第二章　土质学与土力学

第一节　土的物理化学性质及工程分类

单项选择题（下列选项中，只有一项符合题意）

1衡量土的粒径级配是否良好，常用的判定指标是（　　）。

A．标贯击数

B．含水量

C．不均匀系数

D．内摩擦角

【答案】C

【解析】评价土颗粒级配的指标是不均匀系数。对于级配连续的土，不均匀系数C_u＞5时级配良好；对于级配不连续的土，需要同时满足不均匀系数C_u＞5、曲率系数C_c介于1～3才能判断为级配良好。

2下列表示土的饱和度的表述中，哪项是正确的？（　　）

A．土中水的质量与土粒质量之比

B．土中水的质量与土的质量之比

C．土中水的体积与孔隙体积之比

D．土中水的质量与土粒质量加水的质量的和之比

【答案】C

【解析】土的饱和度S_r是指土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，表明孔隙被水充满的程度，用百分数表示，即：S_r＝V_w/V_v×100%。

3土的物性指标中不能直接测试，需要从其他指标换算的是（　　）。

A．孔隙比

B．土粒比重

C．密度

D．含水率

【答案】A

【解析】土的物理性指标中天然密度、土粒比重、含水率能直接测出，其他指标都是通过这三个指标换算得到。

4关于土的密实程度，下列说法正确的是（　　）。

A．同一种土，土的孔隙比越大，表明土越密实

B．同一种土，土的干密度越大，表明土越密实

C．同一种土，土的相对密度越小，表明土越密实

D．同一种土，标准贯入试验的锤击数越小，表明土越密实

【答案】B

【解析】A项，孔隙比是孔隙体积（气相＋液相）与土颗粒体积（固相）之比。同一种土，土的孔隙比越小，表明土越密实；C项，相对密度（又称“比重”）d_s＝M_s/（V_sγ_w）与土密实度无关；D项，标准贯入试验是指用63.5kg的锤，自1900px（76cm）的高度自由落下，将长度51厘米、外径5.1厘米、内径3.49厘米的标准贯入器击入土中750px（30cm）所需的锤击数，称为标准贯入击数N。同一种土，标准贯入试验的锤击数越大，表明土越密实。

5某饱和土样的天然含水率ω＝20%，土粒比重d_s＝2.75，该土样的孔隙比为（　　）。

A．0.44

B．0.55

C．0.62

D．0.71

【答案】B

【解析】该土样为饱和土样，则其饱和度S_r＝100%，根据土的三相指标换算公式，可得孔隙比e＝（ω·d_s）/S_r。其中ω＝20%，d_s＝2.75，所以孔隙比为：e＝（0.2×2.75）/1＝0.55。

6某饱和土体，土粒相对密度d_s＝2.70，含水率（含水量）w＝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】土的饱和重度是指土的孔隙全部被水充满时的重度，即γ_sat＝（W_s＋V_v×γ_w）/V。含水量是指岩石孔隙中所含的水重量（G_w）与干燥岩土重量（G_s）的比值，所以由土粒密度和含水量可得孔隙体积与土粒体积之比为：2.7×0.3＝0.81，设土粒体积为1，则孔隙体积为0.81，取g＝10m/s²，饱和重度即为：γ_sat＝（2.7×10×1＋10×0.81）/1.81＝19.4kN/m³。

7在体积1m³的完全饱和土体中，水的体积占0.6m³，该土的孔隙比等于（　　）。

A．0.40

B．0.60

C．1.50

D．2.50

【答案】C

【解析】土的饱和度S_r是指土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，表明孔隙被水充满的程度，用百分数表示，计算公式为：S_r＝V_w/V_v×100%。

饱和度为100%的土称为饱和土，当饱和度S_r＝100%时，孔隙比为：e＝V_v/V_s＝V_w/V_v＝0.6/（1－0.6）＝1.5。

8已知某土样孔隙比e＝1，饱和度S_r＝0，则土样符合的条件为（　　）。

①土粒、水、气三相体积相等；

②土粒、气两相体积相等；

③土粒体积是气体体积的两倍；

④此土样为干土。

A．①②

B．①③

C．②③

D．②④

【答案】D

【解析】孔隙比与饱和度的公式为：

根据已知条件，e＝1，S_r＝0，代入公式可得：V_w＝0，V_v＝V_s。由饱和度S_r为0，可知此土样为干土。

9某土样的天然重度γ＝18kN/m³，含水量ω＝20%，则土的干密度ρ_d为（　　）。

A．15g/m³

B．1.5g/m³

C．1.5g/cm³

D．1.5t/cm³

【答案】C

【解析】干密度是指单位体积土中土粒的重量，定义式表达为固体颗粒的质量与土的总体积之比值。由题意可知，密度

故土的干密度为：

10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、于密度

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。

11下列指标中，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】土体的孔隙比为：

土体越松散，土体孔隙体积越大，孔隙比越大；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。土体越松散，e越大，D_r越小；相反，贯入锤击数越大，土体越密实。

12对黏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

【答案】C

【解析】黏性土是指含黏土粒较多，透水性较小的土。工程上应根据塑性指数分为粉质黏土和黏土，塑性指数大于10，且小于等于17的土为粉质黏土，塑性指数大于17的土为黏土。颗粒细，孔隙小而多，透水性弱，具膨胀、收缩特性，力学性质随含水量大小而变化。因此，土中的自由水对黏性土的性质影响最大。故选C项。

13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

【答案】D

【解析】弱结合水是指在距离土粒表面较远地方的结合水，由于引力降低，弱结合水的水分子的排列不如强结合水紧密，弱结合水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，亦即可从一个土粒迁移到另一个土粒，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。故选D项。

14下列黏土矿物中，亲水性最强的是（　　）。

A．高岭石

B．伊利石

C．蒙脱石

D．方解石

【答案】C

【解析】亲水性大小排列顺序：蒙脱石﹥伊利石﹥高岭石﹥方解石，故选C项。

15某土样液限ω_L＝24.3%，塑限ω_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，塑性指数习惯上用不带百分号的数值表示。根据计算公式可得：I_P＝ω_L－ω_P＝24.3－15.4＝8.9。

16某土样液限ω_L＝25.8%，塑限ω_p＝16.1%，含水率（含水量）ω＝13.9%，可以得到其液性指数I_L为（　　）。

A．I_L＝0.097

B．I_L＝1.23

C．I_L＝0.23

D．I_L＝－0.23

【答案】D

【解析】液性指数I_L，即天然含水率和塑限之差与塑性指数之比值，反映土在天然条件下所处的状态。根据其表达式可得：

17某黏性土样的天然含水量ω为20%，液限ω_L为35%，塑限ω_p为15%，其液性指数I_L为（　　）。

A．0.25

B．0.75

C．1.33

D．4.0

【答案】A

【解析】液性指数是天然含水率和塑限之差与塑性指数之比值，用来判断土的软硬状态。该黏性土的液性指数为：

18已知甲土的压缩系数为0.1MPa^－1，乙土的压缩系数为0.6MPa^－1，关于两种土的压缩性比较，下面说法正确的是（　　）。

A．甲土比乙土的压缩性大

B．甲土比乙土的压缩性小

C．不能判断，需要补充两种土的泊松比

D．不能判断，品要补充两种土的强度指标

【答案】B

【解析】常以p₁＝100kPa、p₂＝200kPa及相对应的孔隙比e₁和e₂计算土的压缩系数α_1－2＝（e₁－e₂）/（p₂－p₁），常用单位为MPa^－1，压缩系数越大，同样的压力差下，孔隙率减少越多，同等条件下沉降越大，压缩性越大。

19土的塑性指数越大，则（　　）。

A．土的含水量越高

B．土的黏粒量越高

C．土的抗剪强度越小

D．土的孔隙比越大

【答案】B

【解析】黏性土处在可塑状态时含水量的变化范围为塑性指数I_p，习惯上用不带%符号的数值表示，即I_P＝ω_L－ω_P。由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响黏性土特征的各种重要因素。塑性指数越大，表明土的颗粒越细，比表面积越大，土的黏粒或亲水矿物（如蒙脱石）含量越高，土处在可塑状态的含水量变化范围就越大。

20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。本题中随着含水量的增加，土体体积增大，所以黏性土开始由固体状态转入半固体状态。

21黏性土处于什么状态时，含水率减小土体积不再发生变化？（　　）

A．固体

B．可塑

C．流动

D．半固体

【答案】A

【解析】当土中含水量很低时，土中水为强结合水，土呈现固态或半固态。当土中含水量增加时，土粒周围除强结合水外还有弱结合水，此时土体受外力作用可以被捏成任意形状，外力取消后仍保持改变后的形状，这种状态称为塑性状态。当黏性土由半固体状态转入固体状态时，黏性土的空隙体积和位置已经固定，水分的减少不会改变孔隙比，所以其体积不再随含水率减少而变化。

22黏性土可根据什么进行工程分类？（　　）

A．塑性

B．液性指标

C．塑性指标

D．液性

【答案】C

【解析】塑性指数能综合反映土的矿物成分和颗粒大小的影响，因此，塑性指数常作为工程上对黏性土进行分类的依据。

23某砂土土样的天然孔隙率为0.461，最大孔隙比为0.943，最小孔隙比0.396，则该砂土的相对密实度为（　　）。

A．0.404

B．0.881

C．0.679

D．0.615

【答案】B

【解析】评价密实度的指标有孔隙比P、相对密实度D_r、标准贯入锤击数N、重型圆锥动力触探锤击数N_63.5等。在工程上一般采用相对密实度D_r来评价无黏性土的密实度。工程实践中则通常用标准贯入锤击数来划分砂土的密实度。由相对密实度公式得，该砂土的相对密实度为：

24某砂土，天然密度为1.74g/cm³，含水量为20%，比重为2.65，最大干密度为1.67g/cm³，最小干密度为1.39g/cm³，其相对密实度及密实度为（　　）。

A．D_r＝0.24，松散状态

B．D_r＝0.28，松散状态

C．D_r＝0.35，中密状态

D．D_r＝0.68，密实状态

【答案】A

【解析】根据砂土的各项指标计算公式可得：

孔隙率：

最大孔隙比：

最小孔隙比：

相对密度：

故砂土处于松散状态。