(完整word版)高等土力学

土工试验包括室内试验、原位测试、模型试验和原位监测直剪试验(剪切面上主应力是旋转的，剪切面是人为确定的，试样应力和应变不均匀，试样内各点应力状态及应力路径不同，边界上存在应力集中，不能控制排水)单剪试验(可测排水与排水，剪应变均匀)环剪试验(剪切面积不变，适合量测大变形后土的残余强度或终极强度)3围压增加,应力增量引起体积应变增量越来越小,土被压密，称压硬性，膜嵌入：顶帽和底座与试样间的摩擦力，使试样两端存在剪应力，从而形成对试样的附加约束，这样在压缩试验中试样破坏时呈鼓形而拉伸试验时试样呈腰鼓形, 对于粗粒土，压力室的压力水会使橡皮膜嵌入试样表面，形成麻面，亦即膜嵌入的影响对于均匀的粗粒土，在室压变化情况下，它对试验的体变量测影响很大，使量测的试样体积压缩量放大了。

这这一影响与试样的密度、颗粒尺寸和形状及土的级配有关；与膜厚度和模量有关；也与室压的变化有关,常规三轴排水室压不变化,对体积量测影响不大,但对于三轴不排水试验，因为其有效围压随孔压变化对量测的孔压有较大影响。

大型高压三轴, 相似模拟, 剔除法, 替代法,混合法，模型试验在通常的重力场中，在一定的边界条件下对土工建筑物或地基进行模拟，量测有关应力变形数据，通过一定的理论计算或数据计算来检验理论计算结果，小比尺的试验是将土工建筑物或地基及基础缩小n 倍，同样自重和荷载也缩小n 倍。

由于土并不是线弹性材料，在1g 下小尺寸模型中土中的应力水平很低。

而在很低的围压下，土的应力、应变、强度性状与常规围压下有很大不同。

另一种是足尺试验，按原型尺度模拟进行试验。

ng 模型试验就是将土工建筑物或地基与基础尺寸缩小n 倍，一般采用原型材料作模型，土的密度相同。

这样可使模型与原型的应力、应变相同；破坏机理相同，变形相似。

对于以重力荷载为主的情况，尤为适用。

目前有土工离心机和渗水力模型试验两种. 罗德角是主应力空间主应力和偏应力分量(八面体剪应力或偏应力第二不变量)夹角。

1土：地壳岩石经过强烈的风化后产生的碎散矿物的集合体土的分类：根据搬运方式分：残积土和运积土2根据搬运动力分：坡积土洪积土冲击土湖泊沼泽沉积土海相沉积土冰积土风积土3岩石按成因分为岩浆岩沉积岩和变质岩4土的渗透破坏形式主要有：流土和管涌5风化过程包括物理风化和化学风化6土的主要特点：碎散性三相体系自然变异性7土的三相组成：固体颗粒水气体8土的三相指标中，可以通过试验直接测定的有土的密度，土的含水量，土的比重9土的压缩系数越小，其压缩性越小，土的压缩模量越小，其压缩性越大10随着荷载的增加，地基变形的三个阶段是弹性压密阶段局部剪损阶段整体剪切破坏阶段11土的密实度：对粗粒土来说是指土的密实度，对于细粒土则是指土的稠度12瑞典圆弧法对于粘性土坡稳定安全系数的定义为抗滑力矩与滑动力矩之比13粒径级配：颗粒的大小及其在土中所占的比例14粒径级配的分析方法：篩分法和水分法15土的不均匀系数“：Cu=d60/d10 Cu越大，表示土俞不均匀16曲率系数：Cc=d302/d60*d10其中，Cc=1--3,Cu》=5称为级配良好的土16判别土的级配优劣：依据土的粒径级配曲线中的不均匀系数Cu，和曲率系数Cc，当Cu〉=5且Cc〉=1——3的土为级配良好的土，反之，则不是17粘土矿物的分类：高岭石：颗粒较粗，不易吸水膨胀和失水收缩蒙特石：颗粒细微。

具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性伊利石：特征介于以上两者之间18土中水分为结合水和自由水，结合水分为强结合水和弱结合水自由水又分为毛细水和重力水19土中气体类型：吸附于土颗粒表面的气体，溶解于水中的气体，四周被水和土颗粒所封闭的气体，自由气体。

20土粒比重Gs：土的质量与同体积蒸馏水在4摄氏度的质量之比21土的含水量：水的质量与土粒质量之比22孔隙比：孔隙体积与固体颗粒体积之比23孔隙度：孔隙体积与土总体积之比24土的物理状态：对于粗粒土，是指土的密实程度，对于细粒土，是指土的软硬程度或称为粘性土的稠度25土的压缩模量：在完全侧限条件下土的竖向应力变化量与其相应的竖向应变变化量之比称为土的压缩模量，Es。

清华大学高等土力学复习题集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]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15试结合图示描述线弹性、非线性、弹塑性的应力应变关系（有图）16试解释为什么剪应力影响塑性体应变？17试解释为什么球应力影响塑性剪应变？18增量形式非线性弹性模量是如何定义的？19增量形式非线性泊松比是如何定义的？20什么叫回弹模量什么条件下用之21围压对土的变形和强度有何影响？22什么叫屈服轨迹？试在p-q平面绘出“开口型”和“帽子型”屈服轨迹？23试用屈服面理论说明加载、卸载和中性变载情况？24什么叫破坏准则什么是破坏面25什么叫屈服准则什么叫屈服函数什么叫屈服面有哪两种类型的屈服面各有何特点在反映土体变形特性方面有何不同屈服面和硬化规律有何关系26土的弹塑性模型包含哪几方面的假定各有何意义27用普通三轴仪如何做试验来说明剪应力会引起土体的体积应变这种体积应变是弹性的，塑性的，还是包含弹性和塑性两部分为什么28初始应力状态σ1＝40Kpa,σ3＝15Kpa,加荷后达到σ1＝45Kpa,σ3＝25Kpa。

2009级研究生高等土力学试题答案（考试时间：2.5小时）1. 说明土在什么情况下发生应变硬化与应变软化、剪胀与剪缩？（6分）砂：松砂固结排水剪切——应变硬化，剪缩；松砂固结不排水剪切—应变软化，孔压上升——流滑密砂固结排水剪切——应变软化，剪胀密砂固结不排水剪切-—应变硬化，孔压上升再略有下降粘土：正常固结粘土，固结排水剪切—-应变硬化,剪缩；正常固结粘土，固结不排水剪切——应变硬化，孔压上升到一定的程度。

超固结粘土,固结排水剪切——应变软化,剪胀.超固结粘土，固结不排水剪切——应变软化，孔压开始有少量上升,然后降低，可能到负值。

2. 分析土的碎散性、多相性与变异性对土的抗剪强度的影响.（6分）碎散性-—破坏呈现剪切破坏的形式，所以土的强度是指抗剪强度；细粒土—粗粒土的强度变化较大;强度与土的颗粒组成和级配关系很大。

多相性——非饱和土与饱和土的强度差异很大，前者强度高得多。

变异性——同样的土，随着应力历史和应变历史的不同，以及时间—空间上的差异，使得土的抗剪强度变异性很大。

很难有完全均匀的和一成不变的土。

3. 在π平面上定性画出CTC （常规三轴压缩）、CTE(常规三轴伸长)、RTE （减载三轴伸长）三种试验的应力路径示意图。

（不比较三种试验的强度大小）（8分)CTC —-Q →A ； CTE ——Q →B ；RTE ——Q →C4. 哪几种试验仪器能够模拟出真三轴应力状态?（5分）真三轴仪，空心圆柱扭剪仪5. 在几何比尺为N ，离心加速度为Ng 的离心模型试验中，饱和土体固结的时间比尺是多大？并予以证明。

（10) 固结时间因素公式：2v v c t T H=。

假设模型土与原型土相同，则2v m vm m c t T H =;2v p vp pc t T H =；令vm vp T T =，得到 22v p v m m p c t c t H H =， 进一步得到：2221m m p p t H t H N ==6. 通过示意图阐述在德鲁克(Drucker)公设下为什么屈服面必须是凸的?(10）在闭合的应力循环内。

第七章 土的固结理论1.固结：所谓固结，就是在荷载作用下，土体孔隙中水体逐渐排除，土体收缩的过程。

更确切地说，固结就是土体超静孔隙水应力逐渐消散，有效应力逐渐增加，土体压缩的过程。

（超静孔压逐渐转化为有效应力的过程）2.流变：所谓流变，就是在土体骨架应力不变的情况下，土体随时间发生变形的过程。

次固结：孔隙压力完全消散后，有效应力随时间不再增加的情况下，随时间发展的压缩。

3.一维固结理论假定：一维（土层只有竖向压缩变形，没有侧向膨胀，渗流也只有竖向）； 饱和土，水土二相； 土体均匀，土颗粒和水的压缩忽略不计，压缩系数为常数，仅考虑土体孔隙的压缩； 孔隙水渗透流动符合达西定律，并且渗透系数K 为常数； 外荷载为均布连续荷载，并且一次施加。

固结微分方程：ðu ðt=C vð2u ð2zu 为孔隙水压力，t 时间，z 深度C v =K m v γω=K(1+e)a γω渗透系数越大，固结系数越大，固结越快；压缩系数越大，土体越难压缩，固结系数就小。

C v 土的固结系数，与土的渗透系数K 成正比和压缩系数m v 成反比。

初始条件：t=0，u =u 0(z); 边界条件：透水面 u=0不透水面ðu ðz=04.固结度：为了定量地说明固结的程度或孔压消散的程度，提出了固结度的概念。

任意时刻任意深度的固结度定义为当前有效应力和总应力之比U=σ′σ=σ−u σ=1−uσ平均固结度：当前土层深度内平均的有效应力和平均的总应力之比。

U =1−∫udz H0∫σdzH 0固结度U 是时间因数Tv 的单值函数。

5.太沙基三维固结理论根据土体的连续性，从单元体中流出的水量应该等于土体的压缩量ðεv ðt =ðq xðx+ðq yðy+ðq zðz由达西定律：q i=−K iγw ðuði若土的各个方向的渗透系数相同，取K i=K将达西定律公式代入连续方程：ðεv ðt =−Kγw(ð2uð2x+ð2uð2y+ð2uð2z)=−Kγw∇2uεv=εx+εy+εz=1−2vE(σ1′+σ2′+σ3′)=1−2vE(σ1+σ2+σ3−3u)太沙基三维固结理论假设三向总应力和不随时间变化即：d(σ1+σ2+σ3)dt=0ðεv ðt =−3(1−2v)Eðuðt=−Kγw∇2u即3(1−2v)Eðuðt=Kγw∇2uðu ðt =E3(1−2v)Kγw∇2u=C v3∇2u C v3=E3(1−2v)Kγw6.轴对称问题固结方程砂井排水引起的土中固结，在一个单井范围内可以看成轴对称的三维问题，包含竖向和径向两个方向水的流动。

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。

思虑题第一章：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试虑膜嵌入(membrane penetration)的影响？ HC, CTC, CTE, RTC, RTE, 以及均匀主应力为常数的 TC TE 试验。

2．对于砂土，在惯例三轴固结不排水 (CU) 压缩试验中，围压 为常数，其膜嵌入 (membrane penetration)效应付于试验量侧的孔隙水压力有没有影响，为何？对于惯例三轴固结排水试验对于试验有无影响？ 3．对于砂土，在惯例三轴固结不排水 (CU) 压缩试验中，围压 为常数，其膜嵌入 (membrane penetration)效应付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 d (或 d )怎样表示？定性绘出在相同围压 3，不一样初始固结比1/ 3 下的动强度曲线。

5．在必定围压下， 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，损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、偏大仍是偏小）？6．在土工离心模型试验中进行固结试验，假如模型比尺为 100，达到相同固结度，模型与原型对比，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、获得的指标和用途。

8．对于粗颗粒土料，在室内三轴试验中常用哪些方法模拟？各有什么优弊端？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 反应土的什么性质？怎样提升孔压系数 B ？11． 在 p, q 坐标、 , 坐标和在 平面坐标下画出下边几种三轴试验的应力路径（标出应力路径的斜率） 。

（1） CTC （惯例三轴压缩试验） （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） 。

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第二章 土的本构关系2。

1 在邓肯-张的非线性双曲线模型中,参数a 、b 、E i 、E t 、（σ1-σ3)ult 以及R f 各代表什么意义?答：参数E i 代表三轴试验中的起始变形模量、a 代表E i 的倒数；(σ1—σ3)ult 代表双曲线的渐近线对应的极限偏差应力，b 代表(σ1-σ3)ult 的倒数；E t 为切线变形模量；R f 为破坏比.2。

2 土的塑性力学与金属的塑性力学有什么区别？答：金属塑性力学只考虑剪切屈服，而岩土塑性力学不仅要考虑剪切屈服，还要考虑静水压力对土体屈服的影响；岩土塑性力学更为复杂,需要考虑材料的剪胀性、各向异性、结构性、流变性等，而且应力应变关系受应力水平、应力路径和应力历史等的影响.2。

3 说明塑性理论中的屈服准则、流动准则、加工硬化理论、相适应和不相适应的流动准则。

答：（1)屈服准则:在多向应力作用下，变形体进入塑性状态并使塑性变形继续进行，各应力分量与材料性能之间必须符合一定关系时,这种关系称为屈服准则。

屈服准则可以用来判断弹塑性材料被施加一应力增量后是加载还是卸载，或是中性变载，亦即是判断是否发生塑性变形的准则。

（2)流动规则：指塑性应变增量的方向是由应力空间的塑性势面g 决定，即在应力空间中，各应力状态点的塑性应变增量方向必须与通过该点的塑性势面相垂直，亦即p ij ijg d d ελσ∂=∂①。