大连理工大学高等土力学复习重点

1z第二次课：1、直剪试验、单剪试验、环剪试验各有何特点？应力状态如何？直剪试验：特点：1）直观、简便、经济，测试时间短，结果便于整理。尤其对于砂土或者k10-7cm/s的粘性土能很快得到试验结果2）应力应变不均匀且相当复杂，土样剪切破坏从边缘开始，在边缘出现应力集中现象。3）试验内各点应力状态及应力路径不同。在剪切面附近土单元上的主应力大小是变化的，方向是旋转的。4）剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏。5）排水条件不明确。试验时不能严格控制排水条件，并且不能量测孔隙水压力。6）剪切面面积因位移而减少。应力状态：对直剪实验的剪破面，施加剪应力前，法向应力σv=P/A，剪应力τ=0，σv保持不变，但是τ逐渐增加，于是剪破面上应力对应点逐渐上移，直至剪破，达到强度包线。单剪试验：特点：1）应力状态均匀2）断面积不变3）循环加载与动力试验4）破坏面位置不确定应力状态：试样内所加的应力被认为是纯剪。加载过程中竖直应力σv和水平应力σh保持常数，τvh（hv）不断增加，应力莫尔圆圆心不变，直径逐渐扩大，直至与强度包线相切达到破坏。环剪试验：特点：1）剪切面总面积不变2）不存在边界挤压引起试样应力分布不均情况。由于沿半径方向接触面上剪位移不同，从而导致剪应力分布不均。3）便于用同一试样连续做几种正应力下的剪切试验。4）也可以用来研究不用材料间接触面的剪切特性。5）量测大应变后土的残余强度或终极强度。应力状态：2、试结合土的压缩试验给出压缩系数、压缩模量、压缩指数、膨胀指数、固结系数的定义式，并阐述其意义和应用。压缩系数：aee1e2压缩曲线e-p的割线斜率称为压缩系数。pp2p1压缩系数不是一个常量，随荷载变化范围而变化。压力系数a大，则表示在一定压力范围内孔隙比变化大，说明土的压缩性高。不同的土压缩性变化是很大的。就同一种土而言，压缩系数也是变化的，当压力增加时，a将减小。在实际工程中，用荷载从0.1MPa变到0.2MPa的系数a1-2评价土的压缩性高低，a1-2≥0.5MPa-1的土称为高压缩性土，a1-20.1MPa-1的土称为低压缩性土，介于中间的土称为中压缩性土。压缩模量：'pp1eEsz21e1e21e00土的压缩模量Es是指在完全侧限条件下，土的竖向a附加应力与应变增量εz的比值。与胡克定律中E区别在于：①土在压缩试验时不能侧向膨胀，只能竖向变形；②土不是弹性体，当压力卸除后，不能恢复到原位。除了部分弹性变形外，还有相当部分是不可恢复的残余变形。土的压缩模量Es是表示土压缩性高低的又一个指标，从上式可见，Es与a成反比，即a愈大，Es愈小，土愈软弱。一般Es4MPa属高压缩性土，Es=4～15MPa属中等压缩性土，Es15MPa为低压缩性土。应当注意，这种划分与按压缩系数划分不完全一致，因为不同的23土其天然孔隙比是不相同的。压缩指数：Ccelgpe1e2lgp2lgp1把e-lgp曲线的斜率称为压缩指数。压缩指数不随荷载变化范围而变，是一个常量，压缩指数愈大，土的压缩性愈高。膨胀指数（回弹指数）：Cselgpe1e2lgp2lgp1把e-lgp坐标中的膨胀曲线与再压缩曲线合用一条直线代替，其斜率称为膨胀指数。当应力在膨胀（再压）支上变化时（ppc），承认土具有弹性，不产生不可逆的压缩变形。固结系数：k1e1Cvwa土的铅直向固结系数，根据压缩试验成果推求。e1为土层固结之前的初始孔隙比；γw为土的重度；a为土的压缩系数；k为土的渗透系数。单位为m2/年，反应固结的速度。3、静力三轴压缩试验可以实现哪些应力路径，原理如何？平均主应力和广义剪应力p123123q33毕肖甫常数b和应力洛德角θ13b2313tan22132b1HC：静水压力（各向等压）试验＝2＝3PL：比例加载试验：/3为常数CTC：常规三轴压缩试验：3为常数（围压）CTE：常规三轴伸长（挤长）试验：3（轴应力）为常数TC：p为常数三轴压缩（轴应力增－围压减）TE：p为常数三轴伸长（轴应力减－围压增）RTC：减压三轴压缩试验：（轴应力）为常数RTE：减压三轴伸长试验：c（围压）为常数PL：/3=Δ/Δ3=K为常数，K一般0。在这类实验中，试样总处于加载压缩或卸载回弹两种状态。CTC：在一定围压下，对试样先进行各向等压固结，保持c不变，增大轴向应力直至破坏。b=0或θ=-30°CTE：在一定围压c0下，对试样先进行各向等压固结，然后保持轴向力a不变，逐渐增加2()2()2(123)3围压使c＝1＝2，a＝3，试样被挤长。b=1.0或θ=30°TC：轴向应力为大主应力，在轴向应力增加的同时减小围压，使p保持不变。b=0或θ=-30°TE：轴向应力为小主应力，在轴向应力减小的同时增加围压，使p保持不变。b=1.0或θ=30°RTC：在一定围压c0下，对试样先进行各向等压固结，a为大主应力，保持轴向力a不变，围压c逐渐减小。试件被轴向压缩。对于粘土，当初始a足够大的时候，试样可被压缩破坏。砂土的破坏则与初始应力大小无关，最终都会因减压压缩而破坏。b=0或θ=-30°RTE：在一定围压c0下，对试样先进行各向等压固结，a为小主应力，轴向力a减小，围压不变，试件被伸长可达到破坏。b=1.0或θ=30°第三次课：1、第一章书后习题1-1拟在一种砂土上进行不同应力路径的三轴试验，施加的各向等压应力都是c=100kPa，首先完成了常规三轴压缩试验（CTC），当时，试样破坏。根据莫尔－库仑强度理论，试预测在CTE、TC、TE、RTC和RTE试验中试样破坏时3与1-3各为多少？CTE、TC、TE、RTC、RTE试验中的应力条件-两个未知数，两个方程。莫尔－库仑强度理论：c＝0；1/3=3.809，由常规三轴压缩实验知：c=3=100kPa；σ3=100kPa；σ1-σ3=208.9kPaCTE（三轴挤长）：a=3=100kPa；σ3=100kPa；σ1-σ3=208.9kPaRTC（减压三轴压缩）：a=1=100kPa；σ3=32.4kPa；σ1-σ3=67.6kPaRTE（减载三轴伸长）：c=1=100kPa；σ3=32.4kPa；σ1-σ3=67.6kPaTC（p=c三轴压）：23＋1=300kPa；σ3=58.95kPa；σ1=182.10kPa；σ1-σ3=123.15kPaTE（p=c三轴伸）：3p=3＋21=300kPa；σ3=41.79kPa；σ1-σ3=87.31kPa2、什么是单向（侧限压缩试验），什么是三轴试验？试结合单向固结试验和常规三轴压缩剪切试验阐述土的变形（剪应力-应变关系及剪应力-体积变形特性）与强度特性。——结合第二章1）定义：侧限压缩试验：在在无侧向变形条件下，对试样施加荷载使其产生竖向压缩变形的试验。三轴试验：三轴试验是在三个正交的方向对试样施加压荷载,从而测定试样在此受力状态下强度和变形特性的试验。其特点是三个主压应力σ1≠σ2=σ3，其中σ1称为轴压,σ2和σ3称为围压或侧压。2）分析：侧限压缩实验：有侧限，σ3/σ1=K0，随着正应力的增加，所以不会发生破坏。加载过程就是孔隙水压力与有效应力相互转化的过程，竖向压缩变形先增加，最后稳定，代表土体固结。三轴压缩试验：①随着围压的增加，砂土的强度和刚度都明显提高，应力应变关系曲线形状也有变化。在很高的围压下即使很密实的土也没有剪胀和盈利软化现象。②土的变形模量随4m围压而提高，称为压硬性。由于土是由碎散的颗粒组成，所以围压所提供的约束对其强度和刚度至关重要。3、真三轴实验和空心圆柱扭剪试验有何异同？相同点：可实现三个方向上独立施加主应力，并且大、中、小主应力可以在三个方向自由转换；可研究中主应力对于强度的影响；可探讨土的复杂应力路径上的应力应变关系；可进行本构关系的验证不同点：不同点真三轴试验空心圆柱扭转试验应力变量数目3个，，，四个，r，θ，z，τzθ应力方向三个主应力方向不可改变可改变一个主应力方向应力分布沿径向应力分布不均匀，沿长度方向的剪应力τzθ也不易均匀分布误差压板对观察有干扰膜嵌入影响体变量测；试样大，制样程序复杂，量测精度不易保证1）真三轴试验：可以在三个方向上独立施加主应力，并且大、中、小主应力可以在三个方向自由转换，可做到大约30%的均匀应变而不受外界互相干扰。但是它的刚性边界容易造成应力分布不均匀，刚性加压板对于破坏时试样剪切带的形成和观察都会有干扰和影响。2）空心圆柱扭转试验：在独立施加内压、外压、轴向荷载及扭矩时，可以变化r，θ，z，和τzθ四个应力变量，亦即可以独立变化三个主应力的大小和在一个方向上变化主应力方向，从而实现主应力方向的旋转。但空心圆柱试样沿径向的应力是不均匀的，只有试样的厚度与直径相比很薄时，这种不均匀性才可以忽略。试样沿长度方向的剪应力τzθ也不易均匀分布。第四次课：离心模型试验原理如何？原理：利用离心力场提高模型的体积力，形成人工重力，当原型尺寸与模型尺寸之比为n时（n1），离心机加速度am为aLPgngLm这样在保证原型与模型几何相似的前提下，可保持它们的力学特性相似，应力应变相同，破坏机理相同，变性相似，这对于以重力为主要荷载的岩土工程问题十分适用。优点：应力应变相同；破坏机理及现象相似；可以模拟实际工程问题及边界条件。缺点：应力场不均匀；材料模拟：土颗粒、薄板片；比尺的不一致。第五次课：1、土的应力应变关系的特性及其影响因素1）特性（1）非线性：不同应力水平下由相同应力增量而引起的应变增量不同；（2）剪胀性：由剪切引起的体积变化（体胀、体缩）；（3）弹塑性：土体的变形由可回复弹性变形和不可恢复塑性变形组成；（4）压硬性：变形模量随围压而提高；（5）各向异性：横向各向同性，竖向与横向性质不同；（6）结构性：结构性可以明显提高土的强度和刚度（原装土有，重塑土没有）；5（7）流变性：蠕变和应力松弛。2）影响因素：（1）应力水平：有两层含义指围压绝对值大小；应力（常为剪应力）与破坏值之比；（2）应力路径：当应力路径发生变化时，粘性土对刚经过的路径有“记忆”；（3）应力历史：既包括天然土在过去地质年代中受到的固结和地壳运动作用，也包括土在实验室或在工程施工中、运行中受到的应力过程。2、Duncan-Chang双曲线非线性应力-应变模型中的下列物理量或参数的意义或定义以及确定方法：（1）Ei，k，n（2）Rf（3）B，kb，m第六次课：1、邓肯-张模型有何特点？1）优点：（1）反映土的非线性特征和压硬性；（2）部分地反映土的非弹性；（3）参数具有一定的物理意义，且可通过常规三轴试验测定；（4）建立在广义胡克定律的弹性理论基础上，容易被工程界接受。（5）简便实用，积累了大量的使用经验。2）缺点：（1）不能反映应力路径；（2）不能反映剪胀性；（3）只能在等σ3的三轴压缩试验确定模型的参数6（4）进行有效应力分析时，不能采用不排水三轴试验确定试验参数（5）Δσ30且变化很大时，计算误差会很大。2、土的刚塑性本构模型、弹性-完全塑性模型与增量弹塑性模型表现的应力应变关系有何区别？1）刚塑性理论：在达到屈服条件之前不计土体变形，一旦应力状态达到屈服条件，土体的应变就趋于无限大或者无法确定。适用于极限平衡法：刚体滑动法、各种条分法、滑移线法（不计变形，不计过程）。2）弹－塑性理论：在一定范围为弹性，超过某一屈服条件为塑性变形。数值计算中出现“塑性区”。3）（增量）弹塑性理论模型：一开始就是弹塑性变形同时发生，屈服面不断发展，而土体的破坏只是这种应力变形的最后阶段，土的总应变分为可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形。3、弹塑性模型的一般原理。1）屈服准则：判断是否发生塑性变形的准则——判断加载与卸载的准则。