博士入学考试试题参考答案模版.docx

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博士入学考试试题参考答案模版

一、论述土的压实

答：

1.概述

土的压实在公路工程中的作用非常重要。

充分压实的路基可以提高其承载能力，防止水分干湿作用引起的自然沉陷，减少路基路面在车轮荷载作用下产生的形变，增强路基的水稳定性和强度，确保路面的使用品质，有效地延长路面的使用寿命。

2.土基（路基）压实机理

土基（路基土）在压实机具的短时荷载或振动荷载作用下，土体孔隙中的空气被排出；土颗粒重新排列和互相靠拢，小颗粒进入大颗粒的孔隙中，孔隙率减小；单位体积内固体颗粒含量增加，增加了粗土颗粒间的摩擦和咬合及细土颗粒间的粘结力，从而提高了土基的强度和稳定性。

3.压实土基的作用

提高路基强度；提高土基的水稳定性；显著地降低土的渗透性和毛细作用；减少土基的塑性变形；减小冻胀量，提高冻融稳定性。

4.影响土基压实的因素

.含水量对压实的影响

影响路基压实度的含水量存在一最佳含水量w，在此含水量条件下，采用一定压实功能可以达到最大密实度，获得最经济的压实效果。

最佳含水量是一个相对值，随压实功能的大小和土的类型而变化。

所施加的压实功能越大，压实土的细粒含量越少，最佳含水量越小，而最大密实度越高。

在最佳含水量范围内，含水量增加时，包裹于土粒表面的水膜，相应地降低了土粒之间的吸引力，减小了土的内摩擦角，土粒在外力作用下容易发生相对位移，重新排列成紧密结构；当含水量超过最佳含水量并继续增加时，土粒间的空隙几乎被水充满,由于水是不可压缩的，单位体积内土颗粒的含量不再增加，在相同压实功能下，土的干密度反而减小，压实效果变差。

.土的类型对压实的影响

在相同压实功能下，亚砂土和亚粘土的压实性能优于粘土。

.压实功能对压实的影响

当含水量一定时，压实功能越大，干密度越大。

在施工现场用压路机进行碾压时，或增加压路机质量，或者增加碾压遍数，都可以达到增加压实功能，提高土基密实度的效果。

从经济上看，增加压实功能不是无限的，应作经济比较，当增加压实功能提高土基密度不明显时，可采取改变含水量或换土等措施。

.压实机具的影响

重型压路机比轻型压路机的密实度较高；振动压路机比光面压路机的压实效果好得多，其密实度大，有效压实深度也大。

羊脚碾的压实效果和压实深度均比相同质量的压路机高，适用于粘性土。

5.土基压实标准

采用压实度k作为控制指标。

压实度指压实后土的干密度与该土在室内标准条件下的最大干密度之比。

我国《公路路基设计规范》（JTGD30―2004）针对路基的不同层位提出了不同的压实要求。

从路基的实际工作状态分析，路基顶面约150cm范围内的土层，较强地感受到行车荷载的反复作用以及水温的反复干湿和冻融作用。

在目前的高速公路施工实践中，考虑到路基的水稳定性和整体强度要求，一般对0～80cm范围内进行灰土处理。

6.我的看法

.公路工程中，不论设计、材料、监理，还是施工，都应该充分重视土基（路基）压实；

.含水量是影响路基压实效果的重要因素，只有在最佳含水量的状态下，才能达到最佳的压实效果；

.根据土质情况合理选择施工机械，对提高土基（路基）的压实效果有十分重要的作用；

.复杂土基（路基）压实过程中应考虑经济因素，对各种压实方案作对比分析的基础上，优选经济合理的压实方式。

二、论述土压力计算理论

答：

土压力是土力学中的一个重要课题，从18世纪开始就有许多学者对此进行了研究，提出了土压力的计算理论和计算方法，其中最著名的是1773年库仑提出的土压力理论和1857年朗肯提出的土压力理论，这两个土压力理论得到了广泛的应用，至今也是公路工程建设中进行土压力计算的基础。

（一）、库仑土压力理论

库仑土压力理论是法国学者Coulomb于1773年在提出的，当挡土墙在外力或填土的作用下产生位移或变形，墙背面填土形成楔形滑裂土体，滑裂体内的土体处于整体极限平衡状态，滑裂体以外的土体仍处于弹性状态，此时根据滑裂土体上作用力的平衡条件，即可求得土压力。

当挡土墙向背离填土的方向位移或变形、滑裂土体将向挡土墙方向滑动，此时滑裂土体对挡土墙的压力，称为主动土压力；当挡土墙向填土方向位移或变形，滑裂土体将沿滑动面向上被挤出，此时滑裂土体对挡土墙的压力，称为被动土压力。

这就是著名的库仑土压力理论，虽然距今已200多年了，但直到现在，仍在重力式挡土结构设计中广泛应用。

1．基本假设

（1）挡土墙后土体为均匀各向同性无粘性土（c=0）；

（2）挡土墙后产生主动或被动土压力时墙后土体形成滑动土楔，其滑裂面为通过墙踵的平面；

（3）滑动土楔可视为刚体。

（4）填土表面为水平面或倾斜面；

（5）挡土墙墙面为一平面，填土与墙面之间存在摩擦力且沿墙面的分布是均匀的。

2.库仑土压力理论优缺点及适用条件

Coulomb土压力理论虽然解决了主动土压力和被动土压力的大小问题，但对力的作用点位置问题依然采用了土压力强度沿墙高线性分布的假定。

然而，实际土压力沿墙高并非线性分布，而是某种曲线形式；土压力的作用点位置与Coulomb理论的结果不一致，并非总是作用在1/3墙高处，而是与墙体变位模式的类型等多种因素有关。

另外，Coulomb土压力理论是以土体平面滑动破坏假定为基础的，此假定的物理背景仍需在理论上进行分析。

适用条件：

主要适用于刚性挡土墙；不能直接用于计算粘性土中的土压力。

3.计算原理

库仑土压力理论根据滑动土楔处于极限平衡状态时的静力平衡条件来求解主动土压力和被动土压力。

（二）、朗肯土压力理论

1857年英国学者朗肯（Rankine）从研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡理论，得出计算土压力的方法，又称极限应力法。

朗肯土压力理论以微分土体极限平衡为条件，其概念简单明确而被工程界广泛采用。

朗肯土压力建立在土体的摩尔—库仑强度理论及半无限土体的微元极限平衡状态的假定上。

1.基本假设与适用条件

1）.墙本身是刚性的，不考虑墙身的变形；

2）.墙后填土延伸到无限远处，填土表面水平（β=0）；

3）.墙背垂直光滑（墙与垂向夹角ε=0，墙与土的摩擦角δ=0）。

2.朗肯土压力理论的优缺点及适用条件

优点：

朗肯理论公式简单易记,因此人们即使在墙背倾斜情况下,也经常使用朗肯理论进行近似计算。

缺点：

忽略了墙背与填士之间的摩擦力。

主动土压力计算值偏大，被动土压力计算值偏小.

一是假定土是理想的以及滑裂面定为平面。

在主动土压力和被动土压力的计算中，由于实际滑裂面是曲面，这使得在平面滑裂面假定下计算的主动土压力偏小。

二是要求土体变形达到极限状态的临界值条件。

而实际情况是这样的位移量δ,尤其是达到被动状态的位移量是很难实现也不允许出现的。

三是Rankine土压力理论本身是在挡土墙条件下得出来的,挡土墙刚性很大,只允许产生平移或转动2种刚体位移情况,不允许产生变形,而现代工程建筑深基支护中大量采用各种类型的桩,如钢板桩、冲钻孔灌注桩、预制桩或地下连续墙,使桩和土体的压力与变形曲线均呈现强烈的非线性甚至出现凹凸拐点等复杂情况。

适用条件：

应用朗肯土压力理论一般要求墙背垂直、光滑,墙后填土表面水平。

砂土或粘性土、均质土或层状土均可:

有地下水及渗流效应也可应用;可用于填土表面倾斜时土压力计算、墙后填土表面上有无限均布荷载作用时的土压力计算、墙后填土成层时的土压力计算和墙后填土中有地下水时的土压力计算。

（三）其它土压力理论的研究及发展

除了库仑和朗肯土压力理论以外，还有许多学者，如太沙基、契波塔廖夫、Peck、毕晓普、罗威等，对土压力的计算理论及方法进行了研究，扩展了库仑和朗肯土压力理论的应用范围，并且提出了许多新的计算方法和计算理论，如索柯夫斯基的极限平衡理论、能量理论、水平层计算方法、土压力的空间计算理论等，使土压力的计算理论渐超完善和合理。

随着现代计算机电算技术和应用数学理论的深入发展，土压力计算的有限元分析方法和软件应运而生，使得土压力的计算与现场实际土体类型和压力分布更为接近，成为土力学计算方法的发展方向之一。

（四）我的看法

1.作用在挡土墙上的土压力，其大小和分布与挡土墙类型、刚度、变形以及填土性质、荷载等因素有关，土压力的计算应该视具体情况而定。

2.库仑土压力理论和朗肯土压力理论主要适用于刚性挡土墙,柔性挡土墙由于受到墙体本身变形的影响,土压力及其分布与刚性挡土墙有很大区别。

3.经典的朗肯和库仑土压力理论用于现代公路工程的大型挡土墙设计中，无论在基本假设还是在计算原理上都有其局限性。

4.现代数值计算方法为土压力的计算提供了新的思路和方向。

附：

作用在挡土墙上的土压力，其大小和分布与如下因素有关：

（1）挡土墙的形式和墙体的刚度；

（2）挡土墙表面的倾斜度及其粗糙程度；

（3）挡土墙的变形和位移；

（4）填土的性质（如土的均匀性，土的物理力学性质等）

（5）填土表面荷载的情况；

（6）地下水的情况

挡土墙的形式不同，作用在其上的土压力的大小和分布也不相同，库仑土压力理论和朗肯土压力理论主要适用于刚性挡土墙。

柔性挡土墙由于受到墙体本身变形的影响，土压力及其分布与刚性挡土墙有很大区别。

七、设计速度、运行速度的概念及应用

答：

（一）、概念

1.设计车速又称计算行车速度，是指道路几何设计所采用的车速。

即具有控制性的路段上，具有中等驾驶水平的驾驶员，在天气良好、低交通密度时，安全行驶所能维持的最大速度。

2.运行速度是指在理想的外部条件下,公路路段上第85%位车辆的运行速度。

其中,理想的外部条件是指良好的天气条件,干净、潮湿的路面条件和自由流状态的交通条件。

运行车速度是一个随机变量。

不同的驾驶员在行驶过程中随所驾车辆及行车路段的不同,其行车速度是不相同的。

实际中通常用自由交通流状态下各类小汽车在车速累计分布曲线上第85位百分点的车辆行驶速度V85作为确定限制在行汽车最大运行速度的依据,即V运行≤V85。

（二）、应用

1.在道路设计方面，可采用设计速度进行线形设计，运行速度检验。

设我国现行的设计方法是以设计速度为核心的。

计车速是道路几何设计（如确定平曲线半径、超高、纵坡坡度、坡长、视距等）的基本依据。

作为技术指标，直接决定了道路的线形几何要素，同时又与道路的重要性经济性相关，是用来体现道路等级的一项重要指标。

采用设计速度作为设计指标,实质上规定了道路设计最低限度应该采用的指标,但对采用高于设计速度所对应的指标却没有限制。

为了使在行汽车的实际行驶速度与公路设计几何指标相适应,在高等级公路线形设计过程中可根据设计车速对V85（因高等级公路设计过程中不可能有在行汽车的实际运行速度）进行检验。

检验的依据是道路的设计车速V与V85之差的最大值应小于20km/h。

如果检验的结果满足标准,说明确定的设计车速是适宜的。

连续的道路线形能大大地提高在行汽车的行车安全性。

因而,对于道路几何要素变化较大的路段,应使V85与V之差的变化小于10km/h,以保证道路线形的连续性。

对于设超高的平曲线半径、不设超高的平曲线半径、竖曲线半径、停车视距及车道宽度等,均可采用V85进行检验。

实际上车辆在公路上行驶时,驾驶员总是根据道路的行车条件（特别是几何条件）及车辆本身性能等来确定车速,只要条件允许,总是倾向于采用较高车速行驶的。

这样驾驶员实际采用的运行车速所需的线形指标就会与设计车速所确定的线形指标相脱节,从而增加了道路的危险性和失调性。

因为运行速度V85考虑了公路上绝大多数驾驶员的交通心理需求,以运行速度作为设计车速进行线形设计的方法———运行速度设计方法,就有效地保证了路线所有相关要素如视距、超高、纵坡、竖曲线半径等指标与设计速度的合理搭配,故可获得连续、一致的均衡设计。

2　交通管理方面———交通安全设施补偿

从某种意义上讲,道路设计者、交通管理者的服务对象都是道路使用者。

其中,道路设计者的任务是为道路使用者提供符合安全要求的行车道路,交通管理者的任务是为道路使用者提供安全保障服务。

要使行车道路能很好地为道路使用者服务,道路设计者、交通管理者与道路使用者之间应建立起良好的沟通机制。

实际中,当已设计的道路线形无条件修正或当修正道路线形很不经济时,道路交通管理者可通过增设必要的交通安全设施如交通标志及修建防撞墙等,以弥补道路线形设计上的不足,提高道路交通安全性。

3　道路使用方面———设置合理期望车速并准确把握运行速度

目前,我国高等级公路上在行汽车在行车速度方面存在的突出问题是许多驾驶员在行车过程中的期望车速过高（因技术性能不佳的车辆除外）,导致所驾车辆的实际运行速度偏高。

这是需要引起特别注意的。

对驾驶员而言,驾车过程中依据路段交通状况设置合理的期望车速并准确把握好在行汽车的运行速度,对保证行车安全非常重要。

当在行汽车由设计指标较高的路段突然转向设计指标较低的曲线路段时,为保证行车安全,驾驶员应在迅速调整期望车速的同时及时降低车辆运行速度。

要做到这一点,驾驶员在行车过程中一是切忌“高速”行驶;二是保持较高的注意力,仔细观察道路状况并使车辆处于可控状态。

4.在公路行车安全性方面，可采用运行速度评价公路行车安全性

基于车速的道路安全评价是不可或缺的重要组成部分;同时,准确实用地预测或模拟运行车速的研究方法也是道路设计者应该探讨的一个重要问题。

车速作为安全研究的一个领域任重而道远。

（三）、我的看法

1.通过道路设计车速和汽车运行速度的关系及分析,引入运行速度检验道路线形设计为高等级公路交通安全问题提出了新的思路。

2.运行速度在道路安全性评价中的作用明显，公路上运行车速和道路组成各部分各项指标存在内在联系,基于运行车速的道路安全评价指标和方法，为道路安全评价提供一种新的评价手段和思路。

八、GPS的定义、组成、特点和在公路工程方面的应用

答：

（一）.GPS的定义

GPS是全球定位系统（GlobalPositioningSystem）的英文缩写,其含义是利用卫星的测时和测距进行导航,以构成全球定位系统。

GPS系统的空间部分由24颗卫星组成,均匀分布在6个轨道面上,卫星上安装了精度很高的原子钟,以确保频率的稳定性。

由于GPS技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力,引起测绘界的高度重视,特别是近几年来,GPS定位技术在绘制大比例地形图,工程控制测量,公路中线测设,纵、横断面测量,施工测量及变形观测等测量工作中得到了越来越广泛的应用。

（二）.GPS的组成

GPS系统由三部分组成,即空间部分,地面监控部分和用户设备部分。

GPS系统的空间部分是指GPS工作卫星星座。

GPS卫星具有执行地面监控站的控制指令,接收和储存由地面监控站发来的导航信息;向GPS用户发送导航电文,年代导航和定位信息;通过高精度原子钟向用户提供精密的时间标准的基本功能。

GPS地面监控部分目前由5个地面站组成,包括主控站、信息注入站和监测站,主控站负责协调、管理所有的地面监控系统。

注入站的主要任务是在主控站的控制下,将主控站推算出和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统。

并监测注入信息的正确性。

监测站主要任务是为主控站编算导航电文提供观测数据。

GPS系统的用户设备部分由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件以及微处理机及其终端设备组成,GPS接收机硬件的主要功能是接收GPS卫星发射的信号,以获得必要的导航和定位信息及观测量,并经简单数据处理而实现实时导航和定位。

（三）.GPS的特点

①测站之间无需通视。

测站间相互通视一直是测量学的难题。

GPS这一特点,使得选点更加灵活方便。

但测站上空必须开阔,以使接收GPS卫星信号不受干扰。

②定位精度高,且随着距离的增长,GPS测量优越性愈加突出。

大量实验证明,在小于50km的基线上,其相对定位精度可达12×10-6,而在100～500km的基线上可达10-6～10-7。

③观测时间短。

在小于20km的短基线上,快速相对定位一般只需5秒观测时间即可。

④提供三维坐标。

GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时,可以平面及高程控制测量一次完成，且坐标系统一致；精确测定观测站的大地高程。

⑤操作简便。

GPS测量的自动化程度很高,在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高程和监视仪器的工作状态,而其他观测工作如卫星的捕获,跟踪观测等均由仪器自动完成。

⑥全天候作业。

GPS观测可在任何地点、任何时间连续地进行,一般不受天气状况的影响。

⑦快速并节省人力及经费；

（四）、GPS测量的原理

GPS卫星于太空中运行时，以两个不同（L1、L2）的频率向地面发射卫星记号，地面卫星接收仪接收距离、相位等卫星资料，利用几何原理求出接收仪坐标，以完成导航定位及各种测量作业。

（五）、GPS在公路工程测量中的应用

①《规范》对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定,一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求，可用GPS测量。

②当搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统时，可用可用GPS测量。

③国家大地点破坏而严重影响测量正常作业的公路工程地段。

由于国家基础控制点大多为20世纪50、60年代完成,经过30a,有些点由于经济建设的需要被破坏,有些点则由于人们缺乏了解遭人为破坏。

在这些地区进行路线测量作业,往往在50km以上均找不到导线的联测点。

④地面通视困难往往影响常规测量的实施。

一般路线的控制点要求布设在距路线的300m范围内。

由于通视的原因,这一条件难以满足,甚至在大范围密林、密灌及青纱帐地区,根本无法实施常规控制测量。

⑤长大隧道、特大桥等构造物一般要求测量等级在4等以上。

用常规测量方法,往往采用增加测回数,延长观测时间等费时、费工的方法来设法提高精度。

⑥长大隧道、特大桥多为地形复杂困难地带,进行常规控制测量,为通视和网形,往往砍伐工作量相当大,这样测设费用很大,作业艰苦。

⑦长大隧道及特大桥的控制网高精度及与路线网的低精度衔接,虽说用平差方法可以得到克服,但由于地形条件困难,其联结的测量工作量很大,且不太方便。

（六）我的看法

1.GPS定位技术的高精度、高效益在公路工程测量中的应用前景广阔；

2.通过静态GPS测量的观测时间及最终观测成果精度与传统测量方法的比较我们可以看出,静态GPS在作业效率和测量精度上是传统导线控制测量无法比拟的。

3.GPS（RTK）技术应用于公路测量放样可大大提高工作效率和减轻劳动强度。

九、论述公路工程概预算的内容（道路经济指标评价体系及特点）

答：

道路经济指标评价体系及特点

十、论述工程项目管理（系统）的主要内容

十二、区域控制测量采用什么仪器、其优缺点是什么？

（一）控制测量概述

答：

为了减少测量工作中的误差累计，应该遵循三个基本原则：

“从整体到局部、由高级到低级、先控制后碎部”。

这几个基本原则说明我们的测量工作是首先建立控制网，进行控制测量，然后在控制网的基础上再进行施工测量、碎部测量等工作。

另外这几个基本原则还有一层含义：

控制测量是先布设能控制一个大范围、大区域的高等级控制网，然后由高等级控制网逐级加密，直至最低等级的图根控制网，控制网的范围也会一级一级的减小。

   要测量某一区域，可以在测区的范围内选定一些对整体具有控制作用的点，称为控制点。

这些控制点组成了一个网状结构就称为控制网，为建立控制网所进行的测量工作就称为控制测量。

控制测量包括平面控制测量和高程控制测量，平面控制测量用来测定控制点的平面坐标，高程控制测量用来测定控制点的高程。

1.平面控制测量

   平面控制网主要包括GPS控制网、三角网和导线网。

   GPS控制网是采用全球定位系统建立的。

三角网是指地面上一系列的点构成连续的三角形，这些三角形所形成的网状结构就是三角网。

导线的概念在前面就已经讲过了，将地面上一系列的控制点依次连接起来，所形成的折线就是导线。

由导线所构成的控制网就是导线网。

导线测量是本章中要重点讲述的内容。

  2.高程控制测量

   高程控制网主要采用水准测量、三角高程测量的方法建立。

用水准测量方法建立的高程控制网称为水准网。

三角高程测量主要用于地形起伏较大、直接水准测量有困难的地区。

  一、国家基本控制网

   在全国范围内建立的高程控制网和平面控制网，称为国家控制网。

它是全国各种比例尺测图的基本控制，也为研究地球的形状和大小（提供依据），了解地壳水平形变和垂直形变的大小及趋势，为地震预测提供形变信息等服务。

  1.国家平面控制网

   我国的国家平面控制网是采用逐级控制、分级布设的原则，分一、二、三、四等方法建立起来的。

主要由三角测量法布设，在西部困难地区采用精密导线测量法。

目前我国正采用GPS控制测量逐步取代三角测量。

   一等三角锁沿经线和纬线布设成纵横交叉的三角锁系，锁长200～250公里，构成许多锁环。

一等三角锁内由近于等边的三角形组成，边长为20～30公里。

二等基本锁的边长为20～25公里，是在一等三角锁的基础上加密得到的。

   国家三、四等三角网为在二等三角网内的进一步加密。

  2.国家高程控制测量

在全国领土范围内，由一系列按国家统一规范测定高程的水准点构成的网称为国家水准网。

一等水准是国家高程控制的骨干，沿地质构造稳定和坡度平缓的交通线布满全国，构成网状。

一等水准路线全长为93000多公里，包括100个闭合环，环的周长为800~1500公里。

二等水准是国家高程控制网的全面基础，一般沿铁路、公路和河流布设。

二等水准环线布设在一等水准环内，每个环的周长为300~700公里，全长为137000多公里，包括822个闭合环。

   三、四等水准网是国家是国家高程控制点的进一步加密，主要是为测绘地形图和各种工程建设提供高程起算数据。

三、四等水准路线应附合于高等级水准点之间，并尽可能交叉，构成闭合环。

  二、小区域控制网

   在10

范围内为地形测图或工程测量所建立的控制网称小区域控制网。

在这个范围内，水准面可视为水平面，可采用独立平面直角坐标系计算控制点的坐标，而不需将测量成果归算到高斯平面上。

小区域控制网应尽可能以国家控制网或城市控制网联测（城市控制网是指在城市地区建立的控制网，它属于区域控制网，它是国家控制网的发展和延伸），将国家或城市控制网的高级控制点作为小区域控制网的起算和校核数据。

如果测区内或测区附近没有高级控制点，或联测较为困难，也可建立独立平面控制网。

   小区域控制网同样也包括平面控制网和高程控制网两种。

平面控制网的建立主要采用导线测量和小三角测量，高程控制网的建立主要采用三、四等水准测量和三角高程测量。

   小区域平面控制网，应根据测区的大小分级建立测区首级控制网和图根控制网。

直接为测图而建立的控制网称为图根控制网，其控制点称为图根点。

图根点的密度应根据测图比例尺和地形条件而定。

   小区域高程控制网，也应根据测区的大小和工程要求采用分级建立。

一般以国家或城市等级水准点为基础，在测区建立三、四等水准路线或水准网，再以三、四等水准点为基础，测定图根点高程。

（二）导线测量

  导线测量是平面控制测量的一种方法（是建立小地区平面控制网常用的一种方法），主要用于隐蔽地区、带状地区、城建区、地下工程、公路、铁路和水利等控制点的测量。

   将相邻控制点连成直线而构成的折线称为导线，控制点称为导线点，折线边称为导线边。

注意相邻导线点之间要保证通视。

      所以，导线测量的工作就是依次测定导线边的水平距离和两相邻导