《土力学》习题集

答:地下水的渗流方向自下而上,已知土的有效重度为,当向上的动水力

与土的有效重度相等时,这时土颗粒间的压力就等于零,土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定,这种现象叫流沙。

在渗透水流作用下,土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动,以至流失;随着土的孔隙不断扩大,渗透速度不断增加,较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走,最终导致土体内形成贯通的渗流管道,造成土体塌陷,这种现象叫管涌。 防治流土的关键在于控制溢出处的水力坡降,为了保证实际的溢出坡降不超过允许坡降,可采取以下工程措施:1。可通过做垂直防渗帷幕、水平防渗铺盖等,延长渗流途径、降低溢出处的坡降;2。在溢出处挖减压沟或打减压井,贯穿渗透性小的黏土层,以降低作用在粘性土层底面的渗透压力;3。在溢出处加透水盖重,以防止土体被渗透力所悬浮。防止管涌一般可从下列两方面采取措施:1。做防渗铺盖或打板桩等,降低土层内部和渗流溢出处的渗透坡降;2。在渗流溢出部位铺设层间关系满足要求的反滤层。

7.发生管涌和流土的机理与条件是什么?与土的类别和性质有什么关系?在工程上是如何判断土可能发生渗透破坏并进行分类的。

答:发生管涌与流土的机理如上一题答案所诉。发生流土的条件是水力梯度大于或等于临界水力梯度均匀系数愈大,

愈大,值愈低。

。临界水力梯度与土性密切相关,研究表明,土的不

值增大,土的渗透系数

值愈小,土中细颗粒含量高,

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同。无黏性土产生管涌的两个必备条件是: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

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管涌发生的水力条件,可用管涌的水力梯度来表示。

8.试列举几个在工程设计与施工中应用渗透力的例子,说明其应用条件及应注意的问题。

9.什么是流网?流网两族曲线必须满足的条件是什么?流网的主要用途是什么?

10.如下图所示,有A、B、C三种土,其渗透系数分别为KA=1×10-2cm/s,KB=3

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×10-3 cm/s,KC=5×10-4 cm/s,装在断面为10cm×10cm的方管中,问:(1)渗透经过A土后的水头降落值?h为多少?(2)若要保持上下水头差h=35cm,需要每秒加多少水?

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A,B,C

=90/(50/0.01+30/0.003+10/0.0001)=90/35000

2、流量Q=kiA=(90/35000)*(35/90)*10*10=0.1cm3,此为第二题答案 3、根据i=Q/kA=0.1/(0.01*100)=0.1,△h=iL=0.1*50=5cm,此为第一题答案 11.一种粘性土的比重2.70,孔隙比为0.58,试求该土的临界水力坡降?

12.如下图实验中:(1)已知水头差h=20 cm,土样长度L=30 cm,试求土样单位体积所受的渗透力是多少?(2)若已知土样的土粒比重为2.72,孔隙比为0.63,问该土样是否会发生流土现象?(3) 求出使该土发生流土时的水头差h值。

13.在孔隙率为0.35,土粒比重为2.65的土中开挖墓坑,已知基坑底部有一层厚1.25m的上述土层,受到了1.85m以上的渗流水头影响(如见图),问在土层上面至少加多厚的粗砂才能抵抗流土现象发生?(假定粗砂与土具有相同的孔隙率和比重,而且不计砂土的水头损失)。

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14.变水头渗透试验中,土样直径为7.5cm,长1.5 cm,量管(测压管)直径1.0 cm,初始水头h0=25cm,经20min后,水头降至12.5 cm, 求渗透系数K。

15.已知流网如下图所示,(1)试估算沿板桩墙每米渗入基坑的流量(m3/min)。设砂的渗透系数K=1.8×10-2cm/s。(2)试估计坑底是否可能发生渗透破坏,有多大安全系数?设砂的饱和重度为18.5kN/m3。

16.如下图所示地基,粘土层上下的测管水柱高度分别为1m 及5m,在承压力作用下产生自下而上的渗流。(1)试计算出A、B、C三点的总应力、有效应力、孔隙水压力、水力坡降和渗透力。(2)A点处是否产生流土:a.发生;b.不发生;c.临界状态。

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17.如下图所示,在粗砂地基中打入板桩墙,挡水4 m,地基流网如图所示。粗砂渗透系数K=1×10-3 cm/s,孔隙比为0.60,比重为2.65,不均匀系数为8, 求: (1)每米长度上通过等势线Ф4的流量;(2)土体abcd可能发生什么形式的渗透破坏,安全系数多大?(3)A点所受的垂直渗透力和水平渗透力各为多大?

第五章 习题

1.在计算土的竖向自重应力时,采用的是什么理论?做了哪些假设?

2.什么是自重应力与附加应力,附加应力大小与何有关?

答:对一般天然土层来说,自重应力引起的压缩变形在地质历史上早已完成,不会再引起地基的沉降,附加应力则是由于修建建筑物以后在地基内新增加的应力,因此它是使地基发生变形,引起建筑物沉降的主要原因。 3.目前根据什么假设条件计算地基的附加应力?

答:计算地基中的附加应力时,一般假定地基土是各向同性的、均质的线性变形体,而且在深度和水平方向上都是无限延伸的,即把地基看成是均质的线性变形空间(半无限体),这样就可以直接采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。计算基底附加应力时,通常将基底看成是柔性荷载,而不考虑基础刚度的影响。

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4.以条形均布荷载为例,说明附加应力在地基中传播、扩散规律。

5.定义有效应力,并评价它在实际土力学问题中的重要性。

答:饱和土是由固体颗粒构成的骨架和充满其间的水组成的两相体,当外力作用于土体后,一部分由土骨架承担,并通过颗粒之间的接触面进行应力的传递,称为有效应力。另一部分则由孔隙中的水来承担,水虽然不能承担剪应力,但却能承受法向应力,并且可以通过连通的孔隙水传递,这部分水压力称为孔隙水压力。 土的变形(压缩)和强度的变化都只取决于有效应力的变化。引起土的体积压缩和抗剪强度发生变化的原因,并不是作用在土体上的总应力,而是总应力与孔隙水压力之间的差值——有效应力。孔隙水压力本身不能使土发生变形和强度的变化。这是因为水压力各方向相等,均衡的作用于每个土颗粒周围,因而不会使土颗粒移动,导致孔隙体积的变化。它除了使土颗粒受到浮力外,只能使土颗粒本身受到静水压力,而固体颗粒的压缩模量很大,本身压缩可忽略不计。另外,水不能承受剪应力,因此孔隙水压力自身的变化也不会引起土的抗剪强度的变化,正因为如此,孔隙水压力也被称为中性压力。 6.地下水位的变化对地表沉降有无影响?为什么?

答:当地下水位在地基持力层中上升,使土的有效自重应力减小,反之,当地下水位在地基持力层中下降,则土中有效自重应力增大。地下水位突然降落时,由于土还未来得及反应,地基的附加沉降不会发生,而当地下水缓慢降落时,地基土会由于有效自重应力增大而出现附加沉降。

7.分析地下水位下降对地基沉降有什么影响?

8.怎样计算矩形均布荷载作用下地基内任意点的附加应力? 9.简述土的有效应力原理。

答:

,饱和土中任意点的总应力

总是等于有效应力

加上孔隙水压力

10.试绘出以下几种情况附加应力沿深度的分布。 (1)地表作用大面积均布荷载100kPa;(2)地表作用局部荷载;(3)地下水位从地表突然降至z深度;(4)场地瞬时大面积堆填厚h的淤泥质填土,冲填土重度为r。

11.σ=σ’+u是土力学中什么原理的表达式?它对于任何土是否都适用,为什么?试指出其在有关力学课题公析中的重要意义。

12.有一挡土墙,基础宽度6m,埋置在地面1.5 m处,在离基础荷载A点处作用着竖直线荷载P’=2400kN/m, 墙背受到水平推力H’=400 kN/m,其作用点距基底面为2.4 m,如图所示.该地基土的重度为19 kN/m3,试求基础中心点下深度z=7.2

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