高等土里学试题

1习题一1、比较流砂和管涌的相同点与不同点以及防治的工程措施。（10分）答：流砂与管涌是导致坎基失稳、斜坡滑动、基坑坍塌的重要原因之一。管涌与流砂通常由工程活动引起，但在有地下水渗出的斜坡，岸边等地带也会发生。管涌与流砂的不同之处在于管涌缓慢的，由少到多地带走细小颗粒，流砂则突然大量带走岩土颗粒，对工程危害很大。防治流砂与管涌的措施有以下几种：（1）尽量避免水下大开挖施工，如利用流砂层上面的土层做天然地基，或采用桩基穿过流砂层等。（2）控制地下水溢出点处的水力梯度，使其小于临界水力梯度。（3）人工降低地下水位。将地下水位降至可能产生的流砂的地层以下，然后再做研究。（4）设置截水墙。截水墙应进入地下一定深度，改善地下水的径流条件，即增长渗流途径，减小地下水力梯度和流速，满足抗管涌流砂的要求。（5）水下开挖。在基坑开挖期间，使基坑内充水，始终保持足够的水头，避免产生流砂的水头差，增加坑壁土体的稳定性。（6）其他方法。如冻结法、化学加固法、加重法、爆炸法等。2、比较太沙基固结理论和比奥固结理论。答：1.建立方程所依据的假设两种理论的假设是基本一致的，即土体骨架线弹性、变形微小、渗流复合达西定律等，但是有一个原则区别，那就是太沙基理论增加了一个假定-在固结过程中法向总应力不随时间而变。2.孔隙压力与位移的关系比奥固结理论考虑了孔隙水压力与土骨架变形的耦合作用；太沙基固结理论，孔隙水压力与土骨架分别计算。太沙基方程中只含孔隙水压力一个未知变量，与位移无关；比奥方程则是包含孔隙压力和位移的联立方程组。比奥固结理论在解孔隙压力的同时也解出位移的变化，这种位移解要比太沙基方法间接估算沉降更符合实际。太沙基理论只能用来近似计算固结沉降，即由孔隙压力变化推求各时刻固结度，进2而求沉降。而比奥固结理论，不仅解出了沉降，还解出了水平位移，这是太沙基理论所无法解决的。3.孔隙压力随时间的变化假定不同，方程不同，两种理论解得的孔隙水压力结果也就不同除固结起始端外，由比奥固结理论和太沙基固结理论得到的超静孔隙水压力消散过程是十分相近的。土层固结度采用比奥固结理论的计算结果要小于用太沙基固结理论的计算结果，且太沙基固结理论曲线与泊松比无关，而比奥曲线受泊松比的影响较显著，若泊松比小则固结慢，反之泊松比大则固结快。3、分别写出湿陷性黄土地基和膨胀土地基为满足承载力和变形要求时，常采取的工程措施。答：湿陷性黄土地基为满足承载力和变形要求，常采取的工程措施有：（1）地基处理措施其目的在于破坏湿陷黄土的大孔结构，以便全部或部分消除地基的湿陷性。常处理的方法有：垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法、其他方法。（2）防水措施其目的是消除黄土发生湿陷变形的外在条件。（3）结构措施结构措施是前俩项措施的补充手段，它包含建筑平面布置力求简单，加强建筑上部结构整体刚度，预留沉降净空等来减小建筑物不均匀沉降或使结构能适应地基的湿陷变形。膨胀土地基为满足承载力和变形要求，常采取的工程措施有：（1）设计措施首先在进行厂址选择时，应避开地质条件不良地段，如浅层滑坡，地裂发育，地下水位变化剧烈的地段等，尽量布置在地形条件比较简单，土质较均匀，膨胀性较弱的场地。建筑体型力求简单，在地基土显著不均匀处，建筑平面转折处和高差较大处以及建筑结构类型不同部位，应设置沉降缝。加强隔水，排水措施。采用宽敞水为主要的防治措施，其宽度不小于1.2米。（2）施工措施在施工中应尽量减少地基中含水量的变化。进行开挖工程时，应快速作业，避免基坑岩土体受曝晒或泡水。雨季施工应采取防水措施。基坑施工完毕后，应回填土夯实。由于膨胀土3破地基具有多向失水性及不稳定性，坡地上的建筑破坏比平坦场地严重，应尽量避免在坡坎上建筑。如无法避开，则应首先通过采取排水措施，设置支档和设置护坡来治坡，整治环境，再开始兴建。4、写出地基破坏的类型和各自的特征以及发生的土质条件。答：破坏类型有：整体剪切破坏、局部剪切破坏及冲剪破坏三种。整体剪切破坏的p-s曲线，地基变形的发展科分为三个阶段：①当荷载较小时，基地压力p与沉降s基本上成直线关系，属线性变形阶段，相应于A点的荷载称为临塑荷载，以crp表示；②当荷载增加到某一数值时，基础边缘处土体开始发生剪切破坏，随着荷载的增加，剪切破坏区逐渐扩大，土体开始向周围挤出，p-s曲线不再保持为直线，属弹塑性变形阶段，相应于B点的荷载称为极限荷载，以up表示；③如果荷载继续增加，剪切破坏区不断扩大，最终在地基中形成一连续的滑动面，基础极具下沉或向一侧倾斜，同时土体被挤出，基础四周地面隆起，地基发生整体剪切破坏，p-s曲线陡直下坡，通常称为完全破坏阶段。一般紧密的沙土，硬粘性土地基常属整体剪切破坏。局部剪切破坏是介于整体剪切破坏和冲剪破坏之间的一种破坏形式。随着荷载的增加，剪切破坏区从基础边缘开始，发展到地基内部某一区域，但滑动面并不延伸到地面，基础四周地面虽然有隆起迹象，但不会出现明显的倾斜和倒塌。相应的p-s曲线，拐点不明显，拐点后沉降增长率较前段大，但不像整体剪切破坏那样急剧增加。中等密实的砂土地基发生局部剪切破坏。冲剪破坏，随着荷载的增加，基础下土层发生压缩变形，当荷载继续增加，基础四周土体发生竖向剪切破坏，基础“切入”土中，但地基中不出现明显的连续滑动面，基础四周地面不隆起，沉降随荷载的增加而加大，p-s曲线五明显拐点。松砂及软土地基常发生冲剪破坏。5、分析影响土体抗剪强度的主要因素。答：影响土体抗剪强度的主要因素有：土的组成，原始密度，孔隙比及含水量等因素，土的结构性，应力历史。另外还有加荷条件，土的各向异性，应变强度软化，时间因素，环境条件等因素都会对抗剪强度带来影响。6、分析地基产生沉降的原因和沉降的类型。答：原因：由于建筑物荷载差异和地基不均匀等原因，基础或路堤各部分的沉降或多或少总是不均匀的，使得上部结构或路面结构之中相应的产生额外的应力和变形。地基不均匀沉降4超过了一定的限度，将导致建筑物的开裂，歪斜甚至破坏。沉降的类型：初始沉降，主固结沉降，次固结沉降。7、有一宽为4m的条形基础，埋深3m，地基为均质的粘性土，其重度为r=19.5KN/3m，固结不排水剪的抗剪强度指标c=20akp，=22°。设土的静止土压力系数0k=0.45，基础与土之间的摩察角=12°。试分别用汉森和维锡克公式计算地基极限承载力。解：汉森公式：q=tan2exptan452=tan22222exptan452=7.77cN=（qN－1）cot22=（7.77－1）cot22=16.76Nr=1.8×（qN－1）tan22=1.8×（7.77－1）tan22=4.92则uq=ccN＋qqN＋12rBrN=20×16.76＋19.5×3×7.77＋12×19.5×4×4.92=981.63魏锡克公式：q=tan2exptan452=tan22222exptan452=7.77cN=（qN－1）cot22=（7.77－1）cot22=16.76Nr=2×（qN＋1）tan22=2×（7.77＋1）tan22=7.09则uq=ccN＋qqN＋12rBrN=20×16.76＋19.5×3×7.77＋12×19.5×7.09=858.878、如图所示长基坑由两边平行的不透水板桩围绕，板桩间距5.8m，基坑开挖深度2.5m，坑内水位抽至与坑底齐平。已知砂土地基的渗透系数k=4.5×510m/s，求（1）沿基坑壁长边每米长度的抽水流量；（2）板桩两侧A和B点的孔隙水压力（A和B在坑底以下0.8m）；（3）坑底土体的水力坡降i。解：（1）由题知m=13,n=7，h=2.5＋3.5=6故基坑壁长边每米抽水流量：5q=nhkm=6×54.510713=41.45103m/s（2）A点的孔隙水压力：Au=2.50.86.52.5whr=10×69×3.3=22akpB点的孔隙水压力：90.86.52.5Bwhur=10×69×8.2=54.67akp（3）坑底土体的水力坡降：i=hL=69=0.67