临界状态土力学资料.ppt

土力学主要研究土体的在荷载和周围环境作用下，土体的变形、强度（稳定性）和渗流。 为何要学临界土力学： 加深对土的工程性质的认识和理解 它是现代土力学本构模型的基础 它是数值分析方法的基础 临界状态土力学是现代土力学的基石 土力学模型的讨论 任何一种理论模型都仅仅描述了现实世界的一部分或某一侧面。它不可能描述这一复杂世界的全部现象。 理论模型通常都是在一些假定下建立的，即忽略次要的东西，抓住本质。 每一种理论模型都有优点和缺点，及其适用范围。 理论模型有很多，有简单的，也有复杂的。 应用时应根据工程问题的需要来选取模型。在工程允许的情况下，尽可能的采用简单模型。 土力学模型的发展（简单到复杂） 儿童期模型(经典土力学） 1）应力计算用线弹性理论（荷载小时可用） 2) 变形计算本质上是一维的 3）稳定计算不考虑变形，采用刚塑性模型（当允许较大变形时，初始阶段应力－应变曲线的形状可不计及） 学生期模型 它比儿童期模型更能反映实际情况，但理论也更复杂些。 研发学生期模型有两个原因： 1）它可以把经典土力学中不相关的性质，例如强度，压缩，剪胀和临界状态等结合在一起。使土力学各部分更加有机的连在一起，便于理解，并采用塑性力学理论进行变形计算。 2）能反映土的非线性以及土的2维和3维变形（但计算复杂，通常用有限元计算）   土力学仍然处于发展的初级阶段 其主要原因在于还没有建立起一套坚实的理论基础，各种概念和方法之间缺少有机的联系和统一的理论基础（例如变形、强度与渗流缺少有机的联系）；经验主义和经验公式还随处可见，并居于重要的地位，这就是土力学不成熟的标志。 临界状态土力学是现代土力学发展的里程碑。它建立了变形与强度之间的关系，进一步完善了土力学的理论基础。但这种发展与变化仍然没有从根本上改变上述状况，土力学统一的理论基础仍有待于发展和研究。 临界状态土力学是Roscoe为代表的剑桥学派创立的(1958,1963,1968) Roscoe,K.H.,Schofield,A.N. and Wroch,C.P.(1958),on the yielding of soils,Geotechnigue,8(1),22-53 Roscoe,K.H. and Schofield,A.N. and Thurairajah, A.H. （1963）, Yielding of soils in states wetter than critical, Geotechnique, 13, 211-240 Roscoe,K.H. and Barland,T.B.(1968), On the generalised stress-strain behaviour of ‘wet’ clay, Eds by J.Heyman and F.A.Lechie, Engineering Plasticity(Cambridge University Press),pp.535-609 参考文献 1. Schofield A. and Wroth P.(1968), Critical State Soil Mechanics, London: McGRAW-HILL. 2. Wood D.M.(1990), Soil Behavior and Critical State Soil Mechanics, New York: Cambridge Press. 3.赵成刚（2008），土的基本性质和临界状态理论简介，自编教材 在土力学中，很多概念和想法都来自于三轴实验或针对三维轴对称情况而建立的。因此在建立土的本构模型或分析方法时，通常都以三维轴对称情况为基础而进行，然后再推广到一般情况。 三维轴对称情况中σ2=σ3，则应力不变量通常表示为： 为了使本构关系符合热力学基本规则，必须建立完全对偶（功共轭）的应力和应变的描述。与应力在功上相对偶的应变（2/3系数）为： 剑桥模型的基本假定： 土是连续的和各向同性的饱和土。 土的变形是连续的。 不考虑时间的率效应（即流变效应）。 土被认为是一种弹塑性体。 临界状态的定义 在外荷载作用下土在其变形发展过程中，无论其初始状态与应力路径如何，都在某一特定点结束，如果这一点存在的话，则该点处于临界状态。 临界状态的定义：土体在剪切试验的大变形阶段，它趋向于最后的临界条件，即体积和应力（总应力和孔隙压力）不变，而剪应变还不断持续的发展和流动的状态。 换句话说，临界状态的出现就意味着土已经发生流动破坏，并且隐含着下式成立： Schofield（2005年）对临界状态做如下表述： The kernel of our ideas is the concept that soil