第二章　岩土力学

第一节　土的组成和物理性质三项指标

单项选择题（每题的备选项中只有一个最符合题意）

1土的含水率是指（　　）。[2017年真题]

A．水的质量与土体总质量之比

B．水的体积与固体颗粒体积之比

C．水的质量与土粒质量之比

D．水的体积与土体总体积之比

【答案】C

【考点】土的含水率的概念

【解析】土的含水率ω是指天然状态下土中水的重量（质量）与土粒重量（质量）之比，用百分数表示，即：

2塑性指数I_p为8的土，应定名为（　　）。[2013年真题]

A．砂土

B．粉土

C．粉质黏土

D．黏土

【答案】B

【考点】土的分类与塑性指数的关系

【解析】塑性指数I_p是指黏性土处在可塑状态时含水量的变化范围。各种土的塑性指数如下：①黏土，I_p＞17；②粉质黏土，10＜I_p≤17；③砂土，I_P＝0；④粉土，介于砂土与粉质黏土之间，3＜I_p≤10；⑤塑性指数I_p≤3时，土表现不出黏性性质。

3黏性土的塑性指数越高，则表示土的（　　）。[2017年真题]

A．含水率越高

B．液限越高

C．黏粒含量越高

D．塑限越高

【答案】C

【考点】黏性土的塑性指数

【解析】塑性指数I_P是指土体液限和塑限的差值，计算公式为：I_P＝ω_L－ω_P。常以百分数的绝对值表示。塑性指数表示土体的可塑状态的范围大小，塑性指数越大土的可塑性范围越广，土中的结合水越多，土与水之间的作用越强烈，黏粒含量越高。

4土的天然密度的单位是（　　）。[2013年真题]

A．g/cm³

B．kN/m³

C．tf/m³

D．无单位

【答案】A

【考点】土的密度单位

【解析】土的天然密度是质量与体积的比值，综合反映了土的物质组成和结构特性，质量单位可采用g或kg，体积单位可采用cm³或m³，所以密度单位是g/cm³或kg/m³。常见的土的密度数值范围是1.6～2.0g/cm³。

5同一种土的密度ρ，ρ_sat，ρ′和ρ_d的大小顺序可能为（　　）。[2016年真题]

A．ρ_d＜ρ′＜ρ＜ρ_sat

B．ρ_d＜ρ_t＜ρ′＜ρ_sat

C．ρ′＜ρ_d＜ρ＜ρ_sat

D．ρ′＜ρ＜ρ_d＜ρ_sat

【答案】C

【考点】土的各种密度计算

【解析】ρ表示土体的天然密度，是指单位体积内天然土体的质量；ρ_sat表示土体的饱和密度，是指土中孔隙完全被水充满时的密度；ρ′是指土体的有效密度或浮密度，处于水下的土受到浮力作用，单位体积中土的有效质量称为有效密度或浮密度；ρ_d表示土体的干密度，是指单位体积的土体中固体颗粒的质量。同一种土ρ′（有效质量与体积之比）＜ρ_d（干土质量与体积之比）＜ρ（总质量与体积之比）＜ρ_sat（总质量加上孔隙水质量与体积之比）。

6在下列土体的三相比例指标中，以质量比形式表示的是（　　）。[2010年真题]

A．饱和度S_r

B．含水量（率）ω

C．孔隙比e

D．重度γ

【答案】B

【考点】土体各种三相比例指标的定义

【解析】土的三相比例指标定义如下：

①饱和度是土中水的体积与孔隙体积之比，指土孔隙被水充满的程度，以S_r表示：

②含水量（率）ω是土中水的质量与土粒质量之比，计算公式为：

③孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比，以e表示，计算公式为：

④土的天然重度是指单位体积天然土体的重量，以γ表示，计算公式为：

7无黏性土随着孔隙比的增大，它的密实状态趋向于（　　）。[2011年真题]

A．密实

B．松散

C．不变

D．不能确定

【答案】B

【考点】无黏性土的孔隙比与密实状态的关系

【解析】孔隙比是指土体中孔隙体积与固体颗粒体积的比值。无黏性土孔隙比增大，则孔隙体积增大，土体变松散。

8黏性土的特征之一是（　　）。[2010年真题]

A．塑性指数I_p＞10

B．孔隙比e＞0.8

C．灵敏度较低

D．黏聚力c＝0

【答案】A

【考点】黏性土的特征

【解析】黏性土是指含黏土粒较多，透水性较小的土。压实后水稳性好、强度较高、毛细作用小。A项，液限与塑限的差值称为塑性指数，塑性指数大于10的土为黏性土；B项，孔隙比只与土的密实性有关；CD两项，黏性土的灵敏度较高且黏聚力c不等于0。

9下列物理性质指标，哪一项对无黏性土有意义？（　　）[2014年真题]

A．I_p

B．I_L

C．D_r

D．γ_max

【答案】C

【考点】无黏性土和黏性土的物理性质指标

【解析】I_p表示黏性土的塑性指数，是指土体液限和塑限的差值，常以百分数的绝对值表示。塑性指数越大，黏粒含量越高。I_L表示黏性土的液性指数，液性指数是判别黏性土软硬程度，即稠度状态的指标，又称稠度。D_r表示砂土的相对密实度，相对密实度用来判断砂土的密实状态，可综合反映土粒级配、形状和结构等因素的影响。γ_max表示黏性土的最优含水率，是黏性土含有一定弱结合水，易被击实时的含水率，对应土击实曲线的峰值。本题中，ABD三项为黏性土性质，C项为砂土的性质，对无黏性土有重要意义。

10黏性土的分类依据是（　　）。[2016年真题]

A．液性指数

B．塑性指数

C．所含成分

D．黏粒级配与组成

【答案】B

【考点】黏性土的分类

【解析】黏性土的分类依据是塑性指数。塑性指数是指土体液限和塑限的差值，表示土体可塑状态的范围大小。塑性指数越大土的可塑性范围越广，土中的结合水越多，土与水之间的作用越强烈，其大小与黏粒含量多少有关。因此，塑性指数是能综合反映土的矿物成分和颗粒大小影响的重要指标，被广泛用于黏性土的分类定名。

11黏性土的最优含水率与下列哪个值最接近？（　　）[2014年真题]

A．液限

B．塑限

C．缩限

D．天然含水率

【答案】B

【考点】最优含水率

【解析】土的含水率是指土中水的质量与土粒质量之比。最优含水率是黏性土含有一定弱结合水时，易被击实时的含水率，对应土击实曲线的峰值。黏性土的最优含水率与塑限（土体可塑态与半固态的分界含水率）接近。土体缩限（固态与半固态的分界含水率）时已无弱结合水，液限（液态和可塑态的界限含水率）时土体接近流态，均不利于土体击实。天然含水率是土体自然状态下的含水率，随土的种类、质地而变化。

12下列各项中，不能传递静水压力的土中水是（　　）。

A．结合水

B．自由水

C．重力水

D．毛细水

【答案】A

【解析】静水压力是由均质流体作用于一个物体上的压力，均匀地施向物体表面的各个部位。土中水分为结合水和自由水。结合水可分为强结合水和弱结合水。强结合水存在于最靠近土颗粒表面处，水分子和水化离子排列非常紧密，以致密度大于1，并有过冷现象不能传递静水压力。弱结合水距土粒表面较远地方的结合水，因为引力降低，弱结合水的水分子的排列不如强结合水紧密，可能从较厚水膜或浓度较低处缓慢地迁移到较薄的水膜或浓度较高处，也可从土粒周围迁移到另一个土粒的周围，这种运动与重力无关，这层不能传递静水压力的水定义为弱结合水。结合水不能传递静水压力；土中自由水包括重力水和毛细水，能传递静水压力。

13某饱和土体，土粒比重d_s＝2.70，含水率ω＝30%，取水的重度γ_w＝10kN/m³，则该土的饱和重度为（　　）。

A．19.4kN/m³

B．20.2kN/m³

C．20.8kN/m³

D．21.2kN/m³

【答案】A

【解析】利用三相比例图换算得，饱和密度计算公式为：

则由ω＝m_w/m_s＝0.3＝e/d_s，可得：e＝0.3d_s＝0.81。

由

上下同时除以V_s可得：

所以该土的饱和重度为：γ_sat＝ρ_satg＝1.94´10＝19.4kN/m³。

14饱和砂土在振动下液化，主要原因是（　　）。

A．振动中细颗粒流失

B．振动中孔压升高，导致土的强度丧失

C．振动中总应力大大增加，超过了土的抗剪强度

D．在振动中孔隙水流动加剧，引起管涌破坏

【答案】B

【解析】土在受到振动时，土中的水不能及时排除，导致土体中的孔隙水压力增大，当孔隙水压力增大抵消有效应力时，土处于悬浮状态，此时，土的强度完全丧失，称为振动液化。

15工程上通过室内实验颗粒级配试验确定各粒组的含量，一般以（　　）mm作为分界粒径，选择相应的试验方法。

A．0.005

B．0.075

C．2

D．60

【答案】B

【解析】工程上通过室内试验——颗粒级配试验确定各粒组的含量，一般以0.075mm作为分界粒径，大于0.075mm的颗粒采用筛分法，小于0.075mm的颗粒采用密度计法。

16土的有效粒径为0.01mm，限制粒径为0.1mm，则土的不均匀系数为（　　）。

A．3

B．5

C．8

D．10

【答案】D

【解析】根据不均匀系数计算公式：

式中，d₁₀为土的有效粒径，为小于该粒径的土粒质量占总质量的10%；d₆₀为土的限制粒径，为小于该粒径的土粒质量占总质量的60%。所以该土的不均匀系数为：

17规范规定：当土的不均匀系数C_u和曲率系数C_c分别为（　　）时该土级配良好。

A．C_u≥5，C_c＝1～3

B．C_u＝1～3，C_c≥5

C．C_u＝1～5，C_c≥3

D．C_u≥3，C_c＝1～5

【答案】A

【解析】不均匀系数表示级配曲线分布范围的宽窄；曲率系数表示级配曲线分布形态，它们都是用来表示土的颗粒级配情况。规范规定：C_u≥5且C_c＝1～3的土为级配良好，不同时满足则为级配不良。

18土的三相比例指标中可直接测定的指标为（　　）。

A．含水率、孔隙比、饱和度

B．密度、含水率、干密度

C．密度、含水率、孔隙比

D．土粒相对密度、含水率、密度

【答案】D

【解析】土的三相比例指标中可直接测定的指标被称为基本指标，包括土粒相对密度、含水率、密度，其他土的指标可以根据土的三相比例指标通过计算得到，称间接换算指标。

19塑性指数越大土中黏粒含量越高，结合水（　　）。

A．不变

B．越多

C．越少

D．没规律

【答案】B

【解析】土体液限和塑限的差值称为塑性指数，塑性指数常以百分数的绝对值表示。塑性指数越大，表示土中黏粒含量越高。塑性指数表示土体的可塑状态的范围大小，塑性指数越大土的可塑性范围越广，土中的结合水越多，土与水之间的作用越强烈。

20采用界限含水率液限、塑限试验时采用的是重塑土，含水率相同时，原状土比重塑土（　　）。

A．软

B．硬

C．可塑性强

D．疏松

【答案】B

【解析】进行界限含水率ω_L、ω_P试验时采用的是重塑土，含水率相同时，原状土比重塑土坚硬，这是由于原状土体所具有的结构性对重塑土而言已不存在的缘故，所以用液性指数标准判别重塑土是合适的，但对原状土则偏于保守。

21用相对密实度D_r＝0.25，天然孔隙比e＝0.85的某处原状土开挖后运到另一处作回填料，已知土体的最大孔隙比为1.0，则填筑1m³的土需要挖方体积数（　　）m³。

A．1.07

B．1.21

C．1.32

D．1.52

【答案】C

【解析】根据相对密实度的定义

其中有e_max＝1.0，e＝0.85；代入解得e_min＝0.4；土体在回填的过程中颗粒体积V_s保持不变，并且压实使得土体达到最小孔隙比。故可得到：

其中V₀＝1m³。代入可解得V＝1.32m³。

22下列指标中，若能表明土体越松散，则数值越大的是（　　）。

A．标准贯入锤击数

B．相对密实度

C．轻便贯入锤击数

D．孔隙比

【答案】D

【解析】土的相对密实度公式为：

式中，e为天然孔隙比，e_max、e_min分别为土处于最松散、最密实状态的孔隙比。e越大，D_r越小，土体越松散；由于天然孔隙比不易确定，实验室确定e_max和e_min时人为误差也较大，常采用现场标准贯入试验所获得的标准贯入击数来判定砂土的密实度，而贯入锤击数越大，土体越密实。

23试验证实，含水率为（　　）下的非饱和填土都不会被击实到完全饱和状态。

A．最优含水率

B．任何值

C．饱和状态时

D．最大含水率

【答案】B

【解析】从击实曲线和饱和曲线上分析：一般采用标准击实仪进行击实试验，对某种特定的土样，可获得在不同含水率状态下被击实的干密度，由此绘出击实曲线与饱和曲线，两曲线不会相交，说明任何含水率下的非饱和填土不会被击实到完全饱和状态。从土的结构性方面分析：当含水率较低或较高时，填土都不能被击得很密实。这是因为，当土体含水较少时，土中水以强结合水为主，土粒间的联结力较强，土粒不易错动，不易被击实；而随着含水率的增加，土中的弱结合水逐渐增多，土粒被润滑更易相互错动，含水率与干密度的关系呈递增形式，达最优含水率时可达到最佳击实效果，但随含水率的进一步增加，土中自由水占据体积增加，限制了土粒的进一步接近，含水率越大，土粒所占体积越小，干密度逐渐变小。

图2-1-1　击实曲线

24无黏性土进行工程分类的依据是（　　）。

A．塑性指数

B．粒度成分

C．液性指数

D．颗粒大小

【答案】B

【解析】水利部《土工试验规程》（SL 237—1999）规定以下列土的特性指标作为土的分类依据：①土颗粒组成及其特性；②土的塑性指标：液限（w_L）、塑限（w_P）和塑性指数（I_P）；③土中有机质含量。黏性土进行工程分类的依据是塑性指数，塑性是表征细粒土物理性能一个重要特征，一般用塑性指数来表示，液限与塑限的差值称为塑性指数。无黏性土进行工程分类的依据是粒度成分。

25某土样液限w_L＝24.3%，塑限w_P＝15.4%，含水量ω＝20.7%，可以得到其塑性指数I_P为（　　）。

A．I_P＝0.089

B．I_P＝8.9

C．I_P＝0.053

D．I_P＝5.3

【答案】B

【解析】液限与塑限的差值称为塑性指数，塑性指数常以百分数的绝对值表示。I_P＝w_L－w_P＝24.3－15.4＝8.9。

26不均匀系数表示级配曲线分布范围的宽窄，不均匀系数很小时曲线很陡，表示土颗粒分布（　　）。

A．不均匀

B．各向异性

C．均匀

D．各向同性

【答案】C

【解析】不均匀系数表示级配曲线分布范围的宽窄，C_u很小时曲线很陡，表示土颗粒分布均匀，属级配不良；C_u很大时曲线平缓，表示土粒大小不均匀，颗粒分布范围较广，属级配良好，一般以C_u≥5作为级配良好的标准。

27土的液相指固体颗粒之间的水，分为（　　）和自由水两大类。

A．重力水

B．毛细管水

C．强结合水

D．结合水

【答案】D

【解析】土的液相指固体颗粒之间的水，分为结合水和自由水两大类。结合水是附着于土粒表面，受土粒表面电分子引力作用而不服从水力学规律的土中水，有强结合水和弱结合水两种；自由水是处于土粒表面引力作用范围以外的土中水，与普通水无异，包括重力水和毛细管水两种。

28（　　）是存在于自由水面以下，在其自身重力作用下可在土体中自由运动的土中水。

A．重力水

B．毛细管水

C．自由水

D．结合水

【答案】A

【解析】重力水是存在于自由水面以下，在其自身重力作用下可在土体中自由运动的土中水；在地下水位以上受水和空气分界处的表面张力作用，土中的自由水通过土中的细小通道逐渐上升形成了毛细管水，毛细管水受重力和表面张力的共同作用。

29当黏性土含水量增大，土体积开始增大，土样即进入的状态为（　　）。

A．固体状态

B．半固体状态

C．流动状态

D．可塑状态

【答案】B

【解析】黏性土随着含水量的不同，可呈现固态、半固态、可塑状态、流动状态。从流动状态到半固态，随着含水量的减小，土的体积减小，但当黏性土由半固体状态转入固体状态时，其体积不再随含水量的减小而变化。

30标准贯入试验是常用的一种原位试验方法，采用标准重量为（　　）kg的击锤进行试验，试验时的落距为76cm。

A．30.5

B．63.5

C．70.5

D．76.5

【答案】B

【解析】由于天然孔隙比不易确定，实验室确定e_max和e_min时人为误差也较大，故工程部门常采用现场标准贯入试验（SPT）所获得的标准贯入击数N_63.5来判定砂土的密实度。标准贯入试验是常用的一种原位试验方法，测得的标准贯入击数是采用标准重量为63.5kg的击锤，落距为76cm，击入土层中的深度为30cm时所需的锤击数量，击数越大，土层越密实。锤击数N_63.5≤10，砂土为松散状态；10＜N_63.5≤15，砂土为稍密状态；15＜N_63.5≤30，砂土为中密状态；N_63.5＞30，砂土为密实状态。