2014-2015第二学期《土力学》问题答疑材料

2014-2015第二学期《土力学》问题答疑材料

第一章 土的组成

一、 简答题

1. 什么是土的颗粒级配？什么是土的颗粒级配曲线？

土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配（粒度成分）。根据颗分试验成果绘制的曲线（采用对数坐标表示，横坐标为粒径，纵坐标为小于（或大于）某粒径的土重（累计百分）含量）称为颗粒级配曲线，它的坡度可以大致判断土的均匀程度或级配是否良好。 2. 土中水按性质可以分为哪几类？ 3. 土是怎样生成的？有何工程特点？

土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。与一般建筑材料相比，土具有三个重要特点：散粒性、多相性、自然变异性。

4. 什么是土的结构？其基本类型是什么？简述每种结构土体的特点。

土的结构是指由土粒单元大小、矿物成分、形状、相互排列及其关联关系，土中水的性质及孔隙特征等因素形成的综合特征。基本类型一般分为单粒结构、蜂窝结（粒径0.075~0.005mm）、絮状结构（粒径<0.005mm）。

单粒结构：土的粒径较大，彼此之间无连结力或只有微弱的连结力，土粒呈棱角状、表面粗糙。

蜂窝结构：土的粒径较小、颗粒间的连接力强，吸引力大于其重力，土粒停留在最初的接触位置上不再下沉。

絮状结构：土粒较长时间在水中悬浮，单靠自身中重力不能下沉，而是由胶体颗粒结成棉絮状，以粒团的形式集体下沉。

5. 什么是土的构造？其主要特征是什么？

土的宏观结构，常称之为土的构造。是同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征。其主要特征是层理性、裂隙性及大孔隙等宏观特征。 6. 试述强、弱结合水对土性的影响。

强结合水影响土的粘滞度、弹性和抗剪强度，弱结合水影响土的可塑性。 7. 试述毛细水的性质和对工程的影响。在那些土中毛细现象最显著？

毛细水是存在于地下水位以上，受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。土中自由水从地下水位通过土的细小通道逐渐上升。它不仅受重力作用而且还受到表面张力的支配。毛细水的上升对建筑物地下部分的防潮措施和地基特的浸湿及冻胀等有重要影响；在干旱地区，地下水中的可溶盐随毛细水上升后不断蒸发，盐分积聚于靠近地表处而形成盐渍土。在粉土和砂土中毛细现象最显著。

8. 土颗粒的矿物质按其成分分为哪两类？

（1）一类是原生矿物:母岩经物理风化而成，如石英、云母、长石；

（2）另一类是次生矿物：母岩经化学风化而成，土中次生矿物主要是粘土矿物，此外还有铝铁氧化物、氢氧化物和可溶盐类等。常见的粘土矿物有蒙脱石、伊里石、高岭石；由于粘土矿物颗粒很细，比表面积很大，所以颗粒表面具有很强的与水作用的能力，因此，土中含粘土矿物愈多，则土的粘性、塑性和胀缩性也愈大。 9. 简述土中粒度成分与矿物成分的关系。

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粗颗粒土往往是岩石经物理分化形成的原岩碎屑，是物理化学性质比较稳定的原生矿物颗粒；细小土粒主要是化学风化作用形成的次生矿物颗粒和生成过程中有机物质的介入，次生矿物的成分、性质及其与水的作用均很复杂，是细粒土具有塑性特征的主要因素之一，对土的工程性质影响很大。

10. 粘土的活动性为什么有很大差异？

粘土颗粒（粘粒）的矿物成分主要有粘土矿物和其他化学胶结物或有机质，而粘土矿物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有很强的与水相互作用的能力，表面积（比表面）愈大，这种能力就愈强，由于土粒大小而造成比表面数值上的巨大变化，必然导致土的活动性的极大差异，如蒙脱石颗粒比高岭石颗粒的比表面大几十倍，因而具有极强的活动性。 11. 粘土颗粒为什么会带电？

研究表明，片状粘土颗粒的表面，由于下列原因常带有布平衡的负电荷。①离解作用：指粘土矿物颗粒与水作用后离解成更微小的颗粒，离解后的阳离子扩散于水中，阴离子留在颗粒表面；②吸附作用：指溶于水中的微小粘土矿物颗粒把水介质中一些与本身结晶格架中相同或相似的离子选择性地吸附到自己表面；③同晶置换：指矿物晶格中高价的阳离子被低价的离子置换，常为硅片中的Si4+ 被Al3+置换，铝片中的Al3+被Mg2+置换，因而产生过剩的未饱和的负电荷。④边缘断裂：理想晶体内部是平衡的，但在颗粒边缘处，产生断裂后，晶体连续性受到破坏，造成电荷不平衡。

第2章 土的物理性质及分类

一、 简答题

1. 什么是土的物理性质指标？哪些是直接测定的指标？哪些是计算指标？

（1）土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，用土的三相比例指标表示，称为土的物理性质指标，可用于评价土的物理、力学性质。

（2）直接测定的指标：土的密度?、含水量?、相对密度ds；计算指标是：孔隙比e、孔隙率n、干密度?d、饱和密度?sat、有效密度?’、饱和度Sr 2. 甲土的含水量大于乙土，试问甲土的饱和度是否大于乙土？ ?甲>?乙，但Sr甲不一定大于Sr乙。因为Sr=?ds/e，它不仅与含水量?有关，还与ds、e有关。

3. 什么是塑限、液限和缩限？什么是液性指数、塑性指数？

（1）液限wL：液限定义为流动状态与塑性状态之间的界限含水量。 （2）塑限wp: 塑限定义为土样从塑性进入半坚硬状态的界限含水量。 （3）缩限ws: 缩限是土样从半坚硬进入坚硬状态的界限含水量。 （4）塑性指数IP 定义为土样的液限和塑限之差：IP = wL－wP

（5）液性指数：

4. 塑性指数对地基土性质有何影向？

塑性指数IP是土的颗粒组合、矿物成分以及土中水的离子成分和浓度的指标。土颗粒越细、粘土矿物含量越多、土粒表面反离子层中低价阳离子增加，IP变大。IP是粘性土的分类标准。IP>17为粘性土，10< IP ≤17为粉质粘土。 5. 什么是土的冻胀性？产生机理是什么？

（1）当地层温度降至零摄氏度以下，土中水冻结形成冻土。某些细粘粒土在冻结时，体积发生膨胀，即冻胀现象。

（2）产生机理是由于土层在结冰时，周围未冻区土中的水分向冻结区迁移积聚的结果。

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6. 说明细粒土分类塑性图的优点。

土的塑性指数是划分细粒土的良好指标，它既能综合反映土的颗粒组成、矿物成分以及土粒吸附阳离子成分等方面的特性，但是不同的液限、塑限可给出相同的塑性指数，而土性却很可能不一样。塑性图考虑了塑性指数和液限两个方面，因此对细粒土分类更加合理。

7.按规范如何对建筑地基岩土进行分类？

作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。 8.甲乙两土的天然重度和含水量相同，相对密度不同，饱和度哪个大？

相对密度大的，饱和度小。

因为：

由此看出：ds大的，Sr就小。

9 简述用孔隙比e、相对密实度Dr判别砂土密实度的优缺点。

（1）用e判断砂土的密实度的优点：应用方便，同一种土，密实砂土的空隙比一定比松散砂土的小；缺点：无法反映土的粒径级配因素。

（2）用Dr判断砂土的密实度的优点：考虑了土级配因素，理论上完善；缺点:用长颈漏斗测定emax或用振动叉和击实金属法测定emin因人而异，难以获得较为科学的数据。 10. 简述野外判别碎石土密实度方法？

野外判别碎石土密实度的方法：根据骨架颗粒含量和排列、可挖性、可钻性，将碎石土分为密实、中密、稍密、松散四种密实状态。 11. 什么是土的灵敏度和触变性？试述在工程中的应用。

（1）土的灵敏度定义为原状土强度与扰动土强度之比，即： St= 原状土强度／扰动土强度。土的强度通常采用无侧限抗压强度试验测定，即：

。

土的灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降低就愈多。所以在基础施工中应注意保护基槽，尽量减少土结构的扰动。

（2）饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而逐渐增大。粘性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。

例如：在黏性土中打桩时，可利用土的灵敏度，桩侧土的结构受到破坏而强度降低，将桩打入土中；利用土的触变性，在停止打桩以后，土的强度逐渐恢复，桩的承载力增加。

第3章 土的渗透性及渗流

一、 简答题

1. 试解释起始水力梯度产生的原因。

起始水力梯度产生的原因是，为了克服薄膜水的抗剪强度τ0(或者说为了克服吸着水的粘滞阻力)，使之发生流动所必须具有的临界水力梯度度。也就是说，只要有水力坡度，薄膜水就会发生运动，只是当实际的水力坡度小于起始水力梯度时，薄膜水的渗透速度V非常小，只有凭借精密仪器才能观测到。因此严格的讲，起始水力梯度I0是指薄膜水发生明显渗流时用以克服其抗剪强度τ0的水力梯度。

2. 简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。

（1）土的粒度成分及矿物成分。土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。砂土中含有较

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多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。（2）结合水膜厚度。粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。 （3）土的结构构造。天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。（4）水的粘滞度。水在土中的渗流速度与水的容重及粘滞度有关，从而也影响到土的渗透性。

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？ 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。

4. 流砂与管涌现象有什么区别和联系

在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂(土)现象。这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中，一般具有突发性、对工程危害大。

在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。它多发生在砂性土中，且颗粒大小差别大，往往缺少某种粒径，其破坏有个时间发展过程，是一种渐进性质破坏。

具体地再说，管涌和流砂的区别是：（1）流砂发生在水力梯度大于临界水力梯度，而管涌发生在水力梯度小于临界水力梯度情况下；（2）流砂发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可在渗流逸出处，也可在土体内部；（3）流砂发生在水流方向向上，而管涌没有限制。

5. 渗透力都会引起哪些破坏？

渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体和结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌，后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。

第4章土中应力

一简答题

1.何谓土中应力？它有哪些分类和用途？

土体在自重、建筑物荷载及其它因素的作用下均可产生土中应力。一般来说土中应力是指自重应力和附加应力。

土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种。自重应力是指土体在自身重力作用下产生的尚未完成的压缩变形，因而仍将产生土体或地基的变形。附加应力它是地基产生变形的的主要原因，也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因。

土中应力安土骨架和土中孔隙的分担作用可分为有效应力和孔隙应力两种。土中有效应力是指土粒所传递的粒间应力。它是控制土的体积（变形）和强度两者变化的土中应力。土中孔隙应力是指土中水和土中气所传递的应力。

2. 怎样简化土中应力计算模型？在工程中应注意哪些问题？

我们把天然土体简化为线性弹性体。即假设地基土是均匀、连续、各向同性的半无限空间弹性体而采用弹性理论来求解土中应力。

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当建筑物荷载应力变化范围比较大，如高层建筑仓库等筒体建筑就不能用割线代替曲线而要考虑土体的非线性问题了。

3. 地下水位的升降对土中自重应力有何影响？在工程实践中，有哪些问题应充分考虑其影响？地下水下降，降水使地基中原水位以下的有效资中应力增加与降水前比较犹如产生了一个由于降水引起的应力增量

，它使土体的固结沉降加大，故引起地表大面

积沉降。

地下水位长期上升（如筑坝蓄水）将减少土中有效自重应力。

1、 若地下水位上升至基础底面以上，它对基础形成浮力使地基土的承载力下降。 2、 地下水位上升，如遇到湿陷性黄土造成不良后果（塌陷） 地下水位上升，粘性土湿化抗剪强度降低。

4基底压力分布的影响因素有哪些？简化直线分布的假设条件是什么？

基底压力的大小和分布状况与荷载的大小和分布、基础的刚度、基础的埋置深度以及地基土的性质等多种因素。

假设条件：刚性基础、基础具有一定的埋深，依据弹性理论中的圣维南原理。 5．如何计算基底压力

和基底附加压力

？两者概念有何不同？

基地压力P计算：

(中心荷载作用下)

基地压力

计算：

(偏心荷载作用下)

基地压力P为接触压力。这里的“接触”，是指基础底面与地基土之间的接触，这接触面上的压力称为基底压力。

基底附加压力

为作用在基础底面的净压力。是基底压力与基底处建造前土中

自重应力之差，是引起地基附加应力和变形的主要原因。

6．土中附加应力的产生原因有哪些？在工程实用中应如何考虑？

由外荷载引起的发加压力为主要原因。需要考虑实际引起的地基变形破坏、强度破坏、稳定性破坏。

第5章土的压缩性

一简答题

1．通过固结试验可以得到哪些土的压缩性指标？如何求得？ 【答】

压缩系数 压缩指数 压缩模量

压缩系数

压缩指数

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