一、高等土力學研究的主要內容答：土力學主要是研究土的物理、化學、和力學特性以及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下的工程性狀。高等土力學則是深化上述研究，重點研究先進的土工試驗（實驗）方法和設備、土體本構關系、塑性特性、強度、滲流、固結、壓縮及其機理。二、與上部結構工程相比，巖土工程的研究和計算分析有什么特點？答：巖土工程的規模和尺寸比一般的結構工程大得多，其實際范圍是空間半無限體，工程計算分析中采用的邊界是近似和模糊的；巖土的各種參數是空間的函數，參數的變異性大，變異系數在0.1-0.35,有的可能超過0.4，并且土性之間或不同點的土性具有較強的相關性，包括互相關和自相關；巖土屬于高非線性材料，在不同的應力水平下變形特性不同，巖土工程的極限狀態方程也經常是高度非線性的，并且誘發極限狀態的原因或作用多種多樣；巖土試樣性質與原狀巖土的性質往往存在較大的差別，即使是原為測試，反應的也僅僅是巖土的“點”性質（如現場十字板強度試驗）或“線”性質（如靜力觸探實驗）。而巖土工程的行為往往由它的整體空間平均性質控制，因此在巖土工程可靠度分析中，要注意“點”、“線”到空間平均性概率統計指標問題由于上述巖土性質和巖土工程的不確定性加之推理的不確定性（如有目的的簡化）,巖土工程的計算模型往往具有較大的不確定性或者不精確性，并且除了上述3)中提到的在巖土工程中針對不同原因和作用，會有不同的極限狀態方程外，對同一計算參數也存在不同的計算表達式；施工工藝，施工質量及施工水平等會對巖土工程的性質和功能產生很大的影響。三、土的特性答：1土的變異性大，離散性大，指標值合理確定很困難。2土的應力應變關系是非線性的，而且不是唯一的，與應力歷史有關。3土的變形在卸載后一般不能完全恢復，飽和粘土受力后，其變形不能立刻完成，而且要經過很長一段時間才能逐漸穩定。4土的強度也不是不變的，它與受力條件排水條件密切相關。5土對擾動特別敏感，可使土的力學性質發生很大的變化。四、簡述土的結構性與成因，比較原狀土與重塑土結構強弱，并說明原因。答：土的結構是表示土的組成成分、空間排列和粒間作用的綜合特性，土的結構性是由于土的這種結構特性造成的力學特性。原狀土比重塑土的結構性強，這是由于原狀土在搬運、沉積、固結及千萬年歷史中的各種變故都會使土形成不同的或特有的特性。由于原狀土是長期地質作用的產物，因而比室內重塑土具有更強的結構性。五、簡述土工試驗的目的和意義答：揭示土的一般或特有的物理力學性質針對具體土樣的試驗。揭示區域性土、特殊土、人工復合土的物理力學性質確定理論計算和工程設計的參數驗證理論計算的正確性及實用性原位測試、原型監測直接為土木工程服務，也是分析和實現信息化施工的手段六、簡述土工參數不確定性的主要來源和原因答：土工參數不確定性的來源主要有兩條途徑土的固有變異性系統不確定性原因：土的固有變異性是由于土的分類不可能也沒有必要分的那么細，所以即使均勻的同類土層，由于在土層的形成過程中，礦物成分、土層深度、應力歷史、含水量和密度等因素的變化，各點處土的性質可能有較大的差別，這種差異是土本身所固有的，所以稱之為固有變異性；系統不確定性包括實驗不確定性，模型不確定性和統計不確定性實驗不確定性是由試驗偏差和隨即測量誤差組成，是由于測試活著取樣，試樣運輸和保管對土的擾動以及試驗方法和試驗技術的差異等原因使試驗結果與現場土的工程性質不完全一致引起的。模型不確定性是因為計算模型不完備，如計算模型有目的的簡化、理想化、或因機理尚未了解透徹造成的不確定性。統計不確定性是因試樣（試驗數量）不充分引起的不確定性。一般來說，統計不確定性當的大小會隨著統計方法的改進和試樣數量的增多而減少。實驗不確定性的可能因技術水平的提高和實驗設備的改進而減小。土的固有變異性的大小因為是土固有的，故不會隨著試樣的增多和試驗技術的提高及儀器的改善而降低。七、巖土工程模型試驗要盡可能遵守的原則答：為了使模型盡可能德反應出實物（原型）發生地現象，應嚴格按照相似理論來確定模型試驗的幾何尺寸和物理特性，但一般情況下，特別是巖土工程試驗，很難使原型與模型各方那面都相似，有時只能只對主要研究的問題，使某些方面相似，而忽略其他方面。由相似理論可知，兩個系統相似的充分必要條件是一個系統的數學模型由一一變換與另一系統的數學模型相聯系，也就是說通過調試模型各參數的比例尺，使模型和實物滿足共同的方程。八、何為土的剪脹性，產生剪脹的原因。答：土體由于剪應力引起的體積變化稱為剪脹性，廣義的剪脹性指剪切引起的體積變化，既包括體脹，也包括體縮，但后者常被稱為“剪縮”。土的剪脹性實質上是由于剪應力引起土顆粒間相互位置的變化，使其排列發生變化，加大（或減小）顆粒間的孔隙，從而發生體積的變化。九、影響飽和無粘性土液化的主要因素有哪些？列舉4種判斷液化的方法。答：影響因素：土的相對密度，土的粒徑，固結應力，初始剪應力，土層的地質年代和組成，顆粒級配，土層的埋深和地下水位的深度，土的透水性能，地震的烈度和地震持續的時間。判斷方法：臨界孔隙比法，標準貫入實驗，靜力觸探法，剪切波速法。十、剛性直剪試驗的缺點，并提出解決辦法。答：缺點：1）剪切破壞面限定在上、下盒之間的水平面上，該面不一定是土樣抗剪強度最弱的面。2）剪切面上剪應力分布不均勻，土樣的剪切破壞先從邊緣開始，在邊緣也產生應力集中；3）在剪切過程中，土樣抗剪面積逐漸縮小，而計算土樣抗剪強度時，卻是按土樣原截面積計算的；4）不能嚴格控制排水條件，不能測量孔隙水壓力。解決辦法：用一系列圓環代替剛性盒，這樣可以使邊界上的應力應變不均勻性降低，試樣內所加的應力被認為是純剪。十一、列舉一個土工試驗在工程應用中的實例，并用土力學理論解釋之。答：十字板剪切試驗，這種試驗是將十字型鋼板插入土中，施加扭矩達到最大值Tmax時，十字板在土中被扭動，通過這個扭矩計算出土的抗剪強度，對于野外試驗，板高與外直徑之比一般為H/D=2，通過理論計算可得，對于各向同性的土，抗剪強度,實際上，現場土常常是各向異性的，對于正常固結土，水平面上的抗剪強度一般大于垂直面的抗剪強度，用上式計算所得的抗剪強度一般偏大，常需要修正后才能使用，這種實驗可用于軟塑粘土到硬塑狀態的粘土，對于飽和軟粘土，它測得的抗剪強度相當于不排水抗剪強度。十三、土的本構模型主要分哪幾類？鄧肯-張本構模型的本質？并寫出鄧肯-張本構模型應力應變表達式，并在應力應變坐標軸中表示。答：土的本構模型大體上可以分為彈性模型，彈塑性模型，粘彈塑性模型，內時塑性模型等幾類。鄧肯-張雙曲線模型本質在于假定土的應力應變之間的關系具有雙曲線性質雙曲線擬合出一般土的三軸試驗其中，ab為試驗常數，對于常規三軸壓縮試驗，軸應變，鄧肯等人根據這一雙曲線應力應變關系提出了一種目前被廣泛應用的增量彈性模型，一般被稱為鄧肯-張模型十四、廣義講，什么是土的本構關系？與其他金屬材料比，它有什么變化特性？答：土的本構關系廣義上講是指反應土的力學性狀的數學表達式，表示形似一般為應力-應變-強度-時間的關系；與金屬材料相比，土的變形特性土應力應變的非線性。由于土由碎散的固體顆粒組成，土的宏觀變形主要不是由土顆粒本身變形，而是由于顆粒間位置的變化。這樣在不同的應力水平下由相同應力增量引起的應變增量就不會相同，即表現出非線性。土的剪脹性。由于土石由碎散顆粒組成的，在各向等壓或等比壓縮時，孔隙總是減少的，從而可發生較大的體積壓縮，這種體積壓縮大部分死不可恢復的，剪應力會引起土塑性體積變形，這叫剪脹性，另一方面，球應力又會產生剪應變，這種交叉的，或者耦合的效應，在其他材料中很少見。土體變形的彈塑性。在加載后再卸載到原來的應力狀態時，土一般不會完全恢復到原來的應變狀態，其中有一部分變形是可以恢復的，部分應變式不可恢復的塑性應變，并且后者往往占很大的比例。土應力應變的各向異性和土的結構性。不僅存在原生的由于土結的各向構異性帶來的變形各向異性，而且對于各向受力不同時，也會產生心的變形和各向異性。土的流變性。土的變形有時會表現出隨時間變化的特性，即流變性。與土的流變特性有關的現象只要是土的蠕變和應力松弛。影響土的應力應變關系的應力條件主要有應力水平，應力路徑和應力歷史。十五、在土的彈塑性本構關系中，屈服準則，硬化定理，流動法則起什么作用？答：1）屈服準則是判斷土作為彈塑性材料來研究是否發生塑性變形的準則。流動法則是用來確定塑性應變增量的方向或塑性應變增量張量的各個分量間的比例關系。硬化定理用來描述屈服標準如何發展，說明屈服面為什么會硬化，具體確定硬化函數與硬化參數。十六、劍橋模型的試驗基礎及基本假定是什么？說明該模型各個參數的意義及確定方法。答：基于正常固結土和超固結土試樣的排水和不排水三軸試驗得到的。劍橋模型基于傳統塑性位勢理論，采用但屈服面和關聯流動法則。屈服面形式是依據能量理論得到的。假設：彈性剪切變形為0；2）材料服從關聯流動法則模型參數為M，，k。其中M為平面上破壞線的斜率。，為臨界狀態現在平面上的投影以坐標表示的直線坡率。K為膨脹指數，即回彈曲線的斜率。十七、給出應變硬化條件下，加載條件。為什么該條件在應變軟化條件下不能使用？答：在應變硬化的調價下，用屈服函數表示的加載條件如下f=0時表示應力狀態在屈服面上，為加載，和同時發生；為中性變載，只發生彈性變形；為卸載，只發生彈性變形。f<0則表示應力狀態在現有屈服面之內，微笑的應力變化只產生彈性應變。對于各向同性的材料，屈服函數的一般形式可以表示為應變軟化過程實際上是一種不穩定過程，常伴隨著應變的局部化——剪切帶的出現，其實應力應變曲線對一些影響因素比較敏感，而且其應力應變間不成單值函數關系，所以反應土的軟化的數學模型一般形式比較復雜，也難以準確反映這種應力應變特點，所以應變硬化條件下的夾在條件不能在應變軟化條件下使用。十八、土的本構模型主要分為哪幾類？何為非關聯流動法則？寫出基于非關聯流動法則的彈塑性本構關系。答：土的本構模型主要分為以下幾類：彈性模型，彈塑性模型，粘彈塑性模型，內時塑性模型非關聯流動法則：在彈塑性理論中，令，即塑性勢面g與屈服面f不重合，這稱為非關聯流動法則，基于非關聯流動法則的彈塑性本構關系十九、試說明屈服點，屈服準則，屈服面，塑性變形和破壞的概念。答：1）屈服點：產生屈服現象時的最小應力值即為屈服點2）屈服準則：用以判斷彈塑性材料被施加一應力增量后是加載還是卸載，或是中性變載。亦即是判斷是否發生塑性變形的準則3）屈服面：屈服準則用幾何方法來表示即為屈服面和屈服軌跡，由于許多模型都假設土體是各向同性的，則屈服函數可以再三位空間中表示成曲面，稱為屈服面4）塑性變形：當應力完全卸載后，尚不能恢復的變形稱為塑性變形5）破壞：材料或者結構失去了其基本承載能力或者失去了執行某項功能的基本特性就稱其為破壞。二十、影響飽和土的滲透性的主要因素答：1土顆粒的組成；2土的狀態；3土的結構和構造；4土的飽和度；5滲透流體的影響。二十一、何為前期固結壓力？簡述前期固結壓力的確定方法。答:前期固結壓力是指土樣在歷史上受過的最大壓力?？ㄋ_格蘭德通過研究土的壓縮試驗，提出了一種確定前期固結壓力的經驗方法，該方法是用原狀土進行室內壓縮試驗，并用e-lgp半對數坐標繪制成壓縮曲線，在曲線上造出曲率最大的點c。過c做一水平線和對曲線的切線，則兩線之間的夾角為a，再過c點作a的角平分線，使其與壓縮曲線直線段的延長線交于A點，則A點的橫坐標即為前期固結壓力。二十二、何為Mandol-cryer效應？說明其產生的機理。答：Mandol在分析柱形土體受均布壓力沿柱面向外排水時，發現初期孔隙水壓力不是消散，而是上升，并且超過應有的孔隙水壓力，后來cryer在研究土球受均布壓力徑向排水時，也發現此現象，故稱此現象為mandol-cryer效應。以土球受徑向荷載，徑向固結排水為例來說明，在初期某一時間以后，由于邊界排水，使靠近周邊的空隙壓力開始下降，這種下降波及的范圍還只有半徑的一部分，由于土球的外殼排水后，有效應力增高，將產生收縮，而土球內部沒有變形也沒有排水，骨架也不能變形，不能承擔因土球收縮產生的收縮力，這部分力只有內部土體的空隙水承擔，因此內部孔隙水壓力增大。二十三、分析影響地基沉降的主要原因，機理和性質原因機理性質建筑物荷重土體變形瞬時完成土體固結時孔隙比發生變化決定于土的應力應變關系，且隨時間而發展環境荷載土體干縮取決于土體失水后的性質，不易計算地下水位變化由于土層有效應力變化不直接與荷載有關的其他因素，常常涉及環境原因振動引起土粒重排列視振動性質與土的密度而異，不規則土體浸水飽和和濕陷或軟化結構破壞喪失粘聚力隨土性與環境改變的速率而變化，很不規則地下洞穴及沖刷不規則，有可能很嚴重化學或生物化學腐蝕不規則，隨時間變化礦井、地下管道垮塌可能很嚴重整體剪切，形變——蠕變、滑坡不規則膨脹土遇水膨脹，凍融變形隨土性及其濕度與溫度而變化，不規則二十四、何為應力路徑？采用應力路徑法計算沉降時常采用哪兩種方法？簡述其各自的計算步驟。答：土體中某一點的應力狀態，通?？梢杂媚枒@來表示，若用這一應力狀態中的最大剪應力來代替莫爾應力園，用最大剪應力的變化曲線來代表土體單元從一種應力狀態轉變到另一種應力狀態，這曲線稱為應力路徑。計算沉降可分為有效應力路徑法和總應力路徑法。它們的計算步驟很相似，首相是在現場荷載作用下，估計地基中有代表性的土體單元的應力路徑，然后在實驗室內做出這些有代表性土單元的室內實驗，復制現場應力路徑，并量取實驗各階段的垂直應變，最后就是將各個階段的垂直應變乘上土層的厚度，即得初始和最后沉降。二十五、推導二維飽和土的控制微分方程和邊界條件。二十九、簡述靜止、主動、被動土壓力產生的條件，并比較三者的大小。擋土墻為何經常在下暴雨期間破壞？答：靜止土壓力產生的條件：擋土墻和土均靜止不動，墻后土體處于彈性平衡狀態；主動土壓力產生條件：擋土墻在墻后土體的作用下離開土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態；被動土壓力的產生條件：擋土墻在外力作用下使墻身向土體方向擠壓土體至使土體達到極限平衡狀態：三者的大小關系：主動土壓力最小，靜止土壓力次之，被動土壓力最大。暴雨期間，隨著土體中水位的提高，墻除了受到土壓力的作用，還受到增加的水壓力，并且在水的作用下土的力學性質會變差，土壓力也會增加，若水在土中流動，還會增加滲透力（動水壓力）。三十、影響地基承載力的因素有哪些？介紹地基極限承載力和容許承載力的意義。答：影響地基承載力的因素主要有：地基土的種類和地下水的情況；地基土的物理力學性質（主要是土的重度，密實度或稠度，抗剪強度等）,基礎的寬度和埋置深度。地基極限承載力：地基達到整體剪切破壞階段所能承受的最小壓力，或地基臨近喪失穩定而破壞時承受的壓力。容許承載力：是指地下基礎不破壞也不產生過大沉降，即滿足強度和變形兩個條件的承載力。三十二、靜力許可應力場及機動許可速度場與真實的應力場和速度場有什么聯系與區別？三十三、為什么由靜力許可應力場求出總是小于真正的極限荷載，而由機動許可速度場求出的總是大于真正的極限荷載？答：根據極限平衡分析法中上限和下限的理論分析可得。下限理論的出發點是地基的極限荷載唯一地由地基中的應力分布場所確定。一般先假定應力分布場，使滿足盈利平衡條件和邊界條件，同時又要使地基中任何一點的應力不得超過土的屈服條件（一般采用摩爾-庫侖屈服函數），但可以小于屈服條件，這樣的應力場稱為“靜力容許應力場”。由此所確定的外荷載必然要小于極限荷載的真值。上限理論的出發點，是根據地基產生了破壞而形成速度場，一般稱為“機械許可速度場”，在此速度場中，外荷載的功率與塑性區的內能損耗率相平衡，由此導出極限荷載。由上述理論求得的極限荷載都必然大于破壞荷載真值，因為地基已經破壞，且產生速度場，顯然對應的計算荷載應較處于臨界破壞狀態的外荷載（即極限荷載真值）大。三十五、闡述土的強度理論與適用性（包括主要強度理論的優缺點）。答：1）特雷斯卡準則與廣義特雷斯卡準則實際上是古典強度理論中的最大剪應力理論，可用如下數學表達式表示：為材料常數，是實驗中試樣破壞時的純剪應力；和分別為最大和最小主應力。在土力學中，這一準則只適用于飽和粘土的不排水強度指標的計算；廣義特來斯卡準則可表示為：,其中反應平均主應力的影響。2）米澤斯和廣義米澤斯準則這個準則實際上是古典強度理論中變形理論，可用三個主應力表示為下式：廣義米澤斯準則表達式：式中：與為材料常數，為第二偏應力不變量。3）莫爾-庫倫強度準則一個平面上的抗剪強度取決于作用于這個面上的正應力，最簡單的莫爾包線是線性的，可用下式表示：或者：4）萊特-鄧肯破壞準則：萊特和鄧肯在1975年針對無粘性土提出了一種適用于砂土的彈塑性模型，采用不相關的流動準則，其中屈服面，塑性勢面和破壞面在形狀上是一致的，破壞準則可以用應力不變量的形式表示：，適用于砂土和正常固結粘土，只有一個材料常數，而且該常數很容易通過三軸試驗確定，它的破壞面形狀和模型中的屈服面及塑性勢面形狀一致，并且沒有角點，相對講它是比較合理和方便的。5）松岡元-中井照夫破壞準則表達式：或者6）中國西南交大的俞茂鋐認為土的破壞不僅僅取決于大主應力，而是由三個主剪應力中兩個較大的所決定的，由此他提出了雙剪應力強度理論。7）隱式的破壞準則：實際上每一個土的本構關系模型都存在一個破壞準則，只不過有的是隱含在本構模型中，并無顯式來表示，一般不能直接使用在極限平衡問題的分析中。三十七、詳細闡述地基處理的目的并例舉二種地基處理方法與適用性地基處理的目的:利用人工置換、夯實、擠密、排水、注漿、加筋和熱學等方法手段，對軟弱地基土進行改造和加固，來改善地基土的剪韌性、壓縮性、滲透性、振動性和特殊土地基的特性，用以提高軟弱土地基的強度和穩定性，降低地基的壓縮性，減少沉降和不均勻沉降，防止地震時地基土的振動液化，消除區域性土的濕陷性、膨脹性和凍脹性。換填法將基礎下一定范圍內的土層挖去，然后回填以強度較大的砂、碎石或灰土等，并夯實至密實。適用性：當軟弱土地基的承載力和變形滿足不了設計要求，而軟弱土層的厚度又不是很大時預壓法在建筑物或構筑物建造前，先在擬建場地上施加或分級施加與其相當的荷載，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，土體密實，提高地基承載力和穩定性。適用性：軟土地基四十二、綜述影響土強度的主要因素影響土強度的因素主要分為兩大類，一類是土本身的因素，主要是其物理性質；另一類是外界條件，主要是應力應變條件，前者可稱為內因，后者可稱為外因。1.內部因素:影響土強度的內部因素又可以分為土的組成（C）、狀態（e）和結構（S）。其中土的組成是影響土強度的最基本因素，其中包括：土顆粒的礦物成分，顆粒大小與級配，顆粒形狀，含水量（飽和度）以及粘性土的離子和膠結物種類等因素。土的狀態是影響土強度的重要因素，比如砂土的相對密度大小是其咬合及因此產生的剪脹、顆粒破碎及重排列的主要影響因素；同樣粘土的孔隙比和土顆粒的比表面積決定了粘土顆粒間的距離，這又影響了土中水的形態及顆粒間作用力，從而決定粘性土粘聚力的大小。土的結構本身也受土的組成影響。原狀土的結構性，特別是粘性土的絮凝結構使原狀土強度遠大于重塑土的強度，是不可忽視的影響因素。2.外部因素:除了溫度以外，外部因素主要是指應力應變因素。包括：應力狀態（圍壓、中主應力）、