土力学期末总复习及考研专业课复习试题.docx

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土力学期末总复习及考研专业课复习试题

第7章土的抗剪强度

一、简答题

1.土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数，也就是土的强度指标，为什么？

【答】土的抗剪强度可表达为，称为抗剪强度指标，抗剪强度指标实质上就是抗剪强度参数。

2.同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的，为什么？

【答】对于同一种土，抗剪强度指标与试验方法以及实验条件都有关系，不同的试验方法以及实验条件所测得的抗剪强度指标是不同。

3.何谓土的极限平衡条件？

粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同？

【答】

（1）土的极限平衡条件：

即

或

土处于极限平衡状态时破坏面与大主应力作用面间的夹角为，且

（2）当为无粘性土（）时，或

4.为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面？

如何确定剪切破坏面与小主应力作用方向夹角？

【答】因为在剪应力最大的平面上，虽然剪应力最大，但是它小于该面上的抗剪强度，所以该面上不会发生剪切破坏。

剪切破坏面与小主应力作用方向夹角

5.试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同？

并指出直剪试验土样的大主应力方向。

【答】直剪试验土样的应力状态：

；三轴试验土样的应力状态：

。

直剪试验土样的大主应力作用方向与水平面夹角为900

6.试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。

【答】

直剪试验

三轴压缩试验

试验方法

试验过程

表达

试验方法

试验过程

表达

快剪（Q-test,quicksheartest）

试样施加竖向压力后，立即快速（0.02mm/min）施加水平剪应力使试样剪切

，

不固结不排水三轴试验，简称不排水试验

试样在施加围压和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门

，

固结快剪（consolidatedquicksheartest）

允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏

，

固结不排水三轴试验，简称固结不排水试验

试样在施加围压时打开排水阀门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏

，

慢剪（S-test,slowsheartest）

允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，则以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切

，

固结排水三轴试验，简称排水试验

试样在施加围压时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏

，

目前，室内测定土的抗剪强度指标的常用手段一般是三轴压缩试验与直接剪切试验，在试验方法上按照排水条件又各自分为不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪与快剪、固结快剪、慢剪三种方法。

但直剪试验方法中的“快”和“慢”，并不是考虑剪切速率对土的抗剪强度的影响，而是因为直剪仪不能严格控制排水条件，只好通过控制剪切速率的快、慢来近似模拟土样的排水条件。

由于试验时的排水条件是影响粘性土抗剪强度的最主要因素，而三轴仪能严格控制排水条件，并能通过量测试样的孔隙水压力来求得土的有效应力强度指标。

如有可能，宜尽量采用三轴试验方法来测定粘性土的抗剪强度指标。

各种试验方法的实用性：

抗剪强度指标的取值恰当与否，对建筑物的工程造价乃至安全使用都有很大的影响，因此，在实际工程中，正确测定并合理取用土的抗剪强度指标是非常重要的。

对于具体的工程问题，如何合理确定土的抗剪强度指标取决于工程问题的性质。

一般认为，地基的长期稳定性或长期承载力问题，宜采用三轴固结不排水试验确定的有效应力强度指标，以有效应力法进行分析；而饱和软粘土地基的短期稳定性或短期承载力问题，宜采用三轴不固结不排水试验的强度指标，以总应力法进行分析。

对于一般工程问题，如果对实际工程土体中的孔隙水压力的估计把握不大或缺乏这方面的数据，则可采用总应力强度指标以总应力法进行分析，分析时所需的总应力强度指标，应根据实际工程的具体情况，选择与现场土体受剪时的固结和排水条件最接近的试验方法进行测定。

例如，若建筑物施工速度较快，而地基土土层较厚、透水性低且排水条件不良时，可采用三轴不固结不排水试验（或直剪仪快剪试验）的结果；如果施工速度较慢，地基土土层较薄、透水性较大且排水条件良好时，可采用三轴固结排水试验（或直剪仪慢剪试验）的结果；如果介于以上两种情况之间，可采用三轴固结不排水试验（或直剪仪固结快剪）的结果。

由于三轴试验和直剪试验各自的三种试验方法，都只能考虑三种特定的固结情况，但实际工程的地基所处的环境比较复杂，而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历不同的固结状态，要想在室内完全真实地模拟实际工程条件是困难的。

所以，在根据实验资料确定抗剪强度指标的取值时，还应结合工程经验。

7.根据孔隙压力系数A、B的物理意义，说明三轴UU和CU试验中求A、B两系数的区别。

【答】孔隙压力系数A为在偏应力增量作用下孔隙压力系数，孔隙压力系数B为在各向应力相等条件下的孔隙压力系数，即土体在等向压缩应力状态时单位围压增量所引起的孔隙压力增量。

三轴试验中，先将土样饱和，此时B=1，在UU试验中，总孔隙压力增量为：

；在CU试验中，由于试样在作用下固结稳定，故，于是总孔隙压力增量为：

8.同钢材、混凝土等建筑材料相比，土的抗剪强度有何特点？

同一种土其强度值是否为一个定值？

为什么？

【答】

（1）土的抗剪强度不是常数；

（2）同一种土的强度值不是一个定值；（3）土的抗剪强度与剪切滑动面上的法向应力相关，随着的增大而提高。

9.影响土的抗剪强度的因素有哪些？

【答】

（1）土的基本性质，即土的组成、土的状态和土的结构，这些性质又与它的形成环境和应力历史等因素有关；

（2）当前所处的应力状态；（3）试验中仪器的种类和试验方法；（4）试样的不均一、试验误差、甚至整理资料的方法等都会影响试验的结果。

10.土体的最大剪应力面是否就是剪切破裂面？

二者何时一致？

【答】

（1）根据土体的极限平衡理论可知，土中某点，该点即处于极限平衡状态，它所代表的作用面即为土体的剪切破裂面，且破裂角。

另外，根据静力平衡条件，可得作用于土体某单元体内与大主应力作用面成角任意方向平面上的法向正应力和剪应力为：

，，要使该平面上的剪应力达到最大值，必须使，即。

所以，土体中最大剪应力作用面与大主应力作用面的夹角是。

显然，，所以土体的最大剪应力面不是剪切破裂面。

（2）对于饱和软粘土，在不排水条件下，其内摩擦角，此时成立，即土体的最大剪应力面即为剪切破裂面。

11.如何理解不同的试验方法会有不同的土的强度，工程上如何选用？

【答】直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验、现场十字板剪切试验

若建筑物施工速度较快，而地基土的透水性和排水条件不良时，可采用三轴仪不固结不排水试验或直剪仪快剪试验的结果；如果地基荷载增长速率较慢，地基土的透水性不太小（如低塑性的粘土）以及排水条件又较佳时（如粘土层中夹砂层），则可以采用固结排水或慢剪试验结果；如果介于以上两种情况之间，可用固结不排水或固结快剪试验结果；由于实际加荷情况和土的性质是复杂的，而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历不同的固结状态，因此，在确定强度指标时还应结合工程经验。

12.砂土与粘性土的抗剪强度表达式有何不同？

同一土样的抗剪强度是不是一个定值？

为什么？

【答】砂性土的抗剪强度表达式：

；粘性土的抗剪强度表达式：

。

同一土样的抗剪强度不是一个定值，因为它受到试验方法特别是排水条件不同的影响。

13.土的抗剪强度指标是什么?

通常通过哪些室内试验、原位测试测定?

【答】土的抗剪强度指标：

土的粘聚力、土的内摩擦角。

室内试验有：

直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验；十字板剪切试验为原位测试测定。

14.三轴压缩试验按排水条件的不同，可分为哪几种试验方法？

工程应用时，如何根据地基土排水条件的不同，选择土的抗剪强度指标？

【答】三轴压缩试验按排水条件的不同，可分为不固结不排水剪.固结不排水剪和固结排水剪

三种试验方法。

工程应用时，当地基土的透水性和排水条件不良而施工速度较快时，可选用不固结不排水剪切试验指标；当地基土的透水性和排水条件较好而施工速度较慢时，可选用固结排水剪切试验指标；当地基土的透水性和排水条件及施工速度界于两者之间时，可选用固结不排水剪切试验指标。

15.简述直剪仪的优缺点。

【三峡大学2006年研究生入学考试试题】

【答】优点：

简单易行，操作方便；缺点：

①不能控制试样排水条件，不能量测试验过程中试件内孔隙水压力变化。

②试件内的应力复杂，剪切面上受力不均匀，试件先在边缘剪破，在边缘发生应力集中现象。

③在剪切过程中，应力分布不均匀，受剪面减小，计算抗剪强度未能考虑。

④人为限定上下盒的接触面为剪切面，该面未必是试样的最薄弱面。

二、填空题

1.土抵抗剪切破坏的极限能力称为土的__抗剪强度__。

2.无粘性土的抗剪强度来源于土颗粒之间滑动摩擦力及凹凸面之间相互咬合的摩阻力。

3.粘性土处于应力极限平衡状态时，剪裂面与最大主应力作用面的夹角为。

4.粘性土抗剪强度库仑定律的总应力的表达式 ；有效应力的表达式。

5.粘性土抗剪强度指标包括粘聚力；内摩擦角。

6.一种土的含水量越大，其内摩擦角越 小。

7.已知土中某点，，该点最大剪应力值为  20kpa   ，与主应力的夹角为  。

8.对于饱和粘性土，若其无侧限抗压强度为，则土的不固结不排水抗剪强度指标 。

9.已知土中某点，，该点最大剪应力作用面上的法向应力为 40kpa  ，剪应力为 20kpa 。

10.若反映土中某点应力状态的莫尔应力圆处于该土的抗剪强度线下方，则该点处于稳定状态。

11.三轴试验按排水条件可分为 不固结不排水试验 、 固结不排水试验 、 固结排水试验 三种。

12.土样最危险截面与大主应力作用面的夹角为 。

13.土中一点的摩尔应力圆与抗剪强度包线相切，表示它处于 极限平衡状态。

14.砂土的内聚力 等于  （大于、小于、等于）零。

三、选择题

1．若代表土中某点应力状态的莫尔应力圆与抗剪强度包线相切，则表明土中该点（ ）。

  （A）任一平面上的剪应力都小于土的抗剪强度

  （B）某一平面上的剪应力超过了土的抗剪强度

  （C）在相切点所代表的平面上，剪应力正好等于抗剪强度

 （D）在最大剪应力作用面上，剪应力正好等于抗剪强度（容易出错选项）

2.土中一点发生剪切破坏时，破裂面与小主应力作用面的夹角为（ ）。

 （A）       （B）     （C）      （D）

3.土中一点发生剪切破坏时，破裂面与大主应力作用面的夹角为（ ）。

 （A）       （B）     （C）      （D）

4.无粘性土的特征之一是（ ）。

（A）塑性指数 （B）孔隙比    （C）灵敏度较高   （D）粘聚力

5.在下列影响土的抗剪强度的因素中，最重要的因素是试验时的（ ）。

（A）排水条件 （B）剪切速率 （C）应力状态  （D）应力历史

6．下列说法中正确的是（ 全错）

（A）土的抗剪强度与该面上的总正应力成正比无粘性土

（B）土的抗剪强度与该面上的有效正应力成正比

（C）剪切破裂面发生在最大剪应力作用面上

（D）破裂面与小主应力作用面的夹角为

7.饱和软粘土的不排水抗剪强度等于其无侧限抗压强度试验的（ ）。

Tf=cu=1/2qu

（A）2倍    （B）1倍      （C）1/2倍       （D）1/4倍

8.软粘土的灵敏度可用（ ）测定。

 （A）直接剪切试验    （B）室内压缩试验     （C）标准贯入试验   （D）十字板剪切试验或无侧限压缩试验

9．饱和粘性土的抗剪强度指标（ ）。

（A）与排水条件有关                  （B）与基础宽度有关

（C）与试验时的剪切速率无关          （D）与土中孔隙水压力是否变化无关

10.通过无侧限抗压强度试验可以测得粘性土的（ ）。

无侧限压缩试验

（A）和     （B）和     （C）和     （D）和

11.土的强度破坏通常是由于（ ）。

（A）基底压力大于土的抗压强度所致

（B）土的抗拉强度过低所致

（C）土中某点的剪应力达到土的抗剪强度所致

（D）在最大剪应力作用面上发生剪切破坏所致

12．（ ）是在现场原位进行的。

（A）直接剪切试验              （B）无侧限抗压强度试验

（C）十字板剪切试验            （D）三轴压缩试验

13.三轴压缩试验的主要优点之一是（ ）。

（A）能严格控制排水条件     （B）能进行不固结不排水剪切试验

（C）仪器设备简单           （D）试验操作简单

14.无侧限抗压强度试验属于（ ）。

测定饱和粘性土不排水剪强度的试验方法

（A）不固结不排水剪    （B）固结不排水剪    （C）固结排水剪    （D）固结快剪

15.十字板剪切试验属于（ ）。

（A）不固结不排水剪    （B）固结不排水剪    （C）固结排水剪    （D）慢剪

16.十字板剪切试验常用于测定（ ）的原位不排水抗剪强度。

（A）砂土     （B）粉土      （C）粘性土      （D）饱和软粘土

17.当施工进度快.地基土的透水性低且排水条件不良时，宜选择（ ）试验。

（A）不固结不排水剪 （快剪） （B）固结不排水剪  （C）固结排水剪    （D）慢剪

18.三轴压缩试验在不同排水条件下得到的内摩擦角的关系是（ ）。

 （A）           （B）  

 （C）           （D）

19.对一软土试样进行无侧限抗压强度试验，测得其无侧限抗压强度为40kPa，则该土的不排水抗剪强度为（ ）。

（A）40kPa     （B）20kPa      （C）10kPa     （D）5kPa

20.现场十字板剪切试验得到的强度与室内哪一种试验方法测得的强度相当？

（ ）

（A）慢剪      （B）固结快剪      （C）快剪

21.土样在剪切过程中，其应力-应变曲线具有峰值特征的称为（ ）。

（A）加工软化型    （B）加工硬化型      （C）塑性型

22.取自同一土样的三个饱和试样进行三轴不固结不排水剪切试验，其围压分别为50、100、150kPa，最终测得的强度有何区别？

（ ）。

（A）越大，强度越大        

（B）越大，孔隙水压力越大，强度越小

（C）与无关，强度相似      

23.一个密砂和一个松砂饱和试样，进行三轴不固结不排水剪切试验，试问破坏时试样中的孔隙水压力有何差异？

（ ）

（A）一样大       （B）松砂大        （C）密砂大

24.下列叙述中，正确的是（   ）。

  （A）土的强度破坏是由于土中某点的剪应力达到土的抗剪强度所致

  （B）土体发生强度破坏时，破坏面上的剪应力达到最大值    

  （C）土的抗剪强度就是土体中剪应力的最大值

   （D）粘性土和无粘性土具有相同的抗剪强度规律

25.下面说法中，正确的是（   ）。

   （A）当抗剪强度包线与摩尔应力圆相离时，土体处于极限平衡状态

   （B）当抗剪强度包线与摩尔应力圆相切时，土体处于弹性平衡状态

   （C）当抗剪强度包线与摩尔应力圆相割时，说明土体中某些平面上的剪应力超过了相应面的抗剪强度

   （D）当抗剪强度包线与摩尔应力圆相离时，土体处于剪坏状态

26.在直剪试验中，实际土样剪切面上的正应力：

   （A）始终不变      （B）逐渐减小       （C）逐渐增大

27.下面有关直接剪切试验的叙述中，正确的是（   ）。

   （A）土样沿最薄弱的面发生剪切破坏     （B）剪切面上的剪应力分布不均匀

   （C）剪切面上的剪应力分布均匀       （D）试验过程中，可测得孔隙水压力

28.土的强度实质上是土的抗剪强度，下列有关抗剪强度的叙述正确的是（   ）。

   （A）砂土的抗剪强度是由内摩擦力和粘聚力形成的

   （B）粉土、粘性土的抗剪强度是由内摩擦力和粘聚力形成的

   （C）粉土的抗剪强度是由内摩擦力形成的

   （D）在法向应力一定的条件下，土的粘聚力越大，内摩擦力越小，抗剪强度愈大

29.下面有关三轴压缩试验的叙述中，错误的是（   ）。

   （A）三轴压缩试验能严格地控制排水条件

   （B）三轴压缩试验可量测试样中孔隙水压力的变化

   （C）试验过程中，试样中的应力状态无法确定，较复杂直剪试验

   （D）破裂面发生在试样的最薄弱处

30.三轴试验时，最小主应力方向和破裂面的夹角为

（A）          （B）           （C）

31.无侧限抗压强度试验适用于（   ）的抗剪强度指标的测定。

 （A）砂土    （B）粘性土   （C）粉土     （D）饱和粘性土

32.饱和粘性土的抗剪强度指标（   ）。

   （A）与排水条件无关       （B）与排水条件有关

   （C）与土中孔隙水压力的变化无关 （D）与试验时的剪切速率无关

34.在厚度较大的饱和软粘性土层上修建筒仓建筑时，对土的抗剪强度宜采用（  ）

（A）不排水剪           （B）固结不排水剪          （C）排水剪

35.在饱和粘土三轴不排水试验中，围压越大，则测出的不排水强度（  ）。

  （A）越大      （B）越小     （C）不变

36.直剪试验土样的破坏面在上下剪切盒之间，三轴试验土样的破坏面？

（  ）

（A）与试样顶面夹角呈面          （B）与试样顶面夹角呈 

（C）与试样顶面夹角呈

37.饱和粘性土的不固结不排水强度主要取决于（   ）

（A）围压大小 （B）土的原有强度（C）孔隙压力系数大小（D）偏应力大小

四、判断改错题

1.直接剪切试验的优点是可以严格控制排水条件，而且设备简单.操作方便。

2.砂土的抗剪强度由摩擦力和粘聚力两部分组成。

3.十字板剪切试验不能用来测定软粘土的灵敏度。

4.对饱和软粘土，常用无侧限抗压强度试验代替三轴仪不固结不排水剪切试验。

√

5.土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。

√

6.在实际工程中，代表土中某点应力状态的莫尔应力圆不可能与抗剪强度包线相割。

√

7.当饱和土体处于不排水状态时，可认为土的抗剪强度为一定值。

√

8.除土的性质外，试验时的剪切速率是影响土体强度的最重要的因素。

×，改“剪切速率”为“排水条件”。

9.在与大主应力面成的平面上剪应力最大，故该平面总是首先发生剪切破坏。

×，在的平面上剪应力虽然为最大，但相应的抗剪强度更大。

10.破裂面与大主应力作用线的夹角为。

×，应为

11.对于无法取得原状土样的土类，如在自重作用下不能保持原形的软粘土，其抗剪强度的测定应采用现场原位测试的方法进行。

√

12.对施工速度很快的砂土地基，宜采用三轴仪不固结不排水试验或固结不排水试验的强度指标作相关的计算。

×，砂土透水性大，通常只进行排水剪试验。

13.由不固结不排水剪切试验得到的指标称为土的不排水抗剪强度。

√

14.工程上天然状态的砂土常根据标准贯入试验锤击数按经验公式确定其内摩擦角。

√

五、计算题

1.已知地基土的抗剪强度指标，，问当地基中某点的大主应力

，而小主应力为多少时，该点刚好发生剪切破坏？

  解：

2.已知土的抗剪强度指标，，若作用在土中某平面上的正应力和剪应力分别为.，问该平面是否会发生剪切破坏？

解：

  因为，所以该平面会发生剪切破坏。

3.对某砂土试样进行三轴固结排水剪切试验，测得试样破坏时的主应力差，周围压力，试求该砂土的抗剪强度指标。

解：

4.一饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结不排水试验，施加周围压力，试样破坏时的主应力差，测得孔隙水压力，整理试验成果得有效应力强度指标.。

问：

（1）破坏面上的法向应力和剪应力以及试样中的最大剪应力为多少？

（2）为什么试样的破坏面发生在的平面而不发生在最大剪应力的作用面？

解析：

本题中饱和粘性土为超固结粘性土，在三轴压缩试验中进行固结不排水试验，注意与第5题对比理解，充分利用莫尔应力圆求解抗剪强度。

（1）

解法2：

tf=（275-180）xtan30+=结合强度包线和莫尔应力圆理解

（2）破坏面上

在最大剪应力作用面上

解答过程：

最大剪应力作用面上

=1/2（500+200）

=350kpa

抗剪强度为（350-180）tan30+=

5.一正常固结饱和粘性土样在三轴仪中进行固结不排水剪切试验，试件在周围压力作用下，当通过传力杆施加的竖向压力达到200kPa时发生破坏，并测得此时试件中的孔隙水压力。

试求土地有效粘聚力和有效内摩擦角.破坏面上的有效正应力和剪应力。

解析：

本题中饱和粘性土为正常固结粘性土在三轴压缩试验中进行固结不排水剪切试验。

解：

正常固结饱和粘性土进行固结不排水剪切试验时，。

（类比记忆：

饱和粘性土不固结不排水剪切试验时，u=0，正常固结饱和粘土慢剪（固结排水剪）时Cs≈0）

破坏面上的有效正应力和剪应力分别为：

（剪破时剪破面上的法向有效应力）

解法2：

土体的抗剪强度=150tan30+0=87kpa

7.一饱和粘性土试样进行固结不排水剪切试样，施加的周围压力，试样破坏时的主应力差。

已知土的粘聚力，内摩擦角，是说明为什么试样的破坏面不发生在最大剪应力的作用面？

解：

最大剪应力作用面上

=1/2（755+300）=

=+50=242kpa

      参看第4题解答思路

8.从饱和粘性土层中取出土样加工成三轴试样，由固结不排水试验得，。

若对同样的土样进行不固结不排水试验，当试样放入压力室时测得初始孔隙水压力，然后关闭排水阀，施加周围压力，随后施加竖向压力至试样破坏，测得破坏时的孔隙压力系数，求此试样的不排水抗剪强度。

解：

饱和粘性土在不固结不排水试验时，u=0，强度包线为平行水平轴的直线，此时=（-）/2，即

    （复习课本P110，饱和土的B=1）

根据土的极限平衡条件：

  即

将..代入上式，得

解得

9.某土的压缩系数为，强度指标，。

若作用在土样上的大小主应力分别为和，问该土样是否破坏？

若小主应力为，该土样能经受的最大主应力为多少？

解：

破裂角

（不会破坏）

10.已知地基中一点的大主应力为，地基土的粘聚力和内摩擦角分别为和。

求该点的抗剪强度。

11.某完全饱和土样，已知土的抗剪强度指标为，；，；，，则：

（1）若该土样在作用下进行三轴固结不排水剪切试验，则破坏时的约为多少？

（2）在，，时土样可能破裂面上的剪应力是多少？

土样是否会破坏？

（1）

（2）

破裂角：

（不会破坏）

12.某饱和粘性土由无侧限抗压强度试验测得其不排水抗剪强度，如对同一土样进行三轴不固结不排水