高等土力学作业

高等土力学（关于土的本构关系的认识）专业：岩土工程姓名：学号：时间：2012.6.18授课老师：教授关于土的本构关系的认识通过这学期的上课学习和查阅一些论文资料，使我认识到土的本构关系是一个比较复杂宽广而且非常重要的知识面。对于我们岩土工程的研究生来说，土的本构关系是高等土力学课程最重要的内容，也是我们今后更加深入学习的基础知识。以下主要是我参考了众多前人成果，和我自己的一点认识的汇总。目前土的本构模型研究分为两个主要方面:宏观力学和微观结构。在宏观方面,建立在弹塑性理论基础上的各种本构模型在岩土工程中得到了普遍的应用。在微观模型方面,国内外的很多学者在软土、天然粘土、黄土等多个方向进行了大量研究,这是未来的研究方向,但真正达到实际应用的还较少。土的本构关系之所以复杂，主要是影响土的因素多而且不确定。在微观结构方面，由于土的条件差异很大，是无法提出应用范围较广的本构模型。单从土的分类方法就有、土体的堆积年代、成因、有机质含量、工程特性、颗粒组成和塑性指数以及特殊土，每种分类方法的土都有很多种土体。每种土又由于前期所处温度、湿度、人为因素等外界因素影响而千差万别，而试验中的仪器设备、试验条件环境等也影响巨大。对土这样一种多相离散影响因素复杂的材料，建立一种精确并且可面面俱到地反映每一因素的本构模型几乎是不可能实现的，每种土的本构模型都有其局限性，但是作为一种解决问题主要是考虑主要因素。剑桥模型是以粘土为最佳适用的弹塑性模型；莱特—邓肯模型是适用于砂土应力变形分析的代表性弹塑性模型；清华弹塑性模型是反映土的剪胀性和三维应力状态，适用于砂土和粘土的模型；沈珠江弹塑性损伤模型是基于结构性粘土提出的，结构性丧失的损伤土或重塑土沈珠江还提出适用于黄土的砌石模型；Alonso提出的针对非饱和土的巴塞罗那（Barcelona）弹塑性模型以及非饱和土的热―水力―力学本构模型等等。在土的三轴试验中，中主应力对土体应力应变关系的影响主要体现在对强度的影响,由抗剪强度的变化引起应力应变关系的变化。因此,要在本构模型中反映中主应力的影响,只要考虑所含破坏准则随中主应力变化。由三轴试验所确定的本构模型各参数,除强度指标外,可直接用于计算平面变形问题或其他空间问题。在弹塑性的本构模型里反映中主应力的影响,可以采取两种方式:(a)把中主应力σ2或相应参数b,直接放入本构方程中；(b)本构方程本身不改变,仅仅修正本构模型中所含强度参数.前一方法虽然合理,但是复杂；后一方法虽然是一种近似方法,但抓住了问题的主要方面。在有限元计算中也应考虑强度随中主应力的变化。在非饱和土的本构关系中，应考虑土的饱和度与吸力的关系。饱和土的变形主要受应力影响，其本构关系是指应力—应变关系。非饱和土的变形除了受应力影响外，还与土体中水分含量有关，非饱和土的本构关系是指应力、水分与应变的关系。土体中水分的变化对变形的影响包含两层意思：①由水分变化直接引起的变形。如水分蒸发导致土体变干，体积收缩；相反，土体吸水后膨胀，引起体积增加（有些土吸水后收缩，如湿陷性黄土）。②水分的变化引起土体强度的变化和硬软的差异，从而影响变形。即使软粘土晒干后也会很硬，施加相同荷载所产生的变形就会减小。因此非饱和土的本构模型要能反映应力和水分变化对变形的影响，且关于水分的影响又要能反映这两方面的变形性状。当前非饱和土本构模型有弹性模型、巴塞罗那模型的各种改进，其它形式包含吸力的应力变量模型、膨胀土弹塑性模型、损伤力学模型、热力学模型、浸水变形计算模型等。在膨胀土的本构关系中，含水率是膨胀土产生膨胀与收缩、影响强度等重要特性的主要因素。膨胀土作为验证特殊的粘性土，其性质不符合一般粘性土的变形理论，膨胀土随着气候、地质环境和工程建设活动等条件的变化而发生水分迁移和转化。在水的变化影响下，膨胀土性质发生改变，显示出不同的特性。膨胀土抗剪强度的可变性，大多与水的作用有关，膨胀土吸水引起各向异性膨胀，有可能产生偏差应力。在不同吸水分布情况下所引起的不均匀膨胀，也同样可能引起膨胀土的破坏。湿陷性黄土在水和外力作用下使土体结构连接强度骤然降低,导致粒状架空结构体系迅速崩溃,骨架颗粒落入架空孔隙中,从而发生湿陷变形。陷变形是一种特殊的塑性变形,其最大的特点是突变性、非连续性和不可逆性.一定的应力状态和含水量的组合对应着一定量的湿陷变形,应力状态和含水量的连续变化对应着一系列连续变化的湿陷变形。黄土的湿陷变形具有非线性、塑性的特征，因此需要建立塑性增量本构理论。粗粒土具有与砂土相似的剪切特性，但是由于粗粒土本身颗粒远大于砂土，加之开采时爆破的影响，粗粒土具有明显的易破碎性，这又使粗粒土的剪切特性有别于砂土。颗粒破碎对土体的剪切特性有着不可忽视的影响，颗粒破碎影响土体的峰值强度、剪胀、渗透系数等工程特性。粗粒土在较大的应力条件下容易产生颗粒破碎现象，而现有的大多数模型都没有考虑剪切过程中的颗粒破碎。可以通过引入颗粒破碎耗能，进而根据能量方程建立考虑颗粒破碎的粗粒土本构模型。面对目前数十，乃至上百种的本构模型，在实际应用时，应该针对具体工况选择。前人的成果是前人对这一事物的一种观点，我们应该针对具体情况具体分析，在不同的前提条件下，或许可能得出不同的结论，甚至条件相同人为因素不同也有差异。对课程教学方法的看法：1.通过一个学期的学习，使我对本课程的知识点有了一定的了解，但也使我认识到自己掌握的知识量是远远不够，尤其是当雷老师提的很多问题，都感觉自己无法回答完善，有些甚至无法回答上来。雷老师问的很多问题看起来是比较难，实则都是考察我们的基础知识，有的可能比较深入点，像这种老师反问学生的方法我还是第一次见，以前都是我有什么问题就去问老师，然后老师来给个详细解答，我们听完老师的解答，就觉得自己已经掌握了这个知识点，后面也就不会去继续探讨查找相关资料。因为在我们看来老师已经给了我们答案，老师的解答至少是比我们自己解答要好，所以我们也就停留在老师给我们的解答上，而没有进行深入的思考。雷老师上课反问我们，虽然看上去有的同学觉得难以理解，我觉得是一个很独特而且有效的教学方法。它能引导我们为了得到答案而去自己查阅相关资料，这样我们可以了解到不仅仅是问题的答案，而且可以了解相关内容，同时也能带动我们积极深入的思考。作为研究生的我们，学习不应该只是以前老师叫我们什么我们就学什么，我们更应该去深入探讨研究事物的本质规律和变化过程，这也应为我们研究生有别于本科生的资本。2.上课由学生轮流主讲，后老师和其它同学提问的方法，是可以带动大家的学习积极性，每个人都得为讲好一堂课而积极准备，这就使得我们在准备的同时对相关的知识有了个比较全面的了解，在学习知识方面要优于传统的老师讲课的教学方法。通过学生讲课也可以起到锻炼我们授课的能力，以讲课的方式给其他人解释，这种能力的锻炼机会在我们这样的教学形势下本来就是很少。讲完后老师和同学的提问，也是检验我们知识面掌握是否有缺陷，以便查漏补缺。3.由于很多人对学习不太积极主动，本来预想的积极主动讨论无法实现。如果能够从这方面改善，提高大家的积极性，这样的课堂将会更加生动和难忘，既可以学到很多专业知识，又可以调动大家的积极性活跃气氛，也能增进师生情谊。然而，由于传统的教学方法已经是根深蒂固，想在习惯了十多年的方式上突然改变是非常困难的事情。4.课堂上是学生众多，如果有的时候因为一个同学的问题而卡住，确实有些不好，也浪费了时间。如果能够把大家组织起来分成数个小组，然后小组之间讨论和提问，我觉得或许会好些。如果因为某个同学回答不上来，组内其他人可以代为解答，这样可以保证上课流畅而不致沉闷，也可以去掉问的不是自己事不关己的心理，都调动起来，其他组的同学也可以对其进行质问，提问和回答问题都主要是小组得分。由于上高等土力学课程的人数比较多，如果是一个人一个人轮流讲，那么一学期一个人也就是一次两次的，讲完了的同学就似乎没事了，也就光听听甚至后面都不用上课了。如果是小组可以减少轮流的时间，每次可以是两个小组或更多小组讲同一个内容，然后相互比较相互提问类似于辩论赛。平时计分主要是以小组为单位，等调动