土力学课后习题答案

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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)s G =2.67。求土的天然重度γ、天然含水量w 、干重度γd 、饱和重度γsat 、浮重度γ’、孔隙比e 及饱和度S r

解:分析:由W 和V 可算得γ,由W s 和V 可算得γd ,加上G s ,共已知3个指标,故题目可解。

884.015

.17)235.01(7.261)1(s =-+=-+=γγw e (1-12) %71884

.06.2235.0s =⨯=⋅=e G w S r (1-14) 注意:1.使用国际单位制;

2.γw 为已知条件,γw =10kN/m 3;

3.注意求解顺序,条件具备这先做;

4.注意各γ的取值范围。

1-10 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

解:分析:加水前后M s 不变。于是:

加水前: 1000%5s s =⨯+M M (1) 加水后: w s s 1000%15M M M ∆+=⨯+ (2) 由(1)得:kg 952s =M ,代入(2)得: kg 2.95w =∆M

注意:土料中包含了水和土颗粒,共为1000kg ,另外,s

w M M w =。 1-11 用某种土筑堤,土的含水量w =15%,土粒比重G s =2.67。分层夯实,每层先填0.5m ,其重度等γ=16kN/ m 3,夯实达到饱和度r S =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。

解:分析:压实前后W s 、V s 、w 不变,如设每层填土的土颗粒所占的高度为h s ,则压实前后h s 不变,于是有:

2

211s 11e h e h h +=+= (1) 由题给关系,求出:

代入(1)式,得: m 383.05.0919

.01471.011)1(1122=⨯++=++=e h e h 1-9 根据式(1—12)的推导方法用土的单元三相简图证明式(1-14)、(1-15)、(1-

17)。

1-14 某砂土的重度s γ=17 kN/ m 3,含水量w =8.6%,土粒重度s γ=26.5 kN/ m 3。其最大孔隙比和最小孔隙比分别为0.842和0.562求该沙土的孔隙比e 及相对密实度Dr ,并按规范定其密实度。

1-14 已知:s γ=17kN/m 3,w =8.6%,γs =26.5kN/m 3,故有:

又由给出的最大最小孔隙比求得D r =0.532,所以由桥规确定该砂土为中密。

1-15 试证明。试中m ax d γ、d γ、m in d γ分别相应于e max 、e 、e min 的干容重

证:关键是e 和γd 之间的对应关系: 由111dmax

s min dmin s max d s -=-=-=γγγγγγe e e 和,可以得到,需要注意的是公式中的e max 和γdmin 是对应的,而e min 和γdmax 是对应的。

2-3 如图2-16所示,在恒定的总水头差之下水自下而上透过两个土样,从土样1顶面溢出。

(1) 已土样2底面c -c 为基准面,求该面的总水头和静水头;

(2) 已知水流经土样2的水头损失为总水头差的30%,求 b -b 面的总水头和静水头;

(3) 已知土样2的渗透系数为0.05cm/s ,求单位时间内土样横截面单位面积的流量; ( 4 ) 求土样1的渗透系数。

图2-16 习题2-3图 (单位:cm )

2-3 如图2-16,本题为定水头实验,水自下而上流过两个土样,相关几何参数列于图中。 解:(1)以c-c 为基准面,则有:z c =0,h wc =90cm ,h c =90cm

(2)已知∆h bc =30%⨯∆h ac ,而∆h ac 由图2-16知,为30cm ,所以:

∆h bc =30%⨯∆h ac =0.3⨯30=9cm

∴ h b =h c -∆h bc =90-9=81cm

又∵ z b =30cm ,故 h wb =h b - z b =81-30=51cm

(3)已知k 2=0.05cm/s ,q/A=k 2i 2= k 2⨯∆h bc /L 2=0.05⨯9/30=0.015cm 3/s/cm 2=0.015cm/s

(4)∵ i 1=∆h ab /L 1=(∆h ac -∆h bc )/L 1=(30-9)/30=0.7,而且由连续性条件,q/A=k 1i 1=k 2i 2 ∴ k 1=k 2i 2/i 1=0.015/0.7=0.021cm/s

2-5 如图2-17所示,在5.0m 厚的黏土层下有一砂土层厚6.0 m ,其下为基岩(不透水)。为测定该沙土的渗透系数,打一钻孔到基岩顶面并以10-2m 3/s 的速率从孔中抽水。在距抽水孔15m 和30m 处各打一观测孔穿过黏土层进入砂土层,测得孔内稳定水位分别在地面以下3.0m 和2.5m ,试求该砂土的渗透系数。

图2-17 习题2-5图 (单位:m )

2-5 分析:如图2-17,砂土为透水土层,厚6m ,上覆粘土为不透水土层,厚5m ,因为粘土层不透水,所以任意位置处的过水断面的高度均为砂土层的厚度,即6m 。题目又给出了r 1=15m ,r 2=30m ,h 1=8m ,h 2=8.5m 。

解:由达西定律(2-6),dr

dh r k dr dh r k kAi q ππ126

2=⋅⋅==,可改写为: 带入已知条件,得到:

本题的要点在于对过水断面的理解。另外,还有个别同学将ln 当作了lg 。

2-6 如图2-18,其中土层渗透系数为5.0×10-2 m 3/s ,其下为不透水层。在该土层内打一半径为0.12m 的钻孔至不透水层,并从孔内抽水。已知抽水前地下水位在不透水层以上10.0m ,测得抽水后孔内水位降低了2.0m ,抽水的影响半径为70.0m ,试问: