非饱和土有效应力的大气张力公式与新概念土力学

海南学者蒙理明,在《建材世界》期刊共发表10篇论文,初步建立"非饱和土有效应力的大气张力公式与新概念土力学"的构架。其要点有:应该用有效应力的概念代替经典有效应力原理,即有效应力是土体中提供抗剪强度的点的集合所对应的应力;非饱和土有五相;自由水和孔隙气具有等效压缩刚度(等效压缩模量和等效压缩系数);有效应力的实质是自由水和孔隙气没有抗剪能力;大气张力抗拉强度,揭示了非饱和土的"吸力"之谜;大气张力库仑抗剪强度,展示了经典凝聚力的全貌;应该用绝对压强论述土力学。其公式有:非饱和土有效应力的大气张力公式;大气张力系列的饱和度系数和自由水通道率、有效自重应力、地基承载力、郎肯土压力、库伦土压力、土坡稳定、地基压缩变形和渗流固结等。     

非饱和土大气张力通用公式与地基渗流固结沉降

提出了"地基渗流固结理论应该用超自由水压力的等效压缩系数来描述,地基沉降应该用总附加应力及总应力压缩模量来计算,都不需要有效应力";用超自由水压力的等效压缩系数修正了太沙基一维固结微分方程;初步探讨了非饱和土的等效压缩系数和等效压缩模量。     

关于土力学中几个值得商榷的问题

关于目前通用的土力学教材中常常存在一些值得讨论或商榷的问题：如单向偏心荷载下基底平均压力的计算方法；挡土墙墙背后为粘性土且有均布超载的情况下墙后主动土压力强度的计算（朗肯土压力理论方法）；正常固结饱和粘性土在固结不排水试验中有效应力和总应力指标的关系等。这些问题在东南大学、浙江大学、湖南科技大学以及苏州科技学院等合编的《土力学》教材中显得模糊不清，容易给读者造成误解，影响土力学有关原理的应用。     

关于有效应力原理的几个问题

分析了关于饱和土体有效应力原理的一些错误的概念和理解,针对在饱和土中的孔隙水压力是否需要折减,黏性土的结合水能否传递水压力,试验中和原位孔隙水压力和地下室浮力的量测以及岩石、混凝土和黏土中有效应力原理的实用性等问题进行了讨论。指出长期的工程实践和大量的试验成果表明有效应力原理对于饱和砂土和黏土都是适用的和有效的。     

可塑～坚硬状粘性土压缩模量在实际受荷压力段的取值探讨

根据粘性土室内侧限压缩试验曲线，理论上推导出地基土在实际受荷压力段的压缩模量当量值，并考虑原土结构性和有效应力损失等因素对该值进一步修正，得到可塑～坚硬状粘性土压缩模量比较合理的数值。     

土力学的新概念与特殊土强度初探

讨论了红粘土的实际饱和度的算法;分析了蒙脱石颗粒内表面结合水对膨胀土的三项组成的影响,提出了膨胀土实际饱和度和孔隙比的算法;认为湿陷性黄土由土骨架(包括微小孔隙)和大孔隙组成,提出了骨架率、骨架饱和度和骨架孔隙比的算法。进一步,求得特殊土的饱和度系数和自由水通道率。再进一步,得到特殊土进行大气张力系列的地基承载力、库伦抗剪强度、郎肯土压力、库伦土压力、土坡稳定计算的方法。新概念土力学以有效应力的新概念为基础,以抗剪极限状态的有效应力的大气张力公式为基本公式。     

用土力学的新概念揭开非饱和土力学之谜

该文用土力学的新概念解答了有效应力、吸力、经典凝聚力、抗剪强度、土的压缩变形及固结等等问题。在抗剪极限状态,颗粒接触点、结合水膜和表面张力收缩膜的对应项是有效应力。在绝对压强下,再没有负的土中自由水压力之说。非饱和土的吸力有4项,包括颗粒摩擦或咬合、结合水膜、表面张力收缩膜、水气不抵大气压强抗拉强度。经典凝聚力等价于初始抗剪强度,有2项,包括真凝聚力和初始摩擦抗剪强度。天然非饱和土的抗剪强度有4项,包括膜、水气不抵大气压强自重应力、土自重应力、附加重力的抗剪强度贡献。应该用总应力模式分析土的压缩变形及固结,非饱和土的本构关系应该是总应力、水分与总应变的关系。     

土力学的新概念与土骨架

该文用土力学的新概念改善和细化了土骨架理论。土骨架的3要素有:土颗粒,包括其结合水;接触(点或面);联接(收缩膜,公共结合水膜)。土颗粒相互接触,或相互联接,或即相互接触又联接构成土骨架。土骨架溃散指土颗粒即没有接触也没有联接。结合水膜联接最强,其次到收缩膜联接,最弱是接触。土骨架局部失去接触或联接为损伤;溃散或损伤的土骨架重新建立接触或联接为修复,还伴有加密的为增强。饱和土的土骨架体积,是包括结合水膜的土颗粒体积;非饱和土的土骨架体积,是包括结合水膜的土颗粒,加上收缩膜联接的体积。土是由土骨架和广义流体组成的,与非饱和土有效应力的大气张力公式相对应。应该用绝对压强分析广义流体。有效应力的新概念也可以描述为:有效应力是土骨架的接触和联接所对应的应力;总应力由有效应力和广义流体应力组成;有效应力的实质是广义流体没有抗剪能力,但具有抗压能力;应该用总应力模式分析土的压缩变形。分析了泥浆干缩、流沙陷阱、地基压缩变形及渗流固结、特殊土灾变、地震灾害的土骨架;还有人工增强土骨架(地基处理)。     

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。     

软土地基孔隙水压力性状理论的研究

为了研究软土地基正常固结饱和粘性土孔隙水压力性状,利用重塑饱和粘性土探讨了固结不排水三轴试验中孔隙水压力表达式,由有效路径唯一性提出了一个适于不同总应力路径的孔隙水压力方程,反映了土的非线性应力应变特性。     

土力学双语教学探讨

为进一步适应经济全球化、科研教育国际化的发展态势,各高校加大改革力度,优化课程体系,扩大双语教学范围,逐步与国际接轨。土力学作为土木工程(岩土工程)、地球物理工程和工程地质专业的基础,选择其作为双语教学的试点是当前无法将所有专业课都实现双语教学条件下的一个明智之举。文章从土力学双语教材的优选、师资队伍的建设、学生基本功的培养、如何提高教学质量等环节入手,阐述了土力学双语教学的几个必要条件。     

土力学网络课程建设探索

文章针对土力学课程的特点,阐述了暨南大学土力学网络课程的建设特色,分析了网络课程的建设目标、组织结构和设计思路,指出了对于土力学这样与实践有密切联系的课程,网络课程制作不仅需要先进教学理论和教学经验的支撑,更需要知识拓展的内涵,即网络课程不仅是通过网络表现的课程教学内容及实施教学活动的总和,也是将教师、学生、教材和科学实践四个要素紧密联系起来的载体。     

隧道联络通道冻结加固的力学计算

针对工程实例,进行了隧道联络通道冻结加固计算。通过合理选用参数,简化计算模型,采用结构力学计算方法,给出了联络通道水平通道段和喇叭口段的最大组合应力值,计算结果安全系数满足规范要求。实际施工结果满足设计要求,也说明结构力学计算方法是可行的,可以对冻土帷幕强度进行验算。     

非饱和土力学的分形理论

室内试验确定非饱和土的力学性质有许多困难,特别是非饱和土的渗透系数,非饱和土渗透系数量级小,随吸力变化幅度大。非饱和土的孔隙结构与非饱和土的力学特性有关,非饱和土的孔隙结构用分形模型表示,分形理论可以用于研究非饱和土的力学特性。本文采用分形理论描述土体孔隙特性,导出非饱和土的水份特征曲线、渗透系数、剪切强度、膨胀变形和压缩变形的表达式。非饱和土的吸力与孔隙的关系由Young-Lapalace方程表示,将孔隙与非饱和土力学性质联系起来。文中非饱和土的理论公式与试验结果符合得很好。     

土力学实验教学改革的思考

当前土力学的实验教学在制度和管理等方面存在着较多问题,直接影响了教学效果。针对存在的不足,在对教学计划、管理模式、实验内容、考核方式等方面进行系统分析的基础上,提出了对土力学实验教学进行改革的各项具体建议,以切实促进教学质量的提高。     

土力学教学中几个基本概念的分析

把握好土力学基本原理的教学内容和方法是土力学课程改革最重要的部分。对在教学过程中学生易产生概念混淆的几个基本概念进行了分析,旨在使学生能巩固和加深对这些概念的理解,对今后工程实践中运用相关知识来解决土力学问题有所帮助。     

土力学课程特点及其教学方法的探讨

土的碎散、多相的组成和作为地质历史的产物,使其力学性质极为复杂,这种复杂性决定了土力学与其它力学学科不同。土力学是一门技术性强、实用性强的工程技术基础学科。土力学学科特点决定了在土力学教学中,重概念、重理解、重视实验环节、重视理论与实践相结合、重视培养学生综合判断的能力。     

开放式土工实验的实践与思考

针对目前土工实验教学内容和教学方法陈旧,演示型、单一型实验偏多,综合型、设计型实验偏少,理论教学与实验脱节以及实验设备大量闲置的现象。从倡导创新及个性化教育,理论教学与工程能力的培养相结合,激发学生的学习兴趣为出发点,提出了开放式土工实验教学模式。新模式在培养学生创新能力,提高教师综合素质,规范实验教学及实验中心管理上取得了好的效果。     

启发式教学在土力学教学中的应用

土力学在课程内容和教学体系等方面都有其自身的特点。该课程比较适合采用启发诱导的教学方法。文章以抗剪强度理论一节的教学为例,介绍了启发式教学在土力学中的应用。同时论述了应用启发式教学应注意的问题。