参考书
《土工原理》 殷宗泽编著 《高等土力学》李广信主编
1. 土的压缩性和影响因素
土的压缩性是指土体在压力作用下体积缩小的特性 ? 土体产生体积缩小的原因：
(1)
孔隙水和孔隙气体的排出
(2)孔隙水和孔隙气的压缩(3)固体颗粒的压缩 (4)孔隙气体的溶解
试验研究表明，在一般压力（100～600kPa ）作用下，土粒和水的压缩量与土体的压缩总量之比（小于1/400）可以忽略不计，封闭的气泡很少量压缩也可忽略不计。
土的压缩实际上是由于孔隙水和孔隙气体的排出，孔隙体积缩小，土粒调整位置，重新排列，互相挤紧（土骨架变形）
影响土压缩性的主要因素
土的组成和结构状态
? 土粒粒径大小、成分 ? 土体结构 ? 有机质 ? 孔隙水
环境影响
? 应力历史 ? 温度
密实型
松散型
粗粒土基本上是单粒结构。在压力作用下，土粒发生滑 动与滚动，位移到比较密实、更稳定的位置。土的级配越好，密度愈高，压缩量愈小。如果压力较大，其压缩 有可能是部分土粒被压碎。
土体结构影响
本章提要
1. 土的压缩性和主要影响因素
2. 土的固结和固结试验
3. 一维固结理论
4. 三维固结理论
5. 次固结和流变
6. 沉降的计算方法
7. 工程应用问题和实例
高等土力学
土的固结理论
什么是土的固结？
在荷载作用下，饱和土体孔隙中的水逐渐排出，土的骨架颗粒相互挤紧，土体发生压缩变形，这一现象称为土的固结。
饱和土（土骨架+孔隙水)
关注两个问题： 压缩大小（压缩性）、快慢（固结特性）
2. 固结试验
Oedometer Test 常规固结试验/侧限压缩试验/Ko 压缩试验/单向压缩试验 Rowe Cell 固结仪
恒应变速率试验（Constant Rate of Strain ，CRS)
固结仪
11
12
有机质影响
土中有机质主要为纤维素和腐殖质，其存在使土体的压缩性与收缩性增大，对强度也有影响。
? 举例：天然泥炭与泥炭质土（含水率很高，孔隙比大，比重低， 液、塑限大），压缩性极高，但固结较快。
在加荷后很短时间内，即完成大部分压缩；
随着荷载加大，压缩量急剧增加
细粒土土粒大多呈扁平鳞片状，其典型结构有两种：絮凝结构与分散结构。
絮凝结构的沉积粘土的变形，往往是颗粒相互滑移到新稳定位置和土粒发生弹性挠曲的结果。
分散结构的粘土颗粒接近于平行排列。这类土的压缩变形，主要由于颗粒间的水被挤出所引起。人工压密土的结构，多属此型。
隙比：
固结曲线/压缩过程曲线
h
i 0
i
∑?h
e =e -(1+e )
各级压力下试样固结稳定后的孔
e =
(1 +w0 )G s w
-1
试验成果
初始孔隙比计算公式：
e-p 曲线
p2=200kPa，
1-2 p -p 作为
2 1
评价土层压缩性的标准，其中p1=100kPa，
指标随应力变化
工程上压缩系数一般取 a =
e
1
-e
2
p2 -p1
=
e1 -e2
(MPa-1)
1. 压缩系数 a =-de / dp
压缩性指标
3. 体积压缩系数coefficient of
volume compressibility
m
v
= 1 / E
s
=a / (1+e
1
)
模量=应力增量/应变
1 1
2 1
(MPa)
?p ?p 1 +e1
E
s
=
?H / H
=
(e -e ) /(1+e )
=
a
2. 压缩模量（侧限压缩模量）
Log10()C e
6. 再压缩指数C r
这三个指标可认为是常数
压缩指数值越大，土的压缩性越高。
低压缩性土的压缩指数一般小于0.2
压缩指数大于0.4为高压缩性土。
5. 回弹指数Expansion index
?(lg p)
c
C =
4. 压缩指数Compression index
?e
固结仪/Oedometer
快速固结试验:每级压力固结1h
1—水槽2—护环3—环刀4—导环5—透水板
6—加压盖7—位移计导杆8—位移计架9—试样
试样不能产生侧向变形
试验步骤：
?逐级加压，12.5\25\50、
100\200\400\800\1600\3
200kPa
?每级压力下固结24h
?为测定压缩速率，加压后
按时间读数至24h
土工试验方法标准(GB/T50123-1999)
BS1377(part 5)
常规固结试验
13
Rowe Cell 中不同排水条件
常规固结试验不能测水平向固结系数
恒应变速率压缩试验(CRS)
常规固结试验的缺点：
?每一级荷载固结24小时，有次压缩的影响
?通常需要1至2个星期完成一个试验
?测点（荷载）较疏，当压缩曲线e-log(p)比较平缓时，很难确定先期固结压力pc’
Rowe Cell固结仪
Rowe, P.W., Barden, L., 1966. A new consolidation cell. Geotechnique, 16(6):162-170.
改进的固结仪
施加荷载方式好，由加荷
产生的变形可忽略
压力传感器测量试件的水
压
试样尺寸大，可达到直径
250mm，高100mm
可设置不同排水条件，测
不同方向排水固结系数
u
3. 一维固结理论
3.1 研究固结问题所需基本方程
固结是土体受外力作用，内部应力变化引起体积变化，
同时有部分孔隙水被挤出的压密过程。
要探讨固结规律，首先要研究力的平衡条件和水流连续
条件等基本问题。
（1）土体受力平衡方程
土体受外力处于平衡状态时，土体单元的应力应该满足以下平衡方
程
F x
F y
F z
F x F y F z
Wissa et al. (1971)根据小应变理论，给出了固结系数和体积压缩
系数的计算方法
恒应变速率压缩试验(CRS)
底部密封，测孔隙水压力，
加荷设备产生恒定速率的向下
位移
定期测读试样变形、孔压、荷
重
CRS固结试验优点：
?荷载连续施加
?当取合适的应变速率时，
次压缩影响很小
?试验时间缩短到几天
Strain rate 0.01-0.005%/min (Gorman et al. 1978)
达西定律
dt
dV w =？ 是固结理论要研究的问题
dt
如果土骨架可以压缩且土孔隙中的流体会被挤出， 则 dV w ≠ 0
拉普拉斯方程
dt
dV w = 0
不可压缩、饱和土稳定渗流时，单元土体内的水量保持不变，
? + k + k dt ? x ?x 2 y ?y 2 z ?z 2 ?
?2 h ?
?2 h ?2 h ? d
v
= k ? ?2h ? ?2h + k + k V dt ? x ?x 2 y ?y 2 z ?z 2 ? 1 dV ? ?2h
w
= k 考虑饱和土体，从单元土体流出水量等于土体压缩量
不考虑水的压缩，土骨架可压缩，饱和土
dV w = dV = d v V
dt dt dt
6. 渗透系数k 保持不变
7. 外荷载一次瞬时施加，保持不变
普遍方程已经满足
3.2 太沙基一维固结理论
（1） 基本假设：
1. 土层是均质，完全饱和的，理想弹性材料
2. 土的压缩完全是由于孔隙体积的减少，土粒和水是不可压缩的
3. 水的渗流和土层的压缩仅在竖向发生
4. 水的渗流遵从达西定律
5. 土体变形是微小的 体应变为负值表示体积压缩
dt dt
dt dt dt 土体应力应变关系+有效应力原理+外荷载不变
d v = - m v d ' = - m v d ( - u ) = - m v d (-u ) = m v d (u )
= k dt z ?z 2
?
2 z ? 2 y 2 ? d ?2h
v
x = k + k + k dt ?x ?y ?z d ? ?2 h ?2h ?2h ?
v
水流 连续方程
（2） 太沙基一维固结微分方程
水的渗流和土层的压缩仅在竖向发生
? ?2h ?
?2h + k + k V dt ? x ?x 2 y ?y 2 z ?z 2 ? 1 dV ? ?2h
w
= k 则可得，不可压缩流体在渗流过程中体积守恒的连续方程
q=-kia
由 ?z
z z
?q ?q =
?z ?y y
?x ?q = ?q y ?y y y
q +?q x q z
x
?q ?q = ?x q x +?q x
q y q x
dV w = -(?q x + ?q y + ?q z )dt
q z +?q z
（2） 水流连续方程
饱和土，单元土体的水量变化d Vw 应为 x 、y 、z 三个方向进入的分流量之和
式中
不排水面
z
应用傅立叶级数，可求得满足初始条件和边界条件的解析解如下：
u
p
H
排水面
初始条件和边界条件如下：
3.3 固结度和压缩量的计算
在某一固结应力作用下，经某一时间t 后，土体孔隙水压力消散程度
1. 某点土的固结度
等时孔压线Isochrones
土层中各点在不同时刻（Tv ）的固结度
2. 平均固结度
U (t ) = 1 -
= ? H
(u )dz (u - u )dz
0 ? H
u ? H
= H (1 - )dz (u )dz
u H
? H 0 0
u 0
排水面 排水面
曲线（1） 曲线（1） 曲线（1）
（a ）
排水面 不排水面
曲线（1） 曲线（2） 曲线（3）
（b ）
= m (u ?U (t ) ? H ) v 0 = (m v u 0 H ) ?U (t ) = S (∞) ?U (t )
注意：太沙基固结理论无法直接计算变形，用固结度来计算。
? v 0
= m (u - u )dz (u 0
- u )dz
H
? 0
u 0 H
U (t ) =
H
udz 0
H
? v S (t )=m ? ?
3. 压缩量
已假设k 和m v 为常量，故C v 也是常量 推导Cv 单位
v w
太沙基一维固结微分方程
m v
k
定 义 C = 仅考虑超孔压
? w
? ? ?x ?y ?z ?
? Γ
Γw ? ?t
? 1
1 ? ?h ? z ?v ?v
y x ? ?v - + + = g + n 注意：与渗流理论中此公式一致
v w ?t m ?z 2
?u = k ?2u dt z ?z 2
m du ?2 h
v
= k
土体 应力-应变关系
单向固结问题，可用固结试验压缩曲线
差个负号
? 对于三向与二向固结问题，土体的受力条件比较复杂，变形
特性也十分复杂，还缺少完善的测试方法。
? 因此，可假设土体是理想均质各向同性弹性体，利用弹性常数来表达土体的应力—应变关系。
v H
2
v 50 v C t
v
U ?T =0.197 T = ?C 理论终点
理论零点 沉降增加一倍，时间将增加4倍。故在初始段曲线上任找两点A 点与B ，B 点的横坐标为A 点的4 倍，A 、B 两点间纵坐标的差 应等于A 点与起始点纵坐标的差，据此可以定出U0时刻的纵坐标
v
固结试验的压缩曲线 当U<60% 时 曲线近似为抛物线 U
2
= 4 T
3.4 固结系数的确定
1. 时间对数法(Log-time method/ Casagrande ’s method)
U-T v 理论曲线 90
t 0.848H 2
C v =
90 v
U ?T =0.848 步骤：
1） 直线段延伸到纵轴确定U 0；
2） 做斜率为1.15倍 的直线交试验曲线与一点，得到t 90; 3) 计算Cv
T v = 0.5 U
延伸到U=90%
T v = 0.5
? 0.90 = 0.798
实际上U=90%时，
T v = 0.848
= 0.920 ≈ 1.15? 0.798
Ut=90%时，T V 为Ut<60%的1.15倍
当U<60% 时 压缩曲线近似 U = 4T v 2. 时间平方根法(Root time method/ Taylor ’s method)
3. 反弯点法
U70
其它方法还包括：试算法、三点计算法、司各脱法、现场测试法
单向固结的复杂情况
实际工程条件与太沙基一维固结理论的某些简化假设不同。
? 作用在地基上荷载随时间变化
? 土层厚度随时间变化（例如，天然土沉积过程、土堤施工） ? 地基为成层土（天然沉积土一般具有成层结构，如果层间的固结特性相差较大，则宜按成层地基考虑。） ? 太沙基固结理论实际上假设了固结过程中土的排水距离不变。但在高压缩性地基上会产生相当大的变形，沉降量甚至达到压缩土层厚的百分之几十。仍按太沙基理论计算，固结时间明显偏长。
? 多方向的排水和变形
U<0.53，用平方根式近似；U>0.53,用一阶级数近似式。
T v
2
1.5 1 0.5 0 0
?
?
9 25 ?
2 0.2
? 2
2
-9 T -25 T
1 1 T 8 ? -
2
U = 1 - e 4 v + e 4
v + e 4 v + ...? 0.4
级数取8项 级数取3项级数取1项 平方根
0.8
0.6
U =
4T v U
1
因为压缩指标实际不是常数，不宜采用上述公式计算
固结系数
举例：砂土 越小，需要排出水越少，孔压消散越快。 (4) 固结系数随应力变化.
（1） 固结系数Cv 越大，固结越快。 （2） K 越大，渗透性越好，孔压消散越快；
（3） mv 越小，土压缩性越小，相同荷载对应变形
v w w 单位：m 2/s
= ?0
m a
v
k k (1+ e )
C = 太沙基一维固结
3.4 固结系数的确定
固结系数coefficient of consolidation
dt w
体应变为负值表示体积压缩
d v = k ?2
(u ) ? + k + k dt ? x ?x
2 y ?y 2 z ?z 2 ? ?2 h ? ?2 h ?2 h ? d v
= k Terzaghi (1925), Rendulic (1937) 又叫扩散方程Diffusion Equation
假设水是不可压缩的，对于饱和土，考虑水流连续条件，土单元体内水量的变化率=土体积的变化率，由达西定律可得
4.1 太沙基—伦杜立克理论
E dt
式中，Θ-主应力之和
dt
d v = -
1-2
d (Θ - 3u )
dt
体应变为负值表示体积压缩
E = -
1-2 d (x + y + z - 3
u ) x y z dt
dt E 有效应力原理
1-2 d ( '+ '+ ') d
v
= - 线弹性材料
定义
dt w
d v = k ?2
(u ) 结理论
d v = 31-2 d (u )
dt E dt
太沙基假设，一点的主应力之和不随时间变化
准三向固 E dt
w k
?2
(u ) = 31-2 d (u )
k = k (1+ e 0 ) m v w w a
3(1 - v ) v 1
=
v 3
C = (1 + v ) C
2(1- v ) v 1
v 2
C = 1
C
三种固结条件下的固结系数存在以下关系
二向固结，可类似推得
太沙基-伦杜立克理论
? 假设固结过程中土体内的主应力之和保持不变，忽略实际存在的应力和应变的耦合作用
比奥固结理论
? 直接从弹性理论出发，满足土体的平衡条件、弹性应力—应变关系和变形协调条件，此外还考虑了水流连续条件 ? 在实际固结过程中，弹性指标不断变化，故应力将发生重分布， 同时总应力需要调整以满足应力和应变的相容条件，故土体中的主应力之和不断变化
4. 三维固结理论
一般情况下，受建筑物荷重作用的地基总要引起多方向的排水和变形。
单向固结实际上仅是特定条件下的情况。
现场实测沉降表明，粘性土地基实际发生沉降比单向固结理论计算的沉降快得多。
(Davis & Poulos 1972)
t = 280 years
U = 0.9
T v = 0.9
IB
若假设为1-D ，
不透水层
C v 2
C v = 2m 2/year
= 44 years
T h 2 0.14? 252 t = V =
粘土层
25m
T V = 0.14
U = 0.9
PT
10m
砂石垫层
25 h / a =
= 5
5
例题：求U=90%所需固结时间
谷仓
比奥(Biot)理论，直接从弹性理论出发，满足土体的平衡条件、弹
性应力——应变关系和变形协调条件，还考虑了水流连续条件。 常被认为是真三向固结理论
0 0 z
Θ = (1+ 2K ) = (1+ 2K )u 在实际固结过程中，应力将发生重分布，同时总应力需要调整以满 足应力和应变的相容条件，故固结过程中，虽然外荷重保持不变， 土体中的主应力之和却不断变化。
? 例：固结仪中土样，t=0时， Θ = x + y + z = 3u
? t=∞时，
4.2 比奥固结理论
假设有一均质、各向同性的饱和土单元体dxdydz ，受外力作用，首先应满足平衡方程。
以土骨架为隔离体，
(Davis & Poulos 1972)
z
= z
/
E
z E
1- z = E
E
E E z
0 1 -
K x 1- 2 y z
= - - = 2 2 z
1-
0 ＝0 侧限
K =
x
=
E
E
E
x
z
y x = - - 弹性模量E 与侧限压缩模量Es 的关系
?
?
1-
? ? 2 2 ? s E = E 1-
注：负号表示流出水=压缩量
?
比奥理论是三向固结的精确表达式
? ?t ?x ?y ?z ?
= ? ? - ?u s
- ?v s
- ?w s ?
水流连续方程 （饱和土,假设水是不可压缩的）
平衡方程可改写为
(3)
?z ?z
-G ?2 w - (
+ G )
?v + ?u
= - (2) ?y ?y
-G ?2 v - ( + G ) ?v + ?u = 0
(1) ?x ?x -G ?2u - ( + G )
?v + ?u
= 0
(4)
二向（平面）问题
Biot 固结理论中固结系数与扩散方程中一致
比奥理论和准固结理论的比较
1. 两种理论的推导依据
? 二者都假设土骨架是线弹性体，小变形，渗流服从达西定律。 ? Biot 理论将水流连续条件与弹性理论相结合，故可解得土体受力后的应力、应变和孔压的生成和消散过程，理论上是完整严密的。 ? 扩散方程是假设三个主应力（总应力）之和不变，不满足变形协调条件。
2．曼代尔一克雷尔效应(Mandel-Cryer effect)
Mandel, J. (1953). Consolidation des sols. Geotechnique 3, No. 7, 287-299.
Cryer, C. W. (1963). A comparison of the three-dimensional theories of Biot and Terzaghi. Jnl. Mech. Appl. Math. 16, 401-412.
按比奥理论求解饱和土的固结问题时会出现一种现象：在不变的荷重施加于土体上后的某时段内，土体内的孔隙水压力不是下降，而是继续上升，而且超过应有的压力值。
按扩散理论求解固结问题不会出现该效应
材料为均质线弹性体
式中E′，v′，G′——分别为弹性模量、泊松比与剪切模量(排水条件下)。
体应变
应变和位移关系
应变压为负值
试验证据
Gibson, R.E., Knight, K. & Taylor, P.W. (1963). A critical experiment to examine theories of three-dimensional consolidation. Proc. Eur. Conf. Soil Mech., Weisbaden 1, 69-76.
De Jong, G.J. & Verruijt, A. (1965). Primary and secondary consolidation of a spherical clay sample. Proc. 6th Int. Conf. Soil Mech., Montreal 1, 254.
1. 加载情况，初期出现孔隙水压力升高，情况4（再加载）；
2. 卸载条件下，孔压初期减小，降为负值，也是曼德尔效应，只是
作用相反。
圆球试样的固结试验
Gibson et al. (1963) 的试验结果
产生曼代尔-克雷尔效应的原因可以解释如下:
在表面透水的地基面上施加荷量，靠近排水面的土体由于排水发生体积收缩， 总应力与有效应力均有增加。但是内部土体还来不及排水。
为了保持变形协调，表层的压缩必然挤压土体内部，使那里的应力有所增大。因此，某个区域内的总应力分量将超过它们的起始值，而内部孔隙水由于收缩迫使其压力上升。
按平面应变问题分析，该效应有以下特点：
a)地面排水性能愈差，效应愈不显著
基础
2）超静水压力u 的消散过程与按扩散方程算得的不同，是在固结的开始段持续上升，等到某时刻后才开始下降，逐步消散。
1)M 点的垂直与水平应力分量σz 与σx 虽然在开始与终了时和按弹性理论算得的应力值一致，但在固结过程中它们却不断地在变化， 并不保持常量，
d)地面透水的土体中一点的
剪应力随时间变化，最大值可能在固结过程中的基础边缘产生
e) 该效应随土的泊松比的增大而减小
? ν=0.5，只产生形变而体积不变，没有局部收缩，与扩散方
程解一致；
? ν越小，体积变形越大，收缩效应越显著
v 为泊松比，表示侧向收缩能力，空气的泊松比为0，水的泊松比为0.5
3.超静水压力消散的比较
按扩散理论求解固结问题，如果不计起始段的超静水压力增长，则解得的超静水压力的消散过程与比奥的 精确解是十分相近的。
(Davis & Poulos 1972)
4．固结度的比较
? 单向或准三向固结理论，只研究土体中超静水压力的消散过程，不 涉及与变形的耦合作用，并用超静水压力的消散程度定义固结度 U p ， 认为 U p 等于按土体变形定义的固结度U s 。
? 对于实际存在应力重分布的真二向或三向固结，在同一时刻的两种固结度并不相等。
c)在同一水平面上，离基础轴线愈近，效应愈明显
b)超静水压力出现峰值点的时间随深度而推后
单位：m 2/s
（1） 固结系数Cv 越大，固结越快。
（2） K 越大，渗透性越好，孔压消散越快； （3） mv 越小，土压缩性越小，相同荷载对应变形
越小，需要排出水越少，孔压消散越快。 举例：砂土
(4) 固结系数随应力变化.
v w
m v
k
定 义 C = 7. 固结系数coefficient of consolidation
太沙基一维固结
孔压不再变化，表明 固结已经完成，但仍
有压缩变形
?lg t
C = ?e 8. 次压缩系数coefficient of secondary compression
? S r =1饱和土， e 减小，压缩（固结） ?
S r ≠1，e S r 均变化，非饱和土压缩/膨胀
稳定渗流
? e S r 均常量
s w r
r ?t ?t
= S ? (e ) + e ?
(S ) G
土粒
固体
1
= (S r e ) ?t ?t
s w wG
?V w ?
水 wG s e
气
w
r s V = e ? S = w ? G 质量
体积
这里仅分析体积含水量的变化
土体 变形机理分析
1. 土的压缩性和影响因素
(Davis & Poulos 1972)
2017高等土力学 1.在土的弹塑性模型中, 屈服面和破坏面有何不同和有何联系？ 答：屈服面是土体的应力在应力空间上的表现形式，可以看成是三维应力空间里应力的一个坐标函数，因此对土体来说，不同的应力在应力空间上有不同的屈服面，但是破坏面是屈服面的外限，破坏面的应力在屈服面上的最大值即为破坏面，超过此限值土体即破坏。 2.何谓曼代尔－克雷尔效应？ 答：土体在固结的初期，内部会出现孔隙水压力不消散而是上升，布局地区孔隙水压力超过初始值的现象。此效应仅在三维固结中出现，而在一维固结试验中并没有出现，在Biot的“真三维固结”理论可以解释磁现象。 3.与剑桥模型相比，清华弹塑性模型可以反映土的由剪应力引起的体积膨 胀（剪胀）。说明它是如何做到这一点的。 答：清华模型的硬化参数是关于塑形体应变和塑形剪应变的函数，而剑桥模型不是；此外，清华模型的屈服面椭圆与强度包线的交点不是椭圆顶点，因此会有剪胀。 4.天然岩土边坡的滑坡大多在雨季发生，解释这是为什么。 答：天然岩土边坡的滑坡发生总结起来两个原因，其一抗滑力减小，其二下滑力增大。在暴雨的天气中，因为地表雨水的下渗导致岩土体的含水率增加，从而提高了岩土体的重量，增大了下滑力；下雨天气因为雨水的下渗，岩土体遇水软化的特性导致抗滑力减小；另外在渗透性好的岩土体中，岩土体内部雨水沿坡面下渗，渗透力会降低岩土坡体的安全系数，因此一上几方面的原因导致了滑坡大部分发生在雨季。 5.比奥（Biot）固结理论与太沙基－伦杜立克（Terzaghi-Randulic）扩散 方程之间主要区别是什么？后者不满足什么条件？二者在固结计算结 果有什么主要不同？ 答：区别：扩散方程假设应力之和在固结和变形过程中保持常数，不满足变形协调条件。 结果：比奥固结理论可以解释土体受力之后的应力、应变和孔压的生成和消散过程，理论上是严密计算结果也精确。比奥固结理论可以解释曼代尔-克雷效
一、填空题 1.饱和土体上的总应力由土骨架承担的有效应力和由孔隙承担的孔隙水压力组成，土的强度及变形都是由土的有效应力决定的。 2.莱特邓肯屈服准则在常规三轴压缩实验中，当 时它在π平面上的屈服与破坏轨迹趋近于一个圆；当 时，它退化为一个正三角形。由于在各 向等压时,所以K f>27是必要条件，因为静水压力下不会引起材料 破坏。 3. 东海风力发电桩基础有8根。 4.通过现场观测与试验研究，目前认为波浪引起的自由场海床土体响应的机制主要取决于海床中孔隙水压力的产生方式。孔隙水压力产生方式有两种：超孔隙水压力的累积（残余孔隙水压力）、循环变化的振荡孔隙水压力 5.目前计算固结沉降的方法有（）、（）、（）及（）。 答案：弹性理论法、工程实用法、经验法、数值计算法。 6.根据莫尔—库伦破坏准则，理想状态下剪破面与大主应力面的夹角为（）。答案：45 + / 7.土的三种固结状态：欠固结、超固结、正常固结。 8.硬化材料持续受力达到屈服状态后的变化过程：屈服硬化破坏 =。 9.相对密实度计算公式I D 10.静力贯入试验的贯入速率一般为 2cm/s。 11用一种非常密实的砂土试样进行常规三轴排水压缩试验，围压为 100kPa 和3900kPa，用这两个试验的莫尔圆的包线确定强度参数有什么不同？ 答：当围压由100kPa 增加到3900kPa 时，内摩擦角会大幅度降低。 12.塑性应力应变关系分为_____理论和_____________理论两种 增量（流动）、全量（形变） 13.三轴剪切试验依据排水情况不同可分为（）、（）、（） 答案：不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪。 14.一种土的含水量越大，其内摩擦角越（小）。 15.剑桥模型（MCC）中的5个参数一次是 M VCL中的гλ，以及弹性部分的 K υ。 16.剑桥模型的试验基础是正常固结土和超固结土试样的排水和不排水三轴试验。 17.一般情况下，石英砂的内摩擦角为 29~33 二、简答题 1.影响土强度的一般物理性质？ 答：1.颗粒矿物成分 2.粗粒土颗粒的几何性质 3.土的组成颗粒级配 4.土的状态 5.土的结构6.剪切带的存在对土强度的影响。 2.简述波浪在浅水中传播时有哪些变化？
高等土力学 第一章土的物质构成及分类 1蒙脱石和伊利石晶胞结构相同，但蒙脱石具有较大的胀缩性，为什么？ 2用土的结构说明为什么软粘土具有较大流变特性，原生黄土具湿陷性？ 3试述非饱和土中水的迁移特征及控制迁移速率的主要因素？ 4非饱和土中水的运移规律与饱和土中水的渗透规律有什么不同？ 试述非饱和土和饱和土中孔隙水迁移规律的异同点？ 5X射线衍射法是怎样分析粘土矿物成份的？ 6粘土表面电荷来源有哪几方面？利用粘粒表面带电性解释吸着水（结合水）形成机理？ 7非饱和土中土水势以哪种为主？如何测定非饱和土的土水势大小？ 8非饱和土中的土水势主要由哪个几个部分组成？非饱和土中水的迁移速率主要与哪几种因素有关？ 9请用粘性土的结构解释粘性土具有可塑性而砂土没有可塑性的机理。 10试简明解说土水势的各分量？ 11土的结构有哪些基本类型？各有何特征？ 12分散土的主要特征是什么？为什么有些粘性土具有分散性？ 13粘性土主要有哪些性质，它们是如何影响土的力学性质的？ 14为什么粘土颗粒具有可塑性、凝聚性等性质，而砂土颗粒却没有这些性质？ 15非饱和粘性土和饱和的同种粘性土（初始孔隙比相同）在相同的法向应力作用下压缩，达到稳定的压缩量和需要的时间哪个大，哪个小，为什么？ 16粘土的典型结构有哪几种，它们与沉积环境有什么联系，工程性质方面各有何特点？
17粘性土的结构与砂土的结构有什么不同？ 18为什么粘性土在外力作用下具有较大流变特性？ 19粘土矿物颗粒形状为什么大都为片状或针状，试以蒙脱石的晶体结构为例解释之。 第二章土的本构关系及土工有限元分析 1中主应力对土体强度和变形有什么影响？分别在普通三轴仪上和平面应变仪上做 试验，保持σ3为常量，增加σ1－σ3所得应力应变关系曲线有何不同？所得强度指标是否相同？ 2屈服面和硬化规律有何关系？ 3弹塑性柔度矩阵[C]中的元素应有哪三点特征？ 4剑桥弹塑性模型应用了哪些假定？欲得到模型参数应做哪些试验？ 5广义的“硬化”概念是什么？什么叫硬化参数？ 6什么是流动规则？什么叫塑性势？流动规则有哪两种假定？ 7弹塑性模型中，为什么要假定某种型式的流动法则，它在确定塑性应变中有何作用？ 8根据相适应的流动规则，屈服面和塑性应变增量的方向有何特征？ 9试解释为什么球应力影响塑性剪应变？ 10什么叫土的变形“交叉效应”？“交叉效应”对土的刚度矩阵[D]或柔度矩阵[C]有何影响？ 11什么叫应力路径？什么叫应力历史？试结合图示说明它们对土的变形的影响？ 12什么叫土的“各向异性”？考虑“各向异性”对土的刚度矩阵[D]或柔度矩阵[C]有何影响？ 13哪些因素影响土的变形？或土体变形有哪些特征？ 14什么叫剪缩？什么叫剪胀？什么样的土表现为剪胀，怎样的土表现为剪缩？邓肯双曲线模型能否反映剪胀，剪缩？为什么？修正剑桥模型能否反映？
高等土力学历年真题 一、 黄土湿陷性机理与处治方法。(2010年) 1、黄土湿陷泛指非饱和的、结构不稳定的黄色土，在一定压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著的附加下沉现象。黄土湿陷现象是一个复杂的地质、物理、化学过程，对于湿陷的机理目前国内外有多种假说，归纳起来可分为内因和外因两个方面。 黄土形成初期，季节性的少量雨水把松散的粉粒粘聚起来，而长期的干旱使水分不断蒸发，于是少量的水分以及溶于水中的盐类都集中到较粗颗粒的表面和接触点处，可溶盐逐渐浓缩沉淀而成为胶结物。同时随着含水量的减少，土颗粒彼此靠近，颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的联结力逐渐加大，这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体在自重压密，从而形成以粗粉粒为主体骨架的蜂窝状大孔隙结构。 当黄土受水浸湿或在一定外部压力作用下受水浸湿时，结合水膜增厚并楔入颗粒之间，于是结合水联系减弱，盐类溶于水中，各种胶结物软化，结构强度降低或失效，黄土的骨架强度降低，土体在上覆土层的自重压力或在自重压力与附加压力共同作用下，其结构迅速破坏，大孔隙塌陷，导致黄土地基附加的湿陷变形。 2、黄土地基处理方法 地基处理应考虑场地的选择和勘探，黄土湿陷类型的派别和地基处理方法的选择，以达到建筑设计经济与安全的要求。 灰土垫层 传统方法，用于高层建筑更能发挥其作用，它具有一定的胶凝强度和水稳定性，在基础压力作用下以一定的刚性角向外扩散应力，因而常用作刚性基础的底脚。 砂石垫层 用于地下水位较高的软弱土层，厚度约1-3m ，其下为工程性能良好的下卧层。 强夯法 是处理湿陷性黄土地基最经济的一种方法，其处理土层厚度一般用梅纳提出的估算公式QH z α= 灰土挤密桩 是处理大厚度湿陷性黄土地基方法之一，其作用是挤密桩周围的土体，降低或者消除桩深度内地基土的湿陷性，提高承载力。 振冲碎石桩 主要用于饱和黄土的地基处理，它以振冲置换作用为主。 打入混凝土预制桩 锤击沉入的钢筋混凝土预制桩，质量稳定，工艺简便，是目前高层建筑基础应用较广的一种。 灌注桩 主要用于饱和黄土填土地基，他是利用挖空或沉桩基将钢制桩管沉入土中成孔
清华大学 教学简报 清华大学教务处编印第739期2008年11月21 日2008年清华大学优秀教学软件评选结果揭晓 2008年清华大学优秀教学软件评选工作于日前结束，本次评选工作于9月初启动，经单位推荐、初评，全校24个单位的45个项目参加了汇报。经专家组评审，评选出一等奖20项、二等奖20项。评审组专家对获奖项目给予了充分肯定，普遍认为与以前情况相比，整体水平上了一个台阶，教学的针对性加强了，实现了从单纯追求软件的先进性到注重实用性、合理运用技术手段为教学服务的转变。本次获奖项目有以下特点： 一、内容丰富、形式创新，彰显教育技术与教学过程相结合的优势 教学手段和方法的信息化是教育现代化的重要标志，借助计算机和互联网技术研制开发教学软件及平台已成趋势。实践表明，教育技术只有与教育教学实践结合，才能真正推动教学模式、内容、方法及手段的变革，推动教学质量的提高。本次获奖软件整体上体现了教育技术与教学实践相结合的特点，也体现了我校教育技术应用的长足发展。 本次获奖软件覆盖面广、内容丰富。从用途上看，涵盖了教学类和教学管理类软件；在教学类软件中，从课程属性看，有公共基础课类、学科基础课类和专业课类软件；从内容上看，有针对学生知识能力培养的、培养学生实验室安全意识的、也有针对党员和入党积极分子党建学习的网站。许多多媒体（交互式等）课件也同时包含了素材库、题库等功能。网络教学平台突出了学生协作式和研究式学习、学习交流及生师互动、资源共享等功能。 以精仪系《机械制图教学资源库》为例，该资源库包括教学课件、习题解答、3D实体模型库三个教学资源模块。教学课件的设计不再是知识点的简单罗列，而是充分体现了教师多年教学实践和教学研究中总结出来的、符合课程特点和学生认知规律的教学设计理念和方法。基于多媒体技术，采用动画、3D造型等多种表达手段，以立体、动态的资源形式，生动地讲解了课程内容，充分反映了图形思维过程，实现了从单纯的知识传授，转化为学生空
附件3：研究生课程空白试卷（考试形式）式样 北京建筑工程学院研究生试题专用纸 得分阅卷人（签字）复核人（签字） 姓名学号年级 专业课程名称 考试日期2013年05 月17日试卷答卷所需时间1周 试题内容（附评分标准）： 1、简述土的结构性与成因，比较原状土与重塑土结构的强弱，并说明原因。(5分) 2、简述土工参数不确定性的主要来源和原因。(5分) 3、何为土的剪胀性，产生剪胀的原因。(5分) 4、影响饱和无粘性土液化的主要因素有哪些？列举几种判断液化的方法。(5分) 5、广义讲，什么是土的本构关系？与其他金属材料比，它有什么变化特性？(5分) 6、土的本构模型主要分哪几类？邓肯-张本构模型的本质是什么？并写出邓肯-张本构模型 应力应变表达式；并给出邓肯-张模型中参数的确定方法。(5分) 7、剑桥模型的试验基础及基本假定是什么？说明该模型各个参数的意义及确定方法。(5分) 8、比奥（Biot）固结理论与太沙基－伦杜立克（Terzaghi-Randulic）扩散方程之间主要区别 是什么？后者不满足什么条件？二者在固结计算结果有什么主要不同？(5分) 9、何为Mandol-cryer效应？说明其产生的机理。为什么拟三维固结理论（扩散方程）不能 描述这一效应？(5分) 10、影响地基承载力的因素有哪些？介绍地基极限承载力和容许承载力的意义。(5分) 11、地基的破坏形式和土的种类之间有何关系，具体原因是什么? (5分) 12、用高等土力学知识解释降雨尤其是暴雨是滑坡活动最重要的触发因素。(5分) 13、沙漠中稳定沙丘的背风坡坡度接近于松砂的天然休止角。它大于还是小于颗粒矿物的滑动摩擦角？为什么海边的沙滩的坡度要比松砂的天然休止角小的多？(5分) 14、正常固结粘土的强度包线过原点，即其粘聚力c为零。这是否意味着它在各种应力状态下都不存在任何粘聚力？(5分) 15、写出弗雷德伦德（Fredlund）的非饱和土强度公式，其中哪一个参数不是常数？它与土
2.7 （1）修正后的莱特-邓肯模型比原模型有何优点？ 莱特-邓肯模型的屈服面和塑性势面是开口的锥形，只会产生塑性剪胀；各向等压应力下不会发生屈服；破坏面、屈服面和塑性势面的子午线都是直线不能反映围压对破坏面和屈服面的影响。为此，对原有模型进行修正，增加一套帽子屈服面，将破坏面、屈服面、塑性势面的子午线改进为微弯形式，可以反映土的应变软化。 （2）清华弹塑性模型的特点是什么？ 不首先假设屈服面函数和塑性势函数，而是根据试验确定塑性应变增量的方向，然后按照关联流动法则确定其屈服面；再从试验结果确定其硬化参数。因而这是一个假设最少的弹塑性模型 2.8如何解释粘土矿物颗粒表面带负电荷？ 答：（1）由于结构连续性受到破坏，使粘土表面带净负电荷，（边角带正电荷）。 （2）四面体中的硅、八面体中的铝被低价离子置换。 （3）当粘土存在于碱性溶液中，土表面的氢氧基产生氢的解离，从而带负电。 2.9土的弹性模型分类及应用： 线弹性：广义胡克定律 非线弹性：增量胡克定律 高阶弹性模型：柯西弹性模型、格林弹性模型、次弹性模型 ①弹性模型：一般不适用于土，有时可近似使用：地基应力计算；分层总和法②非线弹性模型：使用最多，实用性强：一般 参数不多；物理意义明确；确定参数的试验比较简单③高阶的弹性模型：理论基础比较完整严格；不易建立实用的形式：参数多；意义不明确；不易用简单的试验确定 3.1-3.2正常固结粘土的排水试验和固结不排水试验的强度包线总是过坐标原点的，即只有摩擦力；粘土试样的不排水试验的包线是水平的，亦即只有粘聚力。它们是否就是土的真正意义上的摩擦强度和粘聚强度？ 答：都不是。正常固结粘土的强度包线总是过坐标原点，似乎不存在粘聚力，但是实际上在一定条件下固结的粘土必定具有粘聚力，只不过这部分粘聚力是固结应力的函数，宏观上被归于摩擦强度部分。粘土的不排水试验虽然测得的摩擦角为0，但是实际上粘土颗粒之间必定存在摩擦强度，只是由于存在的超静空隙水压使得所有破坏时的有效应力莫尔圆是唯一的，无法单独反映摩擦强度。 3.3什么是三轴试验的临界孔隙比？论述临界孔隙比与围压的关系。 所谓临界孔隙比是指在三轴试验加载过程中，轴向应力差几乎不变，轴向应变连续增加，最终试样体积几乎不变时的孔隙比，也可以叙述为：用某一孔隙比的砂试样在某一围压下进行排水三轴试验，偏差应力达到（σ1-σ3）ult时，试样的体应变为零；或者在这一围压下进行固结不排水试验中破坏时的孔隙水压力为零，这一孔隙比即为在这一围压下的临界孔隙比。 临界孔隙比与围压的关系：如果对变化的围压σ3进行试验，则发现临界孔隙比是不同的。围压增加临界孔隙比减小，围压减小临界孔隙比增加。 3.4请简述影响土强度的外部因素。 参考答案： 1.围压3对土强度影响； 2.中主应力2的影响； 3.土强度具有各向异性； 4.加载速率对土的抗剪强度有一定影响； 5.温度对土强度有一定影响。 3.5 对某种饱和正常固结粘质粉土，已知其有效应力强度指标和孔压系数分别为=0，，B=1，=2/3。 （1）计算该土在常规三轴压缩试验（CTC）中的固结不排水强度指标。 （2）计算该土在减围压三轴压缩试验（RTC）中的固结不排水强度指标。 答：（1）CTC：保持围压不变，增加轴向应力。 为轴向应力；为固结压力（围压） 试验应力路径：，， ，代入数据得， 根据有效应力原理得 由于=0，所以
思考题 第一章： 1． 对于砂土，在以下三轴排水试验中，哪些试验在量测试样体变时应考虑膜嵌入 (membrane penetration)的影响？HC, CTC, CTE, RTC, RTE, 以及平均主应力为常数的TC TE 试验。 2．对于砂土，在常规三轴固结不排水(CU)压缩试验中，围压σ3为常数，其膜嵌入 (membrane penetration)效应对于试验量侧的孔隙水压力有没有影响，为什么？对于常规三轴固结排水试验对于试验有无影响？ 3．对于砂土，在常规三轴固结不排水(CU)压缩试验中，围压σ3为常数，其膜嵌入 (membrane penetration)效应对于试验的不排水强度有没有影响， 4．在周期荷载作用下饱和砂土的动强度τd (或σd )如何表示？定性绘出在同样围压σ3，不同初始固结比σ1/σ3下的动强度曲线。 5．在一定围压下，对小于、等于和大于临界孔隙比e cr 密度条件下的砂土试样进行固结不排水三轴试验时，破坏时的膜嵌入对于量侧的孔隙水压力有何影响？对其固结不排水强度有什么影响（无影响、偏大还是偏小）？ 6．在土工离心模型试验中进行固结试验，如果模型比尺为100，达到同样固结度，模型与原型相比，固结时间为多少？ 7．举出三种土工原位测试的方法，说明其工作原理、得到的指标和用途。 8．对于粗颗粒土料，在室内三轴试验中常用哪些方法模拟？各有什么优缺点？ 9．真三轴试验仪器有什么问题影响试验结果？用改制的真三轴试验仪进行试验，其应力范围有何限制？ 10． 在饱和土三轴试验中，孔压系数A 和B 反映土的什么性质？如何提高孔压系数B ？ 11． 在p, q 坐标、?σ,?τ坐标和在π平面坐标下画出下面几种三轴试验的应力路径（标出应力路径的斜率）。 （1） CTC （常规三轴压缩试验） （2） p ＝常数，b=0.5＝常数，真三轴试验； （3） RTE （减压的三轴伸长试验）。其中： 22)()()(21 3/)(3 13 12 132********σστσσσσσσσσσσσσ－＝＋＝-+-+-=++=q p
河海大学高等土力学 试卷
《2012年河海大学高等土力学》—— 《土工原理》2012-05-16 1.土体在沉淀以后，抗剪强度有什么变化趋势？为什么？（8分） p128 （p116） 答：土体沉淀后，不同的主应力方向下土的抗剪强度不同：竖向抗剪强度高于水平抗剪强度。这是因为天然的土通常在沉积过程中，长宽比大于1的针、片、棒状颗粒在重力作用下倾向于长边沿水平方向排列而处于稳定的状态，近似于水平层的沉淀，由于长期自重的作用，促成土颗粒排列有一定的方向性，这就形成了土层的各向异性结构，土层的各向异性结构导致土的力学性质上的各向异性。 2.土体中有机质对土体有什么影响？（8分） p4 土壤中的有机质存在是土区别于一般固体物质的主要特性之一，有机质是土壤固相物质中最易变化、性质最不稳定的组分。有机质对土体性质影响的一般规律：随着有机质含量的增加，土的分散性加大，天然含水率增高，干密度减小，胀缩性增加，压缩性增加强度减小，承载力降低，对工程极为不利。 3.十字板剪切实验中，竖向剪切强度与两端水平剪切强度哪个大？为什么？ （7分）p102 答：（十字板剪切实验是一种利用十字板剪切仪在现场测定土的抗剪强度实验的方法，这种方法适合于现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀饱和软粘土。对于粘土中夹带薄层细、粉砂或贝壳，用该方法测得强度偏高。） 现场土常常是各向异性的，对于正常固结土，水平面上的抗剪强度一般小于垂直面上的抗剪强度。产生各向异性的原因在于：土的成层性和土中的应力状态不同。 4.三轴实验中的破坏规范主应力之差和主应力之比，有什么不同？有什么区 别？（7分）p124
一.回答下列问题： 1.何谓非饱和土的基质吸力? 举出一种非饱和土的强度公式。 2.三轴试验中的膜嵌入或顺变性（Membrane Penetration）对试验结果有什么影响？对什么土和什么类型的试验影响比较大？ 3.说明普朗特尔（Prandtl）和太沙基（Terzaghi）的地基极限承载力公式的基本假设条件和滑裂面形状。 4.何谓德鲁克（Drucker)假说？何谓相适应和不相适应的流动规则？对两种情况各举一个土的弹塑性模型。 5.某饱和砂土的固结不排水三轴试验结果如下图所示，在p－q 坐标定性绘出有效应力路径。应当如何确定这种土的有效应力强度指标？ σ1-σ3 q ε1 o p σ3 u 二. 选择一个问题回答： 1.在深覆盖层上修建土石坝时，坝体和覆盖层的防渗结构物主要有那些型式？各有什么优缺点？ 2.在地基处理方法中有哪些型式的复合地基桩？说明其适用范围。 三．最近在岩土工程界关于基坑支护土压力计算的讨论很热烈, 试谈谈你对土压力的“水土合算”与“水土分算”的看法 四. 某油罐地基工程采用堆载预压法进行地基加固，地基土的抗剪强度指标如图所示，已知中心点M处的自重应力为：σsz=40kPa, σsx=32 kPa. 当设计堆载压 力p＝200 kPa时在M点引起的附加压力σz=120 kPa,σx=30 kPa,分析M点是否 会破坏？应如何进行堆载才能防止地基破坏？ 粉质粘土 孔压系数A=0.4 c'=10Kpa H ?'=30? k=5?10-6cm/s 五．在一个高2米的铁皮槽中装有饱和的均匀松砂，其孔隙比e=0.85,砂的比重Gs=2.67,内摩擦角φ=32?。然后在振动时砂土发生了完全液化。由于槽壁位移，槽内的砂土的水平土压力是主动土压力，试计算砂土液化前后的槽壁上和槽底上的土压力和水压力。（10分） 饱和松砂 2．0米 六．回答下列问题： （一）说明高层建筑上部结构、基础和地基的相互作用关系。 （二）规范规定：一般粘性土中的预制桩，打入后15天，对软粘土，打入后21天，才能进行静载试验，为什么？ （三）为什么对于小型建筑物地基一般是承载力控制；对于大型建筑物地基一般是沉降控制？ （四）有一个建筑物的地基承载力基本值是120kPa，要求的设计承载力是250kPa，设计者在原地基上增加了70厘米厚的水泥土
模拟考试5及答案 1． 下图为拟选用的200米堆石坝料的级配表；拟采用厚粘土心墙防渗，粘土塑性指数I p =17；地基覆盖层 为50米，地基土以砂砾石为主。如果要求对该坝进行竣工时的稳定分析以及施工期的有效应力变形数值计算（采用土的本构关系模型与比奥固结理论耦合计算），变形数值计算采用Duncan-Chang 双曲线模型，现有三轴仪的试样尺寸为φ300×600mm ，需要对试验、模型参数确定和计算步骤进行设计。 （1） 对堆石料和粘土料应进行什么样的三轴试验？（包括堆石料的模拟、试验的排水条件及试验量测 数值等） （2） 简述在上述试验资料基础上，确定理论和模型的参数方法与步骤； （3） 对于非线性堆石坝变形分析，如何采用增量法分步进行计算？ （4） 如何进行竣工时的稳定分析？ 解答： （1） 对于堆石料应进行三轴排水的常规压缩试验。但是最大粒径为300/5＝60mm ， 建议采用替代法模拟；因为细颗粒较少，也可采用相似模拟或者其他模拟方法。对于粘土对于有效应力计算，应当进行排水三轴试验；但是为了测定孔压系数也要进行不排水试验（A,B ），也可用于总应力法的稳定分析； （2） 试验比奥固结理论需要测定孔压系数A,B ；Duncan-Chang 双曲线模型中的堆石 料和粘土料试验E,B 或者E 、ν模型，用三轴排水试验进行参数确定。 （3） 对于增量法可以逐层填筑，分布计算，一般可以模拟实际的填筑过程和工序； 在每一加载过程中，还应当用时间的差分进行孔压消散的比奥理论计算；最后得到竣工时的应力、孔压和变形（位移）。也可以用于稳定分析（总应力法或者有效应力法） （4） 总应力法：采用不排水强度指标，用圆弧法分析（比肖甫法和摩根斯坦－普赖 斯法）。如果采用有效应力分析，则可以通过计算确定心墙中的超静孔压等值线，采用有效应力强度指标。 2．在一种松砂的常规三轴排水压缩试验中，试样破坏时应力为：σ3＝100kPa ，σ1－σ3＝235kPa 。 (1) 计算下面几个强度准则的强度参数： 莫尔－库仑强度准则：（σ1－σ3）/（σ1＋σ3）＝sin ?; 广义屈雷斯卡(Tresca)准则： σ1－σ3=αt I 1 松冈元－中井照夫强度准测：I 1I 2/I 3＝k f. （2）平面应变状态的试样的y 方向为零应变方向，已知ν＝0.35。初始应力状态为σz ＝σx ＝200kPa 且按 ?σz /?σx ＝-2比例加载，利用以上3个强度准则分别计算试样破坏时的σz ＝？ σx ＝？σy ＝？b=? 解答： （1）参数计算：σ3＝100kPa ，σ1－σ3＝235kPa ，σ3＝σ2＝100kPa ，σ1＝335kPa ①莫尔－库仑强度准则 1313235 0.54,32.7435 σσφσσ-===?+ ②Tresca 113 1 3352100535235 0.44535 t I kPa I σσα=+?=-= = = ③松冈元
参考书目《高等土力学》李广信 第1章土工试验及测试 一、简述土工试验的目的和意义。 1）揭示土的一般或特有的物理力学性质。 2）针对具体土样的试验，揭示区域性土、特殊土、人工复合土的物理力学性质。 3）确定理论计算和工程设计的参数。 4）验证理论计算的正确性及实用性。 5）原位测试、原型监测直接为土木工程服务，也是分析和实现信息化施工的手段。 第2章土的本构关系 ★二、广义讲，什么是土的本构关系？与其他金属材料比，它有什么变形特性（应力应变特性）？（2.3节）P51 土的本构关系广义上讲是指反应土的力学性状的数学表达式，表示形似一般为应力-应变-强度-时间的关系。 与金属材料相比，土的变形特性包含： ①土应力应变的非线性。由于土由碎散的固体颗粒组成，土的宏观变形主要不是由土颗粒本身变形，而是由于颗粒间位置的变化。这样在不同的应力水平下由相同应力增量引起的应变增量就不会相同，即表现出非线性。 ②土的剪胀性。由于土石由碎散颗粒组成的，在各向等压或等比压缩时，孔隙总是减少的，从而可发生较大的体积压缩，这种体积压缩大部分死不可恢复的，剪应力会引起土塑性体积变形，这叫剪胀性，另一方面，球应力又会产生剪应变，这种交叉的，或者耦合的效应，在其他材料中很少见。 ③土体变形的弹塑性。在加载后再卸载到原来的应力状态时，土一般不会完全恢复到原来的应变状态，其中有一部分变形是可以恢复的，部分应变式不可恢复的塑性应变，并且后者往往占很大的比例。 ④土应力应变的各向异性和土的结构性。不仅存在原生的由于土结的各向构异性带来的变形各向异性，而且对于各向受力不同时，也会产生心的变形和各向异性。 ⑤土的流变性。土的变形有时会表现出随时间变化的特性，即流变性。与土的流变特性有关的现象只要是土的蠕变和应力松弛。 影响土的应力应变关系的应力条件主要有应力水平，应力路径和应力历史。 ★三、何为土的剪胀性，产生剪胀的原因？P52(2.3.2) 土体由于剪应力引起的体积变化称为剪胀性，广义的剪胀性指剪切引起的体积变化，既包括体胀，也包括体缩，但后者常被称为“剪缩”。土的剪胀性实质上是由于剪应力引起土颗粒间相互位置的变化，使其排列发生变化，加大（或减小）颗粒间的孔隙，从而发生体积的变化。 四、论述土的本构关系分类，并举例说明。 1、弹性本构关系 弹性本构关系可分为线弹性本构关系和非线性弹性本构关系。线弹性本构关系即一般的弹性力学，其应力-应变关系服从广义胡克定律。非线性本构关系的应力-应变曲线是非线性
附件1 第一届全国高等学校水利类专业优秀教材名单 序号 名称作者出版单位书号出版日期 1 水工建筑物（第5版）主 编 林继镛（天津大学） 中国水利水电出版社ISBN 978-7-5084-6231-82009年5月 主 审 王光纶（清华大学） 2水利工程施工（第5版） 主 编 袁光裕（武汉大学） 中国水利水电出版社ISBN 978-7-5084-6223-32009年3月 胡志根（武汉大学） 主 审 钟登华（天津大学）3 水工钢筋混凝土 结构学（第4版） 合 编 河海大学 中国水利水电出版社ISBN 978-7-5084-6768-92009年8月 武汉大学 大连理工大学 郑州大学 主 审 周 氐（河海大学）4水利工程地质(第4版) 主 编 崔冠英（天津大学） 中国水利水电出版社ISBN 978-7-5084-5804-5 2008年11月 朱济祥（天津大学） 主 审 陆兆溱（河海大学） 金春山（大连理工大学）5 工程流体力学（上、下册） 主 编 李玉柱（清华大学） 清华大学出版社 ISBN 978-7-302-13578-42006年10月 贺五洲（清华大学）编 著 李玉柱（清华大学） ISBN 978-7-302-15631-42007年9月 江春波（清华大学）6水力发电建筑物主 编 李仲奎（清华大学） 清华大学出版社ISBN 978-7-302-15294-12007年10月 马吉明（清华大学） 张 明（清华大学）7土力学（第2版） 编 著 李广信（清华大学） 清华大学出版社ISBN 978-7-302-33176-62013年10月 张丙印（清华大学） 于玉贞（清华大学）8 工程水文学（第4 版） 主 编 詹道江（河海大学） 中国水利水电出版社ISBN 978-7-5084-7145-72010年1月 徐向阳（河海大学） 陈元芳（河海大学） 主 审 丁 晶（四川大学） 沈 冰（西安理工大学）9水电站（第4版） 主 编 刘启钊（河海大学） 中国水利水电出版社ISBN 978-7-5084-7832-62010年8月 胡 明（河海大学） 主 审 马吉明（清华大学）10水资源规划及利用 主 编 顾圣平（河海大学） 中国水利水电出版社ISBN 978-7-5084-6258-52009年2月 田富强（清华大学） 徐得潜（合肥工业大学）主 审 沈 冰（西安理工大学）11 结构力学（第3版）（I基础教程、II专题教程） 主 编 龙驭球（清华大学）高等教育出版社 ISBN 978-7-04-034823-1 2012年8月 包世华（清华大学） 袁 驷（清华大学）ISBN 978-7-04-034822-4 主 审 单 建（东南大学）12水工建筑学 主 编 张楚汉（清华大学） 清华大学出版社ISBN 978-7-302-25423-22011年6月 副主编 王光纶（清华大学） 金 峰（清华大学）13 水利工程测量 （第4版） 主 编 岳建平（河海大学） 中国水利水电出版社ISBN 978-7-5084-4276-1 2008年8月 邓念武（武汉大学）主 审 龚玉珍（武汉大学）
.回答下列问题: 1. 何谓非饱和土的基质吸力？举出一种非饱和土的强度公式。 2. 三轴试验中的膜嵌入或顺变性（ Membrane Penetration ）对试验结果有什么影响？对什么土和什么类型的试验影响比 较大？ 3. 说明普朗特尔（Prandtl ）和太沙基（Terzaghi ）的地基极限承载力公式的基本假设条件和滑裂面形状。 4. 何谓德鲁克（Drucker ）假说？何谓相适应和不相适应的流动规则？对两种情况各举一个土的弹塑性模型。 5. 某饱和砂土的固结不排水三轴试验结果如下图所示，在 p - q 坐标定性绘出有效应力路径。应当如何确定这种土的有 效应力强度指标？ U 二.选择一个问题回答： 1. 在深覆盖层上修建土石坝时，坝体和覆盖层的防渗结构物主要有那些型式？各有什么优缺点？ 2. 在地基处理方法中有哪些型式的复合地基桩？说明其适用范围。 三?最近在岩土工程界关于基坑支护土压力计算的讨论很热烈 ，试谈谈你对土压力的“水土合算”与“水土分算”的看 法 四.某油罐地基工程采用堆载预压法进行地基加固，地基土的抗剪强度指标如图所示，已知中心点 M 处的自重应力为: Sz =40kPa, ；x =32 kPa.当设计堆载压 力p = 200 kPa 时在M 点引起的附加压力 Z =120 kPa, X =30 kPa,分析M 点是否 会破坏？应如何进行堆载才能防止地基破坏？ 孔压系数A=0.4 c ?=10Kpa H ??=30? _ -6 k=5 ：10 cm/s 五?在一个高2米的铁皮槽中装有饱和的均匀松砂，其孔隙比 e=0.85,砂的比重Gs=2.67,内摩擦角：；：；：。然后在振动时 砂土发生了完全液化。由于槽壁位移，槽内的砂土的水平土压力是主动土压力，试计算砂土液化前后的槽壁上和槽底上 P 粉质粘土
一(b)、《高等土力学》研究的主要内容。 二、与上部结构工程相比，岩土工程的研究和计算分析有什么特点？ 三、归纳和分析土的特性。 四、简述土的结构性与成因，比较原状土与重塑土结构性强弱，并说明原因？ 五/0、叙述土工试验的目的和意义。 五/1、静三轴试验基本原理（即确定土抗剪强度参数的方法）与优点简介 五/2、叙述土体原位测试（既岩土工程现场试验）的主要用途，并介绍3种原位测试方法 五/3、粘土和砂土的各向异性是由于什么原因引起的？什么是诱发各向异性？ 五/4、介绍确定土抗剪强度参数的两种不同方法（包括设备名称），并分析其优缺点？ 五/5、什么叫材料的本构关系？在土的本构关系中，土的强度和应力-应变有什么联系？ 五/6、什么是加工硬化？什么是加工软化？请绘出他们的典型的应力应变关系曲线。 五/7、渗透破坏的主要类型？渗透变形的主要防治方法？ 五/8、沉降计算中通常区分几种沉降分量？它们的机理是什么？按什么原理对它们进行计算？ 六、阐述土工参数不确定性的主要来源和产生原因？ 七、岩土工程模型试验要尽可能遵守的原则？ 八、何谓土的剪胀特性？产生剪胀的原因？ 九、影响饱和无粘性土液化的主要因素有哪些？举出4种判断液化的方法。 十、刚性直剪试验的缺点并提出解决建议？ 十一、列举一个土工试验在工程应用中的实例，并用土力学理论解释之。 十二、叙述土工试验的目的和意义和岩土工程模型试验要尽可能遵守的原则？ 十三、土的本构模型主要可分为哪几类？邓肯-张本构模型的本质？并写出邓肯-张本构模型应力应变表达式，并在应力应变座标轴中表示。 十四、广义地讲，什么是土的本构关系？与其他金属材料比，它有什么变形特征？ 十五、在土的弹塑性本构关系中，屈服准则、硬化定理、流动法则起什么作用？ 十六、剑桥模型的试验基础及基本假定是什么？说明该模型各参数的意义及确定方法。 十七、给出应变硬化条件下，加载条件。为什么该条件在应变软化条件下不能使用 十八、土的本构模型主要可分为哪几类？何为非关联流动法则？写出基于非关联流动法则的弹塑性本构关系。
参考书目《高等土力学》广信 第1章土工试验及测试 一、简述土工试验的目的和意义。 1）揭示土的一般或特有的物理力学性质。 2）针对具体土样的试验，揭示区域性土、特殊土、人工复合土的物理力学性质。 3）确定理论计算和工程设计的参数。 4）验证理论计算的正确性及实用性。 5）原位测试、原型监测直接为土木工程服务，也是分析和实现信息化施工的手段。 第2章土的本构关系 ★二、广义讲，什么是土的本构关系？与其他金属材料比，它有什么变形特性（应力应变特性）？（2.3节）P51 土的本构关系广义上讲是指反应土的力学性状的数学表达式，表示形似一般为应力-应变-强度-时间的关系。 与金属材料相比，土的变形特性包含： ①土应力应变的非线性。由于土由碎散的固体颗粒组成，土的宏观变形主要不是由土颗粒本身变形，而是由于颗粒间位置的变化。这样在不同的应力水平下由相同应力增量引起的应变增量就不会相同，即表现出非线性。 ②土的剪胀性。由于土石由碎散颗粒组成的，在各向等压或等比压缩时，孔隙总是减少的，从而可发生较大的体积压缩，这种体积压缩大部分死不可恢复的，剪应力会引起土塑性体积变形，这叫剪胀性，另一方面，球应力又会产生剪应变，这种交叉的，或者耦合的效应，在其他材料中很少见。 ③土体变形的弹塑性。在加载后再卸载到原来的应力状态时，土一般不会完全恢复到原来的应变状态，其中有一部分变形是可以恢复的，部分应变式不可恢复的塑性应变，并且后者往往占很大的比例。 ④土应力应变的各向异性和土的结构性。不仅存在原生的由于土结的各向构异性带来的变形各向异性，而且对于各向受力不同时，也会产生心的变形和各向异性。 ⑤土的流变性。土的变形有时会表现出随时间变化的特性，即流变性。与土的流变特性有关的现象只要是土的蠕变和应力松弛。 影响土的应力应变关系的应力条件主要有应力水平，应力路径和应力历史。 ★三、何为土的剪胀性，产生剪胀的原因？P52(2.3.2) 土体由于剪应力引起的体积变化称为剪胀性，广义的剪胀性指剪切引起的体积变化，既包括体胀，也包括体缩，但后者常被称为“剪缩”。土的剪胀性实质上是由于剪应力引起土颗粒间相互位置的变化，使其排列发生变化，加大（或减小）颗粒间的孔隙，从而发生体积的变化。 四、论述土的本构关系分类，并举例说明。 1、弹性本构关系 弹性本构关系可分为线弹性本构关系和非线性弹性本构关系。线弹性本构关系即一般的弹性力学，其应力-应变关系服从广义胡克定律。非线性本构关系的应力-应变曲线是非线性
高等土力学考试
作者: 2
日期:
一回答下列问题： 1. 何谓非饱和土的基质吸力？举出一种非饱和土的强度公式。 2. 三轴试验中的膜嵌入或顺变性（ Membrane Penetration ）对试验结果有什么影响？对什么土和什么类型的 试验影响比较大？ 3. 说明普朗特尔（Prandtl ）和太沙基（Terzaghi ）的地基极限承载力公式的基本假设条件和滑裂面形状。 4. 何谓德鲁克（Drucker ）假说？何谓相适应和不相适应的流动规则？对两种情况各举一个土的弹塑性模型。 5. 某饱和砂土的固结不排水三轴试验结果如下图所示，在 p -q 坐标定性绘出有效应力路径。应当如何确 定这种土的有效应力强度指标？ 1. 在深覆盖层上修建土石坝时，坝体和覆盖层的防渗结构物主要有那些型式？各有什么优缺点？ 2. 在地基处理方法中有哪些型式的复合地基桩？说明其适用范围。 三?最近在岩土工程界关于基坑支护土压力计算的讨论很热烈 ，试谈谈你对土压力的“水土合算”与“水 土分算”的看法 四. 某油罐地基工程采用堆载预压法进行地基加固，地基土的抗剪强度指标如图所示，已知中心点 M 处的 自重应力为：“=40kPa, sx =32 kPa.当设计堆载压 力p = 200 kPa 时在M 点引起的附加压力 z =120 kPa, x =30 kPa,分析 M 点是否 会破坏？应如何进行堆载才能防止地基破坏？ p --------------------------- * -------------- ] r i r i t 1 粉质粘土 孔压系数A=0.4 c =10Kpa H =30 k=5 10-6cm/s
盛世清北-清华水利水电工程系考研难度解析 一、关于招生目录 2020年清华大学招生目录，一些招生专业和考试科目，都发生了很大的变动，这对于今年考研的学生来说，无疑是一次难度的增加，而对于二战的同学来说，面对同一个专业考试科目的改变，相当于重新开始，之前一年的努力几乎白费。下面跟着盛世清北老师一起来盘点2020年招生目录较2019年都发生了哪些变化吧。 清华水利水电工程系2020年招生目录变化不是特别大，本就三个专业的院系，仅在水利工程专业的初试科目上发生了改变： 1、2020水利工程的专业课考试科目发生重大变化： 水利工程01方向专业课考试科目811水文学基础改为959水利工程专业基础。 水利工程02-03方向专业课考试科目812水力学基础改为959水利工程专业基础。 水利工程04-05方向考专业课考试科目813结构力学基础改为959水利工程专业基础。 解析：959水利工程专业基础是一个全新的科目，再清华大学所有的考试科目中没有相同科目，这也就意味着这个科目的参考书，大纲，真题等等资料，2020考研学生都将成为实验者，只能自己摸索，这将给备考带来很大难度。不过同学们不要灰心，大家互相帮助，遇到难题盛世清北老师也可帮忙解决的。 二、考试大纲 对于新的考试科目，不要再去关注往年的大纲怎么样了，既然学校除了前所未有的新科目，
给出了新的大纲，我们就来好好按照新的大纲参考复习吧。810土力学基础 一、土的物理性质和工程分类 1．土的基本特性； 2．土的颗粒级配，土的矿物组成，土颗粒形状； 3．土中水：结合水、自由水（毛细水与重力水）； 4．反映土的三相间的数量关系的物理性质指标及其换算；5．土的物理状态；粘性土的稠度，砂土的相对密度；6．土的结构；原状土和扰动土，粘性土的灵敏度和触变性；7．土的压实特性； 8．土的分类方法及依据。 二、土的渗透性与渗透破坏 1．土的渗透试验和达西定律； 2．渗透系数的测定方法，成层土的平均渗透系数计算；3．渗透力； 4．渗透破坏的类型和判断：流土与管涌，临界水力坡降。 三、土体中的应力 1．土体中的三维、平面应变、轴对称、侧限等应力状态；2．土体中的自重应力； 3．基础底面接触压力特性及其简化计算； 4．地基中的附加应力； 5．有效应力原理； 6．静水与渗流条件下的有效应力计算； 7．三轴试验与孔压系数A和B。 四、土的压缩性与地基沉降计算 1．侧限压缩试验； 2．土的压缩性指标； 3．正常固结土、超固结土和欠固结土； 4．原位固结曲线与再压缩曲线；
《2012年河海大学高等土力学》—— 《土工原理》2012-05-16 1. 土体在沉淀以后，抗剪强度有什么变化趋势？为什么？（8分） p128 （p116） 答：土体沉淀后，不同的主应力方向下土的抗剪强度不同：竖向抗剪强度高于水平抗剪强度。这是因为天然的土通常在沉积过程中，长宽比大于1的针、片、棒状颗粒在重力作用下倾向于长边沿水平方向排列而处于稳定的状态，近似于水平层的沉淀，由于长期自重的作用，促成土颗粒排列有一定的方向性，这就形成了土层的各向异性结构，土层的各向异性结构导致土的力学性质上的各向异性。 2. 土体中有机质对土体有什么影响？（8分） p4 土壤中的有机质存在是土区别于一般固体物质的主要特性之一，有机质是土壤固相物质中最易变化、性质最不稳定的组分。有机质对土体性质影响的一般规律：随着有机质含量的增加，土的分散性加大，天然含水率增高，干密度减小，胀缩性增加，压缩性增加强度减小，承载力降低，对工程极为不利。 3. 十字板剪切实验中，竖向剪切强度与两端水平剪切强度哪个大？为什么？（7分）p102 答：（十字板剪切实验是一种利用十字板剪切仪在现场测定土的抗剪强度实验的方法，这种方法适合于现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀饱和软粘土。对于粘土中夹带薄层细、粉砂或贝壳，用该方法测得强度偏高。） 现场土常常是各向异性的，对于正常固结土，水平面上的抗剪强度一般小于垂直面上的抗剪强度。产生各向异性的原因在于：土的成层性和土中的应力状态不同。 4. 三轴实验中的破坏规范主应力之差和主应力之比，有什么不同？有什么区别？（7分）p124 答：不同的取值规范有时会得到不同的强度参数，一般有最大主应力差规范max 31)(σσ-（当应力应变曲线不出现峰值的时，则取轴向应变15%对应的最大主应力差）和最大有效应力比规范两种。两种取值规范求得强度参数的差异将取决于实验中孔隙水应力的发展过程，也就取决于实验类型和式样的剪切类型。 )1)((3 1331 31-''-='-'=-σσσσσσσu （1） 三种排水剪实验两种取值规范一致，因为0=u ； （2） 三轴固结不排水剪和三轴不固结不排水剪实验，由于孔隙水压力没有变化，导致两