河海大学_土力学_课后习题答案

第二章思考题22-1土体的应力，按引起的原因分为自重应力和附加应力两种；按土体中土骨架和土中孔隙（水、气）的应力承担作用原理或应力传递方式可分为有效应力和孔隙应（压）力。有效应力是指由土骨架传递（或承担）的应力。孔隙应力是指由土中孔隙流体水和气体传递（或承担）的应力。自重应力是指由土体自身重量所产生的应力。附加应力是指由外荷（静的或动的）引起的土中应力。2-2自重应力是指由土体自身重量所产生的应力。由静水位产生的孔隙水应力称为静孔隙水应力。土体自重应力应由该点单位面积上土柱的有效重量来计算，如果存在地下水，且水位与地表齐平或高于地表，则自重应力计算时应采用浮重度，地下水位以下的土体中还存在静孔隙水应力。2-3附加应力是指由外荷（静的或动的）引起的土中应力。空间问题有三个附加应力分量，平面问题有两个附加应力分量。计算地基附加应力时，假定地基土是各向同性的、均匀的、线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限的。2-4实际工程中对于柔性较大（刚度较小）能适应地基变形的基础可以视为柔性基础。对于一些刚度很大不能适应地基变形的基础可视为刚性基础。柔性基础底面压力的分布和大小完全与其上的荷载分布于大小相同；刚性基础下的基底压力分布随上部荷载的大小、基础的埋深和土的性质而异。2-5基地中心下竖向附加应力最大，向边缘处附加应力将减小，在基底面积范围之外某点下依然有附加应力。如果该基础相邻处有另外的荷载，也会对本基础下的地基产生附加应力。2-6在计算地基附加应力时，假定地基土是各向同性的、均质的、线性变形体，而且在深度的水平方向上都是无限的，这些条件不一定同时满足，因而会产生误差，所以计算结果会经常与地基中实际的附加应力不一致。2-7有效应力是指由土骨架传递（或承担）的应力。孔隙应力是指由土中孔隙流体水和气体传递（或承担）的应力。静孔隙水应力：0wwuhr习题22-1解：根据图中所给资料，各土层交界面上的自重应力分别计算如下：00cz11118.5237czhkPa21122'3718155czhhkPa2112222''55(2010)165czhhhkPa311222233'''65(1910)392czhhhhkPa41122223344''''92(19.510)2111czhhhhhkPa土的最大静孔隙水应力为：010660wwurhkPa2-2解：2106206312466VGFPGPAdkN基底压力：maxmin178.16246660.3(1)(1)95.9636vpkPaFepkPalbl基底静压力：min095.9171.078.9npprdkPamaxmin178.195.982.2tpppkPa①求O点处竖向附加应力由：321.5lmb001.5znb0.2500SK1440.2578.978.9zoSnKpkPa由：1.50.53lmb001.5znb10tK20.2500tK21202tzotpK3282.2220.2520.5522tzotpKkPa由：321.5lmb001.5znb40.2500SK4482.2220.2520.5522tzoSpKkPa001020304120zzzzzkPa②求A点下4m处竖向附加应力由：641.5lmb42.71.5znb0.1036SK1220.103678.916.35zASnKpkPa由：1.50.256lmb40.676znb0.0695tK2220.069582.211.4258zAttKpkPa1216.3511.425827.78zAzAzAkPa③求B点下4m处竖向附加应力由：313lmb41.333znb0.1412SK1220.141278.922.28zBSnKpkPa282.20.14125.8022tzBSpKkPa由：313lmb41.333znb10.0585tK20.0826tK3182.20.05852.3922tzBtpKkPa2282.20.08263.3922tzBtpKkPa123433.86zBzBzBzBzBkPa2-3解：2-4解：①求自重应力1112'194(209.8)186.19zMhhkPa33'86.19(18.59.8)3112.26zNzMhkPa第三章思考题33-1水在土中的渗透速度与试样两端水平面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比，即：kiLhkv即为达西定律。达西定律只有当渗流为层流的的时候才能适用，其使用界限可以考虑为：0.1/vdweR3-2室内测定土的渗透系数的方法可分为常水头试验和变水头试验两种。常水头法是在整个试验过程中水头保持不变，适用于透水性强的无粘性土；变水头法在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的，适用于透水性弱的粘性土。3-3流网具有下列特征：（1）流线与等势线彼此正交；（2）每个网格的长度比为常数，为了方便常取1，这时的网格就为正方形或曲边正方形；（3）相邻等势线间的水头损失相等；（4）各溜槽的渗流量相等。3-4按照渗透水流所引起的局部破坏的特征，渗透变形可分为流土和管涌两种基本形式。流土是指在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象，它主要发生在地基或土坝下游渗流出处。管涌是指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象，主要发生在砂砾土中。3-5土体抵抗渗透破坏的能力称为抗渗强度，通常已濒临渗透破坏时的水力梯度表示，一般称为临界水力梯度或抗渗梯度。流土的临界水力梯度：)1)(1(nGiscr，该式是根据竖向渗流且不考虑周围土体的约束作用情况下推得的，求得的临界水力梯度偏小，建议按下式估算：)1()1(79.0)1()1(2420CDnnniLcr；管涌土的临界水力梯度：ddGinscr2052)1)(1(2.23-6在静水条件下，孔隙水应力等于研究平面上单位面积的水柱重量，与水深成正比，呈三角形分布；在稳定渗流作用下，当有向下渗流作用时，孔隙水应力减少了hw，当有向上渗流作用时，孔隙水应力增加了hw。一旦流网绘出以后，渗流场中任一点的孔隙水应力即可由该点的测压管中的水柱高度乘以水的重度得到。当计算点位于下游静水位以下时，孔隙水应力由静孔隙水应力和超静孔隙水应力组成。3-7不相同。由达西定律求出的渗透速度是一种假想平均流速，因为它假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来进行的。而实际上，渗透水不仅仅通过土体中的孔隙流动，因此，水在土体中的实际平均流速要比由达西定律求得的数值大得多。3-8一、假定在渗流作用下单元体的体积保持不变，水又是不可压缩的，则单位时间内流入单元体的总水量必等于流出的总水量，即：)()(yyyxxxyxdyqqdxqqqq二、假定土是各向同性的，即xk等于yk，则02222yhxh土的渗透系数不是各向同性的。第四章思考题44-1地基土内各点承受土自重引起的自重应力，一般情况下，地基土在其自重应力下已经压缩稳定，但是，当建筑物通过其基础将荷载传给地基之后，将在地基中产生附加应力，这种附加应力会导致地基土体的变形。4-2压缩系数va是指单位压力增量所引起的空隙比改变量，即e~p压缩曲线的割线的坡度，peppeeav1221；压缩指数cC是指e~lgp曲线直线段的坡度，即：)lg(lglg111221pppeppeeCc；回弹再压缩指数sC是指回弹再压缩曲线（在e~lgp平面内）直线段的坡度；体积压缩系数vm定义为土体在单位应力作用下单位体积的体积变化，其大小等于)1(1eav；压缩模量sE定义为土体在无侧向变形条件下，竖向应力与竖向应变之比，其大小等于vm1，即；zzsE。4-3在无侧向变形条件下的土层压缩量计算公式要求土层均质，且在土层厚度范围内压力是均匀分布的，因此厚土层一般要求将地基土分层。没有必要。4-4前式更准确些，因为压缩系数常取为100kPa至200kPa范围内的值。4-5因为地基土的压缩是由外界压力在地基中一起的附加应力所产生的，当基础有埋置深度d时，应采用基底静压力dnpp去计算地基中的附加应力。4-6有4-7事先对地基堆载预压，能使地基在荷载作用下完成瞬时沉降和住固结沉降，将减少建筑物修盖之后的最终沉降量。4-8在荷载施加的瞬时，由于孔隙水来不及排出，加之水被认为是不可压缩的，因而，附加应力全部由水来承担。经过时间t，孔隙水应力不断消散，有效应力逐渐增加。当t趋于无穷大时，超静孔隙水应力全部消散，仅剩静孔隙水应力，附加应力全部转化为有效应力。饱和土的固结过程就是超静孔隙水应力逐渐转化为附加有效应力的过程。在这种转化过程中，任一时刻任一深度上的应力始终遵循着有效应力原理，即：'up。4-9不对4-10正常固结土和超固结土虽然有相同的压力增量，但其压缩量是不同的，正常固结土的压缩量要比超固结土的大。因为超固结土在固结稳定后，因上部岩层被冲蚀或移去，现已回弹稳定。第五章思考题55-1土的抗剪强度是指土体对于外荷在所产生的剪应力的极限抵抗能力。5-2砂土：tgf粘土：tgcf对于无粘性土，其抗剪强度仅由粒间的摩擦分量所构成，此时c=0；而对于粘性土，其抗剪强度由粘聚分量和摩擦分量两部分所构成。5-3土的抗剪强度与土的固结程度和排水条件有关，对于同一种土，即使在剪切面上具有相同的法向总应力，由于土在剪切前后的固结程度和排水条件不同，它的抗剪强度也不同。5-4把莫尔应力圆与库仑抗剪强度线相切时的应力状态，即f时的极限平衡状态作为土的破坏准则——称为莫尔—库仑破坏准则。根据莫尔—库仑破坏准则来研究某一土体单元处于极限平衡状态时的应力条件及其大、小主应力之间的关系，该关系称为土的极限平衡条件。5-5不是。由245f，知当0时一致。5-6测定土的抗剪强度指标的方法主要有直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验和十字板剪切试验四种。直接剪切试验的优点是：设备简单，试样的制备和安装方便，且操作容易掌握，至今仍为工程单位广泛采用。缺点是：①剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，因为该面不一定是土得最薄弱的面；②试验中，试样的排水程度靠试验速度的“快”、“慢”来控制的，做不到严格排水或不排水，这一点对透水性强的土来说尤为突出；③由于上下盒的错动，剪切过程中试样的有效面积逐渐减小，使试样中的应力分布不均匀，主应力方向发生变化，当剪切变形较大时，这一变形表现得更为突出。为了克服直接剪切试验存在的问题，对重大工程及一些科学研究，应采用更为完善的三轴压缩试验，三轴压缩仪是目前测定土抗剪强度较为完善的仪器。直接剪切、三轴和无侧限试验是室内试验，试样不可避免地受到扰动，其对土的实际情况反映就会受到影响。十字板剪切试验是现场测定土的抗剪强度的方法，特别适应于均匀的饱和软粘土。5-7灵敏度定义为原状试样的无侧限抗压强度与相同含水率下重塑试样的无侧限抗压强度之比，即：uutqqS'。在含水率不变的条件下粘土因重塑而软化(强度降低)，软化后又随静置时间的延长而硬化(强度增长)的这种性质称为粘土的触变性。5-8砂土的抗剪强度将受到其密度、颗粒形状、表面粗糙程度和级配等因素的影响。5-9当砂土受到突发的动力荷载时，产生很大的孔隙水应力，使有效应力变为零，砂土将呈现出液体的状态，该过程称为砂土的液化。5-12正常固结土：当用总应力强度包线表示时，UU试