高等土力學(xué)作業(yè)

高等土力學(xué)（關(guān)于土的本構(gòu)關(guān)系的認(rèn)識）專業(yè)：巖土工程姓名：學(xué)號：時間：2012.6.18授課老師：教授關(guān)于土的本構(gòu)關(guān)系的認(rèn)識通過這學(xué)期的上課學(xué)習(xí)和查閱一些論文資料，使我認(rèn)識到土的本構(gòu)關(guān)系是一個比較復(fù)雜寬廣而且非常重要的知識面。對于我們巖土工程的研究生來說，土的本構(gòu)關(guān)系是高等土力學(xué)課程最重要的內(nèi)容，也是我們今后更加深入學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識。以下主要是我參考了眾多前人成果，和我自己的一點認(rèn)識的匯總。目前土的本構(gòu)模型研究分為兩個主要方面:宏觀力學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)。在宏觀方面,建立在彈塑性理論基礎(chǔ)上的各種本構(gòu)模型在巖土工程中得到了普遍的應(yīng)用。在微觀模型方面,國內(nèi)外的很多學(xué)者在軟土、天然粘土、黃土等多個方向進(jìn)行了大量研究,這是未來的研究方向,但真正達(dá)到實際應(yīng)用的還較少。土的本構(gòu)關(guān)系之所以復(fù)雜，主要是影響土的因素多而且不確定。在微觀結(jié)構(gòu)方面，由于土的條件差異很大，是無法提出應(yīng)用范圍較廣的本構(gòu)模型。單從土的分類方法就有、土體的堆積年代、成因、有機(jī)質(zhì)含量、工程特性、顆粒組成和塑性指數(shù)以及特殊土，每種分類方法的土都有很多種土體。每種土又由于前期所處溫度、濕度、人為因素等外界因素影響而千差萬別，而試驗中的儀器設(shè)備、試驗條件環(huán)境等也影響巨大。對土這樣一種多相離散影響因素復(fù)雜的材料，建立一種精確并且可面面俱到地反映每一因素的本構(gòu)模型幾乎是不可能實現(xiàn)的，每種土的本構(gòu)模型都有其局限性，但是作為一種解決問題主要是考慮主要因素。劍橋模型是以粘土為最佳適用的彈塑性模型；萊特—鄧肯模型是適用于砂土應(yīng)力變形分析的代表性彈塑性模型；清華彈塑性模型是反映土的剪脹性和三維應(yīng)力狀態(tài)，適用于砂土和粘土的模型；沈珠江彈塑性損傷模型是基于結(jié)構(gòu)性粘土提出的，結(jié)構(gòu)性喪失的損傷土或重塑土沈珠江還提出適用于黃土的砌石模型；Alonso提出的針對非飽和土的巴塞羅那（Barcelona）彈塑性模型以及非飽和土的熱―水力―力學(xué)本構(gòu)模型等等。在土的三軸試驗中，中主應(yīng)力對土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的影響主要體現(xiàn)在對強(qiáng)度的影響,由抗剪強(qiáng)度的變化引起應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的變化。因此,要在本構(gòu)模型中反映中主應(yīng)力的影響,只要考慮所含破壞準(zhǔn)則隨中主應(yīng)力變化。由三軸試驗所確定的本構(gòu)模型各參數(shù),除強(qiáng)度指標(biāo)外,可直接用于計算平面變形問題或其他空間問題。在彈塑性的本構(gòu)模型里反映中主應(yīng)力的影響,可以采取兩種方式:(a)把中主應(yīng)力σ2或相應(yīng)參數(shù)b,直接放入本構(gòu)方程中；(b)本構(gòu)方程本身不改變,僅僅修正本構(gòu)模型中所含強(qiáng)度參數(shù).前一方法雖然合理,但是復(fù)雜；后一方法雖然是一種近似方法,但抓住了問題的主要方面。在有限元計算中也應(yīng)考慮強(qiáng)度隨中主應(yīng)力的變化。在非飽和土的本構(gòu)關(guān)系中，應(yīng)考慮土的飽和度與吸力的關(guān)系。飽和土的變形主要受應(yīng)力影響，其本構(gòu)關(guān)系是指應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。非飽和土的變形除了受應(yīng)力影響外，還與土體中水分含量有關(guān)，非飽和土的本構(gòu)關(guān)系是指應(yīng)力、水分與應(yīng)變的關(guān)系。土體中水分的變化對變形的影響包含兩層意思：①由水分變化直接引起的變形。如水分蒸發(fā)導(dǎo)致土體變干，體積收縮；相反，土體吸水后膨脹，引起體積增加（有些土吸水后收縮，如濕陷性黃土）。②水分的變化引起土體強(qiáng)度的變化和硬軟的差異，從而影響變形。即使軟粘土?xí)窀珊笠矔苡?，施加相同荷載所產(chǎn)生的變形就會減小。因此非飽和土的本構(gòu)模型要能反映應(yīng)力和水分變化對變形的影響，且關(guān)于水分的影響又要能反映這兩方面的變形性狀。當(dāng)前非飽和土本構(gòu)模型有彈性模型、巴塞羅那模型的各種改進(jìn)，其它形式包含吸力的應(yīng)力變量模型、膨脹土彈塑性模型、損傷力學(xué)模型、熱力學(xué)模型、浸水變形計算模型等。在膨脹土的本構(gòu)關(guān)系中，含水率是膨脹土產(chǎn)生膨脹與收縮、影響強(qiáng)度等重要特性的主要因素。膨脹土作為驗證特殊的粘性土，其性質(zhì)不符合一般粘性土的變形理論，膨脹土隨著氣候、地質(zhì)環(huán)境和工程建設(shè)活動等條件的變化而發(fā)生水分遷移和轉(zhuǎn)化。在水的變化影響下，膨脹土性質(zhì)發(fā)生改變，顯示出不同的特性。膨脹土抗剪強(qiáng)度的可變性，大多與水的作用有關(guān)，膨脹土吸水引起各向異性膨脹，有可能產(chǎn)生偏差應(yīng)力。在不同吸水分布情況下所引起的不均勻膨脹，也同樣可能引起膨脹土的破壞。濕陷性黃土在水和外力作用下使土體結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度驟然降低,導(dǎo)致粒狀架空結(jié)構(gòu)體系迅速崩潰,骨架顆粒落入架空孔隙中,從而發(fā)生濕陷變形。陷變形是一種特殊的塑性變形,其最大的特點是突變性、非連續(xù)性和不可逆性.一定的應(yīng)力狀態(tài)和含水量的組合對應(yīng)著一定量的濕陷變形,應(yīng)力狀態(tài)和含水量的連續(xù)變化對應(yīng)著一系列連續(xù)變化的濕陷變形。黃土的濕陷變形具有非線性、塑性的特征，因此需要建立塑性增量本構(gòu)理論。粗粒土具有與砂土相似的剪切特性，但是由于粗粒土本身顆粒遠(yuǎn)大于砂土，加之開采時爆破的影響，粗粒土具有明顯的易破碎性，這又使粗粒土的剪切特性有別于砂土。顆粒破碎對土體的剪切特性有著不可忽視的影響，顆粒破碎影響土體的峰值強(qiáng)度、剪脹、滲透系數(shù)等工程特性。粗粒土在較大的應(yīng)力條件下容易產(chǎn)生顆粒破碎現(xiàn)象，而現(xiàn)有的大多數(shù)模型都沒有考慮剪切過程中的顆粒破碎?？梢酝ㄟ^引入顆粒破碎耗能，進(jìn)而根據(jù)能量方程建立考慮顆粒破碎的粗粒土本構(gòu)模型。面對目前數(shù)十，乃至上百種的本構(gòu)模型，在實際應(yīng)用時，應(yīng)該針對具體工況選擇。前人的成果是前人對這一事物的一種觀點，我們應(yīng)該針對具體情況具體分析，在不同的前提條件下，或許可能得出不同的結(jié)論，甚至條件相同人為因素不同也有差異。對課程教學(xué)方法的看法：1.通過一個學(xué)期的學(xué)習(xí)，使我對本課程的知識點有了一定的了解，但也使我認(rèn)識到自己掌握的知識量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，尤其是當(dāng)雷老師提的很多問題，都感覺自己無法回答完善，有些甚至無法回答上來。雷老師問的很多問題看起來是比較難，實則都是考察我們的基礎(chǔ)知識，有的可能比較深入點，像這種老師反問學(xué)生的方法我還是第一次見，以前都是我有什么問題就去問老師，然后老師來給個詳細(xì)解答，我們聽完老師的解答，就覺得自己已經(jīng)掌握了這個知識點，后面也就不會去繼續(xù)探討查找相關(guān)資料。因為在我們看來老師已經(jīng)給了我們答案，老師的解答至少是比我們自己解答要好，所以我們也就停留在老師給我們的解答上，而沒有進(jìn)行深入的思考。雷老師上課反問我們，雖然看上去有的同學(xué)覺得難以理解，我覺得是一個很獨特而且有效的教學(xué)方法。它能引導(dǎo)我們?yōu)榱说玫酱鸢付プ约翰殚喯嚓P(guān)資料，這樣我們可以了解到不僅僅是問題的答案，而且可以了解相關(guān)內(nèi)容，同時也能帶動我們積極深入的思考。作為研究生的我們，學(xué)習(xí)不應(yīng)該只是以前老師叫我們什么我們就學(xué)什么，我們更應(yīng)該去深入探討研究事物的本質(zhì)規(guī)律和變化過程，這也應(yīng)為我們研究生有別于本科生的資本。2.上課由學(xué)生輪流主講，后老師和其它同學(xué)提問的方法，是可以帶動大家的學(xué)習(xí)積極性，每個人都得為講好一堂課而積極準(zhǔn)備，這就使得我們在準(zhǔn)備的同時對相關(guān)的知識有了個比較全面的了解，在學(xué)習(xí)知識方面要優(yōu)于傳統(tǒng)的老師講課的教學(xué)方法。通過學(xué)生講課也可以起到鍛煉我們授課的能力，以講課的方式給其他人解釋，這種能力的鍛煉機(jī)會在我們這樣的教學(xué)形勢下本來就是很少。講完后老師和同學(xué)的提問，也是檢驗我們知識面掌握是否有缺陷，以便查漏補(bǔ)缺。3.由于很多人對學(xué)習(xí)不太積極主動，本來預(yù)想的積極主動討論無法實現(xiàn)。如果能夠從這方面改善，提高大家的積極性，這樣的課堂將會更加生動和難忘，既可以學(xué)到很多專業(yè)知識，又可以調(diào)動大家的積極性活躍氣氛，也能增進(jìn)師生情誼。然而，由于傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)是根深蒂固，想在習(xí)慣了十多年的方式上突然改變是非常困難的事情。4.課堂上是學(xué)生眾多，如果有的時候因為一個同學(xué)的問題而卡住，確實有些不好，也浪費了時間。如果能夠把大家組織起來分成數(shù)個小組，然后小組之間討論和提問，我覺得或許會好些。如果因為某個同學(xué)回答不上來，組內(nèi)其他人可以代為解答，這樣可以保證上課流暢而不致沉悶，也可以去掉問的不是自己事不關(guān)己的心理，都調(diào)動起來，其他組的同學(xué)也可以對其進(jìn)行質(zhì)問，提問和回答問題都主要是小組得分。由于上高等土力學(xué)課程的人數(shù)比較多，如果是一個人一個人輪流講，那么一學(xué)期一個人也就是一次兩次的，講完了的同學(xué)就似乎沒事了，也就光聽聽甚至后面都不用上課了。如果是小組可以減少輪流的時間，每次可以是兩個小組或更多小組講同一個內(nèi)容，然后相互比較相互提問類似于辯論賽。平時計分主要是以小組為單位，等調(diào)動