河海大学殷宗泽高等土力学1(英文)Constitutive Law of Soil

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高等土力学-土的本构关系

高等土力学-土的本构关系
本构关系的定义
第二章 土的本构关系
2.1 概述
仁者乐山 智者乐水
体积力 面力 静(动) 力平衡
应力
本构方程
位移
几何 相容
应变
本构关系在应力应变分析中的作用
第二章 土的本构关系
2.1 概述
传统土力 学分析方法
变形问题 (地基沉降量)
稳定问题 (边坡稳定性)
仁者乐山 智者乐水
• 弹性理论计算应力 • 压缩试验测定变形参数 • 弹性理论+经验公式计算变形
第二章 土的本构关系
本章内容提要
土的变形特性
土的非线性弹性模型 • 邓肯张EB和E模型
土的弹塑性模型
• 剑桥模型(CamClay) • Lade-Duncan模型 • 清华弹塑性模型 • 沈珠江双屈服面模型
第二章 土的本构关系
p108页 – 109页 第 14,18,19,33题
第二章 土的本构关系
O
B
A
v
3
1
平均应力 p
等向 固结线
B
土样总
A
体剪胀区
O
近似弹性
剪切起点
剪缩剪胀 分界点
V0
体应变 v
第二章 土的本构关系
2.3 土的应力变形特性
弹塑性、滞回圈、卸载体缩
400 q
仁者乐山 智者乐水
200
滞回圈
0
2
1
v
p
4
6
e
卸载 体缩
8 1 (%)
单调与循环加载的三轴试验曲线 (承德中密砂)
第二章 土的本构关系
土力学中应力符号规定
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力

河海大学-土力学学课后习题答案完整版

河海大学-土力学学课后习题答案完整版

(1) B 试样
d10 0.0015mm d30 0.003mm d60 0.0066mm
Cu
d60 d10
0.0066 0.0015
4.4
Cc
(d30 )2 d10d60
0.0032 0.0015 0.0066
0.91
1-2 解:
已知: m =15.3g mS =10.6g G S =2.70
饱和 S r =1
又知: mw m mS 15.3-10.6=4.7g
(1) 含水量
mw = 4.7 =0.443=44.3% mS 10.6
(2) 孔隙比
e G S 0.443 2.7 1.20
Sr
1.0
(3) 孔隙率
e 1.2
0.545 54.5%
1 e 11.2
(4) 饱和密度及其重度
(2) 对 B 土进行分类
① 由粒径分布曲线图,查得粒径大于 0.075 ㎜的粗粒含量大于 50%,所以 B
土属于粗粒土;
② 粒径大于 2 ㎜的砾粒含量小于 50%,所以 B 土属于砂类,但小于 0.075
㎜的细粒含量为 28%,在 15%~50%之间,因而 B 土属于细粒土质砂;
③ 由于 B 土的液限为 24.0%,塑性指数 I p 24 14 10 ,在 17 ㎜塑性图上
d d g 1.2310 12.3kN / m3
1-3 解:
d
1
1.60
1 0.06
1.51g / cm3
e s 1 Gs w 1 2.70 1.0 1 0.79
d
d
1.51
e 0.79 sat Gs 2.70 29.3%
m V 1.60100 ms 1 1 1 0.06 150.9g

《土力学》教学大纲一 课程名称土力学SoilMechanics二 课程编号

《土力学》教学大纲一 课程名称土力学SoilMechanics二 课程编号

《土力学》教学大纲一、课程名称:土力学Soil Mechanics二、课程编号:0406006三、学分学时: 2.5学分/ 40学时四、使用教材:卢廷浩主编,《土力学》,河海大学出版社,2010年五、课程属性:学科基础课/ 必修六、教学对象:地质工程专业本科生七、开课单位:土木与交通学院岩土工程科学研究所八、先修课程:材料力学、水力学等九、教学目标:土是自然产物,土的形成、土的组成、土的结构极为复杂。

《土力学》是研究土的物理力学性质的一门学科。

通过本课程的学习,使学生掌握土的基本物理力学性质。

要求掌握:土的物理指标含义与换算,土体渗流理论,土的压缩固结理论和强度理论。

会进行土体渗流计算与分析、地基应力计算与沉降计算、地基承载力计算、土压力计算和进行土坡稳定分析;掌握常规的土工试验技能和确定计算参数的方法,达到能自由运用土力学的基本原理和方法解决实际工程中与土体有关的稳定、变形和渗流等工程问题,为以后从事专业工作和进行科学研究打下基础。

十、课程要求:本课程采用课程讲授、案例分析等教学方式,实行研究型教学,重点培养学生的基本理论素养和问题分析能力。

因此,本课程要求课前必须阅读教材的相关部分和参考文献;课后按时完成布置的作业。

请到国家精品课程土力学网站下载相关教学资源,并及时进行教学互动交流。

本课程教学环节中包括:八次作业和一次期末考试,要求:各种作业、练习及考试,学生必须独立完成,遵守学术诚信原则。

如果发现抄袭等情况,将取消该项成绩。

十一、教学内容:本课程主要由以下内容组成:第一章绪论(2学时)⏹知识要点:介绍本课程的性质和任务。

如土力学研究的对象,研究内容及方法以及与专业的关系。

⏹重点难点:土力学研究内容及方法。

⏹教学方法:课堂讲授。

第二章土的物理性质指标(4学时)⏹知识要点:土的组成;土的物理性质指标;无粘性土的相对密实度、粘性土的稠度及土的压实性。

⏹重点难点:土的物理性质指标换算,土的物理状态指标的概念及影响因素。

河海大学殷宗泽高等土力学1(英文)Constitutive Law of Soil

河海大学殷宗泽高等土力学1(英文)Constitutive Law of Soil
1 1 E 2 E 3 E
Boussinesq solution
1
3
E 1 E E
E 1 2 E 1 3 E
Advanced soil mechanics
• • • • • Constitutive law of soil Material components of soil & classification Strength of soil Consolidation and rheology Slope stability
Constitutive Law of Soil
Yin Zong-ze 殷宗泽
What is constitutive law?
Stress-strain relationship Stress-strain-strength relationship Stress-strain-time relationship Stress-strain-temperature relationship
v a 2 r 0 r 0.5 a
v 0 r 0.5 a
1 r a 2
a
r
Shear dilative
Shear compressive
(3) Plastic shear strain
• Expression of shear strain
stress strength strain


T t
f


1. Stress-strain Tests
(1) Compression test

高等土力学第一章 课件

高等土力学第一章  课件

土的动应力-应 变关系
土的动力性质分 类
地震工程中的土动力学问题
土的动力性质:土的动剪切强度、动压缩强度和阻尼比等 地震工程中的土动力学问题:地震引起的土体液化、震陷、滑坡等 土的动力学模型:土的动力学本构模型、数值模拟方法等 抗震设计方法:基于土动力学原理的抗震设计方法、土体加固技术等
抗震设计方法与措施
土的应力-应变关系
土的应变:土体变形的程度
土的应力:土体受到的压力 或拉力
土的应力-应变关系曲线: 描述土的应力与应变之间的
关系
土的应力-应变关系的影响 因素:如土的种类、含水率、
温度等
04
土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义:土体抵抗剪切破坏的极限能力
土的强度分类:天然强度、有效强度、瞬时强度
地下水渗流 对工程的影 响
排水设计的 基本原则和 方法
排水设施的 种类和特点
排水设施的 布置和设计 要点
排水设施的 施工和维护
渗流对土体稳定性的影响
渗流现象及其产生原因 渗流对土体稳定性的影响 土体排水与加固措施 实际工程中的应用与案例分析
06
土的动力性质与地 震工程
土的动力性质
土的动强度
土的动变形
土力学的基本原理和概念 土力学在土木工程中的应用范围 土力学在土木工程中的具体应用案例 高等土力学在土木工程中的重要性
高等土力学在水利工程中的应用
水利工程中的土压力问题:介绍土压力的 产生、分类和计算方法,以及在水利工程 中的应用。
水利工程中的渗流问题:介绍渗流的基本 原理、计算方法和在水利工程中的应用, 包括堤坝、水库等。
土的物理性质
土的分类:根据土的颗粒大小、矿物成分、结构等特点进行分类 土的物理性质指标:包括密度、含水量、孔隙率、塑性指数等,用于描述土的物理性质 土的力学性质:包括抗剪强度、压缩性、渗透性等,用于描述土在力作用下的行为 土的工程分类:根据土的工程性质和特点,将土分为不同的类型,以便于工程设计和施工

土力学河海大学第3版课后答案

土力学河海大学第3版课后答案

土力学河海大学(高等教育出版社第三版)第一章.土的物理性质和工程分类1-1.2.7010.6g 15.3g s ===G m m s ,,(1).含水率%3.44%1006.106.103.15=⨯-==s w m m w (2).孔隙比()197.17.2/6.101/6.103.15=-==s v V V e (3).孔隙率%48.54%100197.11197.11=⨯+=+=e e n (4).饱和密度()3s sat g/77.1170.47.26.106.103.1516.10cm V V m V w =+-⨯+=+=ρρ(5).干密度3d 1.23g/cm 8.6310.6===V m s ρ;(6).饱和重度3sat sat 17.35kN/m 9.81.77=⨯==g ργ;(7).干重度312.05kN/m9.81.23g =⨯==d d ργ1-2.3s 3cm /48.128.0190.11%0.2865.2cm /g 90.1g w w G d =+=+====ρρρ,,(1).孔隙比79.0148.1165.21=-⨯=-=d w S Ge ρρ(2).孔隙率%4479.0179.01=+=+=e e n (3).饱和度%94%10079.065.228.0%100=⨯⨯=⨯=e wG S s r 1-3.%0.67.2cm /g 60.1cm 10033====w G V s ,,,ρ3d cm /g 51.106.0160.11=+=+=w ρρg 151==V m d s ρ;7.2==w s s G ρρ3s 15155.93cm 2.7s s m V ρ⇒===g 9151160=-=-=s w m m m 3cm 9==⇒w ww m V ρ3cm 1.35993.55100=--=--=w s a V V V V 孔隙比不变,说明饱和时孔隙中气体体积全部转化为水的体积g2.35==a w w V m ρ土体中应加水g2.351-4.s w sw m m m m w 06.0%0.6%100=⇒=⨯=g 6.56g 4.943g 10001.06g 1000==⇒=⇒=+w s s s w m m m m m ;gw m m s w 1.150%164.943=⨯=∆=∆需要加水g1.1501-5.()()3d 3g/cm 74.115.0151.11g/cm 51.1825.01175.21825.05.075.215.0=+⨯=+==+⨯=+==⨯==w e G S wG e A A w s dA r S A ρρρρ同理,31.84g/cm =B ρ,3d 1.74g/cm=B ρ有dB dA B A ρρρρ<<,,故(1)、(2)均错1-6.(1).0.330.45-0.970.80-0.97-e e e -e 0.80e 0.45e 0.97e min max max min max ======Dr ,,土体饱和时,有%85.29%10068.280.0%100=⨯==⇒==s G e w e wGs Sr相对密实度为0.33,饱和含水率为29.85%(2).606.0%702minmax 2max =⇒=--=e e e e e D r 不妨令土颗粒体积为1m 3,则332310.194m 0.606m m 8.0=∆⇒==V V V V V V ,m 32.06.0606.08.0m 6.038.13m 8.118.0231=-=∆=∆===⇒==+=+=S V h h V S mh V V V V s ,1-7.(1).证:将SV w s s V V e G ==,ρρ代入,有d s V s s s sV s s w s V m V V V V V V e G ρρρρ==+=+=+1将ee n +=1代入,有()d w s ws w s e G e G n G ρρρρ=+=+=-1111(2).证:将ws s s V V w r G V V e V V S ρρ===,,代入,有:ρρρρρρ=+=+=+⋅+=++V m m V m V V V V V V V V e e S G w s w s s w SV S S V V w w s w r s 11-8.A 类土:(1).A 类土粒径大于0.075mm 的粗粒含量大于50%属于粗粒土(2).A 类土粒径大于2mm 砾粒含量不足50%,属砂类土且粒径小于0.075mm 细粒含量在15%到50%之间,故属于细粒土质砂(3).3%0.13%,0.16=-===PA LA PA PA LA I ωωωω,,落在ML 区,故称粉土质砂(SM)B 类土:(1).B 类土粒径大于0.075mm 的粗粒含量大于50%属于粗粒土(2).B 类土粒径大于2mm 砾粒含量不足50%,属砂类土且粒径小于0.075mm 细粒含量在15%到50%之间,故属于细粒土质砂(3).10%0.14%,0.24=-===PB LB PB PB LB I ωωωω,,落在CI 区,故称粉土质砂(SM )C 类土:(1).B 类土粒径大于0.075mm 的粗粒含量大于50%属于粗粒土(2).B 类土粒径大于2mm 砾粒含量大于50%,属砾类土(3).B 类土细粒含量少于5%,故mm 8.560=d ,mm 45.030=d mm d 22.010=.116.022.08.545.0)30(;522.08.52601021060<=⨯==>==d d d C d d Cu C 故属于级配不良砾(GP )1-9.(1).需要的土的质量g 103.38⨯==V m d s ρ,又土中含水率为%0.12所以土场含水g 10396.0%0.12103.31111⨯=⨯⨯==ωs w m m g10696.311⨯=+=w s m m m 2531m 10087.1210110696.38⨯=⨯⨯⨯==⇒==h m S Sh mV ρρ即需要开挖10.87万平方米的土场(2).最优含水率%19%95%0.20=⨯=ω当碾压到20cm 厚度时,3d cm /g 65.1=ρ,kg 330==⇒V m d s ρkg 6.39==s w m w m 天然,需洒水()23.1kg12%-19%330=⨯(3).72.272.2%,19g/cm 65.13==⇒===w s s s d G G w ρρρ,648.0165.172.21=-=-=d s e ρρ%8.79%100648.072.219.0%100=⨯⨯=⨯=e wG S s r 填筑后饱和度是79.8%获取更多内容请联系我。

河海大学高等土力学-固结与流变

河海大学高等土力学-固结与流变

dxdz
第四节 Biot固结理论
单元增量形式的平衡方程
e e e e k k F F t 0 单元增量形式的固结方程
Hohai University
k k

k F Ft 0 ~ V1 k
第四节 Biot固结理论
Hohai University
Biot与Terzaghi固结理论的比较(2) 求解方法 Terzaghi固结理论:优缺点 Biot固结理论:优缺点 Biot与Terzaghi固结理论的比较(3) 曼德尔效应
第四节 Biot固结理论
Hohai University
Terzaghi 1883年10月2日生于匈牙利--奥匈帝国; 1904年毕业格拉茨技术大学,在部队服役一年 期间利用业余时间翻译“野外地质概况”; 1906年在维也纳的一家建筑公司工作,主要进 行设计工作,并作为High Aswan Dam的顾问专 家;开始对岩溶地质产生兴趣; 第一次世界大战爆发,移居俄国;1910年回到 格拉茨技术大学并通过论文博士答辩。
固结方程解的应用
U z ,t u z ,t z z u z ,t 1 z z z
H
Hohai University
u z ,t dz z ,t dz 有效应力分布面积 0 Ut = H 1 总应力分布面积 dz z dz

0
z
St Ut S
1i
0
连续方程照用
位移约束、孔压约束
第四节 Biot固结理论
时间步长
t L2 k 4 B G w 3
Hohai University

河海大学复试土力学题土力学试卷(05答案)

河海大学复试土力学题土力学试卷(05答案)

2005-2006年度第一学期《土力学》期末试卷船舶与海洋工程专业2003级班级 学号 姓名 得分说明:(1)考卷中的所有计算过程中遇到小数都保留2位。

(2)g 取10N/kg一、名词解释(10分,每题2分)1.不均匀系数 答:1060d d C u 。

(1分)d 10、d 60分别为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10%和60%。

(1分)2.最优含水率答:土在击实过程中,当土样含水率较低时,击实后干密度随含水率的增加而增大;(1分)当干密度达到一定的数值后,含水率的增加反导致干密度的减小,此时对应的含水率为最优含水率。

(1分)3.固结度答:指在某一固结应力作用下,经某一时间t 后,土体发生固结或孔隙水应力消散的程度。

(2分)4.静止侧压力系数答:土体在无侧向变形条件下(0.5分)侧向(水平向)有效应力(0.5分)与自重应力(竖向有效应力) (0.5分)之比(0.5分)。

5.容许承载力答:地基所能承受的最大基底压力称为极限承载力(1分),而求出地基极限承载力后除以一个安全系数,即为容许承载力(1分),可用为承载力的设计值使用。

二、填空题 (18分,每空1分)1.土的结构一般有 单粒结构 、 分散结构 和 絮凝结构 等三种,其中 絮凝结构 结构是以面~边接触为主的。

2.渗透变形可分为 流土 和 管涌 两种基本形式。

3.前期固结压力是指 土历史上曾受到过的最大有效应力 。

4.根据莫尔-库伦破坏准则,当土体处于极限平衡状态时,则 莫尔应力圆 必然与 库伦抗剪强度线 相切。

根据几何关系,可以得到剪切破坏面与 大主应力面 的夹角为245ϕ+︒。

5、松砂受剪体积 减小 、紧砂受剪体积 增大 。

6、无粘性土土坡稳定的安全系数表示为αϕtg tg ;当有顺坡渗流逸出时,则为αγϕγtg tg sat '。

7、地基的破坏一般有 整体剪切破坏 、 局体剪切破坏 和 冲剪破坏 等三种型式。

三、选择题(20分,每题2分)1.土粒级配曲线越平缓,说明( C )A 、土粒均匀,级配不好;B 、土粒均匀,级配良好;C 、土粒不均匀,级配良好;D 、土粒不均匀,级配不好;2.土的三项通过试验测定的物理指标是( D )A 、天然重度、天然含水量和相对密度;B 、孔隙比、相对密度和密度;C 、孔隙比、天然含水量和饱和度;D 、含水率、密度和土粒比重;3.含水率的意义是:( C )A 、单位体积土体内所含水的质量;B 、单位孔隙体积内所含水的质量;C 、土中水的质量与土粒质量之比;D 、土中所含水的体积与土体总体积之比;4.有两个不同的基础,其基础总压力相同,在同一深度处,哪一个基础产生的附加应力大?( B )A 、宽度小的基础产生的附加应力大;B 、宽度小的基础产生的附加应力小;C 、宽度大的基础产生的附加应力小;D 、两个基础产生的附加应力相等;5.有一单面排水的土层在固结度达到0.5时所需要时间为4年,若将该土层改为双面排水,其固结度同样为0.5时所需时间为( A )A 、1年;B 、2年;C 、4年;D 、8年;6.超固结土是指土体:( B )A 、受到一超荷载;B 、当前有效应力小于前期固结压力;C 、固结压力超过了土体承受能力;D 、固结时间超过了预定;7.灵敏度是用来反映( A )的指标。

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Shear stress and strain on a given plane and Complicate stress state Octahedral shear stress
oct
1 3


1
1 2 2 2 3 2 3 1 2
cylindrical cell
base
cylindrical sample
v
r

Then — deviator stress 1 3
through piston apply
Strain components Nhomakorabeaa
– Complicated stress state
Earth dam, underground structure, harbor, excavation, etc. Extensive Hooke’s law (linear assumption)
C13 C 23
C12 C 22 C32
C13 x C 23 y C33 xy
— reflect shear dilation
C31 C 32 — reflect average normal stress inducing shear strain
p 1 1 2 3 3
p — average normal stress, or global stress
1 3
1 3
p = constant
a
p = constant
a
v
v
Shear compression
Shear dilation
• Shear dilation
Elastic model — C13 C 23 = 0
C 31 C 32 = 0
Plastic model can reflect these effects
(4) Softening and hardening


direct shear test
peak strength
residual strength
p e

may drop into pore space, and the relative position between the two particles can not be recovered.
Deformation can not be recovered

Stress – strain curve of the after cycle is different from the before one.
3
sample metal Dike, dam, retaining wall,
Cell pressure —— 3 Axial stress —— 1
1
3
no deformation in longitudinal direction
(4) True triaxial test
1
2 3 , then q 1 3
oct G oct
q
s
3G
energy of shear deformation
W s q s
• Shear strain induced by global stress p
Triaxial test
a
is induced by p change.
3 1
3 200kPa
3 100kPa
a
• Effect of intersection in stress-strain matrix
x C11 t C 21 C xy 31
a


Mohr circle goes left. When the Mohr circle tangent to the failure line, the deviator strain is very large. The deviator strain
a
is due to existence of initial shear stress.


triaxial shear test
residual deviator stress
a
hardening
Softening
3 1
a
3 1
(5) influence of stress path & stress history
Stress space — the space consists of stress component axes

induced by p
p v
Macroscopic — compress Microscopic — slip between grains p
p
loading unloading
p
vp
ve
v
vp
• vp induced by Shear stress
Perform triaxial test with p = constant 1 3 increase, but 3 decrease
Constitutive Law of Soil
Yin Zong-ze 殷宗泽
What is constitutive law?
Stress-strain relationship Stress-strain-strength relationship Stress-strain-time relationship Stress-strain-temperature relationship
Dilation —— dense sand, overconsolidated clay Compression —— loose sand, normal consolidated clay
Shear compressive
Shear dilative
For triaxial test
v a 2 r
2
a compress
a

additional stress
E r a
r
expand
(3) Plane strain test
1
Sample is enclosed in a rubber membrane, and is put in the cylindrical cell.
stress strength strain


T t
f


1. Stress-strain Tests
(1) Compression test
– Simple stress condition
Settlement of building——one dimensional problem Confined compression test, (oedometer test) p s h p
3
2
Apply 1
2
3
Measure
1 2 3
(5) Torsional shear test(hollowed)
M
z
r
ring column shape
x 0
d 2 d1
d1 d2

r1
r2

Isolative body


r2
v a 2 r 0 r 0.5 a
v 0 r 0.5 a
1 r a 2
a
r
Shear dilative
Shear compressive
(3) Plastic shear strain
• Expression of shear strain
1
M ·
z
N
2
3
Principal stress space
x
y
geometric space
A point in stress space represents a stress state at a point in soil body
2. Deformation Characteristics of Soils
(1) Non-linear and non-elastic


metal soil


Plastic strain — irrecoverable strain,
due to adjustment of position of grains. One particle may slip over another particle,
Extensive shear stress
1 q 2
1 2
2
2 3 3 1
2
2
3 oct 2
Extensive shear strain 2 1 2 2 2 1 2 2 3 3 1 oct s 3 2 If
cc
lg p
(2) Conventional triaxial test
piston shaft organic glass rubber membrane
3
1
cap
First — cell pressure 3
surrounding pressure confining pressure
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