高等土力学01土工试验.ppt

1、高等土力学高等土力学之一之一土工试验及测试1传统土力学分析方法：变形问题传统土力学分析方法：变形问题/稳定问题稳定问题现代土力学分析方法：应力变形的综合分析现代土力学分析方法：应力变形的综合分析 -土的本构模型理论土的本构模型理论 -非线性计算方法非线性计算方法 -现代土工试验方法现代土工试验方法目前对土工建筑物（例如土石目前对土工建筑物（例如土石坝）进行变形预测，可能达到坝）进行变形预测，可能达到的预测精度是多少？的预测精度是多少？23目前对土工建筑物（例如土石坝）进目前对土工建筑物（例如土石坝）进行变形预测，可能达到的预测精度是行变形预测，可能达到的预测精度是多少？多少？典型土石典型土石料

2、取样料取样实验室实验室试验试验本构模型本构模型及参数及参数计算方法计算方法及程序及程序施工条件、施工条件、质量及模拟质量及模拟计算结果计算结果4典型土石典型土石料取样料取样实验室实验室试验试验本构模型本构模型及参数及参数计算方法计算方法及程序及程序施工条件、施工条件、质量及模拟质量及模拟u 土工建筑场地范围大，变化多土工建筑场地范围大，变化多u 土工建筑物填方量大，多种土性土工建筑物填方量大，多种土性u 土工建筑物施工时间长，土性变化多土工建筑物施工时间长，土性变化多u 土石料取样代表性差！土石料取样代表性差！糯扎渡心墙堆石坝心墙土料场之一糯扎渡心墙堆石坝心墙土料场之一5典型土石典型土石料取样

3、料取样实验室实验室试验试验本构模型本构模型及参数及参数计算方法计算方法及程序及程序施工条件、施工条件、质量及模拟质量及模拟u 现场土性的模拟现场土性的模拟 级配、含水量等级配、含水量等u 实验仪器及精度实验仪器及精度u 试样的可重复性试样的可重复性堆石料室内试样堆石料室内试样直径直径30cm，最大，最大粒径粒径6cm现场碾压探坑，现场碾压探坑，最大粒径可超过最大粒径可超过80cm 120cm6典型土石典型土石料取样料取样实验室实验室试验试验本构模型本构模型及参数及参数计算方法计算方法及程序及程序施工条件、施工条件、质量及模拟质量及模拟u参数的确定参数的确定u试验结果拟试验结果拟合误差合误差u不

4、同应力路不同应力路径的适用性径的适用性对等应力比试验结果的预测对等应力比试验结果的预测7结构工程是这样一门艺术：结构工程是这样一门艺术：使用材料，这些材料只能近似估算使用材料，这些材料只能近似估算建立真实的结构，这些真实的结构只能近似的分析建立真实的结构，这些真实的结构只能近似的分析来承受外力，这些外力不能准确得知来承受外力，这些外力不能准确得知以满足我们对公众安全职责的要求。以满足我们对公众安全职责的要求。-清华大学清华大学张丙印张丙印 无论天然土层结构怎样复杂，也无论我们的知识与无论天然土层结构怎样复杂，也无论我们的知识与土的实际条件有多么大的差距，我们必须利用处理问土的实际条件有多么大的

5、差距，我们必须利用处理问题的题的艺术艺术（art），在合理造价的前提下，为土工结构），在合理造价的前提下，为土工结构和地基基础问题寻求满意的答案。和地基基础问题寻求满意的答案。-太沙基太沙基89土力学中试验与测试的作用F揭示土体一般的力学性质和规律揭示土体一般的力学性质和规律理论的建立理论的建立F了解特定土的物理力学性质了解特定土的物理力学性质F设计参数与理论模型参数的确定设计参数与理论模型参数的确定F验证理论与数值计算验证理论与数值计算F模型试验、足尺试验用以解决实际工程问题：模型试验、足尺试验用以解决实际工程问题：设计与方案确定设计与方案确定F原位测试、现场监测为数值计算的反演分析和原位测

6、试、现场监测为数值计算的反演分析和信息化施工服务信息化施工服务1.11.1室内试验室内试验1.21.2模型试验模型试验1.31.3原位测试与现场观测原位测试与现场观测1.4 1.4 试验的检验与验证试验的检验与验证第一章 土工试验及测试10仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验室内土工试验F强度测定仪器强度测定仪器 直剪仪、单剪仪、环剪仪直剪仪、单剪仪、环剪仪 F变形参数测定试验变形参数测定试验 侧限压缩仪侧限压缩仪F三轴试验三轴试验F真三轴试验真三轴试验F空心圆柱扭剪试验和方向剪切仪空心圆柱扭剪试验和方向剪切仪F共振柱试验共

7、振柱试验F接触面试验接触面试验11仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -强度测定仪强度测定仪剪切强度测定仪器u直剪仪直剪仪-Direct shear apparatusu单剪仪单剪仪-Simple shear apparatusu环剪仪环剪仪-Torsional(Ring)shear apparatus12仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水法国军事工程师，在摩法国军事工程师，在摩擦、电磁方面做出了奠擦、电磁方面做出了奠基性的贡献。基性的贡献。1773年发年发表了关于土压力方面论表了关于土压力方面论文，成为土压力的经典文，成

8、为土压力的经典理论理论库仑库仑（C.A.Coulomb）(1736-1806)第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -强度测定仪强度测定仪13仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水直剪试验古老：古老：1776年年 Coulomb直观、简便、经济直观、简便、经济应力应变条件复杂、不均匀应力应变条件复杂、不均匀排水条件不明确排水条件不明确试样内的变形分布试样内的变形分布PT土样土样S第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -强度测定仪强度测定仪PST仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水直剪试验中的应力状态直剪试验中的应力状态破坏时破坏

9、时 z=P/A xz x O z=P/Ak0 z剪切前剪切前 x=k0 z z=P/A直剪试验中的应力状态直剪试验中的应力状态直剪试验剪切面处的应力状态剪切前剪切前剪切剪切破坏时破坏时 f1 f3第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -强度测定仪强度测定仪15仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水单剪仪Simple shear apparatusC应力状态均匀应力状态均匀C断面积不变断面积不变C破坏面位置不确定破坏面位置不确定C循环加载与动力试验循环加载与动力试验nh=K0v环形圈环形圈第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -

10、强度测定仪强度测定仪16仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水nh=K0v1f3f破坏状态破坏状态初始状态初始状态单剪试验的应力状态加载过程中，加载过程中，n n和和 h h保保持为常数，持为常数，不断增加不断增加水平面和竖直面都不一水平面和竖直面都不一定是破坏面定是破坏面竖直面竖直面水平面水平面破坏面破坏面破坏面破坏面第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -强度测定仪强度测定仪17仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水环 剪 仪Torsional(Ring)shear apparatusn顶板旋转顶板旋转下板固定下板固定土样土样剪切面面积不变剪切面面积不变适于测试

11、残余强度，适于测试残余强度，可用同一试样连续可用同一试样连续作几个正压力的试作几个正压力的试验验 第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -强度测定仪强度测定仪18仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水变形参数测定试验侧限压缩仪OedometerConsolidation test apparatus侧限应力状态侧限应力状态压缩与固结试验压缩与固结试验e-p曲线与曲线与e-lgp 曲线曲线侧限压缩模量：侧限压缩模量：Es压缩系数：压缩系数：a体积压缩系数：体积压缩系数：mv压缩（回弹）指数压缩（回弹）指数Cc Ce百分表百分表加压上盖加压上盖试样试样透水石透水石环

12、刀环刀第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -变形参数测定仪变形参数测定仪19仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F1930 Casagrande 提出圆柱试样提出圆柱试样F1933 Seffert 用三轴仪研究固结用三轴仪研究固结F1934 Rendulic 用其测定土的强度参数用其测定土的强度参数F1959 黄文熙，汪闻韶研制动三轴试验黄文熙，汪闻韶研制动三轴试验F三轴仪的进展：动三轴、大尺寸三轴仪、高三轴仪的进展：动三轴、大尺寸三轴仪、高压三轴、非饱和土三轴仪、应变路径控制三压三轴、非饱和土三轴仪、应变路径控制三轴仪轴仪.三轴仪的发展第一章第一章 土工试

13、验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -三轴仪三轴仪20仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水试试样样围压围压力力 3阀门阀门阀门阀门马达马达横梁横梁量力环量力环百分表百分表量量水水管管孔压孔压量测量测F变形与强度试验变形与强度试验F可控制排水条件可控制排水条件F完整的描述试样受力、完整的描述试样受力、变形和破坏的全过程变形和破坏的全过程F进行不同应力路径试验进行不同应力路径试验F应力状态明确应力状态明确F变形量测简单变形量测简单三轴仪与试验最常用、最基本最常用、最基本的土工试验的土工试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -三轴仪三轴仪21仁

14、者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 1=施加固结压力施加固结压力 c c固结固结,不固结不固结施加轴向应力施加轴向应力1 1排水排水,不排水不排水 c c c c c c c c 123 c c+()常规压缩试验的应力状态第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -三轴仪三轴仪22仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水23常规三轴试验：常规三轴试验：其中两个主应力通过围压施加（其中两个主应力通过围压施加（c c），），并且总是相等，另一主应力通过轴压施加（并且总是相等，另一主应力通过轴压施加（a a）l试样可是圆柱形、也可是长方形试样可是圆柱形、也可是长方形l剪切过程

15、中围压可变化剪切过程中围压可变化l围压可是大主应力，也可是小主应力围压可是大主应力，也可是小主应力常规压缩试验的应力状态第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -三轴仪三轴仪应力状态变化过程的表示方法：应力状态变化过程的表示方法：应力路径应力路径注意：注意：高等土力学与土力学的表示方法不同高等土力学与土力学的表示方法不同仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水24第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -三轴仪三轴仪八面体 3 2xyz 1xyz应力主轴坐标系应力主轴坐标系等倾面等倾面ABC仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水25 1

16、 2 3ABCQOPSP QABC 3 2 1R 平均主应力平均主应力 广义剪应力广义剪应力 毕肖甫常数毕肖甫常数b 或应力洛德角或应力洛德角 注意与土力学注意与土力学中定义的区别中定义的区别仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 对于三轴应力状态：两个方向的主应力等于对于三轴应力状态：两个方向的主应力等于 c c 平均主应力平均主应力 广义剪应力广义剪应力 毕肖甫常数毕肖甫常数b 或应力洛德角或应力洛德角 三轴应力状态变量第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 -三轴仪三轴仪26仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 HC：静水压缩（各向等压）试验：静水压缩（各向等压）试验 2 3 PL：比例加载试验：比例加载试验：/3为常数为常数CTC：常规三轴压缩试验：常规三轴压缩试验：3（围压）为常数（围压）为常数CTE：常规三轴伸长试验：常规三轴伸长试验：3（轴压）为常数（轴压）为常数 TC：p为常数为常数三轴压缩试验（轴增围减）三轴压缩试验（轴增围减）TE：p为常数为常数三轴伸长试验（轴减围增）三轴伸长试验（轴减围增）RTC：减压三轴压缩试验：减压三轴压缩试验：