岩土工程师土力学与基础工程练

岩土工程师土力学与基础工程练

岩土工程师:土力学与基础工程练习一1基本概念土的固相：土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质。土中的无机矿物成分可以分为原生矿物和次生矿物两大类。土的液相：土的液相是指存在于土孔隙中的水。它和亲水性的矿物颗粒表面有着复杂的物理化学作用。按照水与土相互作用程度的强弱，可将土中水分为结合水和自由水两类。结合水：指处于土颗粒表面水膜中的水，受到表面引力的控制而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。结合水又可分为强结合水和弱结合水。自由水：包括毛细水和重力水。毛细水不仅受到重力的作用，还受到表面张力的支配，能沿着土的细孔隙从潜水面上升到一定的高度。重力水在重力或压力差作用下能在土中渗流，对于土颗粒和结构物都有浮力作用。土的气相：指充填在土的孔隙中的气体，包括与大气连通和不连通的两类。与大气连通的气体对土的工程性质没有多大的影响，当土受到外力作用时，这种气体很快从孔隙中挤出；但是密闭的气体对土的工程性质有很大的影响，在压力作用下这种气体可被压缩或溶解于水中，而当压力减小时，气泡会恢复原状或重新游离出来。[例1]概念解释组成粘性土矿物的三种主要成分：蒙脱石、伊利石、高岭石。由于其亲水性不同，当其含量不同时土的工程性质也就不同。[例2]塑性指数的物理意义及其影响因素。塑性指数IP是指液限和塑限的差值，也就是土处在可塑状态时含水量的变化范围。可见，塑性指数愈大，土处于可塑状态的含水量范围也愈大。换句话说，塑性指数的大小与土中结合水的可能含量有关，亦即与土的颗粒组成，土粒的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度等因素有关。从土的颗粒来说，土粒越细、且细颗粒(粘粒)的含量越高，则其比表面和可能的结合水含量愈高，因而IP也随之增大。从矿物成分来说，粘土矿物可能具有的结合水量大(其中尤以蒙脱石类土为)，因而IP也大。从土中水的离子成分和浓度来说，当水中高价阳离子的浓度增加时，土粒表面吸附的反离子层的厚度变薄，结合水含量相应减少，IP也小；反之随着反离子层中的低价阳离子的增加，IP变大。[例3]概念解释。土的结构性：土的结构性是指土的物质组成(主要指土粒，也包括孔隙)的空间相互排列，以及土粒间的联结特征的综合。它对土的物理力学性质有重要的影响。土的结构，按其颗粒的排列方式有：单粒结构、聚粒结构、絮凝结构等。土的结构在形成过程中，以及形成之后，当外界条件变化时(例如荷载条件、湿度条件、温度条件或介质条件的变化)，都会使土的结构发生变化。土的灵敏度：保持原来含水量不变但天然结构被破坏的重塑土的强度比保持天然结构的原状土的强度低，其比值可作为结构性的指标，即灵敏度。[例4]

三相指标之间的换算关系。[例5]砂土相对密度的概念和应用。2例题[例1]某原状土样经试验测得天然密度?=1.7t/m3，含水量w=25.2％，土粒比重Gs=2.72。试求该土的孔隙比e、孔隙率n、饱和度Sr、干重度?d、饱和重度?sat和有效重度??。[解]：

(1)(2)(3)(4)kN/m3(5)kN/m3(6)kN/m3[例2]某粘性土的天然含水量w=35.2％，液限wL=40％，塑限wP=25％，试求该土的塑性指数IP和液性指数IL，并确定该土的状态。[解]：IP=wL-wP=40-25=15IL===0.68查表可知该土的状态为可塑状态。[例3]从某天然砂土层中取得的试样通过试验测得其含水率w=11％，天然密度?=1.70g/cm3，最小干密度为1.41g/cm3，干密度为1.75g/cm3，试判断该砂土的密实程度。[解]已知?=1.70g/cm3，w=11％，可得该砂土的天然干密度为：?d===1.53g/cm3再

由?dmin=1.41g/cm3，?dmax=1.75g/cm3，可得Dr==0.4由于1/3

土力学与基础工程练习二1概念（1）达西渗流定律及其影响因素。（2）土的渗透系数及其影响因素。（3）流砂和管涌的基本概念、发生的条件和判别方法。注意流砂现象发生在土体表面渗流逸出处，不发生于土体内部，而管涌可以发生在渗流逸出处，也可能发生在土体内部。（4）动水力的概念。（5）渗透系数的试验方法。2关于土的渗透性影响土的渗透性的因素必须掌握，影响因素包括：土的粒度成分与矿物成分；结合水膜的厚度；土的结构和构造；水的粘滞度；土中气体。特别值得注意的是：从现场取得的土样进行室内试验测定的渗透系数与现场的实际情况差异很大，往往相差几个数量级，这主要与土的结构的破坏有关。所以，必要时必须进行现场抽水试验。3例题解析[例1]设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30cm2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.4cm，试验开始时的水位差为145cm，经时段7分25秒观察得水位差为130cm，试验时的水温为20?C，试求试样的渗透系数。[解]已知试样的截面积A=30cm2，渗径长度L=4cm，细玻璃管的内截面积

a=?d2/4=3.14?(0.4)2/4=0.1256cm2,h1=145cm,h2=130cm,t1=0,t2=7?6025=445s。则可得

试样在20℃时的渗透系数为cm/s[例2]简要回答影响土的渗透性的因素主要有那些。[答]：（1）土的粒度成分及矿物成分。土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。（2）结合水膜厚度。粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。（3）土的结构构造。天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。（4）水的粘滞度。水在土中的渗流速度与水的容重及粘滞度有关，从而也影响到土的渗透性。[例3]土中应力计算的基本假定及理由有那些。目前土中应力的计算方法，主要是采用弹性力学公式，也就是把地基土视为均匀的、各向同性的半无限弹性体。其计算结果能满足实际工程的要求，其原因有：（a）建筑物基础底面尺寸远远大于土颗粒尺寸，同时考虑的也只是计算平面上的平均应力，而不是土颗粒间的接触集中应力。因此可以近似地把土体作为连续体来考虑，应用弹性理论。（b）土在形成过程中具有各种结构与构造，使土呈现不均匀性。同时土体也不是一种理想的弹性体。但是，在实际工程中土中应力水平较低，土的应力应变关系接近于线性关系。因此，当土层间的性质差异并不大时，采用弹性理论计算土中应力在实用上是允许的。（c）地基土在水平方向及深度方向相对于建筑物基础的尺寸而言，可以认为是无限延伸的，因此可以认为地基土是符合半无限体的假定。

土力学与基础工程练习４1浅基础地基极限承载力：极限承载力的理论、公式和影响地基承载力大小的因素。地基承载力的确定方法。2按规范确定地基承载力：地基承载力的各种确定方法和适用条件；利用规范确定地基承载力的方法。3临塑荷载、极限承载力的概念根据整体剪切破坏过程的荷载变化情况得到临塑荷载和地基极限承载力的定义为：临塑荷载是指地基中将要出现但尚未出现塑性破坏时，地基所能承受的基底压力(或地基从弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段的临界压力)，以pcr表示；地基的极限承载力是指地基中将要出现但尚未出现完全破坏时，地基所能承受的极限基底压力(或地基从弹塑性变形阶段转变为塑性破坏阶段的临界压力)，以pu表示。4按理论公式确定地基承载力。按理论公式确定地基承载力又可以分为两类：一类是按塑性区开展深度确定，按此类确定的承载力属于容许承载力；二是按假定滑动面的方法先确定极限承载力，然后选取适当的安全系数即得到地基容许承载力。在学习这一部分时，主要应该掌握公式的基本假定、推导思路、公式中各项符号的意义以及计算时应注意的问题。另外，必须清楚影响承载力的

各项因素。5关于极限承载力计算公式的含义对于平面问题，若不考虑基础形状和荷载的作用方式，则地基极限承载力的计算公式为：pu=qNqcNcbN可见，地基极限承载力由三部分土体抗力组成：(1)滑裂土体自重所产生的摩擦抗力；(2)基础两侧均布荷载q所产生的抗力；(3)滑裂面上粘聚力c所产生的抗力。上述三部分抗力中，第一种抗力的大小，除了决定于土的重度和内摩擦角以外，还决定于滑裂土体的体积。故而，极限承载力随基础宽度B的增加而线性增加。第二、第三种抗力的大小，首先决定于超载q和土的粘聚力c，其次决定于滑裂面的形状和长度。由于滑裂面的尺度大体上与基础宽度按相同的比例增加，因此，由粘聚力c所引起的极限承载力，不受基础宽度的影响。另外还需要指出：(1)N、Nq和Nc随值的增加变化较大，特别是N值。当=0时，N=0，这时可不计土体自重对承载力的贡献。随着值的增加，N值增加较快，这时土体自重对承载力的贡献增加。(2)对于无粘性土(c=0)，基础的埋深对承载力起着重要作用。这时，基础埋深太浅，地基承载力会显著下降。6常见的基础形式有哪些。7浅基础与深基础的概念，桩基础的特点，负摩擦力的概念。8浅基础有软弱下卧层时的验算。9砂井和砂桩的区别和联系。10天然地基和人工地基的概念。11刚性基础和柔性基础的概念。12刚性扩大基础尺寸的拟定。13桩基础的作用、组成和实用条件。14单桩的工作性状。四、计算题（包括渗透性、土中应力计算、压缩和沉降、土的抗剪强度、土压力等）