《土力学与基础工程》第3章土的性质及工程分类

土力学与基础工程课后思考题答案第二章2.1土由哪几部分组成？土中水分为哪几类？其特征如何？对土的工程性质影响如何？土体一般由固相、液相和气相三部分组成（即土的三相）。

土中水按存在形态分为：液态水、固态水和气态水（液态水分为自由水和结合水，结合水分为强结合水和弱结合水，自由水又分为重力水和毛细水）。

特征：固态水是指存在于颗粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造的水，液态水是人们日常生活中不可缺少的物质，气态水是土中气的一部分。

影响：土中水并非处于静止状态，而是运动着的。

工程实践中的流沙、管涌、冻胀、渗透固结、渗流时的边坡稳定问题都与土中水的运用有关。

2.2土的不均匀系数Cu及曲率系数Cc的定义是什么？如何从土的颗粒级配曲线形态上，Cu和Cc数值上评价土的工程性质。

不均匀系数Cu反映了大小不同粒组的分布情况。

曲率系数Cc描述了级配曲线分布的整体形态，表示是否有某粒组缺失的情况。

评价：（1）对于级配连续的土：Cu>5,级配良好；Cu<5，级配不良。

（2）对于级配不连续的土：同时满足Cu>5和Cc=1~3，级配良好，反之则级配不良。

2.3说明土的天然重度、饱和重度、浮重度和干重度的物理概念和相互联系，比较同一种土各重度数值的大小。

天然重度、饱和重度、浮重度和干重度分别表示单位体积的土分别在天然、饱和、湿润、干燥状态下的重量，它们反映了土在不同状态下质量的差异。

饱和重度>天然重度>干重度>浮重度2.4土的三相比例指标有哪些？哪些可以直接测定？哪些通过换算求得？为换算方便，什么情况下令V=1，什么情况下令Vs=1？三相比例指标有：天然密度、含水量、相对密度、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙比、孔隙率、饱和度。

直测指标：密度、含水量、相对密度。

换算指标：孔隙比、孔隙率、饱和度。

当已知相对密度ds时令Vs=1，当已知天然密度时令V=1，如若两者都已知，设V=1或Vs=1都行2.5反映无黏性土密实度状态的指标有哪些？采用相对密实度判断砂土的密实度有何优点？而工程上为何应用得并不广泛？指标：孔隙比、最大孔隙比、最小孔隙比。

土力学与基础工程复习重点第一章绪论（1）地基:支承基础的土体或岩体。

（2）天然地基：未经人工处理就可以满足设计要求的地基。

（3）人工地基:若地基软弱、承载力不能满足设计要求，则需对地基进行加固处理。

（4）基础：将结构承受的各重作用传递到地基上的结构组成部分。

第二章土的性质及工程分类（1）土体的三相体系：土体一般由固相(固体颗粒）、液相（土中水）和气相(气体）三部分组成。

（2）粒度:土粒的大小。

（3）界限粒径：划分粒组的分界尺寸。

（4）颗粒级配:土中所含各粒组的相对量,以土粒总重的百分数表示。

（5）土的颗粒级配曲线.（6）土中的水和气（p9)（7）工程中常用不均匀系数和曲率系数来反映土颗粒级配的不均匀程度。

不均匀系数反映了大小不同粒组的分布情况，曲率系数描述了级配曲线分布整体形态。

工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断：1.对于级配连续的土：,级配良好：,级配良好。

2.对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状(见图2。

5曲线C）,采用单一指标难以全面有效地判断土的级配好坏，同时需满足和两个条件时，才为级配良好，反之则级配不良。

颗粒分析实验：确定土中各个粒组相对含量的方法称为土的颗粒分析实验。

对于粒径大于0.075mm的粗粒土，可用筛分法。

对于粒径小于0。

075mm的细粒土，则可用沉降分析法（水分法）。

（7）土的物理性质指标三个基本实验指标1.土的天然密度土单位体积的质量称为土的密度（单位为)，即。

(2。

10）2.土的含水量土中的水的质量与土粒质量之比(用百分数表示）称为土的含水量,即。

（2.11)3.土粒相对密度土的固体颗粒质量与同体积4时纯水的质量之比，称为土粒相对密度，即（2.12）反映土单位体积质量（或重力)的指标1.土的干密度土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度，并以表示:。

（2.13）2.土的饱和密度土孔隙中充满水的单位体积质量，称为土的饱和密度，即, （2。

14）式中为水的密度,近似取3.土的有效密度（或浮密度）在地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后，即为单位土体积中土粒的有效质量，称为土的有效密度，即。

土力学与地基基础总结土力学与地基基础总结土力学与地基基础总结一第1章绪论1、基本概念土力学：是用力学的观点研究土各种性能一门科学地基：直接承受建筑物荷载的那一部分土层基础：将上部结构的荷载传递到地基中的结构的一部分，通常称为下部结构持力层：直接与基础地面接触的土层下卧层：地基内持力层下面的土层软弱下卧层：地基承载力低于持力层的下卧层天然地基：未经人工处理就可满足设计要求的地基人工地基：地层承载力不能满足设计要求，需进行加固处理的地基基础埋深：从设计地面（一般从室外地面）到基础底面的垂直距离浅基础：埋深小于5m,只需挖槽、排水等普通施工程序即可建造的基础深基础：借助于特殊施工方法建造的基础。

如桩基、墩基、沉井和地下连续墙2、地基与基础设计的基本条件（1）作用于地基上的荷载效应不得超过地基容许承载力值。

（2）基础沉降不得超过地基变形容许值。

（3）具有足够防止失稳破坏的安全储备。

第2章土的物理性质和工程分类1、土的结构：（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮状结构2、土的构造（1）层状构造；（2）分散构造；（3）裂隙构造（4）结核状构造3、土的工程特性（1）压缩性高；（2）强度低；（3）透水性大4、土的颗粒级配（1）土的粒径： d60 —控制粒径d10 —有效粒径d30 —中值粒径（3）连续程度:Cc = d302 / (d60 ×d10 ) —曲率系数5、土的物理性质（1）土的物理性质指标1）土的密度、有效密度、饱和密度、干密度土的重度、有效重度、饱和重度、干重度2）土粒的比重3）土的饱和度4）土的含水量5）土的孔隙比和空隙率（2）无粘性土的密实度：Dremaxeemaxemin（3）粘性土的物理性质：（4）液性指数和塑性指数IpLpILpLp（5）粘性土的灵敏度（6）粘性土的触变性饱和粘性土受到扰动后，结构产生破坏，土的强度降低。

当扰动停止后，土的强度随时间又会逐渐恢复的现象，称为触变性。

二、选择题1．在土的三相比例指标中，直接通过试验测定的是( B )。

A．d s，w，e B．d s，w，ρC．d s，e，ρD．e，w，ρ2．若某砂土的天然孔隙比与其所能达到的最大孔隙比相等，则该土( B )。

A．处于最密实的状态B．处于最松散的状态C．处于中等密实的状态D．相对密实度D r=l3．对无黏性土的工程性质影响最大的因素是( B )。

A．含水量B．密实度C．矿物成分D．颗粒的均匀程度4．处于天然状态的砂土的密实度一般用哪一种试验来测定? ( C ) A．载荷试验B．现场十字板剪切试验C．标准贯入试验D．轻便触探试验5．某黏性土的液性指数，I L=0.6，则该土的状态为( B )。

A．硬塑B．可塑C．软塑D．流塑6．黏性土的塑性指数I p越大，表示土的( B )。

A．含水量w越大B．黏粒含量越高C．粉粒含量越高D．塑限w p越高7．土的粒度成分是指( B )。

A．土颗粒的大小B．土颗粒大小的级配C．土颗粒的性质D．黏粒含量的大小8．土颗粒的大小及其级配，通常是用颗粒累计级配曲线来表示的，级配曲线越平缓表示( C )。

A．土粒大小较均匀，级配良好B．土粒大小不均匀，级配不良C．土粒大小不均匀，级配良好D．土粒大小较均匀，级配不良9．土的颗粒级配，也可用不均匀系数来表示，不均匀系数C u是用小于某粒径的土粒质量累计百分数的两个限定粒径之比来表示的，即( A )。

A．C u=d60/d10B．C u=d50/d10C．C u=d65/d15D．C u=d10/d6010．评价砂土的物理性质，是采用下列哪组指标来描述的( B )。

A．塑性指数、液性指数和天然含水量B．孔隙比、相对密实度和标准贯入击数C．最大干密度、压实系数和最优含水量D．天然孔隙比、最大孔隙比和最小孔隙比11．评价黏性土的物理指标主要有哪些( C )。

A．天然孔隙比、最大孔隙比和最小孔隙比B．最大干密度、压实系数和最优含水量C．塑限、液限和天然含水量D．孔隙比、相对密实度和标准贯入击数12．已知土粒比重Gs＝2.7，孔隙比e＝1，则该土的临界水力坡降为多少( C )。

第一章绪论一、思考题：1．与地基基础有关的工程事故主要有哪些？2．什么是地基？什么是基础？它们各自的作用是什么？3．什么是天然地基？什么是人工地基？4．何谓土力学？5．土与其它建筑材料相比具有哪些独特的性质？6．地基设计中必须满足的技术条件是什么？7．基础设计中必须满足的技术条件是什么？第三章土的物理性质与工程分类一、思考题：1．土是由哪几部分组成？土中次生矿物是怎样生成的？粘土矿物分哪几种？2．土分为哪几大粒组？何谓粘粒？3．什么是土的粒径级配？粒径级配曲线的纵坐标表示什么？如何从级配曲线的陡缓判断土的工程性质？4．土中水包括哪几种？结合水、毛细水有何特性？5．什么是土的结构？什么是土的构造？不同的结构对土的性质有何影响？6．土的物理性质指标有哪几个？其中哪些可以直接测定？常用测定方法是什么？7．土的密度ρ与土的重力密度γ的物理意义和单位有何区别？说明天然重度γ、饱和重度γsat、有效重度γ′和干重度γd之间相互关系，并比较其数值的大小。

8．无粘性土最主要的物理状态指标是什么？可用哪些参数来划分密实度？9．粘性土最主要的物理特征是什么？粘性土有哪些物理状态指标？塑限、液限分别如何测定？10．什么是土的塑性指数？其大小与土粒组成有什么关系？11．比较几种无粘性土，孔隙比越小者一定越密实吗？12．什么是冻胀？在什么环境下容易产生冬胀？13．粘性土在压实过程中，含水量与干密度存在什么关系？14．为什么无粘性土的压实曲线与粘性土的压实曲线不同？15．无粘性土根据什么方法定名？定名时要注意哪些问题？砂土分为哪几类？16．粘性土、粉土的定名依据分别是什么？二．填空题1．确定各粒组相对含量的方法称为颗粒分析试验，分为法和法。

2．砂粒与粉粒的分界粒径是mm。

3．当砾类土或砂类土同时满足C u≥C c = 两个条件时，视为良好级配。

4．土的结构可分为、和三种基本类型。

5．粘性土随着含水量的增加而分别处于、、及流动状态。

答：Cu 反映了大小不同粒组的分布情况，曲率系数Cc 描述了级配曲线分布的整体形态，表示是否有某粒组缺失的情况。

(1) 对于级配连续的Cu>5,级配良好；反之，Cu<5，级配不良。

(2)对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状，采用单一指标Cu 难以全面有效地判断土的级配好坏，则需同时满足Cu>5 和Cc=1-3 两个条件时，才为级配良好，反之则级配不良。

答：影响砂、卵石等无粘性土工程性质的主要因素是密实度。

答：土层发生冻胀的原因是水分的迁移和积聚所致发生冻胀的条件是土的因素、水的因素、温度的因素也是图层发生冻胀的三个必要条件。

答：毛细水是受到水与空气交壤面处表面张力的作用、存在于地下水位以上的透水层中自由水。

在粉细砂和粉土，则毛细水高度大，而且上升速度也快，即毛细现象严重。

答：在一定的压实功能下使土最容易压实，并能达到最大密实度时的含水量称为土的最优含水量。

影响击实效果的主要因素最重要的是含水量、击实功能、土的性质。

答：土体在自重作用下只能产生竖向变形，而无侧向位移及剪切变形存在。

一 般土层形成地质年代较长，在自重作用下变形早已稳定，故自重压力再也不引起 建造物基础沉降，但对于近期沉积或者堆积的土层以及地下水位升降等情况，尚 应考虑自重应力作用下的变形， 这是因为地下水位 ide 变动， 引起土的重度改变 的结果。

答：因为受地基容许承载力的限制、加之基础还有一定的埋置深度，其基底压 力呈马鞍形分布，而且其发展趋向于均匀，故可近似简化为基底反力均匀分布； 此外根据弹性理论中圣维南原理可以证明，在基础底面下一定深度所引起的地 基附加应力与基底荷载分布形态无关，而只与合力的大小和作用点位置有关。

中心荷载作用时 P=(F+G)/A.偏心荷载作用时 Pmax=(F+G)/A ±M/WMin答： (1)附加应力σ 自基底起算，随深度呈曲线衰减；(2) σ 具有一定的扩散性。

《土力学》教案课次：第3次主要内容：土的物理特性指标；土的结构与构造；土的工程分类重点内容：黏性土的物理特性指标；土的工程分类教学方法：精讲启发式作业：P29:第3题、第4题§2.4 土的物理特性指标一、粘性土的物理特性指标粘性土：是指具有可塑状态性质的土，它们在外力的作用下，可塑成任何形状而不开裂，当外力去掉后，仍可保持原形状不变，土的这种性质称为可塑性。

（一）粘性土的界线含水量含水量的大小对粘性土的工程性质要产生极大的影响，随着含水量的增加，粘性土的强度要降低，压缩性要提高。

粘性土随着含水量的增加，将由固态T半固态T可塑状态T流动状态，如下图所示。

缩限他液限如》液限诲L 含水■p 甲 ------------------ 1--------------------流动状态：当粘土中水较多、土粒完全被水隔开时，土成泥浆状，可流动。

这时土的抗剪强度极低。

可塑状态：在外力作用下可塑成任何形状而不发生裂缝，当外力移去后能保持既得形状，不回弹也不坍塌，粘性土的这种特性称为可塑性，相应的状态为可塑状态。

此时土有很小的抗剪强度。

半固态：当含水量继续减少时，土体因水份减少而发生体积收缩，称为半固态。

固态：当含水量进一步减少，但其体积不再收缩时，粘土处于固态。

处于半固态和固态的粘性土，具有较大的抗剪强度，在外力作用下不再有可塑性，而是呈脆性。

界线含水量：粘性土的一种状态转入另一种状态时的分界含水量称为界线含水量。

土由流动状态变成可塑状态的界限含水量称为液限，用VL表示；土由可塑状态变化到半固态的界限含称为塑限，用VP表示；由半固态到固态的界限含水量称为缩限，用V表示。

塑限V和液限V在国际上称为阿太堡界限，来源于土壤学，后来应用于土木工程。

处于固态的土，基本上只含强结合水；处于半固态的土，含强结合水及部分弱结合水；处于塑性状态的粘性土含有结合水和少部分自由水；处于流动状态的粘性土含有大量的自由水。

（二）界限含水量的测定方法1 .液限W的测定我国用锥式液限仪来测定，如下图所示。

《土力学与基础工程试题库》一、填空题：绪论1、土是___________ 的产物，是矿物颗粒的松散集合体。

答：岩石风化2、公路桥涵设计采用的作用分为____________ 、____________ 和____________ o答：永久作用、可变作用、偶然作用第一章土的物理性质及工程分类1、土一般为三相土，即由___________ 、___________ 和 ________ 三部分组成。

答：固体、液体、气体2、若不均匀系数G25,为 _______________ ,若不均与系数C u<5,为_____________ o答：不均匀土、均匀土3、土的结构可分为三种类型，分别为___________ 、 __________ 和___________ o答：单粒结构、蜂窝结构、絮凝结构4、粘性土在某一含水率时的稀稠程度或软硬程度称为____________ o答：稠度5、______ 表明粘性土处在可塑状态时的含水率变化的范围，________ 可作为判定土的软硬程度的指标。

答：塑性指数、液性指数第二章土中水的运动规律1、粘性土的达西定律表达式为____________ 。

答：v=k(i-i0)2、水透过孔隙流动的现象称为__________ , 土可以被水透过的性质称为土的_________ 。

答：渗透；渗透性第三章土体中的应力1、当基础对地基的压力一定时，深埋基础可以减小基底附加压力，这种方法在工程上称为。

答：补偿性设计第四章土的压缩性1、土的压缩随时间变化的过程称为土的___________ 0答：固结2、当压缩系数Q“20.5MPa」时，土为 ____________ o答：高压缩性土第五章土的抗剪强度及土坡稳定分析1、土体抵抗剪切破坏的极限能力称为土的___________ O答：抗剪强度2、砂性土的库仑定律表达式为__________ 。

答：T尸o tan(p3、粘性土的库仑定律表达式为__________ 。

第3章土的渗透性及渗流（答案在最底端）一、简答题1.试解释起始水力梯度产生的原因。

2.简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。

（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.3。

为什么室内渗透试验与现场测试得出的渗透系数有较大差别？4。

拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场？5.为什么流线与等势线总是正交的？6.流砂与管涌现象有什么区别和联系？7。

渗透力都会引起哪些破坏？二、填空题1.土体具有被液体透过的性质称为土的。

2。

影响渗透系数的主要因素有：、、、、、。

3.一般来讲,室内渗透试验有两种,即和.4.渗流破坏主要有和两种基本形式。

5.达西定律只适用于的情况，而反映土的透水性的比例系数，称之为土的。

三、选择题1。

反应土透水性质的指标是（）。

A.不均匀系数 B。

相对密实度C。

压缩系数 D。

渗透系数2.下列有关流土与管涌的概念，正确的说法是( ）。

A．发生流土时，水流向上渗流；发生管涌时，水流向下渗流B。

流土多发生在黏性土中，而管涌多发生在无黏性土中C。

流土属突发性破坏，管涌属渐进式破坏D。

流土属渗流破坏，管涌不属渗流破坏3.土透水性的强弱可用土的哪一项指标来反映？( )A。

压缩系数 B。

固结系数C。

压缩模量 D。

渗透系数4。

发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形?（ )A.坑底隆起 B。

名词解释1.土力学—利用力学的一般原理，研究土的物理、化学和力学性质及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学。

它是力学的一个分支。

2.地基：为支承基础的土体或岩体。

在结构物基础底面下，承受由基础传来的荷载，受建筑物影响的那部分地层。

地基分为天然地基、人工地基。

3.基础：将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。

基础依据埋置深度不同划分为浅基础、深基础2土的性质及工程分类1. 土的三相：水（液态、固态）气体（包括水气）固体颗粒（骨架）2. 原生矿物。

即岩浆在冷凝过程中形成的矿物。

3. 次生矿物。

系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿物4.粘土矿物特点：粘土矿物是一种复合的铝—硅酸盐晶体，颗粒成片状，是由硅片和铝片构成的晶胞所组叠而成。

5.粒组:介于一定粒度范围内的土粒。

界限粒径：划分粒组的分界尺寸称为颗粒级配:土中各粒组的相对含量就称为土的颗粒级配。

（d > 0.075mm时，用筛分法；d <0.075，沉降分析）颗粒级配曲线：曲线平缓，表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好。

不均匀系数:C u=d60/d10，反映土粒大小的均匀程度，C u 越大表示粒度分布范围越大，土粒越不均匀，其级配越好。

曲率系数:C c=d302/(d60*d10)，反映累计曲线的整体形状，Cc 越大，表示曲线向左凸，粗粒越多。

（d60 为小于某粒径的土重累计百分量为60% ，d30 、d11 分别为限制粒径、中值粒径、有效粒径）①对于级配连续的土：Cu>5，级配良好；Cu<5，级配不良。

②对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状，采用单一指标Cu难以全面有效地判断土级配好坏，需同时满足Cu>5和Cc=1~3两个条件时，才为级配良好，反之则级配不良。

6.结合水－指受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。

这种电分子吸引力高达几千到几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。

第一章 土的物理性质与工程分类（习题答案）习题1-1按规范求出图1-12颗粒级配曲线①、曲线②所示土中各粒组的百分比含量，并分析其颗粒级配情况。

图1-12 习题1-1图解：由图1-12查得曲线①和②小于个界限粒径的含量分别为表一中（2）、（3）栏所示。

（1） 界限粒径d20 5 2 0.5 0.25 0.074 0.002 （2） 小于某粒径的%曲线① 100 99 92 54 25 2 0 （3）曲线②10090774815有表一计算得到各粒组含量的%如表二所示。

习题1-2使用体积60cm 3的环刀切取土样，侧的土样质量为120g ，烘干后的质量为100g ，又经比重试验测得G s ＝2.70，试求①该土的湿密度ρ、湿重度γ、含水率ω和干重度γd ②在1立方米土体中，土颗粒、水与空气所占的体积和质量。

解：（1）3/260120cm g v m ===ρ γ=ρg=2×10=20KN/m 3%20%100100100120%100=⨯-=⨯-=s s m m m ω 3/67.162.01201m KN d =+=+=ωγγ（2）当V=1m 3时（1）粒组20~5 5~2 2~0.5 0.5~0.25 0.25~0.074 0.074~0.002 ≤0.002 （2） 各粒组含量% 曲线① 1 7 38 29 23 2 0 （3） 曲线② 01013293315由kg g V m V g m d s s d 16671010167.163=⨯⨯==⇒=-γγ 由kg m m m m s w sw3.3331667%20%100=⨯==⇒⨯=ωω 3333.010003.333m m V V m w w w w w w ===⇒=ρρ 由3617.010007.21667m G m V V m G w s S S w S s s =⨯==⇒=ρρ V a =V -V s -V w =1-0.617-0.333=0.05m 3习题1-31-3 试按三相草图推证下列两个关系式：（1） eG S s r ω= （2） )1(1n G eG w s w s d -=+=γγγ解：(1)将G s 、ω、e 的定义式代入等式右侧则：右式r vw v w w V m w w v w w v s s w w s s S S V V V V V V V m V V m m V m e G W w=====ρρρω故eG S S r ω=（2）e G G G G V g V V m V g m ws V V w s V V V w s V V w s w s w s s s d svsv s s +=+=====+11γγγγρργ 由上式可知：)1(n G VV V G V V G w s Vw s S w s d -=-==γγγγ 习题1-4某原状土样，测出该土的γ=17.8kN /m 3，ω=25%，G s ＝2.65，试计算该土的干重度γd 、孔隙比e 、饱和重度γsat 、浮重度γ’、和饱和度S r 。