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从变形、水量变化和强度三方面验证非饱和土的两个应力状态变量 被引量:3
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作者 张龙 陈正汉 +3 位作者 周凤玺 孙树国 扈胜霞 姚志华 《岩土工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期906-915,共10页
为了验证非饱和土两个应力状态变量的合理性,对常规非饱和土三轴仪进行了改进,采用3个压力–体积控制器分别控制孔隙水压力、内室压力和外室压力,提高了量测体变和含水率的精度;用加荷器施加轴向荷载,可以方便地控制偏应力。在笔者前期... 为了验证非饱和土两个应力状态变量的合理性,对常规非饱和土三轴仪进行了改进,采用3个压力–体积控制器分别控制孔隙水压力、内室压力和外室压力,提高了量测体变和含水率的精度;用加荷器施加轴向荷载,可以方便地控制偏应力。在笔者前期用各向等压试验验证非饱和土的两个应力状态变量的基础上,使用改进的非饱和土三轴仪和重塑Q_3黄土做了两类验证试验:第一类是两组控制净围压、偏应力和吸力的固结不排水剪切试验,第二类是3组控制净围压和吸力的固结排水剪切试验。在第一类试验中,等值改变(增加或减少)总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压、吸力和偏应力本身不发生变化,发现试验过程中土样的体积变化和含水率变化均非常小,可以忽略不计。第二类试验的每一组包含两个控制净围压和吸力分别相同的固结排水剪切试验,其中一个试样在固结完成后直接进行排水剪切试验,另一个试样在固结完成后等值增加总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压和吸力本身不发生变化的条件下进行排水剪切试验,发现二者的抗剪强度、剪切过程中的体积变化、排水量和广义剪应变都分别十分接近,可以认为两两相等。研究结果从变形(包括体应变和剪应变)、水量变化和强度3个方面说明描述非饱和土的两个应力状态变量是合理的,进一步夯实了非饱和土力学的应力理论基础,为非饱和土的两个应力状态变量理论提供了牢靠的试验依据。 展开更多
关键词 非饱和土 应力状态变量 重塑黄土 偏应力 抗剪强度
非饱和土应力状态变量试验验证研究 被引量:4
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作者 张龙 陈正汉 +3 位作者 周凤玺 孙树国 扈胜霞 姚志华 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期380-384,共5页
为验证非饱和土两个应力状态变量的合理性,对常规非饱和土三轴仪进行了改进,采用3个压力–体积控制器分别控制孔隙水压力、内室压力和外室压力,提高了量测精度。使用改进的非饱和土三轴仪对描述非饱和土应力状态的两个应力状态变量进行... 为验证非饱和土两个应力状态变量的合理性,对常规非饱和土三轴仪进行了改进,采用3个压力–体积控制器分别控制孔隙水压力、内室压力和外室压力,提高了量测精度。使用改进的非饱和土三轴仪对描述非饱和土应力状态的两个应力状态变量进行系统的试验验证,做了不同初始干密度、不同初始饱和度、不同初始吸力的3组重塑黄土及1组原状Q_3黄土的各向等压试验,试验中等值改变(增加或减少)总围压、孔隙水压力、孔隙气压力而保持应力状态变量本身不发生变化,通过量测试样体积和水量变化分析检验两个非饱和土应力状态变量的合理性。研究结果表明:对于原状Q_3黄土和各种起始条件的重塑土(包括不同密度、不同饱和度及不同吸力的土样),当只改变应力状态变量的个别组成部分而保持两个应力状态变量本身不发生变化时,则土样的体积变化和含水率变化均很小,可忽略不计。研究结果说明描述非饱和土的两个应力状态变量是合理的,使非饱和土的两个应力状态变量理论有了牢靠的试验依据。 展开更多
关键词 非饱和土 应力状态变量 三轴各向等压试验 原状黄土 重塑黄土
Is Terzaghi's effective stress a stress variable under seepage conditions? 预览
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作者 雷国辉 赵仲辉 吴宏伟 《中南大学学报:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第6期2316-2321,共6页
From the continuum mechanics perspective, an attempt was made to clarify the role of Terzaghi’s effective stress in the theoretical analysis of saturated soil subjected to seepage. The necessity of performing a coupl... From the continuum mechanics perspective, an attempt was made to clarify the role of Terzaghi’s effective stress in the theoretical analysis of saturated soil subjected to seepage. The necessity of performing a coupled hydromechanical analysis to solve the seepage-deformation interaction problem was illustrated by examining the equations of static equilibrium among the effective stress, seepage force, pore-water pressure and total stress. The conceptual definition of stress variable that satisfies the principles of continuum mechanics is applied in the coupled hydromechanical analysis. It is shown that Terzaghi’s effective stress is in fact not a stress variable under seepage conditions, and the seepage force acting on the soil skeleton cannot be viewed as a body force. This offers a clue to the underlying cause of a paradox between the real Pascal’s hydrostatic state and the hydrostatic state predicted by a class of continuum hydromechanical theories. 展开更多
关键词 有效应力 渗流条件 连续介质力学 流固耦合分析 流体力学理论 静力平衡方程 孔隙水压力 渗流理论
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瑞典条分法剖析引发的有效应力和渗流力概念问题 被引量:5
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作者 雷国辉 郑强 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期 667-676,共10页
瑞典条分法在土力学教学和边坡工程设计中有着广泛的影响。针对其两种有效应力分析表达式,通过剖析土条底面法向有效应力的推求过程及对比分析计算结果发现:在理论上,两种表达式都不适用于一般渗流条件下的边坡稳定分析;实用上,也... 瑞典条分法在土力学教学和边坡工程设计中有着广泛的影响。针对其两种有效应力分析表达式,通过剖析土条底面法向有效应力的推求过程及对比分析计算结果发现:在理论上,两种表达式都不适用于一般渗流条件下的边坡稳定分析;实用上,也存在明显离散的计算误差。其原因分别在于:以土体为研究对象时,忽略了土条侧面的水压力;以土骨架为研究对象时,忽略了渗流力的作用。进一步分析微单元体平衡微分方程的结果表明,Taylor提出的分析渗流对土骨架有效应力影响的两种等效处理方式,即以土体为研究对象,考虑饱和重力与周界上水压力的方式;或以土骨架为研究对象,考虑有效重力与渗流力的方式,可以在刚体极限平衡分析方法中运用,例如条分法。但是,在涉及渗流.变形耦合分析的诸如边坡渗流稳定和固结问题的解析和数值方法中,只能以土体为研究对象,而不能以土骨架为研究对象、运用渗流力的概念进行分析。究其原因在于:在渗流条件下,物理上,有效应力不是应力变量;有效应力和确定渗流力的孔隙水压力分别是决定土骨架的变形和强度以及流场的相互依赖的、非独立的应力状态变量。 展开更多
关键词 条分法 有效应力 渗流力 应力变量 应力状态变量 耦合
饱和度对非饱和土力学性质的影响 预览 被引量:6
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作者 孙德安 《岩土力学》 EI CSCD 北大核心 2009年第S2期13-16,33共5页
现在被广泛公认的由Fredlund提出的非饱和土力学的双参数理论,即净应力和吸力为非饱和土的应力状态量,不能直接考虑饱和度或含水率对非饱和土的应力-应变关系和强度的影响。在非饱和土三轴试验结果表明,即使在净应力和吸力路径相同的... 现在被广泛公认的由Fredlund提出的非饱和土力学的双参数理论,即净应力和吸力为非饱和土的应力状态量,不能直接考虑饱和度或含水率对非饱和土的应力-应变关系和强度的影响。在非饱和土三轴试验结果表明,即使在净应力和吸力路径相同的条件下,具有不同饱和度试样的应力-应变关系和强度也是不同的。其他条件相同时,试样饱和度越高,其应力比-应变关系曲线越高,强度越大。最新的水力-力学特性耦合的弹塑性本构模型可以定量地表示上述非饱和土的性质。 展开更多
关键词 非饱和土 应力状态量 饱和度 三轴试验
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含水量变化时非饱和土的变形研究 预览 被引量:4
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作者 李顺群 朱怀庆 《武汉理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期 24-27,共4页
在非饱和状态下土中含水量的增加一方面将引起容重增大,从而引起压缩变形;另一方面将引起基质吸力的下降,从而引起土变形的回弹.非饱和土的最终变形表现为膨胀还是沉降取决于上述2种变形的综合效应.根据广义Hook定律,Fredlund的双应力... 在非饱和状态下土中含水量的增加一方面将引起容重增大,从而引起压缩变形;另一方面将引起基质吸力的下降,从而引起土变形的回弹.非饱和土的最终变形表现为膨胀还是沉降取决于上述2种变形的综合效应.根据广义Hook定律,Fredlund的双应力状态变量,以及基质吸力与饱和度的关系理论,利用增量原理建立了K0状态下非饱和土的变形关系表达式,利用这一模型可以计算非饱和土含水量变化时的变形问题.研究表明:非饱和土的变形特性取决于土的性质,土中吸力变化前后的分布,所考虑土层的厚度以及应力状态等. 展开更多
关键词 非饱和土 增量理论 应力状态变量 有效饱和度
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基于内变量热力学的岩石蠕变与应力松弛研究 被引量:3
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作者 张泷 刘耀儒 杨强 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期755-762,共8页
蠕变和应力松弛是岩石材料固有的时效特性,与岩石工程的长期稳定性密切相关。基于Rice不可逆内变量热力学理论对岩石蠕变和松弛本质上的一致性问题进行研究。给定余能密度函数和内变量演化方程建立基本热力学方程,通过不同约束条件构建... 蠕变和应力松弛是岩石材料固有的时效特性,与岩石工程的长期稳定性密切相关。基于Rice不可逆内变量热力学理论对岩石蠕变和松弛本质上的一致性问题进行研究。给定余能密度函数和内变量演化方程建立基本热力学方程,通过不同约束条件构建黏弹–黏塑性蠕变和应力松弛本构方程。黏弹性本构方程具有普遍性,能包含经典元件组合模型的黏弹性本构方程;黏塑性本构方程考虑材料变形过程中的硬化效应,更加符合实际情况。蠕变和松弛是岩石材料在不同约束下的外在表现,但两者具有相同的非平衡演化规律,本质上具有一致性。蠕变与应力松弛本构方程基于相同的基本热力学方程,可以相互转化,且方程参数相同,因此可以通过蠕变方程和蠕变试验结果对材料的松弛特性进行分析。最后通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验和应力松弛试验对这一思想进行验证。 展开更多
关键词 岩石力学 蠕变 应力松弛 内变量热力学 本构方程
岩体结构非平衡演化的有效应力原理及长期稳定性分析 预览 被引量:1
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作者 张泷 刘耀儒 杨强 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期624-633,共10页
开挖卸荷后的天然岩体往往处于非平衡演化状态,将直接影响岩体工程结构的正常运行、长期稳定和安全.时效变形和损伤演化是岩体结构非平衡演化的核心.在赖斯(Rice)内变量热力学理论框架下,提出了岩体结构非平衡演化的有效应力原理,指... 开挖卸荷后的天然岩体往往处于非平衡演化状态,将直接影响岩体工程结构的正常运行、长期稳定和安全.时效变形和损伤演化是岩体结构非平衡演化的核心.在赖斯(Rice)内变量热力学理论框架下,提出了岩体结构非平衡演化的有效应力原理,指出有效应力是总应力中能有效驱动结构演化的部分.将内变量率形式的非弹性应变率方程和能量耗散率函数表示为有效应力形式,并提出非弹性余能概念.给定具体的余能密度函数和内变量演化方程,得到了考虑损伤的内变量黏塑性应变率方程.通过相似材料加卸载蠕变试验结果进行参数辨识,并分别计算了内变量率形式和有效应力形式的黏塑性应变率、能量耗散率和非弹性余能,并对其进行比较分析.结果表明:在过渡蠕变和稳态蠕变阶段两种形式的方程计算的黏塑性应变率几乎相等,但在加速蠕变阶段两者相差较大;非弹性余能和能量耗散率全域积分分别从驱动结构非平衡演化的内在潜力和实际效果的角度表征了结构的非平衡演化状态和演化趋势,能量耗散率积分更合适用于评价岩体工程结构的长期稳定性.最后以深埋地下洞室作为工程算例,并对其长期稳定性进行分析. 展开更多
关键词 有效应力 内变量热力学 非弹性余能 能量耗散率 长期稳定性分析
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非饱和土的应力状态变量研究 被引量:21
9
作者 陈正汉 秦冰 《岩土力学》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期 1-11,共11页
以热力学和连续介质力学的应力理论为基础,从非饱和土的土骨架平衡方程出发,导出了一系列应力状态变量,目前文献中所使用的应力状态变量都在其中。研究发现:非饱和土的应力状态变量有多种组合形式(5组以上),不是惟一的;大多数... 以热力学和连续介质力学的应力理论为基础,从非饱和土的土骨架平衡方程出发,导出了一系列应力状态变量,目前文献中所使用的应力状态变量都在其中。研究发现:非饱和土的应力状态变量有多种组合形式(5组以上),不是惟一的;大多数应力状态变量与土的孔隙率、饱和度等物性指标孪生相伴;所有应力状态变量都具有应力的量纲,单纯孔隙率或饱和度及其组合都不构成应力状态变量;简化的Bishop有效应力公式和Fredlund倡导的两个应力状态变量都是简化了的应力状态变量,前者忽略了孔隙率的影响,而后者忽略了与孔隙率及饱和度的关联性。在选择应力状态变量时应考虑理论合理、应用方便、逻辑关系正确的原则,还应做一定的验证工作。 展开更多
关键词 平衡状态 应力理论 非饱和土 应力状态变量 选择标准
非饱和粘性路基土回弹模量预估模型探讨 预览 被引量:2
10
作者 兰伟 凌建明 官盛飞 《西部交通科技》 2008年第5期5-9,20共6页
文章根据双应力状态变量理论及Bishop提出的非饱和土有效应力公式,对Uzan模型及NCHRP 1-28A推荐的三参数复合模型进行了改进.通过室内重复加载三轴试验及土-水特性曲线标定,对模型的准确性进行了验证.结果表明:模型中引入了控制路基土... 文章根据双应力状态变量理论及Bishop提出的非饱和土有效应力公式,对Uzan模型及NCHRP 1-28A推荐的三参数复合模型进行了改进.通过室内重复加载三轴试验及土-水特性曲线标定,对模型的准确性进行了验证.结果表明:模型中引入了控制路基土力学性状的应力状态变量,不仅符合路基土的实际工作状态,还同时考虑了应力状况和含水率对路基土回弹模量的影响,弥补了原有模型未考虑湿度或将其与应力状况分开考虑之不足. 展开更多
关键词 回弹模量 预估模型 非饱和土 应力状态变量 有效应力
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双应力状态变量表示方法的正交试验验证 预览 被引量:1
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作者 李顺群 贾艳东 +1 位作者 沈颖 王强 《辽宁工程技术大学学报:自然科学版》 CAS 北大核心 2005年第4期 530-532,共3页
基于正交试验原理分别对重塑黄土,重塑非饱和黄土、Madrid灰黏土和膨胀土试验结果进行了正交分析;分别对三轴试验结果和直剪试验结果进行了正交试验验证.从而从不同角度论证了Fredlund关于非饱和土双应力状态变量表示方法的正确性.这一... 基于正交试验原理分别对重塑黄土,重塑非饱和黄土、Madrid灰黏土和膨胀土试验结果进行了正交分析;分别对三轴试验结果和直剪试验结果进行了正交试验验证.从而从不同角度论证了Fredlund关于非饱和土双应力状态变量表示方法的正确性.这一结论将有助于进一步推动非饱和土理论向实用阶段转化. 展开更多
关键词 非饱和土 正交试验 无交互作用 应力状态变量
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吸力历史对非饱和土力学性质的影响 被引量:10
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作者 张俊然 许强 孙德安 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期2810-2814,共5页
现在被广泛公认的由Fredlund提出的非饱和土力学的双参数理论,即净应力和吸力为非饱和土的应力状态变量,不能直接考虑吸力历史及其饱和度对非饱和土的应力-应变关系和强度的影响。非饱和土三轴试验结果表明,即使净应力和吸力相同的... 现在被广泛公认的由Fredlund提出的非饱和土力学的双参数理论,即净应力和吸力为非饱和土的应力状态变量,不能直接考虑吸力历史及其饱和度对非饱和土的应力-应变关系和强度的影响。非饱和土三轴试验结果表明,即使净应力和吸力相同的条件下,经过干-湿循环试样与未经过干-湿循环试样的应力比-应变关系和强度是不相同的。在其他条件相同时,经历过干-湿循环的试样比未经过干-湿循环试样的应力比-应变关系要高、强度大和体变小。经过干-湿循环试样的饱和度低而强度高,主要是由于经过先期较高的吸力,相当于受过较大的前期有效压力,使试样成为超固结土。更多不同吸力历史的对比试验有待于进一步研究,以便为非饱和土的水力-力学特性耦合弹塑性本构模型定量地表示上述非饱和土的性质提供基础性试验数据。 展开更多
关键词 非饱和土 应力状态量 吸力历史 应力-应变关系
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