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关键词： 土力学   起始水力坡降   大变形固结   有限差分法   一维固结   软土  

摘要： 深厚软黏土的大变形特性以及土中渗流存在的起始水力坡降已分别为人们所认识,但能考虑起始水力坡降的深厚软土大变形固结理论报道甚少。假定土的体积压缩系数保持不变,渗透系数与孔隙比为平方关系,在拉格朗日坐标系中建立以超静孔隙水压力为变量考虑起始水力坡降的软土大变形固结问题的控制方程及求解条件。利用有限差分法解决了由起始水力坡降所引起的动边界问题,将很小起始水力坡降下(10-5)的差分解与达西渗流定律下解析解对比,验证了差分数值计算结果的可靠性,从而为解决移动边界问题提供了一种有效方法。最后着重分析了量纲一变量R对固结性状的影响及在大、小应变不同几何假定下固结性状的区别,结果表明:R值的大小会影响渗流前锋的最终位置及移动速度、超静孔压的消散速率。R值越大,渗流前锋的移动速度越慢,土中超静孔压消散越慢,残留于土中而不能消散的超静孔压越大,进而导致土体发生的最终沉降量就越小。大变形几何假定下土中超静孔压的消散速率要比小变形几何假定下快,且固结完成时残留于土中不能消散的超静孔压值要比小变形几何假定下小,故计算得到的地基最终沉降量要比小变形几何假定下的计算值大。

关键词： 土力学   土石混合体   分形理论   开裂应力   LSR法   单轴抗压强度  

摘要： 土石混合体具有强烈的非均质性、非均匀性、非连续性和环境依赖性,从土石混合体的非线性角度出发,采用分形几何理论对土石混合体的细观结构特性进行描述,明确土石混合体重塑样的备制工艺,重点探讨土石混合体单轴压缩条件下应力–应变特征以及与特征强度值之间的联系。得出以下几点结论:(1)含石量作为研究土石混合体力学特性的重要指标,与土石混合体的粒度分维数密切相关,二者满足幂函数关系;(2)根据试样的单轴压缩曲线结合数值计算结果,将土石混合体峰前应力–应变曲线分为接触压密阶段、弹性阶段、慢裂阶段、快裂阶段,峰后表现为应变软化特征;(3)随着试样含石量的增大,土石混合体的单轴抗压强度在含石量为50%时最大,轴向应变随含石量的增大而增加,土石混合体的径向变形更为敏感;(4)数值试验结合土石混合体的室内压缩试验,定义土石混合体土石结合裂缝开裂应力,并用LSR法计算开裂应力值,开裂应力、扩容应力和峰值应力呈线性函数关系。土石混合体具有细观结构的层次性和相似性,应用分形几何学的有关理论研究土石混合体的结构力学特征不失为一个好的思路,可以更好地了解土石混合体这类地质材料的细观结构和力学性质。

关键词： 基于问题式学习   创新能力   团队协作   土力学  

摘要： 问题式教学以问题为核心,以学生为主体,将知识学习过程、科学研究过程、社会实践过程、自我教育过程有机结合,可以锻炼学生的创新能力、团队合作能力和解决问题的能力,是一种较好的教学思路。土力学是土木工程专业一门重要的专业基础课,具有较强的实践性,但传统教学不易与实际工程紧密结合,因此建议将问题式学习引入土力学教学当中,培养学生运用土力学原理解决实际工程问题的能力,促进学生全面发展,并总结了笔者的一些实践经验和遇到的问题以供交流。

关键词： 土力学   原状滑带土   微观结构   力学性质   饱水软化   稳定性计算  

摘要： 四川东部由紫红色砂泥岩构成的红层斜坡属于地质灾害多发易发区。斜坡内的软弱夹层(尤其是泥化夹层)容易遇水软化导致其力学强度降低,形成潜在滑动面。选取川东红层岩质滑坡原状滑带土进行室内饱水软化试验,揭示滑带土软化后微观结构和力学性质的变化规律。试验结果表明:滑带土饱水后内部结构变得疏松,颗粒间连接方式由面–面接触转化为面–边、边–边接触;黏聚力和内摩擦角随饱水浸泡时间呈指数衰减,直至浸泡10 d左右才逐渐趋于稳定。以试验获得的滑带土力学参数为基础,采用极限平衡法分析滑带土软化效应对研究区内斜坡稳定性的影响。计算结果表明,随着滑带土饱水时间的延长,斜坡稳定性系数不断降低,某些斜坡即使无后缘静水压力和底滑面扬压力的作用,斜坡也可能失稳破坏。由此认为,滑带土饱水软化后力学强度的大幅降低是导致红层地区某些岩质滑坡的重要因素。研究成果为认识四川红层地区滑坡机制和灾害防治提供了重要依据。

关键词： 土力学   林芝   冰川降雨型泥石流   物理实验   孔隙水压力   水位  

摘要： 近年来,由于全球气温升高,导致西藏地区泥石流暴发频率增加,其中包括冰川降雨型泥石流灾害。以西藏林芝地区的冰川降雨型泥石流为研究对象,首次通过观测冰川降雨型泥石流起动过程中水位、孔隙水压力等变化特征,得到水位、孔隙水压力与堆积坡度、堆积厚度的关系以及沟道物质起动特征,根据水位、空隙水压力的时间变化特征,得到不同试验条件下水位与孔隙水压力的相互关系。通过相似物理实验,分析实验过程中流量、流深、流速等参数与泥石流堆积坡度、堆积厚度的关系,并将冰川降雨型泥石流起动分为前期饱和阶段、起动阶段、堆积阶段。由相似比得到研究区典型冰川泥石流起动的流深、流速等野外观测结果与实验结果与一致,为研究区冰川降雨型泥石流的研究提供参考。

关键词： 振冲器   土力学   动力学模型   FSI   ANSYS/LS-DYNA  

摘要： 近几年建筑行业发展较快,为了能够让建筑物具有稳定性,这就要求对地基的稳定性及抗震性有很高的要求。振冲器是一种压实土壤的器械,成为了现代建筑行业的主要施工机械,而有效的对土壤压实已成为目前国内外研究的重点。土壤具有十分复杂的非线性特点,而且是非连续体,因此对于振冲器与土壤耦合分析是很有必要的。课题对土壤的物理性能进行理论分析:研究土壤力学、土壤及其压实性能,对土壤的三相指标与压实的有关指标进行分析。最终确立选择土壤动力本构模型为Drucker-Prager模型,此模型是在考虑静水压力广义的Mises屈服准则基础上建立起来的。课题以功率为75KW的振冲器为研究对象,介绍振冲器的主要结构及工作原理,之后对振冲器进行力学分析,在振动压实数学模型及动力学方程的基础上,得到了振冲器加速度与土壤紧密程度的力学关系。通过分析振冲器压实土壤的过程,得到土壤的塑性变形比较大,因此把土壤变形忽略而简化振冲器动力学分析的做法与实际情况是不符的。为了深入研究振冲器运动机理,对振冲器工作情况及结构进行分析研究,提取主要结构参数。在合理简化振冲器的动力学模型基础上,将振冲器的工作过程分为三个阶段来研究,并建立相应的动力学模型,得到振冲器工作阶段的动力学方程,最后得出系统方程组的解析解表达式。现场观察了振冲器结构并获取各结构的具体尺寸,运用Soild Works对振冲器进行三维建模。对各结构进行面与面的装配,得到振冲器整体的三维模型。在工作中水通过喷射管后由振冲顶尖喷出。高压的水流会对振冲器顶尖产生影响,流体与振冲器顶尖产生了复杂的流固耦合。针对这种现象用ANSYS单向流固耦合(FSI)分析,得出了水流对振冲器顶尖应力的影响。分析结果对于振冲器顶尖的工作结构及维护有一定的指导意义。对振冲器三维模型进行简化处理。之后定义材料属性、网格划分、约束方式,得到有限元模型,使用ANSYS软件对其进行模态分析,得出振冲器前6阶固有频率及固有振形。从而知道振冲器在工作时共振发生在哪个部位上,在后续的工作中使得振冲器避开共振频率工作,这样能够让振冲器的寿命提高。最后利用软件ANSYS/LS-DYNA来分析振冲器与土壤的耦合模型,在LS-PREPOST后处理软件中进行可视化后处理,得到二者的等效应力分布、接触力等情况。

关键词： 土力学学科特点   教学改革   实验   实践   寓教于乐  

摘要： 针对土力学的教学特点和教学方法,结合津桥学院的实际情况,展开对土力学的教学改革方法进行研究,并得出土力学的教学改革要在重视理论的基础上重视实践,重视实验,提高学生娱乐水平。

关键词： 土力学   土石混合体   颗粒流   碎石形状   力学特性  

摘要： 土石混合体作为土体和碎石的混合体,其宏观力学特性与碎石特性密切相关。采用试验研究和数值模拟相结合的方法,对土石混合体的力学特性进行研究。基于FISH语言开发颗粒流的多边形碎石生成模块,通过室内试验校核颗粒流模型的细观参数,建立土石混合体双轴试验模型。提出以形状因子m作为衡量碎石磨圆度的指标,对碎石形状进行了量化。研究了碎石含量、强度、形状对土石混合体力学特性影响,探讨碎石对土体强度提高的细观原因,揭示土石混合料的强度指标随各主要影响因素的变化趋势。结果表明:碎石含量和强度越高,混合体的强度也越高,当含石量小于40%时,土石混合体的力学特性受土体主导;内摩擦角随着碎石含量增加而增大,而黏聚力却在减小;随着形状因子的增大,强度降低,黏聚力和内摩擦角均减小;土石混合体中应力分布不均,在碎石含量较高时,碎石形成骨架效应,承担了主要荷载。

关键词： 土力学   土拱效应   拟静力法   地震主动土压力   墙背倾角  

摘要： 由土拱效应原理得到滑裂土体的墙面和滑裂面上的应力,然后根据拟静力法和滑裂土体的整体受力平衡,得到平移模式下非垂直刚性挡土墙的地震主动破裂角计算式。进一步根据水平层分法获得墙背地震主动土压力及其系数、地震主动土压力合力及其作用点高度等的计算式。此外,分别讨论墙背倾角、填土内摩擦角、墙土摩擦角、地震系数和填土表面荷载等对地震主动破裂角、法向地震主动土压力分析、地震主动土压力合力系数、地震主动土压力合力及其作用点相对高度等的影响。

关键词： 土力学   驻波比法   黄土   体积含水率   标定试验  

摘要： 为提高驻波比(SWR)法测定黄土含水量的精度,对SWR土壤水分传感器进行标定试验,分别通过SWR法与烘干法测定Q3黄土和古土壤的含水率并进行对比分析,探讨干密度、结构性和土质差异对SWR土壤水分传感器测试结果的影响,并建立相关数学修正模型。试验结果表明,SWR法含水率测量值较烘干法偏高,干密度变化对SWR法测量结果的影响不可忽略;通过建立考虑干密度影响的经验修正模型对SWR法测量值进行修正,当体积含水率9.2%≤θw≤39.9%时,误差可控制在2%以内;当39.9%≤θw≤46.3%时,误差可控制在3%以内,总体修正效果优于SWR法与烘干法测量数据通过三次曲线拟合建立的修正公式;土的结构性对SWR法测量结果影响不明显,可采用重塑土的室内标定试验代替现场标定试验;黄土与古土壤因土质差异,应分别建立修正模型。