《土力学与基础工程》——期末复习题.doc

《土力学与基础工程》期末复习资料
一、概念
1.土
土：由岩石经物理化学风化、剥蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、流体水和气体的一种集合体。
2.正常固结土、超固结土、欠固结土
正常固结土：正常固结土指土层历史上经受的最大压力，等于现有覆盖土的自重压力。
超固结土：超固结土指土层历史上曾经受过大于现有覆盖土重的前期固结压力。
欠固结土：欠固结土指土层目前还没有达到完全固结，土层实际固结压力小于土层自重压力。
3.固结度
固结度：地基在竖向荷载作用下，对某一深度z处，经历时间t，有效应力与总应力的比值，称为该点的固结度。
4.土的变形模量、土的压缩模量
土的变形模量：指无侧限情况下单轴受压时的应力与应变之比。
土的压缩模量：土的试样单向受压，应力增量与应变增量之比称为压缩模量。
5.土层自重应力、附加应力
土层自重应力：在未修建筑物之前，由土体本身自重引起的应力称为土的自重应力。
土层的附加应力：建筑物荷载在地基中增加的压力称为附加压力。
6.瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降
瞬时沉降：瞬时沉降是地基受荷后立即发生的沉降。
固结沉降：地基受荷后产生的附加应力，使土体的孔隙减小而产生的沉降称为固结沉降。
次固结沉降：地基在外荷作用下，经历很长时间，土体中超孔隙水压力以完全消散，有效应力不变的情况下，由土的固体骨架长时间缓慢蠕变所产生的沉降称为次固结沉降。
7.土的极限平衡条件
土体的极限平衡条件是指土体处于极限平衡状态时土的应力状态和土的抗剪强度指标之间的关系式，即、与内摩擦角和粘聚力之间的数学表达式。
8.莫尔库仑强度理论
莫尔-库仑强度理论：土体发生剪切破坏时破坏面上的剪应力和法向应力满足关系式
。
9.粘性土的液限、塑限、缩限、塑性指数、液性指数、活动度、灵敏度、触变性
液限：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水率称为液限。
塑限：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水率称为塑限。
缩限：粘性土呈半固态与固态之间的分界含水率称为缩限。
塑性指数：液限与塑限的差值，去掉百分数符号，称塑性指数。
液性指数：粘性土的液性指数为天然含水率与塑限的差值和液限与塑限差值之比。
活动度：粘性土的塑性指数与土中胶粒含量百分数的比值称为活动度。
灵敏度：粘性土的原状土无侧限抗压强度与原状土结构完全破坏的重塑土（保持含水率和密度不变）的无侧限抗压强度的比值称为灵敏度。
触变性：当粘性土受到扰动时，土的强度就降低，但静置一段时间，土的强度又逐渐增长，这种性质称为土的触变性。
10.地基的极限荷载
地基的极限荷载特指地基在外荷作用下产生的应力达到极限平衡时的荷载。
11.土的静止土压力
静止土压力：当挡土墙不动时，墙后土体由于墙的侧限作用而处于静止状态，此时墙后土体作用在墙背上的土压力称为静止土压力。
12.土坡稳定安全系数
土坡稳定安全系数：土坡的抗滑力矩与滑动力矩的比值，即
13.无筋扩展基础、扩展基础
无筋扩展基础：由砖、毛石、素混凝土以及灰土等材料修建的基础，称为无筋扩展基础。
扩展基础：由钢筋混凝土材料建造的基础称为扩展基础。
14.地基承载力特征值
地基承载力特征值是指，由荷载试验测定的地基土压力变形曲线线性变形阶段内规定的变形所对应的压力值，其最大值称为比例界限值。
15.箱形基础
箱型基础：箱型基础是指由底板、顶板、侧墙及一定数量内隔墙构成的整体刚度较大的钢筋混凝土箱形结构，渐成箱基。
16.预制桩
预制桩：在施工前已预先制作成型，再用各种机械设备把它沉入地基至设计标高的桩。
17.桩的负摩阻力、桩的中性点
桩的负摩阻力：当桩周土层的沉降超过桩的沉降时，则桩周土产生向下的摩阻力，称为负摩阻力。
18.软弱地基
软弱地基：地表下相当深度范围内存在软弱土的地基。
19.粘性土的最优含水率、最大干密度
粘性土在某种压实功能作用下，达到最密时的含水率称为最优含水率；对应的干密度称为最大干密度。
20..托换技术
托换技术：是指解决原有建筑物的地基处理、基础加固或改建问题；解决在原有建筑物基础下，修建地下工程以及在原有建筑物邻近建造新工程而影响到原有建筑的安全等问题的技术总称。
21.树根桩
树根桩：树根桩是指小直径、高强度的钢筋混凝土桩。
22.膨胀土
膨胀土：膨胀土是指土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变性特性的粘土。
23.季节性冻土、隔年冻土、多年冻土
季节性冻土：指地壳表层冬季冻结而在夏季又全部融化的土。
隔年冻土：指冬季冻结而翌年夏季并不融化的那部分冻土。
多年冻土：指持续冻结时间在两年或两年以上的土。
24.地震
地震：地震是由内力地质作用和外力地质作用引起的地壳振动现象的总称。
25.地震烈度、地震震级
地震烈度：地震烈度是指受震地区地面影响和破坏的强烈程度。
地震震级：地震震级是表示地震本身强度大小的等级，作为衡量震源释放出能量大小的一种度量。
26.地震基本烈度
地震的基本烈度：一个地区今后50年内，在一般场地条件下，可能遭遇超载概率为10%的地震烈度称为基本烈度。

二、简答
1.建筑地基变形特征的分类及其定义
⑴.分类：①沉降量、②沉降差、③倾斜、④局部倾斜
⑵.①沉降量：沉降量特指基础中心的沉降量，以mm为单位。
②沉降差：沉降差指同一建筑物中，相邻两个基础沉降量的差值，以mm为单位。
③倾斜：倾斜特指独立基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值，以‰表示。
④局部倾斜：局部倾斜指砖石砌体承重结构，沿纵向6-10m内基础两点的沉降差与其距离的比值，以‰表示。
2.分层总和法计算地基沉降的步骤
⑴.用坐标纸按比例绘制地基土层分布剖面图和基础剖面图
⑵.计算地基土的自重应力
⑶.计算基础底面接触压力
⑷.计算基础底面附加应力
⑸.计算地基中的附加应力分布
⑹.确定地基受压层深度
⑺.沉降计算分层
⑻.计算各土层的压缩量
⑼.计算地基最终沉降量
3.减少沉降差的措施
⑴.设计中尽量使上部荷载中心受压，均匀分布；
⑵.遇高低层相差悬殊或地基软硬突变等情况，可合理设置沉降缝；
⑶.增加上部结构对地基不均匀沉降的调整作用；
⑷.妥善安排施工顺序；
⑸.人工补救措施。
4.太沙基公式、斯凯普顿公式、汉森公式的使用条件
⑴太沙基公式：太沙基公式是常用的极限荷载计算公式，适用于基础底面粗糙的条形基础，推广应用于方形基础和圆形基础。
⑵斯凯普顿公式：①饱和软土地基，内摩擦角：当基础土的内摩擦角时，太沙基公式难以应用；②浅基础：斯凯普顿公式还适用于浅基础，基础的埋深。此条件通常都能满足； ③矩形基础：斯凯普顿公式还考虑了基础宽度与长度比值的影响。
⑶汉森公式：①倾斜荷载作用：汉森公式最主要的特点是适用于倾斜荷载作用； ②基础性状：基础宽度与长度的比值、矩形基础和条形基础的影响都已经计入；③基础埋深：汉森公式适用于基础埋深基础底宽的情况，并考虑了基础埋深与基础宽度之比值的影响。
5.地基的破坏形式
⑴ 地基整体滑动破坏：当地基土良好或中等，上部荷载超过地基极限荷载时，地基中的塑性变形区扩展连成整体，导致地基发生整体滑动破坏。若地基中有软弱的夹层，则必然沿着软弱夹层滑动；若为均匀地基，则滑动面为曲面。
⑵ 地基局部剪切破坏：当基础埋深大，加荷速率快时，因基础旁侧荷载大，阻止地基整体滑动破坏，使地基发生基础底部局部剪切破坏。
⑶ 地基冲切剪切破坏：若地基为松砂或软土，在外荷作用下使地基产生大量沉降，基础竖向切入土中，发生冲切剪切破坏。
6.朗肯土压力理论的假设条件和适用条件
朗肯土压力理论假设条件：表面水平的半无限土体，处于极限平衡状态。
适用条件：①挡土墙的墙背竖直光滑；②挡土墙后填土表面水平。
7.影响土坡稳定性的条件
⑴土坡坡度；⑵土坡高度；⑶土的性质；⑷气象条件；⑸地下水的渗流；⑹地震。
8.工程建设可行性研究勘察的目的和主要任务
⑴目的：对拟选场址的稳定性和适宜性做出工程地质评价；
⑵主要任务：
① 搜集区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的工程地质岩土工程资料即当地的建筑经验；
② 在分析已有资料的基础上，通过现场踏勘，了解场地的地层分布、构造、成因与地质年代和岩土性质、不良地质作用即地下水的水位、水质情况。
③ 对各方面条件较好且倾向于选取的场地，如已有资料不充分，应进行必要的工程地质测绘即勘探工作。
④ 当有两个或两个以上拟选场地时，应进行比选分析。
9.工程建设初步勘查的主要任务
⑴ 搜集与分析可行性研究阶段岩土工程勘察报告；
⑵ 通过现场踏勘与测试，初步查明地层分布、构造、岩土物理力学性质、地下水埋藏条件及冻结深度，可以粗略些，但不能有错误。
⑶ 通过工程地质测绘和调查，查明场地不良地质现象的成因、分布、对场地稳定性的影响及其发展趋势；
⑷ 对于抗震设防等级大于或等于六级的场地，应判定场地和地基的地震效应；
⑸ 初步绘制水和土对建筑材料的腐蚀性；
⑹ 对高层建筑可能采取的地基基础类型、基坑开挖和支护、工程降水方案进行初步分析评价。
10.工业与民用建筑工程中常用的岩土工程勘察方法的分类及各自的定义
⑴ 钻探法：用各种钻探工具钻入地基中分层取土进行鉴别、描述和测试的方法称为钻探法。
⑵ 触探法：触探法是间接的勘察方法，不取土样，不描述，只将一个特别探头装在钻杆底部，打入或压入地基土中，由探头所受阻力的大小探测土层的工程性质，称为触探法。
⑶ 掘探法：在建筑场地是上用人工开挖钻井、探槽或平洞，直接观察了解土层情况与性质，称为掘探法。
11.天然地基上浅基础的设计内容与步骤
⑴ 初步设计基础的结构形式、材料与平面布置；
⑵ 确定基础的埋置深度；
⑶ 计算地基承载力特征值，并经深度和宽度修正，确定修正后的地基承载力特征值；
⑷ 根据作用在基础顶面荷载和宽度修正后的地基承载力特征值，计算基础的底面积；
⑸ 计算基础高度并确定剖面形状；
⑹ 若地基持力层下部存在软弱土层时，则需验算软弱下卧层的承载力；
⑺ 地基基础设计等级为甲、乙级建筑物和部分丙级建筑物应计算地基的变形；
⑻ 验算建筑物或构筑物的稳定性；
⑼ 基础细部结构和构造设计；
⑽ 绘制基础施工图。
12.防止地基冻害的措施
⑴ 对在地下水位以上的基础，基础侧面应回填非冻胀性的中砂或粗砂，其厚度不应小于；对在地下水位以下的基础，可采用桩基础、自锚式基础或采取其他有效措施；
⑵ 已选择地势高、地下水位低、地表排水条件良好的建筑场地。对低洼场地，宜在建筑物四周向外一倍冻深范围内，是室外地坪至少高出地面
⑶ 防止雨水、地表水、生产废水、生活污水进入建筑地基，应设置排水设施。在山区应设置水沟或在建筑物下设置暗沟，宜排走地表水和潜水流。
⑷ 在强冻胀性和特强冻胀性地基上，其基础结构应设置钢筋混凝土圈梁和基础梁，并控制上部建筑的的长高比，增强房屋的整体刚度。
⑸ 当独立基础联系梁下或桩基础承台下有冻土时，应在梁或承台下留有相当于该土层冻胀量的空隙，以防止因土的冻胀将梁或承台拱裂。
⑹ 外门斗、室外台阶和散水坡等部位宜于与主体结构断开，散水坡分段不宜超过，坡度不宜小于，其下填入非冻胀性材料。
⑺ 对跨年度实施的建筑，入冬前应对地基采取相应的防护措施，按采暖设计的建筑物，当冬季不能正常采暖，也应对地基采取保温措施。
13.深基础的特点
⑴ 深基础施工方法较复杂；
⑵ 深基础的地基承载力较高；
⑶ 深基础施工需专门设备；
⑷ 深基础技术较复杂
⑸ 深基础的造价往往比较高
⑹ 深基础的工期较长
14.桩产生负摩阻力的条件
⑴ 桩穿越较厚的松散填土、自重失陷性黄土、欠固结土层，进入相对较坚硬土层时；
⑵ 桩周存在软弱土层，邻近桩的地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载、堆土时，使桩周土层发生沉降；
⑶ 由于降低地下水位，使桩周土中的有效应力增大，并产生显著的大面积土层压缩沉降。
15.地下连续墙的优点
地下连续墙的优点：施工期间不需降水，不需挡土护坡，不需立模板与支撑，把施工护坡与永久性工程融为一体。因此，这种基础形式可以避免开挖大量的土方，可缩短工期，降低造价。尤其在城市密集建筑群中修建深基础时，为防止对邻近建筑物安全稳定的影响，地下连续墙更显示它的优越性。
16.不良地基的分类
⑴ 湿陷性黄土地基
⑵ 膨胀土地基
⑶ 泥炭土地基
⑷ 多年冻土地基
⑸ 岩溶与土洞地基
⑹ 山区地基
⑺ 饱和粉细砂与粉土地基
17.强夯法加固地基的效果
⑴ 提高地基承载力
⑵ 深层地基加固
⑶ 消除液化
⑷ 消除湿陷性
⑸ 减少地基沉降量
18.强夯法的优缺点
⑴ 优点：
① 设备简单、工艺方便、原理直观；
② 应用范围广，加固效果；
③ 需要人员少，施工速度快；
④ 不消耗水泥、钢材，费用低，通常可比桩基节省投资。
⑵ 缺点
① 振动大，有噪音，在市区密集建筑区难以实施；
② 强夯理论不成熟，不得不采用现场试夯才能最后确定强夯参数；
③ 强夯的振动对周围建筑物的影响研究还不够；
19.换填垫层法的作用
⑴ 提高地基承载力；
⑵ 减小地基沉降量；
⑶ 加速软土的排水固结；
⑷ 防止冻胀；
⑸ 消除膨胀土的胀缩作用；
20建筑地基加固的方法
⑴ 机械夯实法；
⑵ 强夯法；
⑶ 换填垫层法；
⑷ 预压固结法；
⑸ 挤密法；
⑹ 振冲法；
⑺ 化学加固法
⑻ 托换技术
21.砂石桩加固粘性土地基的加固机理
砂石桩在粘土地基中，主要利用砂石桩本身的强度及其排水效果，其作用包括：
⑴ 砂石桩置换：在粘性土中形成大直径密实砂石桩桩体，砂石桩与粘性土形成符合地基，共同承担上部荷载，提高了地基承载力和整体稳定性。
⑵ 上部荷载产生对砂石桩的应力集中，减少了对粘性土的应力，从而减少了地基的固结沉降量，将砂石桩处理淤泥质粘性土地基，可减少沉降量；
⑶ 排水固结：砂石桩在粘性土地基中形成排水通道，因而加速固结速率。
22.高压喷射注浆法加固地基的机理
此法是用钻机钻孔至需要的加固深度后，将喷射管插入地层预定的深度，用高压泵将水泥浆液从喷射管喷出，使土体结构破坏并与水泥浆液混合。胶结硬化后形成强度大。压缩性小、不透水的固结体，达到加固的目的。
23.强夯法加固地基的机理
⑴ 动力密实机理：强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土为动力密实机理，即强大的冲击能强制超压密地基，使土中气象体积大幅度减少。
⑵ 动力固结机理：强夯加固细粒饱和土为动力固结机理，即强大的冲击能与冲击波破坏土的结构，使土体局部液化并产生许多裂隙，作为孔隙水的排水通道，加速土体固结，土体发生触变，强度逐渐恢复。
⑶ 动力置换机理：强夯加固淤泥为动力置换机理，即强夯将碎石整体挤入淤泥成整式置换或间隔夯入淤泥成桩式碎石墩。
24.建筑物冻害的防治措施
⑴ 换填法
⑵ 物理化学法
⑶ 保温法
⑷ 排水隔水法
⑸ 结构措施
25.地震的成因分类及其定义
⑴ 构造地震：由地壳的构造运动，使岩层移动和断裂，积累的大量能量释放出来，引起地壳振动，称为构造地震；
⑵ 火山地震：由火山活动引起的地震称为火山地震；
⑶ 陷落地震：由地下溶洞塌陷、崩塌或大滑坡等冲击力引起的地震，称为陷落地震；
⑷ 激发地震：由于人类活动破坏了地层原来的相对稳定性引起的地震称为激发地震。
26.地震作用下地基的液化机理
饱和松砂与粉土主要是单粒结构，处于不稳定状态。在强烈地震作用下，疏松不稳定的砂粒与粉粒移动到更稳定的位置；但地下水位下的土的孔隙已完全被水充满，在地震作用的短暂时间内，土中的孔隙水无法排出，砂粒与粉粒位移至孔隙水中被漂浮，此时土体的有效应力为零，地基丧失承载力，造成地基不均匀下沉，导致建筑物破坏。
27.振动对土的体力学的力学影响
⑴ 土的强度降低；
⑵ 地基产生附加沉降；
⑶ 砂土与粉土产生液化；
⑷ 粘性土产生触变。

三、计算
1.某住宅工程地质勘查中取原状土做实验。用天平秤湿土质量为，烘干后质量为,土粒比重为。计算此土样的天然密度、干密度、饱和密度、天然含水率、孔隙比、孔隙度、饱和度。
解：已知：
则

2.某宾馆地基土的试验中，已测得土样的干密度，含水率，土粒比重，。计算土的，和。此土样又测得，，计算和，描述土的物理状态，定出土的的名称。（已知：；；；）
解：已知：，，
因为
所以

设
则
又，
通过上两式可得
所以

因为，故为粉质粘土

，故为硬塑状态。
3.一办公楼地基土样，用体积为的环刀取样试验，用天平测得环刀加湿土的质量为，环刀质量为，烘干后土样质量为，土粒比重为，计算该土样的，，，，，，，并比较各种密度的大小。
解：已知：，，，
则

所以
4.某干砂试样，，经细雨后，体积未变，饱和度达到，试问细雨后砂样的密度、重度、含水量是多少？
解：已知，
雨后
孔隙比
雨后含水量
雨后砂样密度
雨后砂样重度
5.有一个完全饱和的粘土土样，测得总体积，已知土粒对水的相对密度，土样的含水量，将该土样置于烘干箱烘了一段时间后，测得土样体积，，问土样烘干前后的密度、干密度、孔隙比、饱和度各为多少？
解：烘烤前因为土样完全饱和即所以
孔隙比
干密度
密度
烘烤后土样中的干土质量不变即
此时土样的总质量
土样密度
土样干密度
土样孔隙比
土样饱和度
6.已知地基土中某点的最大主应力为，最小主应力。绘制该点应力状态的莫尔应力圆；求最大剪应力值及其作用面的方向，并计算与最大主应力面呈夹角的斜面上的正应力和剪应力。
解：取直角坐标系，在横坐标上，按应力比例尺确定，的位置。以为直径做圆，即为所求莫尔应力圆，如图

最大剪应力计算
由公式，将数值代入得：

当时，，此时，即
当时，

7.某海港码头仓库设计独立浅基础。基础底面尺寸：长度，宽度，基础埋深。地基为饱和土，内摩擦角，粘聚力，天然重度，（1）计算此仓库地基的极限荷载和地基承载力；若其他条件都不变，问以下两种情况，地基的极限荷载和承载力为多少？（2）只把基础宽度加大一倍为；（3）只把基础埋深加大一倍为。（安全系数均取1.5）
解：（1）地基的极限荷载 鉴于地基为饱和软土，，应用公式
计算极限荷载

地基承载力
（2）把基础宽度加大一倍
地基极限荷载
地基承载力
（3）只把基础埋深加大一倍为
地基极限荷载
地基承载力
8.已知某挡土墙高度，墙背竖直、光滑，填土表面水平，墙后填土为中砂，重度，饱和重度，内摩擦角。（1）计算作用在挡土墙上的总静止土压力，总主动土压力；（2）当墙后地下水位上升至离墙顶时，计算总主动土压力与水压力（静止土压力系数）
解：（1）墙后无地下水情况：
总静止土压力 应用公式，取中砂的静止土压力系数，可得总静止土压力
总主动土压力 挡土墙墙背竖直、光滑，填土表面水平，适用朗肯土压力理论，由公式

（2）墙后地下水位上升情况
① 总主动土压力 因地下水位上、下砂重度不同，土压力分两部分计算：
水上部分墙高，重度

水下部分墙高，用浮重度
总主动土压力
水压力
9.已知某混凝土挡土墙，墙高，墙背竖直，墙后填土表面水平，填土的重度，内摩擦角，粘聚力。计算作用在此挡土墙上的静止土压力、主动土压力和被动土压。（取静止土压力系数）
解：⑴ 静止土压力 取静止土压力系数

⑵ 主动土压力 根据题意挡土墙墙背竖直光滑，填涂表面水平，符合朗肯土压力理论的假设：

⑶ 被动土压力

10.已知某挡土墙高度，墙背竖直光滑，墙后填土表面水平。填土为粗砂，重度，内摩擦角，在填土表面作用均布载荷，计算作用在此挡土墙上的主动土压力。
解：将填土表面作用的均布荷载折算成当量土层高度

将墙背向上，延长至点
以为计算挡土墙的墙背，此时，墙高为

原挡土墙顶点主动土压力，由均布荷载产生，其值为

挡土墙底点的主动土压力

总主动土压力为

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