土力学与基础工程

土力学与基础工程作业

第2章 土的性质及工程分类

2、土的不均匀系数Cu及曲率系数Cc的定义是什么？如何从土的颗粒级配曲线形态上Cu及Cc数值上评价土的工程性质？

答：Cu反映了大小不同粒组的分布情况，曲率系数Cc描述了级配曲线分布的整体形态，表示是否有某粒组缺失的情况。（1）对于级配连续的Cu>5,级配良好；反之，Cu<5，级配不良。（2）对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状，采用单一指标Cu难以全面有效地判断土的级配好坏，则需同时满足Cu>5和Cc=1-3两个条件时，才为级配良好，反之则级配不良。

5、反映无粘性土密实度状态的指标有哪些？

答：影响砂、卵石等无粘性土工程性质的主要因素是密实度。

8、土发生冻胀的原因是什么？发生冻胀的条件是什么？

答：土层发生冻胀的原因是水分的迁移和积聚所致

发生冻胀的条件是土的因素、水的因素、温度的因素也是图层发生冻胀的三个必要条件。

9、毛细水上升的原因是什么？在哪些土中毛细现象最显著？

答：毛细水是受到水与空气交界面处表面张力的作用、存在于地下水位以上的透水层中自由水。在粉细砂和粉土，则毛细水高度大，而且上升速度也快，即毛细现象严重。

10、何谓最优含水量？影响填土压实效果的主要因素有哪些？

答：在一定的压实功能下使土最容易压实，并能达到最大密实度时的含水量称为土的最优含水量。影响击实效果的主要因素最重要的是含水量、击实功能、土的性质。

第3章 土中应力计算

1、 土的自重应力分布有何特点？地下水位的升降对自重应力有何影响？如何计算？

答：土体在自重作用下只能产生竖向变形，而无侧向位移及剪切变形存在。一般土层形成地质年代较长，在自重作用下变形早已稳定，故自重压力不再引起建筑物基础沉降，但对于近期沉积或堆积的土层以及地下水位升降等情况，尚应考虑自重应力作用下的变形，这是因为地下水位ide变动，引起土的重度改变的结果。

2、 刚性基础的基底压力分布有何特点？工程中如何计算中心及偏心荷载下的基底压力？

答：因为受地基容许承载力的限制、加上基础还有一定的埋置深度，其基底压力呈马鞍形分布，而且其发展趋向于均匀，故可近似简化为基底反力均匀分布；另外根据弹性理论中圣维南原理可以证明，在基础底面下一定深度所引起的地基附加应力与基底荷载分布形态无关，而只与合力的大小和作用点位置有关。

中心荷载作用时P=(F+G)/A.

偏心荷载作用时Pmax=(F+G)/A±M/W

Min

3、 试以矩形面积上均布荷载和条形荷载为例，说明地基中附加应力的分布规律？

答：（1）附加应力σz自基底起算，随深度呈曲线衰减；

（2）σz具有一定的扩散性。（3）基底下任意深度水平面上的σz，在基底中轴线上最大，随距中轴线距离越远而减小。

6、试简述太沙基的有效应力原理。

答：土的变形及强度性状与有效应力密切相关，只有通过颗粒接触点传递的应力，才能引起土的变形和影响土的强度，而土中任意点的孔隙水压力对各个方向作用是相等的，因此它只能使土颗粒产生压缩，而不能使土颗粒产生位移。土颗粒间的有效应力作用，则会引起土颗粒的位移，使孔隙体积改变，土体发生压缩变形。

第4章 土的变形性质及地基沉降计算

1、 压缩系数a和压缩指数Cc的物理意义是什么？如何确定？

压缩系数是评价地基土压缩性高低的重要指标之一，压缩指数是用来确定土的压缩性大小的。

a=tana=Δe/Δp=(e1-e2)/p2-p1

Cc=(e1-e2)/lgp2-lgp1

2、 压缩模量Es与变形模量E0有何异同？相互间有何关系？它们与材料力学中的杨氏模量有什么区别？

答：变形模量E0与压缩模量Es虽都是竖向应力与应变的比值，但概念上有所区别：E0是在现场测试获得，土体压缩过程中无侧限；而Es是通过室内压缩试验换算求得，土体在完全侧限条件下的压缩。它们都与其他建筑材料的弹性模量不同，具有相当部分不可恢复的残余变形

3、 土的压缩性指标有哪些？它们之间有何关系?

答：土的压缩性指标有压缩系数、压缩指数、压缩模量

Cc值越大土的压缩性越高，压缩模量Es与压缩系数a成反比，Es越大，a就越小，土的压缩性越低。所有Es也具有划分土压缩性高低的功能。

7、在饱和土一维固结过程中，土的有效应力和孔隙水压力是如何变化的？

答：（1）当t=0时，即活塞顶面骤然受到压力σz作用瞬间，水来不及排出，弹簧没有变形和受力，附加应力σz全部由水来承担。（2）当t>0时，随着荷载作用时间的迁延，水受到压力后开始从活塞排水孔中排出，活塞下降，弹簧开始承受压力σ’，并逐渐增长；而相应地u则逐渐减小。

（3）当t→∞时，水从排水孔中充分排出，孔隙水压力完全消散，活塞最终下降到σz全部由弹簧承担，饱和土的渗透固结完成。

8、土的最终沉降量由哪几个部分组成？各部分意义如何？

答：土的最终沉降量由瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降。

瞬时沉降是指加荷瞬间土孔隙中水来不及排出，孔隙体积尚未变化，地基土在荷载作用下仅发生剪切变形时的地基沉降。固结沉降是指在荷载作用下，随着土孔隙水分的逐渐挤出，孔隙体积相应减少，土体逐渐压密而产生的沉降，通常采用分层总和法计算。次固结沉降是指土中孔隙水已经消散，

有效应力增长基本不变之后仍随时间而缓慢增长所引起的沉降。

第6章 土压力、地基承载力和土坡稳定

1、 土压力有哪几种？影响土压力的各种因素中最主要的因素是什么？

答：土压力分为以下三种，主动土压力、被动土压力、静止土压力。

挡土墙的位移方向和位移量是最主要的原因

6、挡土墙有哪几种类型，如何确定重力式挡土墙断面尺寸及进行各种验算？

答：重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚定板及锚杆式挡土墙、其他形式的挡土结构。

8、地基的剪切破坏有哪些形式？发生整体剪切破坏时P-S曲线的特征如何？

答：破坏形式分为整体剪切破坏、局部剪切破坏及冲剪破坏三种。特征：（1）当荷载较小时，基底压力p与沉降S基本上成直线关系，属线性变形阶段，相应于A点的荷载成临塑荷载（2）当荷载增加到某一数值时，基础边缘处土体开始发生剪切破坏随着荷载的增加，剪切破坏区逐渐扩大，土体开始向周围挤出，P-S曲线不再保持为直线，属弹塑性变形阶段，相应于B点的荷载称为极限荷载。

10、什么是地基土的极限荷载pu？其与哪些因素有关？

答：地基承受基础荷载的极限压力。与承载力因数、土的粘聚力有关。

12、何谓无粘性土坡的自然休止角？无粘性土坡的稳定性与哪些因素有关？

答：土坡稳定的极限坡度角等于砂土的内摩擦角，此坡角称为自然休止角。无粘性土坡的稳定性与坡高无关，而仅与坡角β有关，只要β<∮,土坡就是稳定的。

第7章 浅基础设计

2、 浅基础有哪些类型和特点？

答：浅基础的类型有无筋扩展基础、扩展基础、柱下条形基础、筏形基础、壳体基础、岩层锚杆基础。

浅基础的埋深通常不大，一般只需采用普通基坑开挖、敞坑排水的施工方法建造，施工条件和工艺都比较简单。

4、 确定基础埋置深度要考虑哪些因素？

答：建筑结构条件与场地环境条件、工地地质条件、水文地质条件、地基冻融条件。

6、 确定地基承载力的方法有哪些？

答：按土的抗剪强度指标确定、按地基载荷试验确定、按地基规范承载力表确定。

8、 建筑地基变形特征的意义、确定因素是什么？

答：按地基承载力 选定了适当的基础 地面尺寸，一般已可保证建筑物在防止地剪切破坏方面具有足够的安全度，但是在荷载作用下，地基土总要产生压缩变形，使建筑物产生沉降。确定因素是沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。

第8章 桩基础

1、 试简述桩基础的适用场合及设计原则？

答：适用场合：（1）地基的上层土质太差而下层土质较好；或地基软硬不均或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变形的要求。（2）地基软弱，采用地基加固措施不合适（3）除承受较大垂直荷载外，尚有较大偏心荷载、水平荷载、动力或周期性荷载作用（4）上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感（5）地下水位很高，采用其他基础型式施工困难（6）需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。

设计原则：（1）所有桩基均应进行承载力极限状态计算（2）以下桩基尚应进行变形验算①桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物以及桩端持力层为粘性土粉土或存在软弱下卧层的以及建筑桩基的沉降验算②承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑桩基的水平变位验算。（3）对不允许出现裂缝或需限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台还应进行抗裂或裂缝宽度验算。

2、 试分别根据桩的承载性状和桩的施工方法对桩进行分类？

答：按承载性状分类:摩擦型桩、端承型桩。

按施工方法分类：预制桩、灌注桩

5、 何谓单桩竖向承载力特征值？其与标准值、设计值有何异同？

答：单桩竖向承载力应为不超过桩顶荷载一变形曲线线性变形阶段的比例界限荷载即表示正常使用极限状态计算时采用的单桩承载力值，以发挥正常使用功能时所允许采用的抗力设计值。

单桩竖向承载力设计值为以概率理论为基础的极限状态设计方法，以分项系数表达式计算，考虑

了桩侧摩阻力、桩端阻力、承台土的抗力等各自所具有的变异性因素，将标准值除以各分项系数作为桩基中基桩的竖向承载力设计值。

8、在工程实践中如何选择桩的直径、桩长以及桩的类型？

答：一般当土中存在大孤石、废金属以及花岗岩残积层中未风化的石英脉时，预制桩将难以穿越；桩的长度主要取决于桩端持力层的选择。桩端最好进入坚硬土层或岩层，采用嵌岩桩或端承桩；当坚硬土层埋藏很深时，则宜采用摩擦桩基，桩端应尽量达到低压缩性、中等强度的土层上。桩端进入持力层的深度，对于粘性土、粉土不宜小于2d，砂类土不宜小于1.5d，碎石类土不宜小于1d。当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于4d，嵌岩灌注桩的周边嵌入微风化或中等风化岩的最小深度不宜小于0.5m，以确保桩端与岩体接触。

9、 如何确定承台的平面尺寸及厚度？设计时应作哪些验算？

答：承台的平面尺寸一般由上部结构、桩数及布桩形式决定。通常墙下桩基作成条形承台梁；柱下桩基宜采取板式承台。其剖面形状可作成锥形、台阶形或平板形。

承台厚度应≥300mm，宽度≥500mm，承台边缘至边桩中心距离不应小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分应≥150mm，对于条形承台梁应≥75mm。

第9章 沉井基础及其他深基础

3、 沉井在施工中会遇到哪些问题，应如何处理？

答：（1）偏斜：可采用除土、压重、顶部施加水平力或刃脚下支垫等方法纠正偏斜，空气幕下沉也可采用单侧压气纠偏。若沉井倾斜，可在高侧集中除土，加重物，或用高压射水冲松土层，低侧回填砂石，必要时在井顶施加水平力扶正。（2）难沉 解决难沉的措施主要是增加压重和减少井壁侧阻。

（3）突沉 防止突沉的措施一般是控制均匀挖土，在刃脚处挖土不宜过深，此外在设计时可采用增大刃脚踏面宽度或增设底梁的措施提高刃脚阻力。（4）流砂 ①排水下沉发生流砂时可向井内灌水，采取不排水除土，减小水头梯度②采用井点降水、深井降水和深井泵降水，降低井外水位，改变水头梯度方向使土层稳定，防止流砂发生。

4、 沉井作为整体深基础、其设计计算应考虑哪些内容？

答：沉井深基础设计主要是根据上部结构特点、荷载大小及水文和地质情况，结合沉井的构造要求及施工方法，拟定出沉井埋深、高度和分节及平面形状和尺寸，井孔大小及布置，井壁厚度和尺寸，封底混凝土和顶板厚度等。

6、 浮运沉井的计算有何特殊性？

答：沉井在浮运过程中需有一定的吃水深度，使重心低而不易倾覆，保证浮运时稳定；同时还必须具有足够高的出水高度，使沉井不因风浪等而沉没。因此除前述计算外还应考虑沉井浮运时过程中的受力情况，进行浮体稳定性和井壁露出水面高度的验算。

7、 何谓墩基础？与桩基础相比，其有何特点？

答：墩是一种利用机械或人工在地基中开挖成孔后灌注桩混凝土形成的长径比较小得大直径桩基础，由于其直径粗大如墩，故称为墩基础。墩基能较好地适应复杂的地质条件，常用于高层建筑中柱基础。墩身可穿越浅部不良地基达到深部基岩或坚实土层，并可通过扩底工艺获得很高的单墩承载力。

8、 何谓地下连续墙？其主要施工工序有哪些？适用于哪些场合？

答：地下连续墙是在泥浆护壁条件下，使用专门的成槽机械，在地面开挖一条狭长的深槽，然后在槽内设置钢筋笼，浇筑混凝土，逐步形成一道连续的地下钢筋混凝土连续墙。其主要工序①修筑导

墙②制备泥浆③成槽④槽段的连接。在泵房、桥台、地下室、箱基、地下车库、地铁车站、码头、高架道路基础、水处理设施，甚至深埋的下水道等。

第10章 基坑工程

1、 基坑支护结构中土压力的计算模式有哪些？适用条件是什么？

答：放坡开挖及简易支护、悬臂式支护结构、水泥土桩墙支护结构、内撑式支护结构。

4、土钉墙支护结构与传统的重力式挡土墙及加筋挡土墙有何异同？

答：水泥土桩墙与一般重力式挡土墙相比，埋置深度相对较大，而桩体本身刚性不大，所以实际工程中变形也较大，其变形规律介于刚性挡土墙和柔性支档结构之间。

6、常用的地下水控制方法有哪些？

答：集水明排法、降水法、截水和回灌技术。

7、 基坑工程施工为什么要进行现场监测和信息化施工？

答：现场监测根据监测结果，发现安全隐患，防止工程和环境破坏事故的发生。利用监测结果指导现场施工，进行信息化反馈优化设计，使设计达到优质安全、经济合理、施工简捷；将监测结构与理论预测值对比，用反分析法求得更准确的设计计算参数，修正理论公式，以指导下阶段的施工或其他工程设计和施工。

信息化：基坑工程是一个涉及地质、水文、气象等条件及土力学、结构、施工组织和管理等学科各个方面的系统工程。在基坑开挖过程中，土体性状和支护结构的受力状态都在不断变化，恰当第模

拟这种变化是工程实践所需。但传统的固定不变的计算模型和参数来描述不断变化的土体性状是不合适的。因此必须根据现场监测信息，不断修改、优化设计，以便达到安全施工的目的。

第11章 区域性地基及其他

2、 膨胀土对建筑物有哪些危害？什么叫自由膨胀率？膨胀土地基收缩等级分为多少级？

答：（1）建筑物的开裂破坏具有地区性成群出现的特点，建筑物裂缝随气候变化不停地张开和闭合。（2）房屋在垂直和水平方向都受弯和受扭，故在房屋转角处首先开裂，墙上出现对称或不对称的八字形、X形缝。（3）膨胀土边坡不稳定，地基会产生水平向和垂直向的变形，坡地上的建筑物损坏要比平地上更严重。

自由膨胀率是原状土在侧限压缩仪中在一定的压力下，浸水膨胀稳定后，土样增加的高度与原高度之比。

膨胀土地基的胀缩等级分为Ι、II、III级。

3、 什么是土岩组合地基、岩溶、土洞和红粘土地基？

答：土岩组合地基（1）下卧基岩表面坡度较大（2）石芽密布并有出露的地基（3）大块孤石地基

岩溶：是指可溶性岩层，如石灰岩、白云岩、石膏、岩盐等受水的长期溶蚀作用，在岩层中形成沟槽、裂隙、石芽、石林和空洞，以及由于空洞顶板塌落使地表产生缺陷、洼地等现象和作用的总称。

土洞是岩溶地区可溶性岩层的上覆土层在地表水冲蚀或地下水所形成的洞穴。

红粘土地基碳酸盐系出露区的岩石在气候变化大和潮湿的环境下经红土化作用，形成棕红、褐黄等色的高塑性粘土。

4、 什么是冻土？多年冻土的融陷性等级是如何划分的？

答：在寒冷季节温度低于零摄氏度，土中水冻结成冰，此时土称为冻土。

多年冻土的融陷性等级分为I、II、III、IV、V级。

5、 如何设计动力机器基础？

答：（1）基础的外形、尺寸及预留坑、洞和螺栓孔等应按照厂商提供的安装图布置，以保证机器的准确安装、使用和维修。（2）地基应满足承载能力并控制基础的沉降和倾斜，保证地基承载安全，并不出现影响机器正常使用的变形（3）基础振动应限制在容许的范围内，保证机器的正常使用和操作人员的正常工作条件，并保证不对附近的精密设备、仪表以及相邻建筑物和管线等产生有害影响。（4）基础结构应具有足够的强度、刚度和耐久性等。

6、 什么是震级、地震烈度、基本烈度和设防烈度？

答：震级是表示地震本身大小的尺度。

地震烈度是指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。

基本烈度是指一个地区今后一定时期内，一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度，有国家地震局编制的《中国地震烈度区划图》确定。

设防烈度是指一个地区作为抗震设防依据的地震烈度。

第12章 地基处理

1、何谓软弱地基？试简述软土的工程特性？

答：软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土构成的地基。

（1）具有较明显的结构性（2）具有较明显的流变性（3）压塑性较高（4）抗剪强度很低（5）软土的透水性较差（6）具有不均匀性。

2、何谓复合地基？试述其特点和作用原理？

答：复合地基是指天然地基和部分杂填土地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换，或在这些地基中设置加筋材料而形成增强体，由增强体和其周围地基土共同承担上部荷载并协调变形的人工地基。（1）加固区是由增强体和其周围地基土两部分组成，是非均质和各向异性的（2）增强体和其周围地基土体共同承担荷载并协调变形。

作用机理：（1）桩体作用（2）加速固结作用（3）挤密作用（4）加筋作用

4、何谓强夯法？试述其加固机理？

答：强夯法动力固结法是用起重机械将质量为10-40t的夯锤起吊到6-30m高度后，自由落下，产生强大的冲击能量，对地基进行强力夯实，从而提高地基承载力，降低其压缩性的地基处理方法。

加固机理：饱和土的强夯加固机理（1）加载阶段（2）卸载阶段（3）动力固结阶段.非饱和土的强夯机理，夯击能量产生的波和动应力的反复作用，迫使土骨架产生塑性变形，由夯实能转化为土骨架的变形能，使土密实，提高土的抗剪强度，降低土的压缩性。

6、试述真空预压法的加固机理。

答：真空预压在抽气前，薄膜内外均承受一个大气压Pa的作用，抽气后薄膜内外形成一个压力差，首先使砂垫层，其次是砂井中的气压降至Pv，使薄膜紧贴砂垫层，由于土体与砂垫层和砂井间的压差。从而发生渗流，使孔隙水沿着砂井或塑料排水板上升而流入砂垫层内，被排出塑料薄膜外，地下水在上升的同时形成塑料板附近的真空负压，使土体内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔隙水压力不断下降，地基有效应力不断增加，从而使土体固结。

7、 砂石桩的作用原理是什么？

答：（1）松散砂土中的作用：由于成桩方法不同，在松散砂土中成桩时对周围砂层或产生挤密作用的同时也产生振密作用。采用冲击法或振动法往砂土中下沉桩管和一次拔管成桩时，由于桩管下沉对周围砂土产生很大的横向挤压力，桩管就将地基中同体积的砂挤向周围的砂层，使其孔隙比减小，密度增大，这就是挤密作用。有效挤密范围可达3-4倍桩直径。当采用振动法往砂土中下沉桩管和逐步拔出桩管成桩时，下沉桩管对周围砂层产生挤密作用，拔起桩管对周围砂层产生振密作用，有效振密范围可达6倍桩直径左右。振密作用比挤密作用更显著，其主要特点是砂桩周围一定距离内地面发生较大的下沉。

（2）软弱粘性土中的作用

密实的砂桩在软弱粘性土中取代了同体积的软弱粘性土，即起置换作用并形成“复合地基”使承载力有所提高，地基沉降减小。此外，砂桩在软弱粘性土地基中可以像砂井一样起排水作用，从而加快地基的固结沉降速率。