高等土力学作业

高等土力学作业

2018级高等土力学作业

1、请用有效应力原理分析一下，为什么填方路基边坡在路基填筑后随时间变化

越来越稳定，而开挖的路堑边坡随时间变化越来越不稳定，由此出现边坡滑塌破坏主要为路堑边坡破坏这一现象。

2、在土压力计算中,当今热议的水土分算法与水土合算法的选择与适用性问题,

谈谈你的看法与认识。

3、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？

4、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厘米厚的水泥土垫层（15％水泥与原地基土混合后夯实），经在垫层上的载荷试验得到的承载力已经达到了设计承载力。你对这个设计有什么看法？

5、简述几种常用弹塑性本构模型的建模特点及适用条件。

6、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。

7、试用非饱和土原理，分析一下膨胀土边坡易于发生破坏的原因。从破坏原因

分析解决膨胀土边坡破坏的建议方法。

8、在软粘土地基上修建两个大型油罐，一个建成以后分期逐渐灌水，六个月以

后排水加油，另一个建成以后立即将油加满，后一个地基发生破坏，而前一个则安全，为什么会出现这种情况？并绘制二者路基中心处的有效应力路径。

9、周边地下水位较高地区的基坑开挖用板桩墙支护结构，基坑开挖过程中若分 别采用基坑坑内排水或基坑坑外降水两种方案，则开挖过程中，其板桩墙两侧的受力情况及板桩墙的稳定性变化有何不同?

10、你认为砂井地基的排水固结问题可用那些方法进行计算？这几种方法的

主要区别何在？

1、答：对于填方路基边坡在路基填筑过程中，若不计水的排出，填土荷载全部

由孔隙水压力承担，随着填筑的完成，超孔隙水压力不断增大，总应力不断增大，而剪切强度和有效应力保持不变。随着时间的推移，超孔隙水压力不断消散，抗剪强度和有效应力不断增强。因此，边坡稳定性随着时间的推移而逐步增大。对于开挖的路堑边坡随时间的变化，随着时间的推移，土体本身的初始应力释放,有效应力不断减小，边坡稳定性随着时间的推移而逐步降低。

2、答：在水土合算的计算公式中采用总应力指标和和饱和重度计算，但如果将

饱和重度为有效重度与水的重度之和代入公式，水土合算的方法实际上将水压力也乘以土压力系数。对于粘性土，情况比较复杂，从土中水全部是自由水的观点看，水压力打折扣也是不合适的；但如承认粘性土中的水不全部是自由水，则打一定的折扣，也是合适的，这就和粘性土中考虑浮力的方法相似。总之计算土压力时，当地下水面以下，土体如果是粘性土时，计算土压力用水土合算；当地下水面以下土体，如果土体是非粘性土时，计算土压力用水土分算，计算水压力值，此时总压力等于土压力与水压力之和。在土压力计算中，渗透性好的土一般采用水土分算法，故对碎石、砂土采用土水分算；而粘性土若按照土水分算，总土压力可能偏大，故有实际经验时可采用土水合算；个人认为粉土是介于二者之间，若当地并无实际经验还是建议采用水土分算为宜。按照有效应力原理分析，粘性土在实际工程中空隙水压力往往难以确定，因此，在许多情况下，往往采用总应力法计算，即土水合算。

在水土合算的计算公式中采用总应力指标和和饱和重度计算，但如果将饱和重度为有效重度与水的重度之和代入公式，进行比较后发现，水土合算的方法实际上将水压力也乘以土压力系数。在砂土中，这个计算方法显然是不合适的；对于粘性土，情况比较复杂，从土中水全部是自由水的观点看，水压力打折扣也是不合适的；但如承认粘性土中的水不全部是自由水，则打一定的折扣，也是合适的，这就和粘性土中考虑浮力的方法相似。

3、答：因为小型建筑的荷载较小，按承载力控制，就是建筑物地基只要满足强

度条件就可以，一般适用于小型建筑，对地基变形要求较低，而地基按沉降控制就必须在满足地基承载力控制的基础上，也必须满足地基沉降的要求，一般适用于高层建筑，对地基变形要求较高。

4、答：没有详细的资料及数据，不好妄下结论。对于该建筑地基采用此种处理

方法，往往要综合考虑地基土种类，方可选择相对应的方法；经在垫层上的载荷试验得到的承载力已经达到了设计承载力，且对应的地基土可以采用原地基上增加了70厘米厚的水泥土垫层的方法处理，则符合设计要求。但是如果是对于粉质粘土而言，地基土承载力能达到120KPa已经相当不错了，如想提高其承载力达到250kPa，那就必须要采用复合地基或强夯的处理方式，而采用上述方法处理地基，显然是不符合设计规范的要求，故不好下结论。

5、答：1）线弹性模型：线弹性模型遵从虎克定律，只有2个参数，即弹性模

量E和泊松比v，它是最简单的应力-应变关系，但无法描述土的很多特征，主要应用于早期的有限元分析及解析方法中，可用来近似模拟较硬的材料如岩土。2）Duncan-Chang（DC）模型：DC模型是一种非线性弹性模型，它用双曲线来模拟土的三轴排水试验的应力-应变关系。它侧重于刻画土体应力- 应变曲线非线性的简单特征，通过弹性参数的调整来近似地考虑土体的塑性变形。但所用的理论仍然是弹性理论而没有涉及到任何塑性理论，故仍不能反映如应力路径对变形的影响、土体的剪胀特性和球应力对剪应变的影响等土体的很多重要性质。由于DC模型是在为常数的常规三轴试验基础上提出的，比较适用于围压不变或变化不大、轴压增大的情况，如模拟土石坝和路堤的填筑。3）Mohr-Coulomb（MC）模型：MC模型是一种弹-理想塑性模型，它综合了胡克定律和Coulomb破坏准则。有5个参数，即控制弹性行为的2个参数：弹性模量E和泊松比v及控制塑性行为的3个参数：有效黏聚力、有效内摩擦角和剪胀角。MC模型采用了弹塑性理论，能较好地描述土体的破坏行为但却认为土体在达到抗剪强度之前的应力-应变关系符合胡克定律，因

而并不能较好地描述土体在破坏之前的变形行为，且不能考虑应力历史的影响及区分加荷和卸荷。故MC模型能较好地模拟土体的强度问题，MC模型的六凌锥形屈服面与土样真三轴试验的应力组合形成的屈服面吻合得较好，因此MC模型适合于低坝、边坡等稳定性问题的分析。4）Drucker-Prager（DP）模型：DP模型对MC模型的屈服面函数作了适当的修改，采用圆锥形屈服面来代替MC模型的六凌锥屈服面，易于程序的编制和进行数值计算。它存在与MC模型同样地缺点，相对而言，在模拟岩土材料时，MC模型较DP模型更加适合。5）修正剑桥模型（MCC）：MCC模型为等向硬化的弹塑性模型，它修正了剑桥模型的弹头形屈服面，采用帽子屈服面（椭圆形），以塑性体应变为硬化参数，能较好地描述黏性土在破坏之前的非线性和依赖于应力水平或应力路径的变形行为，MCC模型从理论上和试验上都较好地阐明了土体的弹塑性变形特征，是应用最为广泛的软土本构模型之一。它需要4个模型参数，即原始压缩曲线的斜率、回弹曲线斜率、CSL线的斜率、弹性参数泊松比v。此外，还需2个状态参数，即初始孔隙比和前期固结压力。

6、答：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注

浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法等。1）换填垫层法：适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。2）强夯法：适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土，软-流塑的粘性土等地基上对变形控制不严的工程，在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。强夯法和强夯置换法主要用来提高土的强度，减少压缩性，改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性。对饱和粘性土宜结合堆载预压法和垂直排水法使用。3）砂石桩法：适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基，提高地基的承载力和降低压缩性，也可用于处理可液化地基。对饱和粘土地基上变形控制不严的工程也可采用

砂石桩置换处理，使砂石桩与软粘土构成复合地基，加速软土的排水固结，提高地基承载力。4）、振冲法：分加填料和不加填料两种。加填料的通常称为振冲碎石桩法。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中、粗砂地基。振冲碎石桩主要用来提高地基承载力，减少地基沉降量，还可用来提高土坡的抗滑稳定性或提高土体的抗剪强度。5）水泥土搅拌法：分为浆液深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。若需采用时必须通过试验确定其适用性。当地基的天然含水量小于30%（黄土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用于法。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕，受其搅拌能力的限制，该法在地基承载力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的应用有一定难度。6）高压喷射注浆法：适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时，应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大，除地基加固外，也可作为深基坑或大坝的止水帷幕，目前最大处理深度已超过30m。7）预压法：适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。按预压方法分为堆载预压法及真空预压法。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。当软土层厚度小于4m时，可采用天然地基堆载预压法处理，当软土层厚度超过4m时，应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。对真空预压工程，必须在地基内设置排水竖井。预压法主要用来解决地基的沉降及稳定问题。8）夯实水泥土桩法：适用于处理地下水

位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。该法施工周期短、造价低、施工文明、造价容易控制，目前在北京、河北等地的旧城区危改小区工程中得到不少成功的应用。9）水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法：适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应根据地区经验或现场试验确定其适用性。基础和桩顶之间需设置一定厚度的褥垫层，保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。该法适用于条基、独立基础、箱基、筏基，可用来提高地基承载力和减少变形。对可液化地基，可采用碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩多桩型复合地基，达到消除地基土的液化和提高承载力的目的。10）石灰桩法：适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、杂填土和素填土等地基。用于地下水位以上的土层时，可采取减少生石灰用量和增加掺合料含水量的办法提高桩身强度。该法不适用于地下水下的砂类土。

7、答：膨胀土体内部的土吸力,就能抑制土体可能产生的膨胀变形。然而,实际

的基质吸力受土中含水量变化的影响十分显著。进入雨季后,膨胀土路基的表层部分土体由于降雨,水分逐渐积累,甚至达到饱和。随着土体渐趋饱和,孔隙气压减小,孔隙水压力增大,结果基质吸力减小,土体膨胀。如果土体单元含水量均匀增加,则基质吸力随之在各个方向上均匀减小,各个方向产生的膨胀变形也应该相同。但是,实际的膨胀土路基处于大气环境中,路基土受降雨的影响不可能处处相同,而是存在一定的影响梯度,表层土体肯定比内部土体更易于饱和。以土体单元为例,假定其