基础工程试卷A-带答案

西南交通大学2007－2008学年第(2)学期考试试卷课程代码0134300课程名称基础工程考试时间120分钟题号一二三四五六七八九十总成绩得分阅卷教师签字：一、简答题（每小题6分，共5题30分）1.确定浅基础埋深时，应主要考虑哪几方面的因素？答案：1）建筑物的结构条件和场地环境条件；2）地基的工程地质和水文地质条件；3）季节性冻土地基的最小埋深；2.请解释文克勒地基模型的含义，以及该模型的适用范围。答案：该地基模型是由捷克工程师文克勒（E.Winkler）于1867年提出的。该模型认为地基表面上任一点的竖向变形s与该点的压力p成正比，地基可用一系列相互独立的弹簧来模拟，即ksp式中k为基床系数或称地基系数。当地基土的抗剪强度相当低（如淤泥、软粘土等）或地基的压缩层厚度比基底尺寸小得多，一般不超过基底短边尺寸的一半时，采用文克勒地基模型比较合适。3.试简述以无限长梁的计算公式为基础，利用叠加原理求解有限长梁的方法（可配合图形说明）。答案：将梁AB向两端无限延伸得到一无限长梁，将原荷载P、M作用于无限长梁上，无限长梁在A、B两截面上将分别产生内力Ma、Va和Mb、Vb。而A、B两截面原本为自由端，剪力和弯矩应为零。为保证有限长梁与无限长梁在AB间等效，需要在无限长梁的A、B两处分别施加两组集中荷载[MA，PA]，[MB，PB]，称为端部条件力，并使这两组力在A、B截面产生的弯矩和剪力分别等于外荷载P、M在无限长梁上A、B截面处所产生弯矩的负值（即：-Ma，-Mb，-Va，-Vb），以保证原梁A、B截面上的弯矩和剪力等于零的自由端条件。然后应用无限长梁计算公式求解出[MA，PA]，[MB，PB]。最终将已知的外荷载P、M和端部条件力MA、PA、MB、PB共同作用于无限长梁AB上，按照无限长梁的计算公式分别计算梁段AB在这些力作用下各截面的内力及变形，然后对应叠加，就得到有限长梁在外荷载P、M作用下的内力及变形。班级学号姓名密封装订线密封装订线密封装订线4.何谓桩侧负摩阻力、中性点？在哪些情况下应考虑桩侧负摩阻力的作用？答案：当桩周围的土体由于某些原因发生下沉，且变形量大于相应深度处桩的下沉量，即桩侧土相对于桩产生向下的位移，土体对桩产生向下的摩阻力，这种摩阻力称之为负摩阻力。正负摩阻力分界的地方称之为中性点。通常，在下列情况下应考虑桩侧的负摩阻力作用：1）在软土地区，大范围地下水位下降，使土中有效应力增加，导致桩侧土层沉降；2）桩侧有大面积地面堆载使桩侧土层压缩；3）桩侧有较厚的欠固结土或新填土，这些土层在自重下沉降；4）在自重湿陷性黄土地区，由于浸水而引起桩侧土的湿陷；5）在冻土地区，由于温度升高而引起桩侧土的融陷。5.简要说明高承台桩基础分析的步骤（即如何根据承台外荷载求得基桩内力）。答案1）应用群桩整体刚度系数建立承台位移与外荷载的关系式，求解出承台的整体位移；2）根据承台的整体位移求得各根单桩桩顶的位移（包含横向位移、竖向位移和转角）；3）应用单桩刚度系数建立单桩内力同桩顶位移的关系，求出各根单桩的内力。二计算题6图示柱下独立基础，基底尺寸为3500mm×3000mm，土层条件为：杂填土：γ＝16.0kN/m3；粉质粘土：γ＝18.5kN/m3，fak＝225kPa，ηb＝0.3，ηd＝1.6；淤泥质粘土：γ＝17.8kN/m3，修正后的承载力特征值faz＝80kPa；（1）若柱传至基础的荷载（设计地面处）为：Fk＝980kN，Hk＝20kN，Mk＝100kN﹒m，试计算竖向合力的偏心矩e，并验算基础持力层是否满足承载力要求？（提示：）（2）若地基压力扩散角为23°，在（1）的荷载条件下，试验算软弱下卧层是否满足承载力要求？（本题17分）（1）持力层承载力修正aakbdm(3)(0.5)ffbd=)5.02(26.0*5.184.1*16*1.63)-(3*18.5*0.3225=265.2kPa2分合力偏心矩kNGFkk140020*2*0.3*5.3980mkNdHMMkk1402*201001.01400140kkGFMe2分平均压应力kPaAGFpkkk3.1330.3*5.30.3*5.3*2*209802分承载力检算5.06be2分kPabeAGFpkkk15.156)5.31.0*61(3.133)61(max3分akfp；kPafpak24.3182.1max持力层承载力满足设计要求（2）自重应力kPapcz7.928.3*5.184.1*162分附件应力kPapppck83.99)6.0*5.184.1*16(33.1330kc()(2tan)(2tan)zppblpbzlz＝08.55))23tan(*2.3*23(*))23tan(*2.3*25.3(3*5.3*83.994分kPafkPappazzcz805.14808.557.92故软弱下卧层承载力不满足3.20.601.40地基剖面（尺寸单位:m）淤泥质粘土k粉质粘土kk3.50杂填土aakbdm(3)(0.5)ffbd7在题6中，若柱截面尺寸为900mm×700mm，基底尺寸为3500mm×3000mm，基础埋深和地基条件不变。（1）若传至基础的荷载（设计地面处）为Fk＝1050kN，Hk＝50kN，Mk＝80kN﹒m（基本组合值），作用方向不变，试计算基底净反力；（2）若采用高度为800mm（有效高度750mm）的C20钢筋混凝土扩展基础，验算基础的抗冲切强度（柱下）是否满足要求。（要求画出计算简图）（提示：hptm00.7lFfah，βhp＝1.0，ft＝1.1MPa）（本题14分）（1）弯矩mkNdHMMkk1802*50801分净反力kPaWMAFpj61.7039.1290.3*5.36*1800.3*5.310502minmax3分kPappjj39.129max（2）mat7.0mhaatb2.275.0*27.020由于mlhaatb3201分maaabtm45.12/)2.27.0(2/)(抗冲切力：kNhafmthp375.83775.0*45.1*1100*0.1*7.07.002分2220049.1)75.027.020.3(0.3*)75.029.025.3()22()22(mhallhbbAttl3分kNkNAFlj375.83779.19249.1*39.1291分满足画图3分8图示Winker地基梁的横截面为矩形，已知截面宽度b=1.0m，截面惯性矩I=0.025m4，弹性模量Ec=2.0×107kPa，地基基床系数k=20MN/m3，荷载已示于图中，求梁在A点处的弯矩和剪力。（提示：无限长梁的弯矩、剪力计算公式分别为）（本题10分）44ckbEI＝147316.0025.0*10*0.2*420000*0.1m1分在1M作用下：106.15.3*316.0xmkNexeMMxA90.8)106.1cos(2120cos2106.10!1分kNexxeMVxA42.8))106.1sin()106.1(cos(2316.0*120)sin(cos2106.1011分在2M作用下：计算以2点为对称中心的A点的对称点A’（x0）的弯矩和剪力，然后根据对称性求的A点的弯矩和剪力。A’点：106.15.3*316.0xmkNexeMMxA90.8)106.1cos(2120cos2106.1022分kNexxeMVxA42.8))106.1sin()106.1(cos(2316.0*120)sin(cos2106.1022分无限长梁在弯矩作用下，弯矩关于作用点反对称，剪力关于作用点对称故：mkNMMAA90.8221分kNVVAA42.8221分所以：mkNMMMAAA8.17)90.8(*2211分021AAAVVV也可利用对称性求解，即结构对称、外力对称，则弯矩对称，剪力反对称。3.5m3.5m)sin(cos2,cos200xxeMVxeMMxx9对于摩擦型钻（挖）孔灌注桩，假设（1）桩侧摩阻力沿桩身均匀分布；（2）桩的端阻力为0。设桩在地面以上的长度为l0，地面以下的长度为l，桩的弹性模量和桩身截面积分别为E、A，试推导在桩顶轴力N0作用下桩身弹性压缩量se的计算公式。（本题9分）00()()dzNzNufzz2分0000e0()d()dddllzLLNufzzNlNzszzzEAEAEA2分桩侧摩阻力沿桩身均匀分布，则摩阻力分布函数为ulNzf0)(2分EAllNzEAzlNNEAlNzEAdzulNuNEAlNslll)5.0(dd0000000000000e3分10如图所示的柱下桩基础，柱截面尺寸为1m×0.9m，桩为截面尺寸0.3m×0.3m的预制方桩。由桩传至基础的荷载（基本组合值）为（设计地面处）：F＝4500kN，Mx＝600kN﹒m，My＝540kN﹒m；各土层的承载力指标（经深度修正后）：粉质粘土：qsik＝75kPa，qpk＝1600kPa；中砂：qsik＝78kPa，qpk＝4400kPa；（1）计算单桩的极限承载力Quk；（2）按简化算法计算桩所承受的最大轴向压力（承台及其上部土体的平均重度取为20kN/m3）；（3）按公式01111210)]2()2([hfacacNtxyyxl验算承台受角桩冲切的承载力是否满足要求。（提示：γ0＝1，ft＝1.43MPa，h0＝0.9m，2.048.011xx）（本题20分）（1）极限承载力ppkkpkskukAqlquQQQisi4分kN32.12283.0*3.0*4400)2.1*788*75(*3.0*4（2）最大轴向压力：kNnGFNkk52.959520*5.1*2.3*1.345001分kNyyMxxMNNixiy487.12181.1*41.1*6001*41*54052.959222max2maxmax4分（3）冲切检算44.09.0/4.0/011hxx75.02.048.011xx2分5.09.0/45.0/011hyy686.02.048.011yy2分kNhfacactxyyx45.16879.0*1430*)]2/4.07.0(*686.0)2/45.07.0(*75.0[)]2()2([01111215分45.168749.12180lN满足抗冲切要求。2分yx1.1m1.1m0.55m0.55m1m1m1m0.9m3.2m3.1mFMy1.2m8.0m1.5m填土粉质粘土中砂土1m