岩土试验力学.doc

岩土试验力学发展现状和发展前景 一、引言 岩土试验力学课程是土木工程岩土专业的一个分支，它是一门十分重要的技术基础课。它主要包括学习岩土实验力学的基本理论，知道岩土的物理力学性质、强度变形计算、稳定性分析、挡土墙及基坑围护的设计与计算、地基承载力等岩土力学基本理论与方法。结合有关交通土建、建筑工程、土木工程的理论和施工知识，分析和解决岩体工程及地基基础问题。 二、我国岩土试验力学的发展现状 计算方面 由于岩土材料比较特殊，那么在研究岩土试验力学方面就会比较复杂。岩土体本身就是一个复杂的系统，具有不确定性，不规则性和不明确性。目前，我国的岩土试验力学工作者倾向于采用理想数学模型和力学模型建立和描述岩土的各类特性，结果往往不是很理想，甚至出现很大的偏差。那么，为解决这一现状，为突破创新，新的方法和技术是必不可少的。在此，我国也已经找到解决方案，注入了新的研究岩土试验力学理论的思想。 分析几何就是研究岩土试验力学需要用的一种新技术，新方法。它的工作原理是研究一个复杂系统的形态、功能等。紧密联系它们之间的关系，用维数表展现系统的复杂性。系统与维数值成正比例关系，值越大，系统越复杂。 分形几何在计算岩土试验力学中的应用主要包括“定量的对岩土材料结构进行描述，研究调查水如何在岩土中流动，测量岩土材料的强度和分析岩土力学特征”四方面的内容。分形几何又被概括为两个方面，分形图形和维数计算。常用的分形模型有KOCH曲线，CANTOR集合，Sierpinski地毯和menger海绵等，如下图。它们都属于数学分形，它们之间有一定的相似性。同时，分形维数分为6种，相似维数，容量维数，信息维数，关联维数和广义分形维数。对于不同的分形维数的测量各有不同的方法，如其中的关联维数是利用关联函数来取得的。 模型应用方面 从岩土试验力学的发展史来看，岩土试验力学的力学模型主要有：弹性模型（胡克体）、粘弹性模型（麦克斯韦体）、内含时间弹塑性模型和损伤模型。其中弹性模型又分为线性弹性和非线性弹性两方面。由于岩土试验力学特性是不一样的，根据介质力学理论，建立的模型应有非线性弹性、弹塑性、粘弹塑性和塑性內时模型等。 当前最常用的力学模型有两种，非线性弹性模型和南水模型-南京水利科学院非线性模型。非线性弹性模型是DUNCAN和CHANG采用KONDNER的建议和三轴压缩实验结果，采用变切线弹性模量和变切线体积模量对粘土和砂土进行了模拟，建立了DUANCAN-CHANG模型，其预测结果温和于试验结果。而南水模型将DOMASCHUK模型加以推广，把剪切曲线变成推广曲线，不仅适用于硬化的岩土，还可以适用于超固结土和岩石等软化岩土。它不但考虑了软硬方面还考虑了膨胀与压缩方面，适用范围非常广泛。 三、目前岩土试验力学发展存在的问题和解决措施 在计算方面的不足和解决措施 我国岩土试验力学水平，还不能达到使计算误差小于10%的愿望，这还有待努力，但我国正在努力向这个目标靠近。在排除施工因素后，误差控制在50%以内是完全有可能的。计算岩土试验力学工程还不完善，因为当前的研究只是刚开始，只涉及到很小的一部分，只取的很小的研究成果，我们还当深入到岩土试验力学的各个领域里。我们要将分形几何理论完全引入岩土力学宏图中，还要加大分维数的探讨和研究，理解岩土试验力学系统的基本原理和分清明了各空间的关系。 只有对岩土材料有深入认识和了解我们才能选取合适的计算方法和计算模型，减小计算误差，避免错误发生，并能促进岩土工程各方面力学的综合发展。 模型应用方面的不足和解决方案 线弹性模型不能考虑剪胀变形，它只考虑受荷载作用的变形状况，忽略了不能恢复的塑形变形。塑形变形往往在荷载作用下，荷载不断变化中产生的，通常容易被忽略。它不适用于应力路径复杂时，会受弹性恢复的影响，产生误差。DUNCAN-CHANG模型就没考虑到这方面的内容，它只适用于粘性土、砂土，其他土就不会产生作用，它不能考虑岩土的性质和特征。我们可以只在分析岩土稳定性时使用它。 南水模型建立在DOMASCHUK模型中并推广，考虑了剪切膨胀和压缩方面，并考虑了应力方面的影响，但是不能考虑静水压力作用的影响。当模型采用非关联流动理论，也不能避免剪切膨胀现象的发生，对岩土体缩减也考虑不到。所以在建立南水模型时，我们要综合考虑多方面因素，建立一个完善的模型。 剑桥模型也有一定的缺陷，只建立了3个参数。在构建上没有充分考虑剪切变形，只利用塑形体积做参量，不考虑应力作用，当应力产生时，它是不能反应和突出的。 四、我国岩石试验力学发展动向规划 岩土试验力学理论和本构模型已经过三十年的发展，但它们还不成熟，那么今后研究“岩土材料稳定性和变形分析”是我们关注的对象，可以通过建立神经网络模型，损伤模型和粘弹模型来研究和探讨它们。它还是一个比较新的研究课题，在研究过程中，