结构性土UH模型

在描述重塑土的统一硬化模型(UH模型)基础上,以动态地移动正常固结线(MNCL)代替静态的正常固结线(NCL)作为参考线来确定参考应力,将土的结构性衰减体现在MNCL的演化中,从而把UH模型扩展为可考虑土结构性的结构性土UH模型。结构性土UH模型可以合理地并连续光滑地描述结构性土的等向压缩规律、应变硬化、应变软化、剪切体积收缩、剪切体积膨胀、不排水剪切减压软化以及结构性和密度耦合影响等力学特性。相比于UH模型,结构性土UH模型新增3个参数,分别用于描述结构性的程度、衰减速度、以及塑性流动规律。通过3种天然土的试验结果与模型预测对比验证了结构性土UH模型的合理性。

结构性土压缩变形本构描述

在孔隙比与应力半对数坐标中,重塑土等向压缩线通常从正常固结线(NCL)下方逐渐趋近于NCL,整个过程中压缩线切线斜率大小单调增大。而对结构性土进行等向压缩时,因结构性的存在,压缩线会首先越至NCL之上,而后再从上方逐渐趋近于NCL,整个过程中压缩线切线斜率先增大后减小。重塑土与结构性土压缩线切线斜率演化在单调性方面的差异,可通过数学上增量函数构造的方法加以实现。如果在平面直角坐标系中以一水平线作为参考线,描述一过原点的函数曲线,使其上任意一处的切线斜率由该处函数值与参考线函数值的差决定,则参考线是否移动决定了所描述函数切线斜率演化的单调性。受此启发,在孔隙比与应力半对数坐标中提出移动正常固结线(MNCL)的概念。用MNCL代替NCL作为参考线,结合统一硬化模型(UH模型)的理论框架,建立了结构性土压缩变形的本构描述。

岩土塑性理论中功表达的近似性

对广义剪应力、广义剪应变的表达式作了说明,在给出其增量表达的同时,指出了在计算二者增量时可能产生的误解。在此基础上,分析比较由平均主应力、体积应变增量、广义剪应力、广义剪应变增量表述的功的增量以及由三向主应力与三向主应变增量表述的功的增量得出:两种表述在一般情况下并不一致。但在某些特殊情况下,例如等应力Lode角加载并满足应力全量Lode角与应变增量Lode角相等时,二者的表述一致。岩土塑性理论中塑性功增量存在与功的增量相同的问题,然而对于实际岩土材料,应力全量与塑性应变增量等Lode角的假定在一般情况下是不能满足的。因此在岩土塑性理论中,对于一般情况下的等应力Lode加载情况,用平均主应力、塑性体积应变增量、广义剪应力、塑性广义剪应变增量表述的塑性功增量也只是一种近似。

考虑孔隙水浮力的渗透力公式推导

渗透力指土中的孔隙水由于定向渗透而沿渗流方向作用于单位体积土体中土颗粒上的体积力.教材大都通过流管渗流的方式来推导渗透力公式,然而推导的具体步骤尚不足够清晰,其主要原因在于忽略了孔隙水对土颗粒浮力的考虑.作者以流管中孔隙水为研究对象,考虑孔隙水对土颗粒浮力的反作用力,通过求解平衡方程对渗透力公式进行推导,期待读者指正.

SMP面应力状态图解法

空间滑动面强度准则(SMP准则)根据实体空间的SMP平面上应力状态判断确定试样是否破坏。该准则在三轴压缩和三轴拉伸情况下退化为Mohr–Coulomb强度准则。通过对实体单元的应力状态分析,讨论了SMP平面的空间位置以及SMP平面上应力状态,详细分析了SMP平面上应力状态点在三向应力莫尔圆中的图解方法。

斜拉杆角度变化如何影响杆端位移与杆内力

题目：图1所示为一初始长度为L_0,顶端固定铰支,底端竖向滑动铰支的杆件AB.若在B端施加一竖向力F,则B端会向下产生δ的位移,不计杆件自重,求F与δ关系.（此题改编自：北京科技大学、东北大学编著《工程力学（材料力学部分）》第42页例1-10）

横观各向同性土的简明破坏机制解释

由于沉积等作用使得天然土材料内部颗粒排列表现为各向异性。土材料的各向异性使得材料内各平面滑动的内摩擦角不同。因此,在分析各向异性土的破坏问题中,除了考虑来自外部的应力分布以外,还需考虑土材料内部的强度分布。以横观各向同性土为例,阐述了同时考虑材料外部应力分布与材料内部强度分布下各向异性土的破坏机制。为说明,文中假定横观各向同性土内部各平面的内摩擦角正切值随空间方向而线性分布。外部加载进行时,横观各向同性土材料内部各处的应力不断变化,当其内部某处首次出现的应力达到该处的强度时,土材料发生破坏。进一步通过类比得出:区别于金属,各向同性土不是在最大剪应力面而是在最大剪压比面发生破坏;区别于各向同性土,各向异性土不是在最大剪压比面而是在最大剪压强比面发生破坏。

基于耦合应力建立土本构模型的方法

土的平均应力与广义剪应力在引起塑性应变时会相互交叉影响,为此从反映该交叉影响的剪胀试验规律出发,构造了一个能综合考虑平均应力与广义剪应力交叉作用的耦合应力。在对已有的黏土应力应变试验规律分析的基础上,引用微积分学中曲线积分路径无关的充分必要条件,推导确立了黏土塑性体积应变与耦合应力的一维化本构关系。将该推导方法应用于砂土,又建立了砂土的类似一维化弹塑性本构关系。通过耦合应力的建立以及耦合应力与塑性体积应变一维化本构关系的推导,从全新的视角介绍了一种理解和建立土本构模型的方法。

基于科技活动项目的建材实验探索

以培养学生的创新精神和创新能力为宗旨,从教学模式、教学内容、教学手段等方面分析了现有建筑材料实验课程存在的问题,提出了以科技活动项目应用于建材实验的教学改革。从实验项目选择、实验项目的实施方法、实验条件、考核方法等方面,探讨了基于科技活动项目的建筑材料实验的教改措施。通过教学实践达到培养创新能力的教学目的。

谈虚拟仿真实验教学中心建设中的“虚实结合”原则

教育部《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》中明确指出虚拟仿真实验教学中心建设应充分体现"虚实结合,相互补充,能实不虚"的原则。文章结合具体的实例分析讨论了"虚"与"实"相互补充的范围、相互补充的程度,以及"能实与不虚"与资源共享程度的关系,分析认为在虚拟仿真资源建设的具体工作中,因影响因素众多这一原则的实施难有统一的标准,其中资源的开放共享程度是重要的影响因素。

比萨斜塔斜而不倒的数学奥秘

比萨斜塔从修建至今800余年缘何斜而不倒,这是一个颇具吸引力的问题。围绕这一问题,从土材料的变形机制入手,介绍了其变形的加载次序相关性。经微分学中曲线积分路径无关的充分必要条件检验,证实了经典岩土本构模型Cam-clay对土材料应变的加载应力路径相关性描述与试验相符。土材料变形与加载次序的相关性在应用增量本构模型计算中,实际就体现在模型描述于数学上的曲线积分路径相关性上。完全一样的比萨斜塔,完全一样的地基,仅修建时间长短的不同便造就了地基土中有效应力加载路径的显著差异,从而极大地影响了与加载应力路径相关的广义剪应变的发展情况,最终决定了地基土的破坏与否,建筑物的倒塌与否。从这个角度,深刻巧妙地揭示出比萨斜塔数百年来斜而不倒的数学奥秘。在解释Burland等对比萨斜塔一次修建完工将会倒塌的观点同时提出猜想:如果进行更加缓慢的修建,地基土有效应力路径会更加远离临界状态应力线,那么比萨斜塔今天的倾斜程度可能大为降低。

K_0压密土的湿化试验规律及其描述

通过对取自奥林匹克森林公园的土进行的干燥状态和饱和状态下的K0压缩试验及湿化试验,得出以下结论:在e-lgp图中:1)正常压密干土在各荷载下湿化,其孔隙比均落在饱和泥浆压缩线上;2)同一前期固结压力下,不同超压密比的干土湿化后,其孔隙比也近似落在一条直线上。依据湿化试验的结果,对K0状态下天然土的湿化行为给出数学描述,并对试验数据进行预测,结果表明:预测结果与试验结果基本吻合。

高校实验室开放中师资队伍建设存在问题及对策探讨

讨论了高校实验室开放中实验室师资队伍的建设存在的人员构成、数量以及评价、激励机制方面存在的问题,并提出了相应的对策和建议。

基于动态参考线的结构性土等向压缩模型

基于结构性土等向压缩线与应变软化型曲线在斜率变化上的相似性,借用以动态参考描述应变软化型曲线的建模方法,建立结构性土等向压缩模型.该模型将e～lnp坐标中的正常固结线扩展为一条随加载而不断下移的动态参考线,令结构性土等向压缩线追寻动态参考线而发展,实现对结构性土等向压缩的描述.试验数据与模型预测对比表明该模型可以连续、光滑地反映结构性土的等向压缩变形特性.

反映土结构性的扩展剑桥模型

在等向压缩中,结构性土与重塑土的压缩线在屈服点前斜率相当,而在屈服点后结构性土压缩线较重塑土压缩线的斜率绝对值更大.在剪切中,结构垮塌使结构性土较重塑土发生更大的体积收缩.基于此本文对反映重塑土的剑桥模型进行2点扩展,以使其可描述结构性土的变形特性:1)将结构性土在屈服点前视为弹性,而在屈服点后以结构性土等向压缩线(NCL)确定其压缩指数.2)引入一个新参数来调整NCL与临界状态线(CSL)之间的距离以反映受结构性影响的体积变形规律.通过模型预测与结构性土试验数据对照表明,本文所建立的扩展剑桥模型能通过简单的描述较合理地反映结构性土的变形特性.

三维胶结结构性土UH模型

为反映胶结对结构性土剪切最终应力比以及剪胀规律的影响,将p–q坐标中静态的临界状态线(CSL)扩展为与CSL平行并随结构性衰减而从左侧移向CSL的动态临界状态线(MCSL),构造与MCSL匹配的屈服面和剪胀方程,从而将以考虑加载体积垮塌为主的结构性土统一硬化(UH)模型扩展为能考虑胶结影响的胶结结构性土UH模型。在此基础上,应用变换应力三维化方法,将所提模型应用到三维应力空间。相对于结构性土UH模型,三维胶结结构性土UH模型增加了1个模型参数描述初始胶结程度。该参数可由无侧限压缩试验近似确定。通过4种结构性土的试验结果与模型预测对照表明,三维胶结结构性土UH模型能够较合理地反映受胶结影响的结构性土等向压缩、常规三轴剪切与真三轴剪切等特性。

胶结结构性土统一硬化模型

结构性土颗粒间的胶结使试样剪切破坏最终应力比高于相应重塑土,也限制了试样剪切时体积应变的自由发挥。在考虑结构垮塌为主的结构性土统一硬化(UH)模型基础上,将应力空间中静止的临界状态线扩展为动态的移动临界状态线。据此,通过建立新的屈服面方程并修正剪胀方程,将结构性土统一硬化(UH)模型扩展为胶结结构性土统一硬化(UH)模型。相对于原模型,新模型增加了1个模型参数,即初始胶结应力,反映土颗粒之间的初始胶结作用。通过4种结构性土试验数据与模型预测对照表明:所提模型能够较合理地描述结构性土等向压缩、常规三轴排水与不排水剪切等特性。

土力学教学实践中几个小问题的思考

在给本科生讲授土力学及与学生的讨论中,作者从教学的角度对几个小问题进行了思考.这些思考包括:将不易理解的知识形象化;通过对比强化土的力学特性;土力学中的归一化思想与线性化简化;学生对工程量取值范围的感觉;以及两个相近问题的辨析思考.作者将如上的思考体会在文中通过实例一一介绍,期待前辈及同行的批评与指导.

基于SMP准则的土压平衡盾构刀盘扭矩计算研究

由于目前的刀盘扭矩计算公式中没有考虑土体中间主应力的效应,使其理论计算值较实际偏小幅度过大。为此,笔者通过松岗-中井(SMP)准则引入中间主应力对常规三轴试验测得的内摩擦角进行修正,同时对内摩擦角修正前后的数值予以了比较,结果发现,改进后的内摩擦角与原来相比最大可提高约13%。将修正后的内摩擦角代入扭矩计算公式中,得到了土压平衡盾构刀盘扭矩计算修正模型。并针对600 mm模拟土压平衡盾构掘进机进行刀盘扭矩计算及其试验验证,结果表明,该模型的计算结果与试验测得值相吻合,与未考虑中主应力的理论相比其值增加了17%,提高了理论计算结果的精度。

土木工程类专业实验室开放共享体系的构建与实践

随着教育体制改革的进一步深化,实验室的全面开放已成为高等教育的必然趋势。北方工业大学土木工程类专业以运行管理制度及人才队伍建设为保障,构建了分层递进、多层次交融、互促互进的开放体系,实现了实体实验室、虚拟实验室、虚实结合的开放形式,经过多年的实践,在人才培养、科学研究和服务社会方面,取得了显著的成效。