岩土本构综述
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岩土工程工作计划一、工作目标我们的岩土工程工作计划旨在提供一套全面、系统的工作方案,以确保我们的工程质量和客户满意度达到最高水平。
我们的主要目标是:1、优化设计:通过详细分析地质数据和工程要求,我们致力于设计出最合理、最经济的解决方案。
我们将不断改进我们的设计和实施方法,以满足不断变化的市场需求。
2、提升效率:我们将通过引入新的技术和工具,提高我们的工作效率。
例如,我们将利用BIM(建筑信息模型)技术,使我们的设计和施工过程更加直观和高效。
3、确保安全:我们将严格遵守所有的安全规定和标准,以防止任何可能的安全事故。
我们将在整个项目中实施安全培训和教育,提高全体员工的安全意识。
4、追求卓越:我们致力于提供超出客户期望的优质服务。
我们将通过持续改进我们的工作流程和服务质量,提供最高水平的工程服务。
二、工作计划1、项目启动阶段:在项目启动阶段,我们将进行全面的现场勘查,收集和分析所有相关的地质数据和工程要求。
我们将与所有相关的利益相关者进行沟通和协调,以确保所有人都对项目目标和期望有清晰的理解。
2、设计阶段:在设计阶段,我们将根据收集的数据和分析的结果,进行全面的设计和规划。
我们将确保所有的设计都符合所有的安全规定和标准,同时尽可能优化设计和施工方案,以降低成本和提高效率。
3、施工阶段:在施工阶段,我们将严格遵守所有的安全规定和标准,确保所有的工作都按照设计要求进行。
我们将定期进行质量检查和验收,以确保所有的工作都符合预期的质量标准。
4、结束阶段:在项目结束阶段,我们将进行全面的质量检查和验收,以确保所有的工作都按照设计要求完成。
我们将收集所有的项目文件和资料,并进行详细的整理和分析,以便进行项目评估和总结。
三、总结我们的岩土工程工作计划旨在提供一套全面、系统的工作方案,以确保我们的工程质量和客户满意度达到最高水平。
我们将通过优化设计、提升效率、确保安全和追求卓越,来提供超出客户期望的优质服务。
我们相信,只有通过持续改进我们的工作流程和服务质量,我们才能在这个竞争激烈的市场中保持领先地位。
jc本构方程摘要:1.介绍JC 本构方程的背景和定义2.阐述JC 本构方程的基本原理3.详述JC 本构方程的适用范围和实际应用4.分析JC 本构方程的优缺点5.总结JC 本构方程的重要性和未来发展方向正文:1.介绍JC 本构方程的背景和定义JC 本构方程,全称为Jelinek-C 侪本构方程,是由加拿大学者Jelinek 和C 侪于1966 年提出的一种描述土壤本构特性的方程。
它是一种基于土体应力应变关系的数学模型,广泛应用于土壤力学、岩土工程等领域。
2.阐述JC 本构方程的基本原理JC 本构方程建立在土体颗粒的弹性和塑性变形基础上,其基本原理可以概括为以下几点:(1)土体颗粒在受到应力作用时,会发生弹性变形和塑性变形。
其中,弹性变形是指颗粒在卸载后能够完全恢复的原始状态,而塑性变形则是指颗粒在卸载后不能完全恢复的永久性变形。
(2)JC 本构方程假设土体颗粒的应力应变关系遵循胡克定律,即应力和应变呈线性关系。
在此基础上,方程引入了塑性应变分量,以描述土体的塑性变形特性。
(3)JC 本构方程通过引入一个屈服强度参数,即土体开始发生塑性变形的临界应力,来描述土体的屈服特性。
3.详述JC 本构方程的适用范围和实际应用JC 本构方程适用于描述粘性土、砂质土等多种土壤类型的应力应变关系,尤其在描述土体的屈服特性和塑性变形方面具有较高的准确性。
在实际工程应用中,JC 本构方程被广泛应用于土体稳定性分析、地基承载力计算、土体变形预测等领域。
4.分析JC 本构方程的优缺点JC 本构方程的优点主要表现在以下几个方面:(1)JC 本构方程考虑了土体的弹性和塑性变形特性,能够较为准确地反映土体的实际应力应变关系。
(2)JC 本构方程引入了屈服强度参数,可以较好地描述土体的屈服特性。
然而,JC 本构方程也存在一定的局限性:(1)JC 本构方程基于线性应力应变关系,对于描述土体的非线性特性可能存在一定的误差。
(2)JC 本构方程的适用范围主要局限于粘性土和砂质土,对于其他类型的土壤可能存在适用性问题。
岩土工程介绍及发展研究方向展望岩土工程的发展,笔者认为需要综合考虑岩土工程学科特点、工程建设对岩土工程发展的要求,以及相关学科发展对岩土工程的影响。
岩土工程研究的对象是岩体和土体。
岩体在其形成和存在的整个地质历史过程中,经受了各种复杂的地质作用,因而有着复杂的结构和地应力场环境.而不同地区的不同类型的岩体,由于经历的地质作用过程不同,其工程性质往往具有很大的差别。
岩石出露地表后,经过风化作用而形成土,它们或留存在原地,或经过风、水及冰川的剥蚀和搬运作用在异地沉积形成土层。
在各地质时期各地区的风化环境、搬运和沉积的动力学条件均存在差异性,因此土体不仅工程性质复杂而且其性质的区域性和个性很强。
岩石和土的强度特性、变形特性和渗透特性都是通过试验测定。
在室内试验中,原状试样的代表性、取样过程中不可避免的扰动以及初始应力的释放,试验边界条件与地基中实际情况不同等客观原因所带来的误差,使室内试验结果与地基中岩土实际性状发生差异。
在原位试验中,现场测点的代表性、埋设测试元件时对岩土体的扰动,以及测试方法的可靠性等所带来的误差也难以估计。
岩土材料及其试验的上述特性决定了岩土工程学科的特殊性。
岩土工程是一门应用科学,在岩土工程分析时不仅需要运用综合理论知识、室内外测成果、还需要应用工程师的经验,才能获得满意的结果.在展望岩土工程发展时不能不重视岩土工程学科的特殊性以及岩土工程问题分析方法的特点。
土木工程建设中出现的岩土工程问题促进了岩土工程学科的发展。
例如在土木工程建设中最早遇到的是土体稳定问题。
土力学理论上的最早贡献是1773年库伦建立了库伦定律。
随后发展了Rankine(1857)理论和Fellenius(1926)圆弧滑动分析理论.为了分析软粘土地基在荷载作用下沉降随时间发展的过程,Terzaghi(1925)发展了一维固结理论。
回顾我国近50年以来岩土工程的发展,它是紧紧围绕我国土木工程建设中出现的岩土工程问题而发展的。
常用土体本构模型及其特点小结山中一草线弹性模型线弹性模型遵从虎克定律,只有2个参数,即弹性模量E和泊松比V,它是最简单的应力-应变关系,但无法描述土的很多特征,主要应用于早期的有限元分析及解析方法中,可用来近似模拟较硬的材料如岩土。
Duncan-Chang( DC 模型DC模型是一种非线性弹性模型,它用双曲线来模拟土的三轴排水试验的应力-应变关系(图1)。
它侧重于刻画土体应力-应变曲线非线性的简单特征,通过弹性参数的调整来近似地考虑土体的塑性变形。
但所用的理论仍然是弹性理论而没有涉及到任何塑性理论,故仍不能反映如应力路径对变形的影响、土体的剪胀特性和球应力对剪应变的影响等土体的很多重要性质。
由于DC模型是在二为常数的常规三轴试验基础上提出的,比较适用于围压不变或变化不大、轴压增大的情况,如模拟土石坝和路堤的填筑。
图】IK模型关于三轴试验的应力-应变关系Fig.l Duncan-Chang approxiniathm of the siress-strainrd nt kinship Ln ft standard drained triAxt*! te&lMohr-Coulomb (MC)模型MC模型是一种弹-理想塑性模型,它综合了胡克定律和Coulomb破坏准则。
有5个参数,即控制弹性行为的2个参数:弹性模量E和泊松比v及控制塑性行为的3个参数:有效黏聚力c、有效内摩擦角和剪胀角。
MC模型采用了弹塑性理论,能较好地描述土体的破坏行为但却认为土体在达到抗剪强度之前的应力-应变关系符合胡克定律,因而并不能较好地描述土体在破坏之前的变形行为,且不能考虑应力历史的影响及区分加荷和卸荷。
故MC模型能较好地模拟土体的强度问题,MC模型的六凌锥形屈服面(图2)与土样真三轴试验的应力组合形成的屈服面吻合得较好,因此MC模型适合于低坝、边坡等稳定性问题的分析。
Drucker -Prager( DP)模型DP模型对MC模型的屈服面函数作了适当的修改,采用圆锥形屈服面(图3)来代替MC模型的六凌锥屈服面,易于程序的编制和进行数值计算。
浅谈岩土工程技术及其发展现状(精选五篇)第一篇:浅谈岩土工程技术及其发展现状浅谈岩土工程技术及其发展前景本次讲座内容围绕岩土工程技术展开。
通过学习,让我们对岩土工程专业,岩土工程技术及其发展前景有了一个感性认识。
岩土工程,是指在工程建设中有关岩石或土的利用、整治或改造的科学技术,以求解岩体与土体工程问题,包括地基与基础、边坡和地下工程等问题,作为自己的研究对象。
岩土工程专业是土木工程的分支,是以岩体、土体为对象,一工程地质学、岩土力学、基础工程学基本理论和方法的综合为指导,研究岩土体的工程利用,整治和改造的一门综合性的技术学科。
按照工程建设阶段划分,岩土工程工作内容可以分为:岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程施工、岩土工程监测、岩土工程管理。
岩土工程勘测要服务于评价、论证和检验场地的稳定性、建筑的适宜性和环境的演化性,以及设计施工基本资料的可靠性与原则建议的合理性。
岩土工程设计应注意它对自然条件的依赖性,岩土工程性质的变异性,建筑经验、试验测试与建筑法规的重要性,地基、基础结构的整体性以及工程的适用性、安全性、耐久性与经济性。
岩土工程施工要根据它施工条件差,工期长、费用高、风险大、变化多、更改难的特点,十分注意吃透设计意图,组织人力、物力、财力和智力,抓质量、抓效率、抓安全、抓环境,把完成设计要求与及时发现新情况,解决新问题结合起来。
岩土工程检测要把检测勘察成果、评价建议和施工质量与监测岩土反应、结构性状和环境演变相结合,强调计划性、及时性、准确性、系统性和经济性,既立足于工程对象,又放眼于经验总结与理论发展。
岩土工程管理体制要努力使指挥服务系统与技术决策系统间建立灵活、有序、有效、协调的运行机制和激励机制,以调动一切积极因素,推动工程整体质量的全面优化。
岩土工程按工程类型为线索,又可分为岩土地基工程,岩土边坡工程,岩土洞室工程,岩土支护工程和岩土环境工程。
岩土地基工程应将地基、基础和上部结构视为一个共同作用的体系,根据变形稳定、强度稳定和渗透稳定的总要求,针对地基的土质类型(如软土、黄土、膨胀土、冻土、盐渍土、填土、海洋土等),地基的所在地区(地震区,采空区,岩溶区,泥石流区等)和地基的工程对象(市政工程、水利工程、电力工程、交通工程、核电工程等)得实际特殊性,从地基体系诸方面可能的增稳措施中选择出安全、经济、先进的最优组合方案。
土—结构相互作用地震反应研究的文献综述(长春工程学院2012级硕士研究生结构工程李斌)内容提要:大量的研究结果表明:考虑土与结构的相互作用后,一般来说,结构的地震荷载将减少,但将增加结构的位移和由P-Derta效应产生的附加力。
但土体的性质是复杂的,土与结构相互作用下,有时求得地震力反而会增大。
按传统的刚性地基假定计算出的地震荷载进行抗震设计并非总是偏于安全。
本文总结了部分研究者们对土—结构相互作用地震反应研究方面的内容,对学习结构设计有所帮助。
一、概述由于地基的索性和无限性。
使得按刚性地基假定计算出来的结构动力特性和动力反应与将地基和结构作为一个整体计算出来的结果有所不同;由于将地基与结构作为一个体系进行分析。
使得输入地震动的特性与刚性地基假定的也有所不同。
这些差别就是由土与结构动力相互作用引起的。
地基土与结构相互作用表现在两个方面,即地基运动的改变和结构动力特性的改变[1]。
中国地震局工程力学研究所的窦立军博士在研究土与结构相互作用时提出[2]:上部结构振动的反馈作用改变了地基运动的频谱组成,使接近建筑结构自振频率的分量获得加强。
同时,地基的加速度幅值也较邻近自由场地小。
而地基的柔性改变了上部结构物的动力特性:结构的基本周期得以延长,基本周期可延长10%—150%。
由于地基的无限性,使结构的振动能量部分通过波传播向无限地基发生散射,形成了能量幅射,相当于结构体系的阻尼增大。
同时,考虑土一结构动力相互作用的结构位移是由基础平移、基础转动和结构本身变形三部分组成的,与刚性地基假设计算结果相比,结构顶点位移一般都相应地增大。
结构刚度越大,场地越软,结构顶点的位移增大得越多。
影响土与结构相互作用效应的主要因素有:(1)入射地震波的特性和入射角度;(2)土的动力特性、土层的厚度及土层的排列顺序;(3)基础的形式及埋置深度;(4)基础的平面形状和抗弯刚度;(5)结构的动力特性和相对高度。
二、土与结构相互作用的研究现况进入70年代后,由于数值计算理论和计算机技术的发展,以及一些重大工程的相继修建,推动了土与结构动力相互作用问题研究的迅速发展。
岩石流变的本构模型及其智能辨识研究岩石流变是岩土工程围岩失稳破坏的重要原因之一。
本文在综述国内外前人有关研究的基础上,围绕“岩石流变的本构模型”这一中心课题,从模型的构建和辨识两个方面进行了创造性研究。
为使预定的研究工作能顺利开展,首先整修了本实验室现有的两台CFQ-1型单轴蠕变试验仪,并对其中的一台蠕变仪进行了改装,使之不但能进行岩石的单轴蠕变试验,而且能进行结构面的直剪蠕变试验。
此外,还自行研制开发了一台用于软岩流变研究的蠕变-松弛耦合试验仪。
为了克服软岩试件加工成型的困难,研究了一种以石蜡、大理石砂和凡士林等为原料的软岩相似材料,该材料与自然界泥页岩等较软弱岩类具有十分相似的力学性质,适合于作软岩的流变试验研究。
进行了软岩的不含结构面、含倾角为0°、15°、30°、45°结构面试件的相似材料逐级加卸载蠕变试验,提出了一种可用来描述软岩复杂非线性流变力学行为的新的复合力学模型。
由此出发,详细探讨了软岩蠕变的结构效应,获得了该复合力学模型参数值与结构面倾角值之间的非线性回归函数关系。
在本实验室原有试验工作的基础上,研究了软岩流变的尺寸效应。
据某工程现场砂质页岩不同尺寸岩样的单轴蠕变试验结果,以萨乌斯托维奇模型为该类岩石的流变力学模型,研究了其本构参数的尺寸效应,获得了试件尺寸与流变模型本构参数值间的量化关系。
由此探讨了对工程岩体作连续性假设时涉及的连续微元尺寸概念及所适用的岩体范围。
进行了结构面的逐级加卸载压剪蠕变试验,对结构面蠕变力学行为进行了详细的讨论,并提出了一种适用于描述结构面复杂非线性流变力学行为的新的复合力学模型。
以此为基础,探讨了结构面流变的表面粗糙度效应,获得了此复合模型力学参数值与结构面表面粗糙度值之间的非线性回归函数关系。
采用新研制的蠕变-松弛耦合试验仪,进行了软岩的蠕变-松弛耦合试验,探讨了该仪器简单实用的工作原理,获得了如下结论:所研制的试验仪能用于软岩长期强度的测定及流变本构方程参数的确定:其加载方式有单级加载和逐级加载两种方式,其中后者用于软岩长期强度的确定时更为客观科学;该仪器用时较省、操作简便、稳定性好、精度较高,所得结果偏于安全,可在工程中推广应用。
abaqus岩土工程实例讲解概述说明1. 引言1.1 概述本文主要介绍了在岩土工程领域中使用Abaqus软件进行分析的一些实例讲解。
Abaqus是一款功能强大的有限元分析软件,被广泛应用于各个工程领域,包括岩土工程。
通过具体的案例分析,我们将展示Abaqus在岩土工程中的应用优势和方法。
1.2 文章结构本文共分为六个部分组成。
引言部分是对整篇文章内容的概述说明,介绍了文章所要讲解的内容和目的。
接下来,第二部分将介绍岩土工程基础知识,包括土体性质和力学特性以及岩土工程中常见的问题与挑战。
第三部分是对Abaqus软件进行介绍,包括软件概述与功能特点、主要模块及其应用领域以及建模流程和参数设置方法简介。
接下来两个部分(第四和第五)将详细讲解两个具体的岩土工程案例,并介绍模型建立、材料参数设置、分析步骤以及结果解读等内容。
最后一部分是总结与结论。
1.3 目的本文旨在通过实例讲解的方式,介绍Abaqus软件在岩土工程中的具体应用过程,探讨其在该领域的优势和方法。
通过深入了解和学习这些实例,读者能够更好地理解Abaqus软件在岩土工程分析中的功能特点,并且能够运用所学知识进行实际工程问题的解决。
希望本文能为从事或者对岩土工程感兴趣的读者提供一些有价值的参考和指导。
2. 岩土工程基础知识:2.1 土体性质和力学特性:在岩土工程中,土体的性质和力学特性是非常重要的。
土体可以分为砂、粉砂、黏土、粘性土等不同类型,每种类型的土体都有着不同的物理特性和力学行为。
其中,岩石属于一种特殊类型的土体。
土体的物理特性包括颗粒大小、颗粒形态、密实度等。
这些特性会影响到土体的渗透性、强度以及变形能力。
另外,土体还具有一些重要的力学特性,例如弹性模量、剪切强度和压缩模量等。
这些参数对于岩土工程设计和分析至关重要。
2.2 岩土工程中的常见问题与挑战:岩土工程中常见的问题包括地基沉降、坡面稳定性、地下水渗流以及地震作用等。
针对这些问题进行准确且全面的分析显得十分必要。
文章编号:10012831X (2001)0520349205岩土小应变问题研究进展Ξ刘元雪1,2, 施建勇1(1.河海大学岩土工程研究所,南京210098;2.后勤工程学院土木工程系,重庆400041) 摘 要:岩土小应变情况下表现出许多与一般中大应变实验不同的特性。
现场测试表明岩土工程中应变一般都比较小。
因而近年来岩土小应变问题受到重视。
本文对当前岩土小应变力学行为实验研究与本构模型研究进展进行了较为系统的描述。
提出了合理描述岩土小应变力学特性需要进一步研究的几个问题。
关键词:小应变;本构模型;岩土材料中图法分类号:TU 441 文献标识号A1 前 言近年来岩土体的小应变问题引起了许多研究机构的重视。
当前大量的岩土工程现场测试揭示了研究小应变问题的重要性。
大量的工程实践[124]表明:一般的岩土工程(如隧道、基坑开挖,地基变形...)中的岩土体变形都很小,岩土体小应变情况下的力学特性很难用传统的本构模型来描述。
J B B u rland [1]很早在伦敦的高层建筑的深基坑开挖所致的软土侧向移动以及大型水塔所致的软石灰石基础的沉降测试中发现,岩土体的应变都非常小,一般都小于0.03%。
前东德的高层旅馆地基(中密度砂土)沉降测试[15]表明:地基绝大部分的应变都小于0.1%,最大值也只有0.3%。
随着施工技术的发展,各类规范的要求也越来越严格,地下工程的岩土体应变也会越来越小。
文献[16]介绍了北京地铁天安门西站工程采用的“暗挖逆筑法”施工技术,并对隧道施工过程中地表沉降进行了测试,从文中可以看出,地表的最终沉降量很小,地面只有6mm ,地表沉降所致土体应变最大值在地面下9m 处,最大应变值也只有约0.45%。
当前在分析岩土工程的应力与变形分析一般采用有限元法,其中描述岩土体应力应变行为的本构模型就是核心,模型参数一般是采用常规三轴实验,将岩土体加载直至破坏(对于土体轴向应变为15%)时的实验结果拟合而得的。
岩土边坡稳定性分析方法综述摘要:在当前的项目工程建设的时候,建筑主体结构的安全需要实施有效的分析岩土边坡的稳定性后才能够得到保证。
现阶段有非常多的分析方法可以应用在岩土边坡稳定性的分析中,所以其也有非常多的特征,所以,分析方法需要根究基本原理与适用领域来合理、科学的选择,让自然灾害所带来的危害能够有效的降低。
关键词:岩土工程;边坡;稳定性能评价;方法前言:当前自身的安全是人们出行旅游最为关键的,所以道路的安全性就有可靠的保障,在高速与国道上,最让人放心的还是安全性了,然后对于外出旅游与跨省长途运输的司机而言,无法预测出那些道路边缘的岩石土坡稳定性的危险原因,严重的影响着他们的人生安全。
所以,项目工程建设在存在很多岩土边坡的区域时,一定要重视科学的分析边坡稳定性,在项目工程整体建设工作中合理的选择和运用分析方法具备关键的意义。
项目技术人员通过全面的分析岩土边坡稳定性,对建筑项目工程单位及时拟定防治方法有利,这样滑坡等重大自然灾害的危险就能够得到有效的预防了。
1、岩土边坡稳定性的影响原因1.1岩土工程的内部因素岩土边坡土体的性质、形状、边坡的地质结构和边坡的总体形态等是影响边坡稳定性的内部原因。
土体的性质与种类是我们依据国内外岩土项目的施工经验得出的边坡稳定性的重点,其土体不一样的性质与种类,承载的也是不一样的作用,之后边坡也就不一样的破坏形式了;结构面的性状、连通性、发育程度、规模、内部填充物成分和程度等是地质构造影响岩土边坡的关键表现,因为地质不一样的构造,倾斜度也影响到不一样的边坡稳定性;边坡稳定性受到边坡整体形态严重影响,在建设项目的时候,坡顶因为受到太大的应力或者张力,相对容易发生裂缝的情况,非常不利于项目的总体形态,容易导致严重的质量安全问题。
1.2岩土项目的外部原因影响边坡稳定性的外部原因包含气候条件与震动作用等。
(1)地震的作用在施工的时候,常常需要爆破,无法忽视的原因就是爆破震动影响着边坡的稳定,相对大的爆破震动非常容易导致边坡失稳,尤其是在爆破的时候,地形构造特点没有得到充分的考虑,导致部分边坡失稳,没有依照设计施工,违规操作等,也容易关系到边坡的稳定。
岩土工程(081401)Geotechnical Engineering学科门类:工学(08) 一级学科:土木工程(0814) 自1952年中国科学院院士黄文熙教授在河海大学创建了我国高校第一个土力学实验室之后,在钱家欢教授的领衔和主持下,岩土工程学科得到长足的发展。
1981年成为国家首批博士授权点之一,1988年至今列为国家重点学科,1995年实验室被评为水利部重点实验室,1996年列为国家“211工程”重点建设学科。
设有博士后流动站,拥有岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室。
学科师资力量雄厚,科研环境优越。
拥有国内双聘院士、国家特聘教授、长江学者讲座教授和特聘教授,拥有国家杰出青年基金获得者、国家百千万人才工程、教育部新世纪人才、国家有突出贡献的中青年专家,拥有江苏省“333高层次人才培养工程”和“青蓝工程”等杰出人才。
岩土工程学科主要研究岩土体的物理性质以及在荷载作用下岩土体内部的应力变形和强度规律,解决工程中岩土体变形和稳定问题,服务于土木工程、水利水电工程、交通工程建设与研究领域。
博士研究生毕业后主要在高等院校、科研院所、政府机关、设计研究院等部门工作。
一、培养要求本学科专业培养岩土工程方面的高层次创新人才。
要求具有坚实宽广的数学、力学、计算机应用方面的基础理论和系统深入的专业知识及相应的技能方法。
熟练阅读外文资料、能用外语撰写科技论文和学术交流,掌握岩土工程学科的前沿理论与学术动态。
能够胜任高校教学、科学研究或大型工程技术研发与管理等方面工作,具有独立从事本学科创造性科学研究的工作能力和实际工作的能力。
二、主要研究方向1、土的静动力学特性与本构理论 Fundamental behaviour and constitutive behaviour of soil2、现代高土石坝设计理论与方法 Designing theory and method for high earth dam3、软土地基处理与基础工程Soft soil improvement and foundation engineering4、岩石力学与岩体工程 Rock mechanics and Rock mass engineering5、岩土渗流理论与测试 Seepage theory and testing for geomaterial三、学制要求博士生课程总学分为18学分,其中学位课程为12学分,非学位课程为6学分。
岩土工程(081401)学科门类:工学(08) 一级学科:土木工程(0814)岩土工程学科主要研究岩土体的物理性质以及在荷载作用下岩土体内部的应力变形和强度规律,从而解决工程中岩土体变形和稳定问题,主要服务于土木工程、水利工程、交通工程等领域。
1952年,土力学界先驱黄文熙教授(中国科学院学部委员)在河海大学创建了我国高校第一个土力学实验室。
1956年后学科由钱家欢教授负责建设,1981年成为国家首批博士点,1988年至今为国家重点学科点。
1995年实验室成为水利部重点实验室。
1996年列为国家“211工程”建设重点学科,1999年被教育部确定为“长江学者奖励计划”特聘教授设岗学科。
我校岩土工程学科以研究水利水电工程和交通工程中的岩土工程问题为特色,博士研究生毕业后主要在高等院校、科研院所、政府机关、设计研究院等部门工作。
一、培养目标本学科专业培养岩土工程方面的高层次人才。
要求具有坚实的数学、力学和计算机应用方面的基础理论知识和技能;熟练阅读外文资料、能用外语撰写科技论文和进行学术交流;掌握岩土力学与工程学科理论与技术研究的前沿动态;能够胜任高等教学、科学研究或大型工程技术研发与管理等方面工作,具有独立解决重大岩土工程科学与技术问题的能力。
二、主要研究方向1、土的静动力学特性与本构理论2、现代高土石坝设计理论与方法3、软土地基处理与基础工程4、岩石力学与岩体工程5、岩土渗流理论与测试三、学制和学分攻读博士学位的标准学制为3年,学习年限实行弹性学制,最长不超过5年(非全日制学生可延长1年)。
博士研究生课程由学位课程和非学位课程组成。
课程总学分不少于18学分,其中学位课程不少于12学分,非学位课程不少于6学分。
四、课程设置岩土工程博士研究生课程设置结构工程(081402)学科门类:工学(08) 一级学科:土木工程(0814)河海大学结构工程学科1986年、2000年分别获得硕士、博士学位授予权,2001、2006年两次被评为江苏省重点学科, 2003年被批准设立土木工程一级学科博士点,拥有博士后流动站。
第 卷第 期 (小5号宋体) 岩 土 力 学 Vol. No. 2008年 月 Rock and Soil Mechanics . 2008
文章编号(黑体加粗):1000-7598-(2003) 02―0304―03(编号用Times New Roman)
饱和土本构模型研究进展
摘 要:自20世纪50年代以来,随着计算机技术的发展,许多能够描述饱和土体复杂力学行为的本构模型相继被提出来,但由于模型数量较多,很多模型较为复杂,因此不被工程师们所接受。综述近60年来饱和土体静力本构和动力本构的发展情况,对每种模型进行简单的介绍,以求尽可能多的囊括近年来较为成熟的各类模型,便于工程师与科研工作者对这些模型有所了解,并能在工程中进一步完善和应用。 关 键 词: 中图分类号:TU 443(Times New Roman) 文献标识码:A
Advance in research on constitutive model of saturated soil
Abstract: since 1950’s, with the development of computer science, many constitutive models were proposed to describe the complicated nature of saturated soil. However, the number of the new model is too large and many of them are not accepted by engineers. We review the development of saturated soil constitutive and soil dynamics constitutive in nearly 60 years, and introduce as many relevant maturity models briefly as possibly in order to make engineers and scientists know about these models and utilize them in real projects. Key words:
1. 引言 土作为一个自然形成的天然材料,具有复杂的物理力学性质,普遍认为用统一的土的本构模型完全模拟土的物理力学性质是十分困难的[1],现有的模型普遍都具有局限性。土体依据颗粒大小,矿物组成等物理性质分为有粘性土与无粘性土,而两类土在力学性质上有很大的不同,尤其是其作为多孔介质材料时,与水发生相互作用,其表现出来的力学性质更是相差甚远。对于同种土不同的含水量也会影响土的力学性质。因此多年来,为了能够较细致的描述土的力学性质,人们一直在针对不同的土给出不同的力学模型,而研究对象也逐渐从饱和土到非饱和土过度。为了适应与更广泛的工程应用,统一的力学模型也是必不可少的。人们运用连续体力学,多孔介质材料力学与混合物理论,给出了土体运动和变形所要满足的各类平衡条件,为了进一步对土体的具体的力学特性进行描述,还需要建立土体的本构方程。 对于材料的本构关系的论述最早可追溯到胡克定律,而摩擦型材料需要在线性广义胡克定律的条件下,给出描述摩擦型材料力学特性的莫尔库仑准
则。人们最初将土视作为摩擦型材料,因此莫尔库仑模型在很长一段时间被应用到各类岩土工程问题中,直到现在,人们仍然视莫尔库仑准则为土体的破坏准则。在计算机尚不发达的年代,莫尔库仑型理想弹塑性本构模型作为能够模拟摩擦型材料剪切特性的模型起着主导的作用。随着试验技术的发展和越来越多的高精度试验设备的开发,土体越来越多的特性被人们所了解,比如剪胀性,各向异性,结构相关性以及非饱和土的特性在近几十年受到广泛的关注。计算机的发展使得人们可以使用更为复杂的非线性本构关系来描述原本使用莫尔库仑理想弹塑性模型无法描述的土体力学特性[2]。但是许多很好的模型并没有在工程中得以应用,在进行有限元分析时存在诸多问题。本文将对过去几十年来较为成熟的饱和土体静动力本构模型的研究状况进行简单介绍,以便于更多的工程师对这些模型有所了解,并将这些模型应用于实际工程中去。
2. 土体静力本构模型研究进展
土体静力本构模型建立了土体在受到静态荷载作用下应力与应变的关系,对于不同的土体,因其密度,受力状态,排水条件等的不同其表现出的应力应变关系有很大的不同[3]。因此,往往人们在建第 卷第 期 (小5号宋体) 岩 土 力 学 Vol. No. 2008年 月 Rock and Soil Mechanics . 2008
立土体的本构关系时,会分析其适用条件。土体静力本构模型因其描述的力学特性与模型采用的假设不同,大致可以分为弹性本构模型,弹塑性本构模型,粘弹塑性本构模型,脆性模型和损伤模型等,不同的模型对土体的性质描述的侧重点不同,在采用具体的模型类型时,需要根据实际工程问题来选取。本文主要介绍相对简单并且发展较为成熟的前两类模型。 2.1 非线性弹性本构模型 非线性弹性模型的共同特点是材料的弹性模型参数与应力应变水平之间有关,对线弹性的广义胡克定律进行了推广,建立增量型、全量型或者积分型的本构关系。依据基本假设的不同,又可以分为:Cauchy弹性模型、超弹性模型和亚弹性模型,相对于Cauchy弹性和超弹性模型,亚弹性模型表达式更具一般性,能够模拟材料更复杂的行为。不同类型的模型定义的应力应变关系函数也不相同。对于Cauchy弹性本构,需要定义了一个二阶张量函数,亚弹性应力应变关系为四阶张量,而超弹性需要定义一个标量势函数,因此从满足能量守恒原则的角度来说,超弹性本构符合热力学原理[4]。但是不论是Cauchy弹性,超弹性还是亚弹性,待定的材料参数都很多,而且很多参数目前还不能直接由试验给出或者需要进行大量的试验才能得出,大多数的此类模型都只停留在理论层面或者只能通过数值试验来进行参数反演,而这一过程十分复杂,并不被工程界所推崇,因此人们在处理弹性问题时会假设材料为各项同性体或者横观各向异性体来减少本构参数,产生了许多较为实用且参数容易获得的本构模型。 典型的非线性弹性本构主要有双曲线型的E-B和E-μ模型,K-G模型以及小应变刚度模型等。K-G模型是双线性弹性模型的拓展,模型中考虑了应力水平对模型参数的影响,假设模型参数K,G为应力水平的函数,建立增量应力应变关系。典型的K-G模型有:Domaschuk-Valliappan模型,Naylor.模型和沈珠江模型,模型的不同之处主要是对K,G的应力水平函数的假设上。相对于K-G模型,双曲线型模型建立的是全量型应力应变关系,为了能够适应有限元分析,将其化为增量的形式。该模型最初由Kondner(1963)[5]提出,后来有Duncan进一步发展,得到著名的邓肯张模型(1970)[6],并在工程界得到广泛的应用。由于测量手段的局限性,对于微小变形问题其处理方式在很长一段时间都是采用的线弹性假设,随着电子测量技术的提高,人们可以对微小变形进行精准的测量,并发展出一套非线性弹性本构来模拟,Jardine[7]最早提出了模量随应变水平变化的模型,其后Puzrin[8]等人对理论进行了完善,提出了微小应变区域(SSR)的概念。以上这些模型大多都是假设材料为各项同性材料,对于像土这种具有横观各向异性的材料,需要对本构关系进行调整,独立的材料参数将会增加,另外,由于上述模型都假设了主应力主应变方向一致,所以对于土体的一些特性如剪胀性不能够很好的模拟,而对于剪胀性等土体特性的模拟,将在后面弹塑性模型中加以介绍。 2.2 弹塑性静力本构模型 如上面所述非线性弹性本构模型不能很好地模拟应力应变方向不一致或者状态演化等这些土体相对于金属材料更加复杂的特性,而弹塑性模型可以很好的模拟这些特性,因此近年来受到研究人员的广泛关注。传统弹塑性理论将应变分为可恢复的弹性应变与不可恢复的塑性应变,通过加卸载试验可以确定这些物理量之间的关系,随着增量塑性理论的发展,复杂的土体特性如结构性、剪胀性、各向异性、状态相关性等等都能够通过对增量塑性模型框架进行修改以得到很好的描述,许多成熟的模型涌现出来。其后内变量理论的发展促使人们逐渐弃用了弹塑性应变假设,而提出了诸多直接控制状态变化的内变量来描述更多的力学特性。 塑性本构框架需要满足一个假设,即坐标轴方向一致假设,以及三个准则,即屈服准则,流动法则,硬化准则。它们分别给出了塑性应变增量产生的条件、方向和大小。诸多的弹塑性模型之间的区别主要是采用了不同具体形式的准则,而这些准则是用来描述不同的具体问题而给出的[9]。例如,使用总应力分析法时分析土的快剪特性往往使用的屈服准则为Tresca准则,而考虑固结影响时因为要考虑固结围压对剪切强度的影响,使用Mohr-Coulomb准则更为合适。但是许多屈服准则在应力空间中的表达式是分段表达式。这给数值分析带来了很多不便,为了处理使用分段函数带来的数值困难,Drucker与Prager于1952年提出了D-P准则[10]。其准则在应力空间中是一个与Mohr-Coulomb准则相关的圆锥,虽然这样做可以解决屈服面不光滑所带来的数值麻烦,但却不能给出不同方向强度不同的性质,所以为了更好的模拟土体的强度特性, Matsuoka和Nakai(1974)[11]以及Lade等(1977)[12]相继提出了基于Mohr-Coulomb准则又能很好的满足光滑性原则的SMP破坏准则。 关于流动法则,金属由于其塑性应变的增量方向与应力方向一致,因此往往采用关联流动法则,由于土体塑性应变发展方向并不一定与应力方向一致,采用关联流动法则并不合适。土体剪切屈服面是一个倾斜的曲面,使用关联流动法则会产生过大的剪胀,因此需要采用非关联流动法则来给出土体