《土力学》第四章习题集及详细解答.docx

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《土力学》第四章习题集及详细解答

《土力学》第四章习题集及详细解答

第4章土中应力

一填空题

1.土中应力按成因可分为           和          。

2.土中应力按土骨架和土中孔隙的分担作用可分为           和           。

3.地下水位下降则原水位出处的有效自重应力              。

4.计算土的自重应力应从                   算起。

5.计算土的自重应力时，地下水位以下的重度应取                    。

二选择题

1．建筑物基础作用于地基表面的压力，称为（  A）。

（A）基底压力；（B）基底附加压力 ；（C）基底净反力； （D）附加应力

2．在隔水层中计算土的自重应力

c时，存在如下关系（  B）。

（A）

=静水压力               

（B）

=总应力，且静水压力为零

（C）

=总应力，但静水压力大于零

（D）

=总应力—静水压力，且静水压力大于零

3．当各土层中仅存在潜水而不存在毛细水和承压水时，在潜水位以下的土中自重应力为（ C ）。

（A）静水压力

（B）总应力

（C）有效应力，但不等于总应力

（D）有效应力，但等于总应力

4．地下水位长时间下降，会使（  A）。

（A）地基中原水位以下的自重应力增加

（B）地基中原水位以上的自重应力增加

（C）地基土的抗剪强度减小

（D）土中孔隙水压力增大

5．通过土粒承受和传递的应力称为（ A ）。

（A）有效应力；（B）总应力；（C）附加应力；（D）孔隙水压力

6．某场地表层为4m厚的粉质黏土，天然重度

=18kN/m3，其下为饱和重度

sat=19kN/m3的很厚的黏土层，地下水位在地表下4m处，经计算地表以下2m处土的竖向自重应力为（  B）。

（A）72kPa；     （B）36kPa；  （C）16kPa；  （D）38kPa

7．同上题，地表以下5m处土的竖向自重应力为（  A）。

（A）91kPa；     （B）81kPa；  （C）72kPa；  （D）41kPa

8．某柱作用于基础顶面的荷载为800kN，从室外地面算起的基础深度为1.5m，室内地面比室外地面高0.3m，基础底面积为4m2，地基土的重度为17kN/m3，则基底压力为（ C ）。

（A）229.7kPa；  （B）230kPa；  （C）233kPa； （D）236kPa

9．由建筑物的荷载在地基内产生的应力称为（ B ）。

（A）自重应力；  （B）附加应力；（C）有效应力； （D）附加压力

10．已知地基中某点的竖向自重应力为100kPa，静水压力为20kPa，土的静止侧压力系数为0.25，则该点的侧向自重应力为（ D ）。

（A）60kPa；    （B）50kPa；   （C）30kPa；     （D）25kPa

11．由于建筑物的建造而在基础底面处产生的压力增量称为（ C ）。

（A）基底压力；  （B）基底反力；（C）基底附加应力；（D）基底净反力

12．计算基础及上回填土的总重量时，其平均重度一般取（  C）。

（A）17kN/m3；  （B）18kN/m3；   （C）20kN/m3；   （D）22kN/m3

13．在单向偏心荷载作用下，若基底反力呈梯形分布，则偏心距与矩形基础长度的关系为（ A ）。

（A）

； （B）

 ； （C）

 ；  （D）

14．设b为基础底面宽度，则条形基础的地基主要受力层深度为（ A ）。

（A）3b；      （B）4b；       （C）5b；       （D）6b；

15．设b为基础底面宽度，则方形基础的地基主要受力层深度为（ A ）。

（A）1.5b ；   （B）2b；       （C）2.5b ；    （D）3b；

16．已知两矩形基础，一宽为2m，长为4m，另一宽为4m，长为8m，若两基础的基底附加压力相等，则两基础角点下附加应力之间的关系是（ B ）。

（A）两基础基底下z深度处应力竖向应力分布相同

（B）小尺寸基础角点下z深度处应力与大尺寸基础角点下2z深度处应力相等

（C）大尺寸基础角殿下z深度处应力与小尺寸基础焦点下2z深度处应力相等

17．当地下水位突然从地表下降至基底平面处，对基底附加应力的影响是（ A ）。

（A）没有影响 ；   （B）基底附加压力增大；   （C）基底附加压力减小

18．当地基中附加应力曲线为矩形时，则地面荷载形式为（  D）。

（A）圆形均布荷载               （B）矩形均布荷载

（C）条形均布荷载               （D）无穷均布荷载

19．计算土中自重应力时，地下水位以下的土层应采用（ C ）。

（A）湿重度；  （B）饱和重度；   （C）浮重度；   （D）天然重度

20．在基底附加压力的计算公式P0=P—

md，d为（  D）。

（A）基础平均深度

（B）从室内地面算起的深度

（C）从室外地面算起的深度

（D）从天然地面算起的埋深，对于新填土场地应从老天然地面算起

三、判断改错题

1．×，均呈线性增长。

2．√

3．√

4．×，应从老天然地面算起。

5．×，从计算公式

可以看出，由于

一般略小于20

，故增大埋深

反而会使

略有增加。

6．√

7．×，土的自重应力引起的土体变形在建造房屋前已经完成，只有新填土或地下水位下降等才会引起变形。

8．×，应为侧向与竖向有效自重应力之比。

9．√，因为有效应力的增长在弱透水土层中需较长的时间。

10．×，还应包括基础及其上回填土的重量在基底所产生的压力增量。

11．×，改“集中”为“扩散”。

1．在均质地基中，竖向自重应力随深度线性增加，而侧向自重应力则呈非线性增加

2．由于土中自重应力属于有效应力，因而与地下水位的升降无关

3．若地表为一无限大的水平面，则土的重力在土中任一竖直面上产生的剪应力等于零

4．在基底附加压力的计算公式中，对于新填土场地，基底处土的自重应力应从填土面算起

5．增大柱下独立基础的埋深，可以减小基底的平均附加压力

6．柱下独立基础埋深的大小对基底附加应力影响不大

7．由于土的自重应力属于有效应力，因此在建筑物建造后，自重应力仍会继续使土体产生变形

8．土的静止侧压力系数K0为土的侧向与竖向自重应力之比

9．在弱透水土层中，若地下水位短时间下降，则土的自重应力不会明显增大

10．基底附加压力在数值上等于上部结构荷载在基底所产生的压力增量

11．竖向附加应力的分布范围相当大，它不仅分布在荷载面积之下，而且还分布到荷载面积以外，这就是所谓的附加应力集中现象

四简答题

1．何谓土中应力？

它有哪些分类和用途？

2．怎样简化土中应力计算模型？

在工程中应注意哪些问题？

3．地下水位的升降对土中自重应力有何影响？

在工程实践中，有哪些问题应充分考虑其影响？

4．基底压力分布的影响因素有哪些？

简化直线分布的假设条件是什么？

5．如何计算基底压力

和基底附加压力

？

两者概念有何不同？

6．土中附加应力的产生原因有哪些？

在工程实用中应如何考虑？

7．在工程中，如何考虑土中应力分布规律？

五计算题

1．某建筑场地的地层分布均匀，第一层杂填土厚1.5m，

=17KN/

；第二层粉质黏土厚4m,

=19KN/

=2.73,w=31%,地下水位在地面下2m深处；第三层淤泥质黏土厚8m，

=18.2KN/

=2.74,w=41%;第四层粉土厚3m,

=19.2KN/

=2.72,w=27%;第五层砂岩未钻穿。

试计算各层交界处的竖向自重应力

，并绘出

沿深度分布图。

（答案：

第四层底

=306.9KPa）

2．某构筑物基础如图4-1所示，在设计地面标高处作用有偏心荷载680KN,偏心距1.31m,基础埋深为2m,底面尺寸为4m

2m。

试求基底平均压力

和边缘最大压力

，并绘出沿偏心方向的基底压力分布图。

（答案：

=301KPa）

           图4-1 

3．某矩形基础的底面尺寸为4m

2.4m,设计地面下深埋为1.2m（高于天然地面0.2m）,设计地面以上的荷载为1200KN,基底标高处原有土的加权平均重度为18KN/

。

试求基底水平面1点及2点下各3.6m深度

点及

点处的地基附加应力

值（见图4-2）。

（答案：

点处

=28.3KPa）

图4-2

4．某条形基础的宽度为2m，在梯形分布的条形荷载（基底附加应力）下，边缘（

=200KPa,（

=100KPa，试求基底宽度中点下和边缘两点下各3m及6m深度处值的

值。

（答案：

中点下3m及6m处

分别为59.4及31.2KPa）

5．某路基的宽度为8m（顶）和16m（底），高度H为2m（图4-3），填土重度

为18KN/

试求路基底面中心点和边缘点下深度位m处地基附加应力

值。

（答案：

中心点下2m深处

=35.41KPa）

图4-3

6．按图4—4中给出的资料，计算地基中各土层分界处的自重应力。

如地下水位因某种原因骤然下降至▽35.0高程，细砂层的重度为

=18.2kN/m3，问此时地基中的自重应力有何改变？

图4—4

 7．某场地自上而下的土层分布为：

杂填土，厚度1m，

=16kN/m3；粉质黏土，厚度5m，

=19kN/m3，

/=10kN/m3，K0=0.32；砂土。

地下水位在地表以下2m深处。

试求地表下4m深处土的竖向和侧向有效自重应力，竖向和侧向总应力。

8．某外墙下条形基础底面宽度为b=1.5m，基础底面标高为-1.50m，室内地面标高为±0.000，室外地面标高为-0.60m，墙体作用在基础顶面的竖向荷载F=230kN/m，试求基底压力P。

9． 某场地地表0.5m为新填土，

=16kN/m3，填土下为黏土，

=18.5kN/m3，w=20％，ds=2.71，地下水位在地表下1m。

现设计一柱下独立基础，已知基底面积A=5m2，埋深d=1.2m，上部结构传给基础的轴心荷载为F=1000kN。

试计算基底附加压力P0。

10． 某柱下方形基础边长4m，基底压力为300kPa，基础埋深为1.5，地基土重度为18kN/m3，试求基底中心点下4m深处的竖向附加应力。

已知边长为2m的均布方形荷载角点和中心殿下4m深处的竖向附加应力系数分别为0.084和0.108。

11．已知条形均布荷载P0=200kPa，荷载面宽度b=2m，试按均布矩形荷载下的附加应力计算公式计算条形荷载面中心殿下2m深处的竖向附加应力。

12．有相邻两荷载面积A和B，其尺寸，相应位置及所受荷载如图4—5所示。

若考虑相邻荷载B的影响，试求A荷载中心点以下深度z=2m处的竖向附加应力

z。

图4—5

13． 某地基地表至4.5m深度为砂土层，4.5~9.0m为黏土层，其下为不透水页岩。

地下水位距地表2.0m。

已知水位以上砂土的平均孔隙比为0.52，平均饱和度为37％，黏土的含水量为42％，砂土和黏土的相对密度均为2.65。

试计算地表至黏土层底面范围内的竖向总应力，有效应力和孔隙水压力，并绘制相应的应力分布图。

（取

w=9.81kN/m3）

14．图4—6中所示的柱下独立基础底面尺寸为5m×2.5m，试根据图中所给资料计算基底压力

，

，

及基底中心点下2.7m深处的竖向附加应力

。

图4—6

15．已知一条形基础底面尺寸为60m×4m，设基底压力均匀分布，基底中心点下2m深度处的竖向附加应力为

，问基底角点下4m深度处竖向附加应力为多少？

16．图4—7所示为一座平面是L形的建筑物的筏型基础，试按角点法计算地基附加应力的概念分析建筑物上各点A~F中，哪一点的沉降最大？

为什么？

图4—7

第四章参考答案

一、填空题

1． 自重应力、附加应力

2． 有效应力、孔隙压力

3． 增加

4． 天然地面（老天然地面）

5． 有效重度（浮重度）

二、选择题

1.A 2.B 3.C 4.A 5.A 6.B 7.B8.C 9.B 10.D 11.C 12.C  13.A 

14.A

15.A 16.B 17.A 18.D 19.C 20.D

三判断改错题

1．×，均呈线性增长。

2．√

3．√

4．×，应从老天然地面算起。

5．×，从计算公式

可以看出，由于

一般略小于20

，故增大埋深

反而会使

略有增加。

6．√

7．×，土的自重应力引起的土体变形在建造房屋前已经完成，只有新填土或地下水位下降等才会引起变形。

8．×，应为侧向与竖向有效自重应力之比。

9．√，因为有效应力的增长在弱透水土层中需较长的时间。

10．×，还应包括基础及其上回填土的重量在基底所产生的压力增量。

11．×，改“集中”为“扩散”。

四简答题

1.【答】

  土体在自重、建筑物荷载及其它因素的作用下均可产生土中应力。

一般来说土中应力是指自重应力和附加应力。

  土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种。

自重应力是指土体在自身重力作用下产生的尚未完成的压缩变形，因而仍将产生土体或地基的变形。

附加应力它是地基产生变形的的主要原因，也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因。

  土中应力安土骨架和土中孔隙的分担作用可分为有效应力和孔隙应力两种。

土中有效应力是指土粒所传递的粒间应力。

它是控制土的体积（变形）和强度两者变化的土中应力。

土中孔隙应力是指土中水和土中气所传递的应力。

2.【答】

  我们把天然土体简化为线性弹性体。

即假设地基土是均匀、连续、各向同性的半无限空间弹性体而采用弹性理论来求解土中应力。

  当建筑物荷载应力变化范围比较大，如高层建筑仓库等筒体建筑就不能用割线代替曲线而要考虑土体的非线性问题了。

3.【答】

  地下水下降，降水使地基中原水位以下的有效自重应力增加与降水前比较犹如产生了一个由于降水引起的应力增量

，它使土体的固结沉降加大，故引起地表大面积沉降。

  地下水位长期上升（如筑坝蓄水）将减少土中有效自重应力。

1、 若地下水位上升至基础底面以上，它对基础形成浮力使地基土的承载力下降。

2、 地下水位上升，如遇到湿陷性黄土造成不良后果（塌陷）

3、 地下水位上升，粘性土湿化抗剪强度降低。

4.【答】

  基底压力的大小和分布状况与荷载的大小和分布、基础的刚度、基础的埋置深度以及地基土的性质等多种因素。

  假设条件：

刚性基础、基础具有一定的埋深，依据弹性理论中的圣维南原理。

5.【答】

  基地压力P计算：

     （中心荷载作用下）

 （偏心荷载作用下）

 基地压力

计算：

  基地压力P为接触压力。

这里的“接触”，是指基础底面与地基土之间的接触，这接触面上的压力称为基底压力。

  基底附加压力

为作用在基础底面的净压力。

是基底压力与基底处建造前土中自重应力之差，是引起地基附加应力和变形的主要原因。

6.【答】

  由外荷载引起的发加压力为主要原因。

需要考虑实际引起的地基变形破坏、强度破坏、稳定性破坏。

7.【答】

  由于附加应力扩散分布，他不仅发生在荷载面积之下，而且分布在荷载面积相当大的范围之下。

所以工程中：

1、 考虑相邻建筑物时，新老建筑物要保持一定的净距，其具体值依原有基础荷载和地基土质而定，一般不宜小于该相邻基础底面高差的1-2倍；

2、 同样道理，当建筑物的基础临近边坡即坡肩时，会使土坡的下滑力增加，要考虑和分析边坡的稳定性。

要求基础离开边坡有一个最小的控制距离a.

3、 应力和应变时联系在一起的，附加应力大，地基变形也大；反之，地基变形就小，甚至可以忽略不计。

因此我们在计算地基最终沉降量时，“沉降计算深度

”用应力比法确定。

五、计算题

1．解：

第一层底：

第二层土：

地下水位处：

层底：

第三层底：

第四层底：

第五层顶：

（图略）

2．解：

荷载因偏心而在基底引起的弯矩为：

基础及回填土自重：

偏心距：

因

，说明基底与地基之间部分脱开，故应从新分布计算

   （图略）

3．解：

基底压力：

基底附加压力:

点

:

过1点将基底分成相等的两块，每块尺寸为

故

，

，查表4-5得

故有：

点

：

过2点做如下图所示矩形，对矩形ac2d，

，

查表4-5得

；对矩形bc21 

，

查表4-5得

，故

a       b         c

d      1          2

4．解：

图表求解（查找相对应的系数用表）

Z（m）

z/b

均布荷载

=100kPa

三角形分布荷载

=100kPa

总铅直应力

（kPa）

x/b

（kPa）

x/b

（kPa）

中点下

3

1.5

0

0.396

39.6

0.5

0.2

20

59.6

6

3

0

0.208

20.8

0.5

0.104

10.4

31.2

荷载最小端

3

1.5

0.5

0.334

33.4

0

0.145

14.5

47.9

6

3

0.5

0.198

19.8

0

0.096

9.6

29.4

荷载最大端

3

1.5

0.5

0.334

33.4

1

0.185

18.5

51.9

6

3

0.5

0.198

19.8

1

0.104

10.4

30.2

5．解：

土坝最大自重应力

（1）中心点下2m深处：

      f                     e           

a       b                c       d

对于△abf（或者△cde），

，

，

查其表，得

，故有

对于□bcef， 

，  

，

查其表，得，

，故有

则

（2）边缘点下2m深处：

（以右边缘点为例）

应力系数列表：

载荷面积

abf

4

0.5

0.003

bcef

1

0.25

0.019

cde

0

0.5

0.127

故有：

6．解：

地下水位处：

黏土层底：

粉质黏土层底：

细砂层底：

地下水位骤然下降至▽35.0高程时：

黏土和粉质黏土层因渗透性小，土体还来不及排水固结，孔隙水压力没有明显下降，含水量不变，故自重应力没什么变化。

细砂层渗透性大，排水固结块，因水位下降而产生的应力增量很快就转化为有效自量应力，故细砂层底的自重应力为：

7．解：

土的自重应力            

静水压力：

竖向总应力：

侧向总应力：

8．解              

9．解：

先计算黏土层的有效重度：

基底压力：

基底处土的自重应力（从黏土层算起）：

基底附加压力：

10．解：

11．解       因为是中点下所以 

，故查表4-10得

，于是有

12．解：

    A荷载产生的附加应力：

荷载可按均匀布计算，

。

 由

，

 B荷载产生的附加应力：

（根据角点法）

    由

    由

    由

●    由

，于是

● 

●                    

13．解：

●砂土层水位以上：

●           

●           

●砂土层水位以下：

●             

●黏土层：

●             

●             

●地下水位处：

●                    

●                          

●                     

●砂土层底：

●                    

●                       

●                      

●黏土层底：

●                     

●                        

●                      

14．解：

●               

●                 

●              

●                   

●                   

●              

●           

●              

●                          

●                

15．解：

● 采用角点法计算时，对基底中心点下2m深处：

应将基底面积分为4块，每块得

16．解：

● D点沉降最大，按角点法划分基础D点处在角上的最多，所以影响最大。