土力学期末考试

土力学与地基

基础

课程大作业

一：举例说明土力学中涉及的渗透问题、变形问题和强度问题，

论述土体的变形理论、强度理论和渗流理论的联系。

答：1渗透问题：水闸、土坝挡水后，上游的水会通过坝体、坝

基土体的空隙渗到下游

2变形问题：基础沉降量、沉降差，高层建筑物由于不均匀

沉降被迫拆除

3.强度问题：建筑物地基失稳、堤坝边坡坍滑

4.土体的渗流性将对土体产生2个问题，一是渗漏问题，二

是渗透问题。这就是需要用土体的渗流理论来说明问题；一旦发

生渗流作用，就会导致土体变形，这就需要用土体的变形理论加

以阐述；土体结构发生变化，直接影响土体的稳定性，同时也会

使土体的强度发生改变，这就需要强度理论来研究。

二：结合渝西地区红层泥岩边坡风化现象，分析土的形成过程。说明土的碎散性、三相性、自然变异性的成因，分析论述土的碎散性、三相性、复杂性对土体物理力学性质的影响。（变形、破坏、渗透）

答：1.红层泛指外观以红色为主色调的陆相碎屑岩沉积地层，由于温度和含水量的不同，导致泥岩物理风化。土的形成过程可以概括为风化、脱落、搬运和堆积。物理风化引起岩块的机械碎裂，产生与母岩基本相同的成分，称为原生矿物；然后化学风化，改变原有物质，形成次生矿物；最后是生物风化，动植物的活动对岩石产生破坏。三种风化同时或交替进行。岩石风化后的产物堆积在原处，或经流水、风、冰川等地质作用搬运离开产地而堆积在其他任何可能的地方。地壳表层的岩石经过风化及搬运后形成大小、形状、成分都不相同的松散颗粒集合体——土。土是一种松散的颗粒堆积物，土中固体颗粒之间存在大量孔隙，这些孔隙一般由水和空气填充，因此，土是由矿物颗粒、液体水和空气三部分组成的不连续松散介质。所以，土为多孔、多相的松散体，土体具有碎散性、三相性和自然变异性。

2.土的三相组成，由于土粒的不同，物理状态便不同，土的形状，大小，含水量等都将影响土强度，而渗透特性的强弱与其土的物理性质有莫大的关系，而变形大小的判断，又需要结合渗流作用，如果土体的自身强度不够，就会发生结构上的变化，甚至破坏等。这些现象的发生都与土的性质有关系。

三：何为假黏聚力？非饱和土中，为什么毛细压力会导致“假黏聚力”？

答：1.假黏聚力：毛细力所产生的土粒间的黏结力称为假黏聚力。

2.在非饱和土中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面和土粒接触处的表面引力反作用于土粒，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧，

土因而具有微弱的内聚力，称为毛细内聚力或假内聚力。它实际上是使土粒间的有效应力增高而增加土的强度。但当土体浸水饱和或失水干燥时，土粒间的弯液面消失，这种由毛细压力造成的粒间有效应力即行消失

四：谈谈你对粘性土、非粘性土物理力学性质区别的认识。

答：1.粘性土颗粒细，孔隙小而多，透水性弱，具膨胀、收缩特性，力学性质随含水量大小而变化。粘性土具有粘聚力，其抗剪强度由两部分组成：粘聚力和摩擦力。

2.非粘性土不具有粘聚力，其抗剪强度由摩擦力提供。

五：推证“有效应力原理”。

答：σ =σ′+μ

式中: σ为平面上法向总应力, kPa;σ′为平面上有效法向应力, kPa;μ为孔隙水压力, kPa。

通常把饱和土中由孔隙水来承担或传递的压力定义为孔隙水压力，常以u表示，土体中除孔隙水应力外，还有通过颗粒间的接触面传递的应力，称为有效应力，常以σ′表示，σ′= NS/A (NS:研究平面内所有粒间接触面上接触力的法向分力之总和，A：研究平面的总面积)。

设饱和土体内某一研究平面的总面积为A，其中颗粒间接触面积为As，孔隙水面积为Aw=A-As，该研究面上法向总应力为σ，它必将由该面上的孔隙水和粒间接触面共同来承担，

即：σA=Ns+（A-As）u

σ=NS/A+（1- As/A）u

σ=σ′+（1-α）u

σ =σ′+u

注：α仅为百分之几，实用上可忽略不计。

有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系:当总应力保持不变时,孔隙水压力与有效应力可以相互转化。即有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。土的变形（压缩）与强度的变化都只取决于有效应力的变化。

六：论述流土、管涌的区别和联系。

答：区别：

联系：是否发生管涌，首先取决于土的性质，管涌多发生在砂性土中，其特征是颗粒大小差别较大，往往缺少某种粒径，孔隙直径大且相互连通。无粘性土产生管涌必须具备两个条件：①几何条件：土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，这是必要条件，一般不

均匀系数＞10的土才会发生管涌；②水力条件：渗流力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动是发生管涌的水力条件，可用管涌的水力梯度来表示。但管涌临界水力梯度的计算至今尚未成熟。对于重大工程，应尽量由试验确定。

七：应力计算与变形和强度分析的关系？

答：地基承受荷载以后产生应力和变形，会给建筑物带来两个工程问题，即土体稳定问题和变形问题。如果地基内部产生的应力在土的强度所允许的范围内，则土体是稳定的；反之，如果地基内部某一区域中的应力超过了土的强度，则那里的土体就要发生破坏，当这种破坏区域一旦从土体内部延伸至地面，就可能引起整个地基产生滑动而失去稳定，从而导致建筑物倾倒，如果地基土的变形量超过了允许值，即使土体尚未破坏，也会造成建筑物毁坏或失去使用价值。因此，为了保证建筑物的安全和正常使用，我们必须研究在各种荷载作用下，地基内部的应力分布规律及其额能产生的变形量。

八：举算例说明“角点法”的步骤。

设矩形基础面积为2m*6m，基底上作用着竖直均布荷载p=300kpa，试求基地上A点以下深度z=2m处的竖向附加应力？

解：通过A点将基底划分为两块面积相等的矩形面积（2m*3m），这样A点就落在边长L1=3m、宽度B=2m的两个矩形面积的角点上。根据L1/B=3/2=1.5和z/B=2/2=1，查表得Ks=0.193，所以A点以下2m深度处的附加应力为：

σzA=2Ksp=2*0.193*300=116（kPa）