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当前位置:首页 > 建筑/环境 > 工程监理 > 高等土力学01土工试验
《高等土力学》之一土工试验及测试1传统土力学分析方法:变形问题/稳定问题现代土力学分析方法:应力变形的综合分析-土的本构模型理论-非线性计算方法-现代土工试验方法目前对土工建筑物(例如土石坝)进行变形预测,可能达到的预测精度是多少?23目前对土工建筑物(例如土石坝)进行变形预测,可能达到的预测精度是多少?典型土石料取样实验室试验本构模型及参数计算方法及程序施工条件、质量及模拟计算结果4典型土石料取样实验室试验本构模型及参数计算方法及程序施工条件、质量及模拟土工建筑场地范围大,变化多土工建筑物填方量大,多种土性土工建筑物施工时间长,土性变化多……土石料取样代表性差!糯扎渡心墙堆石坝心墙土料场之一5典型土石料取样实验室试验本构模型及参数计算方法及程序施工条件、质量及模拟现场土性的模拟–级配、含水量等实验仪器及精度试样的可重复性堆石料室内试样直径30cm,最大粒径6cm现场碾压探坑,最大粒径可超过80cm120cm60.00.51.01.52.02.53.03.501234εv(%)p(MPa)试验点EBKGShen典型土石料取样实验室试验本构模型及参数计算方法及程序施工条件、质量及模拟参数的确定试验结果拟合误差不同应力路径的适用性对等应力比试验结果的预测0.01.02.03.04.05.001234(%)q(MPa)试验点EBKGShen7结构工程是这样一门艺术:使用材料,这些材料只能近似估算建立真实的结构,这些真实的结构只能近似的分析来承受外力,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。-清华大学张丙印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(art),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。-太沙基89土力学中试验与测试的作用揭示土体一般的力学性质和规律—理论的建立了解特定土的物理力学性质设计参数与理论模型参数的确定验证理论与数值计算模型试验、足尺试验用以解决实际工程问题:设计与方案确定原位测试、现场监测为数值计算的反演分析和信息化施工服务1.1室内试验1.2模型试验1.3原位测试与现场观测1.4试验的检验与验证第一章土工试验及测试10仁者乐山智者乐水第一章土工试验及测试1.1室内试验室内土工试验强度测定仪器—直剪仪、单剪仪、环剪仪变形参数测定试验—侧限压缩仪三轴试验真三轴试验空心圆柱扭剪试验和方向剪切仪共振柱试验接触面试验11仁者乐山智者乐水第一章土工试验及测试1.1室内试验-强度测定仪剪切强度测定仪器直剪仪-Directshearapparatus单剪仪-Simpleshearapparatus环剪仪-Torsional(Ring)shearapparatus12仁者乐山智者乐水法国军事工程师,在摩擦、电磁方面做出了奠基性的贡献。1773年发表了关于土压力方面论文,成为土压力的经典理论库仑(C.A.Coulomb)(1736-1806)第一章土工试验及测试1.1室内试验-强度测定仪13仁者乐山智者乐水直剪试验•古老:1776年Coulomb•直观、简便、经济•应力应变条件复杂、不均匀•排水条件不明确试样内的变形分布PT土样S第一章土工试验及测试1.1室内试验-强度测定仪PST仁者乐山智者乐水直剪试验中的应力状态破坏时z=P/AxzxOz=P/Ak0z剪切前x=k0zz=P/A直剪试验中的应力状态直剪试验剪切面处的应力状态剪切前剪切破坏时f1f3第一章土工试验及测试1.1室内试验-强度测定仪15仁者乐山智者乐水单剪仪Simpleshearapparatus应力状态均匀断面积不变破坏面位置不确定循环加载与动力试验nh=K0v环形圈第一章土工试验及测试1.1室内试验-强度测定仪16仁者乐山智者乐水nh=K0v1f3f破坏状态初始状态单剪试验的应力状态•加载过程中,n和h保持为常数,不断增加•水平面和竖直面都不一定是破坏面竖直面水平面破坏面破坏面第一章土工试验及测试1.1室内试验-强度测定仪17仁者乐山智者乐水环剪仪Torsional(Ring)shearapparatusn顶板旋转下板固定土样•剪切面面积不变•适于测试残余强度,可用同一试样连续作几个正压力的试验第一章土工试验及测试1.1室内试验-强度测定仪18仁者乐山智者乐水变形参数测定试验—侧限压缩仪OedometerConsolidationtestapparatus•侧限应力状态•压缩与固结试验•e-p曲线与e-lgp曲线•侧限压缩模量:Es压缩系数:a体积压缩系数:mv压缩(回弹)指数CcCe百分表加压上盖试样透水石环刀第一章土工试验及测试1.1室内试验-变形参数测定仪19仁者乐山智者乐水1930Casagrande提出圆柱试样1933Seffert用三轴仪研究固结1934Rendulic用其测定土的强度参数1959黄文熙,汪闻韶研制动三轴试验三轴仪的进展:动三轴、大尺寸三轴仪、高压三轴、非饱和土三轴仪、应变路径控制三轴仪….三轴仪的发展第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪20仁者乐山智者乐水试样围压力3阀门阀门马达横梁量力环百分表量水管孔压量测变形与强度试验可控制排水条件完整的描述试样受力、变形和破坏的全过程进行不同应力路径试验应力状态明确变形量测简单三轴仪与试验最常用、最基本的土工试验第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪21仁者乐山智者乐水1=施加固结压力c固结,不固结施加轴向应力1排水,不排水cccccccc123cc+()常规压缩试验的应力状态第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪22仁者乐山智者乐水23常规三轴试验:其中两个主应力通过围压施加(c),并且总是相等,另一主应力通过轴压施加(a)试样可是圆柱形、也可是长方形剪切过程中围压可变化围压可是大主应力,也可是小主应力常规压缩试验的应力状态第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪应力状态变化过程的表示方法:应力路径注意:高等土力学与土力学的表示方法不同仁者乐山智者乐水24第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪八面体32xyz1xyz应力主轴坐标系等倾面ABC仁者乐山智者乐水25123ABCQOPSPQABC321R3/)(321p213232221)()()(21q•平均主应力•广义剪应力•毕肖甫常数b或应力洛德角231321313221tan3()3bb注意与土力学中定义的区别323OQpPQq仁者乐山智者乐水123ac11()(2)33p222122331acca1()()()2q或对于三轴应力状态:两个方向的主应力等于c•平均主应力•广义剪应力•毕肖甫常数b或应力洛德角2313213130or12211tan3()33bb三轴应力状态变量第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪26仁者乐山智者乐水HC:静水压缩(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(围压)为常数CTE:常规三轴伸长试验:3(轴压)为常数TC:p为常数三轴压缩试验(轴增-围减)TE:p为常数三轴伸长试验(轴减-围增)RTC:减压三轴压缩试验:(轴压)为常数RTE:减压三轴伸长试验:1(围压)为常数三轴试验的应力路径第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪27仁者乐山智者乐水典型三轴试验的应力路径常规三轴压缩试验CTC:2=3=c为常数,dc=0)13111d(d2d)d33p131ddddqdd31qpqp13三轴压缩CTCcp-q图上是斜率为3/1的直线第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪28仁者乐山智者乐水三轴伸长CTE32常规三轴伸(挤)长试验CTE:(1=2=c,dc0),3=a为常数cac12d(2dd)d33pcacddddqdd32qpp-q图上是斜率为3/2的直线pqc0三轴压缩CTC典型三轴试验的应力路径第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪29仁者乐山智者乐水减压三轴压缩RTC减压三轴压缩试验RTC:(1=a为常数,2=3=c,dc0)cac12d(2dd)d33paccddddqdd32qpp-q图上是斜率为-3/2的直线32三轴伸长CTEqpc0三轴压缩CTC3-2典型三轴试验的应力路径第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪30仁者乐山智者乐水三轴试验的应力路径32qp等向固结等比加载PL三轴伸长CTE13三轴压缩CTCp=常数TC、TE减压三轴压缩RTC减载三轴伸长RTEP6页表1-1各路径上的应力特点第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪31仁者乐山智者乐水三轴试验的一些问题边界条件影响上下边界的摩擦:相当于增加了局部的围压,使应力变形不均匀,压缩—鼓胀,拉伸—颈缩小围压试验:顶帽活塞杆自重、压力室静水压、活塞摩擦和橡皮膜约束第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪32仁者乐山智者乐水三轴试验的一些问题极小围压的三轴试验•试样自重•膜的约束(含径向和轴向)•端部约束•静水压力•负压制样•加压杆自重和活塞摩擦误差来源第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪33仁者乐山智者乐水三轴试验的一些问题试样体积变化的量测饱和土:量水管非饱和土:压力室的体积变化(双压力室等)其它的量测方法,如量测侧向变形气压内室外室空气试样多孔过滤板高进气值陶瓷板孔气压管线压差传感器参照水位外室水位第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪34仁者乐山智者乐水三轴试验的一些问题膜嵌入的影响(membranepenetration)粗粒土颗粒在试样侧面会形成麻面,橡皮膜在侧压力3作用下会产生膜嵌入,从而影响试验的结果影响因素:试样(密度、颗粒形状和尺寸、级配等);膜(厚度和模量);围压和孔压对同一种土样,膜嵌入大小主要取决于有效围压力3橡皮膜土颗粒表面孔洞u第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪35仁者乐山智者乐水三轴试验的一些问题对粗粒土进行三轴试验时,在排水试验和固结不排水试验中,膜嵌入(membranepenetration)有什么影响?第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪36仁者乐山智者乐水3保持不变,膜嵌入不变,对体变影响不大3增大的试验,膜嵌入逐步增大,测得体变偏大3减小的试验(体胀),膜嵌入逐步回弹,测得体变偏小三轴试验的一些问题膜嵌入的影响–排水试验对体变的影响取决于侧压力的变化3大3小土颗粒3=0第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪37仁者乐山智者乐水三轴试验的一些问题试样内产生正孔压时,作用在膜上的有效围压减小,膜嵌入深度减少,从而使量测的孔压变小试样内产生负孔压时,作用在膜上的有效围压增大,膜嵌入深度加大,使负压的绝对值变小膜嵌入的影响–固结不排水试验对孔压的影响取决于有效侧压力的变化第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪38仁者乐山智者乐水三轴试验的一些问题等向固结试验法:量测总排水量V和轴向应变1,则膜嵌入量Q=V-31V0膜嵌入的影响–校正方法铝棒法:Dd铝棒Vd膜嵌入量QD第一章土工试验及测试1.1室内试验-三轴仪39各种方法的适用条件?仁者乐山智者乐水++++++++3(100kPa)0481216202410007505002500+Q(cm3)+龙羊围堰石渣料关门山主堆石料龙羊围岩砂砾料西北口
本文标题:高等土力学01土工试验
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