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地质工程前沿专论作业地质工程前沿专论专题讲座研究表明,我国的黄土主要是以风力搬运沉积的,颗粒几多成无定向排列,也有结构上的架空性。天然状态下,黄土的塑性较弱,含水较少,压实程度很差,但是强度较高,另外,其透水性较强,不过抗水性弱,遇水后强烈崩解,湿陷明显,土体强度急剧降低。诸多因素综合在一起,就使得黄土的工程地质性质与其他土多有不同,有必要单独对其讨论。近年来,世界各地地震灾害频发,我国国土广阔,地形多样,地质条件复杂,位于世界两大地震带(环太平洋地震带与欧亚地震带)的交汇部位,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,地震断裂带十...

地质工程前沿专论作业
地质工程前沿专论专题讲座研究表明,我国的黄土主要是以风力搬运沉积的,颗粒几多成无定向排列,也有结构上的架空性。天然状态下,黄土的塑性较弱,含水较少,压实程度很差,但是强度较高,另外,其透水性较强,不过抗水性弱,遇水后强烈崩解,湿陷明显,土体强度急剧降低。诸多因素综合在一起,就使得黄土的工程地质性质与其他土多有不同,有必要单独对其讨论。近年来,世界各地地震灾害频发,我国国土广阔,地形多样,地质条件复杂,位于世界两大地震带(环太平洋地震带与欧亚地震带)的交汇部位,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,地震断裂带十分发育。大地构造位置决定,地震频繁震灾严重。不仅造成了人员的伤亡和财产的损失,还引发了其他类型的自然灾害,比如山体滑坡、崩塌和泥石流等。我国五个地震区中,华北地震区的地震强度和频度仅次于青藏高原地震区,位居全国第二。因此地震灾害的治理值得关注与研究。华北地震区中,不少区域覆盖有大量的黄土,因此,此次报告有关地震危险区的黄土地震灾害及黄土力学的研究中,我学到了很多。我国大量岩土边坡地震崩塌与滑动主要发生在多震的西部地区,即陕西、贵州、四川、甘肃等地区,在我国的西北地区,地震引起的滑坡危害最重的地区当推黄土地区。地震引起的黄土滑坡大致可以归纳为三种类型:1)厚层黄土构成的陡崖前方黄土内崩塌性滑坡。该类型滑坡出现次数多,但规模往往较小,一般只造成局部的灾害。2)黄土梁上的顺层滑坡。该类型滑坡具有区域性特点,是六盘山以西陇西盆地内典型的滑坡。特点是滑动速度快,滑体厚度、体积和规模都很大,足以酿成巨大的灾害。3)河谷阶地或黄土塬边黄土质坡积物中的滑坡。该类型滑坡出现在较大河流的阶地或黄土塬边一带,滑坡数量不多,但规模往往很大,只见于烈度极高的地区。在解决黄土地震灾害的问题中,涉及到不少土的本构关系、数值分析以及土动力学方面的知识。材料的本构关系是反映材料的力学性状的数学表达式,表示形式是一般为应力、应变、强度、时间的关系,其中最基本的便是邓肯-张双曲线模型和剑桥模型。邓肯-张在康纳应力、应变双曲线假定基础上提出双曲线E-μ模型。邓肯等人通过模型试验并使用邓肯-张模型进行计算,发现荷载较高时,计算的沉降值偏大。由于测定土的变形模量E和泊松比μ受试验方法等因素的影响较大,而实际应用中恰当的模量和泊松比的选定又比较困难,因此有人认为土的应力-应变特性利用杨氏模量及泊松比是不恰当的。在排水条件下,若发生强烈的剪胀现象时,土的μ值可等于或大于0.5,这时用E-μ模型就遇到很大的困难,在有限元计算中某些单元应力状态达到破坏时,会得到不合理的结果。在三轴试验中,模型能描述不同应力路径关系,但体变预测不准,泊松比值误差较大。邓肯等人对模型进行了修正,即采用剪切体积模量的K-G模型,因邓肯一张非线性弹性E-μ和E-B模型都不能反映土的剪胀和应变软化。虽然E-μ和E-B模型存在许多局限性,但其模型参数较简单,概念清楚,各个试验参数都有一定的物理意义与几何意义,可以通过常规三轴剪切试验获得而应用最为广泛,除应用于岩土体的应力、应变研究外,也应用于沥青混凝土等材料的应力、应变性质的研究。剑桥模型是由英国剑桥大学罗斯柯等人建立的一个有代表性的土的弹塑性模型。它主要是在正常固结和弱固结土的试验基础上建立起来的,后来也推广到超强固结土及其他土类。这个模型采用了帽子屈服面和相适应的流动规则,并以塑性体变为硬化参数,它在国际上被广泛地接受和应用。作为剑桥模型理论基础的临界状态土力学已成为土力学领域的一个重要分支。剑桥模型的局限性有:1)受制于经典塑性理论,采用德鲁克公设和相关联的流动法则,在很多情况下与岩土工程实际状态不符;破坏面有尖角,该点的塑性应变方向不易确定。2)因为屈服面只是塑性体积应变的等值面,只采用塑性体积应变作硬化参量,因而没有充分考虑剪切变形;只能反映土体剪缩,不能反映土体剪胀。因此不适用于强超固结粘土和密实砂,在工程应用范围上受限制,并且对于水平位移无法得出符合实际的结果。3)没有考虑土的结构性这一根本内在因素的影响。以后提出的弹塑性模型中许多都是从剑桥模型派生出来的,它们与剑桥模型的缺陷一样,都是从重塑土的概念出发建立的。没有考虑天然粘土的结构性,因而得出的结果都不尽满意,也不能合适地模拟结构与应力诱导的各向异性。4)采用各向同性硬化,不能用于描述循环剪切荷载条件,在此条件下观察到应力-应变具有高度的非线性,回滞圈斜率依赖于加卸载条件。5)未能反映剪胀对于有效应力比的依赖性,这一现象在绝大部分无粘性土中均可见到。6)未能考虑粘性土的由粘性引起的与时间相关的应力应变关系。7)模型适用于轴对称应力状态,没有计及中主应力对强度和变形的影响,不适用于一般的三维应力空间。8)其假定的弹性墙内加载仍会产生塑性变形。土动力学将传统的、以静荷载作用为主来研究土的基本特性和土体稳定性的土力学,扩展到动荷载作用下土的基本动力特性和土体动力稳定性研究,使荷载随时间的变化与土的基本特性和土体稳定性的变化相联系,从而形成了土力学的一个新的重要分支。它是土力学、结构力学、地震工程学以及土工抗震学等相结合的产物。它研究的对象不仅包括复杂的岩土介质,而且包括了性质复杂的动力荷载,具有广阔的范围。其主要研究内容可以概括为土的动力特性、土的动力反应与稳定以及土与土体的动力测试技术三个方面。土在动荷载作用下土体内部产生的应力和应变与时间之间的关系,称为“土的动本构关系”。土的动本构关系反映了土在动荷载作用下的基本特征,对研究土的动力反应分析或研究土的动强度、动变形以及土与结构的动力相互作用都十分重要。由于土是一种非线性和弹塑性材料,则黄土实际动本构关系是极其复杂的,它在不同的荷载条件下,土性条件及排水条件下会表现出极不相同的动本构特性。要建立一个能够适用于各种不同条件的动本构模型的普遍形式是不切实际的。切实的方法是针对不同的工程问题,根据土体的不同要求和具体条件,有选择地舍弃部分次要因素,保留所有主要因素,建立一个能够反映实际情况的动本构模型。目前,具体建立的动本构模型已很多,大致可分为两个部分,即粘弹性理论和弹塑性理论。数值分析是研究分析用计算机求解数学计算问题的数值计算方法及其理论的学科,是数学的一个分支,它以数字计算机求解数学问题的理论和方法为研究对象。为计算数学的主体部分。运用数值分析解决问题的过程:实际问题→数学模型→数值计算方法→程序设计→上机计算求出结果。数值分析这门学科有如下特点:1)面向计算机2)有可靠的理论分析3)要有好的计算复杂性4)要有数值实验5)要对算法进行误差分析数值分析是一门计算量大、算法多、实践性强的应用性数学学科,其中每一种算法都是源于实际计算的需要而寻求数学方法的产物。利用MATLAB软件的数学计算功能和友好的图形界面,对数值分析中涉及到的基本问题进行辅助设计,不仅高效、准确,而且可以直观的看出结果,便于对算法进行整体的描述与分析。MATLAB将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++,JAVA的支持。
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分类:其他高等教育
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