高等土力学要点

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1、ApiT X Ap1曽（1 一e _pt）1. 土力学的研究内容？高等土力学与土力学 相比，研究内容有哪些不同？答：（1） 土力学是研究土的物理化学和伦理学性 质及其工程应用的学科。土力学的主要研究内容 必须包括以下几个方面：土的成因、结构、物 质组成与相互作用；土体的应力变形规律； 土体的强度及其稳定性分析；水在土中的运动 及对土应力变形和强度、稳定的影响；采用各 种可能的测试方法和手段研究土的物理力学性 质；应用土力学的基本原理研究新方法、新工 艺、新材料并解决实际工程问题。（2）高等土力学是相对初等土力学而言的， 是建立在已有土力学理论与应用成果基础之上的 课程，强调的是全面和深化对土性

2、质的理论研究 和应用研究；高等土力学研究的广度和深度较初 等土力学来说要大得多；高等土力学将更全面的 以更宽广的视角、更深层次、应用多学科交叉的 理论和方法对土的性质进行研究，解决更复杂的 工程问题，因而从某种意义上讲也是发展中的土 力学。2. 高等土力学理论研究与发展三步曲？高等 土力学研究四环节？ 土力学研究四分支？答：（1）三步曲：试验研究或工程调研，理论上 的假设、归纳和抽象，模型验证和工程模拟，三 者相互依存相互促进。（2）四环节：理论研究、试验研究、计算方 法、工程应用研究。（3）四分支：理论土力学、实验土力学、计 算土力学、应用土力学。第2章土的生成与基本性质1. 按沉积条件，沉

3、积土分为哪些类型？如何用符 号表示（ Qal ,Qpl, Ql, Qdl ， Qm， Qgl 等等）？沉积 环境和土的工程性质有哪些典型特性？常常有不 规则交错层理构造的土？答：（1）按沉积条件，沉积土分为：坡积土、洪 积土、山区河谷冲积土、平原河谷冲积土、湖相 沉积土、三角洲沉积土、海相沉积土等。（2） Qal：冲积土Qp/：洪积土Q/：湖积土Qdl：坡积土Qm:海相土Qgl:冰川沉积土（3）残积土土体颗粒未被磨圆和分选，没有 层理构造，土体孔隙较大，均质性也较差；黄土 组成以粉粒为主，具有肉眼可见的大孔隙，结构 强度较高，压缩性较小；冲积土土粒磨圆磨细， 具层理构造；坡积土搬运作用很短，土

4、质不均匀, 厚度变化大，尤其新近堆积的坡积土，土质疏松, 压缩性高；洪积土土质不均匀，常常有不规则交 错层理构造。（4）常常有不规则交错层理构造的土是洪积 土。3. 土的结构和构造各有哪些类型？蜂窝结构的粒 径？概念：夹层、尖灭、透镜土体？答：（1） 土的结构一般可以分为：单粒结构、蜂 窝结构、絮状结构和分散结构等；土的构造一般 可分为：层理构造、裂隙构造和分散构造。（2）蜂窝结构的粒径为0.0050.075mm。（3）夹层：指夹于矿体（层）内部和处于紧 临矿体（层）之间的非矿岩石。尖灭：沉积层向着沉积盆地边缘，其厚 度逐渐变薄直至没有沉积。透镜土体：一般是变质作用形成的砂岩 结构。4. 土体

5、有哪四相？收缩膜的特性？概念：基质吸 力答：（1） 土体四相：固相、液相、气相和收缩膜。（2）收缩膜的特性：最显著的特性就是能够 承受拉力，在张力作用下像弹性薄膜那样交织于 整个土的结构中（表面张力）。（3）基质吸力：在非饱和土中，收缩膜承受 大于水压力uw的空气压力Ua。压力差 u=（ua-uw） 称为基质吸力。5 土中阳离子，与粘土的亲和性不同。答：土中阳离子，与粘土的亲和性不同，可能随 着粘土矿物成分、所包含的阳离子及其他条件而 有所变化。6. 概念：水的格栅结构、粘土双电层？水的格栅 结构对溶解于水的空气体积有无影响？ 答：（1）水分子排列成带有许多孔眼的格栅结构, 这些孔眼成为可以容

6、纳空气的“笼子”空气溶解 于水，并填满这些笼子时，其体积大约等于总体 积的2%。水的格栅结构相对稳定，其密度不因空 气溶解其中而有多大变化。（2）带有负电荷的粘土片和带有正电荷的阳 离子云被称为扩散双电层，或称双电层。（3）水的格栅结构相对稳定，其密度不因空 气溶解其中而有多大变化。7. 土中阳离子与粘土的亲和性不同排列顺序？解 释离子交换作用及工程应用？答：（1 ）对大多数粘土来说，其顺序为：Al+3Ca+2Mg+2NH4+K+H+Li+Na+（2）离子交换作用：主要是指粘粒表面扩散 层外水溶液中的离子被同扩散层内其他同符号离 子置换的现象。（3）工程应用：广泛应用于地基的改良和加 固。用高

7、价阳离子交换粘性土中的低价阳离子， 使扩散层变薄，因而粘粒靠拢、紧密，使地基强 度提高，压缩性降低。6 土中水的势能？毛管势又称基质势，毛细水上升高度的公式说明毛管势受哪些影响？答：（1） 土中水总的势能为各种势能分量之和，可以表达如下：二g+m+p+o+e+（2）毛管势又称基质势，毛细水上升高度的公式，由hc=2Tw/YsRs可知，毛管势受表面张力、 c w s s液体重度以及薄膜的曲率半径的影响。9. 按非饱和土水相和气相存在形态，非饱和土分为3类型？答：按非饱和土水相和气相存在形态，非饱和土分为3种类型：水封闭、双开敞和气封闭。第3章土的固结与流变理论1.概念：固结:土体在荷载作用下，孔

8、隙水缓慢渗出，体积 逐渐压缩，土中有效应力逐步增大，超静孔隙水 压力逐步消散至完全消失，这一过程称为固结。 有效应力：是指土粒所传递的粒间应力，它是控 制土的体积和强度两者变化的土中应力。超孔隙水压力:已知总应力为附加应力时，饱和土 中开始全部由孔隙水压力传递附加应力，此孔隙 水压力称为超孔隙水压力。地基平均固结度:地基土层在荷载所用下，经过时 间t所产生的固结变形量错误!未找到引用源。与 该土层固结完成时最终固结变形量错误!未找到引 用源。之比称为地基土层平均固结度2. 饱和土固结理论有几种，解释各理论建立的依 据？P38-653写出Terzaghi一维固结方程，并解释方程 各符号概念P39

9、？简述固结系数的测定方法P43-44？地基平均固结 度表达式？ P404当时间因子TV=?时，固结度达到93%？TV=1.0时，固结度达到93%5.试推导教材42页固结度计算公式（3-24）?推导时说明每一步的理论依据。（4分）6.概念：等应变假定：假定在砂井影响范围内圆柱体土样 中同一水平面上各点的竖向变形是相等的。砂井地基总固结度Urz表达式，涂抹:在设置砂井过程中，对砂井周围的土体也会 产生一定的扰动作用，在砂井表面有一定的涂抹 作用。井阻作用：实际工程中的砂井对渗流具有一定的 阻力，并对土体的固结速率产生影响，通常称为 井阻作用。砂井临界长度Mandel-Cryer效应：在一定条件下，

10、土体固结初 期部分土体中孔隙水压力不仅不消散，而且有上 升的现象。7.大变形理论的描述方法？大变形问题有两种描述方法：一种是以初始 构形描述的Lagrange法，此时同坐标点意味 着同一质点，故此法又称物质描述法。另一 种是瞬时构形描述的Euler法，此时某一坐 标点在不同时刻有不同的质点所占据，故此 法又称空间描述法。但Lagrange描述法有一 个变种称为坐标更新法，简称UL法，即在 每一荷载增量结束时把坐标更新一次，然后 再从变位后的坐标出发进行下一级荷载增 量计算，而始终采用初始坐标的方法则称为 全Lagrange法，简称TL法。&土的动力固结计算一般怎么求解？ 将不排水条件下动荷载作

11、用的孔隙水压力发展模 式与Terzaghi固结理论或者Biot固结理论加以耦 合来定量求解孔隙水压力的演化过程。9. 非饱和土的固结问题发展分为哪三类 从Biot固结理论出发，只考虑孔隙水的运动。 从Terzagh個结理论出发，同时考虑孔隙气和孔 隙水的运动，联合求解孔隙水压力消散方程和孔 隙气压力消散方程。 从孔隙气相和孔隙水相的质量连续方程出发， 将Uatyas和Radhakrisha的土体孔隙比e状态方程S和饱和度Sr状态方程联合起来求解。10. 流变：土体变形与应力和时间有关的现象称为 土的流变现象。 蠕变：恒定应力作用下变形随时间增长的现象 松弛：恒定变形的情况下应力随时间衰减的现

12、象。 流动：给定的时间的变形速率随应力变化的现 象。 长期强度随受荷历史变化的现象11. 流变模型构建的串并联原理，Maxwell模型和 Kelvin模型简图及流变方程推导。放弃1. 土的抗剪强度理论研究是哪些问题的理论基础？地基承载力，土压力，土坡等土体稳定分析的理 论基础2. 影响砂土抗剪强度的因素有哪些？复杂应力条 件下砂土的抗剪强度的影响因素及影响规律？ 影响因素：土的成分，结构，存在的历史和环境, 应力和应变的历史和现状，以及实验方法等。复杂应力条件：1）应力历史对抗剪强度的影响2） 中主应力 2对刚剪强度的影响。3）轴向应变与体应变乙a乙v的关系，即剪胀性的研究。4）高应力状态下砂

13、的抗剪强度和砂颗粒的挤碎磨细 作用。5）砂土各向异性与抗剪强度的关系。6） 抗剪强度中各种因素所占的地位和作用。影响规律：P913. 概念：三“S”统一本构理论，砂土的“剪缩”， 砂土的“剪胀”，临界孔隙比，砂土内摩擦角三分 量及影响因素，砂土的非线性割线角申s，砂土各 向同性体判别标准,“s”： stress-strain-shearingstrength临界孔隙比：CD试验中，若压力室压力保持为恒 定，即b3 =常数，则无论沙土的初始孔隙比是多少,最终的剪应力个大致的稳定值。与此同时，最终孔隙比er亦会 趋于某一个大致的稳定值ef =（eo!r。该值相应于某定值b3下的CD试验中砂土最终既

14、不-（e ）产生剪胀又不产生剪缩的情况。这一 ve07值成0 cr为临界孔隙比。砂土内摩擦角三分量：9=人+作+%申卩：颗粒的滑动摩擦角。不随b 3变化申D:剪胀效应摩擦角分量。较低b3条件下作 用很显著。表观峰值较大，峰后强度降低。量。较高b 3条件下作用显著，最终结果是松砂:细粒挤碎磨细和重新排列作用的摩擦角分砂土的非线性割线角申s.b -b甲=arcsm 3sb +b13，随着法向应力的增高，申s渐降低并趋于稳定值申卩。砂土各向同性体判别标准：做一次圆柱试样的等 向压力压缩试验，比较实测轴向应变p1与p v的关系。若8 v = 3p1，则表示该砂样具有各向同性，否则就是各向异性。4. 解

15、释剪切带概念，剪切带可能性的判据有哪些？ 剪切带：试样内沿一定平面上形式范围较窄的剪 切破坏带，在此剪切带范围内土颗粒之间产生非 连续的巨大相对位移，而该范围之外的土则处在 相对静止的状态。判据：第一，对于均匀材料来说，剪切带破坏必 定要在剪胀性的颗粒介质中才能形成，因此松砂 剪切试验你不会出现剪切带。第二，材料初始的不均匀程度越大，产生剪 切带破坏的可能性也越大，因此含有较多超径颗 粒的砂性土容易产生剪切带破坏。第三，不管产生剪切带破坏还是整体塑性破 坏，总要产生较高的内部能量耗散率。5. 正常固结粘性土和超固结粘性土库伦强度曲线 有什么不同？为什么有这种不同？超固结土在试 验过程中，水压力

16、的发展趋势？正常固结粘土有剪缩趋势，故随81增加而山 和A都逐渐增加，破坏时达血彳和人广，而且Af比较稳定。超固结粘土有剪胀趋势。81值较小时，孔隙水压 力微有上升，而81稍大时，Z 就变为负值。破坏时，两者分别达到-AUf和Af最大负值。土的超固结比越大，Af的负值越大。方程各符号含义？t = c+(b - u )tan 申+(u - u )tan 申b faaw6.写出Fredlund非饱和土抗剪强度方程？并解释第四章土的抗剪强度理论 和紧砂内摩擦角趋于接近。c ;申:有效应力强度参数T f: 土的抗剪强度u , uaw:孔隙气应力与孔隙水应力7.解释斯坎普敦“残余因素”概念及意义？脆性指

17、 数？T-TR = fPfT-TfPfr:滑动面上图样中测出来的相应于平均有效法向 应力的峰值强度和残余强度T f :现场滑动面上实际发挥出来的平均抗剪强度。脆性指数是表征超固结T fP与T fr差别的一个特征参数。8. 简述土的应力应变关系的特性及其影响因素。 土是岩石风化形成的碎散矿物颗粒的集合体，通 常是固、液、气三相体。其应力应变关系十分复 杂，主要特性有非线性，弹塑性，剪胀性及各向 异性。主要的影响因素是应力水平，应力路径和 应力历史。9. 粘土和砂土的各向异性是由于什么原因？什么 是诱发各向异性？ 粘土和砂土的各向异性是由于其在沉积过程中， 长宽比大于 1 的针、片、棒状颗粒在重力

18、作用下 倾向于长边沿水平方向排列而处于稳定的状态。 同时在随后的固结过程中，上覆土体重力产生的 竖向应力与水平土压力大小不等，这种不等向固 结也造成了土的各向异性。诱发各向异性是指土颗粒受到一定的应力 发生应变后，其空间位置将发生变化，从而造成 土的空间结构的改变，这种结构的改变将影响土 进一步加载的应力应变关系，并且使之不同于初 始加载时的应力应变关系。10. 饱 和 重 塑 土 含 水 率 有 效 应 力 强 度 （wf W 关系正常固结粘土在破坏时，有效应力与w间存在单 一关系，不排水强度与w间也有单一关系。11. 定性画出在高围压（b 3 1 时，该土是超固结土，当OCR=1时，则为正

19、常固结土，当 OCR1 时，则为欠固结土第 9 章 土坡稳定1 普遍条分法的分类，各类型做了哪些假定？方法：1）Morgenstern法、Price法。假定两相邻土 条法向条间力和切向条间力之间存在对水平方向 坐标的函数关系2）陈祖煜法。？v dydz + v dxdz + v dxdy 一xfavv +:xaxydx dydz + 丿a(n p dxdydz )atdtzfvyav+ yay3） Sarma 法。沿两相邻土条的垂直分界面，所有dy丿平行于土条評的斜面均处于极dy衡状态这个前提下，推导出切向条间力；的分布，从而使超静定问题变成静定的。4）Janbu法。对土条侧向力的作用位置作假

20、定。5）Spercer法。假定相邻土条之间的法向条间力E与切向条间力 X 之间有一固定的常数关系，即 0.5 0.8 时初始剪应力的大小XXi 卄=tan 0E Eii+16）不平衡推力法 ：只考虑力的平衡，不考虑力 矩平衡。2. 普遍条分法中，对土条侧向力倾角的分布规律 作假定的是?Morgenstern and Price、陈祖煜法3. 详细掌握不平衡推力法计算原理？任意一滑动土条，其两侧条间力合力的作用方向 分别与上一条土条底面相平行，取垂直与平行土 条底面方向力的平衡。第 12 章 土的动力特点？1. 土的动力特性包括哪些内容？土的动应力 - 应变关系有哪些基本特性？土的动应力 -应

21、变骨干曲线双曲线模型表达式？ 内容：一般的研究思路都是以共（自）振柱仪、 振动三轴仪或循环扭剪仪试验为基础，研究土的 动变形与强度特性，包括土的动应力-应变关系、 沙土液化、粘性土动强度、振动孔隙水压力等问 题。基本特性：非线性，滞后性，变形积累性双曲线模型表达式：P3142. 简述饱和砂土的液化机理？影响砂土液化 的因素有哪些？液化机理分为三种类型：砂沸、循环流动性、流 滑。沙沸：孔隙水压力超过上覆土体自重 循环流动性：由于土体剪缩和剪胀的交替作用而 引起的孔隙水压力反复升降而造成的间歇性液化 和有限制的流动变形现象 流滑：饱和松散沙土在单向或循环剪切作用下， 土体持续剪缩，呈现出不可逆的体

22、积压缩 ，引起 孔隙水压力不断上升和有效应力减少，抗剪强度 降低，最后导致无限制的流动大变形。影响因素：相对密度Dr、周围压力3、往返 应力峰值d、往返应力作用次数N和超固结比OCR。3. 什么是初始液化，通常用什么量作为液化破 坏标准？在往返荷载作用下，一般称振动孔隙水压力峰值 达到初始有效固结应力时为初始液化。液化破坏标准：孔隙水压力？4. 粘性土的动强度及其影响因素？影响因素对动强度的影响规律？循环强度比概念？ 动强度：在指定往返作用次数下使土样的轴向变形达到破坏标准所需要的轴向往返应力幅值d 与初始静轴向应力 s 之和，通常也将动强度称 为循环强度。影响因素：加载速度：随着加载速度的提

23、高， 粘性土强度提高。初始静剪应力：随着初始静剪应力的增加，循 环剪应力的相对大小逐渐减小。图样中的应力状 态也就越来越接近于静荷载试验的结果 循环次数：随着指定的荷载往返次数增加，土的循环强度逐渐降低 土样先施加一定大小的静荷载后再施加动荷 载，与单纯的静荷载实验条件相比，土样具有较 大的刚度和较高的强度。 初 始 剪 应 力 比 。 当 初 始 剪 应 力 比对剪应力参与应变曲线没有明显影响。循环强度比：土的动强度与土的静强度f之比值5. 简述中国建筑抗震设计规范的液化判别 方法？当初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采 用标准贯入试验判别法判别地面下15m深度范围 内的液化；当采用桩基

24、或埋深大于 5m 的深基础 时，尚应判别 1520m 范围内土的液化。当有成熟 经验时，尚可采用其他判别方法。当饱和沙土或 粉土地基满足下式要求时，可判别为液化，即N N63.5 cr在地面下 15m 深度范围内N N0.9 + 0.1 (d - d ycr 0s wc在地面下 1520m 深度范围内N N （2.4- 0.1d ycr 0s6. 对饱和砂土震动液化没有影响的因素 ? 土的抗液化强度影响因素：相对密实度的影响颗粒平均粒径D50 的影响粘粒或细粒含量的影响塑性指 数的影响初始应力条件的影响砂土结构性的影响国外通常将往返作用次数为20次时引起双幅轴向应变 5%所需要的往返应力比称为土的抗液化强 度。