p-s平面上不同应力路径的非饱和土力学特性研究

 通过7个吸力和净平均应力同时变化的非饱和含黏砂土固结试验,研究7条不同应力路径的试验在p-s-v,p-s- ,p-s- 和p-s-w空间曲线形状随角度?(净平均应力和吸力夹角)的变化规律,分析引起变化的机制,指出净平均应力是决定体变的重要因素,吸力是决定水分变化的首要条件。并探讨p-s平面上7条应力路径屈服点连线轨迹的统一表达式,建立p-s平面上屈服点连线的统一抛物线表达式。最后运用该公式预测已有的试验数据,预测结果较为理想,说明该式预测p-s平面上不同应力路径各屈服点变化规律是较为可靠的。     

土的变形破坏机理和土力学计算理论问题

本文论述天然土的变形和破坏机理所包含的各种复杂因素,并将其概括为五个方面的影响。第一,应力方面,包括应力类型、应力水平和应力途径的影响;第二,应变方面,包括弹性、塑性、加工硬化、加工软化以及由此而产生的残余强度和逐渐破坏等影响;第三,孔隙水方面,包括固结排水条件、凝聚力和内摩擦角随含水量变化的影响;第四,加荷速率及受力时间方面,包括瞬时荷载、长期荷载、振动作用下的强度和流变等影响;第五,土的不等向和不均匀性所产生的影响。由于土的性质复杂,土力学理论计算与实际情况之间不可避免地存在着或多或少的差异。土力学工作者在运用某一种计算理论的同时,还必须考虑多种其他因素可能产生的影响,并参照多方面的资料对计算结果作出必要的综合分析和判断。     

土力学教学中的有效应力原理

土的抗剪强度、地基变形和土的有效应力密切相关。附加应力作用下,随着超孔隙水压力的消散,地基中有效应力逐渐发展。有效应力原理对于理解土的抗剪强度和地基变形的形成机理具有重要意义。     

非饱和土与特殊土力学的基本理论研究

对非饱和土与特殊土开展了持久深入的研究,取得了系统的创造性成果：在国内率先研制成非饱和土固结仪、直剪仪、渗气仪、标准三轴仪、温控三轴仪、多功能三轴仪和土工CT-三轴仪等一系列仪器设备,揭示了非饱和土与特殊土的水气运动规律及变形、强度、屈服、水量变化、湿陷、湿胀、细观结构演化、温度效应等许多重要力学特性规律;构建了岩土力学的公理化理论体系与多种组合形式的非饱和土的应力状态变量;提出了各向异性多孔介质的有效应力理论公式与非饱和土的有效应力理论公式;建立了非饱和土、湿陷性黄土和膨胀土的本构模型谱系（包括非线性、弹塑性、结构性损伤与热力耦合模型）与分别考虑密度、净平均应力和偏应力影响的广义土-水特征曲线模型谱系;创立了非饱和土三维固结理论及其固结模型谱系;自主研发了分析固结问题的系列软件,求得一维固结问题的解析解和二维固结问题的数值解,形成了完整的理论体系。应用研究成果解决了多项工程的疑难问题,表明所建理论能够指导实践,为工程决策提供理论支持和科学依据。     

从科学试验方法探讨土力学发展的新途径

土是多相、多矿物的组合体，土体本身具有多样性和易变性。人类对土的力学性状的认识是从试验开始的。土力学理论的形成、发展与试验方法息息相关。近年来，扫描电镜、CT技术引入十力学中，较大地推进了士力学的细观研究，成为土力学的研究热点。通过分析现有土力学试验方法的特点，认为利用物理模拟试验，采用扫描电镜、CT等现代测试技术，对土体本构关系进行细观表述。是土力学研究的新动向。在此研究基础上引入科学试验新形式——虚拟技术，展现复杂条件下附加应力的传递过程，并显现各种因素(如环境因素等)对土体结构的影响，是土体本构模型建立的新途径。     

非饱和土力学特性及本构模型

地表土几乎全是非饱和土,特别是在干旱和半干旱地区,用饱和土力学理论和实验手段不能正确解释和处理非饱和土工程问题。首先介绍用低吸力和高吸力分别描述土的非饱和程度;简单回顾饱和土力学理论之后介绍现在比较认可的非饱和土力学理论;介绍低吸力下非饱和土持水和力学性质的测试方法,重点说明因使用陶土板而需要注意事项与对策以及非饱和土三轴仪的体积测量方法;用吸力控制压缩试验、三轴试验和真三轴试验的实测结果说明非饱和土的典型力学性质;根据试验结果分析持水曲线的直接影响因素和持水与力学性质的耦合特性,用弹塑性方法建立非饱和土持水和力学特性耦合的本构模型,并用吸力控制或量测的等向压缩和三轴试验结果验证;开发高吸力范围内吸力控制三轴试验方法,用该方法获得广吸力范围内4种典型土的应力应变关系,并用其中两种广吸力范围内强度数据对各种非饱和土强度计算公式的适用性进行分析。     

连续孔隙介质土力学及其在非饱和土本构关系中的应用

首先论述了土力学的理论基础仍然很不完善,仍处于半理论、半经验的发展阶段,它还缺少统一的理论基础。指出:连续孔隙介质土力学是以多相孔隙介质理论为基础描述自然界中土的行为的一门科学,它(或多相孔隙介质理论)可以作为土力学统一的理论基础。然后介绍了连续孔隙介质土力学的理论基础,讨论了多相孔隙介质理论的整体平衡方程的建立以及土力学中控制方程的选择和确定。针对非饱和土问题,利用多相孔隙介质理论(包括热力学和内变量理论),基于3种广义应力即非饱和土的有效应力(式(22))、基质吸力和气相压力作为3个独立的应力状态变量,提出并详细地论证和推导了考虑气相的能量耗散和塑性体积变形的非饱和土弹塑性本构方程。     

非饱和路基土模量确定方法

 基于孔隙比和含水量随净应力和基质吸力变化的特征,建立孔隙比和含水量与净应力和基质吸力之间的关系式,并结合非饱和土的本构关系,得到弹性模量E和H及体积模量 和 与净应力、基质吸力和含水量之间的关系。然后采用试验数据拟合孔隙比–净应力–基质吸力三维曲面及体积含水量–净应力–基质吸力三维曲面,得到弹性模量E和H及体积模量 和 与净应力和含水量关系式中的参数,并分析了净应力和含水量对这4个模量的影响的规律性。分析结果表明：在一定净应力下,模量E随着质量含水量增大而减小;净应力越大,模量E随质量含水量减小越显著;在同一质量含水量下,净应力越大,模量E越大。随着质量含水量增大,模量H单调减小;随着净应力增大,模量H单调增大。在低质量含水量时,增加净应力,体积含水量增大,当质量含水量增加到一定程度以后,增加净应力会引起体积含水量的减小。在一定净应力下,增加吸力会使体积含水量减小;在同一质量含水量下,增加净应力能够减弱吸力对体积含水量的影响。     

土力学理论需要发展与变革

土力学经过90多年的发展,已经成为岩土工程中不可缺少的理论分析工具。但土力学目前仍然处于半理论、半经验的状态,其理论预测结果具有非常大的不确定性。如何克服这些不足,使土力学理论不断向前发展和变革,是土力学研究者不可推卸的责任。首先,基于土的易变性与敏感性论证了土是一种非常复杂的、难以用简单的一、两个变量进行精确定量描述的材料;其次,揭示了土力学目前是一种简化的理论,忽略了很多影响因素,难以描述土的复杂性质,由此产生了非常大的不确定性;第三,指出有效应力原理实质上是一种等效的近似方法,并就有效应力的定义、表述、理解和作用及其局限性进行了研究和探讨;最后,针对土力学目前存在的不足以及发展、变革的需求,提出了建立考虑多因素相互作用和影响的土力学理论的观点,提倡用多个因素(或多场)作用的观点研究和描述土的性质和行为。     

本科生土力学教学中的"深度"

国内本科生土力学教学中少有讲解代表现代土力学特征的本构模型理论的,本构模型理论似乎难以为本科生了解和掌握.文章通过实例分析表明,可以在经典土力学教学中深入浅出地提炼出本构模型理论框架,适当增加本科生土力学教学的"深度".     

关于非饱和土本构研究的几个基本规律的探讨

非饱和土是土不同状态的一种,所有的土都可能对于水处于部分饱和状态。因此,理想的土本构模型应该能够预测在所有可能的孔压和应力范围内土的性质;同时,也可以描述在该范围内任一的应力和水力路径。在过去大约 20 a 的时间中,非饱和土本构性质的研究经历了重大的发展,主要表现在以下几个基本理论方面：体积变化、剪切强度、屈服应力、土水滞回及水力学性质的耦合等。拟从对试验数据的预测效果、各理论间的一致性以及饱和与非饱和状态的连续性 3 个方面,对非饱和土本构基本理论的研究现况进行分析、归纳。     

非饱和土的应力传递机理与有效应力原理

回顾了几十年来非饱和土有效应力研究的主要成果。根据非饱和土的应力传递机理 ,提出了土样中任一点三个有效主应力表示形式和有效应力参数确定方法。     

中国冻土力学研究50a回顾与展望

中国多年冻土和季节冻土面积分别占国土面积的 21.5% 和 53.5% 。在这些地区,地表层都被一层冬冻夏融的冻结–融化层覆盖,作为地基的冻结–融化层,在其冻融过程中土体性质受气温的变化直接影响着上部建筑物的稳定与安全,因此,在冻土地区进行水利工程、工业与民用建筑及交通运输工程的建设,就必须对冻土及其与工程建筑物相互作用的一系列工程冻土学理论和实践问题做出解答,以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性、耐久性及经济合理性。简要回顾了中国冻土力学的创始和发展过程,阐述了冻土力学在强度与变形、本构模型研究、水热过程研究、冻土与结构物相互作用研究及冻土力学测试技术的发展等 5 个方面的成就,并根据冻土力学学科特点、工程建设对冻土力学发展的要求以及相关学科的发展趋势,展望了冻土力学未来的发展方向。     

非饱和土强度理论的分析与比较

介绍了非饱和土强度理论研究的两个阶段，并对其发展过程做了阐述，分析比较了Bishop与Fredlund两种强度理论的异同点及其不足之处，有利于非饱和土强度理论与实践的更快结合。     

从粒间吸力特性再认识非饱和土抗剪强度理论

首先对非饱和土中吸力进行了综合分类并对各类吸力的性状进行了系统阐述 ,认为非饱和土中土颗粒间的总吸力由本征结构吸力、可变结构吸力、有效基质吸力、湿吸力和牵引力组成。基于各吸力的特性和Mohr -Coulomb强度准则 ,从理论上直接给出了非饱和土的总吸力与抗剪强度间的关系 ,这不仅从形式上统一了Bishop和Fredlund的强度公式 ,而且在内容上明确了其中各状态变量的物理意义。文中分析了非饱和土抗剪强度的组成及其影响因素。对Donald在非饱和土试验中发现的砂性土抗剪强度与基质吸力间呈山坡形的曲线关系及Gan、Escario、Fredlund等的粘性土抗剪强度和基质吸力 (含水量 )间呈非线性正比关系 ,以及对同一非饱和土因具不同初始孔隙比而具不相同的抗剪强度现象给出了令人满意的理论解释。广义抗剪强度公式客观地反映了非饱和土的强度特性     

非饱和土统一强度理论及真三轴试验结果验证

 非饱和土的真三轴强度准则及三向应力状态预测是实现非饱和土理论工程应用的重要问题,依据非饱和土的双应力状态变量及吸附强度特性,构建适用于非饱和土的双剪单元体模型,继而建立分段线性的非饱和土统一强度理论,分析其特例、平面极限线和空间极限面的特性,并用已有的非饱和粉砂的刚性与柔性真三轴试验结果进行验证。研究结果表明：本文非饱和土统一强度理论的极限线覆盖了所有外凸区域,饱和土的统一强度理论以及非饱和土的Mohr-Coulomb强度准则均为其特例,而且还包括很多新的强度准则;非饱和粉砂的所有真三轴试验数据均落在非饱和土统一强度理论的极限线范围内,并与统一强度理论参数b = 1/2时的预测值吻合较好;外接圆Drucker-Prager准则不能反映非饱和土的真实强度特性,b = 1/2时非饱和土统一强度理论可线性逼近拓展的非线性SMP准则。     

有效应力原理在各向异性饱和土中的拓展与应用

有效应力原理奠定了土力学的基础。为了刻画由于土颗粒形状和排布的不规则所造成的内应力不均匀现象和土的各向异性力学行为,采用2种典型的分析方法对各向异性饱和土的内应力进行剖析,结果表明:对于各向异性土而言,忽略土颗粒接触面积后所得到的有效应力无法刻画内应力的不均匀现象;骨架应力是一个客观存在的物理量,可以刻画内应力不均匀的现象。为了便于应用,在骨架应力的基础上,提出等效应力张量,使之可以刻画不包含孔隙水压强的其他所有外力作用产生的土骨架应力。借助组构张量,给出等效应力张量的具体表达,明确有效应力、骨架应力和等效应力之间的两两换算关系。在此基础上,以等效应力刻画土骨架应力,以已有本构模型模拟土骨架力学行为,可以在不额外地修正土的基本力学规律的前提下,对各向同性土的本构模型进行"各向异性化"改造,实现有效应力原理在各向异性土中的拓展。以Lade破坏准则为例,建立等效Lade破坏准则,与试验结果对比表明,拓展后的有效应力原理可以适用于各向异性饱和土。     

非饱和土刚性挡墙抗倾覆临界嵌固深度研究

基坑周围土体实际处于非饱和状态,忽略基质吸力的饱和土挡墙抗倾覆设计不合理。基于非饱和土的平面应变抗剪强度统一解,考虑非饱和土强度的中间主应力效应和非线性,利用力矩相等推导基质吸力均匀和线性2种分布下基坑刚性挡墙的抗倾覆临界嵌固深度方程,给出工程应用步骤,并得到新提出的抗倾覆临界嵌固系数的参数影响特性。所得结果为系列化的有序解答,具有广泛的理论意义和很好的适用性。研究表明：基坑刚性挡墙抗倾覆设计的强度理论效应明显,考虑中间主应力效应可以更加发挥非饱和土体的强度潜能;基质吸力及其分布对抗倾覆临界嵌固系数具有显著影响,应合理假定基质吸力分布并采取工程措施确保其稳定存在;处理非饱和土强度非线性影响有2种方法,采用稳定较小吸力角的方法1简单偏保守,采用分段双曲线吸力角的方法2精确稍复杂,应正确认识高基质吸力对非饱和土强度及其结构设计的双重影响。