2土力学学科的发展历史

2.土工试验的发展趋势
与土的结构性相关，更加重视野外原位测 试，高质量的取样技术 室内试验：非饱和土－吸力量测，三轴试 验；微小应变的三轴试验；应力路径和应 变路径控制试验；高水平的动三轴试验 模型试验: 大尺寸、模拟振动的土工离心 机 高投入的足尺试验－振动台 岩土工程的信息化
ＬＤＴ：局部变形量 测
固结计算 渗流与受力变形的耦合 —有效应力数值分析
预压固结 渗流固结大变形计算
稳定与极限平衡计算分析
有限元的极限分析：强度折减，完全塑性模型 极限平衡理论分析：滑移线法 极限平衡法：假设滑裂面法：条分法、斜条分法、
库仑土压力法 ……
土的动力分析 经验公式法 土的动本构模型 液化理论与计算
2.4 20世纪末－21世纪 -从抽象的土转为 具体的土
2. 土力学学科的发展历史
2.1 1925之前 2.2 1925- 20世纪60年代 2.3 60年代- 20世纪80年代 2.4 20世纪末－21世纪
2.1 1925之前-土的强度与渗透
1.土的强度： 边坡稳定、挡土墙稳定、承载力 摩尔-库伦强度准则 直剪仪及直剪试验
2.土中水的渗透： 堤坝、井 达西定律 渗透试验
16：03
降雨开始 (降雨強度 90mm/hr) 浸透深度 50cm 斜面最下部深 100cm处超静孔隙水压力
斜面下半部移动开始 斜面下半部的移动量加速
5分钟1mm 5分钟3mm 5分钟5mm 1分钟10mm 斜面下半部崩塌
录像6－野外滑坡试验
15
15人不幸遇难， 11人受伤 死者当中
1.土的本构关系研究方面的总体趋势：
从抽象的土转为具体的土: 原状土、非饱和土、特殊土。 从一般的条件转为具体的条件: 土的结构性、以及在卸 （减）载、循环加载、动荷载、小应变的性状等方面。 土的结构性研究：精典的土力学理论的对象可以说主要 是饱和重塑土。堤坝、填方挡工墙、冲填土的固结算问 题——地基、基坑开挖、地下工程等问题。 1996年沈珠江院士预料：土体结构性的数学模型——21 世纪土力学的核心问题。
图100 大型振动台实验室
图101 大型振动破坏试验
野外的人工降雨泥石流试验
壤土(loam)斜坡崩塌实验
1971年11月9日15:00人工降雨开始 11日15:00左右降雨量达 500mm 陡坡中泥土突然以 20-30m/s流出 斜坡崩塌，泥石流产生 推倒28米外的护栏 泥石流到达 55米外的水池中央 31人被埋， 15人死亡年
太沙基
（Karl Terzaghi) (1883-1963)
图74 太沙基
图75单向固结压缩仪
三轴仪简图 图76 三轴仪
2.3 60年代- 20世纪80年代-变形与强度的 耦合:土的本构关系模型
理论土力学 : 土的本构关系模型的研究高潮
实验土力学 : 各种复杂应力路径试验仪器
计算土力学 : 有限元法，非线性数值计算
图79 平面应变仪
图80 真三轴仪
图81方向剪切仪
图82 空心圆柱扭剪仪
图83空心圆柱扭剪仪
环剪仪
单剪仪 图84 单剪仪与环剪仪
图85共振柱试验仪
原位测试及现场试验
原状土的强度与变形指标
图86 旁压仪及其试验简图
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弹性阶段
塑性阶段
图87 旁压试验曲线
百度文库pl
Screw Plate Compressometer 图88 螺旋板压缩仪
图95 量测微小应变 （<0.005% ） 的三轴试验
图96 不同量测方法的应力应变关系
图97非饱和土三轴试验仪
图99应力－应变路径 三轴试验仪
日本兵库县，三木震灾纪念公园 大型三维振动试验台
面积：20m? 15m 质量： 1200t 最大加速度度：水平－ 0.9g；竖直－1.5g 最大速度：水平 -200cm/s；竖直-70cm/s 最大位移：水平－ 100cm；竖直－50cm 造价：约 5亿美元
Iowa Borehole Shear Test 图89 深孔剪切试验
模型试验
自重为主的应力应变相似性
美国 科罗拉多大学的离心模型试验机 图90 土工离心机 （Colorado, Denver)
图91清华大学离心机
压力水
??h jh= ?wih
图92 渗水力模型试验原理
? z=i ?w+ ?? ＝n ??
几种本构模型
线弹性模型
非线弹性模型
应变软化弹性模型
刚塑性模型 弹性－理想塑性模型
弹塑性模型
图77 几种本构模型的外应力应变 曲线
2.土工试验 室内试验 野外实验与原位测试 模型试验 足尺试验
室内试验 :
与土的本构关系模型研究相适应的 复杂应力路径试验仪器与方法
改装式与 盒式真 三轴仪
图78 真三轴仪
库仑 （C. A. Coulomb ）
(1736-1806)
图72 库仑
图73直剪仪仪器简图
2.2 1925- 20世纪60年代-土的变形
土的变形：地基的沉降、土体固结 太沙基：有效应力原理与 一维渗流固结理论 压缩仪、三轴仪
强度与变形的分割： 强度问题－极限平衡分析； 变形问题－压缩仪试验与分层总和法计算。
图93 渗水力模型试验仪器
足尺试验
昂贵而有效的试验方法
图94 加筋挡土墙的足尺试验
3. 土工数值计算 :本构关系模型研究的推动与 应用
将碎散的岩土体看作连续介质 -连续介质离散 化：
有限差分法 有限单元法 有限条法 有限线法 边界元法 无单元法 ……
渗流与固结计算 渗流计算： 饱和土体稳定渗流、非稳定渗流计算 非饱和土体渗流计算
实用土力学：解决工程问题
近代土力学的分支
理论土力学
实验土力学
试验模拟
对试验和模型试验的 数值模拟
提供计算参数；验证计算结果 （模型实验）
计算土力学
实用土力学
岩土工程的实践
数值模拟
1.土的应力应变模型理论 （本构关系模型）
弹性——线弹性与非线弹性理论模型 塑性——刚塑性、理想塑性、弹塑性理论模
型、亚塑性模型、边界面模型 内时理论模型
茨城県真壁郡大和村大字大曽根 加波山（標高 709ｍ）北西斜面
图104 现场试验场地
2. 室外试验
关东壤土 (风化花岗岩上 火山灰堆积层)
ρ=1.45
w=5% 倾角：30° Nc<50: 1.2～3m
图105 试验布置示意图
过程：
09：07 10：15 13：30 产生 15：00 15：30