强夯后地基土变形模量与承载力的反演计算*
孔令伟袁建新
文摘通过建立反分析模型，提出强夯后地基土变形模量的确定方法，即可根据计算所得的夯沉量随变形模量变化的关系曲线，运用单值反分析法，以达到夯实效果时的单击夯沉量来确定，进而结合载荷实验的基本理论，按相对沉降法预测夯后地基土的容许承载力。大量反演计算实例表明，所得结果精度满足工程要求，可靠性也较高，为预测强夯加固效果、检验原设计的合理性和改进强夯设计方案提供了一种新的分析途径。
关键词强夯法，变形模量，容许承载力，反分析法
中图法分类号TU 472.31
Back-calculation of modulus of deformation and bearing capacity for foundation after dynamic consolidation
Kong Lingwei Yuan Jianxin
(LRSM,Institute of Rock and Soil Mechanics,Chinese Academy of Sciences，
Wuhan,430071)
Abstract In this paper,through establishing model of back analysis,the modulus of deformation for foundation after dynamic consolidation can be determined by single-valued back analysis method, in which the settlement-modulus of deformation curve and the final drop settlement for control of soil densification are used.Based on the basic theory of plate loading test,the allowable bearing capacity can be predicted by the relative settlement ratio method. Many practical examples of calculation show that the calculated results can satisfy the engineering demand and have high reliability.Therefore,a new method is provided to predict the improvement effect, to check the rationality of orignal design and to improve the design for dynamic consolidation.
Key words dynamic consolidation,modulus of deformation,allowable bearing capacity,back analysis
1 前言
强夯法目前仍停留在累积经验阶段，严格的强夯理论分析和强夯设计方法还没有真正建立起来。前人的研究领域主要集中在强夯机理的分析及影响深度的计算，对强夯后地基承载力的估算和地基变形的预测方面尚不多见，目前主要还是通过原位测试和室内土工实验来确定其加固效果。虽然有人最近采用质量—弹簧—阻尼器模型试图对强夯法处理地基后承载力的计算进行探讨［1］，但该类模型实际上是一维的微分方程，从本质上与Scott的一维线弹性模型无本质的差异。即使是用一维弹塑性波动方程求解强夯表面应力与位移，也不可能同时使得强夯的边界接触应力、接触时间及夯沉量与实测资料相符［2］。因为从力学观点看，地基土受到夯锤冲击的
过程，完全可作为轴对称的三维动力问题求解，应用一维模型求解不考虑侧向应力及变形与实际情况有较大出入。事实上，强夯的受荷面积相对于待加固的地基是很小的，不处在一个数量级上，用一维模型来描述其性状，显而易见是不合理的；把在动荷载作用下的地基土作静力计算，必须将动反力进行折减，这具有很大的人为性，而所涉及的诸多参数均需要现场试验确定，这在很大程度上难以真正从理论与实用上解决强夯后地基土的承载力和变形沉降问题。
反分析法在岩土工程中，特别是在地下工程领域内得到了广泛应用，已取得了大量系列成果。在土工方面，利用实测沉降资料来反算地基土的变形模量以供设计计算之用，早在60年代在我国已有研究［3］。近年来，反分析法在土工问题分析中得到了愈来愈多的应用［4］。但从目前文献看，如何利用强夯施工过程中所记录的基本数据资料分析强夯加固效果，特别是反分析法在强夯中的应用尚未见到报道。因此，利用强夯施工的原始记录资料来估算强夯后地基土的变形模量与承载力大小具有十分重要的实用价值。
本文在以往研究工作的基础上［5，6］，通过建立合理的反分析模型，利用强夯时停止夯击的标准（即达到夯实效果时单击夯沉量）来反演强夯后地基土的变形模量，定量地预测强夯后地基土的容许承载力大小，为强夯设计和施工提供参考。
2 强夯后地基土变形模量反分析算法
在文献［5］中，笔者曾从实用出发，假设强夯时夯锤撞击地表面时，其接触应力沿锤底均匀分布，结合夯锤的刚体运动方程和成层弹性地基空间轴对称动力问题的传递矩阵法，利用Laplace-Hankel联合变换这一新途径，导出了强夯的边界接触应力与沉降在变换域中的解析式，进而进行反变换求得接触应力与沉降的时程关系，并以边界接触应力为零时的时间为接触应力时间，其对应的沉降为强夯的夯沉量。从几个工程算例看，以边界接触应力为零时所确定的接触应力时间对应的沉降量计算结果与工程实测夯沉量相符程度较好。在此基础上，通过考虑接触应力沿锤底非均匀分布特性，对成层地基的强夯接触应力计算问题进行了探讨，发现所得加权平均接触应力比均匀假设计算值为大，接触时间为小，但在接触时间所对应的沉降差异不大，认为用该方法计算强夯的夯沉量可采用接触应力均匀分布的假设［6］。以往采用弹性模型及边界元法计算的强夯夯坑瞬间沉降量也有类似的结果［7］。帅方生通过大量的工程算例也表明，从现有的计算结果与工程实际对照来看，其精度令人满意，并给出了供强夯加固地基设计应用的图表。从文献［5］的具体推导和结果看，强夯的夯沉量可用下列函数f表示：
u z=f(m, h, a, E i, ρi, μi) (i=1～N) (1)
即f是夯锤自重m，落距h，锤底半径a，N层地基参数模量E i，密度ρi和泊松比μi的函数。为方便应用，假设强夯达到夯实效果的地基土为匀质地基，匀质地基特性等效于实际夯后的地基，则式(1)可简化为
u z=f(m, h, a, E, ρ, μ) (2)
从式(2)可看出，参数m, h和a为已知，从强夯施工的实践看，强夯地基土处于夯实效果时都趋向于较密实状态，密度ρ可由现场试验测得，具体选用时可采用在预估的加固深度范围内的加权平均值，若无条件时，可采用《工程地质手册》中经验数据，一般而言，夯后地基土较密实，可取ρ=2.00 g/cm3。同样，夯后密实的地基土泊松比μ也可用经验确定，可参见《土工原理与计算》表9～13［8］，一般
对强夯后地基土μ取0.25较为适宜。在上述参数确定后，强夯的夯沉量即为其变形模量的函数，于是，根据变形模量的大小区间，从小到大通过改变E值得到一系列相应的夯沉量，将所计算所得的夯沉量与变形模量结果绘制出u z E关系曲线(如图1)，取单击控制夯沉量所对应的变形模量为强夯后地基土的变形模量E0。
图1 夯沉量随地基土变形模量变化关系
Fig.1 Relation between settlement and modulus of deformation for
foundation
实际上，上述计算强夯后变形模量的方法是单值反分析法，利用u z E曲线这一单一图谱，在已知u z的情况下反演E0值。整个过程的待求参数只有一个，在强夯的操作参数确定的情况下，从夯沉量的大小可初步估算强夯的效果，根据现场施工夯沉量可达到的程度来检验原始设计参数的可行性和合理性，为强夯设计提供依据。
值得注意的是，上述所求得的变形模量E0本质上为强夯作用下的动模量，它与静荷载的变形模量是不同的。但国内曾有人对地基强夯点动静弹性参数进行过对比测试，结果表明，小变形的动力弹性模量E d与静力变形模量E0之比大约是7～8［9］，这同天津大学等4校编写的《地基与基础》专著中推荐的7.5倍相接近［10］。国外的有关经验资料表明，强夯过程中土体的剪切模量大约为小变形剪切模量的
1/10(G=ρv2s/10)［11］。钱家欢等根据室内动力固结试验认为，强夯时土体受动冲击荷载，其变形模量同静载作用下的变形模量在量上并无大的不同，建议在进行强夯数值分析时所选用的变形模量最好是现场实测土的静变形模量［12］。因此，我们认为上述用单值反分析法求得的变形模量与静力变形模量在数值上相等，根据夯沉量反演计算出的模量也即为强夯后地基土的变形模量。
3 强夯后地基承载力的计算
平板载荷试验是目前确定地基承载力比较直观的方法，普遍认为成果比较可靠。根据弹性半无限体表面受荷原理，可得土体变形模量E0的计算式，即
(3)
式中B为圆形承压板的直径，或方形承荷板的边长；ω为系数，圆形承压板加荷时取0.79，方形承压板加荷时取0.88；p为承压板底面的压力；s为与荷载p相应的沉降。
式(3)也可写成如下形式：
(4)
在一般情况下，强夯后地基土的载荷试验的sp曲线不出现明显的拐点，对于其承载力的确定常采用相对沉降控制方法进行。相对沉降法即是根据沉降量和承压板直径的比值s/B确定。对于夯后容许承载力的s/B值按设计要求而定。
由式(4)可知，泊松比μ可根据上述方法经验确定，相对沉降比k=s/B已给定，求得强夯地基土的变形模量后，夯后容许承载力便不难求出。此时所求出的容许承载力等效于载荷板尺寸与强夯锤底面积相同条件下载荷试验成果按相对沉降法确
定的容许承载力。
至此，强夯后地基土变形模量与承载力的反演算法已得到解决。
4 工程算例与成果分析
为检查本文反演计算方法的可行性和合理性，先就山西化肥厂湿陷性黄土地基强夯工程为例。现场湿陷性黄土层厚9～15 m，强夯夯锤重250 kN，锤底面积7.0 m2，单击夯击能分别为6.25 MN.m, 5.00 MN.m(即落距分别为25 m和20 m)。夯击次数均为13击，6.25 MN.m和5.00 MN.m最后一击贯入度均为20～30 cm。夯后地基土容重为19.6 kN/m3左右，夯后地基土容许承载力加权值分别为285 kPa和260 kPa，锤底动应力最大值分别为6.4 MPa和4.7 MPa［13］。取最后一击地基土泊松比μ=0.25,由能级6.25 MN.m和5.00 MN.m计算夯沉量随变形模量变化关系如图2所示，取单击控制夯沉量u z=25 cm时，由图2可知，能级6.25 MN.m和5.00 MN.m夯后的变形模量分别为25.0 MPa和20.0 MPa，以s/B=0.01确定的容许承载力分别为303 kPa 和242 kPa。图3为锤底动应力最大值随变形模量的变化曲线，图4为锤底动应力最大值随夯沉量的关系曲线。笔者认为为了能和实测锤底动应力最大值具可比性，应取u z=20.0 cm时所对应的计算锤底动应力最大值，由图4可知，能级6.25 MN.m 和5.00 MN.m所对应的锤底动应力最大值分别为6.7 MPa和5.3 MPa；当取u z=25.0 cm时，所对应的锤底动应力最大值分别为5.5 MPa和4.3 MPa。
图2 夯沉量随地基土变形模量变化关系(山西化肥厂) Fig.2 Relation between settlement and modulus of deformation
for foundation(Shanxi huafeichang)
图3 锤底动应力最大值随变形模量的变化关系
Fig.3 Relation between maximum dynamic stress in the hammer bottom and
modulus of deformation
图4 锤底动应力最大值随夯沉量变化关系
Fig.4 Relation between maximum dynamic stress in the hammer
bottom and settlement of deformation
从上面的结果可以看出，本文所建议的反演方法不仅在变形模量与承载力方面与现场实测结果相符，同时所计算出的动应力最大值也和实测结果相接近。虽然文献［13］未能给出载荷试验所确定的承载力和变形模量，同时也未能给出动应力最大值的测定值是多大夯沉量所对应获得的数据，但由表1的结果应该可以认为，采用单值反分析法确定强夯后变形模量与承载力的正确性基本上得到验证。
表1 山西化肥厂工程计算值与实测值对比
Table 1 Comparison of calculated and measured values
of Shanxi huafeichang project
以多个实际强夯工程的计算结果对单值反分析法用于强夯后地基土的加固效
果的可靠性作进一步论证，并用载荷试验结果作为标准，以兹对照，如表2所示。
表2 强夯后地基土变形模量与容许承载力反演计算值与实测值的对比
Table 2 Comparison of back-calculated and measured values of modulus of deformation and allowable bearing capacity for foundation after dynamic
consolidation
注：表中括号内数值为假设值。
从上面9个工程的计算结果与实际检测结果不难看出，精度尚令人满意。从理论上讲，由于载荷试验成果反映的是承压板下大约1.5～2.0 倍承压板直径深度范围内土的性状，较难反映深层土的性状，而强夯后一般在浅层易形成硬壳层，因此,所得承载力和变形模量偏大。但由于采用本文所建议的反分析模型计算所得夯沉量,及接触应力大小和接触时间长短主要受浅层(一般为3～6 m)地基的参数影响，因此计算值与实测值的差异并不很大，能满足一般强夯工程的需要。
5 结论
(1)采用单值反分析法反演强夯后地基土的变形模量，进而用所求得的变形模量结合载荷板试验的基本理论解析式按相对沉降法预测地基土的容许承载力，从理
论上是可行的，且所需的原始数据资料夯沉量在现场施工的记录中信手可得，在不增加检测项目的条件下便可以进行反演计算，对一般强夯工程均能实施，具有较好的实用价值。
(2)在反演计算实施过程中，所需的已知参数泊松比μ和密度ρ易于按较为成熟的经验或试验确定，单击控制夯沉量一般按最后二三击夯沉量总和的平均值计较为合理，所得结果受人为因素的干扰较小，数值计算的可靠性高，易于工程应用。
(3)从反演计算的结果还可以看出，在夯击能和夯锤自身参数确定的情况下，为了能使施工效果达到设计所需的承载力和沉降要求，必须控制好收锤的夯沉量标准。根据施工达到夯实效果时的单击夯沉量可判定强夯设计的可行性和能否达到预期的加固效果，如在现有操作参数条件下，现场施工的收锤标准达不到要求，则可按本文所建议的反演计算方法修改设计的强夯操作参数，也即单值反分析法可为指导强夯施工和优化设计提供一定的参考价值。
(4)根据单击控制夯沉量来反演计算地基土的变形模量和承载力，从理论上讲是指施工完成瞬间的数值，而实际工程检测值是在施工结束后一段时间内夯后地基土颗粒结构调整和强度增长后获得的。因此，本文方法主要适用于碎石土、杂填土、砂土和一般性非饱和土。对于饱和的细粒粘土情况如何反演其夯后参数和加固效果，尚需作进一步探讨。
* 国家自然科学基金资助项目(No.59479013).
作者简介孔令伟，男，1967年生,1990年毕业于武汉化工学院矿山系，1993年、1997年在中科院武汉岩土力学所分别获硕士和博士学位，助理研究员。现从事非饱和土力学方面的研究工作。
作者单位：中科院武汉岩土力学研究所LRSM开放实验室，武汉，430071
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四、问答题 1. 孔隙率：土中孔隙体积与土总体积之比。 2．地基极限承载力：当地基土体中的塑性变形去充分发展并形成连续贯通的滑移面时，地基所 p也称为地基极限承载力。 能承受的最大荷载，称为极限荷载 u 3. 静止土压力：刚性挡土墙保持原来位置静止不动，则作用在挡土墙上的土压力。 4. 颗粒级配：混合土的性质不仅取决与所含颗粒的大小程度，更取决于不同粒组的相对含量，即土中各粒组的含量占土样总重量的百分数。这个百分数习惯上称为土的颗粒级配。 5．土坡失稳：是指土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。6．土粒比重：土颗粒与同体积4℃纯水的质量之比。 7．最优含水量：土的压实效果与含水量有关，当土的含水量达到某一特定值时，土最容易被压实，获得最大干密度，这个特定的含水量值就是最优含水量。 13．孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比。 14．粒径级配：土中某粒组的相对含量。 15．冲积土：由江河水流搬运的岩石风化产物在沿途沉积而成。 16．风化作用：是指由于气温变化、大气、水分及生物活动等自然条件使岩石破坏的地质作用。17．风积土：由于风夹带砂砾对岩石的打磨和风对岩石风化碎屑的吹扬、搬运、沉积而成的土称为风积土 18．土的稠度：粘性土在不同含水量时呈现不同的软硬程度，称为土的稠度。 19、土的粒径级配：是指土中不同大小颗粒的相对含量。粒径级配曲线的纵坐标是指小于某粒径的土重占总土重的百分数 20．表面结合水：细小土粒因表面的静电引力吸附周围的水分子而形成的一层水膜。密度较大，不能传递静水压力。 21．土粒比重：土颗粒与同体积4℃纯水的质量之比。 22．灵敏度：评价粘性土结构性强弱的指标，是指同一粘性土的原状土与重塑土的无侧限抗压强度之比。 23．最优含水量：土的压实效果与含水量有关，当土的含水量达到某一特定值时，土最容易被压实，获得最大干密度，这个特定的含水量值就是最优含水量。 24．粘性土可塑性：在外力作用下，粘性土可任意改变形状而不裂、不断。当外力拆除后，土仍能保持已改变的形状，这就是可塑性。 25．孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比。 26．粒径级配：土中某粒组的相对含量。 27．冲积土：由江河水流搬运的岩石风化产物在沿途沉积而成。 28．风化作用：是指由于气温变化、大气、水分及生物活动等自然条件使岩石破坏的地质作用。
《土力学与地基基础》课程题库（第5章） 一、名词解释 土的压缩性、压缩系数、压缩模量、先期固结压力 二、单项选择题 1、在一般的压力作用下，土的压缩现象一般是指（）。 A．固体颗粒被压缩 B．土中水被压缩 C．土中封闭的气体被压缩 D．孔隙中的水和气体被排出 2、土的压缩曲线（e-p曲线）比较陡，说明（）。 A．土的压缩性比较大 B．土的压缩性比较小 C．土的相对密度比较大 D．土的相对密度比较小 3、在实际工程中，通常采用压力间隔由（）时所得的压缩系数a1?2来评价土的压缩性。 A．1kPa增加到2kPa B．10kPa增加到20kPa C．100kPa增加到200kPa D．1000kPa增加到2000kPa 4、土的压缩性比较大，说明（）。 A．土的压缩系数比较大 B．土的压缩系数比较小 C．土的相对密度比较大 D．土的相对密度比较小 5、土的压缩性比较大，说明（）。 A．土的压缩模量比较大 B．土的压缩模量比较小
C．土的相对密度比较大 D．土的相对密度比较小 6、（）在历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力。 A．正常固结土 B．超固结土 C．欠固结土 D．未固结土 7、超固结土的先期固结压力p c与现有覆盖土重p1的大小关系是（）。 A．p c>p1 B．p c 第一章习题 1.土的颗粒级配曲线愈陡，其不均匀系数C u值愈________。 2.无粘性土主要指__________和__________。 3.土的孔隙比定义式为_______________。 4.不均匀系数C u>10的土__________，作为填方材料时易获得较大_______________。 5.塑性指数小于或等于10、粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总质量50%的土称为__________。 6. 颗粒分析试验对于粒径大于0.075mm的粒组可用__________测定。 7. 颗粒分析试验中对于粒径小于0.075mm的粒组可用__________或移液管法测定。 8. 粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50%的土称为土。 9. 在土的三相比例指标中，土的密度、土的含水量和是通过试验测定的。 10. 粘性土中含有强结合水和弱结合水，其中对粘性土物理性质影响较大的是。 11. 表示粘性土粘性大小的指标是。 12. 工程中，常用的粒径级配分析方法主要有筛分法和___________两种。 13. 反映细粒土结构特性的两种性质一是粘性土的________，二是粘 性土的触变性。 14. 在土的三相比例指标中，有关密度的指标共有 _______ 个，其中用于控制填土施工质量的指标是___________ 。 15. 在建筑工程中，将地基土分为 _______大类，其中Ip＞17的土的名称为 ___________ 。 16. .评价砂土密实度特征的指标主要有__________、______________、____________________。 17. 土的密度常用环刀法测定，土的含水量常用_________测定，土粒比重常用比重瓶法测定。 18．甲、乙两粘性土的塑性指数不同，则可判定下列指标中，甲、乙两土有差异的指标是( ) A.含水量 B.细粒土含量 C.土粒重量 D.孔隙率 19.工程上控制填土的施工质量和评价土的密实程度常用的指标是 ( ) A.有效重度 B.土粒相对密度 C.饱和密度 D.干密度 20. 衡量土的粒径级配是否良好，常用（）指标判定。 A、不均匀系数 B、含水量 C、标贯击数 D、内摩擦角 21. 土的结构性强弱可用（）反映。 A、饱和度 B、灵敏度 C、粘聚力 D、相对密实度 22. 土中的水中，( )能够传递静水压力。 A.强结合水 B.弱结合水 C.重力水 D.以上都不对 地基承载力=8*N-20(N为锤击数） 地基的承载力是随负载增加而地基单位面积的承载力。常用单位KPa是评估基础稳定性的综合术语。应该指出的是，基础承载力是基础设计的一个实用术语，它有助于评估基础的强度和稳定性，而不是土壤的基础特性指标。土的抗剪强度理论是研究和确定地基承载力的理论基础。 在荷载作用下，地基要产生变形。随着荷载的增大，地基变形逐渐增大，初始阶段地基土中应力处在弹性平衡状态，具有安全承载能力。当荷载增大到地基中开始出现某点或小区域内各点在其某一方向平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，该点或小区域内各点就发生剪切破坏而处在极限平衡状态，土中应力将发生重分布。这种小范围的剪切破坏区，称为塑性区（plastic zone）。地基小范围的极限平衡状态大都可以恢复到弹性平衡状态，地基尚能趋于稳定，仍具有安全的承载能力。但此时地基变形稍大，必须验算变形的计算值不允许超过允许值。当荷载继续增大，地基出现较大范围的塑性区时，将显示地基承载力不足而失去稳定。此时地基达到极限承载力。 确定方法： （1）原位试验法（in-situ testing method）：是一种通过现场直接试验确定承载力的方法。包括（静）载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等，其中以载荷试验法为最可靠的基本的原位测试法。 （2）理论公式法（theoretical equation method）：是根据土 的抗剪强度指标计算的理论公式确定承载力的方法。 （3）规范表格法（code table method）：是根据室内试验指标、现场测试指标或野外鉴别指标，通过查规范所列表格得到承载力的方法。规范不同（包括不同部门、不同行业、不同地区的规范），其承载力不会完全相同，应用时需注意各自的使用条件。 （4）当地经验法（local empirical method）：是一种基于地区的使用经验，进行类比判断确定承载力的方法，它是一种宏观辅助方法。 土力学与地基基础作业 一、简答题（每题6分，共60分） 1、什么是残积土？ 2、什么是主动土压力？ 3、什么是土的抗剪强度？ 4、什么是软弱地基？ 5、什么是基础埋置深度？确定基础埋深的基本原则是什么？ 6、选择基础埋置深度应考虑哪些因素的影响？ 7、垫层有什么作用？ 8、简述直接剪切试验和三轴压缩度验的优缺点。 9、简述三种粘土矿物的结构特征及其基本的工程特性。 10、地基变形依其特征分为哪几种？ 二、填空题（每空1分，共12分） 1、常用的土的颗粒级配分析方法有、。 2、墙后填土为粘性土的挡土墙，若离填土面某一深度范围内主动土压力强度为零，则该深度称为。 3、土的抗剪强度指标在室内通过试验、和验测定。 4、由于桩、承台、土的相互作用，单根桩与群桩中的桩相比在桩侧阻力、桩端阻力、沉降等方面性状有明显不同，这种现象称为________。 5、设计地下室的外墙时，外墙所受到的侧向压力通常采用三种土压力中的________。 6、判别粘性土软硬状态的指标是________。 7、基底附加压力式中d表示________。 8、原状土试样的无侧限抗压强度与重塑土样的无侧限抗压强度之比称为土的________。 9、土的颗粒级配曲线平缓说明土的颗粒，级配良好。 三、计算题（每题7分，共28分） 1、某框架柱采用预制桩基础，如图示，柱作用在承台顶面的荷载标准组合值为Ｆｋ=2600kN，Mk= 300kN·m，承台埋深d=1m，单桩承载力特征值为Ra=700kN。试进行单桩竖向承载力验算。 2、如图所示的某建筑物柱下单独基础，其基底尺寸ι=6m，b=2m，作用在±0.00标高（室内地面）处的竖向荷载设计值为2295- 6kN，天然地面标高为-0.45m，其他指标见图。试按持力层承载力的要求，验算基底尺寸是否合适。 3、某场地第一层为粘性土层，厚度为4m，其下为基岩，经试验测得粘性土层的平均孔隙比e=0. 700，平均压缩系数a=0.5Mpa-1。求该粘性土的平均压缩模量Es。现在粘性土层表面增加大面积荷载p= 1OOkPa，求在该大面积荷载作用下粘性土层顶面的最终固结沉降量。 4、对某原状土样进行侧限压缩试验，在1OOkPa、200kPa压力作用下稳定后的孔隙比分别为0. 744和0.709，试计算该土在此压力段的压缩模量。 《土力学与地基基础》模拟题（一） 一、填空题（每小题1分，共10分） 1、根据地质成因条件的不同，有以下几类土：、、、 等等。（残积土、坡积土、洪积土、冲积土） 2、颗粒分析试验对于粒径小于或等于60mm，大于0.075mm的土，可用测定。（筛析法） 3、当动水压力等于或大于土的有效重度时，土粒处于悬浮状态，土粒随水流动，这种现象称为。（流沙） 4土方开挖遵循、、和的原则。（开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖）5深基坑土方开挖方案主要有、、、等。（放坡开挖、盆式开挖、中心岛式开挖、逆作法开挖） 6 边坡系数是以土方与之比表示。（深度H、底宽B） 8 铲运机的特点是能综合完成、、和 等土方施工工序。（挖土、装土、卸土、压土、平土； 回答四个即可满分） 9 常用的机械压实方法有、、 等。（碾压法，夯实法，振动压实法） 10 碾压法适用于的填土工程。（大面积填土工程） 11井点降水主要有、、、电渗 井井点和深井井等几种。（轻型井点、喷射井点、管井井点）12常用的土方机械有： _______、 ________、________、装载机等。（推土机、铲运机、挖土机） 13零线即和的分界线，也就是不挖不填的线。（挖方、填方） 14 土一般由、和三部分组成。（固体颗粒、水、气体） 15 施工高度是与的差值。（场地设计标高、自然地面标高） 16 影响填土压实质量的主要因素有、、和 。（压实功、含水量、铺土厚度） 2．土的含水量对填土压实质量有较大影响，能够使填土获得最大密实度的含水量称为土的最佳含水量。 17 土方施工中，按照划分，土可分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石八类。（坚硬程度或者开挖难易程度） 18 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002，根据岩土的主要特征，按照工程性能近似原则把作为地基的岩土分为_______、碎石土、________、粉土、________和人工填土六类。（岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土） 19 基坑开挖和回填常见的质量通病主要有___________、___________、和__________。（基坑边坡塌方、基坑泡水、回填土沉陷） 20 一般轻型井点的管路系包括_______、__________、_________、___________。（滤管、井点管、弯联管、集水总管） 21 轻型井点设备由_____________和____________组成。（管路系统、抽水设备） 22、土颗粒试验分析结果用表示。（颗粒级配曲线） 13、土中液态水可以分为自由水和。（结合水） 14、土的饱和度Sr= 时,为完全饱和状态；当Sr= 时,为完全干燥 状态。（1，0） 15、无粘性土的物理状态指标是，粘性土的物理状态指标是含水率。（密实 度） 16、当粘性土液限为39%,塑限为21%时,则塑性指数为。（18） 27、工程土的压缩变形主要是由于孔隙中的和被挤出，致使土孔 隙减小。（水，气体） 30、挡土墙后面的填土压力可以分为主动土压力、被动土压力、。（静止土 压力） 31、说出三种土压力主动土压力E a 、静止土压力E 、被动土压力E p 的大小关系： 。（E a 地基承载力检测 一、地基土载荷实验 地基土载荷实验用于确定岩土的承载力和变形特征等，包括：载荷实验；现场浸水载荷实验；黄土湿陷实验；膨胀土现场浸水载荷实验等。检测内容：天然地基承载力，检测数量不少于3点；复合地基承载力抽样检测数量为总桩数的0.5%～1.0%，且不少于3点，重要建筑应增加检测点数。CFG桩和素混凝土桩应做完整性检测。 1．地基土载荷实验要点 用于确定地基土的承载力，依据《建筑地基基础设计规范》 （GB50007）。 （1）基坑宽度不应小于压板宽度或直径的3倍。应注意保持实验土层的原状结构和天然湿度。宜在拟试压表面用不超过20mm厚的粗、中砂层找平。 （2）加荷等级不应少于8级。最大加载量不应少于荷载设计值的两倍。 （3）每级加载后，按间隔10、10、10、15、15min，以后为每隔0.5h读一次沉降，当连续2h内，每h的沉降量小于0.1mm 时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。 （4）当出现下列情况之一时，即可终止加载： ①承压板周围的土明显的侧向挤出； ②沉降s急骤增大，荷载-沉降（p-s）曲线出现陡降段； ③在某一荷载下，24h内沉降速度不能达到稳定标准； ④s/b≥0.06（b:承压板宽度或直径） （5）承载力基本值的确定： ①当p～s曲线上有明显的比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值； ②当极限荷载能确定，且该值小于对应比例界限的荷载值的1.5倍时，取荷载极限值的一半； ③不能按上述二点确定时，如压板面积为0.25～0.50㎡,对低压缩性土和砂土，可取s/b=0.01～0.015所对应的荷载值；对中、高压缩性土可取s/b=0.02所对应的荷载值。 （6）同一土层参加统计的实验点不应少于3点，基本值的极差不得超过平均值的30%，取此平均值作为地基承载力标准值。 2. 现场试坑浸水试验 用于确定地基土的承载力和浸水时的膨胀变形量。依据《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112）附录三“现场浸水载荷试验要点”。其操作重点： （1）承压板面积不应小于0.5㎡。 （2）分级加荷至设计荷载，当土的天然含水量大于或等于塑限含水量时，每级荷载可按25kPa增加。每组荷载施加后，按0.5h、1h各观察沉降一次，以后每隔1h或更长时间观察一次，直到沉降达到相对稳定后再加下一级荷载。 （3）连续2h的沉降量不大于0.1mm/2h时，即可认为沉降稳 土力学及地基基础试题A卷 北京交通大学海滨学院 2011-2012学年第一学期出题单位或教师：时国松、王鹏程 【土力学及地基基础】课程试题（A卷） 姓名 本试卷共有5道大题 一、填空题（本题满分10分，共有10道小题，每道小题1分）1. 基础根据埋置深度可以分为深基础和o 2.地基剪切破坏的形式可分为整体剪切破坏、和冲剪破坏三种。 3.整体上说，粘性土的土坡稳定稳定分析方法可以分为整体圆弧滑动法和。 4.中心荷载作用下，基础下塑性区开展的最大深度控制在基础宽度的。5 ?土的结构性强弱可用 反映。 6.挡土墙按期刚度分可以分为刚性挡土墙和o 7.判定黄土是否具有湿陷性可根据室内压缩试验，一定压力下测定的 来判断。8.若土体中的前期固结压力超过了现有的土自重应力，则该土为 。 9.地基土在某一压力作用下，经历时间t所产生的沉降量与最终沉降量之比称为O 10 .渗透变形可以分为管涌和两种 基本类型。二、 单项选择题（本题满分10分，共有10道小题，每道小题1分） A 由土颗粒的压缩引起的 B 由土中水被压缩引 C 由孔隙体积减小引起的 C 土体本身压缩模量 A 密度、含水率、孔隙比 B 密度、含水率、饱 C 密度、含水率、相对密度 D 干密度、含水 率、 B 压缩系数 C 压缩指数 A EO>Ea >Ep B Ep>EO>Ea 1. 土颗粒的大小及其级配，通常是用颗粒级配曲线来表示的，级配曲 线越平缓表示：（）A 土颗粒大小较均匀，级配良好 土颗粒大小不均匀，级配不良C 土颗粒大小不均匀，级配良好 D 土颗粒大小均匀，级配不良2.土体具有压缩性的主要原因是（ 起的 较小引起的 3. 在均质土层中，土的竖向自重应力沿深度的分布规律是：（ A 均匀的 B 曲线的 C 折线的 D 直线的 4. 土的三个基木物理指标是：（ 和度 相对密度 5. 以下各土的压缩性指标中，不是通过室内试验得到的是：（ A 压缩模量 D 变形模量 6. 在相同条件下，作用在挡土墙上的静止土压力E0、主动土压力Ea 和被动土压力Ep 的大小关系是：（ C Ep>Ea> 正 0 D EO>Ep>Ea 地基承载力特征值计算方法梳理 地基承载力计算是地基计算中重要且最基本的工作，一直以来，不少设计人员只习惯于深宽修正的计算方法，对于地基承载力的概念以及各种计算方法认识不清。故对于地基承载力的基本概念、地基设计的理念以及在地基设计过程中多种地基承载力计算方法及其综合应用，需要进行必要的梳理和说明。 1 地基承载力特征值的概念 关于地基承载力的概念，应当从地基土和结构两个方面来认识。 “地基承受荷载的能力称为地基的承载力。通常区分为两种承载力，一种称为极限承载力，它是指地基即将丧失稳定性时的承载力。另一种称为容许承载力，它是指地基稳定有足够的安全度并且变形控制在建筑物容许范围内时的承载力”。地基极限承载力不仅与地基土的性质有关，还与基础的形式、形状、埋置深度、宽度等有关。“而容许承载力则还与建筑物的结构特性等因素有关”。 基础构建必须既要保证基底压力处于安全的应力水平，又要将沉降控制在容许的范围内。 2 地基承载力特征值与地基设计的关系 基本建设程序是“先勘察、后设计、再施工”。勘察单位的工作成果是岩土工程勘察报告（以前是工程地质勘察报告）。设计单位依照勘察报告进行地基基础设计。勘察报告的地基评价内容包括地基承载力，这是设计人员最为关心的。 以天然地基上的浅基础为例，得到勘察报告当中的地基承载力建议值，经过计算就能得出深宽修正后的地基承载力fa值，据此就可以设计基础尺寸并展开基础设计的后续工作。 在这一设计流程当中，存在着某些不正确的倾向，有的设计人员认为勘察报告建议值可以放心大胆采用，反正出了问题是勘察单位负责。 对于勘察报告给出的包括地基承载力建议值在内的岩土设计参数，应当加以正确理解与使用，需要有一个再分析的过程，这个过程其实也是地基设计的一个过程。可以看出，前述的设计流程看似顺理成章，其实不然，主要的问题就在于容易忽视重要环节——地基设计。 地基评价和地基计算都属于地基设计的范畴。正如工程勘察大师顾宝和先生所指出的“地基承载力的建议值目前虽然一般由勘察报告提出，但不同于岩土特性指标，本质是地基基础的设计。” 土力学与地基基础习题 一、简答题、填空题、名词解释部分 1、不均匀系数 2、曲率系数 3、什么情况是级配不良？什么是级配良好？ 4、对粘性土的塑性、工程性质影响最大的是__(选项：强结合水、弱结合水、毛细水、重力水)。 5、电泳、电渗实验说明什么？在基坑排水中，把阳极放在基坑中还是岸边？ 6、简述土的单粒结构、蜂窝结构、絮状结构。 7、①某粘性土，G s=2.72，用环刀法测密度，环刀重42g，环刀加土重150g，环刀高20mm，内径61.8mm，则该土的密度是__（保留2位小数）g/cm3。容重是__（保留1位小数）kN/m3。 ②用烘箱法测该土样的含水量，铝盒编号C1553，铝盒重11.18g，盒加湿土重28.83g，烘干冷却后盒加干土重24.32g，则该土样的含水量是__％（保留2位小数）。③该土样的孔隙比是__（保留3位小数），饱和度是__％（保留2位小数）。 8、将某土样分成三份：A、B、C，向A里加入适量的水调和均匀，用76g的液限仪圆锥在5秒内沉入深度恰好为10mm，取出该土样测其含水量为39％；将B稍烘干进行搓条，当直径达到3mm时土条表面出现均匀裂缝并开始断裂，测其含水量为23％；直接测得C的含水量为30％。则该土的液限是__％，塑限是__％，塑性指数是__，液性指数是__，该地基土是__（选项：粉土、粉质粘土、粘土），该土处于__（选项：坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑）状态。 9、(保留3位小数)某环刀内土为粉土，G s=2.72，含水量为36％，密度为1.68g/cm3，环刀高为20mm，净面积30cm2，把环刀内土样放置在压缩仪上进行压缩，开始时在1kPa压力作用下压缩仪上测微表读数为8.72，在100kPa压力作用下24小时后测微表读数为7.70（其中仪器变形量为0.04），在200kPa压力作用下24小时后测微表读数为7.54（其中仪器变形量为0.06），则土样原始孔隙比e0=__，100kPa压力下固结后孔隙比e1=__，200kPa压力下固结后孔隙比e2=__，土的压缩系数a1-2=__（要写单位），100kPa压力下土固结后的压缩模量 E s=__（要写单位），该土是__（选项：低压缩性土、中压缩性土、高压缩性土）。 10、基础埋深1.5m，埋深范围内土重度为18kN/m3，基础底面积2m33m，基础顶面有竖向荷载600kN，则基底压力是多少？基底附加压力是多少？2m深处与4m深处附加压力哪个大？如果基础还作用一弯矩200kN2m，则基底最大压力是多少？ 11、有两个基础，埋深都是1m，基底面积分别是1m32m（小基础）和2m34m（大基础），经过计算，基底压力、附加压力完全相同，小基础基底角点正下方3m深处附加压力是30kPa，问大基础基底中心点下方3m深处附加压力是多少？ 12、已知土样的一组直剪试验成果，在正应力为σ=100kPa、200kPa、300kPa和400kPa时，测得的抗剪强度分别为τ=85kPa、112 kPa、135 kPa和160 kPa。请作出抗剪强度包线并在图中标出c和υ，该土的抗剪强度指标粘聚力c=__，摩擦角υ=__。 土力学与地基基础考试试题及答案 一、填空题 1.土的稠度状态依次可分为（固态），（半固态），（可塑态），（流动态），其界限含水量依次是（缩限），（塑限），（液限）。 2.土的天然容重、土粒相对密度、土的含水界限由实验室直接测定，其测定方法分别是（环刀法），（比重瓶法），（烘干法）。 3.桩按受力分为（端承桩）和（摩擦桩）。 4.建筑物地基变形的特征有（沉降量）、（沉降差）、（局部倾斜）和倾斜四种类型。 ５.天然含水量大于（液限），天然孔隙比大于或等于（1.5）的粘性上称为淤泥。 6.土的结构分为以下三种：（单粒结构）、（蜂窝状结构）、（絮状结构）。 7.附加应力自（外荷引起的应力）起算，自重应力自（自重引起的应力）起算。 8.土体受外力引起的压缩包括三部分（固相矿物本身的压缩）、（土中液相水的压缩）、（土中孔隙的压缩）。 1、地基土的工程分类依据为《建筑地基设计规范》，根据该规范，岩土分为（岩石）、（碎石土）、（砂土）、（粉土）、（粘性土）和（人工填土）。 2、地基的极限荷载指（地基剪切破坏发展即将失稳时所能承受的极限荷载）。 3、根据工程（工程重要性）等级、（场地复杂程度）等级和（地基复杂程度）等级，可将岩土工程勘察等级分为甲级、乙级和丙级。 4、按桩的制作分类，可分（预制桩）和（灌注桩）两类。 5、桩身中性点处的摩察力为（0）。 6、土的颗粒级配是指组成土颗粒的搭配比例，可以用颗粒级配曲线表示。其中横坐标代表（粒径），纵坐标代表（小于某粒质量占全部土粒质量的百分比）。 7、土的稠度状态依次可分为（固态），（半固态），（可塑态），（流动态），其界限含水量依次是（缩限），（宿限），（液限）。 8、附加应力自（外荷引起的应力）起算，自重应力自（自重引起的应力）起算。 9、最优含水率是指（在压实功能一定条件下,土最易于被压实、并能达到最大密度时的含水量）。 二、选择题 1.建筑物施工速度较快，地基土的透水条件不良，抗剪强度指标的测定方法宜选用（A）。（A）不固结不排水剪切试验（B）固结不排水剪切试验 （C）排水剪切试验（D）直接剪切试验 2.土的结构性强弱可用（B）反映。 （A）饱和度（B）灵敏度（C）粘聚力（D）相对密实度 3.有一完全饱和土样切满环刀内，称得总重量为72.49克，经 大工秋《土力学与地基基础》在线作业答案 大工10秋《土力学与地基基础》在线作业1 1. 某一完全饱和粘性土试样的含水量为30%，液限为33%，塑限为17%，该土的液性指数为()。 A. 0.71 B. 0.91 C. 0.81 D. 0.61 正确答案：C 满分：5 分 2. 当砂土相对密实度为0的时候，砂土处于最()状态。 A. 最密实 B. 最疏松 C. 不密实也不疏松 D. 无法判断 正确答案：B 满分：5 分 3. 含水量对下列哪种土的过程性质影响较大？() A. 粉土 B. 粉砂 C. 细砂 D. 碎石土 正确答案：A 满分：5 分 4. 有一原状土样切满于体积为60cm3的环刀内，称得总质量为114g，经105℃烘干至恒重为89g，已知土粒比重为2.69。则该土的天然含水量为()。 A. 28% B. 27% C. 36% D. 42% 正确答案：A 满分：5 分 5. 某工程地基经验获得原状土样的基本指标：土粒比重为2.70，天然含水量为18.9%，密度为1.71g/cm3，则该土的饱和度为()。 A. 58.2% B. 63.7% C. 34.8% D. 78.4% 正确答案：A 满分：5 分 6. 某一完全饱和粘性土试样的含水量为30%，液限为33%，塑限为17%，该土的塑性指数为()。 A. 3 B. 16 D. 6 正确答案：B 满分：5 分 7. 当砂土相对密实度为1的时候，砂土处于最()状态。 A. 最密实 B. 最疏松 C. 不密实也不疏松 D. 无法判断 正确答案：A 满分：5 分 8. 有一原状土样切满于体积为60cm3的环刀内，称得总质量为114g，经105℃烘干至恒重为89g，已知土粒比重为2.69。则该土的饱和度为()。 A. 91.% B. 85.1% C. 92.9% D. 76.5% 正确答案：C 满分：5 分 9. 某工程地基经验获得原状土样的基本指标：土粒比重为2.70，天然含水量为18.9%，密度为1.71g/cm3，则该土的孔隙比为()。 A. 0.396 B. 0.568 C. 0.877 D. 0.945 正确答案：C 满分：5 分 10. 有一原状土样切满于体积为60cm3的环刀内，称得总质量为114g，经105℃烘干至恒重为89g，已知土粒比重为2.69。则该土的孔隙比为()。 A. 0.813 B. 0.974 C. 0.798 D. 0.793 正确答案：A 满分：5 分 大工10秋《土力学与地基基础》在线作业1 1. 砂土的分类是按颗粒级配及其形状进行的。 A. 错误 B. 正确 正确答案：A 满分：5 分 2. 天然土若为饱和土，则天然密度与饱和密度相等。 第五章结构力学的方法 1、常用的计算模型与计算方法 (1)常用的计算模型 ①主动荷载模型：当地层较为软弱，或地层相对结构的刚度较小，不足以约束结构茂变形时，可以不考虑围岩对结构的弹性反力，称为主动荷载模型。 ②假定弹性反力模型：先假定弹性反力的作用范围和分布规律、然后再计算，得到结构的内力和变位，验证弹性反力图形分布范围的正确性。 ③计算弹性反力模型：将弹性反力作用范围内围岩对衬砌的连续约束离散为有限个作用在衬砌节点巨的弹性支承，而弹性支承的弹性特性即为所代表地层范围内围岩的弹性特性，根据结构变形计算弹性反力作用范围和大小的计算方法。 (2)与结构形式相适应的计算方法 ①矩形框架结构：多用于浅埋、明挖法施工的地下结构。 关于基底反力的分布规律通常可以有不同假定： a.当底面宽度较小、结构底板相对地层刚度较大时假设底板结构是刚性体，则基底反力的大小和分布即可根据静力平衡条件按直线分布假定求得(参见图5.2.1 ( b )。 b.当底面宽度较大、结构底板相对地层刚度较小时，底板的反力与地基变形的沉降量成正比。若用温克尔局部变形理论，可采用弹性支承法；若用共同变形理论可采用弹性地基上的闭合框架模型进行计算。此时假定地基为半无限弹性体，按弹性理论计算地基反力。 矩形框架结构是超静定结构，其内力解法较多，主要有力法和位移法，并由此法派生了许多方法如混合法、三弯矩法、挠角法。在不考虑线位移的影响时，则力矩分配法较为简便。由于施工方法的可能性与使用需要，矩形框架结构的内部常常设有梁、板和柱，将其分为多层多跨的形式，其内部结构的计算如同地面结构一样，只是要根据其与框架结构的连接方式(支承条件)，选择相应的计算图式。 ②装配式衬砌 根据接头的刚度，常常将结构假定为整体结构或是多铰结构。根据结构周围的地层情况，可以采用不同的计算方法。松软含水地层中，隧道衬砌朝地层方向变形时，地层不会产生很大的弹性反力，可按自由变形圆环计算。若以地层的标准贯入度N来评价是否会对结构的变形产生约束作用时，当标准贯入度N>4时可以考虑弹性反力对衬砌结构变形的约束作用。此时可以用假定弹性反力图形或性约束法计算圆环内力。当N<2时，弹性反力几乎等于零，此时可以采用白由变形圆环的计算方法。 接头的刚度对内力有较大影响，但是由于影响因素复杂，与实际往往存在较大差距，采用整体式圆形衬砌训算方法是近似可行的。此外，计算表明，若将接头的位置设于弯矩较小处，接头刚度的变化对结构内力的影响不超过5％。 目前，对于圆形结构较为适用的方法有： a.按整体结构计算。对接头的刚度或计算弯矩进行修正； 土力学与地基基础考试试题 一、填空题（每小题1分，共10分） 1、根据地质成因条件的不同，有以下几类土：、、、等等。 2、颗粒分析试验对于粒径小于或等于60mm，大于0.075mm的土，可用测定。 3、当动水压力等于或大于土的有效重度时，土粒处于悬浮状态，土粒随水流动，这种现象称为。 4土方开挖遵循、、和的原则。 5深基坑土方开挖方案主要有、、、等。 6 边坡系数是以土方与之比表示。 8 铲运机的特点是能综合完成、、和等土方施工工序。 9 常用的机械压实方法有、、等。 10 碾压法适用于的填土工程。 二、选择题（单选，每小题3分，共30分） 1.土的含水量越大土质越是松软，（） A压缩性高，强度高B压缩性低，强度高 C压缩性高，强度低D压缩性低，强度低 2.填土的压实就是通过夯击、碾压、震动等动力作用使（）减少而增加其密实度。 A土体的孔隙B土体的比重C土体中的水D土体颗粒 3.土压实的目的是为了减少其（），增加土的强度。 A渗透性B压缩性C湿陷性D膨胀性 4、土的天然含水量是指( )之比的百分率。 A．土中水的质量与所取天然土样的质量 B．土中水的质量与土的固体颗粒质量 C．土的孔隙与所取天然土样体积 D．土中水的体积与所取天然土样体积 5、在土方填筑时，常以土的( )作为土的夯实标准。 A．可松性 B．天然密度 C．干密度 D．含水量6、填土的密实度常以设计规定的( )作为控制标准。 A．可松性系数 B．孔隙率 C．渗透系数 D．压实系数 7、基坑(槽)的土方开挖时，以下说法中不正确的是( )。 A．当土体含水量大且不稳定时，应采取加固措施 B．一般应采用“分层开挖，先撑后挖”的开挖原则 C．开挖时如有超挖应立即填平 D．在地下水位以下的土，应采取降水措施后开挖 8、填方工程中，若采用的填料具有不同透水性时，宜将透水性较大的填料( )。 A．填在上部 B．填在中间 C．填在下部 D．与透水性小的填料掺杂 9、填方工程施工( )。 A．应由下至上分层填筑 B．必须采用同类土填筑 C．当天填土，应隔天压实 D．基础墙两侧应分别填筑 10、观察验槽的内容不包括( )。 A．基坑(槽)的位置、尺寸、标高和边坡是否符合设计要求 B．是否已挖到持力层 C．槽底土的均匀程度和含水量情况 D．降水方法与效益 三、名词解释（每小题5分，共20分） 界限含水量： 最优含水率： 钻探： 验槽： 姓名：教学点班级学号： 第9章地基承载力（答案在最底端） 一、简答题 1.地基破坏模式有几种？发生整体剪切破坏时p-s曲线的特征如何？ 1.【答】 在荷载作用下地基因承载力不足引起的破坏，一般都由地基土的剪切破坏引起。试验表明，浅基础的地基破坏模式有三种：整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲切剪切破坏。 地基整体剪切破坏的主要特征是能够形成延伸至地面的连续滑动面。在形成连续滑动面的过程中，随着荷载(或基底压力)的增加将出现三个变形阶段：即弹性变形阶段、弹塑性变形阶段以及破坏(或塑性流动)阶段。即地基在荷载作用下产生近似线弹性(p-s曲线首段呈线性)变形；当荷载达到一定数值时，剪切破坏区(或称塑性变形区)逐渐扩大，p-s曲线由线性开始弯曲；当剪切破坏区连成一片形成连续滑动面时，地基基础失去了继续承载能力，这时p -s曲线具有明显的转折点。 2.何为地基塑性变形区？ 3.何为地基极限承载力(或称地基极限荷载)？ 4.何为临塑荷载、临界荷载p1/4？ 5.地基破坏型(形)式有哪几种？各有何特点。 6.试述地基极限承载力一般公式的含义。 二、填空题 1.确定地基承载力的方法一般有原位试验法、理论公式法、规范表格法、当地经验法等。 2.地基极限承载力的公式很多，一般讲有和公式等。(给出任意两个) 3.一般来讲，浅基础的地基破坏模式有三种： 、和。 4. 是指地基稳定具有足够安全度的承载力，它相当于地基极限承载力除以一个安全系数k，且要验算地基变形不超过允许变形值。 三、选择题 1.下面有关P cr与P1/4的说法中，正确的是（）。 A. P cr与基础宽度b无关，P1/4与基础宽度b有关 B. P cr与基础宽度b有关，P1/4与基础宽度b无关 C. P cr与P1/4都与基础宽度b有关 D. P cr与P1/4都与基础宽度b无关 2.一条形基础b=1.2m，d=2.0m，建在均质的粘土地基上，粘土的Υ=18KN/m3，φ=150，c=1 5KPa,则临塑荷载P cr和界线荷载P1/4分别为（） A. 155.26KPa, 162.26KPa B.162.26KPa, 155.26KPa C. 155.26KPa, 148.61KPa D.163.7KPa, 162.26Kpa 3.设基础底面宽度为b，则临塑荷载P cr是指基底下塑性变形区的深度z max=（）的基底压力。 A.b/3 B.> b/3 C. b/4 D.0，但塑性区即将出现 4.浅基础的地基极限承载力是指（）。 A.地基中将要出现但尚未出现塑性区时的荷载 土力学及地基基础习题 第一章 1、什么是地基？什么是基础？ 2、什么是天然地基？什么是人工基础？ 3、什么是持力层？什么是下卧层？ 第二章 1、如何用土的颗粒级配曲线形状和不均匀系数来判断土的级配？ 2、塑性指数的大小反映了土的什么特征？液性指数的大小与土的物理状态有 何关系？ 3、地基土一般分哪几类？比依据是什么？ 4、某原状土样由室内试验行土的天然重度g=18.62 KN/m2,土粒比重ds=2.69,天然含水量w=0.29， 试求土样g sat g d g 各多少？ 4、某土工试验中，用体积60cm3,的环刀取样，经测定，土样的质量为本0.1082 ㎏,放烘干箱中烘干后质量为0.0917㎏, 求;该土的密度.重度和含水量。 第三章 1、什么是自重应力？什么是附加应力？ 2、什么是土的压缩性？ 3、地基变形的特征有那些？ 4、什么是固结？什么是固结度？ 5、《分层总和法》与《规范法》计算地基变形有何异同？ 6、已知基底b=2m,l=3m,基底作用有弯矩Mgd=450KNm,轴向力N=600KN，基础埋深1.5m.求基底压应力及其分布。 7、某工程地质资料如下：第一层为g=18 KN/m2,厚度5.0m,第二层为g sat=20.5KN/m2, 厚6.1m,第三层为g sat=19 KN/m2,厚2m,第四层为g sat=19 KN/m2,厚1m，地下水为地面下5.0m 求自重应力的大小并绘制应力图。 第四章 1、什么是土的抗剪强度？同一种土的抗剪强度是不是定值？ 2、什么是土的极限平衡条件？什么是土的极限平衡状态？ 3、土体中发生剪切破坏的平面是不是剪应力最大的平面？在什么情况下剪切 破坏面与最大主应力面是一致的？ 4、土样的抗剪强度指标基本值?=30°,C=0，如该土样承受最小主应力?3=150kpa, 最大主应力?1=200kpa时。 问；该土样是否会破坏？ 5、某土样进行三轴剪切试验，剪切破坏时，测得?1=500kpa，?3=10，剪切破坏面与水平面夹角为60° 求；（1）土的C、?值。（2）计算剪切破坏面上的正应力和剪应力。 第五章 1、什么是静止土压力，主动土压力和被动土压力？各种土压力产生的条件是 什么？比较三者的大小 地基承载力计算 5．2．1 基础底面的压力，应符合下列规定： 1 当轴心荷载作用时 p≤f（5.2.1-1）k a 式中：p——相应于作用的标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）；k f——修正后的地基承载力特征值（kPa）。a 2 当偏心荷载作用时，除符合式（5.2.1-1）要求外，尚应符合下式规定： p≤1.2f （5.2.1-2）akmax 式中：p——相应于作用的标准组合时，基础底面边缘的最大压力值（kPa）。kmax5．2．2 基础底面的压力，可按下列公式确定： 1 当轴心荷载作用时 F?G kk?p（5.2.2-1）k A式中：F——相应于作用的标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值（kN）；k G——基础自重和基础上的土重（kN）；k2）。A——基础底面面积（m 2 当偏心荷载作用时F?GM kkk?p? (5.2.2-2) maxk AWF?GM kkk?p? (5.2.2-3) mink AW 式中：M——相应于作用的标准组合时，作用于基础底面的力矩值（kN·m）；k3）；W ——基础底面的抵抗矩（m p——相应于作用的标准组合时，基础底面边缘的最小压力值（kPa）。kmin3 当基础底面形状为矩形且偏心距e＞b/6时（图5.2.2）时，p应按下式计算：kmax2(F?G)kk?p (5.2.2-4) maxk3la式中：l——垂直于力矩作用方向的基础底面边长（m）； a——合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离（m）。 e a F+G k p kma a b 图5.2.2 偏心荷载(e> b/6)下基底压力计算示意 b—力矩作用方向基础底面边长 5．2．3 地基承载力特征值可由载荷试验或其它原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定。 5．2．4 当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正： γ（b-3）+ηγ(d-0.5) f f=+η(5.2.4) makadb式中：f——修正后的地基承载力特征值（kPa）；a f——地基承载力特征值（kPa），按本规范第5.2.3条的原则确定；akη、η——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表5.2.4 取值；db3m/kNγ——基础底面以下土的重度（），地下水位以下取浮重度； b——基础底面宽度（m），当基础底面宽度小于3m时按3m取值，大于6m时按6m取值；3），位于地下水位以下的土层取有效重度；mγ——基础底面以上土的加权平均重度（kN/ m d——基础埋置深度（m），宜自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。 表5.2.4 承载力修正系数 ηη别土的类db1.0 0 淤泥和淤泥质土人工填土1.0 e或I 的粘性土0.85大于等于 地基变形计算 一、工程信息 1.工程名称: J-3 2.勘察报告: 《岩土工程勘察报告》 二、设计依据 《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2002) 三、计算信息 1.几何参数: 基础宽度 b=2.400 m 基础长度 l=2.400 m 2.基础埋置深度 dh=2.000 m 3.荷载信息: 基础底面处的附加压力Po=(F+G)/(b*l)-γi*d=(708.000+510.000)/(2.400*2.400)-40=171.45 kPa 地基承载力特征值 fak=180.000 kPa 4.地面以下土层参数: 土层名称 土层厚度(m) 重度(kN/m^3) Esi(Mpa) 是否为基岩层 粉质粘土 4.500 19.100 7.100 粉质粘土3.3 19.500 8.800 粉质粘土3.4 19.700 6.00 粉质粘土 10.000 18.900 6.000 粉质粘土 10.000 19.700 10.400 四、计算地基最终变形量 1.确定△Z长度 根据基础宽度b=2.400 m,得Z=5.5 m 2.计算地基变形量 Z(m) l/b Z/b αi αi*Zi Zi*αi-Zi-1*αi-1(m) Esi(MPa) △si'=4*po*Ai/Esi(mm) si'=∑△si'(mm) 0.000 1.000 0.000 0.2500 0.0000 0.0000 7.100 0.0000 0.0000 1.000 1.000 0.416 0.2474 0.2474 0.2474 7.100 23.89 23.89 3.000第一章习题(土力学与地基基础)
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