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土力学学术论文篇二 土力学发展概况 摘 要：随着社会的高度现代化，土力学在工程上的应用范围越来越广，人类对土力学的研究也更加的深入。本文通过回顾土力学发展历程，分析当前土力学研究的缺陷，包括土力学经典理论的局限性，非饱和土力学研究的缺陷性，动荷载作用下土体研究的不成熟性。最后结合土力学研究的缺陷，对今后土力学的发展提出预测。 关键词：饱和土 非饱和土 动荷载 中图分类号：TU41 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2014)04(b)-0225-01 土力学是运用工程力学的理论和方法来研究土体力学性质的学科[1]。它在实际工程如地基、挡土墙、土工建筑物中都有重要的应用。研究土力学，对我们从事土木工程活动的人士来说具有重要意义。本文根据土力学发展历史，分析当前土力学研究缺陷，预测土力学未来的发展。 1 土力学的发展历程 土力学历史悠久，起源于人类生产生活所积累的经验，古时候人们用压实土料修筑堤坝防洪，用夯实土基兴修各类工程等均属于土力学的范畴。近代土力学的发展开始于1776年库仑土压力理论的提出[1]。此后，1856年法国科学家达西发表了著名的达西渗透定律，1857年英国科学家郎肯发表了郎肯土压力理论，这些理论促进了近代土力学的发展。1925年太沙基提出了有效应力原理及渗透固结理论，从此土力学成为一门独立的科学。1950年后人类在土的基本性质、测试手段、计算技术、加固方法等方面均有较大发展。1980年后，土力学出现了新的分支，如计算土力学[2]，海洋土力学等。 土力学自成立以来经历两个发展阶段。第一阶段即1925年―1960年的近代土力学阶段，这一阶段土力学都是以太沙基理论为基础而展开研究的，但由于该理论过于片面，土体性质过于复杂，导致很多问题无法深入研究。第二阶段即1960年后的现代土力学阶段，以罗斯科为代表的临界土力学创立，从此人类对土体本构关系的研究步入了新的境界。人们开始综合考虑研究土体受力后的应力、应变、强度、稳定性以及它们和时间之间的关系[3]。 2 土力学当前发展中存在的问题 纵观土力学的发展历程，虽然取得了很大的进步，但是仍然存在着不少问题。 2.1 土力学理论不够完备 土力学是一门以实验为基础的理论学科，但是由于土体性质复杂，到目前为止，仍处于半经验办理论的发展阶段，未能形成公认的基础理论。太沙基把土体的压密和渗透结合起来推导出的一维固结微分方程能很好的反映土体单向固结的机理，但是在多维固结问题上并不适用。比奥固结理论能解出孔压分布，给出位移场，获得土体应力应变非线性、弹塑性和骨架的流变情况，但是参数确定的偏差会导致工程计算结果和实际测量结果差别很大[1]。所以这些理论都有自身的局限性，不能符合一般土体受力状态下的性能。 2.2 解决非饱和土问题方法欠缺 传统土力学理论只适用于解决饱和土的问题，其规律也是根据饱和土试验得出。然而工程中遇到饱和土的情况十分罕见，即使是软土地区，其表层土也不会是饱和的。将处理饱和土的方法应用于非饱和土不是很妥当，因为土的特性随其含水量有很大的不同，如膨胀土遇水后体积会膨胀，而失陷性黄土遇水后体积会收缩，而且它们的强度也会因遇水而降低[3]。于是有人提出了非饱和土强度理论，这些理论都是以吸力及为计算依据，但是由于吸力测试技术不够成熟，存在很多问题，不能被广泛采纳。 2.3 动荷载作用下土体规律的研究还不成熟 研究动荷载作用尤其是循环动荷载作用下土的力学特性，在道路的建设和维护方面具有重要意义[4]。尽管国内外开展了不少这方面的研究，提出了相关理论，但是动荷载作用下土体的变形、强度、以及液化规律比静荷载作用更复杂、更难把握，所以相关研究结论适用条件和范围都很有限，理论就更不成熟了。 3 土力学发展方向预测 土力学是研究土体特性的学科，土是经过漫长的地壳运动而形成的，不同地域的土其成分有很大的差异，即使是同一地方的土因所处的地层不同性质而相差很大，而且土的构造和结构对土的性质也有至关重要的影响，因此土的特性很强。土有的时候是饱和的，有的时候是不饱和的，有时可以看成是连续的介质，有时又不能看成连续的介质，它具有弹性、粘性和塑性等性能，这些都说明了土体的性质十分复杂。因此研究土力学需要采用理论、试验相结合的方式。 3.1 土的微观和细观研究 土是由固、液、气三相组合而成，土颗粒之间固液气三相的相互作用决定了土的力学性质区别于其他一切材料。土体强度、变形的宏观规律是与其微观结构直接相关的，通过微观试验研究，以探究土的非线性、弹塑性、各向异性、流变性等问题，可以更清楚的认识宏观规律的机理，从而初步把握其宏观规律。因此，微观和宏观相结合有可能使土体力学特性的研究出现转机。 3.2 土体的原位试验和无损探测 室内试验和原位试验之间存在着不可忽视的差别，室内试验时，压缩模量是在无侧向变形条件下测出的，而土的初始应力状况与沉积条件有关;在完全相同的条件下测量土的沉降量，试验结果表明压缩模量越大的土，它的计算沉降和实测沉降相差越大[3]。现有原位实验方法如标准贯入试验，触探试验只能用于小型工程，钻孔取土愈深，土的结构破坏愈大，试验结果的可靠度也就越差。因此发展更加先进的测探技术，可以克服取土后土结构的巨大变化和应力状态的改变，能大大提高试验结果的精确性。 3.3 非饱和土的研究 非饱和土力学理论之所以没能像饱和土力学理论一样同步发展，最主要的原因是影响非饱和土性质因素众多，关系复杂，它很难像饱和土那样找出应力应变之间一一对应的关系。此外非饱和土特性测试技术难度比饱和土大得多，这进一步制约了非饱和土理论的发展。由于非饱和土中存在气体，较之饱和土性质大有区别而且更加的复杂，研究非饱和土中固、液、气之间的相互影响关系成为解决非饱和土问题的重要出路。今后非饱和土的研究将着重于土体表面吸力的测定，土-水特征性能表征等方面。 4 结语 正如太沙基所说：土力学既是一门科学，又是一门艺术[1]。工程实践经验具有不可替代的重要意义。随着科技的进步，各种研究方法和手段不断进步，各种各样的工程勘察设备和试验设备得以研制，电子计算机的应用水平和实验测试技术的自动化程度不断提高，今后土力学的发展将呈现蓬勃的朝气。 参考文献 [1] 姜晨光.土力学与地基基础[M].北京：化学工业出版社，2013：8-12. [2] 蔡东，李国方.土力学的研究内容与学科发展[J].黑龙江水利科技，2008，36(2)：92. [3] 赵成刚，韦昌富，蔡国庆.土力学理论的发展和面临的挑战[J].岩土力学，2011，32(12)：3521-3522. [4] 焦贵德，赵淑萍，马巍.循环荷载下高温冻土的变形和强度特性[J].岩土工程学报，2013，35(8)：1553. 看了“土力学学术论文”的人还看： 1. 发表学术论文的心得 2. 关于学术论文的格式范文 3. 关于圆的学术论文 4. 大学物理学术论文2500字 5. 建筑学术论文范文
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主要在变形问题：沉降与不均匀沉降。1925年以前，对土的研究被称为前古典期，其代表是基于天然坡度及填土重度的经验土压力理论。1773年，Coulomb向法西兰科学院提交了论文：最大最小原理在某些与建筑有关的静力学问题中的应用。提出了土的抗剪强度准则，即库仑定律。还对挡土结构上的土压力的确定惊醒了系统研究，首次提出了主动土压力和被动土压力的概念及其计算方法，即库仑土压理论。从大约1800年人们普遍接受库伦的研究成果到1862年郎肯的著作的五班位置。
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一、土压力分析模型
墙后填土的研究对象可以是砂土、黏土或其他不同深度具有不同应力应变属性（应变硬化和应变软化性质）的分层填土。在研究中采用如下假设：
1）墙背竖直且光滑，与填土之间不存在摩擦力，这样可不考虑墙背与土的本构关系。
2）墙后填土的滑动面可以是曲面或直线滑动面，为简化分析，本文假定为直线滑动面。
3）填土沿两个平面同时下滑（图5-4）：一个是墙背AB面，另一个是土体内某一滑动面BC（具有一定厚度的剪切带），楔体ABC将同时向水平方向和垂直向下方向移动，这样墙将向前平移。当墙向前平移的位移较小时，可近似认为滑动长度BC保持不变。
4）在滑动过程中，假定楔体ABC内的应力、应变变化很小，这样可不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件，以使研究聚焦于主动土压力产生的本质规律。
如图5-4所示，作用在滑动楔体上的力有自重力W（土体平均重度用γ表示）；墙对土的主动土压力P，其作用点可根据土压力强度沿墙高H的分布确定；设沿滑移面剪切带产生的总抗剪切力为T、总法向力为N；β为填土面与水平面的夹角；θ为滑移面与水平面夹角；Hs和Hh分别为应变软化介质和应变硬化介质的土层厚度，其厚度的确定可通过钻孔垂向连续取样，根据三轴压缩试验得到的应力应变曲线型式，确定从硬化（含理想塑性）到软化转折点对应的取样深度，这样即能计算出Hs和Hh。ls和lh分别为应变软化介质和应变硬化介质沿滑移面的长度。
图5-4 由应变硬化介质和应变软化介质组成的滑动楔体及主动土压力计算模型
设滑面剪切带的厚度均匀为h，其应变软化介质与应变硬化介质的本构模型分别采用第二章公式（2-1）和（2-5），如第二章图2-13所示。
二、尖点突变模型
根据陈仲颐等人［12］的研究，当墙向前平移时，产生主动土压力所需的位移ux很小，对密砂和中密砂来说其ux/H=（0.1～0.5）%。在下面的研究中，假设位移ux很小，且ls和lh均远大于ux。
取挡土墙单位宽度，滑动楔体系统的总势能可表达为：
非线性岩土力学基础
式中，u为滑动楔体沿滑移面剪切带的蠕滑位移，且相应墙体的平移为ux=ucosθ。
根据几何关系有：
非线性岩土力学基础
非线性岩土力学基础
非线性岩土力学基础
lh=l-ls （5-5）
依据库仑主动土压力的理论解要求［12］，在应用式（5-2）和（5-3）时，要求θ＞β，否则不可能产生主动土压力。令dV/du=0，可得：
非线性岩土力学基础
式（5-6）显然是力的平衡条件，在突变理论分析中称为平衡曲面。根据平衡曲面的光滑性质，由V‴=0，可求得尖点，即
非线性岩土力学基础
这样，可容易知道尖点处位移值，恰为滑面应变软化性质区段介质本构曲线拐点处的位移值。
将平衡曲面方程（5-6），相对于尖点处状态变量值u1作Taylor展开，截取至3次项，并作变量代换可得到尖点突变［8］的标准形式为：
x3+ax+b=0 （5-8）
其中：
非线性岩土力学基础
非线性岩土力学基础
非线性岩土力学基础
非线性岩土力学基础
非线性岩土力学基础
式中，Gh=G1（uh≥u1）或Gh=G2（uh＜u1）。k为滑面剪切带应变硬化介质的剪切刚度（kh=Ghlh/h），与对应于本构曲线拐点处、应变软化介质的剪切刚度的绝对值（ks=｛mGslsexp［-（m+1）/m］｝/h）之比，称之为刚度比；ξ与滑楔土体重量、墙对土的作用力、系统的几何尺寸及介质的力学参数等有关，称为几何-力学参数。
在满足式（5-8）的力的平衡条件中，为求得P的极小值，可对x求导得：
3x2+a=0 （5-14）
联立式（5-8）和式（5-14），并消去x得：
非线性岩土力学基础
式中，β为参数和式且有β=6/（m+1）2。
式（5-15）在突变理论分析中称为分岔集方程。当式（5-15）满足时，表示沿滑动面剪切带的土体整体上进入临界破坏状态，达到极限平衡要求，此时P值为所求最小主动土压力。式（5-15）称为产生主动土压力的充要条件。
三、产生主动土压力的必要条件
由式（5-15）知，只有当k≤1时，分岔集方程才有可能满足，因此，产生主动土压力的必要条件为：
非线性岩土力学基础
如果k＞1，土压力将介于主动土压力和静止土压力之间。由式（5-16）可知，在其他参数不变的情况下，k随m的增大而减小。m值越大（刚度比越小），即材料的均匀性越高，越易产生主动土压力。
我们可以对k越小，土体越易进入临界破坏状态的原因作如下解释。当k较小时，应变软化介质的峰后曲线越陡，在峰后强度某个变形增量Δu时，其承担的剪切应力下降很大，应变硬化介质将承担更大的剪切应力而进入临界破坏状态，这样滑移面剪切带的土体整体上进入破坏状态。显然，只有当变形进入应变软化介质的峰后变形阶段时，才可能有k≤1，这说明强度准则只是判别土体进入临界破坏状态的必要条件之一。
由式（5-14）可解得达到临界破坏状态时，即产生主动土压力的临界位移值：
非线性岩土力学基础
当k=1时，ub=u1；当k=0时，ub=u1［1-1.4142/（m+1）］（要求m≥0.4142）。可看出，随k减小，产生主动土压力所需的临界位移减小。理论证实［10］，ub介于应变软化介质峰值强度对应的位移与拐点位移之间。利用上式可计算达到主动土压力所需的临界位移，若实测挡墙水平位移值小于临界水平位移（ubcosθ），表明作用在挡墙上的土压力未达到主动土压力，土压力将介于静止土压力和主动土压力之间。如对宽度很大、高度较小的刚性挡墙，由于其位移很小，可能不产生主动土压力，如果按照主动土压力设计挡墙，将是不合理和偏于危险的。
四、总主动土压力
由式（5-13）和式（5-15）可解得总主动土压力（b＜0）为：
非线性岩土力学基础
将式（5-2）～（5-4）及式（5-5）代入式（5-18），得到：
非线性岩土力学基础
其中， 。
可以看出，总主动土压力除与H，Hs，θ，β，u1，γ，τh，uh，Gs等有关外，还与介质的刚度比k及材料的均匀性指标m有关。
当β=0时，式（5-19）可简化为：
非线性岩土力学基础
式中， 。
从图5-5可知（取γ=20 kN/m3，H=8m，Hs=2m，Gh=20 kPa，Gs=4500 kPa，u0=0.01m，h=0.1m，θ=45°，τh=12 kPa，uh=0.05m），随m增大，在m＜1时，P增大，并在m=1时取得极大值，而后随m的增大P减小。
图5-5 P-m和k-m关系
五、与经典朗肯、库仑主动土压力的比较
为与经典库仑主动土压力进行比较，考虑土体仅由一种应变软化介质组成，即H=Hs，k=0则由式（5-20）得到：
非线性岩土力学基础
将式（5-2）和（5-3）代入式（5-21），得到：
Wsinθ-Pcosθ=Tpf（m） （5-22）
其中，
非线性岩土力学基础
式中，e为自然指数；τp为峰值强度。在m可能的取值范围内（0.4142≤m≤3），f（m）的变化为1.090～0.997，f（m）为接近1的常数。从式（5-6）知道，f（m）应恒等于1，f（m）不等于1的原因是我们对式（5-6）作Taylor展开时进行了截断处理。这样式（5-22）可近似写为：
Wsinθ-Pcosθ=Tmax （5-24）
根据莫尔-库仑破坏准则，有：
非线性岩土力学基础
式中，c为土体黏聚力。利用滑动面法向力的平衡条件得到：
N=Wcosθ+Psinθ （5-26）
联立式（5-25）和（5-26），并利用式（5-2），可解得：
非线性岩土力学基础
为求得主动土压力强度σa随深度z 的变化，令H=z，z 为距填土表面的距离，可求得：
非线性岩土力学基础
当θ=45°+ 时，容易得到最大σa为：
非线性岩土力学基础
式（5-29）为朗肯主动土压力公式。当c=0时，为库仑主动土压力公式。可见朗肯或库仑土压力理论只是本文非线性分析理论的特例。
如前所述，墙后土体即使是同一种介质，也可能具有完全不同的应力应变属性。由此可知，经典朗肯或库仑土压力理论实际上只适用于具有同一应力应变属性的同一介质，其实际应用范围是很有限的。
六、主动土压力强度与深度的关系
为求得主动土压力强度沿墙高的分布规律，令z=H，z为距填土表面的距离，并假设参数k，m，Gh，Gs，Hs，u1，τh，uh不随z变化，对式（5-20）求导可得：
非线性岩土力学基础
图5-6 理论主动土压力强度随墙高的变化
图5-7 实测主动土压力强度随墙高的变化
显然，σa与深度z的关系是非线性的，而不是朗肯或库仑理论的线性关系。当只有应变软化介质而无应变硬化介质时，即z=Hs，k=0时，σa与深度z的关系是线性的。也可看出，Gh，u1与z对σa-z的非线性关系有重要影响。
取γ=20 kN/m3，m=1，h=0.1m，Gs=4500 kPa，τh=25 kPa，uh=0.1m，Hs=0.5m，H=15m，θ=45°，当Gh=10，15，20 kPa时，研究σa随深度z的变化规律。从图5-6看出，当Gh较小时，σa随深度z的变化是近似线性的，Gh较大时，非线性关系较明显；u0越大，σa-z的非线性关系越明显。
图5-7给出室内模型试验和挡土墙实测土压力的分布，其分布为非线性的，证实本文提出的非线性土压力理论的合理性。
第一自然段：先用一句名句，在简写一下面对压力你会怎样,字数不必太多。第2自然段 写个关于你的事例第3自然段 由此想到一个名人的事例第4自然段 总结，
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kanyuan820 9人参与回答 2023-12-08 大学阶段正是大学生心理急剧发展的高峰期，当面临众多压力与挑战时，比较容易引起心理上的矛盾与困惑。这就需要当代大学生们对心理压力有一定的了解。下面是我给大家推荐的
snake20001981 2人参与回答 2023-12-10 查利·奥古斯丁·库仑是18世纪最伟大的物理学家之一，1736年6月14日生于法国昂古莱姆。1761年毕业于皇家军事工程学校后，作为军事工程师服役多年。1782年
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