岩土工程学考试.docx

1. 新奥法施工；绘制位移、应力曲线并对曲线加以描述；选择加衬砌时间及其原因。线1：隧道开挖后随着内壁位移产生的应力松弛曲线；线2：内壁位移曲线；S：隧道内壁位移；r；内壁径向应力。如果在适当的时间和位移，采用刚度合适的支撑A，可以使用较小的支撑力达到可以接受的位移，而B表示支撑刚度过度，需要支撑力也大；如果支撑太晚，岩壁已开裂，这时，围岩对支护的压力就不是变形压力，而是围岩坍塌下来的重量，即松散压力，则不仅需要的支撑力大，而且位移也更大。在A的支撑下，内壁位移逐渐稳定在一个可接受的数值，可见这是一个“天地人时“高度统一的过程和技术。实际施工中，之所以要分两次支护，是因为洞室开挖后，尽可能及时进行初期支护和封闭，保证周边不产生松动和坍塌；塑性区内岩体保持一定的强度，让围岩在有控制的条件下变形。隧道开挖变形的“时空效应”是指隧道开挖时，洞周围岩的变形并不是在瞬间就完成，在支护以后，围岩与支护间的变形压力及其变形是随时间的推移而不断发展并逐步趋于稳定。空间效应(端面效应)指的是隧洞掘进过程中,由于受到开挖面的约束,使开挖面附近的围岩不能立即释放其全部瞬时弹性位移。这是开挖面推进过程中,由于空间变化所引起的一种围岩变形特性。空间效应集中发生在急剧变形段,空间效应段主要靠围岩自身以及初次支护克服围岩发生破坏变形。时间效应则主要表现为变形空间效应结束后,围岩变形随时间而改变的性质,这是围岩具有流变性的体现。稳定变形阶段则为两者过渡段。根据围岩变形速率,岩石隧道围岩变形一般可划分为3个阶段,即急剧变形阶段、稳定变形阶段和流变阶段。围岩变形3阶段是时空效应的具体体现。空间效应集中发生在S1段,空间效应段主要靠围岩自身以及初次支护克服围岩发生破坏变形。时间效应则主要体现在S3段。之所以选择在变形稳定后施加二次衬砌也正是为了克服围岩的流变性。其中,AC段围岩变形呈现增长和急剧增长的特点,是急剧变形阶段(S1); CD段是稳定变形阶段(S2);D点之后围岩变形一般趋于稳定,是流变阶段(S3)。(1)A点位于水平轴0点左侧,即隧道开挖还没到达量测断面时,量测断面的围岩就已经开始变形。B表示隧道开挖到达测量面时,该处的累计变形量。对于中等坚硬完整以上的岩石隧道,此时累计变形量通常可以可达到总变形量的30%左右。(2)C点时围岩变形速率开始明显减小,围岩的自稳能力明显发挥作用。对于软弱围岩,则有赖于初次支护的作用。(3)D点之后的变形以流变为主(时间效应),变形速率与B点附近相比已降低12个数量级,通常选择在D点以后施做二次衬砌。此时变形量一般可达到总变形量的80% 95%。(4)图中虚线表示围岩变形过大,隧道发生破坏。其中C点处表示初次支护太弱而发生破坏,D点处则表示二次衬砌不及时,围岩流变没有得到有效控制而发生破坏。2.静力触探试验有什么用途？静力触探是指利用压力装置将有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测系统测土的贯入阻力，可确定土的某些基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。静力触探加压方式有机械式、液压式和人力式三种。静力触探的贯入机理与建筑物地基强度和变形机理存在一定差异性，故不经常使用。静力触探原理：用准静力将一个内部有传感器的探头以匀速压入土中，由于地层中各层土的软硬不同，探头受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表记录下来，并绘出随深度的变化曲线。根据贯入阻力与土的工程地质性质之间的定性关系和统计相关关系，通过触探曲线分析，即可达到对复杂的土层进行地层划分、获取地基容许承载力和弹性模量、变形模量等指标，选择桩尖持力层和预估单桩承载力等岩土工程勘察的目的。应用：（1）划分土层及土层剖面 （2）确定地基土特征值 （3）确定土的压缩模量和变形模量 （4）评价砂土和粉土的震动液化 （5）检验压实填土质量及强夯效果 （6）黄土湿陷性评价（7）判定土质滑坡滑动面、土洞及冻融土强度。近年来静力触探技术又扩展了新的应用 , 如利用地区经验估算土的强度参数、砂土的密实度、粘性土稠度状态, 判定饱和砂土和粉土的地震液化势, 根据孔压消散曲线估算土的渗透系数 、 评定土的应力历史 。在桩基勘察中,还可根据桩型( 如摩擦端承桩、端承桩等)估算单桩承载力和沉桩阻力。3.为什么在潮湿的泥巴路上易摔倒（有效应力）？能采取什么措施由于饱和黏土中行车走路由于超静孔隙水压力使土的抗剪强度急剧降低。砂土的渗透系数很高，洒砂以后，在荷载作用下 产生的超静孔压会迅速消散，有效应力提高，发挥砂土的抗剪强度，提供足够的摩擦力。4. 试画图说明利用卡萨格兰德方法确定先期固结压力的步骤？先期固结压力是指天然土层在历史上所经受的包括自重压力和其他荷载作用形成的最大竖向有效固结压力,用pc表示,它是反映土层原始应力状态的一个重要指标。通常pc与现有上覆土层压力p0之比称为超固结比OCR,被用来描述土体的压密状态。传统的测定先期固结压力方法有很多,如Casagrande法、Schmertmann法、Burmister法等,然而这些方法测定得出的先期固结压力或超固结比的值,只是针对非结构性土而言的1,对于原状结构性土用这些方法所得出的结果,不能简单直接称之为此原状结构性土的先期固结压力或超固结比,而应称之为结构屈服压力Rk和结构应力比1,2。结构屈服压力Rk是先期固结压力pc与结构强度q之和,而结构强度是由于土沉积过程中的物理化学因素使颗粒相互接触处产生的固化联结键而形成的。根据土力学与地基基础，按照前期固结压力与现有压力相对比的状况，可将土（主要为粘性土和粉土）分为正常固结土、超固结土（超压密土）和欠固结土三类。正常固结土层在历史上所经受的先期固结压力等于现有现有覆盖土重。在研究沉积土层的应力历史时，通常把土层历史上所经受过的先期固结压力pc与现有覆盖土重p1进行对比，两者的比值定义为超固结比（OCR）。正常固结土、超固结土和欠固结土的超固结比分别为OCR=1、OCR1和OCR1，超固结状态； Pc/Po1，欠固结状态。根据上面定义可以看出，在相同压力下三种不同固结状态变形是不同的，超固结状态变形最小，欠固结状态变形最大。 5.岩和土有什么区别在土木工程领域中，土是指覆盖在地表的没有胶结和强胶结的颗粒堆积物。土是由固体颗粒和孔隙组成的分散体系，土颗粒之间没有或只有很弱的联结，因此土的强度低，易变形。土的主要特征是分散性、复杂性和易变性。岩石：由矿物和岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成的自然体。岩石的强度远大于分散土。岩石虽然也具有裂隙性，但又具有连续介质的特征。从工程上来讲，岩石和土的工程性质的差别主要是：一、岩石矿物颗粒间具牢固的连接（结晶连接、胶结连接），既是岩石重要的结构特征，也是区别于土且赋予岩石优良工程地质性质的主要原因，土则缺乏颗粒间的连接或连接很弱，土和岩石的区别仅在于颗粒胶结的强弱。所以，有时也会遇到难区分的情况。；二、岩石具有强度高、不易变形及整体性、抗水性好的特点，但作为地基或建筑物环境时也有缺陷，即岩石存在软弱面。使岩石切割破碎，完整性遭到破坏，导致其物理力学性质变差和不均匀，故岩石（体）结构远复杂于土体。换言之，岩石具有很强的各向异性、非均质性、非连续性和复杂性，相对于岩石而言，土则可视为连续、均匀、各向同性的材料和介质；三、岩石中有较高的地应力（自重应力和构造应力），而土体中主要是自重应力。在某些程度上，不能将岩石和土截然分开，它们在某些情况下具有很多的相似性。如岩石的分类可以将土作为特殊的一类，同样，土的分类中也可以纳入部分岩石的类型。而实际工程应用的要求才是最关键的。此外，岩石力学的发展相比于土力学要晚，岩石力学中大部分的理论基础和方法都来源于土力学。只不过随着计算技术的发展，两者现在的发展才相对各具特色，差异较大。6. 说明堆载预压法包括哪些结构，并简要回答这些结构的作用？堆载真空预压法是在堆载预压的同时，借助大气的压力，使两者联合发挥作用，加快土体固结收缩。堆载真空预压法是用薄膜对需要加固的软基进行密封与大气隔离，借助射流泵抽真空，通过铺加在加固体表面的砂垫层中的管道及竖向排水体袋装砂井将加固区内的空气和水抽走，形成真空，在地表砂垫层产生负压，该负压通过真空管路及竖向排水体逐渐向深度方向延升，并向四周土体扩散，使加固上体内部与排水通道、砂垫层中产生压差，在此压的作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，使孔隙水压力降低，最终使上体固结压密。真空预压加固过程实际上是地下水气不断被抽走的同时，真空度不断向加固土体内传递、扩散并在加固土体内形成一定真空负压和负压梯度的过程。堆载真空预压法是真空预压和堆载预压两种固结方法的叠加，在堆载预压的同时再加一真空荷载同时作用，促使土体充分固结压缩。预压法是岩土工程治理中处理软弱黏性土地基的一种行之有效方法，是在（构）建筑物等工程项目未建造前，预先对软土地基施加荷载，使地基达到预期固结，然后进行工程建造，使其在正式运营中其沉降和强度都能得到满足。常用的预压法：堆载预压法、真空预压法和真空-堆载联合预压法。真空-堆载联合预压法的组成：水平砂垫层、排水竖井、排水沟、盲沟、集水井、塑料排水板施、真空滤管、无纺布、水平排水通道、监测装置、施工机械。作用：消除地基的部分沉降变形，缩短地基的固结周期，提高地基的强度和抗滑稳定性，从而达到加固软土地基的目的。真空联合堆载系统的组成真空联合堆载预压法由排水系统、真空系统和加压系统组成。2.1 排水系统 排水系统由砂垫层（横向排水体）和竖向排水体（砂井）组成。砂垫层一般采用中粗砂，含泥量应小于5%，厚度40-70cm，表面宜铺设平整。如果不采用真空预压，砂垫层的边缘必须出露以排出软土释放的水；对于真空联合堆载预压法，必须将砂垫层密封以保证不漏气。2.2 真空系统 真空系统主要由密封膜、滤水管和真空泵组成。密封膜用于密闭砂垫层和浅层软土，防止漏气；滤水管成网络状态铺设在砂垫层中，使抽真空形成的负压在砂垫层和砂井中快速扩散，井将固结释放的水输送出去：滤水管与真空泵相连，真空泵连续抽水、抽气，保证负压的形成。真空系统可以在砂垫层中形成60kPa80kPa的负压。7.膨胀土路堤，路堑边坡的处治方法分别有哪些，哪种方法较好？（1）膨胀土路堤处治方法：弃土换填、化学改良处治、物理处治。 物理处治方法较好。理由：弃土换填：弃借方大量占地，引起严重的水土流失，破坏生态环境。化学改良：施工困难，极大增加工程造价，污染环境膨胀土路堤物理处治是一种有效节能环保新技术，其处治方案也多种多样（膨胀土填芯非膨胀土包边、土工格栅包边、碎石土膨胀土互层等）,大大拓宽了膨胀土的应用范围，较好防止了膨胀土地区筑路引起的水土流失及环境破坏。与化学改良技术比较 ：没有环境污染，工期缩短60%，造价降低70%。 与弃土换填技术比较：膨胀土利用率提高50%，减少土方运输油耗和废气排放，减少弃借土占地和水土流失。（2）膨胀土路堑边坡处治方法：柔性支护：土工格栅防护，土工格室防护，土工袋；刚性支护：抹面，骨架，砌筑片石、预制混凝土块等，水泥土，挡土墙和加筋挡土墙，锚杆，抗滑桩，钢筋土钉，框架梁，树根桩和水泥灰土桩；刚性处治技术抗变形能力弱，干湿循环下膨胀土土体的胀缩变形不能及时释放，容易导致支护结构的破坏。刚性处治如不能有效地排除坡体内的裂隙水和地表渗水，则由于含水率的变化引起膨胀土过大的无约束胀缩变形亦可能导致边坡滑塌。生态工程法：优点：环保防护；保持土体的温度和湿度相对稳定，减少膨胀土干缩湿胀。缺点：主要适用于弱膨胀土、矮边坡防护，不能有效防止雨水的入渗；易出现植被选择的雷同。土性改良法：土性改良是利用石灰、水泥或其他化学液体与膨胀土进行物理化学作用，从而降低膨胀土膨胀性、提高强度和水稳性。但改良后，植被难以生长，在植被绿化地不大适用。放缓边坡处治。树根桩加坡脚挡土墙加固及DAH改良表层土性的支护方案：适用于膨胀土岩层倾向与边坡方向相反，边坡整体稳定但局部存在软弱结果面或局部较破碎、裂隙较发育的路堑边坡。支撑渗沟+坡脚挡墙方案：适用于有确定地下水源的刚开挖高边坡的及时处治。土工格栅柔性支护方案：主要适用于各类膨胀土路堑边坡的滑坡处治，也可用于边坡开挖后的及时支护。其中，土工格栅加筋柔性支护为最佳处治方案。与刚性支护技术比较 ，膨胀土路堑边坡柔性支护技术 ，降低造价66%，缩短工期75%，植被覆盖率提高80%以上。柔性支护优点：支挡结构整体性强，破坏了原坡体的结构面，可吸收墙后坡体膨胀变形的能量，有利于坡面的排水和坡体排水，减弱地表水下渗及干湿循环作用，具有良好的环保效益，施工便捷，技术简单，造价低廉 。