论有效应力原理与有效应力

有效应力原理是土力学区别于一般固体力学的基础,是土力学的核心基石。Terzaghi有效应力原理从提出至今就一直饱受争议,特别是有关Terzaghi有效应力的近似性问题是争议的焦点。从有效应力原理的任务出发,阐明有效应力原理的内涵是土体可量测荷载效应—外荷载间的一般规律。指出有效应力的作用是联接土体强度、变形等可量测荷载效应与外荷载间的纽带,定义对土体强度特性和变形行为等可量测荷载效应产生直接影响的土体应力为有效应力,因此,有效应力不是唯一的,它们是土体中真实存在应力的名义表述,可以依据应力平衡原理和流体压力与土颗粒间的相互作用关系给出,不同的有效应力定义就对应不同的有效应力计算公式,从而解释了Terzaghi有效应力原理近似性的原因。提出了强度相关有效应力和变形相关有效应力(Terzaghi有效应力)的概念,严格推导了他们的计算表达式,阐述了强度相关有效应力与土体剪切强度、变形相关有效应力与土体变形的一般关系。进一步,基于莫尔库仑强度准则,推导了土体抗剪强度与Terzaghi有效应力和孔压的关系。     

连续孔隙介质土力学及其在非饱和土本构关系中的应用

首先论述了土力学的理论基础仍然很不完善,仍处于半理论、半经验的发展阶段,它还缺少统一的理论基础。指出:连续孔隙介质土力学是以多相孔隙介质理论为基础描述自然界中土的行为的一门科学,它(或多相孔隙介质理论)可以作为土力学统一的理论基础。然后介绍了连续孔隙介质土力学的理论基础,讨论了多相孔隙介质理论的整体平衡方程的建立以及土力学中控制方程的选择和确定。针对非饱和土问题,利用多相孔隙介质理论(包括热力学和内变量理论),基于3种广义应力即非饱和土的有效应力(式(22))、基质吸力和气相压力作为3个独立的应力状态变量,提出并详细地论证和推导了考虑气相的能量耗散和塑性体积变形的非饱和土弹塑性本构方程。     

土的有效应力原理相关问题的分析

土的有效应力原理是土力学特有的原理,对解释和分析一些与水有关的土体变形破坏现象和问题有重要作用。近几年来,笔者在阅读学术刊物的文章和对笔者文章的审阅意见、参加学术会议讨论中发现,一些同行对与土的有效应力原理有关的若干问题的认识存在错误。本文对这些错误认识进行分析,期望对正确认识与土的有效应力原理有关的若干问题有所帮助。     

基于有效应力原理的基底压力的理论研究

基于有效应力原理对基底压力进行分析,推导了偏心荷载作用下基底压力的相关计算式,分析发现与现行土力学理论的计算结果存在不同。通过举例对两种方法的计算结果进行了对比,结果表明,当弯矩增大到一定程度后,两种方法计算得到的基地最大压力和基底压力分布范围均不相同。基于有效应力原理的基底压力计算更能体现有效应力原理在土力学理论中基础和核心地位。     

谈太沙基有效应力原理

以李广信先生的《有效应力原理能够推翻吗》论文为基础,该文对李(李广信先生)文中的内容进行了分析,并根据新饱和土有效应力原理提出了自己的观点.该文认为,如果新饱和土有效应力原理正确,推翻了太沙基有效应力原理,实际上是理论土力学的一次进步,使理论土力学更"理论".另外,该文对作者自己前几篇论文中不恰当的说法进行了更正.该文的讨论可为理论土力学的发展和水土压力计算提供参考.     

实用主义与土力学

通过对有效应力原理、强度准则、地基沉降计算、本构关系模型、非饱和土以及工程中土的参数等方面的论述,说明了土力学的实用主义特色;指出土作为一种十分复杂的材料,土力学作为一门感性很强的实用的学科,研究者应立足于工程实用,密切结合实际,不惮于亲自参与工程实践,才能认识和理解土力学与土工实践中实用主义的有效性和必要性,才会获得切实的成果,为岩土工程作出贡献。也同时指出了实用主义的局限性,它常常与经验主义为邻,因而土力学的概念和理论是不容忽视的。     

基于分层总和法的地基沉降计算教学反思

目前,工程中计算地基沉降常使用规范推荐方法,而各类土力学教材所用的方法却不尽相同,或者直接介绍分层规范推荐方法,或者根据分层总和法的基本原理进行讲解。总体而言,各类教材对此处知识点的介绍侧重不同,对沉降计算整体知识框架关注不够。通过比较规范推荐方法与土力学教材中常用的一般原理法,建立两种方法的联系,同时进行教学反思,以期找到一种更好的教学方法,从原理上讲解工程中所使用规范方法的具体内涵,帮助学生理解沉降计算知识体系。     

新饱和土有效应力原理下的地下建筑浮力计算

通过引入岩土给水度参数,推导出新饱和土有效应力原理,实现水土压力分算与合算的统一计算。通过力的平衡原理和新饱和土有效应力原理,从理论上推导出饱和岩土浮力计算公式并定义了岩土浮力系数。通过分析地下建筑受力情况,确定了地下建筑浮力统一计算公式。地下建筑所受浮力是在阿基米德定律上的折减,折减系数只与给水度参数有关,折减系数值与新饱和土有效应力原理中的中和应力系数相等。同时对以前推导新饱和土有效应力原理过程中不恰当的说法进行了更正,希望能对理论土力学的发展和地下建筑浮力计算有所帮助。     

用土力学的新概念解读和修正经典饱和土力学

论述了应该用有效应力的新概念代替经典有效应力原理。总应力压缩模量与渗流水等效压缩模量的曲线相似;有效应力压缩模量起加劲作用,而不是起决定性作用。土的压缩变形计算中应用有效应力原理是错误的。对于起始水力坡降,引入饱和粘性土的自由水压力衰减概念。在饱和粘性土中,自由水通道率折减不大,相对自由水压力通过一定厚度后衰减为零。所以,新概念土力学的算法接近我国规范:"对粘性土宜按水土合算计算"。还解读了地下室浮力折减、流沙陷阱等等。     

土的自重应力新探

土的自重应力分布是土力学的基本理论之一,对于地下水位以下饱和粘性土中的自重应力分布目前学术界尚无定论。本文分别从浮力原理和有效应力原理出发,探讨了渗流作用下土的自重应力分布问题,揭示了地下水竖向渗流对土的自重应力分布的影响作用,解决了地下水位以下饱和粘性土中的自重应力分布问题。本文研究成果显示,在多层含水层系统中,由于地下水水头分布的不同,地下水在地下水位以下饱和粘性土中可能产生负浮力、零浮力、欠浮力、静水浮力或超浮力,土的自重应力分布与传统方法计算结果有很大的差别。正是由于地下水竖直方向的渗流影响,造成了长期以来对土的自重应力的低估或高估,以及对土的应力历史的误判。因此对土力学以及岩土工程中的许多问题比如土压力问题、地下水的浮力等问题,需要重新审视。     

土力学在工程项目中的应用分析

对土力学作了简要的论述,介绍了土力学理论在土的变形及地基沉降计算、天然地基承载力计算、挡土墙等工程项目中的应用情况,并对土力学的工程应用前景进行了分析,以不断地补充和完善土力学的理论知识。     

考虑气相压力变化和偏应力影响的非饱和土本构模型

基于连续介质土力学的本构模型框架,提出了一个三轴应力状态下的非饱和土本构模型。与非饱和土中的双应力变量不同,根据非饱和土功的表达式,选择广义有效应力、修正吸力和气体压力作为模型的应力状态变量。模型中考虑了气相压力变化对土体变形的影响,给出了固–液–气三相耦合的本构方程。固相采用了非相关联流动法则,并在固相硬化方程中考虑了液相和气相的影响。液相方程利用土水特征曲线描述,并考虑了塑性体应变的影响。气相方程的建立利用了Boyle定律和Henry定律,给出了受固相和液相变形影响的气相方程。最后建立了非饱和土弹塑性增量方程。利用已有的试验数据对模型进行了验证,并将考虑气相影响与未考虑气相影响的预测结果进行了对比。     

土力学基于慕课的翻转课堂教学模式探析

近年来,慕课等线上教学潮流给高等教育带来了新的机遇和挑战,而以翻转课堂为主流的教学方法是实施慕课教学较为有效的形式。土力学课程涉及的前置课程宽泛、理论性强,有些内容预备知识不够充分,学生学习难度较大。文章介绍了土力学课程基于慕课的翻转课堂教学模式的设计思路,提出了课前自主学习、课中翻转课堂和课后知识拓展三大教学模块,以期为土力学课程的教学改革提供参考。     

非饱和土等效固结变形特性与一维固结变形分析方法

非饱和土的固结变形特性及分析方法一直是土力学的研究热点。由于非饱和土是一种三相的多孔松散介质,三相之间不仅具有力学效应复杂多变的收缩膜,而且还存在气、固与固、液之间的电化学作用和物理作用以及它们物理性态变化的影响,因此,仅依据吸力特征量来反映固、液、气及收缩膜之间的联系对于认识非饱和土力学特性存在很大困难。从非饱和土客观存在的固结变形变化以及固结变形稳定时固、液、气共同构成的等效骨架承担压缩应力出发,提出将复杂多变的非饱和土固、液、气三相及收缩膜和各相的物理化学表观作用等效为骨架相和流体相,通过压缩、固结试验揭示了非饱和土固结过程的等效骨架相应力和等效流体相压力的变化规律、瞬时压缩变形特性,以及等效固结系数,将复杂的非饱和土固结问题简化为两相耦合作用问题,建立了一种实用的非饱和土一维等效固结分析方法。     

以兴趣激发为着力点的土力学课程教学改革

土力学课程教学内容较枯燥,易挫伤学生学习积极性,影响教学效果。为此,通过广泛发掘土力学课程内容趣味点,以启发引导式教学方法为基本框架,设计以兴趣激发为特色的土力学课程启发引导新型教学方案。将趣味点融入知识点进行问题设计,从学生日常见闻和切身场景中引出问题。在启发引导过程中教师主要发挥适时引导作用,强化学生的主体地位,重视学生的参与,让学生在充分享受求知乐趣的同时寻求问题答案,最后通过总结环节激发学生成就感,体会科学研究的严谨性。以实际案例介绍新型教学方案的实施过程,剖析方案的设计依据与实践经验,并基于教学实践反馈进行总结分析。     

基于土木工程专业创新型人才培养的土力学课程教学改革与实践

为了提高当前大学课程教学质量,培养基础理论扎实、实践能力较强、综合素质较高的土木工程创新型人才,对土力学课程的教学改革与实践进行了探索。土力学是土木工程专业重要的专业基础课程,学好土力学课程,可以帮助土木工程专业学生更好地掌握相关后续课程知识,提高学生的创新意识、创新思维、创新精神及实践创新能力。基于培养土木工程专业创新型人才的需要,针对土力学课程的特点,结合多年的教学实践经验,从教学大纲、教学内容、教学方法和考核模式等方面对土力学课程的教学改革与实践进行探索,并提出相应的改革与实践方法,旨在提高土力学课程的教学质量,培养学生的创新思维、实践创新能力及综合素质,为培养土木工程专业创新型人才打下坚实的基础。     

Formulation of a Dusty Gas Model for Multi-Component Diffusion in the Gas Phase of Soil

Soil vapor extraction and bio-venting have been utilized for purification of contaminated soil or groundwater. It is necessary to predict the movement of gas phase components in soil for the design of soil vapor extraction and bio-venting systems. Though chemical substances migrate with advection and diffusion in gas phase of soil, we investigated multi-component diffusion systems in gas phase of soil. Numerical modeling for multi-component diffusion is useful to the prediction of the movement of components. A dusty gas model for multi-component diffusion systems has not so far been formulated by the Finite Element Method; furthermore it has not been applied for assessing the movement of components in the gas phase of soil. Accordingly, a dusty gas model for three gas phase components was formulated by the Finite Element Method in this study, and the concentrations of components in binary and multi-component gas systems were calculated by numerical methods developed in this study. As a result, it was found that the dusty gas model must be applied for study of diffusion in a multi-component gas system; and the study showed that the difference between molecular weights of gas phase components influenced the movement of components in the gas system.     

土力学教学中几组关系的辨析

根据土力学研究对象的特殊性、多学科交叉性,以及学科体系的不成熟和不完善性等特点,结合教学体会及经验,文章辨析了土力学教学过程中理论与实践的关系,还原论与系统论的关系,土力学课程与其他课程的关系,教材知识与创新能力培养的关系,教材内容与最新科研成果的关系,传统教学手段与现代教学手段的关系,师生关系,新旧教学内容关系,以及教学过程与教学结果的关系等。     

土力学省级重点课程建设实践

本文介绍了土力学课程的知识结构,提出了本课程的总体建设目标。依据省重点课程建设的评估体系与评价指标,结合我校的实际情况,在总体建设目标的基础之上,提出了本课程具体的建设方案与措施。通过课程建设方案的实施,土力学课程的建设取得了良好成效。     

任务驱动式教学法在土力学课程中的实践

土力学是一门重要的土木工程专业基础课程。文章分析了土力学课程教学的现状,指出该课程教学存在的主要问题是知识内容体系落后于人才培养的要求,以及课时少与内容多之间的矛盾;认为将任务驱动式教学法运用于该课程教学中,可以有效提升学生学习的兴趣和课堂效率。文章还介绍了任务驱动式教学法的基本原理,从设计任务、分析布置任务、辅导完成任务、评价任务四个方面阐述了任务驱动法的实施过程。