土力学简答题

2023年12月18日发(作者：北京考生)

土力学简答题

土力学简答题

1.为什么要学习土力学？

土力学与岩土工程和地下工程等密切相关。首先地基基础是建筑工程的重要组成部分；其次地基基础属隐蔽工程；再者土具有广泛的工程应用。因此，对土工程性质认识的偏差可能会导致损失巨大的事故。故学习土力学有利于我们更好的解决工程实践问题。

2.土力学学习哪些内容？

土力学包含基础和先导，核心理论，工程应用三大部分。基础和先导部分学习物理性质、土中应力计算；核心理论部分学习渗透特性、变形特性、强度特性；工程应用部分学习土压力、土坡稳定、地基承载力、基础设计等。

3.土力学是一门什么学科?

研究土的应力、变形、强度和稳定，以及土与结构物相互作用和规律的一门力学分支。

4.地基和基础的概念。

地基：受建筑物荷载影响的那部分地层（岩层或土层）。

基础：将上部结构所承受的各种作用传递到地基上的下部结构。

5.地基基础的设计必须满足什么条件?

强度和变形条件。

6.土力学的框架体系是什么?

以土的物理性质为基础，以土中应力计算为先导，研究土的渗透特性、变形特性、强度特性，即土力学三大核心理论，然将其应用与于工程实践，如土压力计算、土坡稳定分析、确定地基承载力、基础设计等。

7.如何判断土的级配？

根据土粒的不均匀系数Cu=d60/d10和曲率系数Cc=d30*d30/（d60*d10）。Cu≥5，Cc=1～3，称为级配良好的土。

8.小时候“玩泥巴”和“沙滩堆城堡”的道理是否相同？

玩泥巴：粘性土的粘性和可塑性。粘土矿物颗粒表面所附着的弱结合水在电场引力作用下，可从一个土粒迁移到另一个土粒，使粘性土具有可塑性。

沙滩堆城堡：无粘性土的假粘性。在表面张力作用下将土粒拉紧，使得坑壁直立。

9.砂土被水淹没或完全变干时，“沙滩城堡”是否会崩塌？

由于表面张力消失，坑壁会崩塌。

10.结合水对土的工程性质的产生哪些影响。

对于细粒土，当粘粒含量很高，特别是当粘粒由粘土矿物组成时，由于它们多呈片状，比表

面很大，吸着水往往占有很大的孔隙体积，故细粒土的性质将受结合水的影响较大。对于粗粒土，由于颗粒在三个方向的尺寸属同一数量级，比表面较小，因此，在孔隙水的体积中结合水的体积可忽略不计。故粗粒土的性质主要取决于土粒的形状、级配和排列。

11.简述土的物理指标有哪些。

密度、比重、含水量、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙比、孔隙度、饱和度。

12.简述表示重度的指标有哪些。

天然重度，饱和重度，浮重度（有效重度），干重度

13.简述基本指标的测定方法。

密度的测定方法：环刀法、蜡封法、灌砂法、灌水法；比重：比重瓶法；含水量：烘干法、酒精燃烧法。

14.哪些指标是体积指标。

孔隙度、孔隙比、饱和度。

15.试比较土中各类空气的特征，比分析它们对土的工程性质的影响。

土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分，存在形式有两种：自由气体：与大气相通，对土的性质影响不大；封闭气体：与大气隔绝，增大土体的弹性和压缩性，使土的渗透性减小，延长土体受力后变形达到稳定的历时。

16.在描述砂土密实度时为什么要引入相对密实度的概念？

采用天然孔隙比e的大小来判别砂土的密实度，是一种简单方便的方法。但不足之处是不能反映土的级配和颗粒形状。因此引入相对密度来评价砂土的密实度。

17.何谓起始水头梯度、临界水头梯度、动水力？

克服抗剪强度所需的水头梯度称为黏土的起始水头梯度。

水自下而上渗流时，使土颗粒间的压力为零，土颗粒处于悬浮状态而失去稳定时的水头梯度称为临界水头梯度。

水在土中渗流时，受到土骨架的阻力，同时水也对土骨架施加推力，单位体积内土骨架所受到的水推力称为渗透力，或称为动水力。

18.说出工程上防止流沙和管涌的有效措施？

流沙：减小渗透坡降，如基坑外围井点抽水；加长渗流路径，如打板桩；在渗流出口处增加透水盖重；土层加固处理，如冻结法、注浆法。

管涌：改善几何条件，如设反滤层等；改善水力条件，降低水力梯度，如打板桩。

19.试述流砂现象和管涌现象的异同。

流沙：现象，土体局部范围的颗粒同时发生移动；位置，只发生在水流渗出的表层；土类，只要渗透力足够大，可发生在任何土中；历时，破坏过程短；后果，导致下游坡面产生局部滑动等。

管涌：现象，土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动；位置，可发生于土体内部和渗流溢出处；土类，一般发生在特定级配的无黏性土或分散性黏土；历时，破坏过程相对较长；后果，导致结构发生塌陷或溃口。

20.两层土竖向渗流时的渗透系数怎么考虑？

竖向渗流时，考虑渗透性小的渗透性系数值。

21.简述附加应力在土中的分布特点。

分布规律：当距地基中心距离相同时，附加应力随深度增加而逐渐减小。当深度相同时，附加应力自地基中心向两边逐渐减小。

22.简述刚性基础的基底压力分布特点。

刚性基础：刚度较大，基底压力分布随上部荷载的大小、基础的埋深及土的性质而异。中心荷载计算P=N/A，偏心荷载计算P=N/A±M/W。

23.什么是土的自重应力？土的自重应力沿深度有何变化？

自重应力是指土体受到重力作用而产生的应力。1）非均质土中自重应力沿深度呈折线分布，沿深度的增加而增大；2）自重应力分布在重度变化的土层界面和地下水位面上发生转折；3）自重应力分布在不透水层面处发生突变；4）地下水位的升降会引起自重应力变化。

24.什么是有效应力？有效应力原理的内容有哪些？

有效应力是指所传递的粒间应力，它是控制土的体积（变形）和强度两者变化的土中应力。有效应力原理的内容：（1）饱和土体的有效应力σ′等于总应力σ减去孔隙水压力u；（2）土的有效应力控制了土的变形（压缩）及强度。

25.如何计算基底附加压力？在计算中为什么要减去基底以上的土中？

p=P-γd。土的自重应力一般不引起地基变形，只有新增的建筑物荷载，即作用于地基表面的附加压力，才是使地基压缩变形的主要原因。

26.在正常压密土层中，如果地下水位升降，对建筑物的沉降有什么影响？为什么？

地下水位下降或上升都会对建筑物的不均匀沉降有重要影响。地下水位上升，导致地基压缩层范围内土体的土质软化、压缩性增大、强度降低、承载力减小、地基沉降增大。地下水位下降会使周围地基土层产生固结沉降，轻者造成邻近建筑物或地下管线的不均匀沉降；重者使建筑物基础下的土体颗粒流失，甚至掏空，导致建筑物开裂和危及安全使用。当然地下水位下降对建筑物的影响还取决于压缩层的岩性。地下水对建筑的影响容易造成地基松动，容易造成塌陷，容易造成裂缝，容易造成地坪起壳脱落。

27.解释“沉降主要发生在浅层”这句话的含义。

浅层土的压缩模量小、压缩系数大，浅层土附加应力大，浅层土

的自重应力小，因此沉降主要发生在浅层土中。

28.什么是土的压缩性，它是由什么引起的？

外力作用是土颗粒重新排列，土体体积缩小的特性称为土的压缩性。体积缩小主要是由孔隙体积减小引起的。

29.什么是先期固结压力？怎样用先期固结压力来判断天然土层的固结状态。

在历史上曾受到过的最大有效应力，称为先期固结压力，以pc表示。先期固结压力大于现有上覆土层有效应力为超固结土。先期固结压力等于现有上覆土层有效应力为正常固结土。

30.在分层总和法中。为什么用基础底面中心点心下附加应力计算地基最终沉降量。

分层总和法假定地基土侧向不变形，是计算结果偏小；取基底中心点下的地基中的附加应力计算基础平均沉降使计算结果偏大。因此，它们在一定程度上得到了相互弥补。

31.阐述计算土的沉降时，对其进行分层的原因。

因为土中附加应力随着深度变化成非线性变化，土的e-p曲线也是随着深度变化成非线性变化；而分层总和法算地基沉降量是通过分层取层顶、层底的附加应力均值及压缩模量的均值，求得各层变形后再求总和来计算地基沉降量，其中采用了用分段线性近似非线性的方法，其中是存在误差的，加大分层厚度，误差也会变大；工程建议每层不宜大于0.4b，b为基础宽度。所以对均质土要分层。

32.简述沉降计算时，分层总和法的计算原理及方法。

计算原理：假定地基土为线弹性体，在外荷载作用下的变形只发生在有限的厚度范围内（即压缩层），将地基压缩厚度内的基础中心点下地基土分层，分别求出各分层的应力，然后用土的应力—应变关系求出各分层的变形量，累加起来即为地基的沉降量。

计算方法：（1）选择沉降计算剖面；（2）将地基分层；（3）求得计算点垂线上各分层层面上的自重应力分布和各分层的平均自重应力（4）求出计算点垂线上各分层层面上的加应力分布和各分层的平均附加应力；（5）确定压缩层厚度；（6）计算各分层土的变形压缩量；

（8）计算基础平均最终沉降量。

33.简述土的压缩性指标有哪些，它们各自的物理意义，测定方式及用途。

土的压缩性指标有压缩系数、压缩指数、压缩模量和体积压缩系数。压缩系数α是指单位压力增量所引起的孔隙比该变量，即e-p压缩曲线上的割线的斜率。压缩指数是e-lgP曲线上直线段的斜率Cc，为一常量。（回弹再压缩指数Cs是指回弹在压缩曲线（e-lgp平面内）直线段的斜率）。压缩模量Es定义为土体无侧向变形条件下，竖向应力与向相应变的比值。体积压缩系数定义为土体在侧向变形条件下，体积应变增量与使之产生的竖向应力增量的比值。测试方法有侧限压缩、三轴压缩试验。这些指标用于评价土的压缩的高低。

34.固结试验得出的压缩性指标有哪些？其数值大小如何反应土的压缩性高低？

e-p压缩曲线上可以得到的压缩性指标有压缩系数和压缩模量。e-lgp压缩曲线上可以得到的指标有压缩指数和回弹指数。压缩系数和压缩指数越大，土的压缩性越高，压缩模量越低。压缩系数和压缩指数越小，土的压缩性越低，压缩模量越高，土越坚硬软。

35.土的压缩性系数是否为定值？为什么？

同一种土的压缩系数随着荷载等级变化而发生变化。在地应力状态下，土的压缩性高，随着压力的增加，土体逐渐被压密，压缩性降低。

36.什么叫土的抗剪强度。

土的抗剪强度指土体抵抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切面上的剪应力。

37.砂土与粘性土的抗剪强度表达式有何不同？

砂性土的抗剪强度表达式：τ=σtan?，粘性土表达式：τ=σtan?+c。粘性土的表达式砂性土多加了一个内聚力c。

38.为什么说土的抗剪强度不是一个定值？

对于一定的土类，抗剪强度指标不是定值。因为从试验角度来说，影响土的抗剪强度的因素有土的粘聚力和内摩擦角。影响粘聚力的因

素很多，包括孔隙比，含水率。对于同一类型的土，密度，孔隙比，含水率等变化都很大，所以不是定值。库仑抗剪强度定律也表明，土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力的线性函数。

39.简述总应力法与有效应力法的优缺点。

总应力法：优点：操作简单运用方便。（一般用直剪仪测定）缺点：不能反映地基土在实际固结情况下的抗剪强度。

有效应力法：优点：理论上比较严格能较好的反映抗剪强度的实质，能检验土体处于不同固结情况下的稳定性。缺点：孔隙水压力的正确测定比较困难

40.简述三轴试验的优缺点。

缺点：（1）仪器设备复杂，操作复杂；（2）主应力固定不变，且是在轴对称下进行试验，与实际情况可能不相符合。

优点：（1）试验时能严格控制排水条件，并且能量测孔隙水压力；（2）剪切面不固定，沿着试样最薄弱的面剪切破坏；（3）应力状态比较明确；（4）除抗剪强度以外，还能测定其他指标。

41.简述直剪实验的优缺点。

优点：仪器构造简单，操作方便，结果便于整理，测试时间短。

缺点：（1）剪切面固定在上下盒之间的平面，而不是岩土样最薄弱的面剪切破坏；（2）剪切面上的剪应力分布不均匀，且竖向荷载会发生偏转（上下盒的中心轴线不重合），主应力的大小及方向都有变化；（3）在剪切过程中，土样剪切面积逐渐缩小，而计算强度时仍按土样的原截面积计算；（4）试验时不能严格控制排水条件，并且不能量测孔隙水压力。

42.为什么不同工程和不同工期容许安全系数不同？

在不同工期，随着土的固结，抗剪强度不断增加，土坡稳定的安全系数会不断发生变化。不同工程中，由于抗剪强度指标的选用，计算方法和计算条件的选择，容许安全系数会有不同。

43.结合破坏包络线与摩尔圆的关系绘图说明一般土体发生剪切破坏平面与大主应力面的

关系

土中发生剪切破坏的平面并不一定是剪应力最大的平面，当土的内摩擦角ф=0°时，破裂面与最大剪应力面是一致的，一般情况下，破裂面与大主应力作用面成（45°+ф/2）角度。

44.直剪试验、三轴试验及无侧限抗压强度试验的原理、方法有何异同？

直接剪切试验的原理是根据库伦定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比，将同一种土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪

力，得其剪坏时剪应力，即为抗剪强度τf，然后根据剪切定律确定土的抗剪强度指标内摩擦角φ和内聚力c。

三轴压缩实验（亦称三轴剪切实验）是以摩尔-库仑强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验，试样在某一固定周围压力下，逐渐增大轴向压力，直至试样破坏，据此可作出一个极限应力圆。用同一种土样的3～4个试件分别在不同的周围压力下进行实验，可得一组极限应力圆，作出这些极限应力圆的公切线，即为该土样的抗剪强度包络线，由此便可求得土样的抗剪强度指标。

使试样在无侧限条件下，施加轴向压力直至试样破坏，确定土体抗剪强度。常用于测定粘性土，特别是饱和粘性土的抗压强度试验及灵敏度。

45. 何谓静止土压力、主动土压力及被动土压力？

当挡土墙在墙后填土的推力作用下，不产生任何移动或转动时，墙后土体没有破坏，而处于弹性平衡状态，此时，作用在挡土墙墙背上的土压力称为静止土压力，用E0表示，静止土压力强度P0表示。

当挡土墙在墙后填土的推力作用下，背离填土方向移动或转动时，原静止土压力逐渐减小，当墙背填土处于主动极限平衡状态，作用在挡墙上的土压力称为主动土压力，用Ea表示，主动土压力强度Pa表示。

当挡土墙被外力推挤，向着填土方向产生水平位移或者墙体转动，原静止土压力逐渐增大，当墙背填土处于被动极限平衡状态，作用在挡墙上的土压力称为被动土压力，用Ep表示，被动土压力强度Pp表

示

46. 挡土墙的位移对土压力有什么影响？

挡土墙是否发生位移以及位移方向和位移量，决定了挡土墙受的土压力类型，并据此将土压力分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。

挡土墙不发生任何移动或转动，这时墙背上的土压力为静止土压力。当挡土墙产生离开填土方向的移动或转动，移动量或转动量足够大，墙后填土处于极限平衡状态时，墙背上的土压力称为主动土压力。当挡土墙受外力挤压作用向着填土方向移动或转动，挤压墙后填土使其处于极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为被动土压力。

挡土墙所受的土压力随其位移量的变化而变化，只有当挡土墙位移量足够大是产生主动土压力和被动土压力，若挡土墙的实际位移并未达到使土处于极限平衡状态所需的位移量，则挡土墙上的土压力介于主动土压力和被动土压力之间的某一数值。

47. 影响土压力的因素有哪些？主要因素是什么？

填土的性质、挡土墙的位移方向、挡土墙和土的相对位移量、土体与墙之间的摩擦、挡土墙类型（柔性、刚性）；其中最主要的因素为挡土墙的位量移以及位移的方向。

48. 朗肯土压力理论和库伦土压力理论的异同点是什么？

相同点：两种土压力理论都是极限平衡状态下作用在挡土墙上的土压力，都属于极限平衡理论；不同点：1）假设条件不同：朗肯假设墙背直立、光滑、填土面水平无限延伸；库仑假定：a填土为均匀，各自同性，无粘土。b滑动土体看做滑动土楔，其滑裂面为通过墙踵的平面c滑动土楔视为刚体。2）求解方法不同：朗肯是从一点的应力状态出发，先求出压力

强度，再求出总压力属于极限应力法适用于填土表面为水平的无粘土或粘性土的土压力计算，而库仑考虑整个滑动楔体静力平衡，直接求出总图压力，需时在求解压力强度属于滑动楔体法，只是用于填土表面为水平的粘性土，对无粘性土只能用图解法计算。3）适用范围不同：库仑要广。4）计算精度不同：朗肯主动土压力偏大，被动土压

力偏小，墙体粗糙；库仑主动土压力接近实际土压力，被动土压力差距较大，土体滑动面为平面。朗肯土压力理论是考虑墙后填土每点破坏，达到极限平衡；库伦土压力理论则是滑动土体的刚体极限平衡。

49.试比较朗肯土压力理论和库伦土压力理论的优缺点和存在的问题？

朗肯土压力理论优点：公式简单易用；缺点：对墙背倾斜、墙后填土面倾斜情况不适用；库伦土压力理论的优点：对墙背倾斜、墙后填土面倾斜情况适用；缺点：不便考虑粘性土的情况。问题：朗肯土压力理论要求墙背直立、光滑、填土面水平，计算得到朗肯主动土压力偏大、被动土压力偏小；而库伦土压力理论得被动土压力计算结果误差较大。

50. 挡土墙的背后为什要采用排水措施？

在挡土墙建成使用期间，如遇暴雨，有大量雨水入渗挡土墙后的填土中，结果使填土的重度增加，内摩擦角减小，内聚力降低，导致填土对挡土墙的土压力增大。同时墙后积水，增加水压力，对挡土墙的稳定性产生不利影响。若地基软弱，则土压力增大引起挡土墙失稳。因此，挡土墙设计中必须设置排水。

51. 什麽是最危险滑动面？砂性土坡的最危险滑动面位置在哪里？

对应于安全系数最小的滑动面。砂性土坡的最危险滑动面位置在坡面。

52. 简述土坡失稳的原因有哪些。

1）外界力的作用破坏了土体内部原来的应力平衡状态；2）土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低，促使土坡失稳破坏；3）静动水压力的影响。

53. 如何理解砂性土坡只要坡角不超过其内摩擦角，坡高可以不受限制？

砂性土坡的稳定性系数为k=tan?/tanβ，其中?为砂性土的内摩擦角，β为土坡的坡脚。从式中可知，砂性土坡的稳定性与颇高无关，只要坡角不超过其内摩擦角k≥1，在理论上，土坡处于稳定状态。

54. 地基破坏的模式有哪几种，它与土的性质有何关系？

地基破坏的模式有：1）整体剪切破坏（太沙基）、2）局部剪切破坏（太沙基）、3）冲剪破坏（魏锡克）。整体剪切破坏常常发生较低的压缩性的密实砂土，坚硬粘土层中。局部剪切破坏常常发生在中压缩性的中等密实砂土，土质较软的土层中；冲剪破坏常常发生在中高压缩性软弱粘土或松砂土层中。

55. 什麽是临塑荷载、临界荷载、极限荷载？

临塑荷载是指当地基中开始出现塑性变形区时的荷载。实际工程中常用的容许荷载指地基保持稳定性时所能承受的荷载，称为临界荷载。极限荷载是指当地基产生整体破坏时的荷载。

56. 简述地基整体剪切破坏的过程？

整体剪切破坏p-s曲线上有两个明显的转折点，区分地基变形三个阶段：（1）当基础上荷载较小时，基础下形成一个三角形压密区I，随同基础压入土中，p-s曲线呈直线关系。（2）随着荷载增加，压密区I向两侧挤压，土中产生塑性区，塑性区先在基础边缘产生，然后逐步扩大形成II、III塑性区。基础的沉降增长率较前一阶段增大，故p-s曲线呈曲线状。（3）当荷载达到最大值后，土中形成连续滑动面，并延伸到地面，土从基础两侧挤出并隆起，基础沉降急剧增加，整个地基失稳破坏。

57. 地下水位的升降，对地基承载力有什麽影响？

当地下水位上升，地基土受到地下水的浮托作用，土的天然重度减小为浮重度；同时土的含水率增高，则地基承载力降低。

58. 在p-s曲线上如何让确定地基承载力？

若P-S曲线出现直线段，取直线段端对应的荷载P cr为f ak。若p u能确定，且P u<2P cr，取极限荷载一半为f ak。若P-S曲线不出现直线段，另行讨论，粘土：取S=0.02b（承压板宽度）所对应的的荷载作为f ak，且≤P/2；砂土：取S=0.015b（承压板宽度）所对应的的荷载作为f ak，且≤P/2。N>3时，且f akmax-f akmin≤0.3f ak，计算f ak的平均值。

59. 影响地基承载力大小的因素有哪些？

（1）地基土的成因与堆积年代：通常冲积与洪积土的承载力比坡

积土的承载力答，风积土的承载力最小。同类土，堆积年代越久，地基承载力特征值越高。（2）地基土的物理性质是最重要的因素，例如，碎石土和砂土的粒径越大，孔隙比越小，即密度越大，则地基承载力特征值越大。（3）地下水：当地下水位上升，地基土受到地下水的浮托作用，土的天然重度减小为浮重度；同时土的含水率增高，则地基承载力降低。（4）建筑物情况：通常上部结构体型简单，整体刚度大，对地基不均匀沉降适应性好，则地基承载力可取高值。基础宽度大，埋置深度深，地基承载力相应提高。

60. 在什么情况下应验算桥梁基础的沉降?

（1）修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软黏土地基及湿陷性黄土上的基础；（2）修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础；（3）当相邻基础下地基土强度有显著不同货相邻跨度相差悬殊，必须考虑其沉降差；（4）对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥或槽下净空高度时。

61. 简述基础工程设计计算原则。

（1）基底压应力小于地基容许承载力；（2）地基基础变形值小于建筑物容许沉降值；（3）地基基础的整体稳定性有足够保证；（4）基础本身的强度满足要求。

62. 何谓刚性角，它与哪些因素有关?

自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹角称为刚性角。它与基础圬工的材料强度有关

63. 何谓软弱下卧层?试述验算软弱下卧层强度的要点?

在持力层以下受力层范围内存在软土层，其承载力比持力层承载力小得多，该软土层称为软弱下卧层。验算软弱下卧层的强度时，要求传递到软弱下卧层顶面处的附加应力和土的自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力设计值。

64. 当浅基础的抗滑稳定性不满足要求时，基础设计可采用哪些措施。

（1）增大基础地面与地基土之间的摩擦；（2）增大竖向荷载；（3）减小滑动水平力。

65. 地下水位变化对浅基础工程有何影响?

（1）当地下水位变化在基础底面以上时，影响不大，（2）地下水位在基础底面以下压缩层范围内变化时，可直接影响建筑物安全。水位上升，使土体强度降低，建筑物产生较大沉降和不均匀沉降，对于湿陷性黄土、膨胀土，则更为严重；水位下降，会增加土自重应力，引起基础附加沉降和不均匀沉降；在开挖基坑时，尤其应注意降水对邻近建筑物的影响；（3）在有地下结构物建筑工程中，地下水的上升必将对结构物产生浮托作用，使结构物整体上浮或底板开裂，甚至破坏。另外对地下结构物的防潮、防湿不利；（4）地下水位变化会直接影响到河谷、岸边或边坡岩土体的稳定；（5）地基土的冻胀、融陷，使建筑物发生过大沉降及不均匀沉降，危及建筑物安全和正常使用。