清华大学土力学-第一章

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清华大学-土力学与地基基础学课后习题答案

清华大学-土力学与地基基础学课后习题答案

《土力学地基基础》第四版习题集解答第一章 工程地质1.1 如何鉴定矿物?准备一些常见的矿物,如石英、正长石、斜长石、角闪石、辉石、方解石、云母、滑石和高岭土等,进行比较与鉴定。

1.2 岩浆岩有何特征?准备若干常见的岩浆岩标本,如花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、玢岩和辉岩进行鉴定。

1.3 沉积岩最显著的特征是什么?准备多种常见的沉积岩标本,如砾岩、角砾岩、砂岩、凝灰岩、泥岩、页岩、石灰岩和泥灰岩等,进行对比鉴定。

1.4 变质岩有什么特征?准备几种常见的变质岩,如大理岩、石英岩、板岩、云母片岩和片麻岩进行比较与鉴定。

1.5解:水池长度、宽度、高度分别为50、20、4m 壁厚0.3m。

水池与地面齐平。

1)底板浮力计算:底板~水面之间的水位深度h=4-2.5=1.5m底板静水压力强度:Pw=γw h=10×1.5=15KPa=15KN/m 2底板面积S 底板=50×20=1000m 2底板上的浮力P 浮= Pw×S 底板=15000KN2)不考虑钢筋混凝土水池自重的侧壁摩擦阻力F 1和抗浮安全系数计算:钢筋混凝土水池的侧壁面积S 侧壁=2×[(50×4)+(20×4)]= 560m 2已知侧壁与土体之间的摩擦强度为μ=10KPa; 侧壁总摩擦力F 1=μ×S 侧壁=10×560=5600KN∵F 1<P 浮,抗浮安全系数K= F 1/P 浮=5600/15000=0.37<1,∴在不考虑钢筋混凝土水池自重时,水池刚竣工,未充水,也不考虑池中水重量,此时不安全。

3)考虑钢筋混凝土水池自重的抗浮安全系数计算:钢筋混凝土的重度一般为γ砼=24KN/m 3;钢筋混凝土水池四个侧壁体积V 1=2×[(50×4×0.3)+(20-2×0.3)×4×0.3]=166.56m 3扣掉侧壁厚度尺寸后钢筋混凝土水池底板体积V 2:V 2=[(50-0.6)×(20-0.6)] ×0.3=287.5m 3所以,水池本身钢筋混凝土的体积V=V 1+V 2=454 m 3钢筋混凝土水池重量W=γ砼×V=24×454=10896KN∵F 1+W=16496>P 浮,抗浮安全系数K= 16496/15000=1.1>1, ∴在考虑钢筋混凝土水池自重时,此时安全。

土力学1-第二章-清华大学

土力学1-第二章-清华大学

水头与水力坡降 土的渗透试验与
达西定律
渗流的驱动能量 反映渗流特点的定律 土的渗透性
渗透系数的测定
及影响因素
层状地基的等效
渗透系数
地基的渗透系数
土的渗透性与渗透规律
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
位置水头:到基准面的竖直距离, 代表单位重量的液体从基准面算起 所具有的位置势能
达西定律:在层流状态的渗流中,渗透速度v与水力坡降i 的一次方成正比,并与土的性质有关
渗透系数k: 反映土的透水性能的比例系数,其物理意义为 水力坡降i=1时的渗流速度,单位: cm/s, m/s, m/day
渗透速度 v:土体试样全断面的平均渗流速度,也称假想 渗流速度
v v vs n
h h A h B
水力坡降
§2.2 土的渗流性与渗透规律 1856 年达西(Darcy)在研究城 市供水问题时进行的渗流试验
仁者乐山 智者乐水
h QA L
或:
Q
h1
L
Q kAi
Q
A
透水石
其中,A是试样的断面积
达西渗透试验
h2
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
Q v ki A
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
试验条件:Δh变化 A,a,L=const
t=t1
h1
量测变量: h,t 适用土类:透水性较小 的粘性土
Q A
h2
t=t2
土样
L
水头 测管
开关
a
室内试验方法-变水头试验法
§2.2 土的渗流性与渗透规律
在tt+dt时段内:

土力学_第1章(序论)

土力学_第1章(序论)

目的是为工程设计、施工和科学研究提供 基础知识。
6
如何学好《土力学》?
一、掌握土力学的特点及研究方法
1. 土是天然介质:种类多 ,变化大,分布形态复杂。 2. 三相体散体介质:颗粒、水、空气,性质复杂。 3. 研究方法:理论+试验+经验。
非常重要
如何学好《土力学》?
二、课前、课堂和课后
(1)课前:预习,提前预习上课的内容,有哪些难的,自己没有看懂的?
为什么要学习《土力学》?
③地下(开挖)工程(采矿、交通、人防、水利等)
Foundation
Soil/ rock slope Borehole /shaft Underground excavation
为什么要学习《土力学》?
④钻探与竖井工程(石油(气)、地质、采矿等)
Foundation
Soil/ rock slope Borehole /shaft Underground excavation
(2)课中:听讲,思考。看看是否有什么不同的想法和看法?
(3)课后:复习,做习题。查找相关文献资料,进行更深层次的探讨。
到实验室,做好相应的土工实验!
结合导师的课题,多参加现场项目,增加实际工程方面的感性认识!!
附1:土力学理论的形成和发展中的著名人物
Charles- Auguste de Coulomb (1736~1806) 法国科学家
(2010年5月5日于中科院力学所)
为什么要学习《土力学》?
前国家主席胡锦涛与《土力学》
来源:清华大学土木水利学院岩土工程研究所 于玉贞教授的《土力学》PPT
5
什么是《土力学》?
定义
土力学:是利用力学的知识和土工试验技术来研究土的强度、变 形和渗透性规律的一门科学。(《土力学》—冯国栋)

新版土力学课后习题答案(清华大学出版社)-新版.pdf

新版土力学课后习题答案(清华大学出版社)-新版.pdf

1-5:
Gs w
d

1e
e G s w 1 2.7 *1 1 0.59
d
1.70
Sr
wGs
22% * 2.7 1 85%
e
0.59
所以该料场的土料不适合筑坝,建议翻晒,使其含水率降低。
1-6:
Dr
(d
) d min
d max
( d max
) d min
d
式中 Dr=0.7
d m ax 1.96 g / cm 3
sat 粘 土
sat 砂 层 ,故只考虑
sat 粘 土 就可以
3
i cr
sat 粘 土 1 2.04 1 1.04 g / cm
h 又 icr
L 则 h 1.38 故开挖深度为
7.5 (h 3) 3
4.5 h 3
6m 时,基坑中水深至少
1.38m 才能防止发生流土现象
i cr 时
L
h L * i cr 30 *1.055 31.65 cm
水头差值为 32cm 时就可使土样发生流土破坏
2-4 解:
(1) h A 6 m , hC
7.5 m , hB
h A hC 2
6.75 m
j r w * i r w * h 3.675 kN / m 3 l
(2)若要保持水深 1m , i
3
1.94 g / cm
ms
2.7
3
d
1.48 g / cm
V s V w 1.81
3
d
d g 14.8 K N / m
Vv e
Vs
0.81
乙:
I p wL w p 8

清华大学版土力学课后答案详解

清华大学版土力学课后答案详解

e VV hV 0.89 0.8 Vs h 1.11
1-8 : 甲: I L
w wp wL wp
45 25 1.33 40 25
流塑状态
乙: I L
w wp wL wp
20 25 40 25
0.33
坚硬(半固态)
I p wL wp 15 属于合作天然地基
则可得: d 1.78g / cm3
d min 1.46g / cm3
1-7 : 设 S=1 , 则 Vs Sh h 则压缩后:
ms VsGs 2.7h mw msw 2.7h *28%
则 Vw mw 2.7h *28%
w
Vs Vw 2.7h *28% h 1.95 则 h 1.11cm
hV 2.0 1.11 0.89cm
1-9 :
A甲
I p甲
P0.002甲
53 36 55
0.31 0.75
属非活性粘土
A乙
I p乙 P0.002乙
70 35 1.3 1.25 27
属活性粘土
乙土活动性高,可能为伊利石,及少量的高岭石,工程性质乙土的可能较
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2-1 解:
第二章
根据渗流连续原理,流经三种土样的渗透速度
v 应相等,即 vA vB vC
7
85000m3
1-4 : 甲:
I p wL wP 40 25 15 设 Vs 1则 ms s * Vs 2.7 g mw 2.7*30% 0.81g 又因为 Sr 100%
VV mw 0.81
w
ms mw 2.7 0.81 1.94 g / cm3 Vs Vw 1 0.81 g 19.4 KN / m3

土力学课件(清华大学)_第1章

土力学课件(清华大学)_第1章

粒径级配曲线和指标的应用
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
原生矿物 - 石英、长石、云母等
矿物质
固体成分 有机质
无定形氧化物胶体
次生矿物
可溶盐
粘土矿物
具有和原生矿物很不相同的特性 对粘土性质的影响很大
固体颗粒 - 矿物成分
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体,颗粒呈片状,是由硅 片和铝片构成的晶包所组叠而成,可分成高岭石、伊利石和 蒙特石三种类型。

上升高度
T
2T cos hc r
毛细升高与孔径成反比
hc
2r
粘土 粉土 砂土 砾石
土中毛细水上升高度
§1.2 土的三相组成 – 土中水
T
毛细管中的 负静水压力
T
张力T
T
uc= -hcw hc 2r
uc
水压
2πrTcosα+ucπr2 = 0
+

则毛细压力:
uc hc
§1.2 土的三相组成 – 土中水
自由水:不受颗粒电场引 力作用的孔隙水
- 毛细水:由于土体孔隙的毛细作 用升至自由水面以上的水。毛细 水承受表面张力和重力的作用。 - 重力水:自由水面以下的孔隙自 由水,在重力作用下可在土中自 由流动。
毛细水
hc
重力水
土中水 – 自由水
§1.2 土的三相组成 – 土中水
§1.2 土的三相组成 – 土中气
自由气体:与大气连通的气体对土的性
质影响不大
封闭气体:被土颗粒和水封闭的气体
其体积与压力有关。会增加土的弹性; 阻塞渗流通道,降低渗透性
溶解在水中的气体 吸附于土颗粒表面的气体

土力学第二版习题解答(第一、二章)(试用版).

土力学第二版习题解答(第一、二章)(试用版).
2-4 ① h=20cm L=30cm L
h i ∆= 32
10 6.67/3
j i KN m ωγ=⋅=⨯=
② 72.2=S G e=0.63
1' 2.721 1.055110.63s cr w G i e γγ--=
===++ 0.67
cr h
i i l ==,故不会发生流土现象。
③ 055.1==cr i i 31.65I cr h L i cm ∆==
1-10按建筑规范分类法:(甲细砂;(乙粉土。
解:甲为细砂『0.075mm以上过85%但0.25mm以上不过50%』由图知600.3d =,500.25d =,300.18d =,100.1d = 60100.330.1
u d C d =
== 22
3060100.18 1.080.30.1
c d C d d =
1-13
(1 e=0.9,则1m 3的土体中3v 0.9
V =1=0.4737m 1+0.9⨯
e=0.65,则1m 3的土体中3v 0.65
V =1=0.394m 1+0.65

在截面为1平米的柱形空间上,孔隙所占高度由0.4737m降到0.394m ,沉降0.08m。已知3w V d S
s sat V +V 0.473710+1-0.473710
1-12在标准击实功情况下,压实度98%时土的干密度为3
1.7700.98=1.735g /cm ⨯。从表1-12看出,若击实功能达不到标准击实功,则需要适当洒水,使含水量提高。若击实功能可以超过标准及时功,则不需洒水,甚至需要翻晒以降低土的含水量。
增加含水量的土的可塑性会提高,反之,降低含水量的土的可塑性会降低。

土力学课件(清华大学)

土力学课件(清华大学)
SPT用测得的标准贯入垂击数N,判定砂土的 密实度或粘性土的密度,确定地基和单桩的承
载力;还可评定砂土的震动液化势。标准贯 入试验适用于砂性土与粘性土。
第十二页,共102页。
地基4勘触探 探 动力触探和静力触探
(1) 动力触探
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距,贯入深度
30cm的击数, N 63.5
(1) 动力触探Dynamic Penetration
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距, 贯入深度30cm的击数, N 63.5
锥状探头
轻型10 kg, 50cm落距,贯入深度30cm
中型 28kg 重型 63.5kg 碎石,砾石地层
特重型 120kg
第九页,共102页。
• 单桥探头 端部Ps=Q/A 比贯入阻力
双桥探头 端部和侧壁
• 土的密实度
• 压缩性
• 强度
• 桩和地基的承载力
电缆 传感器
传感器 传感器
单桥探头
第十五页,共102页。
双桥探头
地基勘探
示意图
静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化 划分土层, 承载力、 压缩性、不排水抗剪强度、砂土密实度等 静力触探适用于粘性土和砂类土
第十六页,共102页。
地基勘探
5 现场试验 In situ testing
十字板 Vane Shear-饱和软粘土 载荷板试验Loading Plate-深浅均可 旁压仪 Pressuremeter -较深地基
第十七页,共102页。
地基勘探
十字板
F
F Mmax=F×D
f
Mmax D2 D
H
2. 极限承载力pu
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• 矿物成分与母岩相同,称原 生矿物 • 产生无粘性土
土的形成与风化作用
§1.2 土的形成
仁者乐山 智者乐水
物理风化
• 母岩表面和碎散的颗粒受环 境因素的作用而改变其矿物 的化学成分,形成新的矿物
化学风化
• 颗粒成分发生质的变化
• 矿物成分与母岩不同,称次
生矿物
生物活动
• 形成十分细微的土颗粒,最 主要为粘性颗粒及可溶盐类
38 36 72
粒径(mm)
水分法
粒径(mm) 百分数P(%)
0.05 26
0.01 13.5
固体颗粒 - 粒径级配
0.01 0.005
0.005 10
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配 累积曲线
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
引力
自由水
d
土中水 – 结合水
§1.2 土的三相组成 – 土中水
仁者乐山 智者乐水
自由水:不受颗粒电场引 力作用的孔隙水
- 毛细水:由于土体孔隙的毛细 作用升至自由水面以上的水。 毛细水承受表面张力和重力的 作用 - 重力水:自由水面以下的孔隙 自由水,在重力作用下可在土 中自由流动
毛细水
hc
高岭石 蒙特石 伊利石
• 晶层间通过氢键联结,联结力强,晶 格不能自由活动,水难以进入晶格间
• 能组叠很多晶层,多达百个以上,成 为一个颗粒。颗粒长宽约0.3-3,厚 约0.03-1。 • 主要特征:颗粒较粗,不容易吸水膨 胀和失水收缩,或者说亲水能力差。
粘 土 矿 物
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
粘土粒
+
玻璃筒
水位 升高
粘土膏 玻璃皿
粘土矿物的带电性质
研究表明,片状粘土颗粒表
面常带有电荷,净电荷通常 为负电荷
阳离子 粘土颗粒
水分子
粘土矿物的带电特性
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
原生矿物:一般颗粒较粗,呈粒状。 有圆状、浑圆状、棱角状等。 次生矿物:颗粒较细,多呈针状、片 状、扁平状。 比表面积:单位质量土颗粒所拥有的 总表面积。对于粘性土,其大小直接 反映土颗粒与四周介质,特别是水,相 互作用的强烈程度,是代表粘性土特 征的一个很重要的指标。 高岭石的比表面积为:10-20m2/g,伊 利石:80-l00m2/g,蒙特石:800m2/g
中 细
d
粗 中
20
5
60
2
0.5 0.25
0.075
粗粒土:以砾石和砂砾为主要组成的土,也称无粘性土。
细粒土:以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土,也称粘性土。
固体颗粒 - 颗粒大小
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水

粒径级配:各粒组的相对含量,用质量百分
数来表示
分析方法:
• 筛分法:适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子 • 水分法:适用于细粒土 常采用比重计法
高岭石 蒙特石 伊利石 • 与蒙特石相似,由两层硅片夹一层 铝片所形成的三层结构,但晶层之 间有钾离子连结。 • 主要特征:连结强度弱于高岭石而 高于蒙特石,其特征也介于两者之 间。
粘 土 矿 物
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
粘土的电泳和电渗现象
(列依斯, 1809)
残积土
无搬运
岩屑或细小颗粒后,未经搬 运残留在原地的堆积物 残积土 • 颗粒表面粗糙 • 多棱角 • 粗细不均 • 无明显层理
运积土
有搬运
强风化 弱风化
微风化
母岩体
搬运与沉积
§1.2 土的形成
仁者乐山 智者乐水
风化所形成的土颗粒,受自然力的 残积土
无搬运
作用搬运到远近不同的地点所沉积
的堆积物
仁者乐山 智者乐水
小于某粒径之土质量百分数(%)
斜率: 某粒径范围内颗 粒的含量 陡-相应粒组含量多 缓-相应粒组含量少 平台-相应粒组缺乏 特征粒径: d50 : 平均粒径 d60 : 控制粒径 d10 : 有效粒径 d30
土的粒径级配累积曲线
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 5.0
土的形成与风化作用
§1.2 土的形成
仁者乐山 智者乐水
物理风化
• 包括植物、动物和土壤微 生物的作用 • 可加剧物理和化学风化 • 构成土中有机质和营养物 质的生物循环
化学风化
生物活动
• 导致腐殖质的形成,改变
土壤的结构
土的形成与风化作用
§1.2 土的形成
仁者乐山 智者乐水
母岩表层经风化作用破碎成
均匀系数: Cu = d60 / d10
表示,Cu 5,称为不均 匀土,反之称为均匀土 连续程度: 用曲率系数 Cc = d302 / (d60 ×d10 ) 度量, Cc=1~3为连续级 配, >3或<1为不连续级配
d60 d50 d30
粒径(mm)
0.10 0.05 1.0 0.5
固体颗粒 – 级配曲线
• 主要特征:颗粒细微,具有显著的吸 水膨胀、失水收缩的特性,或者说亲 水能力强。
粘 土 矿 物
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
依硅片和铝片组叠 形式的不同,可分 成如下三种类型:
2:1的三 层结构
Si Si
Si Si
钾离子
Si Si
Si Si
Al Al
Al Al
• 是云母在碱性介质中风化的产物。
粒径级配曲线和指标的应用
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
原生矿物 - 石英、长石、云母等
矿物质 无定形氧化物胶体 次生矿物 可溶盐
固体成分 有机质
粘土矿物
具有和原生矿物很不相同的特性 对粘土性质的影响很大
固体颗粒 - 矿物成分
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
阳离子
结合水:受颗粒表面电场作用力
吸引而包围在颗粒四周,不传递静水 压力,不能任意流动的水
粘土 颗粒
水分子
- 强结合水:
• 排列致密,密度>1g/cm3 • 冰点处于零下几十度 • 完全不能移动,具有固体的特性 • 温度略高于100°C时可蒸发
强结合水
弱结合水
- 弱结合水:
• 受电场引力作用,为粘滞水膜 • 外力作用下可以移动 • 不因重力而流动,有粘滞性
• 坡积土:土粒粗细不同,性质不均
• 洪积土:有分选性,近粗远细
运积土
有搬运
• 冲积土:浑圆度分选性明显,土层交迭
• 湖泊沼泽沉积土:含有机物淤泥,土性差
• 海相沉积物:颗粒细,表层松软,土性差 • 冰积土:土粒粗细变化较大,性质不均匀
• 风积土:颗粒均匀,层厚而不具层理
搬运与沉积
仁者乐山 智者乐水
仁者乐山 智者乐水
依硅片和铝片组叠 形式的不同,可分 成如下三种类型:
2:1的三 层结构
Si
Si
Si
Si
Al Al
数层 水分子
Si
Si
Si
Si
Al Al
高岭石 蒙特石 伊利石
• 晶层间是O2-对O2-的连结,联结力很 弱,水很容易进入晶层之间。
• 每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒 大小约为0.1-1 ,厚约0.001-0.01。
0.01 0.005
0.001
d10
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
小于某粒径之土质量百分数(%)
曲率系数举例
Cc=13, 级配连续 缺少小颗粒,Cc
缺少大颗粒,Cc
粒径(mm)
曲线 d60
L M R 0.33
d10
d30
Cu
66
0.081 0.005 0.063 0.030
OH1-
硅片
铝离子Al3+
Al Al
铝片
铝-氢氧八面体 硅片的结构 硅片简图
粘 土 矿 物
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
仁者乐山 智者乐水
依硅片和铝片组叠 形式的不同,可分 成如下三种类型:
1:1的两 层结构
Al Al Si Si
高岭 石微粒
Al Al
Si Si Al Al
Si Si
《土力学1》之第一章
土的物理性质与工程分类
张 丙 印
清华大学土木水利学院 岩 土 工 程 研 究 所
第一章:土的物理性质与工程分类
本章提要
• 对土的特点进行详细解释 • 对土的组成和状态进行定量描述 • 内容琐碎、零散 • 理清各节间联系 • 理清各节内层次 • 注意物理概念的把握
本章特点 学习要点
仁者乐山 智者乐水
过程、条件
土的组成、结构 和物理力学性质
风化、搬运、沉积
Hale Waihona Puke 岩石地质成岩作用土
土 的 形 成
§1.2 土的形成
仁者乐山 智者乐水
物理风化
• 岩石和土的粗颗粒受各种气 候等物理因素的影响产生胀
化学风化
缩而发生裂缝,或在运动过 程中因碰撞和摩擦而破碎
• 是颗粒大小发生量的变化
生物活动
0.01 0.005
Cc
3.98 2.41 0.545
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