俞茂宏土力学三大实际问题研究(2008东南大学)

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弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能

第40卷第2期2010年3月东南大学学报(自然科学版)JOURNAL O F SOU THEAST UN I V ERS ITY (N atural Science Edition )V ol .40N o .2M ar .2010doi:10.3969/j .issn .1001-0505.2010.02.028弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能蒋金洋　孙　伟　王　晶　王彩辉(东南大学江苏省土木工程材料重点实验室,南京211189)摘要:通过对疲劳损伤机理的分析,针对损伤发展的第2阶段,采用不同疲劳循环次数比对应的残余拉应变与疲劳破坏时对应的极限残余拉应变的比值来定义损伤变量,重点研究了疲劳载荷与氯盐协同作用下结构混凝土的耐久性及其寿命预测方法.研究结果表明:随着疲劳损伤所产生的残余拉应变的增大,氯离子在混凝土中的扩散系数逐渐增加;当残余拉应变超过60×10-6时,其增加幅度开始变得显著;当残余拉应变增加到120×10-6时,氯离子扩散系数提高了1个数量级.因此,在海洋大气环境与疲劳载荷的协同作用下,结构混凝土的服役寿命大大缩短.这些方法与结论可为疲劳载荷与环境因素协同作用下混凝土的耐久性设计与评估提供依据.关键词:结构混凝土;疲劳载荷;氯离子扩散;服役寿命中图分类号:TG 14614 文献标志码:A 文章编号:1001-0505(2010)022*******Resist ance to chlor i de i on di ffusi on of structural concreteunder bendi n g fati gue loadJ iang J inyang Sun W e i W ang J ing W ang C aihu i(J iangsu Key L aboratory for Construction M aterials,Southeast U niversity,N anjing 211189,C hina )Abstract:A cco rding to the analysis of fatigue dam age m echanism ,the dam age variab le is definedby the p roportion of relevant residual strain in various fatigue cycle life to u lti m ate cum ulative residu 2al strain in the second fatigue dam age stage .L ife p rediction m ethod of structural concrete that focu 2ses on the fatigue load coup led w ith chloride environm en tal factors is p resented by considering the effects of different fatigue degrees on the structural concrete durability .It is show n that the diffusion coefficient of chlo ride ion in the structural concrete increases w ith the increase of residual tensile strain .A s the residual tensile strain exceeds 60×10-6,the ing ression of chlo ride ions in to the con 2crete increases rap idly .W hile the residual strain is above 120×10-6,the d iffusion coefficient raisesnear 10ti m es com pared w ith the contro l concrete .Therefo re,service life of structu ral concrete is ob 2viously reduced by the m ulti 2dam age of bending fatigue and chlo ride environm ental loading .Them ethod and conclusion p rovide a good reference and basis for the research of concrete durability un 2der dynam ic load .Key words:structu ral concrete;fatigue load ing;chloride ion d iffusion;service life收稿日期:2009210221.　作者简介:蒋金洋(1974—),男,博士,讲师,jinyangjiang @.基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2009CB 623203)、国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2008AA 030704).引文格式:蒋金洋,孙伟,王晶,等.弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能[J ].东南大学学报:自然科学版,2010,40(2):362-366.[doi:10.3969/j .issn .1001-0505.2010.02.028] 混凝土在服役过程中总要承受一定的荷载,如桥梁结构可能承受动载、静载等.因此,在混凝土耐久性研究过程中,应考虑荷载与环境条件的复合作用.从20世纪50年代开始就有了对应力状态下混凝土抗腐蚀性的研究[1].到目前为止,国内外对荷载作用下混凝土抵抗氯离子渗透与扩散的性能已进行了大量的研究,结果表明[2]:压荷载不超过极限荷载的50%时对混凝土抗氯离子扩散性能影响不大,但弯曲荷载明显劣化了混凝土的抵抗氯离子扩散的能力.而动载荷对混凝土抵抗氯离子渗透性能的影响却鲜有报道.Saito等[3]对经受静态和抗压疲劳损伤后的混凝土进行了抗氯离子渗透性研究后发现(测量卸载以后的混凝土导电量):即使静态荷载达到极限强度的90%,对导电量也没有多大的影响;应力水平小于50%时,循环荷载对导电量的影响不明显,而当应力水平超过60%时,循环荷载对导电量的影响却非常显著.N akhi等[4]也研究了轴心抗压疲劳与氯离子扩散交互作用的关系,得到了相似的结论:疲劳损伤加速了氯离子在混凝土内部的传输;当应力水平超过60%时,混凝土氯离子渗透性与应力的关系变得相当敏感.此外,陈拴发[5]分别研究了浸泡在硫酸钠、硫酸镁、氯化镁3种腐蚀介质中结构混凝土的强度变化,发现受腐蚀疲劳的结构混凝土强度劣化幅度远大于未受疲劳损伤的浸泡腐蚀试件.以上研究均以疲劳循环次数作为损伤指标,仅从宏观上定性了解疲劳损伤对混凝土抵抗氯离子渗透性能的影响.事实上,疲劳循环次数并不能真正表征混凝土的疲劳损伤程度,因此必须选择合理的疲劳损伤指标来表征混凝土的疲劳损伤程度,从而建立起疲劳损伤程度和氯离子扩散系数的定量关系.本文将选取残余拉应变作为损伤指标,将弯曲疲劳损伤后的结构混凝土试件长期浸泡,然后通过钻孔取样法来获取混凝土不同深度处的自由氯离子含量,建立疲劳损伤程度与氯离子扩散系数的定量关系,最后评价对结构混凝土服役寿命的影响.1　试验原材料与配合比111　原材料水泥采用工程现场用的4215级P・O水泥,粉煤灰采用镇江苏源Ⅰ级粉煤灰.细集料采用赣江中粗河砂,细度模数为216,级配合格,表观密度为2650kg/m3.粗集料采用镇江茅迪玄武岩碎石,5～1615mm连续级配,表观密度为2700kg/m3.外加剂主要成分是聚羧酸型高分子聚合物,具有超塑化、高效减水和增强、低收缩等功能.水为清洁的自来水.112　配合比应用苏通大桥索塔(高304m)所用的结构混凝土(C50,塌落度为180～200mm,含气量(体积分数)为2.9%,28d的抗压强度为67M Pa)来研究弯曲疲劳损伤程度对氯离子扩散系数及其服役寿命的影响.配合比如表1所示.表1　结构混凝土配合比设计kg/m3ρ(水泥)ρ(粉煤灰)ρ(细集料)ρ(粗集料)ρ(水)ρ(减水剂) 381169514744107016031816 通过对所用混凝土的弯曲疲劳实验研究,建立了在95%保证率的疲劳方程,即S=1107-0109lgN F(1)式中,S为混凝土在运行过程中承受的最大动载荷应力水平;NF为相应的极限疲劳寿命.并且,经过对所配制的混凝土弯曲疲劳作用下的变形性能分析[6],得到该混凝土疲劳损伤过程中第2发展阶段结束时对应的残余应变为εpB=120×10-6.2　试验方法211　损伤变量选取一般工程材料的疲劳变形都具有明显的三段式发展规律,其中第2阶段混凝土的变形随着疲劳荷载作用循环寿命比的增加呈线性增长,约占整个疲劳寿命的80%[6].根据对所配制混凝土的疲劳试验结果可知[7]:不论加载应力水平从0165～0180如何变化,混凝土疲劳损伤的第2阶段相对循环寿命均比较长,即n/NF≈0180,其中n为疲劳循环次数;疲劳失效时对应的残余极限拉应变εpC基本在300×10-6～360×10-6范围内波动,其波动范围较小,因此残余极限应变可以取为300×10-6.由上可见,混凝土疲劳变形的第2发展阶段呈线性发展,本文将重点研究这一发展阶段的疲劳损伤.根据上述分析,结合本文的弯曲疲劳试验结果,可得疲劳循环次数为n时对应损伤程度的计算公式为D N≈εpnεpC=εm in300(2)式中,DN为疲劳损伤变量;εpn为疲劳循环次数为n 时对应的残余拉应变.212　试验将试件尺寸为100mm×100mm×400mm的长方体进行弯曲疲劳试验.针对疲劳损伤发展的第2阶段,获得残余拉应变分别为0,30×10-6,60×10-6,90×10-6,120×10-6和150×10-6的混凝土试件.将这些疲劳到一定程度的混凝土试件浸泡在质量分数为315%的N aC l溶液中,采用干湿循环制度[2](混凝土浸泡到N aC l溶液中45h,放入烘箱中60℃烘24h,室温冷却3h,为一个循环周期)来加速氯离子在混凝土中的扩散.干湿循环20次后,即浸泡60d后,在试件的弯拉面和受压面的中间段363第2期蒋金洋,等:弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能取样,用钻孔法采集粉末样品,采样深度依次为0～5,5～10,10～15,15～20mm.再参照《水运工程混凝土试验规程》(J TJ 270—98)[8]的“混凝土中砂浆的水溶性氯离子含量测定”中的试验方法,测出在混凝土不同深度中的自由氯离子含量.假定混凝土是半无限均匀介质,氯离子在混凝土中扩散过程是一维扩散的,扩散时部分氯离子被混凝土结合,则其扩散方程为[2]C f =C 0+(C s -C 0)1-e rfx2D t(3)式中,x 为取样深度;C f 为x 深度的氯离子质量分数;C 0为混凝土内部初始氯离子质量分数,计算时取0;C s 为表层氯离子质量分数;D 为氯离子扩散系数;t 为扩散龄期.利用F ick 第二扩散定律和式(3)可以求解出氯离子扩散系数.3　试验结果分析311　疲劳损伤对混凝土氯离子扩散特性影响不同疲劳损伤程度的结构混凝土在315%的N aC l 溶液中浸泡60d 后,即20个干湿循环后,进行不同深度处自由氯离子含量的测定,其试验结果如图1所示.图1　疲劳损伤程度对混凝土中自由氯离子含量的影响从图1可以看出,对遭受疲劳损伤作用后的结构混凝土,其各深度处的自由氯离子含量均随残余拉应变的增加而增大.在残余拉应变大于60×10-6时,自由氯离子含量的增幅显著.由于氯离子在混凝土中的扩散规律符合Fick 第二扩散定律,因此可根据式(3)计算出混凝土的氯离子表观扩散系数,计算结果如图2所示.其中,D load 为考虑疲劳损伤的混凝土中氯离子扩散系数.由图2可看出:1)随着残余拉应变增大,结构混凝土中的氯离子扩散系数增加,即5D load /5εp n 变化率越大.2)当残余拉应变超过60×10-6时,这种增长图2　不同疲劳损伤程度下混凝土中氯离子扩散系数的比较幅度变得明显;当疲劳损伤达到120×10-6时,结构混凝土的氯离子的扩散系数是未疲劳损伤混凝土的2倍以上.3)混凝土的氯离子扩散系数与其疲劳损伤过程中产生的残余拉应变存在如下关系式:D load =312+018exp εp n45(4) 根据上述分析可得出,残余拉应变分别为60×10-6和120×10-6时是影响混凝土耐久性的2个特征点,可分别作为影响结构混凝土中氯离子扩散的起劣点和陡劣点.312　疲劳载荷与氯离子协同作用下结构混凝土寿命预测模型的建立根据混凝土弯曲疲劳损伤机理[7],整个疲劳损伤过程的第2发展阶段中,残余拉应变呈线性增长的趋势.因此,残余拉应变的发展与相对循环寿命比的变化保持一致.为了简化计算,假设疲劳过程中结构混凝土产生的残余拉应变是从第2发展阶段开始的,而且这一阶段约占整个疲劳过程的80%(第1,3阶段各占10%),则有下式成立:nN F-011018=εpn εp B(5)式中,N F 可由式(1)求出.利用循环比的等价关系,可以定义nN F =T ×n d ×36510(a -S m ax)/b(6)式中,T 为结构混凝土的服役时间,a;n d 为结构混凝土日承受的动载荷次数.把式(6)代入式(5)可得5×T ×n d ×3654×10(a -S m ax )/b-18=εpn εp B(7)将式(7)代入式(4)可得到协同作用下氯离子扩散系数关系式,即463东南大学学报(自然科学版) 第40卷D load =312+0.8e0.023T -0.33(8)将式(8)代入式(3),得到二者协同作用下的混凝土寿命预测方程,即　C f =C 0+(Cs -C 0)・1-e rf 1000x2312+018e01023T -0133×1365×3600×24T(9)依据式(9),就可得到混凝土氯离子扩散系数和自由氯离子含量随桥梁服役年限的变化规律.计算时以海洋大气环境为例,参数的取值来自青岛胶州湾海底隧道的资料[9]:海洋大气区C s =0110%～0115%,钢筋锈蚀临界氯离子质量分数C f =0107%(混凝土),70mm ,承受疲劳载荷的最大应力水平为012.计算结果如图3所示.图3　在疲劳载荷作用下混凝土的氯离子扩散性能与服役龄期的关系由图3可看出:1)疲劳损伤显著提高了氯离子在混凝土中的扩散系数,劣化了混凝土抗氯离子扩散的能力.在混凝土结构服役的早期10～20年内,疲劳载荷对混凝土氯离子扩散系数的影响不大;在桥梁运营30～40年后,此循环寿命比对应的混凝土的残余拉应变为30×10-6～45×10-6,疲劳损伤开始影响混凝土氯离子扩散系数的变化;当桥梁的服役寿命超过50年后,对应的混凝土的残余拉应变为60×10-6左右,达到影响氯离子扩散的初劣点,从而导致氯离子扩散系数大幅度提高.2)在疲劳载荷与海洋大气环境协同作用下,大大缩短了结构混凝土结构的服役寿命.按照引起钢筋锈蚀的临界氯离子质量分数为0107%计算,如果不考虑疲劳损伤对氯离子扩散系数的影响,则结构混凝土的服役寿命在140年左右;单纯在最大应力水平为012的疲劳载荷作用下,结构混凝土的使用寿命在160年左右.然而,在疲劳损伤对氯离子扩散性能的影响下,该混凝土的服役寿命在80年左右,均低于单一环境因素作用下的混凝土服役寿命.在海洋大气环境中服役的索塔锚固区混凝土工程是遭受疲劳载荷作用的,因此,必须把疲劳载荷与氯离子作用结合起来才能对混凝土结构的服役寿命进行准确的评估.同时,对结构混凝土而言,必须通过掺加矿渣等活性掺合料来结合混凝土中的氯离子,从而降低结构混凝土中自由氯离子的含量,提高海洋环境中混凝土的服役寿命.4　机理分析通常认为,氯离子在混凝土中的扩散符合Fick 第二定律,其中扩散系数与混凝土的孔和裂缝结构密切相关.因此,应当把氯离子扩散性能与荷载引起的微裂缝结合起来研究.Sam aha 等[10]的研究结果表明:静载下砂浆裂纹发展的严重程度决定了混凝土对水流通过其内部的抵抗能力.当然,荷载对混凝土渗透性的影响,不仅取决于荷载自身的取值,而且还与所产生的裂缝宽度有密切的关系.W ang 等[11]研究了荷载裂缝宽度对于混凝土渗透性的影响,发现裂缝加速了水分的迁移速率,其影响程度取决于裂缝的宽度;当卸载前裂缝开口位移低于50μm 时,裂缝对于混凝土的抗渗性的影响不大,而当裂缝宽度从50μm 增加到200μm 时,混凝土的渗透性会急剧增大.同时,G érard 等[12]采用计算模型的方法发现裂缝的存在可使得扩散系数增加2～10倍,而且混凝土本身越密实,其扩散性受微裂纹的影响就越显著.大量研究表明[13],混凝土材料无论是在静态荷载还是在疲劳荷载作用下,其破坏过程就是裂缝在界面和基体中演化及扩展的过程.高周循环次数的疲劳则从集料与水泥砂浆之间的界面开始,经过一个缓慢、渐进的过程逐渐演变成一整条裂纹[14].通过细观试验,Shah 等[15]也观察到应力水平为0160～0185的轴心抗压疲劳荷载导致了混凝土内更多的微裂纹生成.通过以上对混凝土疲劳破坏的微观机理的研究发现,正是疲劳载荷的作用使混凝土产生损伤,而这种损伤以裂缝和有害孔的方式表现出来.疲劳过程中产生的残余拉应变越大,意味着混凝土损伤源的数量越多且尺度越大.在疲劳损伤较小时,混凝土的缺陷主要来自于原生微裂纹的发展,原生裂纹数量不多且尺度较小,混凝土内部的孔结构变化也不大,因此对氯离子的扩散系数影响较小.当疲563第2期蒋金洋,等:弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能劳损伤达到一定程度时,混凝土自身原有的缺陷在数量、尺度和分布上都很大,尤其在干湿循环的作用下,氯离子扩散系数对这些尺度上的微裂纹和劣化的毛细孔比较敏感,因此其扩散系数会大幅度升高.因此,在疲劳载荷作用下,结构混凝土内部产生了裂缝和孔结构的变化,最终导致了混凝土中氯离子扩散系数的变化.5　结论1)针对疲劳损伤发展的第2阶段,采用不同疲劳循环寿命比对应的残余拉应变和疲劳破坏时相对应的极限残余拉应变的比值来定义损伤变量,利用其研究疲劳载荷与氯盐协同作用下混凝土的耐久性是可行的.2)随着疲劳损伤的增加,结构混凝土中氯离子的扩散系数变大.3)残余拉应变分别为60×10-6和120×10-6时,对应着结构混凝土抵抗氯离子扩散性能劣化的起劣点和陡劣点.4)弯曲疲劳载荷与氯盐的协同作用大大缩短了结构混凝土的服役寿命,导致使用寿命明显低于单一环境因素作用下的结构混凝土服役寿命.参考文献(References)[1]M OC KBиH B M.混凝土及钢筋混凝土的腐蚀及其防护方法[M].倪继水,等译.北京:化学工业出版社,1988.[2]金祖权.西部地区严酷环境下混凝土的耐久性与寿命预测[D].南京:东南大学材料科学与工程学院,2006.[3]S aito M itsuru,L shi m ori H iroshi.C hloride per m eabilityof concrete under static and repeated com p ressive load2 ing[J].C em ent and C oncrete Resea rch,1995,25(4):803-805.[4]N akhi A E,X i Y,W illam K,et al.The effect of fa2tigue loading on chloride penetration in non2saturatedconcrete[C]//P roceeding of European C ongress onC omputa tiona l M ethods in App lied Sciences and Engi2neering.B arcelona,Spain,2000.[5]陈拴发.高性能混凝土应力腐蚀与腐蚀疲劳特性研究[D].西安:长安大学材料科学与工程学院,2004.[6]蒋金洋.超高程泵送H PFRCC的服役性能研究[D].南京:东南大学材料科学与工程学院,2008.[7]洪锦祥.含气量与冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响[D].南京:东南大学交通学院,2007.[8]中华人民共和国交通部.JTJ270—98水运工程混凝土试验规程[S].北京:人民交通出版社,1998.[9]曲立清,金祖权,赵铁军,等.海底隧道钢筋混凝土基于氯盐腐蚀的耐久性参数设计研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(11):2334-2339.Q u L iqing,J in Zuquan,Zhao Tiejun,et al.S tudy on durability param eter design of subsea tunnel reinforced concrete based on chloride corrosion[J].C hinese J our2 na l of RockM echanics and Engineering,2007,26(11): 2334-2339.(in C hinese)[10]Sam aha H R,H over K C.Influence of m icrocrackingon the m ass transport p roperties of concrete[J].AC I M a teria ls J ourna l,1992,89(4):416-424.[11]W ang K J,Jansen D C,S hah S P.Per m eability studyof cracked concrete[J].C em ent and C oncrete Re2sea rch,1997,27(3):381-393.[12]Gérard B,M archand J.Influence of cracking on thediffusion p roperties of cem ent2based m aterials.PartⅠ:influence of continuous cracks on the steady2stateregi m e[J].C em ent and C oncrete Resea rch,2000,30(1):37-43.[13]H orii H,S hin H C,Pallew atta T M.M echanism of fa2tigue crack grow th in concrete[J].C em ent and C on2crete C omposites,1992,14(2):83-90.[14]郑克仁.矿物掺合料对混凝土疲劳性能的影响及机理[D].南京:东南大学材料科学与工程学院,2005.[15]Shah S P,C handra S.Fracture of concrete subjected tocyclic and sustained loading[J].J ourna l of the Am eri2can C oncrete Institute,1970,67(10):816-825.663东南大学学报(自然科学版) 第40卷。

东南大学土力学期末

东南大学土力学期末(总9页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《土力学》问答题及工程实例归纳前言：本人系土木专业考研学生，专业课选的土力学，本资料是考研期间依据高校常用土力学教材（东南大学四校合编、河海大学卢廷浩、同济大学袁聚云）期末试卷、考研试卷精心整理归纳，红色的是高频考点，主要针对土力学期末考试及土力学考研中的问答题，希望对大家有帮助。

第一章土的物理性质及分类1.液化现象孔隙水压力提高会降低土体的强度，当空隙水压力提高到一定程度时，土的强度降低为零——对砂土来说，最终结果为形成粘滞的流体。

处于较为疏松状态的饱和砂当受到瞬时震动时也会变成粘滞流体，这种现象成为液化，在易震地区建造重要建筑时，防治液化是一个相当重要的课题。

2 基坑开挖当土中的水恰好使砂湿润时，水产生的表面张力可以允许浅层的垂直开挖。

然而一旦土中的水发生蒸发，则可能会引起坑壁的坍塌。

在土中的水还未完全蒸发前，施工过程中的扰动可能导致坑壁的坍塌。

在粘土中，垂直开挖基坑坑壁，有可能·在降水对黏土的软化作用及流入地表张裂缝的过量地表水所产生的静水压力联合作用下坍塌。

水对黏性土的强度产生显著影响。

受浸泡形成的软泥巴甚至泥浆，干燥后会坚硬的像砖一样。

3 地下水位降低水位降低可消除浮力，并使得土体的有效重量得到增大，上覆土层重量的增加即应力增加。

如果下覆土层孔隙体积大则可能产生很大的地面沉降量。

4施工现场抽取地下水在施工现场通过抽取地下水来降低地下水位，也可能在短期内产生30-50mm的地面沉降。

如果邻近的建筑物不能承受这些附加的沉降，也必然引发工程事故和法律纠纷。

5 疏松单粒结构的土层（砂土及更粗粒的土）未经处理一般不宜做建筑物地基6 无粘性土的密实度影响无粘性土工程性质的主要因素是密实度，若排列紧密结构稳定压缩性小强度高是良好的地基；反之，若土粒排列疏松，结构不稳定则工程性质较差。

荷载-干湿交替-硫酸盐耦合作用下混凝土损伤过程

ｂｔｃｅｅａｅｔｅｄｍａｅｐｏｅｓｏｆｃｎｒｔｄｒｅｔｒａｕｆｔｔａｋ，ａｄｅｅｆｃｆｔｅｌｔｏａｃｌｒｔｈａｈｇｒｃｓｏｃｅｅｕｎｅｘｅｎｌｓｌａｅａｔｃｎｔｆｅｔｏｈａ－ｈｔｒｏｅｉｖｎｍｏｅｏｖｏ．Ｗｈｉｏｐｌｄｗｉｈｔｅａｏｅｔｒｅｆｃｏｓ，ｔｅｗｅｔｎｄｉｙｌｓｅｎｓｅｅｒｂｉｕｓｌｃｕｅｔｈｂｖｈｅａｔｒｅｈｔｉｇ— ｒｎｇｃｃｅｙ
Ａｂｓｒｃ：Ｔｈａｇｒｃｓｆｃｎｒｔｘｏｓｄｔｕｆｔｔｃｎｅｌｘｒｌｌａｉｇａｄｄ — ｔａｔｅｄｍａｅｐｏｅｓｏｏｃｅｅｅｐｅｏｓｌａｅａｔｋｕｄｒｆｅｕａｏｄｎｎｒａｙｎｗｅｔｃｃｅｗａｓｔｍａｉａｌｉｅｔｇｔｄ．Ｅｎｉｏｍｅａｓａｎｎｇｌｃｒｎｉｇ— ｔｉｎｇｙｌｓｓｙｓｅｔｃｌｙｎｖｓｉａｅｖｒｎｎｔｌｃｎｉｅｅｔｏｍｉｒｓｏｙｃｏｃｐ
Ｄａａｅｐｏｅｓｏｏｃｅｅｅｐｓｄｔｕｆｔｔａｋｍｇｒｃｓｆｃｎｒｔｘｏｅｏｓｌａｅａｔｃ
ｕｄｅｒｉ－ｔｉｇｃｃｅｎｏｄｎｎｒｄｙｎｇｗｅｔｎｙｌｓａｄｌａｉｇ
以往混土抗硫酸盐侵蚀的研究大多是基于

建筑历史与理论(E080102)学科国家自然科学基金项目(2005至今),共计102项

28 20 22 22 25 28 20 38 34 20 20 38 37 20 20 20 36
201201-201412 201201-201412 201201-201412 201201-201412 201201-201412 201101-201312 201101-201312 201101-201312 201101-201312 201101-201312 201101-201312 201101-201312 201101-201312 201101-201312 201101-201312 201101-201312 201101-201312
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趣味结构力学〔有意思，作为概念结构力学学习，可以拓展眼界结构力学教材经典之作应该算是清华的龙驭球和袁驷的那本,共分上下两册。

辅导教材经典之作应该算是同济的《结构力学学习方法及解题指导（徐新济）》估计这个大家比较熟悉。

除此之外，还有一本非常经典的，而且相当有难度，通过这本经典之作，可以了解结构力学的原始概念与精髓。

这本书就是王兰生主编的《结构力学难题分析》一些看过且认为不错的结构设计书籍(2010-03-27 15:05:55)转载标签：结构设计结构书籍分类：结构设计毕业以来从事建筑结构设计近11年矣，虽不太喜欢这个行业，但该行业仍是我可以找到最高收入的行业，唯有不时充电方可赖以混饭吃。

推荐一些自以为不错的书，当然不少也是别人推荐给我的。

不过老实说，这些书基本上是3年以前看的，绝大多数是04年以前看的，现在提不起劲看书，懒惰了，或是疲倦了——这个应该首先感谢国家，给我们那么多加班、改图和迟迟拿不到提成的机会。

1. 《结构概念和体系》（第二版），林同炎、S·D·斯多台斯伯利著，中国建筑工业出版社，1999。

林同炎在结构界的地位等同于贝聿铭在建筑界的地位，美国伯克利加州大学教授、林同炎国际工程顾问公司董事长、世界著名结构大师、中科院外籍院士。

此书是我刚毕业时买的，在美国是公认最好的结构专业书籍。

与国内结构书籍大多侧重计算和构件不同，此书侧重于各种结构体系的概念和简要分析，使初次接触国外书籍的我大开眼界。

2. 《建筑结构静力计算手册》（第二版），《建筑结构静力计算手册》编写组，中国建筑工业出版社，1998。

强度理论的发展和展望_俞茂宏

第21卷第6期工程力学 Vol.21 No.6 2004年 12 月ENGINEERING MECHANICSDec. 2004———————————————收稿日期：2003-11-13；修改日期：2004-02-18基金项目：国家自然科学基金研究项目(58770402，59779028，59924033，50078046)，国家教育部重要科学技术项目和博士点基金研究项目(20020698050)和国家人事部博士后科学基金研究项目(2001-5，2001-14)作者简介：*俞茂宏(1934)，男，浙江宁波人，教授，博士生导师，从事材料强度和结构强度的研究(E-mail: mhyu@)； M. Yoshimine (1968)，男，日本东京人，副教授，东京大学博士，现在西安交通大学进行博士后研究；强洪夫(1965)，男，江苏武进人，第二炮兵工程学院副教授，国立新加坡大学博士后，博士生导师，从事固体计算力学研究；昝月稳(1960)，男，山西运城人，高级工程师，博士，从事岩石力学与工程，铁道工程研究；肖耘(1966)，男，湖北武汉人，研究员，从事航天工程研究与设计；李林生(1971)，男，安徽巢湖人，副研究员，从事航天工程研究与设计；盛祖铭(1942)，男，上海市人，研究员，从事航天工程研究与设计文章编号：1000-4750(2004)06-0001-20强度理论的发展和展望*俞茂宏1，M. Yoshimine 1，强洪夫2，昝月稳1，肖耘3，李林生3，盛祖铭3(1. 西安交通大学建筑工程与力学学院，西安 710049；2. 第二炮兵工程技术学院，西安 710025；3. 中国运载火箭技术研究院，北京100076)摘要：强度是各种地上、地下、水下和上天结构的共同的最基本要求。

强度理论是研究材料在复杂应力下屈服和破坏规律的学科。

由于各种土木、水利、机械、航空、军工等工程结构中的材料，大多处于复杂应力作用下，因此强度理论得到广泛的研究和应用。

土动力学创新性实验教学中的宏细观思维

波浪荷载的主应力轴旋转等效应。而场地效应、杂的土层分布以及土与结构复
动力相互作用等进一步加剧了问题复杂性，土动力学课程涉及地震工程学、使弹性动力学以及土力学与基础工程等领域，成为一门比较难掌握的课程，在研究型大学里主要面向研究生（高年级本科生）或开设。目前，动力学分析方法主要土以室内单元体试验为基础，以适当的现场实测数据，对所研究的环境条件作辅并适当简化。计算结果反映实际的程度需通过现场和室内试验以及实际震害观测
摘要：土动力特性的复杂性和室内外试验对土动力学理论与实践的重要促进作用，定了土动力学实验教学决
的重要性。文章分析了目前土动力学实验教学中存在的问题，出了研究型大学的土动力学实验教学应注提
重培养学生宏观与细观相结合的创新思维，在实验中提高其宏观调查与问题抽象能力、细观观测与机理揭示能力，正确掌握土的基本动力特性及其工程性状，高学生解决实际工程问题的能力。提
关键词：土动力学；新性；创实验教学；细观；究型大学宏研
中图分类号：Ｕ３— Ｔ４４文献标志码：Ａ文章编号：０５２０（００Ｏ－８－４１０－９９２１）１０５００
土动力学是土力学的一个重要分支，是研究各种动荷载（：震、通、如地交波

土力学三大实际问题研究ppt课件

（3）
B为基础宽度，为地基土的容重，P p 为作用于弹性锲体边界面ab上
的被动土压力的合力，即：
PpPpcPpqPpr
P p2cB o 2 ts C tkp cqpk q1 4Bttkg p r
式中： k pr 为γ项的被动动土压力系数，须通过试算确定。
kp c
co st co s
（1）当b=0时，利用新土力学公式可得地基极限承载力为：这就是太沙基公式
q uQ B uC tN cqq N 1 2BN 23 .8 k 7P 9a（17）
（2）当b=0.2，m=1时，利用新土力学公式可得地基极限承载力为：
q uQ B uC tN cqq N 1 2BN 28 .15 k5P 3 a（18）
土力学三大实际问题教学的研究
.
1
（一）问题的背景（二）土力学的三大实际问题
（三）《土力学》的改革的理论基础（四）实例（五）改革的可行性问题
.
2
（一）、问题的背景
1925年，在德国来比锡和奥地利维也纳出版了维也纳工业大学教授太沙基的著名的土力学。这是世界上第一部《土力学》专著。
英国剑桥大学
9
清华大学张建民教授的研究
.
b=0, Mohr-Coulomb
10
Mohr-Coulomb
Mohr-Coulomb
Fig. 8.37. Comparison between experimental limit locus in the πplane for Toyoura sand and the unified strength theory (b=3/4)
?????tgbbtgcpqttpu241cos2????ttbbcbc???cos1sin2cos12000?????ppprpqpcppppp????????????prtpqpcttpkbtgqkkcbp???41cos22????????????????????????????????????245coscos1sin1coscos02232223ttgtpqttgttpctgekectgktttt???????????????prk29???????????????????????????????????????????1coscoscos21245coscos1sin1sincoscos0223223ttprrttgtqttgttcktgntgenetgntttt?????????????????????????bnqnncbqqqctuu21????将上试代入3可得

土力学考研东南大学四校合编《土力学》考研真题

土力学考研东南大学四校合编《土力学》考研真题1土的组成一、名词解释1弱结合水[成都理工大学2013年]答：弱结合水是指紧靠于强结合水的外围而形成的结合水膜，又称薄膜水。

它仍然不能传递静水压力，但较厚的弱结合水能向邻近较薄的水膜缓慢转移。

当土中含有较多的弱结合水时，土则具有一定的可塑性。

砂土比表面较小，几乎不具可塑性，而黏性土的比表面较大，其可塑性范围就大。

弱结合水离土粒表面愈远，其受到的电分子吸引力愈弱，并逐渐过渡到自由水。

弱结合水的厚度，对黏性土的黏性特征和工程性质有很大影响。

2电渗[苏州大学2014年]答：电渗是指极性水分子与水中的阳离子（K＋、Na＋等）形成水化离子，在电场作用下这类水化离子向阴极移动的现象。

电渗和电泳是同时发生的，统称为电动现象。

由于黏土矿物的带电性，黏土颗粒四周形成一个电场，将使颗粒四周的水发生定向排列，直接影响土中水的性质，从而使黏性土具有许多无黏性土所没有的性质。

3土的颗粒级配答：土的颗粒级配是指由不同粒度组成的土颗粒中各级粒度所占的数量，常以占总量的百分数来表示。

土的颗粒级配是通过土的颗粒分析试验测定的，常用的测定方法有筛分法和沉降分析法。

前者是用于粒径大于0.075mm的巨粒组和粗粒组，后者用于粒径小于0.075mm的细粒组。

当土内兼含大于和小于0.075mm 的土粒时，两类分析方法可联合使用。

4强结合水答：强结合水是指紧靠土粒表面的结合水膜，又称吸着水。

它的特征是没有溶解盐类的能力，不能传递静水压力，只有吸热变成蒸汽时才能移动。

强结合水的厚度很薄，有时只有几个水分子的厚度，但其中阳离子的浓度最大，水分子的定向排列特征最明显。

黏性土中只含有强结合水时，呈固体状态，磨碎后则呈粉末状态。

二、判断题1土中强结合水的性质接近固态，故强结合水属固态。

（）【答案】错误查看答案【解析】土中的强结合水是指紧靠土粒表面的结合水膜，其厚度只有几个水分子厚，小于0.003μm。

这种强结合水的性质与普通水不同：它的性质接近固体，不传递静水压力，100℃不蒸发，密度ρw＝1.2～2.4g/cm3，并具有很大的黏滞性、弹性和抗剪强度。

土力学课本

21世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材土力学主编肖仁成俞晓副主编祝方才张雪颖主审袁聚云内容简介本书共8章，主要内容包括绪论、土的物理性质及工程分类、土的基本工程力学性质、土的抗剪强度理论、地基中应力计算、地基的变形计算、地基承载力理论、土压力理论和边坡稳定分析。

本书附录还介绍了Visual Basic 6.0 的基本知识和地基承载力计算源程序。

本书强调精简、实用和实践性，也注重介绍基本的理论基础知识。

本书可作为土木工程专业(建工、岩土、水利、交通、道路与桥梁、铁道等各个专业方向)的本科教材，也可作为相关专业工程技术人员的技术参考书。

图书在版编目(CIP)数据土力学/肖仁成，俞晓主编. —北京：北京大学出版社，2006.1(21世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材)ISBN 7-301-10448-0Ⅰ. 土…Ⅱ.①肖…②俞…Ⅲ. 土力学—高等学校—教材Ⅳ. TU43中国版本图书馆CIP数据核字(2005)第160565号书名：土力学著作责任者：肖仁成俞晓主编策划编辑：吴迪李昱涛责任编辑：徐凡标准书号：ISBN 7-301-10448-0/TU·0025出版者：北京大学出版社地址：北京市海淀区成府路205号 100871网址：电话：邮购部62752015 发行部62750672 编辑部62750667电子信箱：pup_6@排版者：北京东方人华北大彩印中心电话：62754190印刷者：发行者：北京大学出版社经销者：新华书店787毫米×1092毫米16开本11印张 258千字2006年1月第1版 2006年1月第1次印刷定价：18.00元《21世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材》专家编审委员会主任彭少民副主任(按拼音顺序排名)陈伯望金康宁李忱李杰罗迎社彭刚许成祥杨勤俞晓袁海庆周先雁委员(按拼音顺序排名)邓寿昌付晓灵何放龙何培玲李晓目李学罡刘杰刘建军刘文生罗章石建军许明严兵张泽平张仲先21世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材参编学校名单（按拼音排序，覆盖26个省市自治区）1 安徽理工大学2 北京建筑工程学院3 北京联合大学4 长春工程学院5 长江大学6 长沙理工大学7 东南大学8 广州大学9 贵州大学10 桂林工学院11 合肥工业大学12 河北工业大学13 河北建筑工程学院14 河南大学15 黑龙江科技学院16 湖南城市学院17 湖南大学18 湖南工程学院19 湖南工学院20 湖南科技大学21 华北电力大学22 华北水利水电学院23 华东交通大学24 华中科技大学25 淮阴工学院26 黄石理工学院27 江汉大学28 江苏大学29 江西科技师范学院30 九江学院31 昆明理工大学32 丽水学院33 辽宁工程技术大学34 内蒙古科技大学35 南昌工程学院36 南昌航空工业学院37 南华大学38 南京工程学院39 南京林业大学40 南阳理工学院41 宁波工程学院42 三峡大学43 山东交通学院44 山西大学45 上海大学46 石河子大学47 石家庄铁道学院48 四川理工学院49 太原理工大学50 天津工业大学51 天津商学院52 武汉大学53 武汉工程大学54 武汉工业学院55 武汉科技大学56 武汉科技学院57 武汉理工大学58 西安建筑科技大学59 西安科技大学60 西北农林科技大学61 西南交通大学62 西南林学院63 湘潭大学64 孝感学院65 浙江科技学院66 中国地质大学67 中南大学68 中南林学院69 重庆大学70 株洲工学院丛书总序我国高等教育发展迅速，全日制高等学校招生人数至2004年达到420万人，毛入学率19%，步入国际公认的高等教育“大众化”阶段。

东南大学等四校合编《土力学》考点精讲讲义

目录
第１章土的组成（１）第２节土中固体颗粒（２）第３节土中水和土中气（４）第４节粘土颗粒与水的相互作用（４）第５节土的结构与构造（４）第２章土的物理性质及分类（５）第２节土的三相比例指标（６）第３节粘性土的物理性质（８）第４节无粘性土的密实度（９）第５节土的分类（９）第３章土的渗透性与渗流（１３）第２节土的渗透性（１３）第３节土中二维渗流与流网（１６）第４节渗透破坏与控制（１８）第４章土中应力（２０）第２节土中自重应力（２０）第３节基底压力（２１）第４节地基附加应力（２５）第５章土的压缩性（３１）第２节固结试验与压缩性指标（３１）第３节应力历史对压缩性的影响（３３）第４节土的变形模量（３６）第６章地基变形（３９）第２节地基变形的弹性力学公式（３９）第３节地基最终形量（３９）第７章土的抗剪强度（５０）第２节土的抗剪强度理论（５０）
东南大学等四校合编《土力学》考点精讲及复习思路
第述第２节土中固体颗粒
第３节土中水和土中气
第４节粘土颗粒与水的相互作用第５节土的结构和构造
第３节土的抗剪强度试验（５４）第４节三轴试验中的孔隙压力系数（６１）第５节饱和粘性土的抗剪强度（６３）第６节应力路径在强度问题中的应用（６８）第７节无粘性土的抗剪强度（６９）第８章土压力（７０）第２节挡土墙侧的土压力（７０）第３节朗肯土压力理论（７２）第４节库伦土压力理论（７７）第５节朗肯理论与库伦力理论的比较（７９）第９章地基承载力（８１）第２节浅基础的地基破坏模式（８１）第３节地基临界荷载（８２）第４节地基极限承载力（８４）第５节地基允许承载力和地基承载力特征值（８４）第１０章土坡和地基的稳定性（８６）第２节无粘性土坡的稳定性（８６）第３节粘性土坡的稳定性（８７）第４节土坡稳定性的影响因素（９１）第１１章地基基础（９２）第１节天然地基浅基础（９２）第２节桩基础（９３）第３节地基处理（９３）

东南大学土力学试卷及答案

土力学试卷及答案土木、水利、交通类专业统考2004.12一．名词解释(每小题2分，共16分)1.塑性指数液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）称为塑性指数，用表示，取整数，即：—液限，从流动状态转变为可塑状态的界限含水率。

—塑限，从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率。

2.临界水力坡降土体抵抗渗透破坏的能力，称为抗渗强度。

通常以濒临渗透破坏时的水力梯度表示，称为临界水力梯度。

3.不均匀系数不均匀系数的表达式：式中：和为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为60%和10%时所对应的粒径。

4.渗透系数当水力梯度i等于1时的渗透速度（cm/s或m/s）。

5.砂土液化液化被定义为任何物质转化为液体的行为或过程。

对于饱和疏松的粉细砂，当受到突发的动力荷载时，一方面由于动剪应力的作用有使体积缩小的趋势，另一方面由于时间短来不及向外排水，因此产生很大的孔隙水压力，当孔隙水压力等于总应力时，其有效应力为零。

根据太沙基有效应力原理，只有土体骨架才能承受剪应力，当土体的有效应力为零时，土的抗剪强度也为零，土体将丧失承载力，砂土就象液体一样发生流动，即砂土液化。

6.被动土压力当挡土墙向着填土挤压移动，墙后填土达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为被动土压力。

7.残余强度紧砂或超固结土的应力—应变曲线为应变软化型，应力应变曲线有一个明显的峰值，过此峰值以后剪应力便随着剪应变的增加而降低，最后趋于某一恒定值，这一恒定的强度通常称为残余强度或最终强度，以表示。

8.临塑荷载将地基土开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基底压力称为临塑荷载。

二、填空题1.土中各粒组的质量占总土质量的百分数，不均匀系数、曲率系数2.承载力，沉降3.受附加应力影响的某一深度范围内土层的厚度，竖向附加应力与自重应力之比4.剪切试验，直剪仪、三轴仪、无侧限抗压强度仪和十字板剪力仪5.，6.地基土的剪切破坏，整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏7.地基，基础三、是非题（每小题0.5分，共5分）1. T2. F3. T4. F5. T6. F7. T8. T9. F 10.F四、问答题（每小题5分，共25分）1．粘性土的塑性指数与液性指数是怎样确定的？举例说明其用途？塑性指数的确定：，用液塑限联合测定仪测出液限w L、塑限w p后按以上公式计算。

北京交通大学土木工程考博参考书和考博真题

齐梅兰
朱尔玉
季文玉
杜进生
雷俊卿
刘保东
韩冰
高日
张楠
杨庆山
石志飞
朋改非
安明喆
杨娜
田玉基
杨维国
徐龙河
王元丰
06 市政工程
李进
王锦
姚宏
李德生
夏海山
韩林飞
董晓峰
07 供热、供燃气、通风及空调李德英
工程
③3394 钢结构或 3395 钢筋混凝土结构理论或 3396 高等土力学
①1101 英语或 1102 俄语或 1103 日语 ②2249 环境工程学或 2251 土木工程优化分析 ③3707 环境评价 ①1101 英语 ②2250 暖通空调 ③3398 传热学或 3399 高等流体力学
3703 高等岩石《岩石力学基础》，中国铁道出版社
力学
1997，张清，杜静
3704 轨道结构《轨道工程》中国铁道出版社高亮.
理论与技术
3705 线路设计《铁路线路设计》中国铁道出版社魏
理论与技术庆朝主编。《铁路规划与机助设计》铁
道出版社邓域才
3707 环境评价《环境评价(第二版)》，同济大学出
学
社（第 2 版），袁润章；《混凝土的性
能》，中国建筑工业出版社（原著第四
版），A.M.内维尔
2053 路基工《路基工程》（第二版），中国建筑
程理论与技术工业出版社，2014，刘建坤等
2246 弹塑性理《弹性力学简明教程》，高等教育出
论
版社第 2 版，徐芝伦；《岩土塑性力学
专注中国名校保（考）研考博辅导权威
土木工程是个系统工程，涉及方方面面的知识和技术，是运用多种工程技术进行勘测、设计、施工的成果。土木工程随着社会科学技术和管理水平而发展，是技术、经济、艺术统一的历史见证。影响土木工程的因素既多又复杂，使得土木工程对实践的依赖性很强。

考虑各向异性损伤的统一弹塑性损伤模型

1 统一弹塑性损伤模型的建立
对于弹塑性各向异性损伤材料 ,假设在小变形时 ,其应变ε可分解为弹性应变εe 和塑性应变εp , 即有 :ε=εe +εp . 1. 1 有效应力与损伤应变张量
在定义有效应力之前 ,先来定义损伤变量 ,损伤变量可借助于图 1 所示的损伤单元来定义. 图中 A
3收稿日期 :2008207222 修改稿日期 :2009204215 基金项目 :中国博士后基金资助项目 (2004036055) 作者简介 :范文 (19672) ,男 ,内蒙古呼和浩特人 ,教授 ,从事岩土工程和力学方面的教学和研究.
εe = M T , - 1 ∶εe
(12)
则弹性本构方程变为 :
εe = C- 1 ∶σ
(13)
可以看出 ,弹性本构方程的形式不变 ,只要将弹性应变εe 和应力σ分别换成有效弹性应变εe 和有
效应力σ即可. 各向同性无损材料的弹性矩阵为 :
1 -v -v
0
0
0
-v 1 -v
0
0
9
[ C] - 1 = - v - v 1
损伤力学就是研究含损伤的固体在载荷与环境的作用下 ,损伤场的演化规律及其对材料力学性能的影响.
其研究方法主要有 : (1) 利用连续介质热力学与连续介质力学的唯象理论 ,研究损伤的力学过程 ,其着重考查损伤对材料宏观力学性质的影响以及材料和结构损伤演化的过程和规律 ,是目前比较常用的研究方法 ; (2) 材料宏观变形和损伤过程与微观损伤参数之间关系的研究方法 ,即微观损伤力学 ; (3) 近几年发展起来的基于微观的唯象损伤理论方法.
当材料受损后 ,在建立各向异性损伤模型时 ,要求有效弹性矩阵是对称的情况下 , 各向异性损伤和

东南大学土力学与工程地质 2

z：位置水头 u/γw：压力水头 V2/(2g)：速率水头≈0
总水头： h = z + u
γw
A点总水头：
h1 0
B点总水头：
uA γw
A
zA
B
L
基准面
水力坡降：水头差
i = Δh L
Δh
uB
γ w h2
zB 0
h1
=
zA
+
uA γw
h2
=
zB
+
uB γw
Δh = h1 − h2
Soil Mechanics Chapter 2
渗透速度与实际平均流速
渗透流速v并不是土孔隙中水的实际平均流速。因为公式推导中采用的是土样的整个断面积，其中包括了土粒骨架所占的部分面积在内。
土粒本身是不能透水的，故真实的过水面积Av应小于A，从而实际平均流速应大于v。一般称v 为假想渗流速度，v与vs的关系可通过水流连续原理建立:
Vs= v/n 为了研究的方便，渗流计算中均采用假想的平均流速。
H1 , H2 ...;k1 ,k 2 ...
v
=
kV ikV =
H Hi
ki
Soil Mechanics Chapter 2
算例说明
H1 = 1.0m, H2 = 1.0m, H3 = 1.0m,
k1 = 0.01m / day k 2 = 1m / day k 3 = 100m / day
v1 = v2 =v3= = v
(2)流经等效土层H的总水头损失等于各层上的水头损失之和，即
n
∑ Δh = Δh1 + Δh2 + Δh3 + = Δhi i =1