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土力学与地基基础课后练习题

1、土石由几部分组成的，什么样的土属于二相体系？

土是由固体、液体、气体三相体系组成。干土和饱和土属于二相体系。

2、评价土的颗粒级配的方法有哪些，如何根据颗粒级配评价土的

土的工程性质？

筛分法和比重计法，筛分法适用于颗粒d^0.075mm的土，比重计法适用于VO. 075mm的土。

工程上为了定量反映土的级配特征，常用两个指标：

不均匀系数和曲率系数，Cu不均匀系数越大，表示粒径分布越不均匀，土的级配良好。曲率系数反映的是级配曲线的整体形状，一般以为Cu<5的土视为级配不好，Cu>10, Cc=l-3时为级配良好的土。

3、土中水的存在形态有哪些？对土的工程性质影响如何？固态水、液态水、气态水。

（一）结合水

1、定义：粘土颗粒表面通常带负电荷，在土粒电场范围内，极性分子的水和水

溶液中的阳离子，在静电引力作用下，被牢牢吸附在土颗粒周围，形成一层不能自由移动的水膜，这种水称为结合水，如图1-4所示。（见武工大编P9, 图2-8）

2、分类

在土粒形成的电场范围内，随着距离土颗粒表面的远近不同，水分子和水化离子的活动状态及表现性质也不相同。根据水分子受到静电引力作用的大小，结合水分为

1）强结合水

定义：指紧靠粘土颗粒表面的水，颗粒表面的静电引力最强，把水化离子和极性水分子牢固地吸附在颗粒表面，形成固定层。

性质：近于固体，不能传递静水压力，具有极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，熔点：105°C左右时。当粘土中只含强结合水时，粘土呈固体状态，磨碎后呈粉末状态。

2）.弱结合水

定义：弱结合水位于强结合水的外围，仍受到一?定程度的静电引力作用，占有结合水膜的大部分。

性质：呈粘滞体状态。不能传递静水压力，但当相邻土颗粒水膜厚度不等时，水能从水膜较厚的颗粒移向水膜较薄的颗粒。当土中含有较多的弱结合水时，即表现为高塑性、易膨胀收缩性、低强度和高压缩性。

结合水在土中的含量主要取决于土的比表面的大小。要理解水的相互作用关系, 才能掌握土的工程性质。例1：粘土矿物的颗粒细，比表而大，能大量吸附结合水。结合水使粒间透水的孔隙大为缩小，甚至充满，导致粘性土透水性差。另外，存在的结合水使颗粒互不接触，便具有滑移的可能；同时相邻土粒间的结合水因受颗粒引力的吸附，使粒间具有一?定的联结强度，所以粘性土又具有粘性和可塑性。

例2：砂粒、砾石等，颗粒粗，比表而小，孔隙大，孔隙水中结合水的数量可忽略不计。故粗粒土的性质主要取决于土粒的形状、级配和排列方式（结构）。

3）自由水：

1. 定义：指存在于土粒形成的电场范围以外能自由移动的水。

2. 性质：和普通水相同，有溶解能力，能传递静水压力。

3. 分类：按自由水移动时?所受作用力的不同，自由水可分为

1）重力水

定义：指在重力或压力差作用下，能在土中自由流动。

性质：一般指地下水位以下的透水土层中的地下水，它对土粒有浮力作用。重力水直接影响土的应力状态，并应注意建筑物的防渗要求和基坑（槽）开挖时采取降（排）水措施。

2 .毛细水

定义：指受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。

性质：存在于地下水位以上的透水层中，毛细水上升高度对建筑物底层的防潮有重要影响。

当土孔隙中局部存在毛细水时，使土粒之间由于毛细压力互相靠近而压紧（图1?5） , 土因此会表现出微弱的凝聚力，称为毛细凝聚力。如这种凝聚力的存在，使

潮湿砂土能开挖成一定的高度，但干燥以后，就会松散坍塌。

4、土的矿物成分包括几个方面？对土的性质影响如何？

原生矿物及次生矿物。原生矿物性质较稳定，次生矿物主要为黏土矿物，对土的黏性、塑性和膨胀性影响较大。

5、何为粒组，粒组如何划分。

各种不同的土颗粒按性质相近的原则划分为若干组，称为粒组。

漂石和块石》200mm

碎石和卵石20~200mm

圆砾和角砾2~20mm

砂粒0.075~2mm

粉粒0.005~0.075mm

黏粒《0.005mm

6、何为土的结构，土的结构有哪些？如何评定土的结构性强弱？

土的结构是指土颗粒大小、相互排列及联接关系的综合特征。

单粒结构、蜂窝结构、絮状结构

颗粒结构和絮状结构的土，压缩性大、强度低、透水性弱，土粒间的联接较弱不稳定，在受到扰动的作用下，图的天然结构受到破坏，土的强度会迅速降低，但土粒之间的联接力也会由于长期的压密作用和胶结作用而得到加强。

7、土的三相比例指标有哪些，如何测定，那些是基本指标？那些

是导出指标？

土粒的质量、土中水的质量、土中空气的质量。忽略

土粒体积、水体积、空气体积

三个基本指标是土的密度和土的重度、土的含水量、土的相对密度。

导出指标：干土密度和干土重度、饱和土重度、土的有效重度、土的孔隙率、土的孔隙比、土的饱和度、土的孔隙率。

8、试令W=1KN,结合试验测得的三个基本指标推导其他指标。

9、简述土的重度、饱和重度、干土重度、有效重度的意义，并比

较他们的大小？

土的重度：单位体积土的重量；18.5

饱和重度：土中孔隙被水充满时土的重度；19.34

有效重度：地下水位以下的土受到浮力作用下的有效重度；9.34

干土重度：单位体积土粒中土粒所受到的重力14.8

饱和〉天然〉干土＞有效重度

10、无粘性土的主要物理状态指标是什么？评定评定碎石土、砂土

密实度的方法有哪些？各有什么优缺点？

密实度

空隙比和相对密实度、

标贯试验

优缺点：空隙比不能反映颗粒级配！级配好的松散的砂子比级配不好的密实的沙子空隙比小。

11、何谓液限、塑限如何测定？

粘性土由半固态转变为可塑状态的界限含水量，塑限粘性土由可塑状态转变为流动状态的界限含水量，液限试验确定

12、何谓塑性指数，它的大小与土粒粗细有何关系？

塑性指数愈大，表明土的颗粒愈细，比表面积愈大，土的粘粒或亲水矿物(如蒙脱石)含量愈高，土处在可塑状态的含水量变化范围就愈大。也就是说槊性指数能综合地

反映土的矿物成分和颗粒大小的影响。因此，在工程上常按塑性指数对黏性土进行分类。粉土为塑性指数小于等于10且粒径大于0.075的颗粒含量不超过总质量50%的土；黏性土为塑性指数大于10且粒径大于0.075的颗粒含量不超过总质量50%的土，其中：

lp>17 黏土

lp>10粉质黏土

lp<10 或lp=10 粉土

13、何谓液性指数？如何应用液性指数来评价土的工程性质？

液性指数是判断土的软硬状态的指数。IL=(u)-3p)/(coL?3p)。

3: 土的实际含水量

0JP：塑性界限含水量，即粘性土处于塑性状态与半固体状态之间的界限含水量

u)L：粘性土处于液态与塑性状态之间的界限含水量

液性指数少坚硬；0V液性指数<0.25硬塑；0.25<液性指数以75可塑；0.75v 液性指数《1软塑；液性指数>1流塑。

液性指数与土的类别及含水量有关，同一种土，含水量越大则液性指数越大, 土质越软。

粘性土有缩限、塑限和液限等几个分界线，半含水量小于缩限时土体处于固态，且体积不再再发生变化，当处于缩限和塑限之间时土体体积随含水量减小体积变化，仍处于固态，当土体含水量处于塑限和液限之间时，土体具有可塑性, 即可以塑造出各种形状，当土体含水量小于液限时，土体处于流动状态，即土体具有可流动性。分别对应上面的坚硬、硬塑、可塑和软塑、流塑

14、渗透系数的影响因素有哪些

土的粒度成分

土的密实度

土的饱和度

土的结构

水的温度

土的构造

15、渗流引起的渗透破坏主要有哪些

渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体或结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌后者则表现为岸坡滑动或挡土墙等构筑物整体失稳。

16、何谓流沙与管涌？防治流沙与管涌的措施有哪些？

土体在受水浸泡饱和时?，土粒中亲水胶体颗粒吸水膨胀使土粒的密度减小，当在动水压力的作用下，动水压力超过土粒的重力时，土粒产生悬浮流动，即形成流沙。

动水压力是产生流沙的一个重要因素。产生流沙的临界条件为：

l=（p-1）（1-n）o

其中,l为临界水力坡度;P为土粒密度;n为土的孔隙率。

管涌的成因

当深基坑距离河塘较近或基坑底下土层中存在承压含水层时,在水位差的作用下，基坑土体中存在渗透水流，由于土体的不均匀性，土体中某—?部位的土颗粒在渗透水流的作用下会发生运动，使填充在土体骨架空隙中的细颗粒被渗水带走而形成涌水通道，即形成管涌（又称翻沙鼓水、泡泉）。半主渗漏涌水通道上的细颗粒被基本带走后,在较强的水流冲刷下，主通道两侧的细颗粒进入涌水主通道，使涌水主通道逐渐变宽，管涌持续时间越长，通道的宽度越宽,继而发生大量涌水和塌方事故。

2.1施工方案的设计与论证

1）为保证深基础施工时基坑不积水，在深基础施工之前，首先应根据地质钻探资料和工程实际情况，设计深基础施工的降水方案。通常采用的基坑降水方法有人工降水、抗渗围护等，无论

采用什么方案，方案中应对坑中待挖土中的地下水位变化情况进行必要的验

算，使降水措施满足地下水位浸润线低于开挖底标高以下500 mm的施工条件。

2）凡在深基坑开挖施工中,如发现有地下承压水，应事先探明承压水头、不透水层的标高和厚度，并对坑底土体进行抗浮托能力验算。

3）对工程所在地的类似深基础施工情况进行必要的调研，吸取其他工程在深基础施工中的经验与教训。

2.2深基础施工实施过程的措施

2.2.1预防和处理流沙、管涌的原则

预防和处理流沙、管涌的原则是“减少或平衡动水压力”。

2.2.2预防流沙、管涌的基本方法

1）井点降水法:a.当出现流沙时，应立即停止开挖,并回填深坑将流沙埋没或在深坑中注水，以平衡渗流的动水压力。然后在深坑周围立即补下二级（或三级）井点, 待二级（三级）井点降水使

地下水浸润线低于开挖范围以下500 mm后，再继续开挖施工。

b.当深坑接近承压水层时或经计算坑底土体的抗浮不能满足稳定要求时，可采用井点管穿过不透水层直接抽取不透水层下的承压水，以降低承压水头,从而避免因承压水头过大而形成管涌。

由于地下承压水流量大，不宜采用轻型井点，应采用出水量较大的喷射井点或管并降水。c.井点降水法的原理如图1所示。深井的布置量、布置深度应根据承压含水层的承压水头H,承压水土层渗透系数K,单井出水能力q和要求降低水头量S经计算确定。

2）土体抗渗加固截水法:当地下含水层渗透性较强，厚度较大时，可采用悬挂式竖向截水与坑底井点降水相结合或采用悬挂式竖向截水与水平封底相结合的方案。在

土体开挖之前，对深基坑四周抗渗薄弱的土体进行抗渗加固。土体抗渗加固的方法有:深层搅拌桩加固法、粉喷桩加固法、压密注浆加固法及劈力注浆加固法等。土体抗渗

加固的水泥掺量可根据试验确定，一般浆喷深层搅拌的水泥掺量宜为被加固土重量的15%~18%;粉喷深层搅拌的水泥掺量宜为被加固土重量的13%~16%;注浆加固的浆

液注入率一般为被加固土体重量的15%~20%,浆液配合比:水泥：粉煤灰：水玻璃=1 : 1 : 0.04。加固的范围（深度和厚度）可经过计算确定，被加固的土体具有一定强度和

较高抗渗能力，形成一截水帷幕，截水帷幕的渗透系数不宜小于1.0x10.6cm/s,可保证深坑开挖时，不会出现流沙或管涌现象。当采用悬挂式竖向截水与水平封底相结合的方案时，应对坑底加固土体的抗浮稳定进行验算。

3出现流沙、管涌肘的应急措施

3.1基础出现管涌时的应急措施

3.1.1集水井强排法

集水井强排法的前提是基坑底标高在不透水层以上，且待挖土体中的地下水浸润线标高低于坑底标高。如果由于地下承压水的作用基坑出现管涌，应立即采用细石或绿豆砂将管涌曰覆盖以减少涌水曰的砂土流失，同时在坑底挖临时集水坑用水泵进行明排水，对坑中土进行抢挖。当挖土至坑质标高后，集水井埋入坑底土中，采用潜水泵排水，并在管涌点到集水井之间做排水盲沟使管涌的流水沿盲沟流入集水井。如果管涌点过多,则应在坑底做细石或绿豆砂垫层。集水井可采用直径在600 mm~800 mm 左右的铁皮桶（如柴油桶）做成，桶壁打有集水小孔，外侧为绿豆砂反滤层。当集水井排水使坑中水位低于基坑底设计标高时，立即进行混凝土垫层的浇筑。为了保证垫层混凝土下盲沟或细石垫层排水畅通，在混凝土垫层及砂垫层之间应隔有一层铁皮或30 mm~50 mm厚的预制混凝土板。垫层浇完以后，对集水井口采用钢板封没，并将水泵的出水管采用硬质管引出基坑，并保持水泰抽水连续不断，垫层混凝土具有一定的强度以后立即进行深坑中钢筋混凝土施工。必要时可以采用深坑混凝土单独先浇的方法,以确保深坑施工的安全性。

3.1.2深井降水法

当基坑出现管涌现象时,立即停止开挖并将深坑回填到地下承压水头以上,采用钻孔下套的方法进行打深井,深井的深度-?般在不透水层以下2 m~3 m即可，采用深井抽水，以降低深坑部位的地下承压水头，使其降到坑底标高以下0.5 m。深井的数量应根据深坑大小、承压水头的高度、承压水土层的渗透系数等参数经计算确定。

3.1.3注浆法

在开挖基坑中局部深坑时，如深坑底出现管涌，但承压水头较低时（低于深坑顶面标高）可采用注浆法。首先应立即停止对局部深坑的开挖，并对深坑进行部分土方回填，将流沙、管涌点埋没填高度应高于承压水头的高度。然后采用注浆法将坑中的土方进行注浆加固，其方法同2.2.2节中的土体抗渗加固截水法所述。但由于是应急措施,不宜采用需大型设备进场的深层浆喷搅拌或粉喷搅拌等方法。为加快注浆的凝固和提高早期强度，应在注浆液中掺入一定比例的水玻璃或早强剂。注浆加固土体具有一定的强度后即可进行深坑开挖，当深坑底接近于或穿过不透水层时,应当对坑底土体进行抗浮稳定验算，以确定注浆加固土层的厚度。

3.2基坑出现流沙时的应急措施

当出现深坑流沙时，应立即停止开挖，用土回填或注水至地下水浸润线以上。在深坑周边补下闭合的二级或三级井点。当二级或三级井点开始运行一段时间后，深坑周边的地下水浸润线会逐步下降，从而防止流沙现象的出现。

4结语

在深基坑施工中，特别是在采用放坡大开挖方式施工时，流沙、管涌现象极易出现。所以在拟定施工方案时，要充分周密地设计好基坑降水和排水方案。有些地方土层比较复杂，在地质报告?中不一定能反映出整个降水影响区域的土体渗透系数，导致基坑涌水量计算与实际情况有很大的差距，因而造成在施工过程中出现降水效果不明显或出现流沙现象。因此在设计基坑降水方案时，首先应认真研究地质报告中各土层

的特性，必要时应在实地做土层渗透系数试验。施工前对工程所在地类似工程的施工方法和施工经验做调查研究很有必要,要根据类似工程的经验，采取针对性较强的应急预防措施，做到有备无患,才是确保深基础施工顺利进行的有力保障。

17、地基岩土分几类?各类土划分的依据是什么？

分为六类：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘土、人工填土。

18、答案

G=mg=O. 183kg X10=1.83N

Y=0.00183H-0.0001=18.3KN/m3

183-157/157=16.6%

e=r r d s (1+w) /Y-1 =10X2.73 (1+16.6%) /18.3-1 =0.74

n=e/1+e=42.5%

Ysat=YW (ds+e) /1+e=10 (2.73+0.74) /1.74=19.94

Y 有效=19.94-10=9.94

Yd=Y/1+u)=18.3/1+16.6%=15.69

19、答案

某办公楼地基土样试验中，测得土样的干容重vd=16.5KN/m3,含水量3=20.4%,相对密度ds=2.7,试计算Y、sr、e、Ysat

r=Yd (1+w) =16.5 (1+20.4%) =19.866KN/m3

E= nd, (1+w) /y-1=10X2.7 (1+20.4%) /19.87-1=0.64

Sr=(nds/e=20.4% X2.7/0.64=0.86

yw (ds+e) /1+e=10 (2.7+0.64) /1.64=20.4

20、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的85%为细砂。锤击数大

于30为密实。

21、塑性指数46-18.4=27.6 为粘土32.5-18.4/46-18.4=14.1/27.6=

0.51可塑