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基础工程试卷A-带答案

西南交通大学 2007-2008 学年第( 2 ) 学期考试试卷课程代码 0134300 课程名称 基础工程 考试时间 120 分钟阅卷教师签字:一、简答题( 每小题 6分,共 5题30分)1. 确定浅基础埋深时,应主要考虑哪几方面的因素? 答案:1) 建筑物的结构条件和场地环境条件; 2) 地基的工程地质和水文地质条件; 3) 季节性冻土地基的最小埋深;2. 请解释文克勒地基模型的含义,以及该模型的适用范围。

答案:该地基模型是由捷克工程师文克勒( E.Winkler )于 1867 年提出的。

该模型认为地基表面上任一点的 竖向变形 s 与该点的压力 p 成正比,地基可用一系列相互独立的弹簧来模拟,即 p ks 式中 k 为基床系数或称地基系数。

当地基土的抗剪强度相当低(如淤泥、软粘土等)或地基的压缩层厚度 比基底尺寸小得多,一般不超过基底短边尺寸的一半时,采用文克勒地基模型比较合适。

3. 试简述以无限长梁的计算公式为基础,利用叠加原理求解有限长梁的方法(可配合图形说明) 。

答案:将梁 AB 向两端无限延伸得到一无限长梁,将原荷载 P 、M 作用于无限长梁上,无限长梁在 A 、B 两截面上将分别产生内力 Ma 、Va 和 Mb 、 Vb 。

而 A 、B 两截面原本为自由端,剪力和弯矩应为零。

为保证有限 长梁与无限长梁在 AB 间等效,需要在无限长梁的 A 、B 两处分别施加两组集中荷载 [MA ,PA ],[MB ,PB ], 称为端部条件力,并使这两组力在 A 、B 截面产生的弯矩和剪力分别等于外荷载 P 、M 在无限长梁上 A 、B 截面处所产生弯矩的负值(即: -Ma ,-Mb ,-Va ,-Vb ),以保证原梁 A 、B 截面上的弯矩和剪力等于零 的自由端条件。

然后应用无限长梁计算公式求解出 [MA ,PA ],[MB ,PB ]。

最终将已知的外荷载 P 、M 和端部条件力 MA 、PA 、MB 、PB 共同作用于无限长梁 AB 上,按照无限长梁的计算公式分别计算梁段 AB 在这些力作用下各截面的内力及变形,然后对应叠加,就得到有限长梁在外荷载 P 、 M 作用下的内力及变 形。

4. 何谓桩侧负摩阻力、中性点?在哪些情况下应考虑桩侧负摩阻力的作用?答案: 当桩周围的土体由于某些原因发生下沉,且变形量大于相应深度处桩的下沉量,即桩侧土相对于桩产生向 下的位移,土体对桩产生向下的摩阻力,这种摩阻力称之为负摩阻力。

正负摩阻力分界的地方称之为中性 点。

通常,在下列情况下应考虑桩侧的负摩阻力作用:1)在软土地区,大范围地下水位下降,使土中有效应力增加,导致桩侧土层沉降; 2)桩侧有大面积地面堆载使桩侧土层压缩;3)桩侧有较厚的欠固结土或新填土,这些土层在自重下沉降; 4)在自重湿陷性黄土地区,由于浸水而引起桩侧土的湿陷; 5)在冻土地区,由于温度升高而引起桩侧土的融陷。

5. 简要说明高承台桩基础分析的步骤(即如何根据承台外荷载求得基桩内力) 。

线订装封密线订装封密线订装封答案1)应用群桩整体刚度系数建立承台位移与外荷载的关系式,求解出承台的整体位移;2)根据承台的整体位移求得各根单桩桩顶的位移(包含横向位移、竖向位移和转角);3)应用单桩刚度系数建立单桩内力同桩顶位移的关系,求出各根单桩的内力二 计算题6 图示柱下独立基础,基底尺寸为 3500mm ×3000mm ,土层条件为:杂填土: γ=16.0kN/m 3;粉质粘土: γ=18.5kN/m 3,f ak =225kPa ,ηb =0.3,ηd = 1.6;淤泥质粘土: γ=17.8kN/m 3,修正后的承载力特征值 f az =80kPa ;( 1)若柱传至基础的荷载(设计地面处)为: F k =980kN ,H k =20kN , M k =100kN ﹒m ,试计算竖向合力的偏心矩 e ,并验算基础持力层是否满足承载力要求?(提示: f a f ak b (b 3) d m (d 0.5) )( 2)若地基压力扩散角为 23°,在( 1)的荷载条件下,试验算软弱下卧层是否满足承载力要求?(本题 17 分)1)持力层承载力修正 f a f ak b (b 3) d m (d 0.5)= 225 0.3*18.5* (3-3) 1.6*F kG k 980 3.5* 3.0* 2* 20 1400kN淤泥质粘土M M k H k d 100 20* 2 140kN m地基剖面(尺寸单位: m )平均压应力2)自重应力p cz 16*1.4 18.5*3.8 92.7kPa 2 分 附件应力p 0 p k p c 133.33 (16*1.4 18.5*0.6) 99.83kPap cz p z 92.7 55.08 148.5kPa f az 80kPa 故软弱下卧层承载力不满足16*1.4 18.5* 0.6=265.2kPa 合力偏心矩140F k G14000.12分pkF kG k 980 20* 2* 3.5* 3.03.5* 3.0 133.3kPa2分承载力检算 e b0.5 2 分p kmaxF kG k (1 6e ) 133.3(1 6* 0.1) 156.15kPaA b 3.53分p k f a ; p kmax 1.2 f a 318.24kPa持力层承载力满足设计要求pz(p k p c )bl(b 2ztan )(l 2ztan )99.83*3.5* 3(3.5 2*3.2* tan(23)) * (3 2*3.2*tan(23))4分(2 0.5)b b t l A l ( t h 0) l ( 2 2 2 23.5 0.9 3.0 0.7 2 ( 0.75)* 3.0 ( 0.75) 22 a t 2t h 0)2221.49m 23分F j A l 129.39 * 1.49 192.79kN 837.375kN1分满足 8 图示 Winker 地基梁的横截面为矩形,已知截面宽度 107kPa ,地基基床系数 k=20MN/m 3,荷载已示于图中,求梁在画图 3 分b=1.0m ,截面惯性矩 I =0.025m 4,弹性模量E c =2.0× A 点处的弯矩和剪力。

提示:无限长梁的弯矩、 剪力计算公式分别为 M M0 e x cos x, V M0 e x(cos x sin x ))2(本题 102分)7 在题 6 中,若柱截面尺寸为 900mm ×700mm ,基底尺寸为 3500mm ×3000mm ,基础埋深和地基条件不变。

( 1)若传至基础的荷载(设计地面处)为 F k =1050kN ,H k =50kN ,M k =80kN ﹒m (基本组合值) ,作用方向不变,试计算基底净反力;( 2)若采用高度为 800mm (有效高度 750mm )的 C20 钢筋混凝土扩展基础,验算基础的抗冲切强度(柱 下)是否满足要求。

提示: F l 0.7 hp f t a m h 0 ,βhp =1.0, f t = 1.1MPa)本题 14 分)80 50* 2 180kN mp j p j max 129.39kPa 2) a t 0.7ma b a t 2h 0 0.7 2* 0.75 2.2m要求画出计算简图) 净反力FMp j max1050 3.5*3.0180*6 22129.39k Pa 70.61 3分1)弯矩由于 a b a t 2h 0 l 3m1分a m (a t ab )/2 (0.7 2.2)/2 1.45m抗冲切力:0.7 hp f t a m h 0 0.7*1.0*1100*1.45*0.75 837.375kN 2分0.316m在 M 1 作用下:x 0.316* 3.5 1.106M 120M A! 0 e x cos x e 1.106cos(1.106) 8.90kN m 1分 M x 120* 0.316 1.106 V A10 e x(cos x sin x)e1.106(cos(1.106) sin(1.106)) 8.42kN 1 分在M 2 作用下:计算以 2 点为对称中心的 A 点的对称点 A'( x>0)的弯矩和剪力, 然后根据对称性求的 A 点的弯矩和剪力。

A '点: x 0.316 * 3.5 1.106M 120 M A2 M0e x cos x 120e 1.106 cos(1.106) 8.90kN m 2分 A22 2M 120* 0.316 V A2 0 e x (cos x sin x) e 1.106(cos(1.106) sin(1.106)) 8.42kN 2分无限长梁在弯矩作用下,弯矩关于作用点反对称,剪力关于作用点对称 故:M A2 M A2 8.90kN m 1 分 V A2 V A2 8.42kN 1 分所以:M A M A1 M A2 2* ( 8.90) 17.8kN m 1 分 V A V A1 V A2 0也可利用对称性求解,即结构对称、外力对称,则弯矩对称,剪力反对称。

9 对于摩擦型钻(挖)孔灌注桩,假设( 1)桩侧摩阻力沿桩身均匀分布; ( 2)桩的端阻力为 0。

设桩在地 面以上的长度为 l 0,地面以下的长度为 l ,桩的弹性模量和桩身截面积分别为 E 、A ,试推导在桩顶轴力 N 0 作用下桩身弹性压缩量 s e 的计算公式。

(本题 9 分)桩侧摩阻力沿桩身均匀分布,则摩阻力分布函数为 f (z)N0ulN(z) N 0 u 0 f(z)dz2分l00N 0N 0 u 0 f (z)dz dzEA2分Nl2分l 0lN0 zlzEAdzN0(l00.5l)EA3分10 如图所示的柱下桩基础,柱截面尺寸为面尺寸 0.3m× 0.3m 的预制方桩。

1m × 0.9m,桩为截由桩传至基础的荷载(基本组合值)为(设计地面处)F = 4500kN ,M x=600kN ﹒ m, M y= 540kN﹒m;各土层的承载力指标(经深度修正后):粉质粘土: q sik= 75kPa,q pk=1600kPa;中砂: q sik= 78kPa, q pk= 4400kPa;( 1)计算单桩的极限承载力 Q uk;( 2)按简化算法计算桩所承受的最大轴向压力(承台及其上部土体的平均重度取为 20kN/m 3);(3)按公式0N l [ 1x(c2)1y(c1a1x)] ft h0验算承22 台受角桩冲切的承载力是否满足要求。

(提示:γ0=1,f t=1.43MPa ,h0=0.9m,1x0.48)1x1x 0.2(本题 20 分)ymmm55.( 1)极限承载力Q uk Q sk Q pk uq sik l i q pk A p 4分粉质粘土4*0.3* (75*8 78*1.2) 4400 * 0.3* 0.3 1228.32kN3)冲切检算中砂土填土m1x 1x /h0 0.4/0.9 0.441x0.481x 0.20.75 2分1y 1y /h0 0.45/0.9 0.51y0.481y 0.20.686 2分[ 1x(c2 a1y) 1y(c1 a1x)] f t h0 [0.75* (0.7 0.45 / 2) 0.686 *(0.7221687.45kN0 N l 1218.49 1687.45 满足抗冲切要求。

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