高等土力学-土力学学科的发展历史.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ?z=i?w+?? ＝n ?? 图93 渗水力模型试验仪器 足尺试验 昂贵而有效的试验方法 图94 加筋挡土墙的足尺试验 3. 土工数值计算:本构关系模型研究的推动与应用 将碎散的岩土体看作连续介质-连续介质离散化： 有限差分法 有限单元法 有限条法 有限线法 边界元法 无单元法…… 渗流与固结计算 渗流计算： 饱和土体稳定渗流、非稳定渗流计算 非饱和土体渗流计算 固结计算 渗流与受力变形的耦合—有效应力数值分析 预压固结 渗流固结大变形计算 稳定与极限平衡计算分析 有限元的极限分析：强度折减，完全塑性模型 极限平衡理论分析：滑移线法 极限平衡法：假设滑裂面法：条分法、斜条分法、库仑土压力法…… 土的动力分析 经验公式法 土的动本构模型 液化理论与计算 2.4 20世纪末－21世纪 -从抽象的土转为具体的土 1.土的本构关系研究方面的总体趋势： 从抽象的土转为具体的土: 原状土、非饱和土、特殊土。 从一般的条件转为具体的条件: 土的结构性、以及在卸 （减）载、循环加载、动荷载、小应变的性状等方面。 土的结构性研究：精典的土力学理论的对象可以说主要 是饱和重塑土。堤坝、填方挡工墙、冲填土的固结算问 题——地基、基坑开挖、地下工程等问题。 1996年沈珠江院士预料：土体结构性的数学模型——21 世纪土力学的核心问题。 2.土工试验的发展趋势 与土的结构性相关，更加重视野外原位测试，高质量的取样技术 室内试验：非饱和土－吸力量测，三轴试验；微小应变的三轴试验；应力路径和应变路径控制试验；高水平的动三轴试验 模型试验: 大尺寸、模拟振动的土工离心机 高投入的足尺试验－振动台 岩土工程的信息化 图95 量测微小应变 （0.005%） 的三轴试验 ＬＤＴ：局部变形量测 图96 不同量测方法的应力应变关系 图97非饱和土三轴试验仪 图99应力－应变路径三轴试验仪 日本兵库县，三木震灾纪念公园大型三维振动试验台 面积：20m?15m 质量：1200t 最大加速度：水平－0.9g；竖直－1.5g 最大速度：水平-200cm/s；竖直-70cm/s 最大位移：水平－100cm；竖直－50cm 造价：约5亿美元 图100 大型振动台实验室 图101 大型振动破坏试验 野外的人工降雨泥石流试验 壤土(loam)斜坡崩塌实验 1971年11月9日15:00人工降雨开始11日15:00左右降雨量达500mm陡坡中泥土突然以20-30m/s流出斜坡崩塌，泥石流产生推倒28米外的护栏泥石流到达55米外的水池中央31人被埋，15人死亡 茨城県真壁郡大和村大字大曽根 加波山（標高709ｍ）北西斜面 图104 现场试验场地 2. 室外试验 关东壤土(风化花岗岩上火山灰堆积层) ρ=1.45 w=5% 倾角：30° Nc50: 1.2～3m 图105 试验布置示意图 过程： 09：07　降雨开始 (降雨強度90mm/hr)10：15　浸透深度50cm13：30　斜面最下部深100cm处超静孔隙水压力产生15：00　斜面下半部移动开始15：30　斜面下半部的移动量加速　　　　　5分钟1mm　　　　　5分钟3mm　　　　　5分钟5mm　　　　　1分钟10mm16：03　斜面下半部崩塌 录像6－野外滑坡试验 以身殉职15人纪念碑 15人不幸遇难， 11人受伤 死者当中 实验人员 1人 参观者 10人 报社记者 1人 电视采访人员 3人 图107 纪念碑 模型试验 日本的岩土工程界进行了深刻的反思和系统的研究。 他们不惜投入巨资建造了模型试验设备。 大型的活动降雨试验棚。其模拟降雨强度范围为15-200mm/hr，降雨范围达44m×72m，喷头高度距地面以上16m，喷头数为544×4个，扬水泵两台（功率为160kw，流量为25.5kl/分）， 建造了一个25m×38m×2.4m的蓄水池 (储水量2250m3)。 室内模型试验－斜面 2003年野外实验 2003年野外实验 试验结果 14日 上午9：07降雨开始 (降雨強度90mm/hr)； 13：30　斜面最下部深100cm处超静孔隙水压力产生，表明已经饱和； 15：00斜面下半部移动开始； 15：30斜面下半部的移动量加速，最后达到1分钟10mm； 16：03斜面下半部崩塌。斜面下方14m处的表层破坏(火山灰层70cm)。而地表移动自破坏前3小时开始，逐渐扩大。 3.数值计算的发展 非连续 不确定性 静与动的耦合 固体与流体计算的耦合 岩土介质的离散计算 边界面的模型与单元设置 离散元法 块体理论