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一、高等土力學(xué)研究的主要內(nèi)容答:土力學(xué)主要是研究土的物理、化學(xué)、和力學(xué)特性以及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下的工程性狀。高等土力學(xué)則是深化上述研究,重點(diǎn)研究先進(jìn)的土工試驗(yàn)(實(shí)驗(yàn))方法和設(shè)備、土體本構(gòu)關(guān)系、塑性特性、強(qiáng)度、滲流、固結(jié)、壓縮及其機(jī)理。二、與上部結(jié)構(gòu)工程相比,巖土工程的研究和計(jì)算分析有什么特點(diǎn)?答:巖土工程的規(guī)模和尺寸比一般的結(jié)構(gòu)工程大得多,其實(shí)際范圍是空間半無(wú)限體,工程計(jì)算分析中采用的邊界是近似和模糊的;巖土的各種參數(shù)是空間的函數(shù),參數(shù)的變異性大,變異系數(shù)在0.1-0.35,有的可能超過(guò)0.4,并且土性之間或不同點(diǎn)的土性具有較強(qiáng)的相關(guān)性,包括互相關(guān)和自相關(guān);巖土屬于高非線(xiàn)性材料,在不同的應(yīng)力水平下變形特性不同,巖土工程的極限狀態(tài)方程也經(jīng)常是高度非線(xiàn)性的,并且誘發(fā)極限狀態(tài)的原因或作用多種多樣;巖土試樣性質(zhì)與原狀巖土的性質(zhì)往往存在較大的差別,即使是原為測(cè)試,反應(yīng)的也僅僅是巖土的“點(diǎn)”性質(zhì)(如現(xiàn)場(chǎng)十字板強(qiáng)度試驗(yàn))或“線(xiàn)”性質(zhì)(如靜力觸探實(shí)驗(yàn))。而巖土工程的行為往往由它的整體空間平均性質(zhì)控制,因此在巖土工程可靠度分析中,要注意“點(diǎn)”、“線(xiàn)”到空間平均性概率統(tǒng)計(jì)指標(biāo)問(wèn)題由于上述巖土性質(zhì)和巖土工程的不確定性加之推理的不確定性(如有目的的簡(jiǎn)化),巖土工程的計(jì)算模型往往具有較大的不確定性或者不精確性,并且除了上述3)中提到的在巖土工程中針對(duì)不同原因和作用,會(huì)有不同的極限狀態(tài)方程外,對(duì)同一計(jì)算參數(shù)也存在不同的計(jì)算表達(dá)式;施工工藝,施工質(zhì)量及施工水平等會(huì)對(duì)巖土工程的性質(zhì)和功能產(chǎn)生很大的影響。三、土的特性答:1土的變異性大,離散性大,指標(biāo)值合理確定很困難。2土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線(xiàn)性的,而且不是唯一的,與應(yīng)力歷史有關(guān)。3土的變形在卸載后一般不能完全恢復(fù),飽和粘土受力后,其變形不能立刻完成,而且要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間才能逐漸穩(wěn)定。4土的強(qiáng)度也不是不變的,它與受力條件排水條件密切相關(guān)。5土對(duì)擾動(dòng)特別敏感,可使土的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生很大的變化。四、簡(jiǎn)述土的結(jié)構(gòu)性與成因,比較原狀土與重塑土結(jié)構(gòu)強(qiáng)弱,并說(shuō)明原因。答:土的結(jié)構(gòu)是表示土的組成成分、空間排列和粒間作用的綜合特性,土的結(jié)構(gòu)性是由于土的這種結(jié)構(gòu)特性造成的力學(xué)特性。原狀土比重塑土的結(jié)構(gòu)性強(qiáng),這是由于原狀土在搬運(yùn)、沉積、固結(jié)及千萬(wàn)年歷史中的各種變故都會(huì)使土形成不同的或特有的特性。由于原狀土是長(zhǎng)期地質(zhì)作用的產(chǎn)物,因而比室內(nèi)重塑土具有更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性。五、簡(jiǎn)述土工試驗(yàn)的目的和意義答:揭示土的一般或特有的物理力學(xué)性質(zhì)針對(duì)具體土樣的試驗(yàn)。揭示區(qū)域性土、特殊土、人工復(fù)合土的物理力學(xué)性質(zhì)確定理論計(jì)算和工程設(shè)計(jì)的參數(shù)驗(yàn)證理論計(jì)算的正確性及實(shí)用性原位測(cè)試、原型監(jiān)測(cè)直接為土木工程服務(wù),也是分析和實(shí)現(xiàn)信息化施工的手段六、簡(jiǎn)述土工參數(shù)不確定性的主要來(lái)源和原因答:土工參數(shù)不確定性的來(lái)源主要有兩條途徑土的固有變異性系統(tǒng)不確定性原因:土的固有變異性是由于土的分類(lèi)不可能也沒(méi)有必要分的那么細(xì),所以即使均勻的同類(lèi)土層,由于在土層的形成過(guò)程中,礦物成分、土層深度、應(yīng)力歷史、含水量和密度等因素的變化,各點(diǎn)處土的性質(zhì)可能有較大的差別,這種差異是土本身所固有的,所以稱(chēng)之為固有變異性;系統(tǒng)不確定性包括實(shí)驗(yàn)不確定性,模型不確定性和統(tǒng)計(jì)不確定性實(shí)驗(yàn)不確定性是由試驗(yàn)偏差和隨即測(cè)量誤差組成,是由于測(cè)試活著取樣,試樣運(yùn)輸和保管對(duì)土的擾動(dòng)以及試驗(yàn)方法和試驗(yàn)技術(shù)的差異等原因使試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)土的工程性質(zhì)不完全一致引起的。模型不確定性是因?yàn)橛?jì)算模型不完備,如計(jì)算模型有目的的簡(jiǎn)化、理想化、或因機(jī)理尚未了解透徹造成的不確定性。統(tǒng)計(jì)不確定性是因試樣(試驗(yàn)數(shù)量)不充分引起的不確定性。一般來(lái)說(shuō),統(tǒng)計(jì)不確定性當(dāng)?shù)拇笮?huì)隨著統(tǒng)計(jì)方法的改進(jìn)和試樣數(shù)量的增多而減少。實(shí)驗(yàn)不確定性的可能因技術(shù)水平的提高和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn)而減小。土的固有變異性的大小因?yàn)槭峭凉逃械模什粫?huì)隨著試樣的增多和試驗(yàn)技術(shù)的提高及儀器的改善而降低。七、巖土工程模型試驗(yàn)要盡可能遵守的原則答:為了使模型盡可能德反應(yīng)出實(shí)物(原型)發(fā)生地現(xiàn)象,應(yīng)嚴(yán)格按照相似理論來(lái)確定模型試驗(yàn)的幾何尺寸和物理特性,但一般情況下,特別是巖土工程試驗(yàn),很難使原型與模型各方那面都相似,有時(shí)只能只對(duì)主要研究的問(wèn)題,使某些方面相似,而忽略其他方面。由相似理論可知,兩個(gè)系統(tǒng)相似的充分必要條件是一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型由一一變換與另一系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型相聯(lián)系,也就是說(shuō)通過(guò)調(diào)試模型各參數(shù)的比例尺,使模型和實(shí)物滿(mǎn)足共同的方程。八、何為土的剪脹性,產(chǎn)生剪脹的原因。答:土體由于剪應(yīng)力引起的體積變化稱(chēng)為剪脹性,廣義的剪脹性指剪切引起的體積變化,既包括體脹,也包括體縮,但后者常被稱(chēng)為“剪縮”。土的剪脹性實(shí)質(zhì)上是由于剪應(yīng)力引起土顆粒間相互位置的變化,使其排列發(fā)生變化,加大(或減小)顆粒間的孔隙,從而發(fā)生體積的變化。九、影響飽和無(wú)粘性土液化的主要因素有哪些?列舉4種判斷液化的方法。答:影響因素:土的相對(duì)密度,土的粒徑,固結(jié)應(yīng)力,初始剪應(yīng)力,土層的地質(zhì)年代和組成,顆粒級(jí)配,土層的埋深和地下水位的深度,土的透水性能,地震的烈度和地震持續(xù)的時(shí)間。判斷方法:臨界孔隙比法,標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn),靜力觸探法,剪切波速法。十、剛性直剪試驗(yàn)的缺點(diǎn),并提出解決辦法。答:缺點(diǎn):1)剪切破壞面限定在上、下盒之間的水平面上,該面不一定是土樣抗剪強(qiáng)度最弱的面。2)剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻,土樣的剪切破壞先從邊緣開(kāi)始,在邊緣也產(chǎn)生應(yīng)力集中;3)在剪切過(guò)程中,土樣抗剪面積逐漸縮小,而計(jì)算土樣抗剪強(qiáng)度時(shí),卻是按土樣原截面積計(jì)算的;4)不能?chē)?yán)格控制排水條件,不能測(cè)量孔隙水壓力。解決辦法:用一系列圓環(huán)代替剛性盒,這樣可以使邊界上的應(yīng)力應(yīng)變不均勻性降低,試樣內(nèi)所加的應(yīng)力被認(rèn)為是純剪。十一、列舉一個(gè)土工試驗(yàn)在工程應(yīng)用中的實(shí)例,并用土力學(xué)理論解釋之。答:十字板剪切試驗(yàn),這種試驗(yàn)是將十字型鋼板插入土中,施加扭矩達(dá)到最大值Tmax時(shí),十字板在土中被扭動(dòng),通過(guò)這個(gè)扭矩計(jì)算出土的抗剪強(qiáng)度,對(duì)于野外試驗(yàn),板高與外直徑之比一般為H/D=2,通過(guò)理論計(jì)算可得,對(duì)于各向同性的土,抗剪強(qiáng)度,實(shí)際上,現(xiàn)場(chǎng)土常常是各向異性的,對(duì)于正常固結(jié)土,水平面上的抗剪強(qiáng)度一般大于垂直面的抗剪強(qiáng)度,用上式計(jì)算所得的抗剪強(qiáng)度一般偏大,常需要修正后才能使用,這種實(shí)驗(yàn)可用于軟塑粘土到硬塑狀態(tài)的粘土,對(duì)于飽和軟粘土,它測(cè)得的抗剪強(qiáng)度相當(dāng)于不排水抗剪強(qiáng)度。十三、土的本構(gòu)模型主要分哪幾類(lèi)?鄧肯-張本構(gòu)模型的本質(zhì)?并寫(xiě)出鄧肯-張本構(gòu)模型應(yīng)力應(yīng)變表達(dá)式,并在應(yīng)力應(yīng)變坐標(biāo)軸中表示。答:土的本構(gòu)模型大體上可以分為彈性模型,彈塑性模型,粘彈塑性模型,內(nèi)時(shí)塑性模型等幾類(lèi)。鄧肯-張雙曲線(xiàn)模型本質(zhì)在于假定土的應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系具有雙曲線(xiàn)性質(zhì)雙曲線(xiàn)擬合出一般土的三軸試驗(yàn)其中,ab為試驗(yàn)常數(shù),對(duì)于常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn),軸應(yīng)變,鄧肯等人根據(jù)這一雙曲線(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系提出了一種目前被廣泛應(yīng)用的增量彈性模型,一般被稱(chēng)為鄧肯-張模型十四、廣義講,什么是土的本構(gòu)關(guān)系?與其他金屬材料比,它有什么變化特性?答:土的本構(gòu)關(guān)系廣義上講是指反應(yīng)土的力學(xué)性狀的數(shù)學(xué)表達(dá)式,表示形似一般為應(yīng)力-應(yīng)變-強(qiáng)度-時(shí)間的關(guān)系;與金屬材料相比,土的變形特性土應(yīng)力應(yīng)變的非線(xiàn)性。由于土由碎散的固體顆粒組成,土的宏觀變形主要不是由土顆粒本身變形,而是由于顆粒間位置的變化。這樣在不同的應(yīng)力水平下由相同應(yīng)力增量引起的應(yīng)變?cè)隽烤筒粫?huì)相同,即表現(xiàn)出非線(xiàn)性。土的剪脹性。由于土石由碎散顆粒組成的,在各向等壓或等比壓縮時(shí),孔隙總是減少的,從而可發(fā)生較大的體積壓縮,這種體積壓縮大部分死不可恢復(fù)的,剪應(yīng)力會(huì)引起土塑性體積變形,這叫剪脹性,另一方面,球應(yīng)力又會(huì)產(chǎn)生剪應(yīng)變,這種交叉的,或者耦合的效應(yīng),在其他材料中很少見(jiàn)。土體變形的彈塑性。在加載后再卸載到原來(lái)的應(yīng)力狀態(tài)時(shí),土一般不會(huì)完全恢復(fù)到原來(lái)的應(yīng)變狀態(tài),其中有一部分變形是可以恢復(fù)的,部分應(yīng)變式不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變,并且后者往往占很大的比例。土應(yīng)力應(yīng)變的各向異性和土的結(jié)構(gòu)性。不僅存在原生的由于土結(jié)的各向構(gòu)異性帶來(lái)的變形各向異性,而且對(duì)于各向受力不同時(shí),也會(huì)產(chǎn)生心的變形和各向異性。土的流變性。土的變形有時(shí)會(huì)表現(xiàn)出隨時(shí)間變化的特性,即流變性。與土的流變特性有關(guān)的現(xiàn)象只要是土的蠕變和應(yīng)力松弛。影響土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的應(yīng)力條件主要有應(yīng)力水平,應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史。十五、在土的彈塑性本構(gòu)關(guān)系中,屈服準(zhǔn)則,硬化定理,流動(dòng)法則起什么作用?答:1)屈服準(zhǔn)則是判斷土作為彈塑性材料來(lái)研究是否發(fā)生塑性變形的準(zhǔn)則。流動(dòng)法則是用來(lái)確定塑性應(yīng)變?cè)隽康姆较蚧蛩苄詰?yīng)變?cè)隽繌埩康母鱾€(gè)分量間的比例關(guān)系。硬化定理用來(lái)描述屈服標(biāo)準(zhǔn)如何發(fā)展,說(shuō)明屈服面為什么會(huì)硬化,具體確定硬化函數(shù)與硬化參數(shù)。十六、劍橋模型的試驗(yàn)基礎(chǔ)及基本假定是什么?說(shuō)明該模型各個(gè)參數(shù)的意義及確定方法。答:基于正常固結(jié)土和超固結(jié)土試樣的排水和不排水三軸試驗(yàn)得到的。劍橋模型基于傳統(tǒng)塑性位勢(shì)理論,采用但屈服面和關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則。屈服面形式是依據(jù)能量理論得到的。假設(shè):彈性剪切變形為0;2)材料服從關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則模型參數(shù)為M,,k。其中M為平面上破壞線(xiàn)的斜率。,為臨界狀態(tài)現(xiàn)在平面上的投影以坐標(biāo)表示的直線(xiàn)坡率。K為膨脹指數(shù),即回彈曲線(xiàn)的斜率。十七、給出應(yīng)變硬化條件下,加載條件。為什么該條件在應(yīng)變軟化條件下不能使用?答:在應(yīng)變硬化的調(diào)價(jià)下,用屈服函數(shù)表示的加載條件如下f=0時(shí)表示應(yīng)力狀態(tài)在屈服面上,為加載,和同時(shí)發(fā)生;為中性變載,只發(fā)生彈性變形;為卸載,只發(fā)生彈性變形。f<0則表示應(yīng)力狀態(tài)在現(xiàn)有屈服面之內(nèi),微笑的應(yīng)力變化只產(chǎn)生彈性應(yīng)變。對(duì)于各向同性的材料,屈服函數(shù)的一般形式可以表示為應(yīng)變軟化過(guò)程實(shí)際上是一種不穩(wěn)定過(guò)程,常伴隨著應(yīng)變的局部化——剪切帶的出現(xiàn),其實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)對(duì)一些影響因素比較敏感,而且其應(yīng)力應(yīng)變間不成單值函數(shù)關(guān)系,所以反應(yīng)土的軟化的數(shù)學(xué)模型一般形式比較復(fù)雜,也難以準(zhǔn)確反映這種應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn),所以應(yīng)變硬化條件下的夾在條件不能在應(yīng)變軟化條件下使用。十八、土的本構(gòu)模型主要分為哪幾類(lèi)?何為非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則?寫(xiě)出基于非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則的彈塑性本構(gòu)關(guān)系。答:土的本構(gòu)模型主要分為以下幾類(lèi):彈性模型,彈塑性模型,粘彈塑性模型,內(nèi)時(shí)塑性模型非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則:在彈塑性理論中,令,即塑性勢(shì)面g與屈服面f不重合,這稱(chēng)為非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則,基于非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則的彈塑性本構(gòu)關(guān)系十九、試說(shuō)明屈服點(diǎn),屈服準(zhǔn)則,屈服面,塑性變形和破壞的概念。答:1)屈服點(diǎn):產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力值即為屈服點(diǎn)2)屈服準(zhǔn)則:用以判斷彈塑性材料被施加一應(yīng)力增量后是加載還是卸載,或是中性變載。亦即是判斷是否發(fā)生塑性變形的準(zhǔn)則3)屈服面:屈服準(zhǔn)則用幾何方法來(lái)表示即為屈服面和屈服軌跡,由于許多模型都假設(shè)土體是各向同性的,則屈服函數(shù)可以再三位空間中表示成曲面,稱(chēng)為屈服面4)塑性變形:當(dāng)應(yīng)力完全卸載后,尚不能恢復(fù)的變形稱(chēng)為塑性變形5)破壞:材料或者結(jié)構(gòu)失去了其基本承載能力或者失去了執(zhí)行某項(xiàng)功能的基本特性就稱(chēng)其為破壞。二十、影響飽和土的滲透性的主要因素答:1土顆粒的組成;2土的狀態(tài);3土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造;4土的飽和度;5滲透流體的影響。二十一、何為前期固結(jié)壓力?簡(jiǎn)述前期固結(jié)壓力的確定方法。答:前期固結(jié)壓力是指土樣在歷史上受過(guò)的最大壓力。卡薩格蘭德通過(guò)研究土的壓縮試驗(yàn),提出了一種確定前期固結(jié)壓力的經(jīng)驗(yàn)方法,該方法是用原狀土進(jìn)行室內(nèi)壓縮試驗(yàn),并用e-lgp半對(duì)數(shù)坐標(biāo)繪制成壓縮曲線(xiàn),在曲線(xiàn)上造出曲率最大的點(diǎn)c。過(guò)c做一水平線(xiàn)和對(duì)曲線(xiàn)的切線(xiàn),則兩線(xiàn)之間的夾角為a,再過(guò)c點(diǎn)作a的角平分線(xiàn),使其與壓縮曲線(xiàn)直線(xiàn)段的延長(zhǎng)線(xiàn)交于A點(diǎn),則A點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為前期固結(jié)壓力。二十二、何為Mandol-cryer效應(yīng)?說(shuō)明其產(chǎn)生的機(jī)理。答:Mandol在分析柱形土體受均布?jí)毫ρ刂嫦蛲馀潘畷r(shí),發(fā)現(xiàn)初期孔隙水壓力不是消散,而是上升,并且超過(guò)應(yīng)有的孔隙水壓力,后來(lái)cryer在研究土球受均布?jí)毫较蚺潘畷r(shí),也發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象,故稱(chēng)此現(xiàn)象為mandol-cryer效應(yīng)。以土球受徑向荷載,徑向固結(jié)排水為例來(lái)說(shuō)明,在初期某一時(shí)間以后,由于邊界排水,使靠近周邊的空隙壓力開(kāi)始下降,這種下降波及的范圍還只有半徑的一部分,由于土球的外殼排水后,有效應(yīng)力增高,將產(chǎn)生收縮,而土球內(nèi)部沒(méi)有變形也沒(méi)有排水,骨架也不能變形,不能承擔(dān)因土球收縮產(chǎn)生的收縮力,這部分力只有內(nèi)部土體的空隙水承擔(dān),因此內(nèi)部孔隙水壓力增大。二十三、分析影響地基沉降的主要原因,機(jī)理和性質(zhì)原因機(jī)理性質(zhì)建筑物荷重土體變形瞬時(shí)完成土體固結(jié)時(shí)孔隙比發(fā)生變化決定于土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,且隨時(shí)間而發(fā)展環(huán)境荷載土體干縮取決于土體失水后的性質(zhì),不易計(jì)算地下水位變化由于土層有效應(yīng)力變化不直接與荷載有關(guān)的其他因素,常常涉及環(huán)境原因振動(dòng)引起土粒重排列視振動(dòng)性質(zhì)與土的密度而異,不規(guī)則土體浸水飽和和濕陷或軟化結(jié)構(gòu)破壞喪失粘聚力隨土性與環(huán)境改變的速率而變化,很不規(guī)則地下洞穴及沖刷不規(guī)則,有可能很?chē)?yán)重化學(xué)或生物化學(xué)腐蝕不規(guī)則,隨時(shí)間變化礦井、地下管道垮塌可能很?chē)?yán)重整體剪切,形變——蠕變、滑坡不規(guī)則膨脹土遇水膨脹,凍融變形隨土性及其濕度與溫度而變化,不規(guī)則二十四、何為應(yīng)力路徑?采用應(yīng)力路徑法計(jì)算沉降時(shí)常采用哪兩種方法?簡(jiǎn)述其各自的計(jì)算步驟。答:土體中某一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài),通常可以用摩爾應(yīng)力園來(lái)表示,若用這一應(yīng)力狀態(tài)中的最大剪應(yīng)力來(lái)代替莫爾應(yīng)力園,用最大剪應(yīng)力的變化曲線(xiàn)來(lái)代表土體單元從一種應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種應(yīng)力狀態(tài),這曲線(xiàn)稱(chēng)為應(yīng)力路徑。計(jì)算沉降可分為有效應(yīng)力路徑法和總應(yīng)力路徑法。它們的計(jì)算步驟很相似,首相是在現(xiàn)場(chǎng)荷載作用下,估計(jì)地基中有代表性的土體單元的應(yīng)力路徑,然后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做出這些有代表性土單元的室內(nèi)實(shí)驗(yàn),復(fù)制現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力路徑,并量取實(shí)驗(yàn)各階段的垂直應(yīng)變,最后就是將各個(gè)階段的垂直應(yīng)變乘上土層的厚度,即得初始和最后沉降。二十五、推導(dǎo)二維飽和土的控制微分方程和邊界條件。二十九、簡(jiǎn)述靜止、主動(dòng)、被動(dòng)土壓力產(chǎn)生的條件,并比較三者的大小。擋土墻為何經(jīng)常在下暴雨期間破壞?答:靜止土壓力產(chǎn)生的條件:擋土墻和土均靜止不動(dòng),墻后土體處于彈性平衡狀態(tài);主動(dòng)土壓力產(chǎn)生條件:擋土墻在墻后土體的作用下離開(kāi)土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài);被動(dòng)土壓力的產(chǎn)生條件:擋土墻在外力作用下使墻身向土體方向擠壓土體至使土體達(dá)到極限平衡狀態(tài):三者的大小關(guān)系:主動(dòng)土壓力最小,靜止土壓力次之,被動(dòng)土壓力最大。暴雨期間,隨著土體中水位的提高,墻除了受到土壓力的作用,還受到增加的水壓力,并且在水的作用下土的力學(xué)性質(zhì)會(huì)變差,土壓力也會(huì)增加,若水在土中流動(dòng),還會(huì)增加滲透力(動(dòng)水壓力)。三十、影響地基承載力的因素有哪些?介紹地基極限承載力和容許承載力的意義。答:影響地基承載力的因素主要有:地基土的種類(lèi)和地下水的情況;地基土的物理力學(xué)性質(zhì)(主要是土的重度,密實(shí)度或稠度,抗剪強(qiáng)度等),基礎(chǔ)的寬度和埋置深度。地基極限承載力:地基達(dá)到整體剪切破壞階段所能承受的最小壓力,或地基臨近喪失穩(wěn)定而破壞時(shí)承受的壓力。容許承載力:是指地下基礎(chǔ)不破壞也不產(chǎn)生過(guò)大沉降,即滿(mǎn)足強(qiáng)度和變形兩個(gè)條件的承載力。三十二、靜力許可應(yīng)力場(chǎng)及機(jī)動(dòng)許可速度場(chǎng)與真實(shí)的應(yīng)力場(chǎng)和速度場(chǎng)有什么聯(lián)系與區(qū)別?三十三、為什么由靜力許可應(yīng)力場(chǎng)求出總是小于真正的極限荷載,而由機(jī)動(dòng)許可速度場(chǎng)求出的總是大于真正的極限荷載?答:根據(jù)極限平衡分析法中上限和下限的理論分析可得。下限理論的出發(fā)點(diǎn)是地基的極限荷載唯一地由地基中的應(yīng)力分布場(chǎng)所確定。一般先假定應(yīng)力分布場(chǎng),使?jié)M足盈利平衡條件和邊界條件,同時(shí)又要使地基中任何一點(diǎn)的應(yīng)力不得超過(guò)土的屈服條件(一般采用摩爾-庫(kù)侖屈服函數(shù)),但可以小于屈服條件,這樣的應(yīng)力場(chǎng)稱(chēng)為“靜力容許應(yīng)力場(chǎng)”。由此所確定的外荷載必然要小于極限荷載的真值。上限理論的出發(fā)點(diǎn),是根據(jù)地基產(chǎn)生了破壞而形成速度場(chǎng),一般稱(chēng)為“機(jī)械許可速度場(chǎng)”,在此速度場(chǎng)中,外荷載的功率與塑性區(qū)的內(nèi)能損耗率相平衡,由此導(dǎo)出極限荷載。由上述理論求得的極限荷載都必然大于破壞荷載真值,因?yàn)榈鼗呀?jīng)破壞,且產(chǎn)生速度場(chǎng),顯然對(duì)應(yīng)的計(jì)算荷載應(yīng)較處于臨界破壞狀態(tài)的外荷載(即極限荷載真值)大。三十五、闡述土的強(qiáng)度理論與適用性(包括主要強(qiáng)度理論的優(yōu)缺點(diǎn))。答:1)特雷斯卡準(zhǔn)則與廣義特雷斯卡準(zhǔn)則實(shí)際上是古典強(qiáng)度理論中的最大剪應(yīng)力理論,可用如下數(shù)學(xué)表達(dá)式表示:為材料常數(shù),是實(shí)驗(yàn)中試樣破壞時(shí)的純剪應(yīng)力;和分別為最大和最小主應(yīng)力。在土力學(xué)中,這一準(zhǔn)則只適用于飽和粘土的不排水強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算;廣義特來(lái)斯卡準(zhǔn)則可表示為:,其中反應(yīng)平均主應(yīng)力的影響。2)米澤斯和廣義米澤斯準(zhǔn)則這個(gè)準(zhǔn)則實(shí)際上是古典強(qiáng)度理論中變形理論,可用三個(gè)主應(yīng)力表示為下式:廣義米澤斯準(zhǔn)則表達(dá)式:式中:與為材料常數(shù),為第二偏應(yīng)力不變量。3)莫爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則一個(gè)平面上的抗剪強(qiáng)度取決于作用于這個(gè)面上的正應(yīng)力,最簡(jiǎn)單的莫爾包線(xiàn)是線(xiàn)性的,可用下式表示:或者:4)萊特-鄧肯破壞準(zhǔn)則:萊特和鄧肯在1975年針對(duì)無(wú)粘性土提出了一種適用于砂土的彈塑性模型,采用不相關(guān)的流動(dòng)準(zhǔn)則,其中屈服面,塑性勢(shì)面和破壞面在形狀上是一致的,破壞準(zhǔn)則可以用應(yīng)力不變量的形式表示:,適用于砂土和正常固結(jié)粘土,只有一個(gè)材料常數(shù),而且該常數(shù)很容易通過(guò)三軸試驗(yàn)確定,它的破壞面形狀和模型中的屈服面及塑性勢(shì)面形狀一致,并且沒(méi)有角點(diǎn),相對(duì)講它是比較合理和方便的。5)松岡元-中井照夫破壞準(zhǔn)則表達(dá)式:或者6)中國(guó)西南交大的俞茂鋐認(rèn)為土的破壞不僅僅取決于大主應(yīng)力,而是由三個(gè)主剪應(yīng)力中兩個(gè)較大的所決定的,由此他提出了雙剪應(yīng)力強(qiáng)度理論。7)隱式的破壞準(zhǔn)則:實(shí)際上每一個(gè)土的本構(gòu)關(guān)系模型都存在一個(gè)破壞準(zhǔn)則,只不過(guò)有的是隱含在本構(gòu)模型中,并無(wú)顯式來(lái)表示,一般不能直接使用在極限平衡問(wèn)題的分析中。三十七、詳細(xì)闡述地基處理的目的并例舉二種地基處理方法與適用性地基處理的目的:利用人工置換、夯實(shí)、擠密、排水、注漿、加筋和熱學(xué)等方法手段,對(duì)軟弱地基土進(jìn)行改造和加固,來(lái)改善地基土的剪韌性、壓縮性、滲透性、振動(dòng)性和特殊土地基的特性,用以提高軟弱土地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,降低地基的壓縮性,減少沉降和不均勻沉降,防止地震時(shí)地基土的振動(dòng)液化,消除區(qū)域性土的濕陷性、膨脹性和凍脹性。換填法將基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)的土層挖去,然后回填以強(qiáng)度較大的砂、碎石或灰土等,并夯實(shí)至密實(shí)。適用性:當(dāng)軟弱土地基的承載力和變形滿(mǎn)足不了設(shè)計(jì)要求,而軟弱土層的厚度又不是很大時(shí)預(yù)壓法在建筑物或構(gòu)筑物建造前,先在擬建場(chǎng)地上施加或分級(jí)施加與其相當(dāng)?shù)暮奢d,使土體中孔隙水排出,孔隙體積變小,土體密實(shí),提高地基承載力和穩(wěn)定性。適用性:軟土地基四十二、綜述影響土強(qiáng)度的主要因素影響土強(qiáng)度的因素主要分為兩大類(lèi),一類(lèi)是土本身的因素,主要是其物理性質(zhì);另一類(lèi)是外界條件,主要是應(yīng)力應(yīng)變條件,前者可稱(chēng)為內(nèi)因,后者可稱(chēng)為外因。1.內(nèi)部因素:影響土強(qiáng)度的內(nèi)部因素又可以分為土的組成(C)、狀態(tài)(e)和結(jié)構(gòu)(S)。其中土的組成是影響土強(qiáng)度的最基本因素,其中包括:土顆粒的礦物成分,顆粒大小與級(jí)配,顆粒形狀,含水量(飽和度)以及粘性土的離子和膠結(jié)物種類(lèi)等因素。土的狀態(tài)是影響土強(qiáng)度的重要因素,比如砂土的相對(duì)密度大小是其咬合及因此產(chǎn)生的剪脹、顆粒破碎及重排列的主要影響因素;同樣粘土的孔隙比和土顆粒的比表面積決定了粘土顆粒間的距離,這又影響了土中水的形態(tài)及顆粒間作用力,從而決定粘性土粘聚力的大小。土的結(jié)構(gòu)本身也受土的組成影響。原狀土的結(jié)構(gòu)性,特別是粘性土的絮凝結(jié)構(gòu)使原狀土強(qiáng)度遠(yuǎn)大于重塑土的強(qiáng)度,是不可忽視的影響因素。2.外部因素:除了溫度以外,外部因素主要是指應(yīng)力應(yīng)變因素。包括:應(yīng)力狀態(tài)(圍壓、中主應(yīng)力)、
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