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同学们好
欢迎大家来到清华大学高等土力学慕课课程
我是清华大学《高等土力学》课程的
主讲教师于玉贞
从今天开始我们学习《高等土力学》第一章
土工试验及测试
传统土力学把土工问题
划分为变形问题和稳定问题两大类
对于变形问题
主要基于弹性理论计算土体中的应力
用简单的侧限压缩试验测定土的变形参数
在弹性理论的范畴中
辅以一定的经验方法和公式来计算土体的变形
对于稳定问题
解决的方法一般是
用莫尔—库仑破坏准则
对土体进行极限平衡分析
确定安全系数
分析中不考虑土体破坏前的变形过程及变形量
只关心土体处于最后整体滑动时的状态及条件
实际上使用的是刚塑性或理想塑性理论
简言之
传统土力学方法中
把变形计算和强度问题分开考虑
分别采用弹性理论和完全塑性理论
20世纪50年代末到60年代
开始发展了现代土力学分析方法
即应力变形的综合分析方法
包括
本构模型 非线性计算方法
和现代土工试验方法
可见土工试验在现代土力学分析中
起着重要的作用
现在我们讨论一个问题
以土石坝为例
目前对土工建筑物进行变形预测
能达到什么样的预测精度
这一页上面的图是接近竣工时的
糯扎渡高心墙堆石坝的照片
左下图是某水平断面上坝料分区
站人的地方是掺砾黏土心墙料
往左依次是反滤料 过渡料和主堆石料
右下图是施工中的堆石区
心墙料的粒径可小到微米级
而堆石料的粒径可达到1米左右
二者相差5个数量级
这是糯扎渡高心墙堆石坝的最大横剖面
最大坝高261.5m
属于超级工程
保证工程的安全性至关重要
而计算分析是安全性评价的必要手段
为了回答刚才提出的问题
我们先分析一下影响计算结果的环节和因素
首先要对典型土石料进行取样
然后在实验室进行试验
选择本构模型并求取参数
选择计算方法及程序
计算时要合理地模拟施工条件
实际施工质量可能与设计不同
也是计算结果与实测值差异的因素之一
我们先看典型土石料取样的情况
土工建筑场地范围大
土性分布不均匀
这个图仅仅给出了
糯扎渡心墙堆石坝
一个心墙土料场的一角
土工建筑物填方量大
土性空间变化大
土工建筑物施工时间长
土性也会随时间而变化
等等
这些因素导致土石料取样代表性差
再看看室内试验
左图是土石坝堆石区施工现场碾压探坑
最大粒径可达80-120cm
右图是堆石料室内试样
直径30cm
最大粒径6cm
所以试验时要通过缩尺采用模拟级配
同时室内试样的含水量也与现场不同
再者
不同的试验仪器具有不同的精度
不同的试验人员也会得到不同的试验结果
另外
土工试样的可重复性一般较差
等等
这些因素均可引起室内试验误差
再看本构模型及参数的影响
对某堆石料进行一组常规三轴试验
求取三种本构模型
EB模型 KG模型和沈珠江模型的参数
然后用这三种模型
分别对一组等应力比试验的结果进行预测
右上图给出了三种模型
对平均应力~体应变关系的预测
右下图给出了三种模型
对广义剪应力~广义剪应变关系的预测
可以看出
用一种模型对各种关系都预测得很好
在目前的水平下几乎不可能
因时间关系
我们不再讨论计算方法
及程序 施工条件及质量等方面的影响
由上述分析可知
目前对土石坝等土工建筑物
变形预测的精度不会很高
但是
岩土工程建设不能因此而停止
我们还是要尽力解决问题
正如太沙基所说
无论天然土层结构怎样复杂
也无论我们的知识
与土的实际条件有多么大的差距
我们必须利用处理问题的艺术
在合理造价的前提下
为土工结构和地基基础问题寻求满意的答案
70年过去了
土力学中仍然存在大量的问题有待解决
所以有人说
岩土结构工程是这样一门艺术
使用岩土材料
这些材料特性只能近似估算
建立真实的土工结构
这些结构只能近似地分析
来承受外力
这些外力不能准确得知
以满足我们对公众安全职责的要求
那么
土力学中试验与测试起到什么作用呢
可以揭示土体一般的力学性质和规律
为建立相关理论奠定基础
了解特定土的物理力学性质
验证理论与数值计算
确定设计参数与理论模型参数
模型试验 足尺试验可用以解决实际工程问题
还有助于设计与方案的确定
原位测试 现场监测
还可为数值计算的反演分析
信息化施工和预警预报服务
由此可见
土工试验在土力学中具有举足轻重的地位
-0.1 岩土工程的学科特点与发展
-0.2 土力学学科的发展历史
-0.3 岩土工程实践的发展
-0.4 理论与工程的检验
-0.5 岩土工程的可持续发展
-第0章 绪论-作业
-1.0 概述
--1.0 概述
--1.0 概述-作业
-1.1 室内试验
--1.1 室内试验-作业
-1.2 模型试验
--1.2 模型试验
--1.2 模型试验-作业
-1.3 原位测试与现场观测
--1.3 原位测试与现场观测-作业
-1.4 试验的检验与验证
-2.1 概述
--2.1 概述
--2.1 概述-作业
-2.2 应力和应变
--2.2 应力和应变-作业
-2.3 土的应力变形特性
--2.3 土的应力变形特性-作业
-2.4 土的弹性模型
--2.4 土的弹性模型-作业
-2.5 土的弹塑性模型的一般原理
--2.5 土的弹塑性模型的一般原理-作业
-2.6 剑桥模型
--2.6 剑桥模型-习题
-2.7 其它典型弹塑性模型
--2.7 其它典型弹塑性模型-作业
-3.1 概述
--3.1 概述-作业
-3.2 土的抗剪强度的机理
--3.2 土的抗剪强度的机理-作业
-3.3 土的强度与土的物理性质
--3.3 土的强度与土的物理性质-作业
-3.4 影响土的强度的外部因素
--3.4 影响土的强度的外部因素-作业
-3.5 土的排水与不排水强度
--3.5 土的排水与不排水强度-作业
-3.6 土的强度理论
--3.6 土的强度理论-作业
-3.7 黏性土的抗拉强度
--3.7 黏性土的抗拉强度-作业
-4.1 概述
--4.1 概述
--4.1 概述-作业
-4.2 饱和土的渗透性和基本方程
--4.2 饱和土的渗透性和基本方程-作业
-4.3 饱和土二维渗流和流网
--4.3 饱和土二维渗流和流网-作业
-4.4 饱和渗流数值计算方法
--4.4 饱和渗流数值计算方法-作业
-4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力
--4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力-作业
-4.6 非饱和土土水特征曲线
--4.6 非饱和土土水特征曲线-作业
-4.7 非饱和土的渗透性和数值计算
--4.7 非饱和土的渗透性和数值计算-作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 土的压缩与地基的沉降
--5.2 土的压缩与地基的沉降-作业
-5.3 地基沉降的计算方法
--5.3 地基沉降的计算方法-作业
-5.4 单向固结的普遍方程及一般问题
--5.4 单向固结普遍方程及一般问题-作业
-5.5 土的三维固结理论
--5.5 土的三维固结理论-作业
-5.6 关于土体固结的其他问题简介
--5.6 关于土体固结的其他问题简介-作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 边坡稳定分析方法
-6.3 最小安全系数和潜在滑动面的搜索方法
-6.4 极限平衡法边坡稳定分析的一些结论
-6.5 塑性力学上下限定理简介
-6.6 基于有限单元法的边坡稳定分析
-6 边坡稳定分析-作业