土力学习题及其答案

第1章 土的物理性质及工程分类

一、 简答题

1. 什么是土的颗粒级配？什么是土的颗粒级配曲线？ 2. 土中水按性质可以分为哪几类？ 3. 土是怎样生成的？有何工程特点？

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。 5. 什么是土的构造？其主要特征是什么？ 6. 试述强、弱结合水对土性的影响。

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？ 8. 土颗粒的矿物质按其成分分为哪两类？ 9. 简述土中粒度成分与矿物成分的关系。 10. 粘土的活动性为什么有很大差异？ 11. 粘土颗粒为什么会带电？

12. 什么是土的物理性质指标？哪些是直接测定的指标？哪些是计算指标？ 13. 甲土的含水量大于乙土，试问甲土的饱和度是否大于乙土？ 14. 什么是塑限、液限和缩限？什么是液性指数、塑性指数？ 15. 塑性指数对地基土性质有何影向？ 16. 说明细粒土分类塑性图的优点。 17. 按规范如何对建筑地基岩土进行分类？

18. 甲乙两土的天然重度和含水量相同，相对密度不同，饱和度哪个大？ 19. 简述用孔隙比e、相对密实度Dr判别砂土密实度的优缺点。 20. 简述野外判别碎石土密实度方法？

21. 什么是土的灵敏度和触变性？试述在工程中的应用。 22. 说明下图1-1中各图的横纵坐标，同时标出单位。

（a）级配曲线 （b）击实曲线 （c）塑性图

图1-1

23.影响土压实性的主要因素什么？

24.什么是最优含水量和最大干密度？

25.为什么含水量?<最优含水量?op时，干密度?d随?增加而增大，?>?op时，?d随?增加而减小？

26. 在填方压实工程中，土体是否能压实到完全饱和状态？为什么？ 27.影响土击实效果的因素有哪些？

28. 为什么仅用天然含水量说明不了粘性土的物理状态，而用液性指数却能说明？ 29. 什么是土的冻胀性？产生机理是什么？

30. 无粘性土和粘性土在矿物成分、土的结构、物理状态方面有何重要区别？ 31. 粘性土的存在状态与含水量有关，为什么粘性土的软硬状态用液性指数IL定义？ 32. 无粘性土根据什么方法定名？

二、 填空题

1.根据土的颗粒级配曲线，当颗粒级配曲线较 时表示土的级配良好。

2.工程中常把 的土称为级配良好的土，把 的土称为级配均匀的土，其中评价指标叫 。

3.不同分化作用产生不同的土，分化作用有 、 、 。

4. 粘土矿物基本上是由两种原子层(称为晶片)构成的，一种是 ，它的基本单元是Si—0四面体，另一种是 ，它的基本单元是A1—OH八面体。

5. 不均匀系数Cu、曲率系数Cc 的表达式为Cu＝ 、Cc＝ 。 6. 砂类土样级配曲线能同时满足 及 的土才能称为级配良好的土。

7. 土是 的产物，是各种矿物颗粒的集合体。土与其它连续固体介质相区别的最主要特征就是它的 和 。

8. 土力学是利用 一般原理和 技术来研究土的物理性质以及在所受外力发生变化时的应力、变形、强度、稳定性和渗透性及其规律一门科学。 9.最常用的颗粒分析方法有 法和 法。

10. 著名土力学家 的《土力学》专著问世，标志着现代土力学的开始。

11.粘性土中含水量不同，可分别处于 、 、 、 、 四种不同的状态。其界限含水量依次是 、 、 。

12.对砂土密实度的判别一般采用以下三种方法 、 、 。

13.土的天然密度、土粒相对密度、含水量由室内试验直接测定，其测定方法分别是 、 、 。

14. 粘性土的不同状态的分界含水量液限、塑限、缩限分别用 、 、 测定。 15. 土的触变性是指 。

16. 土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低越 。

17. 作为建筑地基的土，可分为岩石、碎石土砂土、 、粘性土和人工填土。 18. 碎石土是指粒径大于 mm的颗粒超过总重量50%的土。 19.土的饱和度为土中被水充满的孔隙 与孔隙 之比。 20. 液性指数是用来衡量粘性土的 状态。

三、选择题

1．在毛细带范围内，土颗粒会受到一个附加应力。这种附加应力性质主要表现为( ) (A)浮力； (B)张力； (C)压力。 2．对粘性土性质影响最大的是土中的( )。

(A)强结合水； (B)弱结合水； (C)自由水； (D)毛细水。

3．土中所含“不能传递静水压力，但水膜可缓慢转移从而使土具有一定的可塑性的水，称为( )。

(A)结合水； (B)自由水； (C)强结合水； (D)弱结合水。

4．下列粘土矿物中，亲水性最强的是( )。（2005年注册土木工程师（岩土）职业资格考试题，三峡大学2006年研究生入学考试试题）

(A)高岭石； (B)伊里石； (C)蒙脱石； (D)方解石。 5.毛细水的上升，主要是水受到下述何种力的作用？( ) (A)粘土颗粒电场引力作用； (B)孔隙水压力差的作用 (C)水与空气交界面处的表面张力作用。

6.土的可塑性范围与比表面大小有关，下列说法正确的是（ ） (A)粘土的比表面比砂土大，所以可塑性范围大 (B)粘土的比表面比砂土小，所以可塑性范围大 (C)粘土的比表面与砂土相似，颗粒细，故可塑性范围大

7.图粒大小及级配，通常用颗粒级配曲线表示，土的颗粒级配曲线越平缓，则表示（ ）。

(A)土粒大小均匀，级配良好；(B) 土粒大小不均匀，级配不良；(C) 土粒大小不均匀，级配良好。

8.由某土颗粒级配曲线获得d60=12.5mm，d10=0.03mm，则该土的不均匀系数Cu为（ ）。

(A)416.7； (B)4167； (C)2.4×10； (D)12.53。 9．若甲、乙两种土的不均匀系数相同，则两种土的（ ）。

(A)颗粒级配累计曲线相同； (B)有效粒径相同；

(C)限定粒径相同； (D) 限定粒径与有效粒径之比相同。

10.在工程上，对于粒径分别大于0.075mm及小于0.075mm的土，采用的颗粒级配试验方法为（）。

(A)均为筛分法；(B)均为水分法；(C)前者为筛分法后者为水分法。

-3

11.毛细水上升高度决定于土粒粒度，下列哪种土毛细水上升高度最大（ ）。

(A)粘性土； (B)粉土； (C)砂土。

12．若将1cm立方体颗粒分割为棱边0.001mm的许多立方体颗粒，则比表面变为（ ）。 (A)6×10cm； (B) 6×10cm； (C) 6×10。

13.稍湿状态的砂堆，能保持垂直陡壁达几十厘米高不塌落，因为存在（ ）。 (A)拉力； (B)浮力； (C) 重力； (D) 毛细粘聚力。 14.具有更好的分选性和磨圆度的土是（ ）。

(A)残积土； (B)坡积土； (C) 洪积土； (D) 冲积土。

15. 雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀，顺着斜坡向下逐渐移动，沉积在平缓的坡脚，这种搬运和堆积方式形成的土称为( )。

（A）残积土 （B）坡积土 （C）洪积土 （D）冲积土 16.下图1-2为某砂土的颗粒级配曲线，试判断属于下列（ ）类。

2

2

4

-1

4

3

图1-2

(A) A线级配良好，B线级配不良，C线级配不连续； (B) A线级配不连续，B线级配良好，C线级配良好； (C) A线级配不连续，B线级配不良，C线级配良好； (D) A线级配不良，B线级配良好，C线级配不连续。

17．作为填土工程的土料，压实效果与不均匀系数Cu的关系：( ) （A）Cu大比Cu小好 (B) Cu小比Cu大好 (C) Cu与压实效果无关 18.有三个同一种类土样，它们的含水率土，其压缩性有何变化？( )

(A)压缩性越大 (B) 压缩性越小 (C) 压缩性不变

都相同，但是饱和度Sr不同，饱和度Sr越大的

19.有一非饱和土样，在荷载作用下，饱和度由80%增加至95%。试问土样的重度γ和含水率怎样改变？( ) (A)γ增加，

减小 (B) γ不变，

不变 (C)γ增加，

增加

20.土的液限是指土进入流动状态时的含水率，下述说法哪种是对的？( )

(A)天然土的含水率最大不超过液限 (B) 液限一定是天然土的饱和含水率

(C)天然土的含水率可以超过液限，所以液限不一定是天然土的饱和含水率

21. 已知砂土的天然孔隙比为e＝0.303，最大孔隙比emax＝0.762，最小孔隙比emin＝0.114，则该砂土处于( )状态。

（A）密实 （B） 中密 (C)松散 （D）稍密

22．已知某种土的密度ρ＝1.8g/cm，土粒相对密度ds＝2.70，土的含水量w＝18.0％，则每立方土体中气相体积为( )

(A)0.486m (B)0.77m (C)0.16m (D)0.284m 23.在土的三相比例指标中，直接通过室内试验测定的是（）。 (A)ds，w,e； (B) ds，w, ρ； (C) ds，e, ρ； (D) ρ，w, e。

24.有若干种粘性土，它们的液限wL相同，但塑性指数IP不同，IP越大，则土的透水性有何不同（ ）。

(A) 透水性增大；(B) 透水性不变；(C) 透水性减小。 25．评价粘性土的物理特征指标有哪些（ ）。

(A)天然孔隙比e，最大孔隙比emax，最小孔隙比emin； (B)最大干重度rdmax，最优含水量wop，压实度?c； (C)天然含水量w，塑限Wp，液限WL。

26.对无粘性土的工程性质影响最大的因素是（ ）。

(A)含水量； (B)密实度； (C)矿物成分； (D)颗粒的均匀程度。 27.处于天然状态的砂土的密实度一般用哪一种试验方法测定（ ）。

(A)载荷试验； (B)十字板剪切试验； (C)标准贯入试验； (D)轻便触探试验。 28．某粘性土的液性指数=0.6，则该土的状态（ ）。 (A)硬塑； (B) 可塑； (C) 软塑； (D)流塑。 29. 粘性土的塑性指数越大，表示土的（ ）。

(A)含水量w越大； (B)粘粒含量越高； (C) 粉粒含量越高； (D) 塑限Wp越高。 30.淤泥属于（ ）。

(A)粉土； (B)粘性土； (C) 粉砂； (D) 细砂。 31. 粘性土的塑性指数越大，说明（）。

（A）土粒比表面积越小； （B）土粒吸附能力越弱；

（C）土的可塑范围越大； （D）粘粒、胶粒、粘土矿物含量越低。 32.不同状态下同一种土的重度由大到小排列顺序是（）。 （A）

； （B）

；

3

3

3

3

3

（C）； （D）。

33. 已知甲、乙两土样物理性质指标如表1-1：

表1-1 土样 甲 乙 /% 32 23 /% 20 16 /% 37 27 2.72 2.66 1.0 1.0

判断下列结论中，正确的是（ ）。 （A）甲比乙具有更多的粘粒； （B）甲比乙具有更大的密度； （C）甲比乙具有更大的干密度； （D）甲比乙具有更大的孔隙比。 34.下列叙述正确的是（ ）。 （A）（B）（C）（D）

时，粘性土处于坚硬状态； 时，粘性土处于流动状态； 时，粘性土处于坚硬状态； 时，粘性土处于软塑状态。

35.下面有关粘性土的叙述正确的是（ ）。 （A）粘性土是指塑性指数小于或等于10的土； （B）粘性土是指塑性指数大于10的土； （C）粘性土是指塑性指数大于17的土； （D）粘性土又称为粘土。

36.按《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001），砂土和粉土的分类界限是（ ）。 （A）粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的为粉砂，不足50%且塑性指数IP≤10的为粉土；

（B）粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的为粉砂，不足50%且塑性指数IP>3的为粉土；

（C）粒径大于0.1mm的颗粒质量少于总质量75%的为粉砂，不足75%且塑性指数IP>3的为粉土；

（D）粒径大于0.1mm的颗粒质量少于总质量75%的为粉砂，不足75%且塑性指数IP>7的为粉土。

37.某建筑物地基需要压实填土8000m，控制压实后的含水量?1=14%，饱和度Sr=90%；填料重度r=15.5kN/m，天然含水量?0=10%，相对密度GS=2.72，此时需要填料的方量最接近下列（ ）。

(A)10650 m； (B)10850 m； (C) 11050 m； (D) 11250 m。 38.在下列关于路堤堤防填土压实的说法中，（ ）是正确的。 (A)在最优含水量下压实可取得最经济的压实效果及最大干密度；

(B) 最优含水率取决于土类，与进行击实试验仪器的类型及试验方法无关； (C)压实度是指实际达到的干密度与击实试验最大干密度之比； (D) 压实系数随填土深度不同可以不同。

39.采用塑限含水量WP=18%的粉质粘土作填土土料修筑告速公路路基，分层铺土碾压时，下列（ ）种含水率现对比较适合。

(A)12%； (B)17%； (C) 22% ； (D) 25%。

40.对粘性土填料进行下列压实试验时，下列（ ）选项是错误的。(2005年岩土工程师专业考试试题)

(A)在一定击实功作用下，能使填筑土料达到最大干密度所对应的含水量； (B)与轻型击实仪比较，采用重型击实试验得到土料的最大干密度较大； (C) 填土的塑限增加，最优含水量减小；击实功增加，最优含水量增加。

3

3

3

3

3

3

四、判断改错题

1. 结合水是液态水的一种，故能传递静水压力。 2. 风积土是岩石经物理和化学风化的产物。 3. 土的结构最主要的特征是成层性。

4. 在填方工程施工中，常用土的干密度来评价填土的压实程度。 5. 无论什么土，都具有可塑性。 6. 用塑性指数IP可以对土进行分类。

7. 相对密实度Dr主要用于比较不同砂土的密实度大小。 8. 砂土的分类是按颗粒级配及其形状进行的。

9. 粉土的塑性指数IP小于或等于10、粒径大于0.075的颗粒含量不超过全重55%的土。 10. 甲土的饱和度大于乙土的饱和度，则甲土的含水量一定高于乙土的含水量。 11. 土在最优含水量时，压实密度最大，同一种土的压实能量越大，最优含水量越大。 12. 两种不同的粘性土，其天然含水量相同，则其软硬程度相同。 13.地下水位上升时，在浸湿的土层中，其颗粒相对密度和孔隙比将增大。

五、 计算题

1. 甲、乙两土样的颗粒分析结果列于下表，试绘制级配曲线，并确定不均匀系数以及评价级配均匀情况。

粒径/mm 相 对 含量（%） 甲土 乙土 2～0.5 24.3 0.5～ 0.25 14.2 0.25～ 0.1 20.2 5.0 0.1～ 0.05 14.8 5.0 30.05～ 0.02 10.5 17.1 0.02～ 0.01 6.0 32.9 0.01～0.005 4.1 18.6 0.005～0.002 2.9 12.4 ﹤0.002 3.0 9.0 2. 有一完全饱和的原状土样切满于容积为21.7cm 的环刀内，称得总质量为72.49g， 经105℃烘干至恒重为61.28g，已知环刀质量为32.54g，土粒相对密度（比重）为2.74， 试求该土样的湿密度、含水量、干密度及孔隙比（要求按三项比例指标定义求解）。 3. 某原状土样的密度为1.85g/cm、含水量为34%、土粒相对密度为2.71，试求该土样的饱和密度、有效密度和有效重度（先导得公式然后求解）。

4. 某砂土土样的密度为1.77g/cm ，含水量为9.8%，土粒相对密度为2.67，烘干后测定最小孔隙比为0.461，最大孔隙比为0.943，试求孔隙比和相对密度，判断该砂土的密实度。 5. 某一完全饱和粘性土试样的含水量为30%，土粒相对密度为2.73 ，液限为33%，塑限为17%，试求孔隙比、干密度和饱和密度，并按塑性指数和液性指数分别定出该粘性土的分类名称和软硬状态。

6.经测定，某地下水位以下砂层的饱和密度为1.991g/cm，土粒相对密度为2.66，最大干密度为1.67g/cm，最小干密度为1.39g/cm，试判断该砂土的密实程度。

7.已知某土样含水量为20%，土粒相对密度为2.7，孔隙率为50%，若将该土加水至完全饱和，问10m该土体需加水多少？

8.某土样，土粒相对密度为2.7，孔隙比为0.95，饱和度为37%，现要把饱和度提高到90%，则每1的该土样中应加多少水？ 9.某土样孔隙体积

，土粒体积

，土粒相对密度为ds=2.69，求孔隙比e

3

3

3

3

3 3

和干重度?d；当孔隙被水充满时，求饱和重度?sat和含水量?。

10.某土样的干密度为1.60g/cm，土粒相对密度为2.66，颗粒分析试验表明，该土大于0.5mm的颗粒占总质量的25%。假设细颗粒可以把粗颗粒间的孔隙全部填满，问该土小于0.5mm的那部分细颗粒土的干密度约是多少？若经过压实后，该土在含水量为18%时达到饱和，问该土此时的干密度是多少？

11. 某一施工现场需要填土，基坑的体积为2000 m，土方来源是从附近土丘开挖，经勘察土的相对密度为2.70,含水量为15%,孔隙比为0.60。要求填土的含水量为17%,干重度为17.6 kN/m 。

(1) 取土场的重度、干重度和饱和度是多少？ (2) 应从取土场开采多少方土?

(3) 碾压时应洒多少水?填土的孔隙比是多少?

3

3

3

12.某饱和土样含水量为38.2%，密度为1.85 t/m，塑限为27.5%，液限为42.1%。问：要制备完全饱和、含水量为50%的土样，则每立方米土应加多少水？加水前和加水后土各处于什么状态？其定名是什么？

13. 某饱和土的饱和密度为1.85 t/m，含水量为37.04%，试求其土粒相对密度和孔隙比。 14.已知一土样天然密度为1.8 t/m，干密度为1.3 t/m，饱和重度为20 kN/m，试问在1t天然状态土中，水和干土的质量各是多少？若使这些土改变成饱和状态，则需加水多少？ 15.设有1m的石块，孔隙比e=0，打碎后孔隙比为e=0.6，在打碎后孔隙比为e=0.75，求第一次与第二次打碎后的体积？

16.是推导理论上所能达到的最大击实曲线（即饱和度Sr=100%的击实曲线）的表达式。 17.配置含水量35%的土样，取天然含水量12%的土重20t，已测定土粒相对密度为2.70，问需加水多少？

第3章 土的渗透性及渗流

3

3

3

3

3

3

一、 简答题

1. 试解释起始水力梯度产生的原因。

2. 简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。

3. 为什么室内渗透试验与现场测试得出的渗透系数有较大差别？ 4. 拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场？ 5. 为什么流线与等势线总是正交的？ 6. 流砂与管涌现象有什么区别和联系？ 7. 渗透力都会引起哪些破坏？

二、 填空题

1.土体具有被液体透过的性质称为土的 。 2.影响渗透系数的主要因素有： 、 、 、 、 、 。

3.一般来讲，室内渗透试验有两种，即 和 。 4.渗流破坏主要有 和 两种基本形式。

5.达西定律只适用于 的情况，而反映土的透水性的比例系数，称之为土的 。

三、 选择题

1.反应土透水性质的指标是（ ）。 A.不均匀系数 B.相对密实度 C.压缩系数 D.渗透系数

2.下列有关流土与管涌的概念，正确的说法是（ ）。 A．发生流土时，水流向上渗流；发生管涌时，水流向下渗流 B.流土多发生在黏性土中，而管涌多发生在无黏性土中 C.流土属突发性破坏，管涌属渐进式破坏

D.流土属渗流破坏，管涌不属渗流破坏

3.土透水性的强弱可用土的哪一项指标来反映？（ ） A.压缩系数 B.固结系数 C.压缩模量 D.渗透系数

4.发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形？（ ） A.坑底隆起 B.流土 C.砂沸 D.流砂 5.下属关于渗流力的描述不正确的是（ ）。

A.其数值与水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致 B.是一种体积力，其量纲与重度的量纲相同 C.流网中等势线越密集的区域，其渗流力也越大 D.渗流力的存在对土体稳定总是不利的

6.下列哪一种土样更容易发生流砂？（ ） A.砂砾或粗砂 B.细砂或粉砂 C.粉质黏土 D.黏土 7.成层土水平方向的等效渗透系数A.

>

B.

=

与垂直方向的等效渗透系数

<

的关系是（ ）。

C.

8. 在渗流场中某点的渗流力（ ）。

A.随水力梯度增加而增加 B.随水利力梯度增加而减少 C.与水力梯度无关 9.评价下列说法的正误。（ ）

①土的渗透系数越大，土的透水性也越大，土的水力梯度也越大； ②任何一种土，只要水力梯度足够大，就有可能发生流土和管涌； ③土中任一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小； ④渗流力的大小不仅取决于水力梯度，还与其方向有关。 A.①对 B.②对 C.③和④对 D.全不对 10.下列描述正确的是（ ）。

A.流网中网格越密处，其水力梯度越小

B.位于同一条等势线上的两点，其孔隙水压力总是相同的 C.同一流网中，任意两相邻等势线间的势能差相等 D.渗透流速的方向为流线的法线方向

11.土体渗流研究的主要问题不包括（ ）。 A.渗流量问题 B.渗透变形问题 C.渗流控制问题 D.地基承载力问题

12.某岸边工程场地细砂含水层的流线上A、B两点，A点的水位标高2.5米，B点的水位标高3.0米，两点间流线长为10米，计算两点间的平均渗透力最接近下列（）个值。 (A)1.25kN/m3； (B)0.83 kN/m3； (C) 0.50 kN/m3； (D) 0.20 kN/m3。

13. 四个坝基土样的孔隙率和细粒含量（以质量百分率计）如下，试按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）计算判别下列（）选项的土的渗透变形的破坏形式属于管涌。 (A) (C)

； (B) ； (D)

； 。

四、 判断改错题

1. 绘制流网时必须满足的基本条件之一是流线和等势线必须正交。 2. 达西定律中的渗透速度不是孔隙水的实际流速。 3. 土的孔隙比愈大，其渗透系数也愈大。

4. 在流网图中，流线愈密集的地方，水力坡降愈小。 5. 发生流砂时，渗流力方向与重力方向相同。

6. 细粒土的渗透系数测定通常采用“常水头”试验进行。 7. 绘制流网时，每个网格的长宽比没有要求。 8. 在流网中，任意两相邻流线间的渗流量相等。

9. 管涌发生在渗流溢出处，而流土发生的部位可以在渗流溢出处，也可以在土体内部。

五、 计算题

1.如图3－1所示，在恒定的总水头差之下水自下而上透过两个土样，从土样1顶面溢出。 （1） 已土样2底面c－c 为基准面，求该面的总水头和静水头；

（2） 已知水流经土样2的水头损失为总水头差的30%，求 b－b面的总水头和静水头； （3） 已知土样2的渗透系数为0.05cm/s ，求单位时间内土样横截面单位面积的流量； （4） 求土样1的渗透系数。

图3－1 （单位：cm） 图3－3 （单位：cm）

2.如图3－2所示，在5.0m 厚的黏土层下有一砂土层厚6.0 m，其下为基岩（不透水）。为

-23

测定该沙土的渗透系数，打一钻孔到基岩顶面并以10m/s 的速率从孔中抽水。在距抽水孔15m 和30m 处各打一观测孔穿过黏土层进入砂土层，测得孔内稳定水位分别在地面以下3.0m 和2.5m ，试求该砂土的渗透系数。

图3－2 （单位：m）

3. 某渗透装置如图3-3所示。砂Ⅰ的渗透系数

；砂样断面积A=200

，试问：

；砂Ⅱ的渗透系数

(1)若在砂Ⅰ与砂Ⅱ分界面处安装一测压管，则测压管中水面将升至右端水面以上多高？

（2）砂Ⅰ与砂Ⅱ界面处的单位渗流量q多大？ 4. 定水头渗透试验中，已知渗透仪直径失

，在60s时间内的渗水量

，在

渗流直径上的水头损

，求土的渗透系数。 ,厚度为

渗透仪细玻璃管的内

，实

5.设做变水头渗透试验的粘土式样的截面积为径为

，实验开始时的水位差为

，经过

观察的水位差为

验室的水温为20℃，试求式样的渗透系数。

6. 图3-4为一板桩打入透土层后形成的流网。已知透水土层深

板桩打入土层表面以下

，渗透系数

，板桩前后水深如图3-4所示。试求：(1)

图中所示a、b、c、d、e各点的孔隙水压力；(2)地基的单位透水量。

图3－4 板桩墙下的渗流图 7.如图3-5所示，在长为10cm，面积

的圆筒内装满砂土。经测定，粉砂的

，

筒下端与管相连，管内水位高出筒5cm(固定不变)，流水自下而上通过试样后可

溢流出去。试求(1)渗流力的大小，判断是否会产生流砂现象；(2)临界水利梯度

值。

图3－5

第1章 习题参考答案

一、 简答题

1.【答】

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（各粒组占土粒总质量的百分数）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. 【答】

3. 【答】

土是地壳表面的岩石在风化（物理、化学和生物风化）作用下破碎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松散颗粒的沉积物。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. 【答】

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（或聚粒）结构（粒径0.05～0.005mm）、絮状（或絮凝）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，单靠自身的重力不能下沉，而是由胶体颗粒结成棉絮状，以粒团的形式集体下沉。

单粒结构、蜂窝（或聚粒）结构、絮状结构的工程性质逐渐降低，依次为最好、次之、最差。 5. 【答】

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。 主要有如下构造类型：

（1）层状构造，土层由不同颜色、不同粒径的土组成层理，是细粒土的一个重要特征。 （2）分散构造，土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂、卵石层等具有该种构造。 （3）结核状构造，在细粒土中掺有粗颗粒或各种结构，工程性质取决于细粒土成分，如

含砾石的冰渍粘土。 （4）裂隙状构造，土中有很多不连续的小裂隙，有的硬塑或坚硬状态的粘土为此构造。 6. 【答】

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. 【答】

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土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。在粉土和细砂土中毛细现象最显著。 8. 【答】

（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、伊利石、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. 【答】

粗颗粒土往往是岩石经物理风化形成的原岩碎屑，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. 【答】

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。 11. 【答】

研究表明，片状粘土颗粒的表面，由于下列原因常带有不平衡的负电荷。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Si 被Al置换，铝片中的Al被Mg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。 12.【答】

（1）土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，用土的三相比例指标表示，称为土的物理性质指标，可用于评价土的物理、力学性质。

（2）直接测定的指标：土的密度?、含水量?、相对密度ds；计算指标是：孔隙比e、孔隙率n、干密度?d、饱和密度?sat、有效密度??、饱和度Sr 13. 【答】

?甲>?乙，但Sr甲不一定大于Sr乙。因为Sr=?ds/e，它不仅与含水量?有关，还与ds、e有关。 14. 【答】

（1）液限?L：液限定义为流动状态与可塑性状态之间的界限含水量。 （2）塑限?p: 塑限定义为土样从可塑性进入半坚硬状态的界限含水量。 （3）缩限?s: 缩限是土样从半坚硬进入坚硬状态的界限含水量。

4+

3+

3+

2+

（4）塑性指数IP 定义为土样的液限和塑限之差：IP = wL－wP

（5）液性指数：15. 【答】

塑性指数IP是土的颗粒组合、矿物成分以及土中水的离子成分和浓度的指标。土颗粒越细、粘土矿物含量越多、土粒表面反离子层中低价阳离子增加，IP变大。IP是粘性土的分类标准。IP>17为粘性土，10

土的塑性指数是划分细粒土的良好指标，它既能综合反映土的颗粒组成、矿物成分以及土粒吸附阳离子成分等方面的特性，但是不同的液限、塑限可给出相同的塑性指数，而土性却很可能不一样。塑性图考虑了塑性指数和液限两个方面，因此对细粒土分类更加合理。 17. 【答】

作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。 18. 【答】

相对密度大的，饱和度小。

因为：

由此看出：ds大的，Sr就小。 19. 【答】

（1）用e判断砂土的密实度的优点：应用方便，同一种土，密实砂土的空隙比一定比松散砂土的小；缺点：无法反映土的粒径级配因素。

（2）用Dr判断砂土的密实度的优点：考虑了土级配因素，理论上完善；缺点:用长颈漏斗测定emax或用振动叉和击实金属法测定emin因人而异，难以获得较为科学的数据。 20. 【答】

野外判别碎石土密实度的方法：根据骨架颗粒含量和排列、可挖性、可钻性，将碎石土分为密实、中密、稍密、松散四种密实状态。 21. 【答】

（1）土的灵敏度定义为原状土强度与扰动土强度之比，即： St= 原状土强度／扰动土强度。土的强度通常采用无侧限抗压强度试验测定，即：

。

土的灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降低就愈多。所以在基础施工中应注意保护基槽，尽量减少土结构的扰动。

（2）饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而逐渐增大。粘性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。

例如：在黏性土中打桩时，可利用土的灵敏度，桩侧土的结构受到破坏而强度降低，将桩打入土中；利用土的触变性，在停止打桩以后，土的强度逐渐恢复，桩的承载力增加。 22. 【答】

（a）横坐标是粒径，用对数表示，纵坐标是小于(或大于)某粒径的土重含量(或称累计百分含量)，用%表示；

（b）横坐标是含水量，用%表示，纵坐标是土的干密度，单位g/cm; （c）横坐标是液限，用%表示，纵坐标是塑性指数。 23. 【答】

含水量、击实能量、土的颗粒级配、试验条件。 24. 【答】

在一定的压实能量下使土最容易压实，并能达到最大干密度时的含水量称为土的最优含水量，用?op表示；相对应的干密度叫最大干密度，用?dmax表示。 25. 【答】

因为含水量小于最优含水量?op时，土中水主要是强结合水，颗粒间具有很大的分子引力，阻止颗粒移动，压实比较困难，干密度较小；当含水量适当增大时，土中结合水膜变厚，土粒间的连接力减弱而使粒易于移动，压实效果变好，干密度增加；当含水量继续增加时超过最优含水量?op出现了自由水，击实时水不易立即排除，阻止土粒靠近，压实效果下降，干密度又下降。 26. 【答】

粘性土渗透性很小，压实过程中含水量几乎不变，土中少量封闭气体很难全部赶走，要想击实到完全饱和状态是不可能的。 27. 【答】

含水量、土类及级配、击实功能、毛细管压力以及孔隙压力等，其中前三种影响因素是最主要的。 28. 【答】

对于粘性土，因粘土矿物含量高、颗粒细小，其物理状态与含水量关系非常密切。同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。但是由于含不同矿物成分的粘性土，即使具有相同的含水量，也未必处于同样的物理状态，因为含不同矿物成分的粘性土在同一含水量下稠度不同。在一定含水量下，一种土可能处于可塑状态，而含不同矿物颗粒的另一种粘性土可能处于流动状态。因此，考虑矿物成分的影响，粘性土的软硬状态不用含水量直接判断。 29. 【答】

（1）当地层温度降至零摄氏度以下，土中水冻结形成冻土。某些细粘粒土在冻结时，体积发生膨胀，即冻胀现象。

3

（2）产生机理是由于土层在结冰时，周围未冻区土中的水分向冻结区迁移积聚的结果。 30. 【答】

无粘性土和粘性土作为工程中的两大类，在矿物成分、土的结构和物理状态方面存在着差异。

（1）矿物成分：无粘性土一般由原生矿物组成，其成分与母岩相同，只经历了物理风化过程，颗粒较粗；粘性土一般由次生矿物组成，其成分与母岩相比发生了变化，它是由原生矿物或母岩经化学风化或生物化学作用后生成的新物质，所以化学稳定性差，颗粒较细。

（2）土的结构：从土的结构上看，无粘性土颗粒较粗，粒间的结合水较少，土粒之间的粘结力很弱或无粘结力，土粒在重力作用下下沉时，往往形成单粒结构。粘性土颗粒较细，其中的粉粒在水中下沉碰到已经沉积的土粒时，由于它们之间的吸引力大于其自重，因此土粒将停留在接触面上，形成具有很大孔隙的蜂窝状结构。粒径大于0.002mm的粘粒，自重很小，在水中靠单个土粒的自重根本不能下沉，而是处于一种悬浮状态，若在这种悬浮液中加入电解质，土粒就会凝聚成类似海绵的絮状集合体，并聚合到一定质量时下沉，形成孔隙很大的絮状结构。因此，天然状态下的粘性土，都具有一定的结构性、灵敏性和触变性。 （3）物理状态：实际工程上，规范要求砂土的密实度用标准贯入试验来判断，将砂土分为松散、稍密、中密和密实状态。碎石土根据其骨架的颗粒含量大小和排列情况、可挖性和可钻性，将其存在状态分为密实、中密和稍密三种。粘性土的软硬状态是根据液性指数划分的，根据液性指数的数值，可将粘性土分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑五种状态。 31. 【答】

粘性土颗粒很细，所含粘土矿物成分较多，所以水对其性质影响较大。当含水量较大时，土处于流动状态。当含水量减小到一定程度时，粘性土具有可塑状态的性质，即在外力作用下，土可塑成任何形状而不开裂，也不改变其体积，当外力去掉后，仍可保持所塑的形状，如果含水量继续减小，土就会由可塑状态转变为半固态或者固态。

含水量的大小影响着粘性土的存在状态，但对于含不同矿物成分的粘性土，即使具有相同的含水量，也未必处于同样的物理状态，也就是说，含水量不能作为粘性土存在状态划分的依据。因为含不同矿物成分的粘性土在同一含水量下稠度不同。在一定的含水量下，一种土可能处于可塑状态，而含不同矿物颗粒的另一种粘性土可能处于流动状态，且两种土的塑限和液限也不相同。因此，粘性土的存在状态应由与土的含水量ω、塑限ωP、液限ωL都有关的另一指标液性指数IL来划分，其计算表达式为：IL?32. 【答】

无粘性土一般是指砂土和碎石土。这两大类土中一般粘粒含量很少，呈单粒结构，不具有可塑性。无粘性土的物理性质主要决定于土的密实状态，土的湿度状态仅对细砂、粉砂有影响。无粘性土呈密实状态时，强度较大，是良好的天然地基；呈稍密、松散状态时则是一

???P???P ??L??PIP种软弱地基，尤其是饱和的粉、细砂，稳定性很差，在振动荷载作用下将发生液化现象。对砂土和碎石土的定名可根据定义：砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量50%、而粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量50%的土。砂土按粒组含量分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂；碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量50%的土，碎石土根据粒组含量及形状分为漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾。

二、 填空题

1. 较平缓

2. CU>10， CU<5，不均匀系数 3. 物理风化，化学风化，生物分化 4. 硅氧晶片（硅片），铝氢氧晶片（铝片） 5.Cu = d60 / d10，Cc = d30 / (d60 ×d10 ) 6. Cu ≧5，Cc = 1～3 7.岩石分化，散粒性，多相性 8.力学，土工测试 9.筛分，水分

10.太沙基（Terzaghi）

11. 固态、半固态、可塑态、流动态、缩限、塑限、液限 12. 孔隙比法、相对密实度法、标准灌入法 13. 环刀法、比重瓶法、烘干法 14. 锥式液限仪、搓条法、收缩皿法

15. 粘性土的结构受到扰动时，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而逐

渐增大的性质。 16. 越多。 17. 粉土。 18. 2。

19. 体积、总体积。 20.软硬。

2

三、 选择题

1.C 2.C 3.D 4.C 5.C 6.A 7.C 8.A 9.D 10.C 11.B 12.B 13.D 14.D 15.D 16.D 17.A 18.B 19.A 20.C 21.A 22.C 23.B 24.C 25.C 26.B 27.C 28.B 29.B 30.B 31.C 32.A 33.A 34.A 35.B 36.A 37.B 38.C 39.B 40.C 37题详解：压实前填料的干重度：

压实后填土的干重度：

根据压实前后土体干质量相等的原则计算填料的方量V1：

答案（B）正确

四、 判断改错题

1. ×，不能传递静水压力。 2. ×，由风力搬运形成的土。 3. ×，结构改为构造。 4. ?。

5. ×，无粘性土不具有可塑性。 6. ×，对粉土和粘性土分类。 7. ×，是反映砂土本身的密实程度。 8. ×，去掉“及其形状”。 9. ×，将“55%”改为“50%”。 10. ×，二者没有必然联系。

11. ×，同一种土的压实能量越大，最优含水量越小。 12. ×，液性指数相同时软硬程度才相同。 13. ×，保持不变。

五、 计算题

1.解：甲土颗粒级配曲线如下： 孔径(mm) 留筛土质量（g） 2 0.5 0.25 0.1 0.05 0.02 0.01 0.005 0.002 <0.002

0 24.3 14.2 20.2 14.8 10.5 6.0 4.1 2.9 3.0 小于该孔径的土质量(g) 100 75.7 61.5 41.3 26.5 16 10 5.9 3 小于该孔径的土的百分数% 100 75.7 61.5 41.3 26.5 16 10 5.9 3

得 由 得 需加水

第3章 土的渗透性及渗流参考答案

一、 简答题

1.【答】

起始水力梯度产生的原因是，为了克服薄膜水的抗剪强度τ0(或者说为了克服吸着水的粘滞阻力)，使之发生流动所必须具有的临界水力梯度度。也就是说，只要有水力坡度，薄膜水就会发生运动，只是当实际的水力坡度小于起始水力梯度时，薄膜水的渗透速度V非常小，只有凭借精密仪器才能观测到。因此严格的讲，起始水力梯度I0是指薄膜水发生明显渗流时用以克服其抗剪强度τ0的水力梯度。 2. 【答】 （1）土的粒度成分及矿物成分。土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。（2）结合水膜厚度。粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。 （3）土的结构构造。天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。（4）水的粘滞度。水在土中的渗流速度与水的容重及粘滞度有关，从而也影响到土的渗透性。 3. 【答】

室内试验和现场试验渗透系数有较大差别，主要在于试验装置和试验条件等有关，即就是和渗透系数的影响因素有关，详见上一题。 4. 【答】

当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变时，这种渗流称为稳定渗流，而拉普拉斯方程是指适用于平面稳定渗流的基本方程。 5. 【答】

在稳定渗流场中，取一微单元体，并假定水体不可压缩，则根据水流连续原理，单位时间内流入和流出微元体的水量应相等，即dqe=dq0。从而得到：

即为二维渗流连续方程，从中由数学知识，可知流线和等势线正交。

6. 【答】

在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂(土)现象。这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中，一般具有突发性、对工程危害大。

在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。它多发生在砂性土中，且颗粒大小差别大，往往缺少某种粒径，其破坏有个时间发展过程，是一种渐进性质破坏。

具体地再说，管涌和流砂的区别是：（1）流砂发生在水力梯度大于临界水力梯度，而管涌发生在水力梯度小于临界水力梯度情况下；（2）流砂发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可在渗流逸出处，也可在土体内部；（3）流砂发生在水流方向向上，而管涌没有限制。 7. 【答】

渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体和结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌，后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。

二、 填空题

1. 渗透性或透水性

2. 土的粒度成分及矿物成分、土的密实度、土的饱和度、土的结构、土的构造、水的温度 3. 常水头法、变水头法 4. 流砂(土)、管涌 5. 层流、渗透系数

三、 选择题

1.D 2.C 3.D 4.A 5.D 6.B 7.A 8.A 9.D 10. C 11. D 12. C 13.D(注：按

规范当

时发生管涌)

四、 判断改错题

1.√ 2.√

3.，对黏性土不成正比。 4.，改“愈小”为“愈大”。 5.，改“相同”为“相反”。

6.，改“常水”头为“降水头”或“变水头”。 7.，每个网格的长宽比必须为定值。 8.√

9.，应将管涌与流土对调。

五、 计算题

1.解：

如图3-1，本题为定水头实验，水自下而上流过两个土样，相关几何参数列于图中。 （1）以c-c为基准面，则有：zc=0，hwc=90cm，hc=90cm

（2）已知?hbc=30%??hac，而?hac由图2-16知，为30cm，所以 ?hbc=30%??hac=0.3?30=9cm ∴ hb=hc-?hbc=90-9=81cm

又∵ zb=30cm，故hwb=hb- zb=81-30=51cm

32

（3）已知k2=0.05cm/s，q/A=k2i2= k2??hbc/L2=0.05?9/30=0.015cm/s/cm=0.015cm/s

（4）∵ i1=?hab/L1=（?hac-?hbc）/L1=（30-9）/30=0.7，而且由连续性条件，q/A=k1i1=k2i2 ∴ k1=k2i2/i1=0.015/0.7=0.021cm/s 2. 解：

分析：如图3-2，砂土为透水土层，厚6m，上覆粘土为不透水土层，厚5m，因为粘土层不透水，所以任意位置处的过水断面的高度均为砂土层的厚度，即6m。题目又给出了r1=15m，r2=30m，h1=8m，h2=8.5m。

由达西定律的公式知，，可改写为：

带入已知条件，得到：

本题的要点在于对过水断面的理解。另外，还有个别同学将ln当作了lg。 3. 解： (1)设所求值为有

，砂样Ⅰ和砂样Ⅱ的高度分别为和

。因各断面的渗流速度相等，故

即

(2)砂与砂界面处的单位渗流量q为：

4. 解：

5. 解：

因为试验时的温度为标准温度，故不作温度修正。

6. 解：

(1)a、e点位于水面，故

b、d位于土层表面，其孔隙压力分别为：

C点位于板桩底部，该点的水头损失为：

该点的孔压为：

(2)地基的单位渗水量：

7. 解：

(1)

因为

，所以不会发生流砂。

(2)

，

，

，因为>10 粒度分布范围较大，土粒越不均匀，级配良好。

乙土颗粒级配曲线如下： 孔径(mm) 留筛土质量（g） 小于该孔径的土质量小于该孔径的土的百(g) 分数% 2 0.5 0.25 0.1 0.05 0.02 0.01 0.005 0.002 <0.002

0 0 05 5 5 17.1 32.9 18.6 12.4 9 100 100 100 95 90 72.9 40 21.4 9 100 100 100 95 90 72.9 40 21.4 9

，

因为

大于5，

在1-3之间 所以为良好级配砂

3. 解：设土颗粒体积为1

2. 解：

由

得

4. 解：由

因为1/3< SPAN>所以该砂土的密实度为中密。

5.解：由 得

因为10

6.解：由得

因为2/3< SPAN>所以该砂土的密实度为密实。 7.解：由 由

，且

得

，得

当当故应加水

时，时，

8.解：由

得

9. 解：

10.解：设V=1m，则 粗颗粒质量 细颗粒质量

3

粗颗粒体积 粗颗粒孔隙体积

细颗粒土的干密度

压实后的孔隙比 11.解：（1） （2）填土场 取土场

（３）洒多少水

12. 解： 加水前加水后13. 解：

粉质粘土

可塑状态 流塑状态

联立求解，得

14. 解： 需加水 15. 解： 16. 解：

17. 解：由

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