土力学03第三章习题解答
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第2章土的物理性质及分类1. 有一完全饱和的原状土样切满于容积为21.7cm3的环刀内,称得总质量为72.49g,经1 05℃烘干至恒重为61.28g,已知环刀质量为32.54g,土粒相对密度(比重)为2.74,试求该土样的湿密度、含水量、干密度及孔隙比(要求按三项比例指标定义求解)。
2. 某原状土样的密度为1.85g/cm 3、含水量为34%、土粒相对密度为2.71,试求该土样的饱和密度、有效密度和有效重度(先导得公式然后求解)。
3. 某砂土土样的密度为1.77g/cm3,含水量为9.8%,土粒相对密度为2.67,烘干后测定最小孔隙比为0.461,最大孔隙比为0.943,试求孔隙比和相对密度,判断该砂土的密实度。
4. 某一完全饱和粘性土试样的含水量为30%,土粒相对密度为2.73 ,液限为33%,塑限为17%,试求孔隙比、干密度和饱和密度,并按塑性指数和液性指数分别定出该粘性土的分类名称和软硬状态。
1.解:2.解:设土颗粒体积为1由得3.解:由因为1/3< SPAN>所以该砂土的密实度为中密。
4.解:由得因为10<I P=16<17,该粘性土应定名为粉质粘土;因为0.75<I L=0.81<1.0,所以该粘性土的状态为软塑。
第3章土的渗透性及渗流3. 某渗透装置如图3-3所示。
砂Ⅰ的渗透系数;砂Ⅱ的渗透系数;砂样断面积A=200,试问:(1)若在砂Ⅰ与砂Ⅱ分界面处安装一测压管,则测压管中水面将升至右端水面以上多高?(2)砂Ⅰ与砂Ⅱ界面处的单位渗流量q多大?4. 定水头渗透试验中,已知渗透仪直径,在渗流直径上的水头损失,在60s时间内的渗水量,求土的渗透系数。
一、简答题1地下水渗流时为什么会产生水头损失?水在土体中流动时,由于受到土粒的阻力,而引起水头损失。
并称单位体积土颗粒所受到的渗流作用力称为渗流力。
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?3. 【答】室内试验和现场试验渗透系数有较大差别,主要在于试验装置和试验条件等有关,即就是和渗透系数的影响因素有关,详见上一题。
《土力学》课后习题答案第一章1-1:已知:V=72cm3m=129.1g m s=121.5g G s=2.70则:129.1121.56.3%121.5ssm mwm--===3333 129.1*1017.9/72121.5452.77245271.0*27121.5*1020.6/72sssV ssat w V ssat satmg g KN mvmV cmV V V cmm V mg g g KN mV Vγρρργρ========-=-=++=====3320.61010.6/121.5*1016.9/72sat wsdsat dKN mmg KN mVγγγγγγγγ'=-=-===='>>>则1-2:已知:G s=2.72 设V s=1cm3则33332.72/2.722.72*1016/1.72.720.7*1*1020.1/1.720.11010.1/75%1.0*0.7*75%0.5250.52519.3%2.720.525 2.721.sssd ds V wwrw w V rwsw sg cmm gmg g KN mVm Vg g KN mVKN mm V S gmwmm mg gVργρργργγγργρ======++===='=-=-========++===当S时,3*1019.1/7KN m=1-3:3477777331.70*10*8*1013.6*1013.6*10*20%2.72*1013.6*10 2.72*10850001.92*10s d w s s wm V kg m m w kg m m V m ρρ======++==挖1-4: 甲:33334025151* 2.72.7*30%0.81100%0.812.70.811.94/10.8119.4/2.71.48/1.8114.8/0.81p L P s s s s w r wV ws w s w s d s w d d vsI w w V m V g m g S m V m m g cm V V g KN m m g cm V V g KN m V e V ρρργρργρ=-=-=======∴==++===++=====+====设则又因为乙:3333381 2.682.68*22%0.47960.47962.680.47962.14/10.47962.14*1021.4/2.681.84/1.47961.84*1018.4/0.4796p L p s s s s w s V s w s V s d s w d d VsI w w V m V g m m w g V cm m m g cm V V g KN m m g cm V V g KN m V e V ρργρργρ=-========++===++======+=====设则则γγ∴<乙甲 d d γγ<乙甲 e e >乙甲 p p I I >乙甲则(1)、(4)正确1-5:1s w d G eρρ=+ 则2.7*1110.591.7022%*2.7185%0.59s wds r G e wG S e ρρ=-=-====>所以该料场的土料不适合筑坝,建议翻晒,使其含水率降低。
3.1解:当第四层为坚硬的石时,该层为不透水层,处于地下水位以下的土体不受浮力作用,计算自重应力时,地下水位以下的土体采用其饱和重度。
地下水位以下的土体其天然状态就是饱和状态,故其天然重度即是其饱和重度。
计算中第一层素填土γ1=18.0kN/m3,第二层粉土γ2=19.4kN/m3,第三层中砂γ3=19.8kN/m3。
此时,岩顶处的自重应力为σcz=γ1h1+γ2h2+γ3h3=18×1.5+19.4×3.6+19.8×1.8=132.5kPa当第四层为强风化岩石,该层为透水层,处于地下水位的土体会受到浮力作用,计算自重应力时,地下水位以下的土体采用浮重度;地下水位以上的土体采用天然重度。
地下水位在第一层素填土和第二层粉土的分界面处,计算中第一层素填土γ1=18.0kN/m3,第二层粉土γ/2=9.4kN/m3,第三层中砂γ/3=9.8kN/m3。
此时,岩顶处的自重应力为σcz=γ1h1+γ/2h2+γ/3h3=18×1.5+9.4×3.6+9.8×1.8=78.5kPa3.2解:根据题意知,地下水位以上的粉土处于饱和状态,其饱和重度即是其天然重度。
计算中,地下水位以上1.1m范围的粉土采用天然重度γ=20.1kN/m3,地下水位以下3.7m范围的粉土采用浮重度γ/=10.1kN/m3。
粉土底面的自重应力为σcz=γh1+γ/h2=20.1×1.1+10.1×3.7=59.48kPa3.3解:偏心荷载下,在计算中心点下的附加应力时,可将梯形分布的基底压力简化为均布荷载,均布荷载p0的大小等于基底附加压力最大值p max和最小值p min 之和的一半,即:p0=(p max+p min)/2=100kPa。
故本题可简化为条形基础作用均布荷载p0=100kPa,基础中心点下附加应力的计算,公式为:σz=αz p0,附加应力系数αz查P98页表3.5,计算列表如下:3.4解:为计算基础短边中心点下的附加应力,沿矩形基础长边方向,添加一块与原面积等大的荷载面,新的矩形基础长为原基础的2倍,宽不变。
第一章习题及部分解答1-2根据图 1 - 5上四根粒径分布曲线,列表写出各土的各级粒组含量,估算②、③、④土的Cu及Cc并评价其级配情况。
解:列表写出各土的各级粒组含量(单位%)计算及并评价其级配情况1-3 (题略)解答提示:含蒙脱石粘性土的工程性质不如含高岭石粘性土好,原因分析:从黏土矿物内部晶体结构分析。
1-4 (题略)解答提示:黏土颗粒表面带电的主要原因有:同晶置换、破键、吸附作用、离解作用1-8有一块体积为60 cm 3的原状土样,重1.05 N,烘干后0.85 N 。
已只土粒比重(相对密度)二=2.67。
求土的天然重度g、天然含水量眉、干重度g d、饱和重度g sat、浮重度g '、孔隙比e及饱和度S r解:已知 V 60cm3,W 1.05N,W s 0.85N,Gs 2.67。
求,,d, sat,、,e,SrW/V 17.5kN/m3Ww/Ws 23.53%d Ws/V 14.1667kN/m3e wGs(1——)1 0.8470Gs e18 6609kN /3sat _ w i o.oou/ 11 io1 e、w 8.8609kN/m3satG s 74.174%Sre1-10某工地在填土施工中所用土料的含水量为5%,为便于夯实需在土料中加水,使其含水量增至15%,试问每1000 kg质量的土料应加多少水?1-11用某种土筑堤,土的含水量= 15 %,土粒比重G s = 2.67 。
分层夯实,每层先填0.5m,其重度等g = 16kN/ m3,夯实达到饱和度’’=85% 后再填下一层,如夯实时水没有流失,求每层夯实后的厚度。
1-12某饱和土样重0.40N,体积为21.5 cm3,将其烘过一段时间后重为0.33N,体积缩至15.7 cm 3 ,饱和度'■ = 75%,试求土样在烘烤前和烘烤的含水量及孔隙比和干重度。
解:已知烘烤前Sr=1 , W=0.4N, V=21.5cm3,烘过一段时间后W'=0.33N, V'=15.7cm3, Sr'=75%,求w w' e e'烘过一段时间后,失去水分重量0.07N,体积为0.07*1000/9.8=7.1429cm3 烘前Sr=1, Vv=Vw=21.5-Vs (1)烘后Sr=0.75=(Vw-7.1429)/(15.7-Vs) (2)由(1)、(2)求解出:Vs=10.3284cm3 Vw=11.1716cm3因此:烘前Ww=11.1716*9.8/1000=0.1095NWs=0.4-0.1095=0.2905NWw/Ws=37.6936%e=Vv/Vs=1.0816d Ws/V=13.5116kN/m3烘后Ww'=0.1095-0.07=0.0395NWw'/Ws=13.5972% e=Vv'/Vs=0.5201Ws/V'=18.5032kN/m31- 16 (题略) 解: 已知 WL=44%,Wp=28%, W=0.401N, Ws=0.264N 。
河海⼤学_⼟⼒学_课后习题思考题答案河海⼟⼒学课后习题与答案第⼀章思考题11-1 什么叫⼟?⼟是怎样形成的?粗粒⼟和细粒⼟的组成有何不同?1-2 什么叫残积⼟?什么叫运积⼟?他们各有什么特征?1-3 何谓⼟的级配?⼟的粒径分布曲线是怎样绘制的?为什么粒径分布曲线⽤半对数坐标?1-4 何谓⼟的结构?⼟的结构有哪⼏种类型?它们各有什么特征?1-5 ⼟的粒径分布曲线的特征可以⽤哪两个系数来表⽰?它们定义⼜如何?1-6 如何利⽤⼟的粒径分布曲线来判断⼟的级配的好坏?1-7 什么是吸着⽔?具有哪些特征?1-8 什么叫⾃由⽔?⾃由⽔可以分为哪两种?1-9 什么叫重⼒⽔?它有哪些特征?1-10 ⼟中的⽓体以哪⼏种形式存在?它们对⼟的⼯程性质有何影响?1-11 什么叫的物理性质指标是怎样定义的?其中哪三个是基本指标?1-12 什么叫砂⼟的相对密实度?有何⽤途?1-13 何谓粘性⼟的稠度?粘性⼟随着含⽔率的不同可分为⼏种状态?各有何特性?1-14 何谓塑性指数和液性指数?有何⽤途?1-15 何谓⼟的压实性?⼟压实的⽬的是什么?1-16 ⼟的压实性与哪些因素有关?何谓⼟的最⼤⼲密度和最优含⽔率?1-17 ⼟的⼯程分类的⽬的是什么?1-18 什么是粗粒⼟?什么叫细粒⼟?习题11-1有A、B两个图样,通过室内实验测得其粒径与⼩于该粒径的⼟粒质量如下表所⽰,试绘出它们的粒径分布曲线并求出C和c C值。
uA⼟样实验资料(总质量500g)得其质量为15.3g,烘⼲后质量为10.6g,⼟粒⽐重为2.70,求试样的含⽔率、孔隙⽐、孔隙率、饱和密度、浮密度、⼲密度及其相应的重度。
1-3 某⼟样的含⽔率为6.0%密度为1.60 3g/cm,⼟粒⽐重为2.70,若设孔隙⽐不变,为使⼟样完全饱和,问100 3cm⼟样中应该加多少⽔?1-4 有⼟料1000g,它的含⽔率为6.0%,若使它的含⽔率增加到16.0%,问需要加多少⽔?1-5 有⼀砂⼟层,测得其天然密度为1.773g/cm ,天然含⽔率为9.8%,⼟的⽐重为2.70,烘⼲后测得最⼩孔隙⽐为0.46,最⼤孔隙⽐为0.94,试求天然孔隙⽐e 、饱和含⽔率和相对密实度D ,并判别该砂⼟层处于何种密实状态。
第一章 土的物理性质及其工程分类P 60[2-2] 解:V=21.7cm 3,m=72.49-32.54=39.95g ,m S =61.28-32.54=28.74g ,m W =72.49-61.28=11.21g7.2195.39==V m ρ=1.84g/ cm 3,74.2821.11==sw m m w =39% 07.1184.1)39.01(174.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρW S d eP 60[2-3] 解:963.0185.1)34.01(171.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρWS d e 963.01963.071.21++=++=e e d s sat ρ=1.87 g/ cm 3,87.0187.1=-=-='W sat ρρρ g/ cm 3g ργ'='=0.87×10=8.7 kN/m 3P 60[2-4] 解:已知77.1=ρg/cm 3, w =9.8%,s d =2.67,461.0min =e ,943.0max =e∴656.0177.1)098.01(167.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρW S d e ,∈=--=--=6.0461.0943.0656.0943.0min max max e e e e D r (0.33,0.67)∴该砂土处于中密状态。
P 60[2-5] 解:已知s d =2.73,w =30%,=L w 33%,=P w 17%土样完全饱和→1=r S ,sat ρρ=819.073.23.01=⨯=⇒==e e wd S S r ,819.01819.073.21++=++=e e d s sat ρ=1.95 g/ cm 3 3.0195.11+=+=w d ρρ=1.5 g/ cm 3,161733=-=-=P L p w w I 81.0161730=-=-=P P LI w w I 10<16=p I ≤17→该土为粉质粘土0.75<81.0=L I ≤1→该土处于软塑状态[附加1-1]证明下列换算公式:(1)w s d e d ρρ+=1;(2)γee S sw r ++=1γγ;(3)n n w S w s r γγ)1(-=(1)证明:设e V V V V V Ve V S V V SV S +=+===⇒=1,1w s s w s s s s d ed V V d V V V m ρρρρ+====1 (2)证明:设e V V V V V Ve V S V V SV S +=+===⇒=1,1V g V V V g m m V mg V G s s w w s w )()(ρργ+=+===ee S V V V S sw r s s w v r ++=+=1γγγγ (3)证明:设n V n V n VVV s v v -==⇒==1,,1∴nn w gV gV w V V w V V m m V m V V S w s v w s s v w s s ss v w s wv w w v w r γγρρρρρρρ)1(-====== [附加1-2]解:V=72cm 3,m=129.5g ,m S =121.5g ,m W =129.5-121.5=8g%6.65.1218===⇒S W m m ω 6.0172/5.129)066.01(17.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρW S d e %7.296.07.2066.0=⨯==e d S S r ω 0.1872105.129=⨯===V mg V G γkN/m 36.20106.16.07.21=⨯+=++=W S sat e e d γγkN/m 36.10106.20=-=-='W sat γγγkN/m 39.16106.17.21=⨯=+=W S d e d γγkN/m 3∴γγγγ'>>>d sat[附加1-3]解:已知s d =2.68,w =32%,土样完全饱和→1=r S86.068.232.01=⨯=⇒==e ed S Sr ω02.1986.1)32.01(1068.286.01)1(=+⨯⨯=⇒=-+=γγωγW S d e kN/m 3[附加1-4]解:已知66.1=ρg/cm 3,s d =2.69,(1)干砂→w =0 ∴62.0166.1)01(169.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρρw d e W S(2)置于雨中体积不变→e 不变∴%2.969.262.04.04.0=⨯=⇒==w e wd S S r [附加1-5]解:已知m=180g ,1w =18%,2w =25%,sss s s w m m m m m m m w -=-==18011=18%→s m =152.54g∴)(12w w m m s w -=∆=152.54×(0.25-0.18)=10.68g[附加1-6]实验室内对某土样实测的指标如下表所示,计算表土中空白部分指标。
土力学课后习题答案第三章第三章:土力学课后习题答案土力学是土木工程中的一门重要学科,主要研究土壤的力学性质及其在工程中的应用。
掌握土力学的基本理论和解题方法对于土木工程师来说至关重要。
本文将为大家提供土力学课后习题的答案,希望能够帮助大家更好地理解和掌握土力学知识。
1. 问题:什么是土壤的孔隙比和容重?如何计算孔隙比和容重?答案:土壤的孔隙比是指单位体积土壤中的孔隙体积与总体积之比。
孔隙比的计算公式为:孔隙比 = (孔隙体积 / 总体积)× 100%容重是指单位体积土壤的质量。
容重的计算公式为:容重 = (土壤质量 / 总体积)2. 问题:什么是有效应力和孔隙水压力?如何计算有效应力和孔隙水压力?答案:有效应力是指土壤颗粒间的实际接触力,是土壤中的颗粒骨架所承受的力。
有效应力的计算公式为:有效应力 = 总应力 - 孔隙水压力孔隙水压力是指土壤中孔隙水所施加的压力。
孔隙水压力的计算公式为:孔隙水压力 = 孔隙水的单位重量× 孔隙水的高度3. 问题:什么是土壤的内摩擦角和剪切强度?如何计算内摩擦角和剪切强度?答案:土壤的内摩擦角是指土壤颗粒间的摩擦阻力大小,是土壤抗剪切破坏的重要参数。
内摩擦角的计算通常通过室内试验或现场试验获得。
剪切强度是指土壤在受到剪切力作用时的抵抗力。
剪切强度的计算公式为:剪切强度 = 剪切应力 / 剪切面积4. 问题:什么是土壤的压缩性和固结性?如何计算土壤的压缩性和固结性?答案:土壤的压缩性是指土壤在受到外界压力作用时的体积变化能力。
土壤的固结性是指土壤在受到外界压力作用时的变形能力。
土壤的压缩性和固结性通常通过室内试验或现场试验获得。
5. 问题:什么是土壤的侧限状态和承载力?如何计算土壤的侧限状态和承载力?答案:土壤的侧限状态是指土壤在受到侧向压力作用时的稳定状态。
土壤的承载力是指土壤能够承受的最大荷载。
土壤的侧限状态和承载力通常通过室内试验或现场试验获得。
土力学习题及详细解答《土力学》习题绪论一、填空题1.就与建筑物荷载关系而言,地基的作用是承受荷载,基础的作用是传递荷载。
2.地基基础设计,就地基而言,应满足强度条件和变形条件。
3.土层直接作为建筑物持力层的地基被称为天然地基,埋深小于5m的基础被称为浅基础。
二、名词解释1.人工地基2.深基础3.基础4.地基第1章土的组成一、填空题1.若某土样的颗粒级配曲线较缓,则不均匀系数数值较大,其夯实后密实度较好。
2.级配良好的砂土是指不均匀系数≥ 5 且曲率系数为 1~3 的土。
3.利用级配曲线可确定不均匀系数Cu;为了获得较大密实度,应选择Cu值较大的土作为填方工程的土料。
4.能传递静水压力的土中水是毛细管水和重力水。
5.影响压实效果的土中气是与大气隔绝的气体,对工程性质影响不大的土中气是与大气联通的气体。
6.对于粒径小于0.075mm的颗粒分析应采用密度计法,对于粒径大于0.075mm的颗粒分析应采用筛分法。
7.粘性土越坚硬,其液性指数数值越小,粘性土的粘粒含量越高,其塑性指数数值越大。
8.小于某粒径土的质量占土总质量10%的粒径,称为有效粒径,小于某粒径土的质量占土总质量60%的粒径,称为控制粒径。
二、名词解释1.土的结构2.土的构造3.结合水4.强结合水5.颗粒级配三、单项选择题1.对工程会产生不利影响的土的构造为:(A)层理构造(B)结核构造(C)层面构造(D)裂隙构造您的选项( D )2.土的结构为絮状结构的是:粉粒碎石粘粒砂粒您的选项(C)3.土粒均匀,级配不良的砂土应满足的条件是(C U为不均匀系数,C C为曲率系数):C U< 5C U>10C U> 5 且C C= 1へ3C U< 5 且C C= 1へ3您的选项( A)4.不能传递静水压力的土中水是:毛细水自由水重力水结合水您的选项( D)第2章土的物理性质及工程分类一、填空题1.处于半固态的粘性土,其界限含水量分别是塑限、缩限。
第三章3-2. 某施工现场需要填土,其坑的体积为2000m3,土方来源是从附近土丘开挖,经勘察,土粒比重为2.70,含水量为15%,孔隙比为0.60。
要求填土的含水量为17%,干重度为17.6kN/m3。
取土场土的重度、干重度和饱和度是多少?应从取土场开采多少方土?碾压时应洒多少水?填土的孔隙比是多少?解:(1)W=Mw/Ms*100%=15% e=0.6Mw=0.15MsGs=Ms/Vs*Pw1=Ps/P w1=2.7P=M/V=(Ms+Mw)/V=(Gs* P w1*Vs*1.15)/V令Vs=1 则V=1+e土的重度:R=pg=Mg/V=(2.7*1.15*9.8)/1.6=19.02 KN/M^3干重度Rd=Pdg=(Ms/V)g=(Ps*Vs)/V=Ps/(1+e)=(2.7*9.8)/1.6=16.54 KN/M^3饱和度:Sr=Vw/Vr*100%=Vw/e*Vs=(Gs*Mw)/(e*Ms)=(2.7*0.15)/0.6=0.675(2)Rd=Ms*g/V=16.54KN/M^3需要填土质量:Ms=3376kgVs1=Ms/Ps=1250m^3(3) W1=Mw1/Ms1*100%=17%Rd1=Ms1*9.8/2000=17.6 KN/M^3Ms=3592KgMw1=38.04*0.17=610.64kgMw=Ms*0.15=506.4Kg△Mw=Mw1-Mw=610.64-506.4=104.24kge1=Vv1/Vs1=(V1-Vs1)/Vs1=(2000-1250)/1250=0. 63-4. 从A、B两地土层中各取粘性土样进行试验,恰好其液、塑限相同,即液限为wL=45%,塑限为wP=30%,但A地的天然含水量为w=45%,而B地的天然含水量为w=25%。
试求:A、B两地的地基土的液性指数,并通过判断土的状态,确定哪个地基土比较好。
解:由A与B的液性指数分别为1 ,-0.33 。
《土力学》第三章习题集及详细解答第3章土的渗透性及渗流一、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。
二选择题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.流土C.砂沸D.流砂5.下属关于渗流力的描述不正确的是()。
A.其数值与水力梯度成正比,其方向与渗流方向一致B.是一种体积力,其量纲与重度的量纲相同C.流网中等势线越密集的区域,其渗流力也越大D.渗流力的存在对土体稳定总是不利的6.下列哪一种土样更容易发生流砂?()A.砂砾或粗砂B.细砂或粉砂C.粉质黏土D.黏土7.成层土水平方向的等效渗透系数与垂直方向的等效渗透系数的关系是()。
A.>B.=C.<8. 在渗流场中某点的渗流力()。
A.随水力梯度增加而增加B.随水利力梯度增加而减少C.与水力梯度无关9.评价下列说法的正误。
()①土的渗透系数越大,土的透水性也越大,土的水力梯度也越大;②任何一种土,只要水力梯度足够大,就有可能发生流土和管涌;③土中任一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小;④渗流力的大小不仅取决于水力梯度,还与其方向有关。
A.①对B.②对C.③和④对D.全不对10.下列描述正确的是()。
A.流网中网格越密处,其水力梯度越小B.位于同一条等势线上的两点,其孔隙水压力总是相同的C.同一流网中,任意两相邻等势线间的势能差相等D.渗透流速的方向为流线的法线方向11.土体渗流研究的主要问题不包括()。
第一章土的物质成分与结构1.在一土样中,小于1mm的颗粒占98%,小于0.1mm的占59%,小于0.01mm的占24%,小于0.001mm 的占11%。
绘出粒度累积曲线,并求有效粒径及不均匀系数。
2.什么是有效粒径?它是依据什么定义的?试根据经验公式k=d102,式中k为渗透系数(cm/s),d10为有效粒径(mm),估算《土质学与土力学》中土样B、D的渗透系数。
3.筛析法和沉降法测得的粒径在概念上有和区别?4.从结晶结构差异性,说明由蒙脱石、伊利石和高岭石类粘土矿物在一系列工程性质的差异性。
5.什么是双电层、扩散层?从影响扩散层厚度变化的因素和离子交换讨论改善粘性土土质的可能性。
6.用简图表示由蒙脱石组成的土中的水的类型,并说明其中各种水对土的性质的影响。
7.区分下列两组概念:(1)粘粒、粘土矿物、粘土;(2)毛细水、毛细现象。
8.从粘性土的结构特点说明其重塑后为何强度降低?强度降低的程度用何指标度量?9.取50g小于0.075mm土样,作沉降分析,用比重计在深度100mm处经过51.6分钟测得的密度为1.0078g/cm3。
求测点处的粒径及该粒径的累计百分含量。
(ρs=2.65g/cm3,V=1000ml,η=0.001Pa.sec)第二章土的物理性质1.用100ml比重瓶测定土的比重,瓶质量20g,瓶和干土质量35g,水充满比重瓶刻度时土样、瓶、水总质量为129.5g(20°C),比重瓶只充满水时质量为120g,求Gs。
2.由环刀中取出的饱水粘土试样的总质量为152.6g,干土质量为105.3g,固体颗粒的比重为2.7。
确定这个试样的含水量、孔隙比、孔隙度和重力密度。
3.有一密度为1.54g/cm3,含水量为80%的饱和土试样,试求此试样的孔隙比和土粒比重(提示:可用三相图求解,可假设Vs=1)。
4.试求含水量35.6%的土饱和度分别为28%和65%的孔隙比(土粒比重为2.65)。
第三章 思考题与习题思考题3.1 为什么地基不是弹性体,在求解地基中的应力分布时,仍可以采用弹性解析结果? 答:在计算地基中的附加应力时,为了简化,把地基简化为由土颗粒骨架和孔隙水共同组成的弹性体,把弹性力学的成果直接用于这样的弹性地基。
把这样由离散的土颗粒组成的符合摩擦法则的土假定为弹性体,在小应变时也是很不合适的。
例如,根据后面第四章可知,土的模量随着约束应力的不同而不同。
但是根据下面的公式可知,在弹性解中,垂直方向的应力成分与材料的特性无关,其它的应力成分也只与泊松比ν相关,与弹性模量E 无关。
所以,尽管按弹性理论计算出的变形不合适(本章也不介绍地基变形的弹性理论方法),但按弹性理论计算的应力分布的近似程度还能满足工程上的要求。
基于以上道理,可以采用下面的弹性解析结果。
① 用弹性力学的方法求地基中的应力分布,但沉降量则用固结沉降计算公式。
例如,可以根据e—logp 的关系式计算沉降量(根据弹性力学的公式也可以计算出地基的变形量,但是实际中不用它计算沉降,只用应力计算公式求应力分布)。
② 用弹性力学的方法求地基中的应力分布,估计可能发生问题的地基范围,确定调查和讨论的必要范围(常常用后述的应力泡的方法)。
③ 用弹性力学的方法求基础底面的接触压应力,设计基础。
应该注意,对于本来不是弹性体的地基,用弹性力学的方法只适用于求应力并不能求解地基的所有问题。
所以,近年来,基于土的弹塑性本构关系式、有限元等数值计算方法被广泛应用。
3.2 简述自重应力与附加应力。
并指出何种应力是引起地基变形的主要原因? 答:如果地面下土质均匀,土体重度为γ,则在天然地面上任意深度处z 处的水平面上的竖向自重应为z cz γσ=可见自重应力沿水平面均匀分布,且与Z 成正比。
基础通常是埋置在天然地面下一定深度的。
由于天然土层在自重作用下的变形已经完成,故只有超出基底处原有自重应力的那部分应力才使地基产生附加变形,使地基产生附加变形的基底压力称为基底附加压力p 0。
第三章 土的压缩性和固结理论3.1 某粘土土样高20mm,其室内压缩试验结果如附表如示,试验时土样上下两面排水。
(1)试求压缩系数12a −,及相应的压缩模量并评定其压缩性。
(2)试求土样在原有压力强度1100kPa p =的基础上增加压力强度150kPa p =+时土样的垂直变形。
(3)若试验时,土样仅从上面排水,下面不排水,试问对上述变形计算有何影响?压力强度p (kPa )0 50 100 200 300 400孔隙比e 1.310 1.171 1.062 0.951 0.892 0.850解:-1121221 1.0620.951 1.11MPa 0.20.1e e a p p −−−===−−1,121211 1.0621.86MPa 1.11s e E a −−++=== 因为-112 1.110.5MPa a −=>,故该土属高压缩性土。
(2)因为实验过程中土样横截面积不变,即110011h e h e +=+故有 110011 1.0622017.85mm 11 1.310e h h e ++==×=++与压力21100150250kPa p p p =+Δ=+=对应的孔隙比为:()922.0892.0951.0212=+×=e 又由12111e e e h h +−=Δ得 1211 1.0620.92217.85 1.21mm 11 1.062e e h h e −−Δ==×=++。
(3)没有影响。
因为排水条件只影响固结时间,而对固结变形量没有影响。
3.2 一饱和粘性土样的原始高度为20mm ,试样面积为32310mm ×,在固结仪中做压缩试验。
土样与环刀口的总重为2175.610N −×,环刀重258.610N −×。
当压力由1100kPap =增加到2200kPa p =时,土样变形稳定后的高度相应地由19.31mm 减少为18.76mm 。
《土力学》部分习题解答习题33-1 取一均匀土样,置于 x 、y 、z 直角坐标中,在外力作用下测得应力为:σx =10kPa ,σy =10kPa ,σz =40kPa ,xy=12kPa 。
试求算:① 最大主应力,最小主应力,以及最大剪应力τmax ② 求最大主应力作用面与x 轴的夹角θ ③根据σ1和σ3 绘出相应的摩尔应力圆,并在圆上标出大小主应力及最大剪应力作用面的相对位置补充:三维问题,有xz=yz=0解:分析:因为xz=yz=0,所以σz 为主应力。
由公式(3-3),在xoy 平面内,有:kPa 222121012)21010()1010(5.0)2()(215.0222/12231-=±=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-±+⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-±+='xy y x y x τσσσσσσ比较知,kPa 2kPa 22kPa 403121-=='===σσσσσz ,于是:应力圆的半径: kPa 21))2(40(5.0)(2131=--⨯=-=σσR 圆心坐标为: kPa 19))2(40(5.0)(2131=-+⨯=+σσ由此可以画出相应的应力圆。
由题给条件易知大主应力面的法线与x 轴的夹角为90。
στo1940-221注意:1.x 轴不是主应力轴,故除大主应力面的方位可直接判断外,其余各面的方位须经计算确定。
2.注意应力轴,应力面,方位,夹角等术语的含义。
3.注意应力坐标系与几何坐标系的概念、区别。
3-2 抽取一饱和黏土样,置于密封压力室中,不排水施加围压30kPa (相当于球形压力),并测得孔隙压为30 kPa ,另在土样的垂直中心轴线上施加轴压Δ1σ=70 kPa (相当于土样受到Δ1σ-Δ3σ 压力),同时测得孔隙压为60 kPa ,求算孔隙压力系数 A 和B解:略3-3 砂样置于一容器中的铜丝网上,砂样厚25cm ,由容器底导出一水压管,使管中水面高出容器溢水面 。
若砂样孔隙比e =,颗粒重度s γ= kN/m 3,如图3-42所示。
求:(1) 当h =10cm 时,砂样中切面a -a 上的有效压力(2) 若作用在铜丝网上的有效压力为,则水头差h 值应为多少溢出注水a a 铜丝网h1525砂样图3-42 习题3-3图解:(1)当h =10cm 时,4.02510===L h i ∆,3w s kN/m 70.97.01105.26e 1=+-=+-='γγγkPa 57.0)4.0107.9(1.0)(w 2a =⨯-⨯=-'='i h γγσ(2)cm25.19m 1925.025.077.077.077.01025.0/5.07.9kPa 5.0)107.9(25.0)(w 2b==⨯=⨯=⇒=-==⇒=⨯-⨯=-'='L h L h i i i h ∆∆γγσ 3-4 根据图4-43所示的地质剖面图,请绘A-A 截面以上土层的有效自重压力分布曲线。
图3-43 习题 3-4图A A3m3粉砂粗砂 γ=26.8kN/m e =0.7S =100%w =12%γ =26.5kN/m n =45%1m3ms 3s 048.958.968.998.5r 地下水面毛细饱和区解:图3-43中粉砂层的应为s 。
两层土,编号取为1,2。
先计算需要的参数: 311s111kN/m 3.1682.01)12.01(5.261)1(82.045.0145.01=++⨯=++==-=-=e w n n e γγ32w2s2sat 2kN/m 9.197.01107.08.261=+⨯+=++=e e γγγ地面:0,0,01z 1z1===q u σ第一层底:kPa 9.48,0,kPa 9.4833.161z 111z1===⨯==下下下q u h γσ第二层顶(毛细水面):kPa9.5810)(9.48,kPa 10110,kPa 9.482z w 2z1z2=--=-=⨯-=-===上上下上q h u γσσ自然水面处:kPa 8.68,0,kPa 8.6819.199.482z 2z2===⨯+=中中中q u σA-A 截面处:kPa5.98305.128,kPa 30310,kPa 5.12839.198.682z w 2z2=-==⨯===⨯+=下下下q h u γσ据此可以画出自重压力分布图形如上。
注意:1.毛细饱和面的水压力为负值(h w γ-),自然水面处的水压力为零; 2.总应力分布曲线是连续的,而孔隙水压力和自重有效压力的分布不一定。
3.只须计算特征点处的应力,中间为线性分布。
3-5 有一 U 形基础,如图3-44所示,设在其x -x 轴线上作用一单轴偏心垂直荷载 P =6000 kN ,作用在离基边2m 的A 点上,试求基底左端压力 p 1和右端压力p 2 。
如把荷载由A 点向右移到B 点,则右端基底压力将等于原来左端压力p 1 ,试问AB 间距为多少⎦⎣322311m 45.263.33.87m 3.327.23.87======y I W y I W 当P 作用于A 点时,e ==,于是有:kPa2.413.327.06000306000kPa3.3303.327.060003060001211=⨯-=-==⨯+=+=W Pe A P p W Pe A P p当P 作用于B 点时,有:kPa 3.33045.26600030600022='⨯+='+='e W e P A P p 由此解得:e ’=,于是,A 、B 间的间距为:m 27.157.07.0=+='+e e 注意:1.基础在x 方向上不对称,惯性矩的计算要用移轴定理; 2.非对称图形,两端的截面抵抗矩不同。
3-6 有一填土路基,其断面尺寸如图3-45所示。
设路基填土的平均重度为21kN/m 3,试问,在路基填土压力下在地面下 、路基中线右侧的A 点处垂直荷载应力是多少1.5122.525y0x图3-45 习题3-6图 (单位:m)解:根据路堤填土压力的简化算法,路基填土压力的分布形式与路基的断面形式相同,如图1.51yxp其中: p =h =212=42kPa将荷载分为三块,如图,分别建立坐标系,对每一块荷载在A 点引起的竖向应力计算如下: 对于1,有:x /b =3=,z /b =3=,查表3-3,有:0103.0)75.0833.0(75.01009.0013.0009.01=-⨯--+=k对于2,有:x /b =2/5=,z /b =5=,查表3-2,有:583.0)25.04.0(25.05.0481.0735.0735.02=-⨯---=k对于3,有:x /b =3=,z /b =3=,查表3-3,有:230.0)0.117.1(0.151108.0293.0293.075.03=-⨯---='=。
时,k b z203.0)0.117.1(0.151129.0241.0241.00.13=-⨯---=''=。
时,k b z221.0)75.0833.0(75.00.1203.0230.0230.03=-⨯---=∴k所以得:kPa 2.3442)221.0583.00103.0()(321=⨯++=++==p k k k p k A A σ3-7 如图3-46所示,求均布方形面积荷载中心线上A 、B 、C 各点上的垂直荷载应力z σ,并比较用集中力代替此均布面积荷载时,在各点引起的误差(用%表示)。
解:按分布荷载计算时,荷载分为相等的4块,1/=b a ,各点应力计算如下: A 点: kPa 84250084.04084.04-32/=⨯⨯===zA A k b z σ,,查表, B 点: kPa 27250027.04027.04-34/=⨯⨯===zB B k b z σ,,查表, C 点: kPa 13250013.04013.04-36/=⨯⨯===zC C k b z σ,,查表, 近似按集中荷载计算时,0/0==z r r ,,查表(3-1),k =,各点应力计算如下:A 点: kPa 4.119222504775.0222=⨯⨯=='z P k zA σ B 点: kPa 8.29422504775.0222=⨯⨯=='z P k zB σ图3-46 习题3-7图 (单位:m)aC 点: kPa 3.13622504775.0222=⨯⨯=='z P k zC σ 据此算得各点的误差:%3.213133.13%4.1027278.29%1.4284844.119=-==-==-=C B A εεε,,可见离荷载作用位置越远,误差越小,这也说明了圣文南原理的正确性。
3-8 设有一条刚性基础,宽为4m ,作用着均布线状中心荷载p =100kN/m (包括基础自重)和弯矩M =50 kN ·m/m ,如图3-47所示。
(1)试用简化法求算基底压应力的分布,并按此压力分布图形求基础边沿下6m 处 A 点的竖向荷载应力z σ(基础埋深影响不计)。
(2)按均匀分布压力图形(不考虑 的作用)和中心线状分布压力图形荷载分别计算A 点的,并与(1)中结果对比,计算误差(%)。
图3-47 习题3-8图解:略3-9 有一均匀分布的等腰直角三角形面积荷载,如图3-48所示,压力为p (kPa ),试求A 点及B 点下4 m 处的垂直荷载应力z σ(用应力系数法和纽马克应力感应图法求算,并对比)。
4 2m 42mB A8m4m4m图3-48 习题3-9图解:采用荷载图形的分割与组合,如图,基本上有两种方法。
以下介绍方法1的求解过程。
方法1:将三角形B21顺时针旋转90,其在B 点下引起的压应力相同,于是将原荷载图形等效地改变成了正方形B234,其边长均为4m 。
由a /b =4/4=1,z /b =4/4=1,查表3-4,有k B234=,所以N z= k B234 p =对于M 点,相当于正方形B1A3荷载面积在该点引起的应力减去三角形A13荷载面积在该点引起的压力,而三角形A13荷载面积在该点引起的压力与三角形B21荷载面积在N 点引起的压力,所以M z=( k B1A3- k B234) p由m 4m 24===z b a ,得:a /b =1,z /b =,查表3-4,有k B1A3=,所以算得BA 1234B A方法1方法2M z=( k B1A3- k B234) p=()p =3-10 有一浅基础,平面成L 形,如图3-49所示。
基底均布压力为200 kPa ,试用纽马克应力影响图估算角点M 和N 以下4m 处的垂直荷载应力z σ图3-49 习题3-10图解:略。