岩土流变特性-河海大学.ppt
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岩土工程研究所岩土工程研究所土流变学土流变学河海大学河海大学岩土工程研究所岩土工程研究所朱俊高岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述流变是指材料的性质、状态随时间变化的性质;流变是指材料的性质、状态随时间变化的性质;11、流变的概念、流变的概念从应力、变形的角度,或者说从力学的角度,土具有三个特从应力、变形的角度,或者说从力学的角度,土具有三个特性:
性:
F非非线线性性:
包包括括:
应应力力和和应应变变关关系系的的非非线线性性;变变形形随随时时间间而而变变化化的的非非线线性性;应应力力随随时时间间而而变化的非线性变化的非线性F弹性和塑性:
经典弹塑性理论所描述的弹性和塑性:
经典弹塑性理论所描述的F流变性:
时间效应。
主要包括四种现象(主流变性:
时间效应。
主要包括四种现象(主要表现)要表现):
蠕变、应力松弛、长期强度、应变蠕变、应力松弛、长期强度、应变率效应率效应岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述我们也正是通过这些现象来研究土体流变性我们也正是通过这些现象来研究土体流变性由于土体具有流变由于土体具有流变性而表现出的现象:
性而表现出的现象:
n蠕变:
指恒定应力下变形随时间发展的现象;蠕变:
指恒定应力下变形随时间发展的现象;n应力松弛:
应力松弛:
一定应力状态下,保持土体变形不变,应力随时间一定应力状态下,保持土体变形不变,应力随时间而减小的过程;而减小的过程;n应变率(荷载率)效应:
应变率(荷载率)效应:
不同的加荷速率,土体表现出不同的不同的加荷速率,土体表现出不同的应力、应变关系和强度特性;应力、应变关系和强度特性;n长期强度:
长期强度:
土体抗剪强度随时间而减小,即长期的强度小于相土体抗剪强度随时间而减小,即长期的强度小于相对瞬时强度;对瞬时强度;岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述图图11土体剪切蠕变曲线土体剪切蠕变曲线图图22土体体积蠕变(次固结)曲线土体体积蠕变(次固结)曲线岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述图图44某土的应力松弛曲线某土的应力松弛曲线图图33(aa)土的蠕变曲线和(土的蠕变曲线和(bb)长期强度曲线长期强度曲线岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述(a)a)(b)b)(c)c)Fig.4.1Fig.4.1(a)(a)RelationshipRelationshipofofaxialaxialstrainstrainversusversusnormalisednormaliseddeviatordeviatorstress,stress,(b)(b)relationshiprelationshipofofaxialaxialstrainstrainversusversusnormalisednormalisedporewaterporewaterpressure,pressure,andand(c)(c)normalisednormalisedeffectiveeffectivestressstresspathspathsforforOCR=1OCR=1testseriestestseries岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述流变与蠕变之间的区别:
流变与蠕变之间的区别:
流变是指材料的性质、状态随时间而变化;流变是指材料的性质、状态随时间而变化;蠕变是指材料的变形随时间而增加;蠕变是指材料的变形随时间而增加;流变包括蠕变,或者说流变更一般、范围更广。
流变包括蠕变,或者说流变更一般、范围更广。
流变流变-RheologyRheology蠕变蠕变-CreepCreep土的流变性而引起了大量的工程问题,许多的工程由于土土的流变性而引起了大量的工程问题,许多的工程由于土体流变而破坏失事:
粘土地基上挡土墙的位移、边坡稳定体流变而破坏失事:
粘土地基上挡土墙的位移、边坡稳定性、桥台因蠕动而变形,码头、建筑物基础、性、桥台因蠕动而变形,码头、建筑物基础、比萨斜塔比萨斜塔、LondanLondan粘土是一种典型的流变性较强的土。
粘土是一种典型的流变性较强的土。
一般认为:
软粘土流变性强,砂性土的流变性弱。
一般认为:
软粘土流变性强,砂性土的流变性弱。
岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述图图44瑞士土的蠕变引起桥台位移(用虚线表示)瑞士土的蠕变引起桥台位移(用虚线表示)图图55在?
地区由于土的蠕变引起的工厂挡土墙的位移在?
地区由于土的蠕变引起的工厂挡土墙的位移岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述Fig.1.1Fig.1.1TowerTowerofofPisaPisa(Italy),(Italy),(a)(a)sectionsectionofoftowertowerandandgeologicalgeologicalstructurestructureofofbasebaseofofitsitsfoundation;foundation;(b)(b)variationvariationofofsettlementsettlementSS(cm)(cm)andandmassmassMM(tons)(tons)ofofthethetowertowerwithwithtime;time;(c)(c)ringringfoundation;foundation;(d)(d)pressurepressurediagramsdiagramsatatfoundationfoundationbase;base;(e)(e)pressurepressurediagramdiagramatatdepthdepthofof88m.m.(after(afterMeschyanMeschyan1995)1995)始始建建于于13501350年年,高高5555mm,基基底底压压力力497497kPakPa,建建成成时时就就倾倾斜斜了了2.12.1mm,到到19951995年年,沉沉降降1.51.5mm,倾倾斜斜5.585.58mm,沉沉降速率降速率22mm/mm/年年岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述流流变变学学的的基基本本任任务务:
研研究究应应力力应应变变状状态态及及其其随随时时间间变变化化的的规规律律,换换句句话话说说,流流变变学学要要回回答答的的问问题题是是:
在在应应力力、应应变变、时间的三维空间内,任一点的应力和应变值有多大?
时间的三维空间内,任一点的应力和应变值有多大?
(苏)(苏)C.C.C.C.维亚洛夫认为:
维亚洛夫认为:
弹塑性理论:
弹塑性理论:
是现象学的理论,研究宏观过程。
是现象学的理论,研究宏观过程。
流流变变学学:
研研究究宏宏观观过过程程,也也研研究究微微观观过过程程,也也就就是是说说重重视视研研究现象的物理实质。
究现象的物理实质。
岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述宏宏观观流流变变学学:
研研究究实实际际物物体体的的流流变变过过程程的的外外部部表表现现,即即那那些些能能借借助助于于一一般般量量测测设设备备观观察察到到的的现现象象(如如变变形形、应应力力等等)。
它它不不研研究究物物体体的的组组成成和和结结果果特特点点,而而把把物物体体看看作作是是连连续续均均质质的的。
物物体体在在外外力力作作用用下下的的表表现现与与物物体体特特性性之之间间的的关关系系是是建建立立在在现现象象学学观观点点的的基基础础上上的的。
这这种种观观点点不不考考虑虑物物体体中中产产生生的的物物理理过过程程,而而在宏观实验的基础上建立这些过程外部表现的数学描述。
在宏观实验的基础上建立这些过程外部表现的数学描述。
微微观观流流变变学学:
研研究究物物体体的的构构成成和和结结构构特特性性,以以及及物物体体单单元元颗颗粒粒间的相互关系等问题。
研究微观过程。
间的相互关系等问题。
研究微观过程。
土的流变特性研究应用于两个方面:
土的流变特性研究应用于两个方面:
1.1.剪切蠕变:
包括剪切蠕变:
包括长期强度长期强度;边坡、挡墙位移、稳定;边坡、挡墙位移、稳定2.2.体积蠕变:
建筑物体积蠕变:
建筑物沉降沉降岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述n土体流变学研究内容具体为下面土体流变学研究内容具体为下面44个方面:
个方面:
22、土土流变学主要研究重点流变学主要研究重点(1111)流变试验研究:
)流变试验研究:
)流变试验研究:
)流变试验研究:
通过试验,研究揭示土体流变规律。
通过试验,研究揭示土体流变规律。
通过试验,研究揭示土体流变规律。
通过试验,研究揭示土体流变规律。
(2222)流变本构模型建立:
)流变本构模型建立:
)流变本构模型建立:
)流变本构模型建立:
探讨用什么样的本构方程去描述土的应力、应变及时探讨用什么样的本构方程去描述土的应力、应变及时探讨用什么样的本构方程去描述土的应力、应变及时探讨用什么样的本构方程去描述土的应力、应变及时间之间的关系,既要使得本构方程能够准确反映土的流变间之间的关系,既要使得本构方程能够准确反映土的流变间之间的关系,既要使得本构方程能够准确反映土的流变间之间的关系,既要使得本构方程能够准确反映土的流变特性,又要考虑到实际工程应用的可行性。
特性,又要考虑到实际工程应用的可行性。
特性,又要考虑到实际工程应用的可行性。
特性,又要考虑到实际工程应用的可行性。
岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述(3333)本构方程的解析:
)本构方程的解析:
)本构方程的解析:
)本构方程的解析:
包括方程的解析解和数值解。
在解析解方面,给人包括方程的解析解和数值解。
在解析解方面,给人包括方程的解析解和数值解。
在解析解方面,给人包括方程的解析解和数值解。
在解析解方面,给人印象最深的是日本学者印象最深的是日本学者印象最深的是日本学者印象最深的是日本学者SakuraiSakuraiSakuraiSakurai;数值解主要是有限元数值解主要是有限元数值解主要是有限元数值解主要是有限元法。
此外,还有边界元法、无限元法以及它们的耦合,法。
此外,还有边界元法、无限元法以及它们的耦合,法。
此外,还有边界元法、无限元法以及它们的耦合,法。
此外,还有边界元法、无限元法以及它们的耦合,有限差分法等。
有限差分法等。
有限差分法等。
有限差分法等。
(4)4)4)4)工程问题的应用工程问题的应用工程问题的应用工程问题的应用选用适当的本构模型和解析方法,解决工程中涌现选用适当的本构模型和解析方法,解决工程中涌现选用适当的本构模型和解析方法,解决工程中涌现选用适当的本构模型和解析方法,解决工程中涌现的各种问题,如建筑物的变形和长期沉降,边坡和护岸的各种问题,如建筑物的变形和长期沉降,边坡和护岸的各种问题,如建筑物的变形和长期沉降,边坡和护岸的各种问题,如建筑物的变形和长期沉降,边坡和护岸工程的变形,坑道和隧道的变形等等。
工程的变形,坑道和隧道的变形等等。
工程的变形,坑道和隧道的变形等等。
工程的变形,坑道和隧道的变形等等。
岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述n流变学作为一门独立的学科始于流变学作为一门独立的学科始于2020世纪世纪2020年代:
年代:
19221922年年BinghamBingham流动和塑性名著的出版,以及流动和塑性名著的出版,以及根据他的倡议,根据他的倡议,19281928年流变协会的成立,标志着年流变协会的成立,标志着流变学称为一门独立的学科。
流变学称为一门独立的学科。
n土流变学:
一般认为始于土流变学:
一般认为始于19531953年的第年的第33届国际土力届国际土力学与基础工程学会议;学与基础工程学会议;33、流变学历史、流变学历史岩土工程研究所岩土工程研究所第第1节节概述概述n2020世纪世纪7070年代以前,元件流变模型大量涌现;年代以前,元件流变模型大量涌现;这类模型是由理这类模型是由理想元件组合而成。
如:
陈宗基模型想元件组合而成。
如
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- 岩土 流变 特性 大学