土力学第一次作业

课后作业(总分50分)

选择题（每小题3分）

1土粒大小及级配，通常用颗粒级配曲线表示，土的颗粒级配曲线越平缓，则表示（C）。

(A)土粒大小均匀，级配良好；(B) 土粒大小不均匀，级配不良；(C) 土粒大小不均匀，级配良好。

2.毛细水上升高度决定于土粒粒度，下列哪种土毛细水上升高度最大（B ）。

(A)粘性土； (B)粉土； (C)砂土。

3有一非饱和土样，在荷载作用下，饱和度由80%增加至95%。试问土样的重度γ和含水率怎样改变？(A )

(A)γ增加，减小 (B) γ不变，不变(C)γ增加，增加

4.土的液限是指土进入流动状态时的含水率，下述说法哪种是对的？(C )

(A)天然土的含水率最大不超过液限

(B) 液限一定是天然土的饱和含水率

(C)天然土的含水率可以超过液限，所以液限不一定是天然土的饱和含水率

5. 粘性土的塑性指数越大，表示土的（B ）。

(A)含水量w越大； (B)粘粒含量越高； (C) 粉粒含量越高； (D) 塑限Wp越高。

6.下列哪一种土样更容易发生流砂？（B ）

A.砂砾或粗砂

B.细砂或粉砂

C.粉质黏土

D.黏土

7.建筑物基础作用于地基表面的压力，称为（A ）。

(A)基底压力； (B)基底附加压力； (C)基底净反力； (D)附加应力

8．计算土中自重应力时，地下水位以下的土层应采用（C ）。

(A)湿重度； (B)饱和重度； (C)浮重度； (D)天然重度

9．评价地基土压缩性高低的指标是（A）

(A)压缩系数；(B)固节系数；(C)沉降影响系数； (D)参透系数

10所谓临界荷载，就是指：（ C ）

（A）地基持力层将出现塑性区的荷载；

（B）地基持力层中出现连续滑动面时的荷载；

（C）地基持力层中出现某一允许大小塑性区时的荷载。

问答题（每小题6分）

1．土中水有几种存在形态，各有何特性？

答：吸着水 结合水 离开土颗粒表面较远 不受土颗粒电分子引力作用 且可自由移动的水称为自由水 分为毛细管水和重力水

2.毕肖普条分法和费伦纽斯条方法计算边坡稳定安全系数时，引入的假定哪些相同？哪些不同？

答：相同：滑面为圆弧面；垂直条分；不同：条分法：所有土条的侧面上无作用力；所有土条安全系数相同。费伦纽斯条分法假设不考虑土条两侧的条间作用力效应

3. 什么是正常固结土、超固结土、欠固结土? 它们在相同荷载作用下变形相同吗?

答：正常固结土（层）在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重。

超固结土（层）历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力。

欠固结土（层）先期固结压力小于现有覆盖土重。

它们在相同荷载作用下变形不同。

4. 已知某粘性土的液限为48%，塑限为25%，饱和度为0.95，孔隙比为1.5，土粒相对密度为2.7试计算塑限指数、液性指数并确定粘性土的状态

答：塑性指数Ip=48-25=23

液性指数w=(0.95*1.5)/2.7=0.53

Il=（53-25）/(48-25)=1.22

因为Ip>17，所以，该粘性土为粘土。

（Il>1,可判断土的状态为流塑状态）

5. 试从基本概念、计算公式及适用条件等几方面比较压缩模量、变形模量和弹性模量。

答：变形模量的定义在表达式上和弹性模量是一样的E=ζ/ε，对于变形模量ε是指应变，包括弹性应变εe和塑性应变εp，对于弹性模量而言，ε就是指εe(计算变形模量时，应变ε包括了弹性应变和塑性应变)。

岩土的弹性模量要远大于压缩模量和变形模量，而压缩模量又大于变形模量。弹性模量>压缩模量>变形模量。

弹性模量也叫杨氏模量（岩土体在弹性限度内应力与应变的比值）压缩模量是有侧限的，杨氏模量是无侧限的。同样的土体，同样的荷载，有侧限的土体应变小，所以压缩模量更大才对。这只是弹性理论上的关系，对土体这种自然物不一定适用。土体计算中所用的称为“弹性模量”不一定是在弹性限度内。E——弹性模量；Es——压缩模量；Eo——变形模量。

弹性模量＝应力/弹性应变，它主要用于计算瞬时沉降。

压缩模量和变形模量均＝应力/总应变。压缩模量是通过现场取原状土进行实验室有侧限压缩实验得出的，而变形模量则是通过现场的原位载荷试验得出的，它是无侧限的。弹性模量要远大于压缩模量和变形模量，而压缩模量又大于变形模量。地堪报告中，一般给出的是土的压缩模量Es与变形模量Eo，而一般不会给出弹性模量E。

数值模拟中一般用Eo，E（50），达到峰值应力（应变）50％时的割线模量。

Es（勘查报告中提供），有侧限，E＝2.0～5.0Es（看别人这么弄的）。具体请查阅资料。

Eo应该是变形模量,E是弹性模量,Es是压缩模量,弹性模量与压缩模量应该有上百倍的关系吧,不应该只有五倍,一般e =3~5 Es ；根据结果调整参数；问题是地质报告上只会提供压缩模量；

工程上，土的弹性模量就是指变形模量，因为土发生弹性变形的时间非常短，变形模量与压缩模量是一个量级，但是由于土体的泊松比小于0.5，所以土的变形模量（弹性模量）总是小于压缩模量的。在钱家欢主编的《土力学》P86中有公式：E = Es(1-2v^2/(1-v)) Es为变形模量，E为变形模量（弹性模量）。上边的说法有点问题呀。变形模量与压缩模量之间有换算关系。E0＝〔1-2u*u/（1-u）〕Es，而不是弹性模量与压缩模量之间有换算关系，弹性模量E一般比E0，ES要大很多的。一般要大一个数量级的。再者土体进行弹性的数值模拟时要取的是那一个参数。一般工程地质报告中只提供一个Es。

可见，数值计算中，有两种取法：

1）一种是按弹性理论推出的弹性模量与压缩模量的关系E = Es(1-2v^2/(1-v))，可以计算出所需要的弹性模量；

2）就是根据经验取E＝2.0～5.0Es，反复试算确定弹模；两种方法各有优点：第一种可以很方便的算出弹模，但与实际情况的弹模有一定的差别；第二种需要试算多次才能找到所需要的弹模，但比较符合实际情况；

E＝2.0～5.0Es，有那么大么？应该是E =（2.0～5.0）* Es(1-2v^2/(1-v))。土的弹性模量是土抵抗弹性变形的能力，压缩模量是土在侧限条件下的，竖向附加应力与竖向应变的比值，土工试验得到和勘察报告提的是压缩模量。变形模量是无侧限条件下的应力与应变的比值。E＝〔1-2u*u/（1-u）〕Es公式是变形模量和压缩模量的理论公式，实际工程并不符合这个公式。至于弹性模量和变形模量的关系，土在弹性阶段的变形模量等于弹性模量。一般情况下比压缩模量要大，大多少，视具体工程而论。三轴试验得到弹性模量取得是轴向应力与轴向应变曲线中开始直线段（即弹性阶段）的斜率。

岩石取弹性模量打折成岩体模量,土体取压缩模量.

弹性模量一般可取为压缩模量的3～5倍

在土力学中变形模量就是杨氏模量~~。压缩模量=变形模量*（1-u）/(1+u)/(1-2u)

土的变形模量和压缩模量，是判断土的压缩性和计算地基压缩变形量的重要指标。

为了建立变形模量和压缩模量的关系，在地基设计中，常需测量土的側压力系数ξ和側膨胀系数μ。側压力系数ξ：是指側向压力δx与竖向压力δz之比值，即：ξ＝δx/δz

土的側膨胀系数μ（泊松比）：是指在側向自由膨胀条件下受压时，测向膨胀的应变εx与竖向压缩的应变εz之比值，即μ＝εx/εz

根据材料力学广义胡克定律推导求得ξ和μ的相互关系，ξ＝μ/(1－μ)或μ＝ε/（1＋ε），土的側压力系数可由专门仪器测得，但側膨胀系数不易直接测定，可根据土的側压力系数，按上式求得。在土的压密变形阶段，假定土为弹性材料，则可根据材料力学理论，推导出变形模量E0和压缩模量Es之间的关系。令β＝ 1-2u*u/(1-u)

则Eo＝βEs

当μ＝0～0.5时，β＝1～0，即Eo/Es的比值在0～1之间变化，即一般Eo 小于Es。但很多情况下Eo/Es 都大于1。其原因为：一方面是土不是真正的弹性体，并具有结构性；另一方面就是土的结构影响；三是两种试验的要求不同；) μ、β的理论换算值

土的种类μβ

碎石土 0.15～0.20 0.95～0.90

砂土 0.20～0.25 0.90～0.83

粉土 0.23～0.31 0.86～0.726

粉质粘土 0.25～0.35 0.83～0.62

粘土 0.25～0.40 0.83～0.47

注：E0与Es之间的关系是理论关系，实际上，由于各种因素的影响，E0值可能是βEs值的几倍，一般来说，土愈坚硬则倍数愈大，而软土的E0值与βEs值比较。

E－－弹性模量Es－－压缩模量 Eo－－变形模

量

C+h"r/^2LGY 弹性模量＝应力/弹性应变，它主要用于计算瞬时沉降；压缩模量和变形模量均＝应力/总应变，压缩模量是通过现场取原状土进行实验室有侧限压缩实验得出的，而变形模量则是通过现场的原位载荷试验得出的，它是无侧限的。弹性模量要远大于压缩模量和变形模量，而压缩模量又大于变形模量。

按规范的规定，在地基变形验算中要用的是压缩模量Es，但因Es是通过现场取原状土进行试验的，这对于粘性土来说很容易做到，但对于一些砂土和砾石土等粘聚力较小的土来说，取原状土是很困难的，很容易散掉，因此对砂土的砾石土通常都是通过现场载荷试验得到Eo，所以在地堪报告上，对于砂土的砾石土一般都仅给出Eo，即使给出Es，也是根据Eo换算来的，而不是试验直接得出的。理论上Es和Eo有一定的关系，但根据该关系换算误差较大，所以二者关系一般都根据地区经验进行换算.

E弹性模量和Eo变形模量一般是岩石力学或者岩体分析中用，弹性模量一般是通过岩样测试而得；变形模量一般在探硐或者建基面加反力测得，只有大型工程才做，特别是水利工程。而压缩模量是土力学的中的参数。

结论：

1、变形模量的定义在表达式上和弹性模量是一样的E=ζ/ε，对于变形模量的ε包括弹性应变εe和塑性应变εp，对于弹性模量而言，ε就是指εe。在弹性阶段，E=Eo＝Es（1-2μ^2/(1-μ)）。

2、土的实际的弹性模量因为结构性以及各向异性的原因要大于压缩模量，有经验说是 E=（2~5）?Es（未考证出处，知道的请告知）。

3、根据各个参数试验手段不同，在土体模拟分析时，一维压缩问题，推荐用Es；如果是三维变形问题，推荐用Eo；如果是弹性变形或者初始变形用E。在很多数值模拟软件中，除非特别说明，一般说的弹性模量均指变形模量，即土体在无侧限的条件下的弹性模量。

4、要应用于数值分析，除了做三轴试验，调整参数是必不可少的。以M-C准则为例，是一个假设单元在弹性阶段为线弹性材料，在塑性阶段为理想塑性材料的弹塑性准则。在弹性阶段，如果根据经验感觉到位移不合常理，可以只考虑调整模量和泊松比来控制，在塑性阶段，除了要考虑模量和泊松比，还要根据流动法则来确定，这时，粘聚力C、内摩擦角、剪涨角和抗拉强度都要参与进来。