高等土力学历年真题

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z??QH

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。

灌注桩 主要用于饱和黄土填土地基，他是利用挖空或沉桩基将钢制桩管沉入土中成孔

再向桩孔中放置钢筋网，然后在向桩管内灌入流动性的混凝土或粉煤灰混凝土，并逐渐慢速提升桩管，在土中形成刚劲混凝土桩体。

深层水泥搅拌桩 加固软土地基在沿海地区及南方地区已大量使用，工艺也相当成熟。也用于处理饱和黄土地基取得了显著成效，它具有无振动，无污染，功效高，成本较低的优点。

大直径扩底灌注桩 多用于高层和高耸构筑物，技术经济效果好，解决了大荷载下的基础工程。

二、论述土的本构关系分类，并举例说明。(2010年、2013年)

1、弹性本构关系

弹性本构关系可分为线弹性本构关系和非线性弹性本构关系。线弹性本构关系即一般的弹性力学，其应力—应变关系服从广义胡克定律。非线性本构关系的应力—应变曲线是非线性的，但是加卸载仍然沿着一条曲线。该本构关系未考虑土的塑性变形，因而仅当受力体各点都是加荷条件时，才近似符合实际，而且也没有考虑应力路径和中主应力的影响。

2、弹塑性本构关系

弹塑性模型则把总的变形分成弹性形变和塑性形变两个部分，用胡克定律计算弹性变形部分，用塑性理论来解塑性变形部分。对于塑性变形，要做三方面假定： 破坏准则和屈服准则；硬化规律；流动法则。该本构关系可分为刚性理想塑性本构关系、理想弹性塑性本构关系和弹塑性应变硬化（或软化）型本构关系。

代表性模型剑桥模型 英国剑桥大学提出的用于正常固结或弱超固结粘土的模型，由三轴压缩试验结果整理处q-p和e-p关系曲线。土中e为孔隙比，应力p、q指的是有效应力；图中实线表示排水剪试验，虚线为固结不排水试验。

3、流变型本构关系

该本构关系考虑应力、应变随时间变化的本构关系，是弹性。塑性和粘滞性三者相结合而成的。

三、太沙基理论与比奥理论的比较分析。(2010年、2013年)

土体在荷载作用下内部含水缓慢渗出，体积逐渐减小，这一现象称为土的“固结”。 （1）建立方程所依据的假定

两种理论的假定是基本一致的，即骨架线性弹性、变形微小、渗流符合达西定律。但是，有一个原则区别，那就是太沙基理论增加了一个假定——固结过程中法向总应力和不随时间

而变。太沙基方程是比奥方程在法向总应力之和不随时间变化的假定下的一种简化。

（2）孔隙压力与位移的联系

由于两种理论在假定上有差别，导致了建立的方程形式不同。太沙基方程中只含孔隙压力1个未知变量与位移无关，因此，不需要引入几何方程，不需要将孔隙压力与位移联系起来，孔隙压力的消散仅仅决定于孔隙压力初始条件和边界条件与固结过程中的位移无关；而比奥方程则包含孔隙压力和位移的联立方程组，需要完整的引入物理方程，进而引入几何方程，最后把孔隙压力和位移联系起来。

（3）孔隙压力随时间的变化

太沙基理论曲线与泊松比v无关，而比奥曲线受到v的影响很明显，若v小则固结慢，反之，v大固结快。此外，固结初期阶段对于比奥曲线，孔隙压力会有所上升，超过初始孔隙压力，在v较小时尤为显著，而太沙基曲线则无次现象。

（4）总应力与变形协调条件

太沙基固结理论在处理多维固结问题中，它忽略了变形协调条件对固结过程中总应力的影响，所获得的结果只是近似的。比奥提出的固结理论，考虑的这种影响，借助计算机和有限单元发等数值求解，可广泛来解决各种实际工程的固结问题。 四、论述软土路基分级加荷作用原理。(2010年、2013年)

应力路劲：指在外力作用下，土中某一点的应力变化在应力坐标图中的轨迹。 设地基土是正常固结的，路堤填土施工是分级填的，从图中可以得到启发。a点表示地基中某点的初始应力状态（例如在自重应力作用下的状态）。对于第一级荷载，有效应力路径将有如图中弧a1曲线形态，若加荷后允许地基土充分排水固结，则应力路径为水平线1-1`。如果以后的各级荷载均按第一级加荷的方法，则将得到应力路径为a-1-1`-2-2`-….-4等。通过应力路径图可以明显的看得到这种施工加荷方法的有点，它使地基土体得以有效的排水固结，从而提高了抗剪强度。地基由于固结获得的强度较一次连续加荷而不让土体固结所可能有的强度破坏值增长了Δt=t f(c)- t f(b)。 应力路径图形象而清晰的把土中强度变化过程表现了出来。而且也说明了由于应力路径不同，强度不是一个单一的确定值。

ττΔtτ'''φσ

五、砂土液化机理及其防治措施。(2010年、2013年)

1、砂土液化机理

由于饱和土空隙中充满水，地震时土粒与水的运动并不一致，土粒在振动中变密，而受到水的阻碍将能量传递给水，水受到土粒的压迫后孔压升上。如果空隙水不能迅速排出、空隙水压力就越来高，而土粒所受的有效应力则相应减少。最终有效应力减至零，土粒间无力的传递，土粒失重，悬浮水中，而空隙压力上升到等于土的最初的有效应力。此时土骨架崩溃，土粒可随水流动，这是液化过程。饱和土的液化是孔压力上升的结果。

2、防止砂土液化的工程措施

对于地基液化范围不大，可以根据具体情况或避开或挖除。但如果地基中液化范围较广较深时，一般只能采取加固的措施。我国目前常用的加固方法有人工加密、围封、桩基以及盖重等。

（1）加密，增加砂土层密度，如用振浮发、砂桩挤密法以及强夯法。 （2）围封，用板桩把有可能液化的范围包围起来。

（3）桩基，是将建筑物支撑在桩基础上，而桩必须穿过可能液化的砂层，支承在下部不液化的密实土层上。

（4）盖重，是加大可液化的砂层上覆盖压力，同时采取排水措施，对防止液化有一定效果。

六、软土地基的处理方法。(2010年)

软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙 比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。软弱土地基处理的方法可分为置换法、排水固结、灌入固化物、振密或挤密、加筋、冷热处理、托换、纠倾八大类。

（1）置换法，用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中的部分或者全部软弱土，形成双层地基或复合地基，以达到地基处理的目的。主要包括换土垫层法、挤淤置换法、强夯置换法、砂石桩置换法、石灰桩法等。

（2）排水固结，通过土体在一定荷载作用下固结，土体强度提高，孔隙比减小来达到地基处理的目的。当天然地基土渗透系数较小时，需设置竖向排水通道，以加速土体固结。常用的竖向排水通道有普通砂井、袋装砂井和塑料排水带等。按加载形式分类它主要包括加载预压法、超载预压法、真空预压发、真空预压与堆载预压联合作用法，以及降低地下水位法

等。

（3）灌入固化物法，向土体中灌入或拌入水泥、或石灰、或其他化学固化浆材在地基中形成增强体，以达到地基处理的目的。它主要包括深层搅拌法、高压喷射注浆法、渗入性灌浆法、劈裂灌浆法、压密灌浆发和电动化学灌浆法等、

（4）振密、挤密法，采用振动或挤密的方法使未饱和土密实以达到地基处理的目的。主要包括表层原位压实法、强夯法、振冲密实法、挤密砂石桩法、爆破挤密法、土桩、灰土桩法、柱锤冲孔成桩法、夯实水泥土桩法等。

（5）加筋法，在地基中设置强度高、模量大的筋材以达到地基处理的目的。这里也包括在地基中设置混凝土桩形成复合地基。主要包括、加筋土法、锚固法、树根桩法、低强度混凝土桩复合地基法、钢筋混凝土桩复合地基法等。

（6）冷热处理法，通过冻结土体或加热地基土体改变土体物理力学性质以达到地基处理的目的。包括冻结土体和烧结法。

（7）托换法，对原有建筑物地基和基础进行处理、加固或改建。基础加宽托换法、墩式托换法、桩式托换法、地基加固法、以及综合托换法。

（8）纠倾法，对沉降不均匀造成倾斜的建筑物进行矫正的手段。加载迫降法、掏土迫降法、黄土浸水迫降法、顶升纠倾法、综合纠倾法等。

七、解释桩基础负摩阻力并说明其成因及对工程的影响。（2011年）

一般情况下 ，桩受轴向荷载后，桩相对于桩侧土体发生向下位移，土对桩产生向上作用的摩阻力，称为正摩阻力。但当桩周土体因某种原因发生下沉，其沉降变形大于桩身的沉降变形时，在桩侧表面将出现向下作用的摩阻力，称其为负摩阻力。桩基础负摩阻力发生的主要有一下几个原因：

（1）在桩附近大量堆载，引起地面沉降；

（2）土层中抽取地下水或者其他原因，地下水位下降，使土层产生自重固结沉降； （3）桩穿过欠压密土层进入硬持力层，土层产生自重固结沉降；

（4）密集群桩打桩时，使桩周土体中产生很大的超空隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉；

（5）在黄土冻土中的桩因黄土湿陷冻土融化产生地面下沉。

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