浙江大学土力学答案

浙江大学土力学答案（精选8篇）

篇1：浙江大学土力学答案

土力学作业试题答案

1. 什么是土的颗粒级配？什么是土的颗粒级配曲线？

土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配（粒度成分）。根据颗分试验成果绘制的曲线（采用对数坐标表示，横坐标为粒径，纵坐标为小于（或大于）某粒径的土重（累计百分）含量）称为颗粒级配曲线，它的坡度可以大致判断土的均匀程度或级配是否良好。

2. 粘土颗粒为什么会带电？

研究表明，片状粘土颗粒的表面，由于下列原因常带有布平衡的负电荷。①离解作用：指粘土矿物颗粒与水作用后离解成更微小的颗粒，离解后的阳离子扩散于水中，阴离子留在颗粒表面；②吸附作用：指溶于水中的微小粘土矿物颗粒把水介质中一些与本身结晶格架中相同或相似的离子选择性地吸附到自己表面；③同晶置换：指矿物晶格中高价的阳离子被低价的离子置换，常为硅片中的Si4+

被Al3+置换，铝片中的Al3+被Mg2+置换，因而产生过剩的未饱和的负电荷。④边缘断裂：理想晶体内部是平衡的，但在颗粒边缘处，产生断裂后，晶体连续性受到破坏，造成电荷不平衡。

3. 土是怎样生成的？有何工程特点？

土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。与一般建筑材料相比，土具有三个重要特点：散粒性、多相性、自然变异性。

4. 什么是土的结构？其基本类型是什么？简述每种结构土体的特点。

土的结构是指由土粒单元大小、矿物成分、形状、相互排列及其关联关系，土中水的性质及孔隙特征等因素形成的综合特征。基本类型一般分为单粒结构、蜂窝结（粒径0.075~0.005mm）、絮状结构（粒径<0.005mm）。

单粒结构：土的粒径较大，彼此之间无连结力或只有微弱的连结力，土粒呈棱角状、表面粗糙。

蜂窝结构：土的粒径较小、颗粒间的连接力强，吸引力大于其重力，土粒停留在最初的接触位置上不再下沉。

絮状结构：土粒较长时间在水中悬浮，单靠自身中重力不能下沉，而是由胶体颗粒结成棉絮状，以粒团的形式集体下沉。

5. 什么是土的构造？其主要特征是什么？

土的宏观结构，常称之为土的构造。是同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征。其主要特征是层理性、裂隙性及大孔隙等宏观特征。

6. 试述强、弱结合水对土性的影响。

强结合水影响土的粘滞度、弹性和抗剪强度，弱结合水影响土的可塑性。

7. 试述毛细水的性质和对工程的.影响。在那些土中毛细现象最显著？

毛细水是存在于地下水位以上，受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。土中自由水从地下水位通过土的细小通道逐渐上升。它不仅受重力作用而且还受到表面张力的支配。毛细水的上升对建筑物地下部分的防潮措施和地基特的浸湿及冻胀等有重要影响；在干旱地区，地下水中的可溶盐随毛细水上升后不断蒸发，盐分积聚于靠近地表处而形成盐渍土。在粉土和砂土中毛细现象最显著。

8. 土颗粒的矿物质按其成分分为哪两类？

（1）一类是原生矿物:母岩经物理风化而成，如石英、云母、长石；

（2）另一类是次生矿物：母岩经化学风化而成，土中次生矿物主要是粘土矿物，此外还有铝铁氧化物、氢氧化物和可溶盐类等。常见的粘土矿物有蒙脱石、伊里石、高岭石；由于粘土矿物颗粒很细，比表面积很大，所以颗粒表面具有很强的与水作用的能力，因此，土中含粘土矿物愈多，则土的粘性、塑性和胀缩性也愈大。

9. 简述土中粒度成分与矿物成分的关系。

粗颗粒土往往是岩石经物理分化形成的原岩碎屑，是物理化学性质比较稳定的原生矿物颗粒；细小土粒主要是化学风化作用形成的次生矿物颗粒和生成过程中有机物质的介入，次生矿物的成分、性质及其与水的作用均很复杂，是细粒土具有塑性特征的主要因素之一，对土的工程性质影响很大。

10. 粘土的活动性为什么有很大差异？

粘土颗粒（粘粒）的矿物成分主要有粘土矿物和其他化学胶结物或有机质，而粘土矿物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有很强的与水相互作用的能力，表面积（比表面）愈大，这种能力就愈强，由于土粒大小而造成比表面数值上的巨大变化，必然导致土的活动性的极大差异，如蒙脱石颗粒比高岭石颗粒的比表面大几十倍，因而具有极强的活动性。

篇2：浙江大学土力学答案

姓名学号专业及班级

一、填空题（10分）

1、土中孔隙体积与土的土粒体积之比称为。

2、渗透力是一种力。它的大小和

相一致。

3、土体的压缩系数被认为是由于土体中减小的结果。

4、地基中的应力一般包括由土体自重引起的和由新增外荷引起的。

5、已知某地基土，重度 =19.3kN/m3，地下水位在地面以下2m处，则2m处由上部土层所产生的竖向自

重应力为38.6kPa。若地下水位以下土的饱和重度sat =20.6kN/m3,则地面以下4m处由上部土层所产生的竖向自重应力为59.8kPa。

6、已知某天然地基上的浅基础，基础地面尺寸为3.5m×5.0m，埋深d =2m，由上部结构传下的竖向荷载

F =4500kN，则基底压力为kPa。

二、选择题（20分）

1、对粘性土进行分类定名的依据是（B）

A．液限B．塑性指数C．液性指数D．塑限

2、室内测定土的压缩性指标的试验为（C）

A．剪切试验B．侧限压缩试验C．无侧限压缩试验D．静载试验

3、自重应力在均质土中呈（C）分布。

A．折线分布B．曲线分布C．直线分布D．均匀分布

4、某柱下方形基础边长2m，埋深d =1.5m，柱传给基础的竖向力F =800kN，地下水位在地表下0.5m

处，则基底压力P为（A）。

A．220kPaB．230kPaC．210kPaD．215kPa5、下面有关自重应力的描述不正确的是：（C）

A、在求地下水位以下的自重应力时，应取其有效重度计算

B、自重应力随深度的增加而增大

C、地下水位以下的同一土的自重应力按直线变化，或按折线变化

D、土的自重应力分布曲线是一条折线，拐点在土层交界处和地下水位处

6、在土工试验室中，通常用（B）测定土的密度

A．联合测定法B．环刀法C．比重计法D．击实仪

7、下列关于影响土的渗透系数的因素中描述正确的：①粒径的大小和级配；②结构与孔隙比；③饱和度；④矿物成分；⑤渗透水的性质（B）

A．仅①②对渗透系数有影响；

B．④⑤对渗透系数无影响；

C．①②③④⑤对渗透系数均有影响。

8、地基中，地下水位的变化，会引起地基中的自重应力（D）

A．增大B．减小C．不变D．可能增大，也可能减小

9、某场地自上而下的土层分布为：

A．99.8kPaB．109.8kPaC．111kPaD．109.2kPa10、不透水岩基上有水平分布的三层土，厚度为1m，渗透系数分别为k1 =1m/d，k2 =2m/d，k3 =10m/d，则等效土渗透系数kx为多少？（B）

A．12m/dB．4.33m/dC．1.87m/d

三、判断题（5分）

1.2.3.4.5.甲土的饱和度大于乙土，则甲土的含水量一定高于乙土（×）某砂的不均匀系数为10，曲率系数为5，则该砂为良好级配。（×）在进行渗透试验时，如未对土样充分饱和，则测出的渗透系数偏大。（×）在任何情况下，土体自重应力都不会引起地基的沉降。（×）在荷载分布范围内任意点沿垂线的附加应力 z值，随深度愈向下愈大。（×）

四、计算题

1、某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土的相对密度ds

为2.66，试求该土样的含水量、密度、孔隙比e、饱和度Sr。（15分）

m187167w100%100%12%ms167

em1871.87g/cm3 V100VV100167/2.66d0.122.660.593Sr86% VS167/2.66n(100167/2.66)/100

12、室内做常水头渗透试验，土样截面积为70cm3，两测压管间的土样长为10cm，两端作用的水头为7cm，在60s时间内测得渗透水量为100cm3，水温为20oC。试计算渗透系数k。（15分）

K=Q*L/AHT=100*10/70*7*60=0.03403、某地基剖面图如图所示，计算各分层处的自重应力，并绘制自重应力沿深度的分布图。（15分）

篇3：浙江大学土力学答案

一、土力学试验教学的现状

1. 从试验设置的角度来看, 目前国内大多数院校的土力学试验课时为六学时[3], 试验内容多为4项, 一般为:基本物理指标试验、界限含水率试验、标准压缩固结试验、直接剪切试验;其他试验如颗分试验、渗透试验、击实试验、三轴试验等重要试验没有在专门的试验课时里安排, 试验项目之间的关联相互脱节, 使得学生的知识的掌握不够完整。实践环节与理论教学各自独立完成, 理论教师不参与试验教学, 实践课教师也不了解学生对土力学试验基本理论的掌握程度, 学生对不能很好地理解和应用理论知识, 试验课的开设在一定程度上没有达到预期的目的。

2. 从试验操作特点看, 由于每个试验项目均安排两个学时, 使得一些试验的前期准备工作必须在课前完成, 学生才能在规定的两学时试验课内完成必做的试验操作环节, 获得相应的试验数据。例如:不同含水率土试件的调试制作、固结压缩试验中试样的制备, 都是指导老师在实验课前把试样制好, 摆放在实验桌上, 学生按照实验操作要求简单重复一下试验过程, 最后记录一组数据作为试验成果。这样, 每项试验, 学生虽然能顺利完成试验并且获取了完整的试验数据, 但是并没有参与试验的全过程, 而且对试验的要点理解不够深刻, 使得学生在本科阶段无法全面掌握整个土力学试验的内容。同时, 试验技能得不到提高, 印象也不深刻。这一弊端在岩土工程专业硕士研究生做土力学试验时暴露无遗, 几乎所有学生都不知道如何制备试验土样[4]。

3. 从考核机制看, 考核方法不健全, 无法考核学生对土力学试验的实际理解程度和掌握程度。一般土力学的试验成绩的考核多根据试验报告的充实程度和数据的处理结果来评定, 没有考虑学生的积极性和动手操作及现场分析、解决问题的主观能动性。这种考核机制也导致学生对实验课不重视, 加之试验课一般都分组进行, 需要小组成员共同配合来完成试验, 一般学生不进行独立操作, 也使得学生对实验课没有压力感, 对实验结果是否准确合理不负责任。

鉴于上述原因, 我们要对试验教学进行全面地思考, 针对目前存在的问题进行改革, 有效地将理论知识与工程实践相结合, 以调动指导教师和学生的积极性和提高学生实践能力为目标, 从而提高土力学实验课的教学质量, 激发学生对专业知识的兴趣及提高适应社会需求的能力。

二、土力学试验教学的改革方案

1. 试验设置。

针对目前国内土力学教学中试验操作与理论授课相分离的分散式授课方式, 我们将相互联系的试验重新整合, 集中开设土力学试验课程。这样就可以将不同的试验指标的测定综合在一起, 引导学生分析指标之间的联系, 从而提高试验教学环节的效果和质量, 增强学生的动手试验能力、综合分析问题和解决问题的能力。另外, 开设设计型、综合型试验项目, 激发学生的学习兴趣, 培养学生的设计创新能力, 提高学生运用多种知识和手段解决问题的能力。教师可以引导部分优秀学生选择试验题目, 或者结合岩土工程方向教师的科研课题设计综合型试验, 将大大提高土工试验仪器和设备利用率。

2. 试验考核。

学生试验的考核和成绩的评定是衡量学生对知识掌握程度、对基本操作技能的应用以及实现培养目标、完成教学目的不容忽视的一个重要环节。试验的考核不仅要针对试验结果, 更重要的是试验过程。在试验时, 要对每个学生对试验过程进行详细记录, 真实反映学生对试验中出现问题的处理情况, 考查学生对知识的熟练应用能力。在最后的评定成绩中, 要对学生的试验知识和操作技能进行现场答辩, 考核其动手能力及处理问题的能力。在对学生进行专业技能训练的同时, 培养学生求实负责的科学态度和良好的职业道德。

3. 试验室管理。

按需开放试验室是培养创新人才的有效途径, 是培养学生创新能力和进行素质教育的有效手段, 学生可以根据自己的需求来安排试验和进行试验, 达到因材施教的效果。开放性试验项目可根据学生的具体情况而定, 由学生选作或要求必做, 鼓励学生自行设计试验项目, 由试验室提供相关仪器设备。

三、结语

土力学是一门与工程实践密不可分的课程, 具有研究和工程实践的特点。其学习目的在于培养学生理论联系实际、解决实际工程问题和创造性运用知识的能力。引导学生直接参与一个完整的水利、建筑工程整套土工试验等, 或是学生科技创新项目, 对于学生在毕业后更好地融入实际工作均具有重要的现实意义。

参考文献

[1]东南大学、浙江大学、湖南大学、苏州科技学院.土力学[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009:1-1.

[2]徐奋强, 孟云梅.土力学实验教学加强学生应用能力的探索[J].科技信息, 2012, (36) :175-176.

[3]左明汉, 李利, 张伟.本科院校土木工程专业土力学实验教学改革探索[J].实验室科学, 2012, 15 (1) :20-22.

篇4：针对土力学发展的分析

关键词：岩土工程；土力学

有限元法在我国普及的初期，许多工程师对数值分析能否解决实际问题曾抱着怀疑的态度，但是不少有识的技术领导还是给予热情的支持。记得上世纪80年代初在组织三峡深水围堰第一轮多单位协作分析计算时，长江水利委员会司兆乐总工曾提出计算分析结果能达到“精确定性、粗略定量”的目标。到今天，虽然不能说这一目标已完全实现，但对相当一部分岩土工程来说，做到这一点已没有困难。当然，岩土工程的设计和施工在今后相当长的时期内仍需要工程师们的经验，但是，在科学技术飞速发展的今天，数值分析技术必将越来越成为人们必须依赖的工具。

同样，在岩土力学研究中，计算也已成为和实验一样不可或缺的手段。在某些特殊情况下数值模拟甚致可以代替实验。而离心模型试验与数值模拟的相互配合，已经成为解决岩土工程问题的一个重大研究方向。

本文将就21世纪岩土工程数值分析的发展前景提出一些看法，基于作者专业知识的局限，重点探讨土力学问题的数值分析问题。

自古以来，人类就广泛地利用土作为建筑地基和材料。古代许多伟大建筑物，如我国长城、大运河、宫殿庙宇、桥梁等，国外的比萨斜塔、金字塔等的修建都需要有丰富的土的知识和在土层上修建建筑物的经验。由于社会生产力和技术条件的限制，这一阶段经过了很长时间，直到18世纪中叶，还停留在感性认识阶段。

理论提高阶段。产业革命以后，大量建筑物工程的兴建，促使人们对土进行了专题研究。把已积累的经验进行一些理论归纳和解释。如1773年，法国科学家库伦（C.A.Coulomb）发表了土压力理论和土的抗剪强度公式；1856年，法国工程师达西（H.Darcy）研究了砂土的透水性，创立了达西渗透公式；1857年英国学者朗肯（W.Jm.Rankine）建立了另一种土压力理论与库伦理论相辅相承；1885年，法国科学家布辛内斯克（J.Boussinesq）提出了半无限弹性体中的应力分布计算公式。至今仍都是地基中应力计算的主要方法等等。

形成独立学科阶段。从20世纪20年代起，不少学者发表了许多理论和系统的著作。1920年法国普兰特发表了地基滑动面的数学公式，1916年瑞典彼得森提出了计算边坡稳定性的圆弧滑动法。而最具代表意义的是1925年美国太沙基（K.Terzaghi）首次发表了《土力学》一书。这本著作比较系统地论述了若干重要的土力学问题，提出了著名的有效应力原理，至此，土力学开始真正地形成独立学科。从那时起，直到20世纪60年代，土力学的研究基本上是对原有理论与试验充实与完善。自20世纪60年代以来，随着电子计算机的出现和计算技术的高速发展，使土力学的研究进入了一个全新的阶段。

第四阶段。此时，最突出的工作是用新的非线性应力应变关系代替过去的理想弹塑性体。随着应力应变模型建立，以此为基础建立了新的理论体系。 1957年，D.C.Drucker提出了土力学与加工硬化塑性理论，对土的本构模型研究起了很大的推动作用。许多学者纷纷进行研究，并召开多次学术会议，提出了各种应力应变模型。如在工程中常用的邓肯-张模型、英国剑桥模型等。我国在这个阶段也进行了很多工作，如清华大学黄文熙模型、南京水利科学研究院沈珠江模型和河海大学殷宗泽模型等。这些模型都是对土的非线性应力-应变规律提出数学描述，并用土的实际情况相验证。

虽然在50年代已有人对塑性理论应用于土力学的可能性进行过探索，但只有到 1963 年， 罗斯科（Roscoe）发表了著名的剑桥模型，才提出第一个可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型， 因而可以看作现代土力学的开端。经过 30 多年的努力，现代土力学已越过重要的阶段而渐趋 成熟，并正在下列几方面取得重要进展：①非线性模型和弹塑性模型的深入研究和大量应用；②损伤力学模型的引入与结构性模型的初步研究；③非饱和土固结理论的研究；④砂土液化理 论的研究；⑤剪切带理论及渐进破损问题的研究；⑥土的细观力学研究等。

将土质学和土力学结合在一起的教材，有20世纪50年代巴布可夫的《土学及土力学》与60年代俞调梅的《土质学及土力学》。在这些土力学教材中，特别强调了应当重视对土的基本性质的认识和土工试验，并将黏性土的物理化学性质内容列入教材，从而形成了土力学与土的工程性质紧密结合的教材体系。

土质学与土力学是研究与土的工程问题有关的学科，它既是工程力学的一个分支学科，又是土木工程学科的一部分。土是一种自然地质的历史产物，是一种特殊的变形体材料，它既服从连续介质力学的一般规律，又有其特殊的应力一应变关系和特殊的强度、变形规律，因此，土质学与土力学形成了不同于一般固体力学的分析方法和计算方法，所以在学习本课程以前必须具备工程地质学、材料力学等预备知识。而土质学与土力学的理论与分析计算方法又是学习土木工程专业课程以及从事土木工程技术工作必需的基础知识，是一门介于基础课与专业课之间的技术基础课。

所有的工程建设项目，包括高层建筑、高速公路、机场、铁路、桥梁、隧道等，都与它们赖以存在的土体有着密切的关系，在很大程度上取决于土体能否提供足够的承载力，取决于工程结构是否遭受超过允许的沉降和差异变形等，这就要涉及土中应力计算、土的压缩性、土的抗剪强度以及地基极限承载力等土力学基本理论。

现代土力学可以归结为一个模型、三个理论和四个分支。一个模型即本构模型，特别是指结构性模型。这是因为迄今为止所提出的本构模型都是从重塑土的变形特点出发的，并把颗粒之间的滑移看作塑性变形的根源，而包括砂土在内的天然土类都具有内部结构，变形过程必然伴随着结构的破坏和改变。因此发展新一代的结构性模型是现代土力学的核心问题。

“从实践中来，到实践中去”，这是任何学科发展的必由之路，当然也是实用性很强的土力学的发展的必由之路。固结理论是从地基沉降计算的需要出发而建立起来的，在指导地基设计中得到不斷发展和完善，便是对这一命题的最好说明。

参考文献：

[1]黄文熙.土的工程性质.北京：水利电力出版社，1983.148～161

篇5：河海大学土力学复习知识点

土的结构: 粗粒土的结构(单粒结构), 细粒土的结构(蜂窝结构/絮凝结构)土的构造：层理构造、裂隙构造、分散构造

土的压实性: 影响因素：1）含水量 2）击实功（能）3）土类及级配

特殊土：软土、红黏土、黄土、膨胀土、多年冻土、盐渍土

人工填土：素填土、杂填土、冲填土

常见的粘土矿物：蒙脱石、伊利石、高岭石；三者的亲水性、膨胀性和收缩性依次降低

粒组:介于一定粒度范围内的土粒。

界限粒径：划分粒组的分界尺寸

颗粒级配:土中各粒组的相对含量就称为土的颗粒级配。（d > 0.075mm时，用筛分法；d <0.075，沉降分析）颗粒级配曲线：曲线平缓，表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好。

不均匀系数:Cu=d60/d10，反映土粒大小的均匀程度，Cu 越大表示粒度分布范围越大，土粒越不均匀，其级配越好。

2曲率系数:Cc=d30/(d60*d10)，反映累计曲线的整体形状，Cc 越大，表示曲线向左凸，粗粒越多。

（d60 为小于某粒径的土重累计百分量为60%，d30、d10 分别为限制粒径、中值粒径、有效粒径）

强结合水：紧靠于土颗粒的表面，受电场作用很大，安全不能移动，表现出固态特性

弱结合水：强结合水外，电场作用范围内的水，是一种粘质水膜，受力时可以从水膜厚处向薄处移动，也可因电场引力从一个土粒周围转移到另一个土粒周围，在重力作用下不会发生移动。

毛细水: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透水层中的自由水。

重力水:地下水面以下,土颗粒电分子引力范围以外的水,仅受重力作用.传递静水压力产生浮托力。毛细现象：指土中水在表面张力作用下，沿细的孔隙向上及其它方向移动的现象。相对密实度:Drdmindmaxemaxed

emaxemindmaxdmind界限含水量：粘性土由一种状态转到另外一种状态的分界含水量。液限(L)：粘性土由可塑状态转到流动状态的界限含水量。塑限(P)：粘性土由半固态转到可塑状态的界限含水量。塑性指数：液限与塑限之差（去掉%）称为塑性指数，用下式表示：反映粘粒含量的多少,反映粘性土处在可塑状态的含水量变化范围。

L液性指数(IL): ILL 反映土的软硬成度。

LPIPIp(wLwp)100。

最优含水量：在一定压实功作用下，使土最容易压实，并能达到最大干密度时的含水量。

物理状态指标:

三个基本物理指标:天然密度（环刀法）,比重或相对密度（比重瓶法）,含水量（烘干法）换算指标：天然密度ρ:天然状态下土单位体积的质量(g/cm3)干密度ρd :土单位体积中固体颗粒部分的质量(g/cm3)饱和密度ρsat :土孔隙中充满水时的单位体积质量(g/cm3)有效密度ρ: 单位土体积中土粒的有效质量(g/cm3)土粒相对密度(比重)ds :土的固体颗粒质量与同体积4℃时纯水的质量之比 含水量w : 土中水的质量与土粒质量之比(%)孔隙比e :土中孔隙体积与土颗粒体积之比 孔隙率 n :土中孔隙体积与总体积之比(%)饱和度 Sr : 土中水的体积与孔隙体积之比(%)

第二章

何谓附加应力？地基中的附加应力分布有何特点？ 答：建筑物荷载在地基中增加的应力称为附加应力。地基中的附加应力分布有一下规律：

1)在地面下任意深度的水平面上。各点的附加应力非等值，在集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减小。

2)距离地面越深，附加应力分布的区域越广，在同一竖向线上的附加应力随深度而变化。超过某一深度后，深度越大，附加应力越少。

附加应力：在建筑物等外荷载作用下，土体中各点产生的应力增量。

自重应力:建筑物修建以前，地基中由土体本身的有效重量所产生的应力。

角点法：利用角点下的应力计算公式和应力叠加原理推求地基中任意点的附加应力的方法称为角点法。

第三章

管涌：水在砂性土中渗流时，细小颗粒在动水力的作用下，通过粗颗粒形成的孔隙，而被水流带走的现象叫管涌。

流砂或流土：当Δh增大到某一数值(有效重度)时, 向上的渗流力克服了土体向下的重力, 土体浮起而处于悬浮状态失去稳定, 土粒随水流动的现象。管涌、流土两者之间区别

二维流网的特点：1)流线与等势线互相正交； 2）流网为曲边正方形； 3）任意两相邻等势线之间的水头损失相等；4）任意两相邻流线间的单位渗流亮相等

影响渗透系数的因素有哪些?

1）土粒大小与级配:细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。2）土的密实度：同种土在不同密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，渗透系数相应减小。3）土中封闭气体含量：土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透系数愈小。4）土的矿物成分 ：粘土矿物的结合水占据孔隙 蒙脱土膨胀，阻塞孔隙；

淤泥不透水——含有机质。——渗透系数减小

第四章

固结度：地基在荷载作用下，经历了时间t的沉降量st与最终沉降量s之比值称为固结度，它表示时间t地基完成的固结程度。达同一固结度，单面排水时间是双面排水时间的4倍。

土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。土的压缩变形快慢与土的渗透性有关：透水性大的无粘性土，压缩过程短；透水性小的粘性土，压缩时间长。

土的固结：土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程。

渗透固结：土体中由附加应力引起的超静水压力随时间逐渐消散，附加应力转移到土骨架上，骨架上的有效应力逐渐增加，土体发生固结的过程称为渗透固结。

压缩性指标：压缩系数:当压力变化范围不大时，孔隙比的变化值与压力的变化值的比值。

压缩指数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压应力常用对数增量的比值

压缩模量：土体在完全侧限条件下，竖向附加应力与相应的应变增量之比

说明：土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成反比，Es愈大，a愈小，土的压缩性愈低

载荷试验：由加荷稳压装置、反力装置、观测装置三部分组成。

变形模量：指土体在无侧限条件下，单轴受压时的应力与应变之比，用E0 表示

弹性模量：无侧限条件下弹性阶段竖向应力与应变之比。E0与Es关系

应力历史：土在形成的地质年代中经受应力变化的情况

应力路径: 在外力作用下土中某一点的应力变化过程在应力坐标图中的轨迹。

超固结比：把土在历史上曾经受到的最大有效应力称为前期固结应力，以pc表示；而把前期固结应力与现有应力po＇之比称为超固结比OCR，对天然土，OCR>1时，该土是超固结土，当OCR＝1时，则为正常固结土。地基变形与时间的关系：主要取决于土的渗透性和土层厚度；饱和土的渗透固结过程，就是孔隙水压力向有效应力转化的过程。

简述饱和土的渗透固结过程？ 答：饱和土的渗流固结过程如下：（1）土体孔隙中自由水逐渐排出；（2）土体孔隙体积逐渐减小；

（3）由孔隙水承担的压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。粘性土沉降组成:

瞬时沉降:加载后地基瞬时发生的沉降;采用弹性理论,采用不排水变形模量

主固结沉降:饱和与接近饱和的粘性土在基础荷载作用下,随着超静孔隙水压力的消散,土骨架产生变形所引起的沉降;次固结沉降:主固结结束后,在有效应力不变的条件下,土骨架仍随时间发生变形.利用S-lgt曲线,次固结指数进行计算

最终沉降量的计算方法(分层总和法)基本假定:(1)地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力,附加应力计算时取基础中心点下的附加应力进行计算;(2)在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标 分层总和法的计算步骤:(1)分层 分层原则 hi0.4b;天然土层面及地下水位处(2)绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线

(3)确定地基沉降计算深度 按照 zn/czn0.2(软土取0.1)确定

(4)计算各分层土的平均自重应力和平均附加应力(5)计算各分层沉降量(6)计算基础最终沉降量

有效应力原理:总应力由有效应力及孔隙水压力组成;土的变形和强度只与有效应力有关 太沙基一维固结理论的基本假定:(1)土体是均质弹性,完全饱和;(2)土粒和水不能压缩;(3)水的渗出以及土的压缩只能沿竖向发生;(4)水的渗流服从Darcy定理,且渗透系数k不变;(5)孔隙比的变化与有效应力的变化成正比,压缩系数a不变;(6)外荷载一次瞬时施加.灵敏度：在不排水条件下，原状土的无侧限抗压强度与重塑土的无侧限抗压强度之比，用St表示。

土的触变性：在土的含水量和密度不变的情况下，土因重塑而软化，又因静置而逐渐硬化，强度有所恢复的性质。

第五章

库仑定律：当土所受法向应力不很大时，土的抗剪强度与法向应力可近似用线性关系表示，这一表征土体抗剪强度与法向应力的公式即为库仑定律表达式

土的抗剪强度的组成 ⑴ 摩擦力

滑动摩擦: 剪切面土粒间表面粗糙所产生的摩擦

咬合摩擦: 土粒间相互嵌入所产生的咬合力, 其引起土的剪胀

颗粒的破碎与重排列

⑵ 粘聚力：由土粒间的胶结作用和各种物理-化学键力作用的结果，其大小与土的矿物组成和压密程度有关

静电引力: 包括库仑力仑力和离子-静电力

范德华力: 物质的极化分子与相邻另一极化分子间通过相反的偶极吸引

胶结力: 土或水中碳、硅、铅、铁等氧化物对土颗粒形成胶结作用，其粘聚力可达几百千帕 表观粘聚力: 如毛细力、非饱和土中吸力等

影响抗剪强度的因素有哪些?

摩擦力: 剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度 粘聚力: 土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构

土体中发生剪切破坏的平面，是不是剪应力最大的平面？在什么情况下，剪切破坏面与最大剪应力面是一致的？

土体中发生剪切破坏的平面一般不是剪应力最大的平面。

当土的莫尔破坏包线与轴平行时，即

f常数时，剪切破坏平面与最大剪应力面是一致的。

莫尔-库伦强度理论:以库伦公式作为抗剪强度公式,根据剪力是否达到抗剪强度作为破坏准则的理论就称为莫尔-库伦强度理论.直剪试验与三轴试验的优缺点 直剪试验：

优点：直剪仪构造简单，操作简单，在一般工程中应用广泛。

缺点：a.不能严格控制排水条件，不能量测试验过程中试样的孔隙水压力。b.剪切面不是沿土样最薄弱的面剪切破坏。

c.剪切过程中剪切面上的剪应力分布不均匀，剪切面积随剪切位移的增加而减小。三轴试验：

优点：a.试验中能严格控制试样的排水条件，准确测定试样在剪切过程孔隙水压力的变化，从而定量获得土中有效应力的变化情况； b.与直剪试验相比，试样中的应力状态相对地较为明确和均匀，不硬性指定破裂面位置； C.除抗剪强度指标外，还可测定，如土的灵敏度，压力系数、孔隙水压系数等力学指标。

缺点：a.试验仪器较复杂，操作技术要求高，且试样制备比较麻烦。b.试验是在轴对称情况下进行的，不能考虑中主应力的影响。

试验方法 适

用

条

件

地基土的透水性和排水条件不良, 建筑物施工速度较快 不排水剪(快 剪)

排 水 剪(慢 剪)地基土的透水性好, 排水条件较佳, 建筑物加荷速率较慢

建筑物竣工后较久, 荷载又突然增大, 或地基条件等介于上述两种情况之间 固结不排水剪(固结快剪)

饱和粘性土不同排水条件下的抗剪强度指标

1.不固结不排水剪(UU)：试验过程中试样含水量和体积保持不变, 加压过程中只引起试样的孔隙水压力变化, 而有效应力不变, 故抗剪强度亦不变。2.固结不排水剪(CU)：固结过程中试样含水量和体积减小, 剪切过程中保持不变, 只是孔隙水压力改变, 破坏时孔隙水压力完全由试样受剪引起。3.固结排水剪(CD)：整个试验过程中始终打开排水阀门, 让试样充分排水固结, 保持孔隙水压力为零, 有效应力等于总应力。

第六章

被动土压力：挡土墙在外力作用下向墙背方向移动时，墙挤压土体，墙后土压力逐渐增大，当达到某一位移时，墙后土体开始上隆，滑动楔体内应力处于被动极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力称为被动土压力。

主动土压力：当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动位移量达到一定量时，滑动面上的剪应力等于抗剪强度，墙后土达到主动极限平衡状态，填土中开始出现滑动面，这时作用在墙背上的土压力就称为主动土压力。

三种土压力与位移之间的关系？三种土压力之间的大小关系？ 主动土压力:产生主动土压力的条件为：挡土墙向前远离填土的方向移动或转动，由转动或移动量达到一定值，土体内潜在滑动面上的剪应力达到土的抗剪强度，则作用于挡土墙上的压应力最小，即为主动土压力Ea。

被动土压力:产生被动土压力的条件：挡土墙受外力作用向着填土方向移动时，墙后一部分土体产生向上滑动趋势。当墙移动至一定位置时，土体内潜在滑动面上的剪应力也达到抗剪强度值。此时，土体作用于挡土墙上的压力达到最大值，即被动土压力Ep。静止土压力 ：墙静止不动, 墙后土体处于弹性平衡状态时, 作用在墙背的土压力E0

朗肯土压力的基本假定是？库伦土压力的基本假定是？（1）朗肯土压力 基本原理

朗肯研究自重应力作用下，半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极限平很状态的条件，提出计算挡土墙土压力的理论。假设条件

a挡土墙背垂直

b．墙后填土表面水平

c．挡墙背面光滑即不考虑墙与土之间的摩擦力。（2）库伦土压力

依据的原理：楔体平衡理论 基本假定：

a墙后的填土是理想散粒体

b.滑动破坏面为通过墙踵的平面

c.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形

朗肯土压力与库伦土压力的优缺点

朗肯土压力理论:应用半空间中的应力状态和极限平衡理论计算土压力，概念比较明确，公式简单，应用方便，对于粘性土和无粘性土都可以用该公式直接计算，故在工程中得到青睐。但为了使墙后填土中的应力状态符合半空间应力状态，必须假设墙背是直立光滑的，填土面是水平的，因而使其应用范围受到限制，并由于该理论忽略了墙背与填土之间摩擦的影响，使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小。库仑土压力理论:根据墙后滑动土楔的静力平衡条件推导得出土压力计算公式，考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背倾斜，填土面倾斜的情况，但由于该理论假设填土是无粘性土，因此不能用库仑公式直接计算粘性填土的土压力。库仑土压力理论假设墙后填土破坏时，破裂面是一平面，而实际上是一曲面，因此，库仑土压力理论计算结果与按曲面的计算结果有出入，这种偏差在计算被动土压力时尤为严重.朗肯与库仑土压力理论的适用性

（1）朗肯理论求得的是墙背各点土压力强度分布，而库仑理论求得的是墙背上的总土压力（2）朗肯理论适用于填土表面为水平的无粘性土或粘性土的土压力计算

（3）库仑理论只适用于填土表面为水平或倾斜的无粘性土，对粘性土只能用图解法计算 被动土压力的计算常采用朗肯理论

（4）挡土墙在满足墙背直立光滑且填土面水平的条件下，库仑土压力理论与朗肯土压力理论计算得到的土压力是一致的.第七章

土坡发生滑动的滑动面有哪几种形式？分别发生在何种情况？在进行边坡稳定分析时常采用哪些条分法？

土坡发生滑动的滑动面有：圆弧、平面、复合滑动面(1分)。圆弧滑动通常发生在较均质的粘性土坡中；平面滑动通常发生在无粘性土坡中；复合滑动面发生在土坡土质很不均匀的土坡中。

在进行边坡稳定分析时常采用的条分法有：瑞典条分法、毕肖普条分法、杨布条分法和不平衡推力法等。

条分法分析步骤：

1.按比例绘制土坡剖面图;2.任选一点O为圆心, 以Oa为半径(R)作圆弧ab得滑动圆弧面； 3.将滑动面以上土体竖直分为宽度相等的若干土条并编号；

4.计算作用在土条ef上的剪切力Ti和抗剪力Si。土条自重Gi和荷载Qi在滑动面ef上的法向反力Ni和切向反力Ti 5.计算稳定性系数(沿整个滑动面上的抗剪力与剪切力之比)Ks。

6.假定几个可能的滑动面, 分别计算相应的Ks值, 其中Ksmin对应的滑动面则为最危险滑动面。粘性土土坡稳定分析中考虑渗流作用的“代替法”：

代替法就是在土坡稳定分析重用浸润线以下，坡外水位以上所包围的同体积的水重对滑动圆心的力矩来代替渗流力对圆心的滑动力矩。

第八章

临塑荷载pcr：地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力。即p-s曲线上直线段（弹性）的结束，曲线段（弹塑性）的开始。

极限荷载pu：地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基地压力。

地基变形的三个阶段：线性、弹塑性、破坏阶段，三个阶段各自的特点有哪些？

典型p-s曲线： 1.线性变形阶段

oa段: 荷载小, 主要产生压缩变形, 荷载与沉降关系接近于直线, 土中t

ab段: 荷载与沉降关系呈曲线, 地基中局部产生剪切破坏, 出现塑性变形区;3.破坏阶段

篇6：浙江大学土力学答案

长安大学公路学院岩土工程复习一本通

无偿赠送公路学院岩土工程801土力学往年回忆真题和复试基础工程回忆真题

公路岩土入学考试试题及其答案汇总

前

言

本题集（胶装）一共56页，它针对长安大学公路学院岩土工程（学硕，专硕亦使用）2014年之前初试笔试801土力学真题、复试笔试基础工程和面试、《土质学与土力学》和《基础工程》（人民交通出版社出版）整理而成，包括初试篇和复试篇。初试篇包括名词解释、指标表达式、简答、证明、判断、填空和计算题，内容全面，包括了2014年以前801土力学所考的全部考题，这为你初试数学、英语的复习节省大量时间。复试篇包括笔试和面试，基础工程总结全面，面试问答给出了问题和参考答案，想必必定也会为你复试节省大量时间，你可以做到心里有数，不必慌乱！纵观长大公路岩土2014年以前的真题，变化并不是太大，拥有此习题集，结合课本，好好理解记忆，想必考100分以上应该不在话下！希望此题集伴你走过一段难忘的时光，祝你金榜题名，蟾宫折桂！

公路岩土入学考试试题及其答案汇总

公路岩土入学考试试题及其答案汇总

一、名词解释

……

二、指标表达式

……

三、简答

……

四、证明

公路岩土入学考试试题及其答案汇总

……

五、判断

……

六、填空

……

七、计算

篇7：浙江大学土力学答案

工程流体力学水力学实验报告 实验一 流体静力学实验

实验原理

在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程

或

(1.1)

式中： z被测点在基准面的相对位置高度；

p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；

p0水箱中液面的表面压强；

γ液体容重；

h被测点的液体深度。

另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系：

(1.2)据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。实验分析与讨论

1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？

测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。2.当PB<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。，相应容器的真空区域包括以下三部分：

(1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。

(2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。(3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。

最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。

4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？

设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算

式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有

(h、d单 位 为mm)

哈尔滨工程大学

一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普通玻璃管小。

如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。

5.过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？

不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具备下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。

6.用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？

关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由c进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与c点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒定流动。这是由于液位的降低与空气补充使箱体表面真空度的减小处于平衡状态。医学上的点滴注射就是此原理应用的一例，医学上称之为马利奥特容器的变液位下恒定流。

7.该仪器在加气增压后，水箱液面将下降而测压管液面将升高H，实验时，若以P0=0时的水箱液面作为测量基准，试分析加气增压后，实际压强（H+δ）与视在压强H的相对误差值。本仪器测压管内径为0.8cm，箱体内径为20cm。

加压后，水箱液面比基准面下降了，而同时测压管1、2的液面各比基准面升高了H，由水量平衡原理有

则

本实验仪

d=0.8cm, D=20cm, 故

H=0.0032 于是相对误差有

因而可略去不计。

其实，对单根测压管的容器若有D/d10或对两根测压管的容器D/d7时，便可使0.01。

实验二 不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺利方程）实验

实验原理

在实验管路中沿管内水流方向取n个过断面。可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能量方程式(i=2,3,„„,n)

取a1=a2=„an=1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v及，从而即可得到各断面测管水头和总水头。

哈尔滨工程大学

成果分析及讨论

1.测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？

测压管水头线（P-P）沿程可升可降，线坡JP可正可负。而总水头线（E-E）沿程只降不升，线坡J恒为正，即J>0。这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能可相互转换。测点5至测点7，管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，Jp>0。测点7至测点9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高，JP<0。而据能量方程E1=E2+hw1-2, hw1-2为损失能量，是不可逆的，即恒有hw1-2>0，故E2恒小于E1，（E-E）线不可能回升。(E-E)线下降的坡度越大，即J越大，表明单位流程上的水头损失越大，如图2.3的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。2.流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？ 有 如 下 二 个 变 化 ：

（1）流量增加，测压管水头线（P-P）总降落趋势更显著。这是因为测压管水头，任一断面起始时的总水头E及管道过流断面面积A为定值时，Q增大，就增大，则必减小。而且随流量的增加阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头E相应减小，故的减小更加显著。

（2）测压管水头线（P-P）的起落变化更为显著。因为对于两个不同直径的相应过水断面有

式中为两个断面之间的损失系数。管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面为定值，故Q增大，H亦增大，（P-P）线的起落变化就更为显著。

3.测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？

测点2、3位于均匀流断面（图2.2），测点高差0.7cm，HP=

均为37.1cm（偶有毛细影响相差0.1mm），表明均匀流同断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”，而在急变流断面上其质量力，除重力外，尚有离心惯性力，故急变流断面不能选作能量方程的计算断面。在绘制总水头线时，测点10、11应舍弃。4.试问避免喉管（测点7）处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头（如抬高或降低水箱的水位）对喉管压强的影响情况。

下述几点措施有利于避免喉管（测点7）处真空的形成：（1）减小流量，（2）增大喉管管径，（3）降低相应管线的安装高程，（4）改变水箱中的液位高度。

显然（1）、（2）、（3）都有利于阻止喉管真空的出现，尤其（3）更具有工程实用意义。因为若管系落差不变，单单降低管线位置往往就可完全避免真空。例如可在水箱出口接一下垂90弯管，后接水平段，将喉管的高程降至基准高程0—0，比位能降至零，比压能p/γ得以增大（Z），从而可能避免点7处的真

哈尔滨工程大学

空。至于措施（4）其增压效果是有条件的，现分析如下： 当作用水头增大h时，测点7断面上

值可用能量方程求得。

取基准面及计算断面1、2、3，计算点选在管轴线上（以下水柱单位均为cm）。于是由断面1、2的能量方程（取a2=a3=1）有

(1)因hw1-2可表示成此处c1.2是管段1-2总水头损失系数，式中e、s分别为进口和渐缩局部损失系数。又由连续性方程有

故式（1）可变为

(2)式中可由断面1、3能量方程求得，即

(3)由此得

(4)代入式(2)有(Z2+P2/γ)随h递增还是递减，可由(Z2+P2/γ)加以判别。因

(5)若1-[(d3/d2)4+c1.2]/(1+c1.3)>0，则断面2上的(Z+p/γ)随h同步递增。反之，则递减。文丘里实验为递减情况，可供空化管设计参考。

在实验报告解答中，d3/d2=1.37/1，Z1=50，Z3=-10，而当h=0时，实验的(Z2+P2/γ)=6，将各值代入式(2)、(3)，可得该管道阻力系数分别为c1.2=1.5，c1.3=5.37。再将其代入式(5)得

表明本实验管道喉管的测压管水头随水箱水位同步升高。但因(Z2+P2/γ)接近于零，故水箱水位的升高对提高喉管的压强（减小负压）效果不显著。变水头实验可证明该结论正确。

5.由毕托管测量显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都有差异，试分析其原因。

与毕托管相连通的测压管有1、6、8、12、14、16和18管，称总压管。总压管液面的连续即为毕托

哈尔滨工程大学

管测量显示的总水头线，其中包含点流速水头。而实际测绘的总水头是以实测的值加断面平均流速水头v2/2g绘制的。据经验资料，对于园管紊流，只有在离管壁约0.12d的位置，其点流速方能代表该断面的平均流速。由于本实验毕托管的探头通常布设在管轴附近，其点流速水头大于断面平均流速水头，所以由毕托管测量显示的总水头线，一般比实际测绘的总水线偏高。

因此，本实验由1、6、8、12、14、16和18管所显示的总水头线一般仅供定性分析与讨论，只有按实验原理与方法测绘总水头线才更准确。

实验三 不可压缩流体恒定流动量定律实验

实验原理

恒定总流动量方程为

取脱离体，因滑动摩擦阻力水平分离

即

式中：

hc——作用在活塞形心处的水深；

D——活塞的直径；

Q——射流流量；

V1x——射流的速度；

β1——动量修正系数。

实验中，在平衡状态下，只要测得Q流量和活塞形心水深hc，由给定的管嘴直径d和活塞直径D，代入上式，便可验证动量方程，并率定射流的动量修正系数β1值。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的园心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞园心处的水深。实验分析与讨论

1、实测β与公认值(β=1.02～1.05)符合与否？如不符合，试分析原因。

实测β=1.035与公认值符合良好。(如不符合，其最大可能原因之一是翼轮不转所致。为排除此故障，可用4B铅笔芯涂抹活塞及活塞套表面。)

2、带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿x方向的动量力有无影响？为什么？

无影响。

因带翼片的平板垂直于x轴，作用在轴心上的力矩T，是由射流冲击平板是，沿yz平面通过翼片造成动量矩的差所致。即

式中

Q——射流的流量；

Vyz1——入流速度在yz平面上的分速；

Vyz2——出流速度在yz平面上的分速；

α1——入流速度与圆周切线方向的夹角，接近90°；

α2——出流速度与圆周切线方向的夹角；

r1,2——分别为内、外圆半径。，可忽略不计，故x方向的动量方程化为

哈尔滨工程大学

该式表明力矩T恒与x方向垂直，动量矩仅与yz平面上的流速分量有关。也就是说平板上附加翼片后，尽管在射流作用下可获得力矩，但并不会产生x方向的附加力，也不会影响x方向的流速分量。所以x方向的动量方程与平板上设不设翼片无关。

3、通过细导水管的分流，其出流角度与V2相同，试问对以上受力分析有无影响？ 无影响。

当计及该分流影响时，动量方程为

即

该式表明只要出流角度与V1垂直，则x方向的动量方程与设置导水管与否无关。

4、滑动摩擦力为什么可以忽略不记？试用实验来分析验证的大小，记录观察结果。(提示：平衡时，向测压管内加入或取出1mm左右深的水，观察活塞及液位的变化)

因滑动摩擦力<5墸，故可忽略而不计。

如第三次实验，此时hc=19.6cm，当向测压管内注入1mm左右深的水时，活塞所受的静压力增大，约为射流冲击力的5。假如活动摩擦力大于此值，则活塞不会作轴向移动，亦即hc变为9.7cm左右，并保持不变，然而实际上，此时活塞很敏感地作左右移动，自动调整测压管水位直至hc仍恢复到19.6cm为止。这表明活塞和活塞套之间的轴向动摩擦力几乎为零，故可不予考虑。

5、V2x若不为零，会对实验结果带来什么影响？试结合实验步骤7的结果予以说明。

按实验步骤7取下带翼轮的活塞，使射流直接冲击到活塞套内，便可呈现出回流与x方向的夹角α大于90°(其V2x不为零)的水力现象。本实验测得135°，作用于活塞套圆心处的水深hc’=29.2cm，管嘴作用水头H0=29.45cm。而相应水流条件下，在取下带翼轮的活塞前，V2x=0，hc=19.6cm。表明V2x若不为零，对动量立影响甚大。因为V2x不为零，则动量方程变为

(1)就是说hc’随V2及α递增。故实验中hc’> hc。

实际上，hc’随V2及α的变化又受总能头的约束，这是因为由能量方程得

(2)而

所以

哈尔滨工程大学

从式(2)知，能量转换的损失实验原理 较小时，实验四 毕托管测速实验

（4.1）

式中：u－毕托管测点处的点流速；

c－毕托管的校正系数；

－毕托管全压水头与静水压头差。

(4.2)

(4.3)

联解上两式可得

式中：u －测点处流速，由毕托管测定；

－ 测点流速系数；

ΔH－管嘴的作用水头。

实验分析与讨论

1.利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？

毕托管、测压管及其连通管只有充满被测液体，即满足连续条件，才有可能测得真值，否则如果其中夹有气柱，就会使测压失真，从而造成误差。误差值与气柱高度和其位置有关。对于非堵塞性气泡，虽不产生误差，但若不排除，实验过程中很可能变成堵塞性气柱而影响量测精度。检验的方法是毕托管置于静水中，检查分别与毕托管全压孔及静压孔相连通的两根测压管液面是否齐平。如果气体已排净，不管怎样抖动塑料连通管，两测管液面恒齐平。

2.毕托管的动压头h和管嘴上、下游水位差H之间的大关系怎样？为什么？ 由于

且

即

一般毕托管校正系数c=11‟（与仪器制作精度有关）。喇叭型进口的管嘴出流，其中心点的点流速系数=0.9961‟。所以Δh<ΔH。

本实验Δh=21.1cm，ΔH=21.3cm，c=1.000。3.所测的流速系数说明了什么？

若管嘴出流的作用水头为H，流量为Q，管嘴的过水断面积为A，相对管嘴平均流速v，则有

称作管嘴流速系数。

若相对点流速而言，由管嘴出流的某流线的能量方程，可得

哈尔滨工程大学

式中：为流管在某一流段上的损失系数；为点流速系数。

本实验在管嘴淹没出流的轴心处测得=0.995，表明管嘴轴心处的水流由势能转换为动能的过程中有能量损失，但甚微。

4.据激光测速仪检测，距孔口2－3cm轴心处，其点流速系数为0.996，试问本实验的毕托管精度如何？如何率定毕托管的修正系数c？

若以激光测速仪测得的流速为真值u，则有

而毕托管测得的该点流速为203.46cm/s，则ε=0.2‰ 欲率定毕托管的修正系数，则可令

本例：

5.普朗特毕托管的测速范围为0.2－2m/s，轴向安装偏差要求不应大于10度，试说明原因。（低流速可用倾斜压差计）。

（1）施测流速过大过小都会引起较大的实测误差，当流速u小于0.2m/s时，毕托管测得的压差Δh亦有

若用30倾斜压差计测量此压差值，因倾斜压差计的读数值差Δh为，那么当有0.5mm的判读误差时，流速的相对误差可达6%。而当流速大于2m/s时，由于水流流经毕托管头部时会出现局部分离现象，从而使静压孔测得的压强偏低而造成误差。

（2）同样，若毕托管安装偏差角（α）过大，亦会引起较大的误差。因毕托管测得的流速u是实际流速u在其轴向的分速ucosα，则相应所测流速误差为

α若>10，则

6.为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的流体测速仪器？

毕托管测速原理是能量守恒定律，容易理解。而毕托管经长期应用，不断改进，已十分完善。具有结构简单，使用方便，测量精度高，稳定性好等优点。因而被广泛应用于液、气流的测量（其测量气体的流速可达60m/s）。光、声、电的测速技术及其相关仪器，虽具有瞬时性，灵敏、精度高以及自动化记录等诸多优点，有些优点毕托管是无法达到的。但往往因其机构复杂，使用约束条件多及价格昂贵等因素，从

哈尔滨工程大学

而在应用上受到限制。尤其是传感器与电器在信号接收与放大处理过程中，有否失真，或者随使用时间的长短，环境温度的改变是否飘移等，难以直观判断。致使可靠度难以把握，因而所有光、声、电测速仪器，包括激光测速仪都不得不用专门装置定期率定（有时是利用毕托管作率定）。可以认为至今毕托管测速仍然是最可信，最经济可靠而简便的测速方法。

实验五 雷诺实验

实验原理

实验分析与讨论

⒈流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？

雷诺在1883年以前的实验中，发现园管流动存在两种流态——层流和紊流，并且存在着层流转化为紊流的临界流速V’，V’与流体的粘性ν及园管的直径d有关，即

（1）

因此从广义上看，V’不能作为流态转变的判据。

为了判别流态，雷诺对不同管径、不同粘性液体作了大量的实验，得出了用无量纲参数（vd/ν）作为管流流态的判据。他不但深刻揭示了流态转变的规律，而且还为后人用无量纲化的方法进行实验研究树立了典范。用无量纲分析的雷列法可得出与雷诺数结果相同的无量纲数。可以认为式（1）的函数关系能用指数的乘积来表示。即

（2）

其中K为某一无量纲系数。式（2）的量纲关系为

（3）

从量纲和谐原理，得

L：2α1+α2=1 T：-α1=-1

联立求解得α1=1，α2=-1 将上述结果，代入式（2），得

或

雷诺实验完成了K值的测定，以及是否为常数的验证。结果得到K=2320。于是，无量纲数vd/ν便成了适应于任何管径，任何牛顿流体的流态转变的判据。由于雷诺的奉献，vd/ν定命为雷诺数。

随着量纲分析理论的完善，利用量纲分析得出无量纲参数，研究多个物理量间的关系，成了现今实验研究的重要手段之一。

⒉为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据？实测下临界雷诺数为多少？

根据实验测定，上临界雷诺数实测值在3000～5000范围内，与操作快慢，水箱的紊动度，外界干扰等密切相关。有关学者做了大量实验，有的得12000，有的得20000，有的甚至得40000。实际水流中，干扰总是存在的，故上临界雷诺数为不定值，无实际意义。只有下临界雷诺数才可以作为判别流态的标准。

哈尔滨工程大学

凡水流的雷诺数小于下临界雷诺数者必为层流。一般实测下临界雷诺数为2100左右。

⒊雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数2320，而目前一般教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000，原因何在？

下临界雷诺数也并非与干扰绝对无关。雷诺实验是在环境的干扰极小，实验前水箱中的水体经长时间的稳定情况下，经反复多次细心量测才得出的。而后人的大量实验很难重复得出雷诺实验的准确数值，通常在2000～2300之间。因此，从工程实用出发，教科书中介绍的园管下临界雷诺数一般是2000。⒋试结合紊动机理实验的观察，分析由层流过渡到紊流的机理何在？

从紊动机理实验的观察可知，异重流（分层流）在剪切流动情况下，分界面由于扰动引发细微波动，并随剪切流速的增大，分界面上的波动增大，波峰变尖，以至于间断面破裂而形成一个个小旋涡。使流体质点产生横向紊动。正如在大风时，海面上波浪滔天，水气混掺的情况一样，这是高速的空气和静止的海水这两种流体的界面上，因剪切流动而引起的界面失稳的波动现象。由于园管层流的流速按抛物线分布，过流断面上的流速梯度较大，而且因壁面上的流速恒为零。相同管径下，如果平均流速越大则梯度越大，即层间的剪切流速越大，于是就容易产生紊动。紊动机理实验所见的波动→破裂→旋涡→质点紊动等一系列现象，便是流态从层流转变为紊流的过程显示。

⒌分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？ 层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面的差异如下表：

运动学特性:

动力学特性:

层流: 1.质点有律地作分层流动

1.流层间无质量传输

2.断面流速按抛物线分布

2.流层间无动量交换

3.运动要素无脉动现象

3.单位质量的能量损失与流速的一次方成正比

紊流: 1.质点互相混掺作无规则运动

1.流层间有质量传输

2.断面流速按指数规律分布

2.流层间存在动量交换

3.运动要素发生不规则的脉动现象

3.单位质量的能量损失与流速的（1.75～2）次方成正比

实验六 文丘里流量计实验

实验原理

根据能量方程式和连续性方程式，可得不计阻力作用时的文氏管过水能力关系式

式中：Δh为两断面测压管水头差。

由于阻力的存在，实际通过的流量Q恒小于Q’。今引入一无量纲系数µ=Q/Q’（μ称为流量系数），对计算所得的流量值进行修正。即

另，由水静力学基本方程可得气—水多管压差计的Δh为 实验分析与讨论

哈尔滨工程大学

⒈本实验中，影响文丘里管流量系数大小的因素有哪些？哪个因素最敏感？对d2=0.7cm的管道而言，若因加工精度影响，误将（d2－0.01）cm值取代上述d2值时，本实验在最大流量下的μ值将变为多少？ 由式

可见本实验（水为流体）的μ值大小与Q、d1、d2、Δh有关。其中d1、d2影响最敏感。本实验中若文氏管d1 =1.4cm，d2=0.71cm，通常在切削加工中d1比d2测量方便，容易掌握好精度，d2不易测量准确，从而不可避免的要引起实验误差。例如当最大流量时μ值为0.976，若d2的误差为－0.01cm，那么μ值将变为1.006，显然不合理。

⒉为什么计算流量Q’与实际流量Q不相等？

因为计算流量Q’是在不考虑水头损失情况下，即按理想液体推导的，而实际流体存在粘性必引起阻力损失，从而减小过流能力，Q

如图6.4所述，⒋试应用量纲分析法，阐明文丘里流量计的水力特性。

运用量纲分析法得到文丘里流量计的流量表达式，然后结合实验成果，便可进一步搞清流量计的量测特性。

对于平置文丘里管，影响ν1的因素有：文氏管进口直径d1，喉径d2、流体的密度ρ、动力粘滞系数μ及两个断面间的压强差ΔP。根据π定理有

从中选取三个基本量，分别为：

共有6个物理量，有3个基本物理量，可得3个无量纲π数，分别为：

哈尔滨工程大学

根据量纲和谐原理，π1的量纲式为

分别有

L：1=a1+b1-3c1

T：0=-b1 M：0= c1 联解得：a1=1，b1=0，c1=0，则

同理

将各π值代入式（1）得无量纲方程为

或写成

进而可得流量表达式为

（2）

式（2）与不计损失时理论推导得到的

（3）

相似。为计及损失对过流量的影响，实际流量在式（3）中引入流量系数µQ计算，变为

（4）

比较（2）、（4）两式可知，流量系数µQ与Re一定有关，又因为式（4）中d2/d1的函数关系并不一定代表了式（2）中函数所应有的关系，故应通过实验搞清µQ与Re、d2/d1的相关性。

哈尔滨工程大学

通过以上分析，明确了对文丘里流量计流量系数的研究途径，只要搞清它与Re及d2/d1的关系就行了。由实验所得在紊流过渡区的µQ～Re关系曲线（d2/d1为常数），可知µ因恒有μQ随Re 的增大而增大，<1，故若使实验的Re增大，µQ将渐趋向于某一小于1 的常数。

另外，根据已有的很多实验资料分析，µQ与d1/d2也有关，不同的d1/d2值，可以得到不同的µQ～Re关系曲线，文丘里管通常使d1/d2=2。所以实用上，对特定的文丘里管均需实验率定µQ～Re的关系，或者查用相同管径比时的经验曲线。还有实用上较适宜于被测管道中的雷诺数Re>2×105，使µQ值接近于常数0.98。

流量系数µQ的上述关系，也正反映了文丘里流量计的水力特性。

⒌文氏管喉颈处容易产生真空，允许最大真空度为6～7mH2O。工程中应用文氏管时，应检验其最大真空度是否在允许范围内。据你的实验成果，分析本实验流量计喉颈最大真空值为多少？

本实验若d1= 1.4cm，d2= 0.71cm，以管轴线高程为基准面，以水箱液面和喉道断面分别为1—1和2—2计算断面，立能量方程得

则

> 0

篇8：土力学发展概况

1 土力学的发展历程

土力学历史悠久, 起源于人类生产生活所积累的经验, 古时候人们用压实土料修筑堤坝防洪, 用夯实土基兴修各类工程等均属于土力学的范畴。近代土力学的发展开始于1776年库仑土压力理论的提出[1]。此后, 1856年法国科学家达西发表了著名的达西渗透定律, 1857年英国科学家郎肯发表了郎肯土压力理论, 这些理论促进了近代土力学的发展。1925年太沙基提出了有效应力原理及渗透固结理论, 从此土力学成为一门独立的科学。1950年后人类在土的基本性质、测试手段、计算技术、加固方法等方面均有较大发展。1980年后, 土力学出现了新的分支, 如计算土力学[2], 海洋土力学等。

土力学自成立以来经历两个发展阶段。第一阶段即1925年—1960年的近代土力学阶段, 这一阶段土力学都是以太沙基理论为基础而展开研究的, 但由于该理论过于片面, 土体性质过于复杂, 导致很多问题无法深入研究。第二阶段即1960年后的现代土力学阶段, 以罗斯科为代表的临界土力学创立, 从此人类对土体本构关系的研究步入了新的境界。人们开始综合考虑研究土体受力后的应力、应变、强度、稳定性以及它们和时间之间的关系[3]。

2 土力学当前发展中存在的问题

纵观土力学的发展历程, 虽然取得了很大的进步, 但是仍然存在着不少问题。

2.1 土力学理论不够完备

土力学是一门以实验为基础的理论学科, 但是由于土体性质复杂, 到目前为止, 仍处于半经验办理论的发展阶段, 未能形成公认的基础理论。太沙基把土体的压密和渗透结合起来推导出的一维固结微分方程能很好的反映土体单向固结的机理, 但是在多维固结问题上并不适用。比奥固结理论能解出孔压分布, 给出位移场, 获得土体应力应变非线性、弹塑性和骨架的流变情况, 但是参数确定的偏差会导致工程计算结果和实际测量结果差别很大[1]。所以这些理论都有自身的局限性, 不能符合一般土体受力状态下的性能。

2.2 解决非饱和土问题方法欠缺

传统土力学理论只适用于解决饱和土的问题, 其规律也是根据饱和土试验得出。然而工程中遇到饱和土的情况十分罕见, 即使是软土地区, 其表层土也不会是饱和的。将处理饱和土的方法应用于非饱和土不是很妥当, 因为土的特性随其含水量有很大的不同, 如膨胀土遇水后体积会膨胀, 而失陷性黄土遇水后体积会收缩, 而且它们的强度也会因遇水而降低[3]。于是有人提出了非饱和土强度理论, 这些理论都是以吸力及为计算依据, 但是由于吸力测试技术不够成熟, 存在很多问题, 不能被广泛采纳。

2.3 动荷载作用下土体规律的研究还不成熟

研究动荷载作用尤其是循环动荷载作用下土的力学特性, 在道路的建设和维护方面具有重要意义[4]。尽管国内外开展了不少这方面的研究, 提出了相关理论, 但是动荷载作用下土体的变形、强度、以及液化规律比静荷载作用更复杂、更难把握, 所以相关研究结论适用条件和范围都很有限, 理论就更不成熟了。

3 土力学发展方向预测

土力学是研究土体特性的学科, 土是经过漫长的地壳运动而形成的, 不同地域的土其成分有很大的差异, 即使是同一地方的土因所处的地层不同性质而相差很大, 而且土的构造和结构对土的性质也有至关重要的影响, 因此土的特性很强。土有的时候是饱和的, 有的时候是不饱和的, 有时可以看成是连续的介质, 有时又不能看成连续的介质, 它具有弹性、粘性和塑性等性能, 这些都说明了土体的性质十分复杂。因此研究土力学需要采用理论、试验相结合的方式。

3.1 土的微观和细观研究

土是由固、液、气三相组合而成, 土颗粒之间固液气三相的相互作用决定了土的力学性质区别于其他一切材料。土体强度、变形的宏观规律是与其微观结构直接相关的, 通过微观试验研究, 以探究土的非线性、弹塑性、各向异性、流变性等问题, 可以更清楚的认识宏观规律的机理, 从而初步把握其宏观规律。因此, 微观和宏观相结合有可能使土体力学特性的研究出现转机。

3.2 土体的原位试验和无损探测

室内试验和原位试验之间存在着不可忽视的差别, 室内试验时, 压缩模量是在无侧向变形条件下测出的, 而土的初始应力状况与沉积条件有关;在完全相同的条件下测量土的沉降量, 试验结果表明压缩模量越大的土, 它的计算沉降和实测沉降相差越大[3]。现有原位实验方法如标准贯入试验, 触探试验只能用于小型工程, 钻孔取土愈深, 土的结构破坏愈大, 试验结果的可靠度也就越差。因此发展更加先进的测探技术, 可以克服取土后土结构的巨大变化和应力状态的改变, 能大大提高试验结果的精确性。

3.3 非饱和土的研究

非饱和土力学理论之所以没能像饱和土力学理论一样同步发展, 最主要的原因是影响非饱和土性质因素众多, 关系复杂, 它很难像饱和土那样找出应力应变之间一一对应的关系。此外非饱和土特性测试技术难度比饱和土大得多, 这进一步制约了非饱和土理论的发展。由于非饱和土中存在气体, 较之饱和土性质大有区别而且更加的复杂, 研究非饱和土中固、液、气之间的相互影响关系成为解决非饱和土问题的重要出路。今后非饱和土的研究将着重于土体表面吸力的测定, 土-水特征性能表征等方面。

4 结语

正如太沙基所说:土力学既是一门科学, 又是一门艺术[1]。工程实践经验具有不可替代的重要意义。随着科技的进步, 各种研究方法和手段不断进步, 各种各样的工程勘察设备和试验设备得以研制, 电子计算机的应用水平和实验测试技术的自动化程度不断提高, 今后土力学的发展将呈现蓬勃的朝气。

参考文献

[1]姜晨光.土力学与地基基础[M].北京:化学工业出版社, 2013:8-12.

[2]蔡东, 李国方.土力学的研究内容与学科发展[J].黑龙江水利科技, 2008, 36 (2) :92.

[3]赵成刚, 韦昌富, 蔡国庆.土力学理论的发展和面临的挑战[J].岩土力学, 2011, 32 (12) :3521-3522.