193x2.73=0.527g

，%2,73[__3

V=―2-=———=----=1.7730cm

pa九，gi，54

mw0.5273

vlt.=--=-----=0.527cm

pw1

VVo527

Sr=—xl00%=—―xlOO%=———=68.2%

匕V-V51.773-1

某地基開挖中，取原狀土樣送至試驗室中進行試驗。測得天然重度，天然含水量，土

粒相對密度，液限，塑限。試問這些數(shù)據(jù)合理嗎？為何？假如合理，請定出土的

名稱和狀態(tài)。

答：天然重度在粘性二重度變化范圍內(nèi)，含水量20%也在堅硬黏土的含水量30%如下,

相對密度2.72也在粘性土比重2.70至2.75變化范圍內(nèi)，因此這些數(shù)據(jù)合理，此土屬于

粘性土。由于，，，因此此土為低液限黏土。

一種飽和原狀土樣體積為143cm，質(zhì)量為260g,顆粒相對密度為2.70,取定他H勺孔隙比，含

水量和干密度。

答：八工衛(wèi)四

=1.08

匕68.82

mw=m-ms=260-2.7匕

74.19

m卬二也乂】00%二=40%

V.H=^=260-2.73Vm.185.81

pw

叫185.81

由V=K，+K=260—1.7匕得金二丁=1.29g/cin

143

260-1433

vV.=---------=68.82an

1.7

匕.=260—2.7匕=74.18cm3

ms=2.7*68.82=185.81g

，冊.一260-185.81-74.19g

某飽和土樣，其液限，型限，含水量，天然重度，求，、各為多少？

如口?

設(shè)，則

m=/+%=L4G,

=夕得

V-匕+V,v-1+0.4G,

y/g-..........=2.71

(1.4—0.40g1.4-0.4x1.82

e=V*?=0.4G?=1.083

有一塊50的原狀土樣重95.15g,烘干后重75.05g,；已知土粒相對密度，試求天然重度

,飽和重度，浮重度和干重度，天然含水量，孔隙比，孔隙率，飽和度，并比較

、、和H勺數(shù)值大小。

答：略。

第二章土的滲透性

一、填空題

I.當土體兩點之間有水頭差，有滲流長度時.，則滲流發(fā)生，滲流速度，與水頭差成正比，與滲

流長度成反比。但在黏土中，只有當水頭梯度超過起始梯度時才開始滲流。

滲透力（即動水壓力）是土對水的I壓力，滲透力的體現(xiàn)式是，產(chǎn)生流砂時條件是滲流力克服了

土體的重力。

二、簡答題

什么叫滲透力，其大小和方向怎樣確定？

答：地下水在土體中流動時，由于受到土的阻力，而引起水頭損失，從作用力與反作用力H勺

原理可知，水流通過時必然對土顆粒施加一種滲流作用力，單位體枳土顆粒所受到的滲流作

用力稱為滲透力。滲流力的大小與水力梯度成正比，其方向與滲流方向一致。

達西定律日勺基本假定是什么？試闡明達西滲透定律的應(yīng)用條件和合用范圍。

答：由于土的孔隙很小，在大多數(shù)狀況下水在孔隙中的流速較小，可以認為屬于層流（即水

流流線互相平行的流動），那么土中的滲流規(guī)律可以認為是符合層流滲透定律。由于達西定

律只合用于層流日勺狀況，故一般只用于中砂、細砂、粉砂等，對粗砂、礫石、卵石等粗粒土

不適合；而黏土中的滲流規(guī)律不完全符合達西定律，需進行修正。修正后為。

3滲透力是怎樣引起滲透變形口勺？滲透變形有哪幾種形式？在工程上會有什么危害？

防治滲透破壞II勺工程措施有哪些？

答：地下水的滲流方向自下而上，已知土的有效重度為，當

向上的動水力與土的有效重度相等時，即

這時土顆粒間日勺壓力就等于零，土顆粒將處在懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定，這種現(xiàn)象叫流沙。

在滲透水流作用下，土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動，以至流失；伴隨土日勺孔

隙不停擴大，滲透速度不停增長，較粗的顆粒也相繼被水流逐漸帶走，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成

貫穿的滲流管道，導(dǎo)致土體塌陷，這種現(xiàn)象叫管涌。

防治流土的關(guān)鍵在于控制溢出處的水力坡降，為了保證明際H勺溢出坡降不超過容許坡

降，可采用如下工程措施：1?？赏ㄟ^做垂直防滲帷幕、水平防滲鋪蓋等，延長滲流途徑、減

少溢出處的坡降；2。在溢出處挖減壓溝或打減壓井，貫穿滲透性小H勺黏土層，以減少作用在

粘性土層底面的滲透壓力：3。在溢出處加透水蓋重，以防止土體被滲透力所懸浮。防止管

涌一般可從下列兩方面采用措施：I。做防滲鋪蓋或打板樁等，減少土層內(nèi)部和滲流溢出處

時滲透坡降：2。在滲流溢出部位鋪設(shè)層間關(guān)系滿足規(guī)定的反濾層。

4,生管涌和流土的機理與條件是什么？與土的類別和性質(zhì)有什么關(guān)系？工程上怎樣判斷

土也許產(chǎn)生滲透破壞并進行分類日勺？

答：發(fā)生管涌與流土的機理如上一題答案所訴。發(fā)生流上的條件是水力梯度不小

于或等于臨界水力梯度。臨界水力梯度與土性親密有關(guān)，研究表明，土的不均勻系數(shù)愈

大，值愈小，土中細顆粒含量高，值增大，土的滲透系數(shù)愈大，值愈低。

發(fā)生管涌首先取決于土的性質(zhì)，管涌多發(fā)生在砂性土中，其特性是顆粒大小差異較大,

往往缺乏某種粒徑，孔隙直徑大且互相連同。無黏性土產(chǎn)生管涌的兩個必備條件是：1。幾

何條件：土中粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑必須不小于細顆險的直徑，這是必要條件，一般不均

勻系數(shù)H勺土才會發(fā)生管涌：2水力條件：滲流力可以帶動細顆粒在孔隙間滾動或移動是管

涌發(fā)生的水力條件，可用管涌的水力梯度來表達。

三、判斷題

1.土的滲透系數(shù)k越大，土H勺滲透性也越大，土中的I水頭梯度I也越大。（）

2.具有細砂夾層的粘土層中垂直滲透系數(shù)不小于水平滲透系數(shù)K、。（x）

3.土中一點的滲透力大小取決于該點孔隙水總水頭的大小。（x）

四、計算題

1.如圖所示時常水頭滲透試驗，若土樣（2）的滲透系數(shù)是土樣（1）的2倍，試繪出試

樣的孔隙水壓力（即滲透壓力）分布圖，并求土樣（I）所受H勺滲透力，判斷其滲透穩(wěn)定

性。

解：1.設(shè)試樣（1）和試樣（2）的水頭損失分別為

Ahl和Ah2,總水頭損失為Ah,則

Ah1+Ah2=Ah=40-25=15cm（I）\

根據(jù)滲流持續(xù)原理，流經(jīng)兩砂樣的滲透速度v

應(yīng)相等，即vl=v2,按達西定律v=ki,則

\

k|i產(chǎn)k2i230丫.

又k2=2kI,il=Ahl/Ll=AhI/5,i2=Ah2/L2=Ah2/5,

因此

△hi=2Ah：（2）

由（1）（2）兩式得

Ahl=10cm,Ah2=5cm

2.由i尸Ah|/Li=l（）/5=2得土樣（1）所受的滲流力J=Y*i=2Y、

2.如圖所示的滲透試驗裝置，在圓形截面容器內(nèi)裝有兩種土樣，下面為粉土，土樣長度分別

為L1,L2,在砂層頂面引出?測壓管，管內(nèi)水面與水源容器內(nèi)水面高度差為hl,若試驗裝置

總水頭差為h,則砂土歐I滲透kl與粉土口勺滲透系數(shù)k2之比值kl/k2為多少？

解：設(shè)粉土的水頭損失，砂土的水頭損失為,則

△4=/?）

A/?2=/?-〃]（1）

根據(jù)滲流持續(xù)原理，流經(jīng)兩砂樣的滲透速度V

應(yīng)相等，即Vl=v2,按達西定律V:ki,則

kJ】=k另

即匕絲1=幺弛"（2）

4一L）

綜合（1）、（2）可得

,2/也

（1）地層由三層土構(gòu)成，表層為砂，飽和重度為，天然重度為，滲透系數(shù)；

中層為嘉土，飽和重度為，天然重度為，滲透系數(shù)，最下層為砂層，地

下水位位于表層砂中，下層砂中含承壓水，地層剖面如圖，試計算：

（2）每日通過每平方米黏土層面積上的滲透量。

黏土層頂部與底部的孔隙水壓力u,有效應(yīng)力和總應(yīng)力自。

解：（1）設(shè)粘土U勺水頭損失為,黏土以上砂土

的水頭損失為，總水頭損失為，則

A/?)+A/?2=A/?=4.5/??

根據(jù)滲流持續(xù)原理，，即2023(b)

由(a)、(b)得，

每口通過每平方米黏土層面積上H勺滲透量為

Q=*86400=1X10-5X86400X4.5/3=1.296/n

(2)土層頂部孔隙水壓力

2

uA=1.5/卬=\5kN/m

總應(yīng)力為

(yA=1.5*16.8+19.2*1.5=54AN/m2

有效應(yīng)力

er；=cr八-〃八=54-15=39kN/"J

粘土層底部孔隙水壓力為

3

uB=97卬=90AW//w

總應(yīng)力為

er,,=1.5*16.8-f-1.5*19.2+17.6*3=106.UNIm2

有效應(yīng)力為

=(y-uH=\6.8kNI

第三章地基土的應(yīng)力與變形

填空題

io附加應(yīng)力引起土體壓縮，有效應(yīng)力影響土體H勺抗剪強度。

2.一般狀況下，自重應(yīng)力不會引起地基沉降，附加應(yīng)力引起地基的沉降，在成土年代很快,

地下水位升降等狀況自重應(yīng)力也會引起地面沉降。

3.土中豎向附加應(yīng)力日勺影響深度與相比，H勺影響深度要大，在荷載兩側(cè)最大。

4.應(yīng)力自基礎(chǔ)底面起算,隨深度呈非線性變化，自重應(yīng)力自地基表面起算，隨深度呈線性變化。

5.壓縮系數(shù),壓縮模量、則土的壓縮性愈高，這兩個指標通過固結(jié)試驗，繪制壓縮曲線得到。

6.超固結(jié)比OCR指的是土層歷史上所經(jīng)受的先期固結(jié)壓力與既有覆蓋土重之比，根據(jù)

OCR口勺大小可把粘性土分為正常固結(jié)土，超固結(jié)土和欠固結(jié)土三大類。OCR<1日勺黏土屬欠

固結(jié)土。

7.土H勺壓縮試驗是在側(cè)限條件下完畢H勺。壓縮定律是，其中稱為壓縮系數(shù)，它反應(yīng)了單

位壓力增量作用下土的孔隙比的減小。

4.壓縮系數(shù)，表達壓力范圍，二地基某深度處上中自重應(yīng)力，=地基某深度處上中自

重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和口勺壓縮系數(shù)，工程上常用來評價上的壓縮性的高下，當時屬

于低壓縮性土，當時屬中等壓縮性土，當時屬中等壓縮性上。

用分層總和法計算沉降時.采用壓縮系數(shù)指標使沉降計算值偏小，采用基礎(chǔ)中點下附加應(yīng)力

指標又使計算值偏大,互相有所賠償。

10.飽和黏土的）沉降由瞬時沉降，固結(jié)沉降，次壓縮沉降構(gòu)成。

11.壓縮試驗中，環(huán)刀土樣置于剛性護環(huán)中，因此稱此試驗為側(cè)限壓縮試驗，用該試驗測日勺

壓縮指標，稱為壓縮性指標，壓縮試驗每級荷載下壓至變形穩(wěn)定，因此由此試蛉測出的

指標可用來計算地基的沉降。

二.問答題

1簡述太沙基的有效應(yīng)力原理。

答：，飽和土中任意點的總應(yīng)力總是等于有效應(yīng)力加上孔隙水壓力。

用彈性理論求解土中附加應(yīng)力口勺基本假設(shè)是什么？

答：計算地基中H勺附加應(yīng)力時，一般假定地基土是各向同性H勺、均質(zhì)H勺線性變形體，并且在

深度和水平方向上都是無限延伸日勺，即把地基當作是均質(zhì)的線性變形空間（半無限體），這

樣就可以直接采用彈性力學(xué)中有關(guān)彈性半空間的理論解答。計算基底附加應(yīng)力時，一般將基

底當作是柔性荷載，血不考慮基礎(chǔ)剛度口勺影響。

何謂土的附加應(yīng)力？計算附加應(yīng)力有何工程意義？

答：對一般天然土層來說，自重應(yīng)力引起的壓縮變形在地質(zhì)歷史上早已完畢，不會再引起地

基的沉降，附加應(yīng)力則是由于修建建筑物后來在地基內(nèi)新增長時應(yīng)力，因此它是使地基發(fā)生

變形，引起建筑物沉降H勺重要原因。

4.試列舉出土中自重應(yīng)力也能引起地面沉降的幾種狀況。

答：一般土的自重應(yīng)力不會引起地基變形，由于正常固結(jié)土日勺形成年代很久，早已固結(jié)

穩(wěn)定。只有新近沉積的欠固結(jié)土或人工填土，在自重作月下尚未固結(jié)，需要考慮土的自重引

起的地基變形。此外，地下水口勺升降，將會引起土中自重應(yīng)力大小的變化，使土體發(fā)生變形

（如壓縮、膨脹或濕陷等）。

試述、的J物理意義？怎樣確定？重要用途？

答：壓縮模量是在完全側(cè)限的條件下得到的，為豎向正應(yīng)力與對應(yīng)U勺正應(yīng)變的比值，該參

數(shù)將用于地基最終沉降計算的分層總和法。

變形模量是根據(jù)現(xiàn)場載荷試驗得到的，是指土在側(cè)向自由膨脹條件下正應(yīng)力與對應(yīng)改正應(yīng)

變的比值。該參數(shù)將用于彈性理論法最終沉降計算中，但載荷試驗中所規(guī)定歐J沉降穩(wěn)定原則

帶有很大的近似性。

闡明分層總和法運用公式，計算厚土層的沉降量時，公式中、、、的物理意

義？

答：：土層上下表面自重應(yīng)力口勺平均值，。

〃2土層上下表面自重應(yīng)力的平均值（＜7d+O-（.0）/2與附加應(yīng)力平均值

（＜T.|+。二0），2之和。

e為根據(jù)土層的自重應(yīng)力平均值即，從壓縮曲線上得到對應(yīng)的孔隙比。

a為土層口勺壓縮系數(shù)，,與對應(yīng)。

何為地基的固結(jié)度？寫出其體現(xiàn)式（分別用沉降量和有效應(yīng)力表達）。

答：土的固結(jié)度是指地基士在某一壓力作用下，經(jīng)歷時間所產(chǎn)生U勺固結(jié)變形（沉

降）量與最終固結(jié)變形（沉降）量之比。

用沉降量表達為

用有效應(yīng)力表達為U=9三。

P

4.試闡明壓縮系數(shù)。的意義及其工程應(yīng)用。

答：壓縮系數(shù)是土體在側(cè)限條件下孔隙比減小量與豎向有效應(yīng)力增量的比值，即曲線

中某一壓力段的割線斜率。為了便于比較，一般采用壓力段由增長屆時的壓縮系數(shù)

來評估土的壓縮性如下：

當時，為低壓縮性土；

時，為中壓縮性土；

5.時，為高壓縮性土。

6.試闡明壓縮模量入日勺意義

答：壓縮模量是在完全側(cè)限的條件下得到H勺，為豎向正應(yīng)力與對應(yīng)口勺正應(yīng)變的比值，

該參數(shù)將用于地基最終沉降計算的分層總和法。

10簡述“分層總和法”確定計算深度z“的措施。

答：地基沉降計算深度歐J新原則應(yīng)滿足下列條件：由該深度處向上取按

表規(guī)定的計算厚度所得內(nèi)計算沉降量應(yīng)滿足下述規(guī)定(包括考慮相臨荷載的影響)：

As'〃0().()25sA5：

1=1

按上式所確定日勺沉降計算深度下如有較軟弱土層時，尚應(yīng)向下繼續(xù)計算，至軟弱土層中所取

規(guī)定厚度的計算沉降量滿足上式為止。

b(m)<22<Z?<44</?<8〃>8

AZ(/H)().30.60.81.0

II。列舉出影響基底壓力分布規(guī)律的原因。

答：有基礎(chǔ)剛度、荷載及土性等。

12.什么是基底附加壓力？計算基底附加壓力有何工程意義？

答：建筑物建造前，土中早已存在自重應(yīng)力，基底附加壓力是作用在基礎(chǔ)底面的壓力與基底

處建前土中自重應(yīng)力之差、是引起地基附加應(yīng)力和變形的重要原因。

13.何為有效應(yīng)力？研究有效應(yīng)力有何工程意義？

答：飽和土是由固體顆粒構(gòu)成的骨架和充斥其間的木構(gòu)成口勺兩相體，當外力作用于土體

后，一部分由土骨架承擔，并通過顆粒之間的接觸面進行應(yīng)力的傳遞，稱為有效應(yīng)力。另一

部分則由孔隙中的水來承擔，水雖然不能承擔剪應(yīng)力，但卻能承受法向應(yīng)力，并且可以通過

連通的孔隙水傳遞，這部分水壓力稱為孔隙水壓力。

土口勺變形(壓縮)和強度日勺變化都只取決于有效應(yīng)力的I變化。引起土的體積壓縮和抗剪

強度發(fā)生變化H勺原因，并不是作用在土體上的總應(yīng)力，而是總應(yīng)力與孔隙水壓力之間的差值

——有效應(yīng)力?？紫端畨毫ψ陨聿荒苁雇涟l(fā)生變形和強度的變化。這是由于水壓力各方向相

等，均衡的作用于每個土顆粒周圍，因而不會使土顆粒移動，導(dǎo)致孔隙體積的變化。它除了

使土顆粒受到浮力外，只能使土顆粒自身受到靜水壓力，而固體顆粒U勺壓縮模量很大，自身

壓縮可忽視不計。此外，水不能承受剪應(yīng)力，因此孔隙水壓力自身口勺變化也不會引起土日勺抗

剪加度的變化，正由丁如此，孔隙水壓力也被稱為中性壓力。

14.什么是基底壓力？

答：建筑物的荷載是通過芻身基礎(chǔ)傳給地基日勺?；讐毫κ亲饔糜诨A(chǔ)底面上的荷載效應(yīng),

它與荷載口勺大小和分布、基礎(chǔ)的剛度、基礎(chǔ)的埋深以及地基土的性質(zhì)等多種原因有關(guān)。

15.何為飽和粘性土口勺滲透固結(jié)？試闡明固結(jié)過程中土中應(yīng)力口勺轉(zhuǎn)換過程(即滲透固結(jié)過

程與有效應(yīng)力原理口勺關(guān)系)。

答：飽和土在壓力作用下隨十.中水體積減小的全過程，稱為土的I固結(jié)。在飽和土的固結(jié)過程

中任意時間I,根據(jù)平衡條件，有效應(yīng)力與［超］孔隙水后力之和總是等于總應(yīng)力一般是指

作用在土中的附加應(yīng)力，即

(Tf+U=(7

由上式可知，當在加壓H勺那一瞬間，由于，因此，而當固結(jié)變形完全穩(wěn)定期，則，。

因此，只要土中孔隙水壓力還存在，就意味著土的滲透固結(jié)變形尚未完畢。換而言之，飽和

土的固結(jié)就是孔隙水壓力的消散和有效應(yīng)力對應(yīng)增長的過程。

16.地基變形按其特性分為哪兒種？其定義是什么？

答：分為瞬時沉降、固結(jié)沉降和次壓縮沉降。

瞬時沉降是緊伴隨加壓后地基即時發(fā)生的沉降，地基土在外荷載作用下其體積還來不

及發(fā)生變化，重要是地基土的畸曲變形，也稱畸變沉降、初始沉降或不排水沉降。

固結(jié)沉降是由于在荷載作用下伴隨土中超孔隙水壓力的消散，有效應(yīng)力的增長而完畢

［向。

次壓縮被認為與土的骨架蠕變有關(guān)；它是在超孔隙水壓力已經(jīng)消散、有效應(yīng)力增長基

本不變之后仍隨時間而緩慢增長的壓縮。

17.地下水位的變化對土的自重應(yīng)力有何影響？當?shù)叵滤缓鋈唤德浜途徛德鋾r，對土

時自重應(yīng)力影響與否相似？為何？

答：當?shù)叵滤辉诘鼗至又猩仙?，使土H勺有效自重應(yīng)力減小，反之，當?shù)叵滤辉?/p>

地基持力層中下降，則土中有效自重應(yīng)力增大。地下水位忽然降落時，由于土尚未來得及反

應(yīng)，地基的附加沉降不會發(fā)生，而當?shù)叵滤徛德鋾r，地基土會由于有效自重應(yīng)力增大而

出現(xiàn)附加沉降。

18.有兩相鄰剛性建筑物，建于均質(zhì)地基上，基底壓力均勻分布，若兩建筑物同步興建，試

問兩建筑物與否會同步沉降，為何？各向什么方向傾斜？若其中一種建筑物先建，經(jīng)很數(shù)

年后再建第二個建筑物，兩建筑物的傾斜方向有無變化，為何？

答：兩建筑物同步修建時，兩基礎(chǔ)底部各自的附加壓力會使地基產(chǎn)生變形，因此.兩建筑物

會同步發(fā)生沉降。由于兩基底中心間產(chǎn)生的附加應(yīng)力之和要不小于在兩基底中心以外部分的

附加應(yīng)力之和，因此兩建筑物向兩者中間即內(nèi)側(cè)傾斜。若其中一種建筑物先建，經(jīng)很數(shù)年后,

再建第二個建筑物時，后建的一種建筑物會向中心以外即外側(cè)傾斜，由于第一種建筑物沉降

時使其基底中心處如下日勺土密實，而周圍的土的密實度逐漸減小，因此第二個建筑物沉降時

會產(chǎn)生不均勻沉降，傾斜于土質(zhì)較軟的一側(cè)。

19.高層建筑物常常由主樓和裙房構(gòu)成，如從沉降口勺角度考慮，應(yīng)先施工哪一部分比較合理,

為何？

答：從沉降的角度考慮，應(yīng)先施工主樓，后建裙房。若先建裙房，然后使主樓和裙房結(jié)為一體,

則由于主樓口勺沉降較裙房要大，必然會在兩者之間產(chǎn)生不均勻沉降裂縫，這是建筑物的應(yīng)當

防止的。

20.為了減少建筑物不均勻沉降H勺危害，常采用那些工程措施，這些措施均有什么特點？

答：I.采用樁基礎(chǔ)或深基礎(chǔ)。2.人工加固地基。3.采用建筑、施工措施，是最簡樸且省錢口勺措

施。

三、判斷題

1.土中附加應(yīng)力計算公式為，因此建筑在同樣日勺地基上，基礎(chǔ)附加應(yīng)力相似的兩個建筑

物，其沉降值應(yīng)相似。()

2.在任何狀況下，土體自重應(yīng)力都不會引起地基沉降。()

3.地基土受壓時間愈長，變形愈大，孔隙水壓力也愈大。()

4.地下水位下降會增長土層的自重應(yīng)力，引起地基沉降。(J)

5.絕對剛性基礎(chǔ)不能彎曲，在中心荷載作用下各點口勺沉降量同樣，因此基礎(chǔ)地面的實際壓

力分布是均勻分布的。()

6.密砂在剪應(yīng)力作用下體積要膨脹，因此在不排水條件下測得的孔隙水壓力系數(shù)。

(V)

7.在固結(jié)理論中土應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系是非線性彈性模型。()

四、計算題

土層分布如圖，計算土層的自重應(yīng)力，并繪制自重應(yīng)力的分布圖。

解：(1)砂土：

設(shè)，則

叫?=匕向g=2.65g

mM=%〃?、1=0.1*2.65=0.265g

1)1

Vwl=——=0.265cm-

Pw

嗑二0.265

=0.699cm3

~~S^~0.379

2.65-1

y；=g=9.71Wm

1+0.699

(2)黏土

設(shè)%=1

則叫-2=VCG,2PW=2.70g

mw2=卬2〃?c=0.2*2.70=0.54g

K=叫+肛「2.7+0.54

22=1.76cm3

P18.4/10

y；=—9.66kN/m3

2.某粉土地基如圖，測得天然含水品,干密度，土粒比重，地面及地下水位高程分別為

35.00及30.00m,汛期水位將上升到35.5m高程。試求25.00高程處目前及汛期時H勺上H勺自

重應(yīng)力。當汛期后地下水下.降到30.0()高程(此時土層全以飽和狀態(tài)計)、25.00m處的自重

應(yīng)力是多少？

解：，I

mw=wni=0.24*2.73=0.655i

y=也=2.3

=1.772m5

Pd154

2.73-1

=--------p=9.8kN/m3

1.772

==2.73+0.655§]kN/m3

V1.772

Ysat+=19.8kN/m3

目前的自重應(yīng)力5.=19.1*5+9.8*5=144.5kPa,

汛期時H勺自重應(yīng)力5.=9.8*10=98^

地下水下降后。=19.8*5+9.8*5=148472

圖所示基礎(chǔ)基底尺寸為，試求基底平面平均壓力和及，繪出沿偏心方向的基底壓力

分布圖。

解：基底平面平均壓力為

=\25kN/nr

N=G+Zb=20x4x2+680=840內(nèi)V

M=(工用x0.35=680x0.35=238ZN?m

M238

e=—=-=---0.28/7/<-=().33

N8406

nN,M8401238一“g

上=—±——=----±---------=105±44.63=

%AW2x41x2x4260.37

6

4.某建筑物，上部構(gòu)造和箱基總重164000kN,基礎(chǔ)底面尺寸為，地下水位埋深為3m,地下

水位以上土的天然重度為，地下水位如下土的飽和重度為，試問箱形基礎(chǔ)埋深多少時,

基底附加壓力為零？

答：地下水位如下土的有效重度為，設(shè)基礎(chǔ)埋深為h,則解方程

(h-3)*+3*=F/A=164000/(80*15)得

h=12.185m

即基礎(chǔ)埋深12.185時，基底附加壓力為零。

6.某矩形基礎(chǔ)的底面尺寸為4m2.5m,天然地面下基礎(chǔ)埋深I(lǐng)m,設(shè)計地面高出天然地面0.4m,

其他資料如圖，試繪出土中應(yīng)力分布圖，按分層總和法計算基底中心點的沉降值。

解：略。

7.略。

8.有一矩形基礎(chǔ)，底面尺寸，埋深2m,受4000kN中心荷載(包括基礎(chǔ)自重)口勺作用，地

基為粉砂層，，壓縮資料如表所示，試用分層總和法計算地基最終陳降量。

解：略。

9.如圖，己知基礎(chǔ)長42.5m,寬13.3m,基礎(chǔ)底面附加壓力基礎(chǔ)底面鋪有排水砂層，地基為

粉質(zhì)黏土層，壓縮模量，滲透系數(shù)，土層厚8m,底部基巖處附加應(yīng)力為160Pa,試計算:

（1）地基時最終沉降量，（2）計算地基口勺固結(jié)系數(shù)。

解:

土的J豎向固結(jié)系數(shù)g=kE'/八=0.6X10-6x7.5x103/10=4.5x10-2cm2/s

10.飽和黏土層厚8m,受大面積荷載作用，該土層初始孔隙比，壓縮系數(shù)，在單面排

水條件下問加荷一年的J沉降量為多少？

解：粘土層"勺壓縮模量為

粘土層日勺最終沉降量為s=^H=120*嗎*8(XX)=143.93/ww

6

Ex6.67xlO

方以k(l+e)18x10-2(1+1)

豎I可固結(jié)系數(shù)。=-------=------------------=120〃r/a

ywa10000x0.3x10-6

對于單面排水條件下:

豎向固結(jié)時間因數(shù)，查表得固結(jié)度靠近100%,因此加荷一年的沉降量為143.93mm。

11.某飽和粘土層厚8m,受大面積荷載kPa作用，該土層初始孔隙比為，MPa-1,cm/a.

單面排水，問沉降達140mm所需日勺時間。

解：粘土層H勺壓縮模量為

粘土層口勺最終沉降量為s=/H=⑵xx8000=143.93""〃

嗎6

Er6.67x1()

血人中㈠萬打k(l+e)1.8x102(1+1)02,

豎向固結(jié)系數(shù)=———-=-----------——g=\2m~/a

6

ywal(X)00x().3xl(r

c14()

平均固結(jié)度將為U-=」=一匕=0.973

s143.93

根據(jù)查得，在單向排水條件下：年。

第四章地基的抗剪強度

一、填空題

無粘性土的抗剪強度來源7土粒間的摩阻力，粘性土H勺抗剪強度來源于土粒間的摩阻力和粘聚

力。

粘性土抗剪強度庫侖定律的總應(yīng)力體現(xiàn)式，有效應(yīng)力的體現(xiàn)式。

三軸剪切試驗按排水條件不一樣,劃分為不固結(jié)不排水試驗，固結(jié)不排水試驗和固結(jié)排水試驗。

無粘性土抗剪強度公式是，其中是剪切面上的法向應(yīng)力，

極限破裂角指向是破壞面與大主應(yīng)力的作用面向夾角，其大小為。

1.土的抗剪強度指標有枯聚力T和內(nèi)摩擦知卬。

地基為厚黏土層，施工速度快，應(yīng)選擇不固結(jié)不排水抗剪強度指標。

當工程施工工期較長，能固結(jié)排水，工程完畢后，荷載短期內(nèi)突增，應(yīng)選擇固結(jié)不排水試驗的抗

剪強度指標。

伴隨荷載口勺增長,地基變形的三個階段是壓縮階段、剪切階段和隆起階段。

10.土.體中的剪應(yīng)力等于土的抗剪強度時的臨界狀態(tài)稱之為十.口勺極限平衡狀態(tài)。

問答題

1.出用大小主應(yīng)力巧、由表達的粘性土日勺極限平衡條件。

答：

（2

CT3=Tjtan45°+—-2c*tan450+g

\2J\2J

試闡明飽和粘性土為何隨固結(jié)度的提高，其抗剪強度高，而壓縮性低。

答：飽和土的固結(jié)是指飽和土在壓力作用下隨土中水的排出而體積減小的過程，或

稱土的壓密。伴隨固結(jié)度的提高，飽和土越來越密實，根據(jù)密度-有效應(yīng)力-抗剪強度唯

一性原理，土的抗剪強度逐漸增大。而由于土的密實，其壓縮性減少。

影響上的抗剪強度的重要原因有哪些？他們是怎樣影響土的抗剪強度的J。

答：由庫侖公式可以看出，無粘性土日勺抗減強度與剪切而上H勺法向應(yīng)力成正比，其本質(zhì)是由

于土粒之間的滑動摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的摩阻力，其大小決定于土粒表面

的粗糙度、土的密實度以及顆粒級配等原因。粘性土的抗剪強度由兩部分構(gòu)成，一部分是摩

擦力（與法向應(yīng)力成正比）；另一部分是土粒間口勺粘聚力，它是由于粘性土顆粒之間的膠結(jié)

作用和靜電引力效應(yīng)等原因引起的。

為何飽和粘性土的不固結(jié)不排水剪的強度包線是一條水平線？

答：假如試件是飽和的，由于整個試驗過程中，孔隙比e和含水量w保持不變，根據(jù)“密度-

有效應(yīng)力■?抗剪強度”唯一性關(guān)系，不管試件上所加的周圍壓力多大，抗剪強度和有效應(yīng)力

必然相似。

土體中發(fā)生剪切破壞的平面，是不是剪應(yīng)力最大的平面？在什么狀況下，剪切破壞面

與最大剪應(yīng)力面是一致II勺？在一般狀況下，剪切破壞面與最大主應(yīng)力面成什么角度？

答：土體中發(fā)生剪切破壞H勺平面，不一定市剪應(yīng)力最大R勺平面。只有在不固結(jié)不排

水試驗中，由于抗剪強度包線是一條水平線，因此剪切破壞面與最大剪應(yīng)力面是一

致H勺。而不固結(jié)不排水試驗適于模擬施工速度快，而地基土的透水性和排水條件不

良時抗剪性能。一般狀況下，剪切破壞面與最大主應(yīng)力面成角。

寫出抗剪強度的庫侖公式，分別闡明無粘性土，粘性土的抗剪強度來源。

答：與3題相似。

土的J剪切體積變形H勺物理力學(xué)機理是什么？對土日勺抗剪強度有什么影響？試解

群較疏松的飽和粉細砂地基輕易液化H勺原因。

答：土在剪切過程中，體變勢存在，體現(xiàn)為孔隙水壓力的變化。當土日勺體積有

膨脹趨勢但受限制不讓膨脹時，其內(nèi)在機制是土中產(chǎn)生負值的孔隙水壓力，使作用

于土骨架的I有效應(yīng)力增長，從而體積不能膨脹。相反，當土體有收縮的趨勢而控制

不讓其收縮時，則土體中要產(chǎn)生正值日勺孔隙水壓力，其成果減小作用于土骨架上日勺

有效應(yīng)力，從而使土體不發(fā)生收縮。

假如飽和沙土的初始孔隙比不小于臨界孔隙比，在剪應(yīng)力作用下由于剪縮

必然使孔隙水壓力增高，而有效應(yīng)力減少，致使沙土的抗剪強度減少，當飽和疏松

砂受到動荷載作用（如地震），由于孔隙水來不及排出，孔隙水壓力不停增長，就有

也許使有效應(yīng)力減少到零，因而使砂十.象流體那樣完全失去抗剪強度，這種現(xiàn)象稱

砂土的液化。

從土的抗剪強度的機理出發(fā)，闡明土與鋼筋混廉土等材料抗剪強度H勺區(qū)別。

答：土與一般持續(xù)性材料（如鋼、混凝土等）不一樣，是一種具有內(nèi)摩擦強度的J材

料，這種材料的破裂面不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成H勺夾角，。假

如

土質(zhì)均勻，且試驗中能保證試件內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變均勻分布，則試件內(nèi)將會出現(xiàn)兩組完全

對稱H勺破裂面。如圖，

T破裂面

三、判斷題

1.地基中孔隙水壓力愈大，土的抗剪強度愈高。（）

2.條形均布荷載中點下，剪應(yīng)力總等于零。（

3.當土體中某點時，該點不會發(fā)生剪切破壞。（J）

4.一般壓縮性小的地基土若發(fā)生失穩(wěn)，多為整體剪切破壞形式。（J）

5.地基土的強度破壞是剪切破壞，而不是壓縮破壞。（V）

6土中應(yīng)力水平越高，土越易發(fā)生破壞，闡明土的抗剪強度越小。（）

7.由飽和粘性土的不排水剪切試驗可得，，假如根據(jù)這個成果繪制有效應(yīng)力強度包線也

可的到和o（V）

8.正常固結(jié)土的不固結(jié)不排水試驗的破壞應(yīng)力圓的包線是一條水平線，它闡明土樣陸破壞

面與最大剪應(yīng)力面是一致的。（）

9.同一土樣（正常固結(jié)）進行固結(jié)排水剪和固結(jié)不排水剪，他們所得到的有效應(yīng)力強度指

標基本相似。

（J）

四、計算題

1.略

某條形基礎(chǔ)下地基土體中某點的應(yīng)力，，，已知土的，，問該點與否剪損。

解：==

破壞也許性判斷

Q

45。+升2clan450+2J

(Qf)0A

=90xtan245°+—+0

12J

=270kPa>6,”=260kPa

因此該點未剪損。

某飽和土樣做三軸固結(jié)不排水剪切試驗，測得剪切破壞時大主應(yīng)力、小主應(yīng)力和超孔隙

水壓力u,如下表所示，試用有效應(yīng)力法和總應(yīng)力法確定、及、。

解?：(1)將、代入粘性土的極限平衡條件

2

巧=cr3tan45°+于+2ctan(45°一段)得方程組

<Ti(kPa)145223

145=60tan?(45°+°/2)+2ctan(450+0/2)

%(kPa)60100

223=100tan2(45°+(pl2)+2ctan(45°+。/2)

u4159

解得,c=9.99kPa.

(2)將有效應(yīng)力b；=CF,-u.b；=〃代入極限平衡條件得

,104=19tan2(45"+,/2)+2c'tan(45°+“/2)

.164=41tan2(45"+//2)+2ctan(45°+//2)

解得，。

對某飽和土試樣進行無側(cè)限抗壓試驗，得無側(cè)限抗壓強度為160kPa,假如對同種土進行不

固結(jié)不排水三軸試驗，周圍壓力為l80kPa,問總豎向壓應(yīng)力為多少，試樣將發(fā)生破壞？

解：總豎向壓應(yīng)力為時，試樣發(fā)生破壞。

某中砂試樣，經(jīng)試驗測得其內(nèi)摩擦角，周