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力学与岩土地震工程

力学与岩土地震工程
力学与岩土地震工程

力学与岩土地震工程

-------土动力学研究进展

刘汉龙 高玉峰

(河海大学岩土工程研究所 南京 210098)

摘 要 综述了目前国内外土体动力本构模型、动力分析和动力测试研究的现状和进展,着重对复杂荷载下的动力弹塑性模型和弹

塑性动力分析研究作了较详细的介绍,并对各种方法的优缺点进行了比较和评述。对今后土动力学和岩土地震工程的研究提出了初

浅的看法。

关键词 土动力学 岩土地震工程 动本构模型 动力分析 动力测试

中图号 TU435

第一作者简介:刘汉龙,男,教授,博士后, 博士生导师。河海大学岩土工程研究所所长,岩土工程专业,主要从事土工抗震及防灾

减灾研究。

Liu Hanlong Gao Yufeng

(Geotechnical Engineering Research Institute, Hohai University, Nanjing 210098)

Abstract The recent advances in dynamic constitutive model and dynamic analysis for soil mass is reviewed in the paper, in particular, the researches on the elastic-plastic model and dynamic elastic-plastic analysis under complicated loading are emphatically introduced and appraised. Finally, the coming studies in future are suggested.

Key words Soil Dynamic, geotechnical earthquake engineering, dynamic constitutive model, dynamic analysis, dynamic test 

1961年我国岩土学科创始人黄文熙先生率先发表有关饱和砂土地基及土坡液化稳定分析成果[1],标志着土动力学这门学科在我国的兴起。1964年日本新泻地震、1971年美国圣费尔南多地震和1976年我国唐山地震等许多实践课题促进了这门学科的迅速发展,使其在国民经济建设中发挥着愈来愈大的作用。1995年日本神户大地震等使土动力学和岩土地震工程的研究达到了一个新的高潮,取得了丰硕的成果。土动力学是研究地震、波浪及机器基础等动荷载作用下土体的动变形、动强度和稳定的一门学科。本文就目前国内外土体动力本构模型、动力分析和土工动力测试的研究作一个简要的归纳和评述。

1 土体动力本构模型研究

饱和砂土的实际动本构关系的发展表现在本构理论、数值计算和测试技术三个方面,它们是相辅相成的。动荷载下饱和砂土体动力特性研究初期,测试技术极其简陋,试验条件与对实际地质条件和荷载条件的模拟与实际情况相去甚远,由此产生的动荷载下饱和砂土体动力特性的认识甚是肤浅和片面,在试验基础上建立的模型则对实际情况作了很多的简化和假定,动本构关系的描述很简单,同时由于计算理论和方法的落后与限制,使得模型处于简单拟合的阶段,模型参数的确定也极其粗糙。后来,随着试验技术的改进和发展,模拟实际状态越来越接近,人们对动荷载下饱和砂土体动力特性的认识越来越深刻和全面,同时由于不同学科间的相互渗透和计算理论的完善,特别是以有限元方法为代表的数值计算方法和计算机技术的高速发展,为模型技术的发展起了不可估量的推动作用,使得对实际情况下动荷载下饱和砂土体动力特性的描述也越来越精确。饱和砂土实际动本构关系是极其复杂的,它在不同的荷载条件、土性条件及排水条件下会表现出极不相同的动本构特性。要建立一个能够适用于各种不同条件的动本构模型的普遍形式是不切实际的,其切实的方法是对于不同工程问题,应该根据土体的不同要求和具体条件,有选择地舍弃部分次要因素,保留所有主要因素,建立一个能够反映实际情况的动本构模型。目前具体建立的动本构模型已多达数十个,大致可分为两个部分,即粘弹性理论和弹塑性理论。

1.1 粘弹性理论

自1968年Seed提出用等价线性方法近似考虑土的非线性以来,粘弹性理论已有了较大的发展。在土体的动力反应分析中,常用的粘弹性理论有等效线性模型和曼辛型非线性模型两大类。前者把土体视为粘弹性材料,不寻求滞回曲线(即描述卸载与再加载时应力应变规律

的曲线)的具体数学表达式,而是给出等效弹性模量和等效阻尼比随剪应变幅值和有效应力状态变化的表达式;后者则根据不同的加载条件、卸载和再加载条件直接给出动应力-应变的表达式。在给出初始加载条件下的动应力-应变关系式(骨干曲线方程)后,再利用曼辛二倍法得出卸荷和再加荷条件下的动应力应变关系,以构成滞回曲线方程。Hardin-Drnevich 模型[2]、Ramberg-Osgood模型[3]、双线性模型及一些组合曲线模型均属于等效线性模型。

一般的粘弹性模型不能计算永久变形,为此,Martin等人根据等应变反复单剪试验结果,提出了循环荷载作用下永久体积应变的增量公式[4]。其后,日本学者八木、大冈和石桥等分别由等应力动单剪试验及扭剪仪各自提出了计算永久体积应变增量的经验公式。沈珠江等对等价粘弹性模型进行了较全面的研究[5,6],认为一个完整的粘弹性模型应该包含4个经验公式:(a)平均剪切摸量;(b)阻尼比;(c)永久体积应变增量和永久剪切应变增量;(d)当饱和土体处于完全不排水及部分排水条件下,还需给出孔隙水压力增长和消散模型。

Masing类模型以Hardin-Drnevich曲线或Ramberg-Osgood曲线等为骨干,改用瞬时剪切模量代替前面的平均剪切模量[7]。为使这类动本构模型更接近实测的动应力-应变曲线,很多学者作了大量的工作。如Prevost[8]和Catherine分别对双曲线模型进行了改进;Pyke及王志良等分别对曼辛规则进行了修正,以使其能够描述不规则循环荷载作用下土的动本构关系[9,10]。伊万用一系列具有不同屈服水平的理想弹塑性元件来描述土的动本构关系[11],它分串联型和并联型两种构成方式。串联型和并联型的伊万模型所描述的动应力-应变特性基本上一致,只是前者以应变为自变量,导出曼辛型的Davidenkov类解析模型;后者以应力为自变量,导出Ramberg-Osgood类的解析模型。由于这些模型总呈现出曼辛型的Bauschinger效应,故伊万模型可看成是一个能获得各种曼辛型关系的通用物理模型,或者说各种曼辛型非线性动应力-应变关系均可由伊万模型导出。郑大同在伊万模型基础上,提出了一个新物理模型,该模型的骨架曲线可为加工硬化状,也可为加工软化状,骨架曲线与滞回曲线的两个分支既可相同,也可不同,而曼辛模型只是其中的一种特殊情况[12]。

粘弹性理论是目前生产应用中的主流,尽管其还存在多方面的不足,如不能考虑应变软化,不能考虑应力路径的影响,不能考虑土的各向异性以及大应变时误差大,等等,但它毕竟是试验结果的归纳,形式上也比较直观简单,经过适当的处理和改进后结合动力有限元程序,同样可以计算出循环荷载作用下土工构造物的孔隙水压力和永久变形的平均发展过程。1.2弹塑性理论

自70年代以来,对饱和砂土弹塑性动本构模型展开了较为广泛的研究,所采用的途径一般有:(a)仍采用单调加载条件下所建立的模型,但仅选用较为复杂的硬化规律,如采用将等向硬化规律和运动硬化规律相结合的所谓非等向硬化规律或者允许边界面产生扩张或收缩运动[13~16],总的来说,这类模型与饱和砂土实际性状之间有较大差距。例如Carter等人的模型建立于修正的剑桥模型基础之上,在加载时只有边界面上产生塑性应变,但卸载时边界面出现收缩现象。Baladi模型则建议改变其椭圆形帽子的长轴与短轴之比,使边界面既可扩大以描述硬化,又可缩小以反映软化。这两个模型在其边界面内侧加载时均不发生塑性应变,不符合饱和砂土的实际动本构特性。为克服帽子类模型具有两个不同的屈服或破坏面使两个屈服面存在的奇异点给数值计算带来的不便,Desai于1984年提出了单一屈服面的Desai模型,后来又发展成为可以考虑非等向硬化、非关联流动甚至可以考虑损伤的系列模型[17]。Desai的单一屈服面模型不同于以前的一个屈服面模型,它虽只有一个屈服面,但却可以概括以前的两个屈服面的所有功能,且曲线光滑连续,不具有奇异性或角点。Desai系列模型是一个相当普遍化的岩土弹塑性本构模型,它可以包容许多等向硬化与非等向硬化模型,使彼此无关的许多模型有机地联系起来,但模型中的各个参数需要经过大量的工程应用才能正确的确定下来,故目前应用很不广泛。(b)以其他形式的塑性理论为基础所建立的动本构模型,如采用塑性模量场理论、边界面理论、多机理概念的塑性理论等。基于这几种理论的塑性模型代表了目前循环荷载作用下土的本构理论研究的现状和水平。本文在谢定义等归纳的基础上[18],结合新近的研究成果作一阐述。

塑性硬化模量场理论是1967年由Mroz首先提出的[19]。它的基本概念是:在应力空间中定义一个边界面和一个初始屈服面。边界面是初始加载过程中形成的相应于最大加载应力的最大屈服面,在边界面内侧有一簇套叠着的互不允许相交的几何相似屈服面,它们随塑性应变的产生和发展在边界面内以一定规则依次产生胀缩和移动,来模拟材料的非等向加工硬化特性。其中每个套叠面以及边界面都代表有一定的硬化模量值,故这簇套叠面当前的相对位置既反映了材料过去的应力历史,又代表了应力空间中塑性硬化模量场当前的大小及其分布。当套叠屈服面杂应力空间中随应力点的变化而平移和胀缩时,应力空间中的塑性模量场即随

着应力点的移动而不断变化,从而可描述土在循环荷载作用下的卸载非线性、再加载和反向

加载时出现的不可恢复塑性变形的形象。基于上述思想所建立的塑性土模型,常称之为多面模型或多屈服面模型。目前已有的多面模型是由Provest以及Mroz、Norris与Zienkiewicz分别提出的[20~25]。他们所提模型的主要差别在于边界面与套叠面的形状及其移动规则以及硬化模量场的研究方法不同。Provest先针对粘性土,后针对饱和砂土所提出的多面模型适用于不排水条件。其中针对饱和砂土的模型采用了圆形边界面和套叠面,假设模量是平均有效应力的

幂函数,并在认为边界面内侧不存在弹性域条件下,使初始屈服面退化为一个点。该模型能

描述饱和砂土的各向异性以及剪应力-应变的非线性滞回特性,并在一定程度上反映砂土的剪胀现象。Mroz等人的模型不仅适用于反映不排水条件下砂土的往返活动性,也适用于描述

排水条件下砂土的振动压密特性。为了描述循环加载过程中的记忆消失现象,Mroz等人进一步发展了无限多面模型[26~28]。这样,在循环加载过程中,当前较大振幅的加载会消除对过去较小振幅加载的记忆,而较小振幅的加载则仍能记忆过去较大振幅的加载过程。该模型尽管

有多方面的适应性,但常要记忆多个反向的套叠曲面,而且在不排水循环加载条件下不出现

液化。

上述多屈服面塑性模型为描述土体的真实特性提供了极大的普遍性和灵活性,但它们要

求在数值计算时对每一个高斯积分点所有屈服面的位置、尺寸及塑性模量进行记忆,对计算

机的内存要求过高。为了避免在有限元计算时对应力空间中所有屈服面进行跟踪,一些学者

提出了两面模型,即只采用初始加载面和边界面,在这两个面之间的套叠屈服面场用解析内

插函数来代替,加载面上的塑性模量取决于加载面上的应力点与边界面上相应共轭点之间的距离。两面理论首先由Dafalias和Krieg分别独立提出[29,30],后来Mroz和Zienkiewicz, Dafalias,Aboim和Roth以及Pande和Pietruszczuk等人将该理论用于描述土在往返荷载作用

下的本构特性,建立了各具特色的塑性模型[31~34]。这类模型的基本特点是,在应力空间中有一个边界面限定了应力点和屈服面移动的几何边界,该边界多采用椭圆形。边界面内有一个

通常与边界面几何相似的屈服面,该屈服面可遵循一定的规则移动。加载过程中的应力点总

是位于屈服面之上或屈服面内侧。边界面上的塑性模量与外法线方向均由塑性增量理论的规

则确定。屈服面上应力点处的塑性模量则由该点在边界上共轭点的硬化模量及此时屈服面相

对于边界面的位置用一些较简单的插值公式来确定。各种两面模型的主要区别在于边界面与屈服面的形状及移动规律以及硬化模量的插值规则不同。如Mroz等人的模型中采用椭圆形边界面,且边界面可以胀缩变化,并将边界面上外法线的方向与屈服面上应力点处外法线的方

向相同条件下边界面上的点定义为屈服面上应力共轭点。该应力点与其共轭点连线的方向决

定了屈服面移动的方向。该应力点处的硬化模量由从该应力点处的切线到其共轭点处切线的距离以及边界面上共轭点处的硬化模量这两个参数为基本变量的插值公式确定。Dafalias和Bardet提出的两面模型与上述各种两面模型有所不同,它将加载面退化为一个应力点。Dafalias模型中采用两段椭圆曲线和一段双曲线组成的边界面。Bardet模型采用椭圆边界面[35]。在这两类模型中,流动法则均规定当应力点落在边界面上时,用边界面法线方向作为塑性流动方向,而当应力点落在边界面以内时则通过坐标原点与应力点连线在边界面上影射点

的方向作为流动方向,对于硬化模量则提出了不同的插值函数公式。因此,边界面模型中的

关键问题是边界面的形状、流动和硬化规则以及应力状态处于边界面之内是模量的插值关系

式的确定。

近代试验土力学深刻揭示了土在非比例加载下的重要变形特性,也暴露了经典弹塑性理论在描述中性变载、旋转剪切应力路径下土体变形时的无能为力[36]。为此,80年代中期,Dafalias提出了边界面低塑性理论,即应力增量与应变增量的非线性理论。考虑到引入增量非线性将增加数值积分的困难,Dafalias将这种非线性限定在流动法则与应力增量方向的相关性上。1989年,王志良在加里福尼亚大学发展了这一理论,建议了一个描述砂土旋转剪切特性的边界面低塑性模型[37]。此外,Hirai及Desai也提出了考虑土循环荷载作用下主应力轴偏转影响的两面模型[38,39]。

除了上述基于各向异性运动硬化塑性理论的模型外,多机构概念的塑性模型也得到很大的发展。多机构概念是由Matsuoka[40~42]和Aubry[43]提出来的。Kabilamany和Ishihara[44,45]、Provest[46]、Paster以及Kameoka Zienkiewicz和Chen等[47]、Iai、Matsunaga 和Tomohiro [48~50]等人采用多机构概念分别建立了多种新颖的描述循环加载条件下砂土动本构特性的塑性模型。其中Paster等人的模型很有特色。他们认为材料的变形是由M多个在相应应力状态条件下的独立机构所产生的变形叠加的结果,并提出了广义塑性理论体系。该理论体系不需要明确地定义屈服面和塑性势面,可考虑应力主轴旋转等多种复杂循环动力加载作用条件,并将经典塑性理论和上述边界面模型等视为其特例。Paster等人认为该模型可以在全范围内描述

砂土与粘土的动、静力学性态,是当前最简单也是最有效的模型之一。Iai等将土体复杂的机理分为解体积机理和一系列简单的剪切机理,建立了一种考虑动主应力轴方向偏转的影响和液化时剪切大变形的多重剪切机构模型,并编制和开发了一个用于地震作用下构造物及地基液化稳定和永久变形的大型有限元分析软件,从实例分析的结果来看,该模型对饱和砂土循环加载动力特性的模拟效果非常满意[51~53]。

80年代以来,国内在动力弹塑性模型方面也取得了长足的进展。沈珠江在借用理性力学及内时理论中的减退记忆原理和老化原理的同时,提出了塑性应变的惯性原理、协同作用原理及驱动应力等新概念,在此基础上建议了一个反映砂土在循环荷载作用下的广义弹塑性模型[54],数值模拟与多种应力路径下试验结果的对比表明了其合理性。谢定义及其课题组经过多年的不懈努力,建立了饱和砂土的瞬态动力学理论体系[55,56],该理论体系的一个重要特点是将循环荷载下饱和砂土的应力、应变、强度及破坏视为一有机联系的发展过程,并针对这一过程的不同点提出反向剪缩、空间特性域、时域特性段及瞬态模量场具有理论和实际意义的新概念,开辟了对动强度变形瞬态变化过程进行定量分析的新途径。王建华等基于硬化模量场概念,对饱和软粘土的动力特性进行了弹塑性分析[57]。徐干成等对饱和砂土的循环动应力-应变特性进行了弹塑性模拟[58]。陈生水等基于标准砂和粉煤灰两种典型无粘性土的试验研究,建议了一个描述无粘性土复杂应力路径下应力-应变特性的弹塑性模型,强调塑性应变的大小和方向不仅与当前的应力状态有关,而且还决定于当前应力增量的方向[59]。

2 土工动力分析研究

土工动力分析方法经历了从总应力法发展到把动力反应分析与土的液化和软化等结合起来的不排水有效应力分析方法,以及考虑地震过程中土体内孔隙水压力扩散和消散的排水有效应力分析方法;从线性分析发展到非线性分析以及弹塑性分析;从只能分析地基的一维问题发展到能够分析土石坝、尾矿坝的二维和三维问题。分析手段主要以有限单元法为主,其他还有如子结构法、有限差分法、边界元法、振型叠加法和集中质量法等。

2.1 总应力动力分析法

总应力法直接依据土料室内试验所取得的割线剪切模量与等效阻尼比随应变幅值非线性变化曲线,通过多次迭代获取一个与某种应变水平相协调的等效线性体系,从而求得近似的非线性解答。土体动力分析的总应力法主要以Seed 法为代表。Seed和Idriss的简化法是一维总应力法,它定义地震时砂土的平均动剪应力强度小于引起液化所需的动剪应力强度时砂土液化[60]。 在Seed法中很多影响砂土液化的因素得到了考虑,是目前国内外广泛采用的方法,但由于假定土单元在K o固结状态、土单元水平面上的初始剪应力为零及地震时土单元只受水平剪应力的作用等,而导致试样的破坏面与土单元的破坏面不一致。此外,在动力分析中,动剪切强度和动内摩擦角是用动三轴试验按一定的破坏标准决定的,有着颇大的任意性,且该参数只与坝体或地基的静应力有关,没有与动应力联系起来。张克绪提出用八面体动剪切强度验算液化范围,克服了Seed法中两者应力条件不一致的缺点,他指出,如果将土单元最大往返剪切作用面上实际承受的应力条件与液化所要求的该面上的应力条件相比较来判别土单元液化可能更合适,并给出了液化判别式[61,62]。日本岩琦敏男在Seed和Idriss简化法基础上采用了液化安全系数F L的概念[63]。

Seed、Lee和Idriss法是二维总应力法,该法用有限元法计算设计地震下土单元水平面上的等价地震剪应力幅值,用往返荷载液化试验确定产生液化要求作用于破坏面上的往返剪应力幅值,当地震剪应力幅值大于往返剪应力幅值时砂土液化[64]。Seed、Lee和Idriss法是平面应变问题,但同样作了在往返荷载下土的有效内摩擦角与静荷载下的相同以及判别液化时土单元的水平面为破坏面的假定。

Mejia和Seed在1981年把总应力法推广到三维空间问题,提出了动力分析的三维总应力法,计算采用频率域的方法进行, 他们考虑了土的动力非线性,分析比较了坝址峡谷的几何形状及单元划分对动力反应的影响。此外,还讨论了二维和三维分析的适用范围。但在对美国Oroville大坝的计算中, 只计算了坝体的加速度和动应力,并未涉及孔压、液化和软化等方面,其计算取得了合理的结果[65]。Mejia和Seed法合理地考虑了实际应力条件以及土的非线性等多种因素的影响,使得计算更合理。

刘汉龙等将地震模拟为不规则的随机波,在随机振动理论的基础上建立了土体随机地震反应分析方法[66,67],避免了在确定性分析时选择不同的地震波得出不同地震反应结果的缺陷,进一步还可进行动力可靠性分析。

2.2 有效应力动力分析法

有效应力原理的本质意义在于它揭示了土的强度和变形特性主要受有效应力的支配,因此其应用的关键问题是如何正确测算不同条件下土中孔隙水压力的产生、增长、扩散和消散

规律。振动荷载下土中振动孔隙水压力的产生与发展直接影响土体的动力特性,也是以有效

应力法分析土体强度和变形特性的基本因素。

振动荷载作用下土体中孔隙水压力消长规律的研究自黄文熙[1]和汪闻韶[68,69]作出开拓性的工作之后,至今已取得大量的科研成果,特别是近十几年来,有关土振动孔隙水压力的产

生与发展以及土的液化势,国内外学者更是进行了大量有益的研究工作,从只考虑动孔隙水

压力增长的单一计算模型发展到能够考虑动孔隙水压力的产生、增长、扩散和消散的综合计

算模型。60年代Seed 和Lee发表了应用振动三轴试验成果定量分析饱和砂土地震液化的论著,并根据振动三轴试验研究的成果建立了振动孔隙水压力与振动周数比之间的孔压模式[70]。后来,各国学者在不同试验基础上,提出了很多考虑初始剪应力和孔压的产生、消散或扩散作

用的应力模式。如徐志英[71]、魏汝龙[72]、Finn[73]、C.S.Chang[74]、石桥[75]、王志良[76]、何广讷[77]、沈珠江[78]等。该类模型一个明显的缺陷是无法解释偏差应力发生卸荷时引起孔压增长的重要现象,即不能反映土的反向剪缩特性。

1975年Ishihara等人提出了孔隙水压力发展的有效应力路径模式[79]。该模型能清晰反映饱和砂土由开始振动到初始液化所经历的路径,有助于理解振动孔隙水压力的起伏波动性。

但该模型是在静力三轴试验的基础上提出的,所以不能较好地体现出振动荷载作用下饱和砂

土实际状态交替变化和孔隙水压力起伏波动的规律性,同时其对初始液化、屈服方向独立性

以及孔隙水压力特性方面所作的假定也不尽合理。

孔压的应变模式是将孔压与排水时的体应变联系起来建立孔压增长的基本方程,以汪闻韶法[68]和Martin法[80]为代表。1987年何广讷等基于能量分析建立了体变与孔压的关系,鉴于砂土的非线性振动反应和多因素影响,而采用内时理论将本构关系表达为单一的内缓变量

的函数[81]。Lo将孔压表示为大主应变1的单调函数[82],Dobry等则得出饱和砂土的孔隙水

压力的增长与循环剪应变有很好的相关性[83]。1980年,Finn和赵冬等分别利用内时理论建立了饱和砂土在循环荷载作用下的孔隙水压力计算模型[84,85]。

孔压的能量模式是将孔压与振动过程中消耗的能量联系起来。Youd于1970年首次提出了砂土能量栅的概念[86],认为砂土颗粒的相互嵌锁与摩擦而形成能量栅,任何土粒间的滑移和重新排列都必需有足够的能量来破坏、克服这种能量栅方能进行。1979年Nemat-Nasser与Shokooh发表了从能量角度研究的振动下均匀松砂的震密和孔隙水压力增长的机理及其相应的理论[87]。1981年Davis与Berrill基于Nasser等人提出的理论,从热力学的观点建立了场地土孔隙水压力的增长与土体耗损能量之间的关系,并以此统计分析了大量的场地地震液化历史

资料,提出了相应的判别场地地震液化的统计判别式。1982年他们在原有的研究基础上,假定孔压增量直接与场地地震耗损能量成正比,导出判别场地地震液化的统计判别式[88]。曹亚林和何广讷等也在该方面取得了大量的研究成果,建立了孔隙水压力增长的能量模式[89, 90]。用该模式计算的结果与Seed法和Finn法计算结果比较,得到了良好的一致性。

谢定义等在1987年提出了孔压的瞬态模式[91, 92]。他们指出,在动荷作用于一定土性状态试样的过程中,表征土所受应力状态的有效应力点,将从它的静应力状态点开始,以一定的

路径在应力空间中由破坏边界面所限定的范围内连续移动,在每一个瞬间,这种移动的趋向

取决于当时的应力应变的发展水平和作用动荷变化的特性。对于具体的土性条件,作用应力

的变化可以反映出增荷剪缩、增荷剪胀、卸荷回弹或反向剪缩等不同特性。它们分别在应力

空间内占据相应的空间特性域。由于应力经过各不同特性域时,孔压具有显著不同的发展特性,因此,当有效应力点以特定选择的顺序和持续时间通过相应的特性域时,即引起由所过

特性域的孔压发展特性所决定的孔压增长和积累,规定了孔压发展的规律。为求得具体的孔

压值,将孔压按其原因分为应力孔压、结构孔压和传递孔压等三种类型,则任瞬态确定的孔

压为三者之和。目前考虑振动孔隙水压力的产生、扩散与消散的理论有效应力计算方法主要

有以下3种类型[18]:

(a)将Terzaghi固结方程与不排水条件下振动孔隙水压力增长的计算模型相结合,如汪闻韶[69]、Seed和Booker[93]、徐志英[94]、王天颂[95]等;或者改变Terzaghi一维固结理论中瞬时增加恒定荷载作用的假定,使之适用于计算地基界面上有动荷载作用条件下土体中孔隙水压

力的变化和分布规律。Schifman[96]求出了荷载随时间呈线性增长情况下问题的解,Wilson和Elgohari得到矩形波荷载作用下一维固结问题的解[97],Baligh和Levadoux利用叠加原理进行了非线性分析[98],Alonso和Krizek分析了随机荷载作用下粘弹性土层的沉降问题[99]。

(b)将Biot固结方程与不排水条件下振动孔隙水压力增长的计算模型联系起来。如Ghaboussi和Dikmen[100]、沈珠江和徐志英[101]、史宏彦和谢定义[102]等人对二维情况,徐志英

和周健对三维情况进行了分析[103]。这种计算在考虑振动孔隙水压力产生、扩散与消散作用对

土体动力反应的影响时,是将振动孔隙水压力产生、扩散与消散与动力反应分析分时段交替

计算的,亦即孔隙水压力扩散、消散分析是与动力反应计算分析相分离的。

(c)Zienkiewicz等人建立了有关能够将动孔隙水压力扩散消散和动力反应分析相耦合的理

论[104]。在进行有效应力动力反应分析时不需要将动力渗流分析与动力反应分析分离开来。

Biot理论是Zienkiewicz理论的简化。盛虞等人进行了考虑与土工建筑物动力固结相耦合的有

效应力动力分析[105]。谢定义将饱和砂土视为土-水两相介质所提出的饱和砂土瞬态动力学的

普遍方程,能够从更为一般的角度来描述振动与固结耦合响应等一系列实用计算条件[18]。

总的来说,总应力分析法因在整个分析过程中不考虑上升的孔压对土的弹性的影响,而

无法描述液化的全过程。有效应力分析法弥补了它的缺陷。计算结果表明,用总应力法计算

将导致砂土很快液化,用有效应力法预测会液化者用总应力法预测也会液化,反之则不一定,这表明用总应力分析法计算的结果偏于安全。

2.3 弹塑性动力分析法

上述基于粘弹性理论的总应力法和有效应力法可以计算地震作用下土体的平均永久变形和孔隙水压力的发展过程。但实际上震动反应是藕合于地震动的每一瞬间,如果土体的动应力-

应变关系采用弹塑性模型,利用将位移和渗流相耦合的动力Biot固结方程,可以直接求解出任一时刻土体内各点的地震反应。这在计算机技术高速发展的当今时代已成为可能。

1989年,王志良将自己基于Dafalias低塑性边界面理论而建立的弹塑性模型结合进有限元程序,对一个一维问题进行了地震反应分析。研究表明,采用经典弹塑性理论与采用低塑性边

界面理论,数值分析结果存在明显的区别,简单的塑性理论不足以反映土体在复杂何载下的反

应[106]。日本港湾所Iai等人将多重剪切机构塑性模型结合进动力有限元程序,计算了日本神户、钏路冲等大地震中遭受破坏的港工结构物,并与震后实测结果相比较,得出了非常满意的结果[52,53]。Yiagos基于对运动方程的Galerkin数值列式建立了土坝动力弹塑性分析方法,其中采用有效应力多屈服面函数随动硬化弹塑性本构关系模拟土骨架的非线性滞回特性及剪应力所产

生的各向异性效应和剪胀对于有效应力比的依赖性,同时考虑了水的存在和液化。 90年代初,美国国家自然科学基金会投资巨额,集中了美国、加拿大、欧洲和日本等一批著名的岩土工程

专家,开展了“液化分析方法的离心实验验证VELACS”课题研究,从离心模型试验和数值模拟两方面对土体动本构模型进行了研究,建立了一系列动力弹塑性分析方法,取得了显著的成

果[107]。国内这方面的工作尚处于起步阶段,主要原因是对动力弹塑性模型及其在动力弹塑性

数值分析中的应用投入的力量不足。

需要指出的是,目前很多方法已被编成相应的计算程序。如美国加州伯克里地震中心的SHAKE(对地基,频域法)、MASH(对地基,时域法)、QUAD-4(对土坝,二维总应力法,时域法)、FLUSH(对土坝,二维问题,频域法)、河海大学WWCC(对土坝、总应力,时域法)、加州大学戴维斯分校DYSAC2(二维弹塑性,对土工结构)、香港科大GSUMDES(一维弹塑性,对地基)、日本港湾所FLIP(二维,弹塑性,对土工结构)、南

京水科院EFESD(二维,有效应力,对土坝)、英国SWANS大学SWANDYNE(二维弹塑性,对土工结构)加拿大UBC大学TARA3(二维有效应力,对土坝)、美国LS-DYNA(二、三维非线性,对多种结构)等。

3 土工动力测试研究

土工动力测试包括室内测试技术和原位测试技术两部分。

3.1 室内测试技术

土体的室内动力试验是目前国内外广为采用的重要手段之一,主要有动三轴试验、振动扭

剪和振动单剪试验、共振柱试验、振动台试验和离心模型试验等五种类型。

常规的动三轴、振动扭剪等仪器发展的一个重要方面是计算机技术在试验中的应用,利用

计算机进行自动控制、数据采集和数据处理等,目前已取得很大的发展。共振柱试验是根据共

振原理在一个圆柱试样上进行振动,改变振动频率,使其产生共振,并借以测定试样的动剪模

量及阻尼比等参数的试验。共振柱是一种无损测试技术,其优越性表现在试验的重复性和可塑

性上,从而可以求出稳定且可靠的结果。关于振动三轴和周期扭剪藕合的新型多功能三轴仪,

国内中国水科院与西安理工大学曾研制成功,类似且精度更高的设备在日本则开始形成产品。该仪器的特点是能够模拟复杂应力条件下的土体动力特性,特别是模拟地震作用下动主应力轴偏转的影响。

振动台试验是70年代发展起来的专用于土的液化性状研究的室内大型动力试验。它可制备模拟现场K0状态饱和砂土的大型均匀试样,可以测量出液化时砂土中实际孔隙水压力的分布和地震残余位移,而且在振动时能用肉眼观察试样。目前国内外常用的主要是单向和双向振动的振动台。日本港湾所近年研制的大型水下三向振动台使振动台技术发展达到了一个高峰。 离心模型试验是一种研究土体动力特性的重要方法,它是将原型土体的尺寸按一定的几何比例缩小为模型后,对其按要求的相似条件选定材料,施加静动荷载,测定出应力和应变,最后再反算到模型。其中的关键是如何合理地确定相似准则。模拟地震作用的离心机要求能发生足够的力,能高速加卸有效荷载,通常用压电振动系统,可以精确地控制其幅值和持续时间。目前美国、英国和日本等国家已能够在离心机上模拟单向地震运动,并取得一系列科研成果[107]。关于模拟双向振动的离心机最近已在香港科技大学研制成功,并即将投入使用。

室内土工测试测定土体的动力特性,由于具有土样受力状态比较明确和试验条件易于控制的优点,在科研和生产实践中得到广泛应用。但在取样、运输、开土、装样等过程中,尽管采取了各种措施,仍然难于保持土体的原始结构和天然的应力状态,从而导致试验结果产生较大的误差。因此,近几十年来,确定土体动力特性的现场测试技术越来越受到重视。在仪器、试验技术和资料分析等方面取得了长足的进步。

3.2 原位测试技术

土体的原位测试技术包含两类:一类是用物探中的地震法原理,观察弹性波在土层中传播的速度,计算土的动力变形特性参数,包括折射法、反射法、表面波速法和钻孔波速法等;另一类是动力荷载试验,如动力旁压试验等,用于测试较大应变时的变形特性参数。

折射法在地面试验,具有操作简便速度快的优点,但其缺点亦明显,如不可测定低速夹层的波速,所测数据仅反映交界面附近土的波速,此外测线距离大,不宜在狭小的场地内进行。反射法则对测试仪器的要求较高,资料分析比较复杂,在工程中应用得不够广泛。表面波频谱分析法能够得出地层S波波速与深度的近似关系曲线,尽管测试深度受振源能量大小的限制,但对成层地基勘测仍是一种有效的方法。

用动力方法检测桩的承载力,国外都是用大应变方法,用得多的是波动方程和静动法。而国内则开发了一种新的小应变动测桩承载力的方法,目前已得到广泛的应用且已有国家规程(JGD/T93-95)。小应变动测法要比国外的大应变动测法成本低、效率高、覆盖面大,不仅可以用于打入桩,而且适用于灌注桩。

用于地基承载力的动力测试方法主要有两种:一种是动荷载试验法,类似于动测桩的共振法,它是在研究各类土的动、静模量比的基础上提出来的,然后根据规范规定的容许沉降定出各类地基的容许承载力;另一种是类似于动测桩的动参数法,求出地基的抗压刚度系数后,按照国家的动力基础规范反求地基承载力。

4 结语和展望

经过各国学者的艰苦努力,土动力学这门学科已取得了令人瞩目的成果,在工程实践中发挥了愈来愈大的作用。本文简要叙述了土体动本构模型、动力分析方法和动力测试的研究概况。由于岩土材料的力学特性特别是动力循环特性非常复杂,弹塑性理论模拟是一个较好的方法。尽管其理论本身也有其不尽完善之处,解决岩土动力边值问题还未达到成熟的程度,但正因为土体材料符合弹塑性性质,故其应用具有非常广阔的前景。建议今后在如下几个方面加强研究。

(a) 大力开展复杂应力路径下土体动态特性的试验研究。在此基础上建立能反应土体主要变形特性的数值模型,并研究经济高效的数值分析方法,编制相应的有限元程序以尽快在实践课题中应用。

(b) 地震时动主应力轴偏转是岩土地震工程中的一个热点课题,建立考虑动主应力轴偏转影响的弹塑性模型,并在实际工程中进行应用,值得进一步研究。

(c) 开展地震液化和液化后强度减低及剪切大变形等特性试验研究。

(d) 将动力渗流与动力反应相耦合是更为合理的有效应力动力分析理论,结合弹塑性模型,针对不同的岩土工程边值问题,完善动力数值分析方法。

(e) 地震波在土体中传播及其应用进一步研究。

(f) 地震时土与结构动力相互作用问题。

(g) 目前动力分析仍以循环荷载为主,对不规则动荷载虽有了一定的探讨但仍较少,同时由于地震荷载的随机性及不确定性,概率方法和模糊数学理论在分析中的应用也是今后研究的一个方向。

参 考 文 献

Huang W X. Investigation on stability of saturated sand foundations and slopes against Liquefaction. In: Proceedings of the fifth International Conference of Soil Mechanics and Foundation Engineering: Vol.2. Paris:1961. 629~631 Hardin B O, Drnevich V P. Shear modulus and damping in soils: measurement and parameter effects. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Engineering Division,1972,98(6): 603~624

Ramberg W, Osgood W R. Description of stress strain curves by three parameters, Technical note 902, National Advisory Committee for Aeronautics, Washington, D.C, 1943

Martin G R, et al. Effects of system compliance on liquefaction tests. Journal of Geotechnical Engineering Division, 1978, 104(4): 463~480

沈珠江.一个计算砂土液化变形的等价粘弹性模型. 见:第四届全国土力学及基础工程学术会议论文集. 北京:建筑工业出版社,1986. 199~207

陈生水,沈珠江. 钢筋混凝土面板堆石坝的地震永久变形分析. 岩土工程学报,1990, 12(3): 66~72

Masing G. Eigenspannungen and verfestigung beim Mssing Proceedings, Second International Congress of Applied Mechanics, 1926

Prevost J H, Catherine M K. Shear stress-strain curve generation from simple material parameters. J Geotechnical Engineering,1967, 34(3):

Pyke R. Nonlinear Soil Models for Irregular Cyclic Loading. JGED, 1979, 105(6): 715~726

王志良,王余庆,韩清宇. 不规则循环剪切荷载作用下土的粘弹性模型. 岩土工程学报,1980, 2(3): 10~20 Iwan W D. On a class of models for the yielding behavior of continuous and composite system. ASME, 1967,34(3):

郑大同,王惠昌. 循环荷载作用下土的非线性应力应变模型. 岩土工程学报,1985, 5(1): 65~76

Ghaboussi J,Moman H. Plasticity model for cyclic behavior of sands. In: Proceedings of the third International Conference on Numerical Methods in Geomechnics. Achen: 1979.

Sato T, Shibata T, Ito R. Dynamic behavior of sandy soil and liquefaction. Proc. Inter. Conf. on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics. St Louis: 1981.

Baladi G Y, Renoud-Lias. An elasto-plastic constitutive model for saturated sand subjected to monotonic and /or cyclic loading. Proc.3rd Inter. Conf. on Numerical Methods in Geomechnics. Achen: 1979.

Carter J P, Booker J R, Wrothu C P. A critical state soil model for cyclic loading. In: Pande G N, Zienkiewicz O C, eds. Soil Mechanics-Transient and Cyclic Loadings. London: John Wiley and Son, 1982.

Desai C S, gallagher R H, eds. Mechanics of Engineering Materials. London: John Wiley and Sons,1984.

谢定义,张建民. 饱和砂土瞬态动力学特性与机理分析. 西安:陕西科学技术出版社,1995. ?????

Mroz Z. On the description of anisotropic work hardening. J Mechanics and Physics of Soils ,1967,15(?):

Provest J H. Mathematical modeling of monotonic and cyclic undrained clay behavior. Inter. Nim. Geom.1977, 1(2) Provest J H. Anisotropic undrained stress-strain behavior of clay. JGED, 1978, 104(8): 1075~1090

Provest J H. Plasticity theory for soil stress-strain behavior. JEMD, 1978,104(5): 1177~1194

Provest J H. A simple plastic theory for frictional cohesionless soils. Soil Dynamics and Earthquake Engineering,1985, 4(1): 9~17

Mroz Z, Norris V A, and Zienkiewicz O C. An anisotropic hardening model for soil and its application to cyclic loading. Inter. J Num. Anal. Methods Geotch.1978,2

Mroz Z, Norris V A, Zienkiewicz O C. An anisotropic critical state model for soils subjected to cyclic loading. Geo-technique, 1981, 31(4): 451~470

Zienkiewicz O C. 广义塑性力学和地力学的一些模型. 应用数学与力学,1982, 3(2):?????

Mroz Z, Zienkiewicz O C. Uniform formulation of constitutive equation for clay and sands. In: Desai C S, Gallagher R H, eds. Mechanics of engineering Materials. 1984.

Zienkiewicz O C, Mroz Z.Generalized Plasticity formulation and applications to Geomechanics. In: Desai C S, Gallagher R H, eds. Mechanics of engineering Materials. 1984.

Dafalias Y E, Popov E P. A model of nonlinearly hardening materials for complex loading. Acta Mechanic,1975,12(?) Krieg R D. A practical two surface plastic theory. J Applied Mechanics,1975, 42

Mroz Z, Norris V A, Zienkiewicz O C. Application of an anisotropic hardening model in the analysis of elasto-plastic deformation of soils. Geotechnique, 1979, 29(1): 1~34

Dafalias Y F. A model of soil behavior under monotonic and cyclic loading conditions. Trans. 5th Inter. Conf. on Structure Mechanics in Reator Technology,1979.

Aboim C A, Roth W H. Bounding-surface-plasticity theory applied to cyclic loading of sand. In: Proc. Inter. Symp. on Numeral Models in Geomechanics. Zurich: 1982.

Pande G N, Pictruszczuk S T.‘Reflecting surface’models in Geotechanics. In: Proc. Inter. Sympo. on Numeral Models in Geomechanics. Zurich: 1982.

Bardet J P. Modeling of sand behavior with bounding surface plasticity. In: 2nd Int. Symp. On Num. Models in

Geomechanics. 1986. 79~90

陈生水. 土的弹塑性本构模型研究之浅见. 岩土工程学报. 1992, 14(2): 89~92

Wang Z L, et al. Bounding surface hypo-plasticity model for sand. J Engineering Mechanics, 1990, 116(5): 983~1001 Hirai H. An anisotropic hardening model for sand subjected to cyclic loading. In: Cakmak A S, eds. Soil Dynamics and Liquefaction. New York: Elsevier Science Pub Co, 1987. 53~67

Desai C S, Somasundaram S. Constitutive modeling of geological materials-a general procedure. In: Banerjee P K, Butterfield R, eds. Developments in Soil Mechanics and Foundation Engineering: Vol. 2. N Y: Elsevier Applied Science Publishers, 1985.

Matsuoka H. Stress-strain relationship of sand based on the mobilized plane. Soil and Foundations,1974,14(2): Matsuoka H. Constitutive equation and FEM analysis for anisotropic soil. Proc. 4th Inter. Conf. on Numerical Methods in geotechanics. 1982.

Matsuoka H. Stress-strain relationship of sand based on the mobilized plane. Soil and Foundations ,1974,14(2):

Aubry D, Hujeux J G, Lassoudiere F, et al. A double memory model with multiple mechanisms for cyclic soil behavior. Proc. Inter. Symp. on Numeral Models in geomechanics.

Kabilamany K, Ishihara K. Stress dilatancy and hardening laws for rigid granular model of sand. Soil Dynamics and Earthquake Engineering,1990,9(2): 66~77

Kabilamany K,Ishihara K.Cyclic behavior of sand by multiple shear mechanism model.Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 1991, 10(2): 74~83

Provest J H. Multi-mechanism elasto-plastic model for soils. J of Engineering Mechanics, 1990,116( 9): 1924~1944 Pastor M, Zienkiewicz O C, Chen H C. Generalized plasticity and the modeling of soil behavior. In: Inter T. Numer.

Anal Methods in Geo-technics. 1990. 151~190

Susumu Iai, Yasuo Matsunaga, Tomohiro Kameka. Strain Space Plasticity Model for Cyclic Mobility.Soil and Foundation,1992,32(2): 1~15

Susumu Iai, Yasuo Matsunaga, Tomohiro Kameka. Parameter Identification for Cyclic mobility Model. Report of the port and harbor Research Institute, 1990,29(4):

刘汉龙,Susumu Iai. 多重剪切机构塑性模型及其验证. 见:土动力学理论与实践. 大连:大连理工大学出版社,1998, 6. 70~75

Iai S, Kaneoka T. Finite element analysis of earthquake induced damaged to anchored sheet pile quay walls. Soils and Foundation, 1993,33(1): 71~91.

Liu Hanlong, et al. Evaluation of deformation to the pneumatic caisson foundations of the Kobe Ohashi bridge. Report of the port and Harbor Research Institute 1997, 36(2):

刘汉龙,井合进. 大型沉箱式码头岸壁地震反应分析. 岩土工程学报,1998,20(2): 26~36

Shen Zhujiang. A stress strain model for sands under complex loading. In: Int. Confer. on Constitutive Laws for Materials. Chongqing: 1989.

谢定义等. 极限平衡理论在饱和砂土动力失稳过程中的应用. 土木工程学报,1981,14(4): 17~28

张建民. 饱和砂土瞬态动力学理论及其应用研究:[博士学位论文]. 西安:陕西机械学院,1991

王建华. 饱和软粘土动力特性的弹塑性数值模拟:[博士学位论文]. 天津:天津大学,1991

徐干成,谢定义. 饱和砂土循环动应力应变特性的弹塑性模拟研究. 岩土工程学报,1995,17(2): 1~12

陈生水,沈珠江. 复杂应力路径下无粘性土的弹塑性数值模拟. 岩土工程学报,1995,17(2): 20~28

Seed H B, Idriss I M. Simplified procedures for Evaluating Soil Liquefaction Potential. Journal of Soil Mechanics and Foundation Division ,1971, 97(9):

张克绪. 饱和非粘性土坝坡地震稳定性分析. 岩土工程学报, 1980, 2(3): 1~9

张克绪. 饱和砂土的液化应力条件. 地震工程及工程振动, 1984, 4(1): 99~108

岩崎敏男. 地盘流动化的判定方法. 土木技术资料,1978,20(4)

Seed H B, Lee K L, Idriss I M. Dynamic Analysis of Slide in the Lower San Fernando Dam during the Earthquake of Feb.9, 1971. JGED, 1975, 101(9): 889~912

Mejia L H, Seed H B. Three Dimensional Dynamic Response Analysis of Earth Dams, Report EERC-81-15. 1987.

刘汉龙,陆兆臻,钱家欢. 土石坝非线性随机反应及动力可靠性分析. 河海大学学报,1996? (3):

刘汉龙,孟庆生,钱家欢. 土石坝非线性非平稳随机地震反应分析. 见:现代数学和力学. 北京:中国矿业大学出版社,1994.

汪闻韶. 饱和砂土振动孔隙水压力试验研究. 水利学报,1962, (2):

汪闻韶. 饱和砂土振动孔隙水压力的产生、扩散和消散. 见:第一届土力学及基础工程学术会议论文选集. 北京:建筑工业出版社, 1964.

Seed H B, et al. Pore-water pressure changes during Soil Liquefaction. JGED, 1976, 102(4): 323~346

徐志英,沈珠江. 地震液化的有效应力二维动力分析方法. 华东水利学院学报,1981, (3): 1~14

魏汝龙. 往复荷载下饱和砂土的抗液化强度和孔隙压力. 南京水科院研究报告,编号7812,1978

Finn W D L, Lee K W, Martin G R. An Effective Stress Model for Liquefaction. JGED, 1977, 103(6): 517~534 Chang C S. Residual pore pressure and deformation Behavior of Soil samples under Variable Cyclic Loading. In: Proceedings of International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and soil Dynamics. 1981.

石桥等. 孔隙水压力上升机理与土的液化. 见:地基基础译文集:第1集. 北京:中国建筑工业出版社, 1979.

王志良,王余庆,韩靖宇. 不规则循环荷载作用下土的粘弹塑性模型. 岩土工程学报,1980?(3):

何广讷. 砂土振动孔隙水压力的研究. 水利学报,1983?(3):

沈珠江. 一个计算砂土液化变形的等价粘弹性模式. 南京水科院研究报告,土8313

Ishihara et al. undrained Deformation and Liquefaction of Sand under cyclic Stress. Soil and Foundation. 1975,15(1): Mardin G B, Finn W D L, Seed H B.fundamentals of Liquefaction under Cyclic Loading. JGED,1975,101(5): 423~438

何广讷,李万明. 振动能量下砂土的体变与孔隙水压力. 地震工程与工程振动, 1987, 7(2): 89~99

Lo K Y.The Pore Pressure Stram Relationship of Normally consolidation Undisturbed Clays:Part1-Theoretical Consolidations. Canadian Geotechnical Journal,1969, (6):

Dobry R, et al. Prediction of Pore Water Pressure Buildup and Liquefaction of Sand during earthquakes by the Cyclic Strain Method.NBS Building Science Series138,U.S.Department of Commerce National Bureau of Standards,1982,7

Finn W D L, Bhatia S K. Verification of non-liner effective stress model in simple shear. In: Proceedings of ASCE Fall Meeting, Hollywood-by-the SeaFlorida,1980,10

赵冬. 地震期间饱和砂土孔压增长规律估测方法和先期振动影响. 见:全国第二届土动力学会议论文汇编.

1986

Youd Tl. Densification and Shear of Sand during Vibration. JSMFED, 1970, 96(3):863~880

Nemat-Nasser S, Shokooh A. A Unified Approach to Densification and Liquefaction of Cohesionless Sand in Cyclic Shearing. Canadian Geotechnical Journal,1979,16

Davis R O,berrill J B.Energy Dissipation and Seismic Liquefaction in Sands.earthquake Eng.and Structural Dynamics,1982,10

曹亚林,何广讷,林皋. 土中振动孔隙水压力升长程度的能量分析法. 大连工学院学报,1987,26(3):

何广讷. 土工的若干新理论研究与应用. 北京:水利水电出版社,1994 .

谢定义, 张建民. 往返荷载下饱和砂土强度变形瞬态变化的机理. 土木工程学报, 1987, 20(3): 57~70

谢定义, 张建民. 周期荷载下饱和砂土瞬态孔隙水压力的变化机理与计算模型. 土木工程学报, 1990, 23(2): 51~60

Seed H B, Booker R. Stabilization of potentially liquefiable sand deposits using gravel drains. JGED,1976,102(7):

徐志英,沈珠江. 土坝地震孔隙水压力产生、扩散和消散的有限元法动力分析. 华东水利学院学报, 1981, (4): 1~16

王天颂,刘颍,仝筠等. 地震荷载作用下饱和砂层孔隙水压力增长与消散. 岩土工程学报,1983,5(3): 87~102 Schifman R L. Consolidation of Soil under time Dependent Loading and Vary Permeability. Proceeding of Highway Research Board, 1985,37

Wilson N E,Elgohari M M.Consolidations of Soils under Cyclic Loading.Canadian Geotechnical Engineering Journal,1974,2(3):

Baligh M M, Levadoux J N. Consolidation Theory for Cyclic Loading. JGED, 1978, 104(4): 145~432

Alonso E E, Krizek R J Randomness of Settlement Rate under Stochastic Load. JGED, 1974, 100(6): 1211~1226 Ghaboussi, et al. Liquefaction Analysis of Horizontally Layered Sands. JGED, 1978, 104(3): 341~356

徐志英等. 地震液化的有效应力二维动力分析方法. 华东水利学院学报, 1985,

史宏彦,谢定义. 饱和砂土地基动力反应分析的瞬态有效应力分析. 见:第5届全国土力学及基础工程学术会议论文选集.1987, 北京:建筑工业出版社,1987. 311~315

徐志英,周健. 土坝地震孔隙水压力产生、扩散和消散的三维动力分析. 地震工程和工程振动,1985,5(4): 57~72 Zienkiewicz et al. Soils and Other Saturated Media under transient Dynamic Conditions. general Formulation and the Validity of various simplifying Assumptions. Soil Mechanics-Transient and Cyclic loads. 1982.

盛虞,卢盛松,姜朴. 土工建筑物动力固结的偶合振动分析. 水利学报,1989, (12): 31~42

Wang Z L. Bounding surface hypo-plasticity model for granular soils and it’s application: [Ph. D dissertation]. Davis: University of California, 1990.

Arulanandan K, Scott R F, eds. VELACS-Verification of Numerical Procedures for the Analysis of soil liquefaction problems. Balkema, 1993.

全球大学岩土工程排名

全球大学岩土工程排名 https://www.wendangku.net/doc/1e12733934.html,/lrm_article/a9/58559.html 本人通过ISI在国际著名岩土期刊英国Geotechnique, 美国Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, 加拿大Canadian geotechnical journal, 日本Soils and foundations上检索2001年至2008年发表的论文,按机构排序如下。(括号内为论 文数)。 1. 香港科技大学, 2. 西澳大学, 3.伦敦帝国, 4.南洋理工, 5.剑桥, 6.东京大学, 7.香港大学, 8.西安大略大学, 9.印度理工, 10.昆士大学,31.香港理工, 45.河海大学, 83.同济大学 综合考虑文章水平,以Geotechnique文章水平为1,其他为0.75。 则综合考虑文章质量和数量(不考虑引用率)的排名应为。 1.香港科技大学, 2.西澳大学, 3.伦敦帝国, 4.剑桥, 5.南洋理工, 6.东京大学, 7.香港大学, 8.印度理工, 9.西安大略大学,10.昆士 大学,32.香港理工,46.河海大学。 1 HONG KONG UNIV SCI & TECHNOL (98) 2 UNIV WESTERN AUSTRALIA (79) 3 UNIV LONDON IMPERIAL COLL SCI (73) 4 NANYANG TECHNOL UNIV (69) 5 UNIV CAMBRIDGE (68)

6 UNIV TOKYO (67) 7 UNIV HONG KONG (62) 8 UNIV WESTERN ONTARIO (61) 9 INDIAN INST SCI (60) 10 QUEENS UNIV (56) 11 UNIV BRITISH COLUMBIA (55) 12 KYOTO UNIV (50) 13 NATL UNIV SINGAPORE (50) 14 UNIV CALIF BERKELEY (50) 15 INDIAN INST TECHNOL (48) 16 UNIV LAVAL (48) 17 GEORGIA INST TECHNOL (45) 18 UNIV ALBERTA (44) 19 ECOLE POLYTECH (36) 20 PURDUE UNIV (36) 21 UNIV ILLINOIS (36) 22 UNIV SASKATCHEWAN (36) 23 UNIV TEXAS (34) 24 UNIV CALIF DAVIS (32) 25 UNIV SOUTHAMPTON (32) 26 UNIV WOLLONGONG (32) 27 UNIV OXFORD (31)

岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程

岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-

岩土类材料的弹塑性力学模型及本构方程 摘要:本文主要结合岩土类材料的特性,开展研究其在受力变形过程中的弹性及塑性变形的特点,描述简化的力学模型特征及对应的适用条件,同时在分析研究其弹塑性力学模型的基础上,探究了关于岩土类介质材料的各种本构模型,如M-C、D-P、Cam、D-C、L-D及节理材料模型等,分析对应使用条件,特点及公式,从而推广到不同的材料本构模型的研究,为弹塑性理论更好的延伸发展做一定的参考性。 关键词:岩土类材料,弹塑性力学模型,本构方程 不同的固体材料,力学性质各不相同。即便是同一种固体材料,在不同的物理环境和受力状态中,所测得的反映其力学性质的应力应变曲线也各不相同。尽管材料力学性质复杂多变,但仍是有规律可循的,也就是说可将各种反映材料力学性质的应力应变曲线,进行分析归类并加以总结,从而提出相应的变形体力学模型。 第一章岩土类材料 地质工程或采掘工程中的岩土、煤炭、土壤,结构工程中的混凝土、石料,以及工业陶瓷等,将这些材料统称为岩土材料。 岩土塑性力学与传统塑性力学的区别在于岩土类材料和金属材料具有不同的力学特性。岩土类材料是颗粒组成的多相体,而金属材料是人工形成的晶体材料。正是由于不同的材料特性决定了岩土类材料和金属材料的不同性质。归纳起来,岩土材料有3点基本特性:1.摩擦特性。2.多相特性。3.双强度特性。另外岩土还有其特殊的力学性质:1.岩土的压硬性,2.岩土材料的等压屈服特性与剪胀性,3.岩土材料的硬化与软化特性。4.土体的塑性变形依赖于应力路径。 对于岩土类等固体材料往往在受力变形的过程中,产生的弹性及塑性变形具备相应的特点,物体本身的结构以及所加外力的荷载、环境和温度等因素作用,常使得固体物体在变形过程中具备如下的特点。 固体材料弹性变形具有以下特点:(1)弹性变形是可逆的。物体在变形过程中,外力所做的功以能量(应变能)的形式贮存在物体内,当卸载时,弹性应变能将全部释放出来,物体的变形得以完全恢复;(2)无论材料是处于单向应力状态,还是复杂应力状态,在线弹性变形阶段,应力和应变成线性比例关系;(3)对材料加载或卸载,其应力应变曲线路径相同。因此,应力与应变是一一对应的关系。 固体材料的塑性变形具有以下特点:(l)塑性变形不可恢复,所以外力功不可逆。塑性变形的产生过程,必定要消耗能量(称耗散能或形变功);(2)在塑性变形阶段,应力和应变关系是非线性的。因此,不能应用叠加原理。又因为加载与卸载的规律不同,应力与应变也不再存在一一对应的关系,也即应力与相应的应变不能唯一地确定,而应当考虑到加载的路径(即加载历史);(3)当受力固体产生塑性变形时,将同时存在有产生弹性变形的弹性区域和产生塑性变形的塑性区域。并且随着载荷的变化,两区域的分界面也会产生变化。 第二章弹塑性力学中常用的简化力学模型 对于不同的材料,不同的应用领域,可以采用不同的变形体模型。在确定力学模型时,要特别注意使所选取的力学模型必须符合材料的实际情况,这是非常重要的,因为只有这样才能使计算结果反映结构或构件中的真实应力及应

岩土力学试题2答案

一、填空题(本大题共5小题,每小题3分,总计15分) 1、土的三相组成是指: 固相 、 液相 、 气相 。 2、土层中的毛细水带分:正常毛细水带、毛细网状水带、毛细悬挂水带三种。 3、土的三轴试验方法分:不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪。 4、均质粘性土圆弧滑动面的形式有:坡脚圆、坡面圆、中点圆。 5、地基剪切破坏的形式有:整体剪切破坏、局部剪切破坏、刺入剪切破坏 二、选择题(在每个小题四个备选答案中选出一个正确答案,填在下面表格中) (本大题共5小题,每小题3分,总计15分)) 1、已知土的重度γ,土颗粒重度γS 、土的含水量ω、水的容重γW ,则浮重度r '为 (A ) ω +1r w γ+ (B ) () 11-+r S ωγ (C ) ) 1()(ωγγγ +-S W S r -w γ (D ) w S W S r γωγγγ++-) 1()( 2、已知某粘性土的液限为42%,塑限为22%,含水量为52%,则其液性指数、塑性指数分别为: (A ) 20、1.5 (B ) 20、30 (C ) 1.5、20 (D ) 1.5、30 3、某土层厚度为3m ,重度为193 /m KN ,则该土层深2m 处的自重应力为: (A ) 5.7 KPa (B ) 3.8 KPa (C ) 57 KPa (D ) 38 KPa 4、已知土层的前期固结压力c p 为0.2MPa ,土层自重应力0p (即自重作用下固结稳定的有效竖向应力)为0.3 MPa ,则该土层属于: (A ) 超固结土 (B ) 欠固结土 (C ) 正常固结土 (D ) 不能确定 5已知某土样内摩擦角0 26=φ,粘聚力为KPa c 20=,承受最大主应力和最小主应力分别为 KPa 4501=σ,KPa 1503=σ,则该土体:

自考工程地质及土力学真题及答案

一、单项选择题(本大题共8小题,每小题2分。共16分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.在岩浆岩中,常常具有杏仁状或气孔状构造的岩石类型是( B )P17 A.深成岩 B.浅成岩 C.喷出岩 D.花岗斑岩 2.上盘沿断层面相对下降,下盘沿断层面相对上升的断层,称为( A )P39 A.正断层 B.逆断层 C.平移断层 D.走向断层 3.在第四纪沉积土层中,土颗粒磨圆度最好的是( D )P59 A.残积土层 B.坡积土层 C.洪积土层 D.冲积土层 4.地震波中,传播速度最快的是( B )P82 A.横波 B.纵波 C.瑞雷波 D.勒夫波 5.产生流土现象的充分必要条件是( B )P103 A.渗流方向向下且水力梯度小于临界水力梯度 B.渗流方向向下且水力梯度大于临界水力梯度 C.渗流方向向上且水力梯度小于临界水力梯度 D.渗流方向向上且水力梯度大于临界水力梯度 6.下面评价土压缩性大小的指标中不是.. 根据侧限压缩试验获得的是( C )P117 A.压缩系数 B.压缩模量 C.变形模量 D.压缩指数 7.土体达到极限平衡时,剪切破坏面与大主应力σ1作用面的夹角为( A )P161 A.45°+2? B. 45°-2 ? C. 45°+? D. 45°-? 8.地基中塑性区开展的最大深度z max =0时,其相应的荷载为( B )P212 A.临界荷载 B.临塑荷载 C.极限荷载 D.容许荷载 二、填空题(本大题共10小题,每小题1分,共10分) 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 9.矿物抵抗外力刻划研磨的能力,称为___硬度____。P12 10.层理构造是三大岩类中__沉积岩__的主要构造形式。P21

中国土木各院校的排名、硕士、博士点。

排名基本就是这样: 清华大学有结构工程、防灾减灾与防护工程、材料学博士点,并有土木工程一级学科博士学位授予权,结构工程(联合防灾减灾与防护工程)是国家重点学科。中国工程院院士2人,教授23人,副教授24人,讲师8人,目前在校本科生300多名,研究生200多名。 同济大学中国科学院院士和中国工程院院士5人、博士生导师55人、硕士生导师105人、正高级职称98人、副高级职称135人。设有10个硕士点、7个博士点,设有土木工程博士后流动站。桥梁工程学科为上海市“重中之重”重点学科, 结构工程、岩土工程学科为上海市重点学科;桥梁与隧道工程、结构工程、岩土工程三个二级学科为全国重点学科。 浙江大学岩土工程学科为国家重点学科;结构工程学科为浙江省重点学科;土木工程博士后流动站;土木工程一级学科博士点(涵盖结构工程,岩土工程,市政工程,桥梁与隧道工程,防灾减灾与防护工程,供热、供燃气、通风及空调工程等6个二级学科博士点) 哈尔滨工业大学结构工程、防灾减灾工程与防护工程硕士点学科,结构工程、防灾减灾工程与防护工程和岩土工程博士点学科;土木工程一级学科博士后流动站;结构工程学科设有“长江学者奖励计划”特聘教授岗位。 重庆大学土木工程一级学科博士点及所覆盖的结构工程、岩土工程、防灾减灾与防护工程、桥梁与隧道工程、土木水利施工二级学科博士学位授予点,现有博士导师12人。并设有土木工程一级学科博士后科研流动站。结构工程和岩土工程为建设部及重庆市重点学科,防灾减灾工程为重庆市重点学科。 西安建筑科技大学教授28人,副教授,高级工程师43人,土木工程学院所属的实验室有结构与抗震实验室和岩土工程实验室,其中结构与抗震实验室为陕西省和原冶金部重点实验室,结构工程国家重点学科,土木工程一级学科博士后科研流动站。 天津大学结构工程、防灾减灾与防护工程、桥梁与隧道工程、岩土工程有博士学位授予权 东南大学结构工程国家重点学科、防灾减灾工程及防护工程学科为江苏省重点学科、中国工程院院士1名,教授29名,博士生导师17名 太原理工大学结构工程、岩土工程博士点,防灾减灾工程及防护工程硕士点。结构工程、岩土工程为省重点学科 上海交通大学结构工程博士点,岩土工程、防灾减灾工程及防护工程硕士点

1月全国自学考试工程地质及土力学试题及答案解析

1 全国2018年1月高等教育自学考试 工程地质及土力学试题 课程代码:02404 一、单项选择题(本大题共8小题,每小题2分,共16分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.按照摩氏硬度等级,下列矿物中硬度最小的是( ) A.萤石 B.方解石 C.正长石 D.石英 2.下列岩石中,属于岩浆岩的是( ) A.片麻岩 B.火山集块岩 C.花岗岩 D.页岩 3.下列矿物中,属于变质岩特有的变质矿物是( ) A.云母 B.白云石 C.辉石 D.滑石 4.土中某点的自重应力和附加应力分别记为c σ和z σ,按分层总和法计算地基最终沉降量时,确定压缩层下限的标准为( ) A.2.0c z ≤σσ B.2.0z c ≤σσ C.2.0z c z ≤σ+σσ D.z c σ≤σ 5.粘性土地基的沉降由三部分组成,其中的瞬时沉降常用的计算方法为( ) A.分层总和法 B.规范法 C.弹性理论法 D.塑性理论法 6.设某饱和粘性土在试验前不存在孔隙水压力,在无侧限压力仪器中测得无侧限抗压强度为S u ,如果对同样的土在三轴仪中进行不固结不排水剪切试验,试样的周围压力为3σ,则破坏时的轴向压力1σ将为( ) A.3σ-S u B.3σ+2 S u C.3σ+S u D.3σ+2S u 7.挡土墙后均质填土中有地下水时,作用于墙背上的总压力( )

2 A.不变 B.将增大 C.将减小a K γγω D.将减小a K ωγ 8.根据室内压缩试验的结果绘制e~p 曲线,该曲线越平缓,则表明( ) A.土的压缩性越高 B.土的压缩性越低 C.土的压缩系数越大 D.土的压缩模量越小 二、填空题(本大题共10小题,每小题1分,共10分) 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 9.滑坡的发育过程可分为___________________、滑动破坏和渐趋稳定三个阶段。 10.河漫滩相冲积层的特征是具有___________________。 11.河流的地质作用包括___________________、搬运和堆积三方面。 12.由各种原因形成的结构面,把岩体切割成大小、形状不同的岩石块体,称为结构体,其与结构面共同组合形成___________________。 13.中生代最早形成的地层为___________________。 14.按滑坡体的主要物质组成及其与地质构造的关系,滑坡可分为___________________、基岩滑坡和特殊滑坡。 15.在地基承载力设计值)5.0d ()3b (f f o b b k -γη+-γη+=计算式中,对于其中的埋深d 值,在填方整平地区,当填土在上部结构施工前完成时,d 值应从___________________地面算起。 16.超固结土是指前期固结压力___________________现有土层覆盖自重压力的土。 17.斯肯普顿(Skempton )孔隙水压力系数B 的数值在___________________之间。 18.砂土的天然孔隙比大于其临界孔隙比时,剪切过程中要发生___________________现象。 三、判断题(本大题共14小题,每小题1分,共14分) 判断下列各题正误,正确的在题干后的括号内划“√”,错误的划“×”。 19.一般来说,建筑场地烈度,比设计烈度提高(或降低)半度至一度。( ) 20.如果在野外垂直于岩层走向观察,发现岩层有规律的重复出现,且岩层出露的层序为从老岩层至新岩层,又重复老岩层,则可以判断为背斜构造。( ) 21.矿物的条痕是指矿物粉末的颜色。( ) 22.地震波可以分为纵波和横波。( ) 23.自然界岩石按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。( ) 24.地震烈度的高低取决于地震所释放的能量。( ) 25.上盘沿断层面相对下降,下盘沿断层面相对上升的断层为正断层。( )

国开《岩土力学》2022期末试题及答案(试卷号:1181)

国家开放大学电大本科《岩土力学》2022 期末试题及答案(试卷号:1181) 一、单项选择题(每小题 3 分,共 30 分。在所列备选项中,选 1 项正确的或最好的作为答案,将选项号填入各题的括号中) 1.若土的压缩曲线(e-p 曲线)较陡,则表明( )。 A.土的密实度较大 B.土的空隙比较小 C.土的压缩性较高 D.土的压缩性较低 2.控制坝基的渗流变形,以下哪个说法正确?( ) A.尽量缩短渗流途径 B.尽量提高水力坡降 C.尽量减少渗透量 D.尽量采取蓄水增压措施 3.前期固结压力小于现有覆盖土层自重应力的土称为( )。 A.欠固结 B.次固结 C.正常固结 D.超固结 4.当土体中某个方向上的剪应力达到土的抗剪强度时,称该点处于( )状态。 A.允许承载 B.剪切破坏 C.稳定 D.极限平衡 5.用库仑土压力理论计算挡土墙土压力时,基本假设之一是( )。 A.墙后填土必须是干燥的 B.墙背直立 C.填土为无黏性土 D.墙背光滑 6.地基土发生剪切破坏而失去整体稳定时的基底最小压力为( )。 A.允许承载力 B.极限承载力

C.承载力特征值 D.原始土压力 7.围岩变形破坏的形式与特点,除了与岩体内的初始应力状态和洞形有关外,主要取决于( )。A. 围岩的岩性 B.围岩的岩性及结构 C.围岩的结构 D.围岩的大小 8.岩石在破坏之前的变形较大,没有明显的破坏荷载,表现出显著的塑性变形、流动或挤出,这种 破坏即为( )。 A.脆性破坏 B.弱面剪切破坏 C.塑性破坏 D.受压破坏 9.下面关于地应力的描述正确的是( )。 A.地层中由于过去地质构造运动产生和现在正在活动与变化的力或地质作用残存的应力 B.岩体在天然状态下所存在的内应力 C.由上覆岩体的自重所引起的应力 D.岩体在外部载荷作用下所产生的应力 10.弹性抗力系数不仅与岩石性质有关,而且与隧洞的尺寸也有关系,隧洞的半径越大,则岩体的弹 性抗力系数将( )。 A.越大 B.越小 C.稍微增大 D.不变 二、判断题(每小题 2 分,共 20 分。判断以下说法的正误,并在各题后的括号内进行标注。正确的标注√,错误的标注×) 11.岩石浸水饱和后强度降低的性质称为岩石的软化性,用软化系数表示。( ) 12.达西定律只适用于层流的情况,对于粗砂、砾石等粗颗粒土不适用。( ) 13.根据有效应力原理,外力作用于饱和土体后,由土的骨架承担的部分称为孔隙压力,由水承担的 部分称为有效应力。( ) 14.砂土在振动荷载作用下,从固体状态变为液体状态的现象,称为砂土液化。( )

结构工程排名

结构工程排名1 同济大学 2 清华大学 3 浙江大学 4 哈尔滨工业大学 5 重庆大学 6 东南大学 7 西安建筑科技大学 8 大连理工大学 9 北京工业大学 10 天津大学 11 华南理工大学 12 湖南大学 13 广西大学 14 中南大学15 武汉理工大学 16 太原理工大学 17 北京交通大学 18 上海交通大学 19 西南交通大学20 福州大学 21 华中科技大学 22 郑州大学 23 长安大学 24 华侨大学 25 东北大学 26 中国矿业大学 27 沈阳建筑大学 28 合肥工业大学 29 山东科技大学 中国各大学土木工程专业简介 全国共有188所大学开设土木工程专业,92所大学招收土木工程研究生,70所大学有结构工程硕士以上学位授予权,51所大学有岩土工程硕士以上学位授予权,30所大学有防灾减灾与防护工程硕士以上学位授予权,23所大学有桥梁与隧道工程硕士以上学位授予权。

清华大学有结构工程、防灾减灾与防护工程、材料学博士点,并有土木工程一级学科博士学位授予权,结构工程(联合防灾减灾与防护工程)是国家重点学科。中国工程院院士2人,教授23人,副教授24人,讲师8人,目前在校本科生300多名,研究生200多名。 同济大学中国科学院院士和中国工程院院士5人、博士生导师55人、硕士生导师105人、正高级职称98人、副高级职称135人。设有10个硕士点、7个博士点,设有土木工程博士后流动站。桥梁工程学科为上海市“重中之重”重点学科, 结构工程、岩土工程学科为上海市重点学科;桥梁与隧道工程、结构工程、岩土工程三个二级学科为全国重点学科。 浙江大学岩土工程学科为国家重点学科;结构工程学科为浙江省重点学科;土木工程博士后流动站;土木工程一级学科博士点(涵盖结构工程,岩土工程,市政工程,桥梁与隧道工程,防灾减灾与防护工程,供热、供燃气、通风及空调工程等6个二级学科博士点) 哈尔滨工业大学结构工程、防灾减灾工程与防护工程硕士点学科,结构工程、防灾减灾工程与防护工程和岩土工程博士点学科;土木工程患堆Э撇┦亢罅鞫 荆唤峁构こ萄Э粕栌小俺そ д呓崩 苹 碧仄附淌诟谖弧? 重庆大学土木工程一级学科博士点及所覆盖的结构工程、岩土工程、防灾减灾与防护工程、桥梁与隧道工程、土木水利施工二级学科博士学位授予点,现有博士导师12人。并设有土木工程一级学科博士后科研流动站。结构工程和岩土工程为建设部及重庆市重点学科,防灾减灾工程为重庆市重点学科。 西安建筑科技大学教授28人,副教授,高级工程师43人,土木工程学院所属的实验室有结构与抗震实验室和岩土工程实验室,其中结构与抗震实验室为陕西省和原冶金部重点实验室,结构工程国家重点学科,土木工程一级学科博士后科研流动站。 天津大学结构工程、防灾减灾与防护工程、桥梁与隧道工程、岩土工程有博士学位授予权 东南大学结构工程国家重点学科、防灾减灾工程及防护工程学科为江苏省重点学科、中国工程院院士1名,教授29名,博士生导师17名 太原理工大学结构工程、岩土工程博士点,防灾减灾工程及防护工程硕士点。结构工程、岩土工程为省重点学科

《岩土力学(本科必修)》2017期末试题及答案

《岩土力学(本科)》2017期末试题及答案 一、判断题(每题3分,共30分) 1.不均匀系数C。愈大,说明土粒愈不均匀。( ) 2.同一种土的抗剪强度是一定值,不随试验方法和排水条件不同而变化。( ) 3·根据莫尔一库伦准则可证明均质岩石的破坏面法线与大主应力方向间夹角为45。一号。( ) 4.由于洞室围岩的变形和破坏而作用于支护或衬砌上的压力称为围岩压力。( ) 5.洞室的形状相同时,围岩压力与洞室的尺寸无关。( ) 6·土的颗粒分析试验最常用的室内试验方法有筛析法和比重计法。( ) 7·岩石的破坏形式可分为脆性破坏、延(塑)性破坏和弱面剪切破坏三种。( ) 8.岩石的饱水系数对于判别岩石的抗冻性有重要意义。( ) 9.土的抗剪强度试验的目的是测定土的最大主应力。( ) 10·库仑土压力理论的计算公式是根据滑动土体各点的应力均处于极限平衡状态而导出的。 ( ) 二、简答题(每题l0分,共40分) 1.土的级配曲线的特征可用哪两个系数来表示?这两个系数是怎样定义的? 2.什么叫土的抗剪强度?常用的试验方法有哪些? 3.确定地基承载力的方法有哪些? t 4.什么叫滑坡?滑坡滑动面的形式有几种? ’’ 三、计算题(每题l5分,共30分) 1.某试样,在天然状态下的体积为140cm3,质量为240g,烘干后的质量重为190g,设土粒比重为2.67,试求该试样的天然容重、含水量、孔隙比、饱和度。 2.有一8m厚的饱和粘土层,上下两面均可排永,现从粘土层中心处取得2cm厚的试样做固结试验(试样上下均有透水石)。试样在某级压力下达到60%的固结度需要8分钟,则该粘土层在同样的固结压力作用下达到60%的固结度需要多少时间?若该粘土层单面排水,所需时间为多少? 试题答案及评分标准

工程地质与土力学填空题含答案

工程地质与土力学》复习题四 1、地球是一个具有圈层构造的旋转椭球体。它的外部被 (大气圈)、(水圈)、(生物圈)所包围,地球内部由(地壳)、(地幔)、(地核)组成。 2、岩浆岩的结构有(显晶质结构)、(隐晶质结构)、(斑 状结构)、(玻璃质结构)。 3、根据引起岩石变质的地质条件和主导原因,变质作用 可分为(接触变质作用)、(区域变质作用)和(动力变质作用)。 4、片理构造根据片理面特征、变质程度等特点又分为(片 麻状构造)、(片状构造)、(千枚状构造)、(板状构造)。 5、构造运动又称地壳运动,是一种机械运动,涉及范围 包括地壳及上地幔上部即岩石圈。按运动方向可分为(水平运动)和(垂直运动)。 6、岩层的产状要素有(走向)、(倾向)和(倾角)。 7、节理是岩石破裂后,裂隙面无明显位移的裂缝。按力 学成因分为(张节理)和(剪节理)。 8、按断层两盘的相对运动方向可把断层分为(正断层)、 (逆断层)、(平移断层)。 9、地震按成因类型可分为人工地震和天然地震。天然地 震又可分为(构造地震)、(火山地震)、(陷落地震)。10、地表或接近地表的岩石在(大气)、(水)和(生物活动)

等因素的影响下,使岩石遭受物理的核化学的变化,称为风化。 11、化学风化作用可分为(水化作用)、(氧化作用)、(水解作用)、(溶解作用)。 12、按河流侵蚀作用方向可分为(垂直侵蚀)和(侧向侵蚀)。 13、河流阶地主要分为(侵蚀阶地)、(基座阶地)、(蕞积阶地)三种类型。 14、岩溶的形成条件有(岩石的可溶性)、(岩石的透水性)、(水的溶蚀性)、(水的流动性)。 15、岩溶发育有垂直分带性,可分为(垂直循环带)、(季节 循环带或称过渡带)、(水平循环带或称饱水带)和(深部循环带)。 16、斜坡岩体失稳破坏的类型主要有(蠕变)、(剥落)、(崩塌)和(滑坡)。 17、滑坡:按其物质组成可分为(土层滑坡)和(岩层滑坡); 按滑动面与层面的关系可分为(均质滑坡)、(顺层滑坡)和(切层滑坡)。 18、地下水的主要化学性质包括(酸碱度)、(硬度)、(总矿 化度)和(侵蚀性)。 19、地下水的侵蚀性主要有(硫酸型侵蚀)和(碳酸型侵蚀) 两种类型。 20、地下水:按埋藏条件可分为(上层滞水)、(潜水)和(承

土木工程专业大学排名

土木工程专业大学排名 土木工程专业,是大学的一种工程学科。所谓的土木工程,是指一切和水、土、文化有关的基础建设的计划、建造和维修。一般的土木工作项目包括:道路、水务、渠务、防洪工程及交通等。 土木工程专业大学排名 序号学校名称评估结果 1同济大学A+ 2东南大学A+ 3清华大学A 4北京工业大学A 5哈尔滨工业大学A 6浙江大学A 7天津大学A- 8大连理工大学A- 9河海大学A- 10湖南大学A- 11中南大学A- 12西南交通大学A- 13解放军理工大学A- 14北京交通大学B+ 15石家庄铁道大学B+ 16沈阳建筑大学B+ 17上海交通大学B+ 18中国矿业大学B+ 19山东大学B+ 20武汉大学B+ 21华中科技大学B+ 22长沙理工大学B+ 23华南理工大学B+ 24重庆大学B+ 25西安建筑科技大学B+ 26广州大学B+ 27北京科技大学B 28北京建筑大学B

29南京工业大学B 30合肥工业大学B 31福州大学B 32青岛理工大学B 33郑州大学B 34中国地质大学B 35武汉理工大学B 36四川大学B 37重庆交通大学B 38长安大学B 39兰州理工大学B 40兰州交通大学B 41太原理工大学B-42东北大学B-43上海大学B-44苏州科技大学B-45安徽理工大学B-46华侨大学B-47山东科技大学B-48山东建筑大学B-49广西大学B-50成都理工大学B-51西安理工大学B-52西安科技大学B-53三峡大学B-54北京航空航天大学C+ 55河北工业大学C+ 56辽宁工程技术大学C+ 57东华大学C+ 58浙江工业大学C+ 59华东交通大学C+ 60湖北工业大学C+ 61湖南科技大学C+ 62深圳大学C+ 63昆明理工大学C+ 64西安交通大学C+

土塑性力学

第一章 绪论 土塑性力学的研究对象及其特点 一、弹塑性材料: 变形包括弹性变形、塑性变形两种。 物体外力作用下会产生变形,能恢复的那部分变形为弹性变形,不能恢复的那部分变形为塑性变形。 弹性变形阶段:e εε= 应力与应变一一对应,采用弹性理论进行研究 弹塑性变形阶段:p e εεε+=应力与应变不一一对应,采用塑性理论进行研究 弹性变形 线弹性(各向同性、各向异性) 非线弹性 几何(大变形:描述方法:拉格朗日法,殴拉法) 材料 1. 金属材料的基本试验: (1)钢材拉伸试验:比例极限p σ,弹性极限e σ,屈服应力s σ,强度极限b σ 钢材圆柱形试件在常温下的典型应力-应变曲线。 弹性变形阶段与弹塑性阶段有较明确的界限。 卸荷载——弹性变形,塑性变形,加工硬化 加载应力+ s σ 卸荷后重新加载没有出现强化现象,被称为理想塑性或塑性流动阶段。 卸荷曲线与加荷曲线构成一个滞后回线,其平均斜率与初始阶段的弹性模量相近,可理想化为一条直线。 卸荷阶段一般金属E p σ εε- =不变,卸荷模量与初始模量相同。 单向压缩压缩一般也有类似情况,压缩时候的弹性极限与拉伸时候的弹性极限相近。 包辛格效应(包氏效应)—拉伸塑性变形后,使得压缩屈服应力有所降低,反之成立。 0=+- +s s σσ 有些材料没有包氏效应即:s s s σσσ>=-+ (2)静水压力试验: 试验表明:在压力不大的情况下,体积应变实际上与静水压力成线性关系。对于一般金属材料,可以认为体积变化基本上是弹性的,除去静水压力后变形可以完全恢复,没有残余

的体积变形。因此,在传统塑性理论中常常假定不产生塑性体积变形,而且在塑性变形过程中,体积变形与塑性变形相比,往往是可以忽略的,因此在塑性变形较小时,忽略体积变化,认为材料是不可压缩的假设是有实验基础的。 在压力不大的情况下,静水压力对材料的屈服极限的影响完全可以忽略。因此在传统塑性力学中,完全不考虑体积变形对塑性变形的影响。但也有一些金属例外,如铸造金属等。 2. 岩石类介质的压缩试验结果 OA 段曲线缓慢增大,反映岩石试件内裂缝逐渐压密,体积缩小。进入AB 段斜率为常数或接近常数,可视为弹性阶段,此时体积仍有所压缩,B 点称为屈服强度。BC 段随着载荷继续增大,变形和载荷呈非线性关系,这种非弹性变形是由于岩石内微裂缝的发生与发展,以及结晶颗粒界面的滑动等塑性变形两者共同产生。对于脆性非均质的岩石,前者往往是主要的,这是破坏的先行阶段。B 点开始,岩石就出现剪胀现象(即在剪应力作用下出现体积膨胀)的趋势,通常体应变速率在峰值C 点达到最大,并在C 点附近总体积变形已从收缩转化为膨胀。CD 段曲线下降,岩石开始解体,岩石强度从峰值强度下降至残余强度,这种情况叫做应变软化或加工软化,这是岩土类材料区别于金属材料的一个特点。在软化阶段内,岩土类材料成为不稳定材料,传统塑性力学中的一些结论不适用这种材料。另外,从上述试验还可以看出还具有剪胀性。 OA 段压密,AB 段弹性阶段,BC 段非线性,CD 段加工软化阶段(剪胀、) 当反复加载时,实际上应力应变曲线形成一定的滞环,但通常仍可近似按直线代替。OA 段可以忽略,卸载是弹性的。 弹塑性耦合与弹塑性不耦合(与金属材料不同):卸载模量与初始阶段模量相等与否。 围压对应力应变曲线和岩体塑性性质有明显影响:围压低:软化性质明显;围压高:塑性性质增加。 真三轴试验321σσσ>>;普通三轴试验321σσσ=>; 刚性三轴试验机:获得全应力-应变曲线。 岩石类介质在一般材料试验机上不能获得全应力应变曲线,它仅能获得破坏前期的应力应变曲线,因为岩石在猛烈的破坏之后便失去了承载力。这是由于一般材料试验机的刚度小于岩石试块刚度的缘故。因此,在试验中,试验机的变形量大于试件的变形量,试验机贮存的弹性变形能大于试件贮存的弹性变形能。这样当试件破坏时,试验机储存的大量弹性能也立即释放,并对试件产生冲击作用,使试件产生剧烈破坏,实际上,多数岩石从开始破坏到完全失去承载能力,是一个渐变过程。采用刚性试验机和伺服控制系统,控制加载速度以适应试件变形速度,就可以得到岩石全过程应力应变曲线。 3.土的应力应变关系曲线 在开始阶段就出现非线性;与围压有关;与排水条件有关;应变软化

最新工程地质及土力学(02404)复习资料

工程地质及土力学复习资料选择题识记的内容 1、地质年代单位:宙、代、纪、世、期 2、地层年代单位:宇、界、系、统、阶 3、黏土矿物按亲水性有小到大排列:高岭石<伊利石<蒙脱石 4、岩浆岩(火成岩)的结构:全晶质、玻璃质、隐晶质 5、岩浆岩(火成岩)的构造:气孔、流纹、杏仁、块状 6、岩浆岩(火成岩):花岗(斑)岩、正长岩、流纹岩、闪长岩、安山岩、玄武岩 7、沉积岩的结构:碎屑、泥质、结晶、生物 8、沉积岩的构造:层理 9、沉积岩:火山碎屑岩类、碎屑岩(砾岩、砂岩、粉砂岩)、泥岩、页岩、石灰岩、白云岩 10、变质岩的结构:变余结构、变晶结构、糜棱(碎裂)结构 11、变质岩的构造:片状、千枚状、片麻状、板状、块状 12、变质矿物:滑石、绿泥石、蛇纹石、绢云母、石墨 13、变质岩:片岩、板岩、片麻岩、石英岩、大理岩、千枚岩 14、沉积岩层之间的接触关系:整合、平行不整合、角度不整合 15、岩层产状要素:走向、倾向、倾角 16、第四纪沉积物的类别和形成原因: 残积物:风化作用,残留原地 洪积物:洪水沉积 冲积物:河流沉积 坡积物:重力和降雨(片流)冲刷,堆积坡脚 17、河流的侧向侵蚀导致出现河曲 18、地震震级:一次地震所释放的能量,一次地震只有一个震级 19、地震烈度:地震对地表和建筑物等破坏强弱的程度,一次地震烈度可以有多个 20、地震的诱发因素:构造地震、火山地震、冲击地震、人工诱发地震 21、工程勘察的阶段:可行性勘察阶段、初步勘察阶段、详细勘察阶段、技术设计与施工勘察阶段 22、勘探的方法:坑探、钻探、触探、地球物理勘探 23、现场原位测试:静力载荷试验、单桩垂直静载荷试验、十字板剪切试验、现场大型直剪试验 24、工程上用Cu(不均匀系数)和Cc(曲率系数)来判定土的级配; Cu>10,且1≤Cc≤3级配良好,否则级配不良 Cu越大,土粒越不均匀,级配曲线越平缓,粒径分布范围越大 25、达西定律适用于层流,表达式:v=ki,k为土的渗透系数 26、土的三种结构:单粒结构、蜂窝结构、絮状结构 27、土的塑性指数Ip=W L-W P,液性指数I L=(W-W P)/(WL-W P)

岩土课程

├─01theory │ ├─Critical State Soil Mechanics │ ├─Critical State Soil Mechanics (Schofield) │ ├─elements of soil mechanics_G. N. Smith │ ├─Geotechnical Modelling (David Muir Wood) │ ├─poromechanics(Coussy) │ ├─principles of soil chemistry │ ├─Soil Dynamics (A. Verruijt) │ ├─Soil Mechanics (A. Verruijt) │ ├─soil mechanics in engineering practice(Terzaghi) │ ├─Soil Mechanics(Lambe) │ ├─Strength Analysis in Geomechanics │ ├─Theoretical Geomechanics_Marian IVAN │ ├─分形岩石力学导论(谢和平) │ ├─土力学 (松岗元) │ ├─土力学与环境土工学(胡中雄) │ ├─土力学可靠性原理(高大钊) │ ├─土力学(钱家欢) │ ├─土动力学理论与计算(周健) │ ├─土动力学(吴世明) │ ├─土动力学(张克绪 谢君斐) │ ├─土塑性力学(龚晓南) │ ├─土工原理与计算(钱家欢 殷宗泽) │ ├─土的动力强度和液化特性(汪闻韶) │ ├─土的塑性力学(屈智炯) │ ├─土的工程性质(黄文熙) │ ├─岩体力学性质(李先炜) │ ├─岩土力学 │ ├─岩土塑性力学基础(郑颖人 龚晓南) │ ├─岩土塑性力学(张学言) │ ├─岩石力学原理及其应用(Goodman) │ ├─岩石力学(徐志英) │ ├─广义塑性力学岩土塑性力学原理(郑颖人) │ ├─弹性力学及其在岩土工程中的应用(顿志林 等) │ ├─损伤土力学(赵锡宏) │ ├─散体极限平衡理论基础 │ ├─智能岩石力学导论(冯夏庭) │ ├─松散介质力学(赵彭年) │ ├─水力学基础 │ ├─混凝土和土的本构方程(陈惠发) │ ├─现代工程岩土力学基础(于学馥) │ ├─理论土力学(沈珠江) │ ├─砂土震动液化(刘颖 谢君斐) │ ├─非饱和土土力学(中文版) │ ├─高等土力学(李广信) │ └─高等土力学(龚晓南) ├─02computation │ ├─Computational Geomechanics with Special Reference to Earthquake Engineering │ ├─Computational Geomechanics--UC-Davis │ ├─numerical modelling in geomechanics │ ├─土动力学理论与计算(周健) │ ├─土工数值分析(钱家欢 殷宗泽) │ ├─土工计算机分析(龚晓南) │ ├─地下结构有限元法解析(孙均) │ ├─复合地基三维数值分析(张爱军) 第 1 页

精选国家开放大学电大本科《岩土力学》2022期末试题及答案(试卷号:1181)

国家开放大学电大本科《岩土力学》2022期末试题及答案(试卷号:1181) 一、单项选择题(每小题3分,共30分。在所列备选项中,选1项正确的或最好的作为答案,将选项号填入各题的括号中) 1.若土的压缩曲线(e-p曲线)较陡,则表明()。 A.土的密实度较大 B.土的空隙比较小 C.土的压缩性较高 D.土的压缩性较低 2.控制坝基的渗流变形,以下哪个说法正确?() A.尽量缩短渗流途径 B.尽量提高水力坡降 C.尽量减少渗透量 D.尽量采取蓄水增压措施 3.前期固结压力小于现有覆盖土层自重应力的土称为() A.欠固结 B.次固结 C.正常固结 D.超固结 4.当土体中某个方向上的剪应力达到土的抗剪强度时,称该点处于()状态。 A.允许承载 B.剪切破坏 C.稳定 D.极限平衡 5.用库仑土压力理论计算挡土墙土压力时,基木假设之一是()o A.墙后填土必须是干燥的 B.墙背直立 C.填土为无黏性土 D.墙背光滑 6.地基土发生剪切破坏而失去整体稳定时的基底最小压力为()。

A.允许承载力 B.极限承载力 C.承载力特征值 D.原始土压力 7.围岩变形破坏的形式与特点,除了与岩体内的初始应力状态和洞形有关外,主要取决于()。 A.围岩的岩性 B.围岩的岩性及结构 C.围岩的结构 D.围岩的大小 8.岩石在破坏之前的变形较大,没有明显的破坏荷载,表现出显著的塑性变形、流动或挤出,这种破坏即为()。 A.脆性破坏 B.弱而剪切破坏 C.塑性破坏 D.受压破坏 9.下面关于地应力的描述正确的是()o A.地层中由于过去地质构造运动产生和现在正在活动与变化的力或地质作用残存的应力 B.岩体在天然状态下所存在的内应力 C.由上覆岩体的自重所引起的应力 D.岩体在外部载荷作用下所产生的应力 10.弹性抗力系数不仅与岩石性质有关,而且与隧洞的尺寸也有关系,隧洞的半径越大,则岩体的弹性抗力系数将()。 A.越大 B.越小 C.稍微增大 D.不变 二、判断题(每小题2分,共20分。判断以下说法的正误,并在各题后的括号内进行标注。正确的标注J 9错误的标注X ) H.岩石浸水饱和后强度降低的性质称为岩石的软化性,用软化系数表示。() 12.达西定律只适用于层流的情况,对于粗砂、砾石等粗颗粒土不适用。()

《工程地质土力学》第01-08章在线测试

《工程地质及土力学》第01章在线测试 《工程地质及土力学》第01章在线测试剩余时间: 答题须知:1、本卷满分20分。 2、答完题后,请一定要单击下面的“交卷”按钮交卷,否则无法记录本试卷的成绩。 3、在交卷之前,不要刷新本网页,否则你的答题结果将会被清空。 第一题、单项选择题(每题1分,5道题共5分) 1、下列岩石中,属于沉积岩的是 A、花岗岩 B、石灰岩 C、大理岩 D、石英岩 2、下列岩石构造,属于变质岩的构造是 A、层理构造 B、气孔与杏仁构造 C、波痕与泥裂 D、片麻状构造 3、若地层出现不对称的重复现象,则此处存在的地质构造为 A、褶皱 B、断层 C、节理 D、单斜构造 4、若地质平面图上沉积岩被岩浆岩穿插,界线被岩浆岩界线截断,则岩浆岩与沉积岩之为 A、沉积接触 B、整合接触 C、侵入接触 D、不整合接触 5、纪的代号右下角标出1时表示 A、早世 B、中世 C、下世 D、下统 《工程地质及土力学》第02章在线测试

A、e=1 B、1<e<1.5 C、e>1.5 D、e<1 2、表示无粘性土的密实度的指标是 A、重度 B、含水量 C、相对密实度 D、塑性指数 3、处于天然状态的砂土的密实性一般用下列哪种方法测定 A、三轴试验 B、荷载试验 C、十字板剪切试验 D、标准贯入试验 4、有一黏性土,天然含水量38%,通过液塑限联合测定试验测得塑限30%,液限55%,求该黏性土的塑性指数Ip A、25 B、25% C、8 D、8% 5、雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀,顺着斜坡向下逐渐移动,沉积在平缓的坡脚,这种搬运和堆积方式形成的土称为( )。 A、残积土 B、坡积土 C、洪积土 D、冲积土 《工程地质及土力学》第03章在线测试 《工程地质及土力学》第03章在线测试剩余时间:59:52 答题须知:1、本卷满分20分。 2、答完题后,请一定要单击下面的“交卷”按钮交卷,否则无法记录本试卷的成绩。 3、在交卷之前,不要刷新本网页,否则你的答题结果将会被清空。 第一题、单项选择题(每题1分,5道题共5分) 1、承压水一般 A、容易受气候的影响 B、容易受气候的影响,但不易被污染 C、不易受气候的影响,且不易被污染 D、容易被污染 2、反映土透水性质的指标是 A、不均匀系数 B、压缩系数

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