基于修正剑桥模型的三轴试验仿真模拟

剑桥模型

1.剑桥模型（Cam-clay Model ） 剑桥模型是由英国剑桥大学Roscoe 等于1963年提出的，这个模型基于正常固结土和超固结土试样的排水和不排水三轴实验基础上，提出了土体临界状态的概念，并在实验基础上，再引入加工硬化原理和能量方程，提出剑桥模型。这个模型从试验和理论上较好的阐明了土体弹塑性变形特征，尤其考虑了土的塑性体积变形，因而一般认为，剑桥模型的问世，标志着土本构理论发展的新阶段的开始。 （1） 剑桥模型。剑桥模型基于传统塑性位势理论，采用单屈服面和关联流动法则屈服面形式也不是基于大量的实验而提出的假设，而是依据能量理论提出的。 依据能量方程，外力做功dW 一部分转化为弹性能e dW ，另一部分转化为耗散能（或称塑性能）p dW ,因而有 dW =e dW +p dW （1-154） e dW =e e V qd d p γε+' （1-155） p p V p qd d p dW γε+'= （1-156） 剑桥模型中，由各向等压固结实验中回弹曲线确定弹性体积变形 p p d e k d e V ' ' += 1ε （1-157） 式中，k 为膨胀指数，即 p In e '-回弹曲线的斜率。 同时，假设弹性剪切变形为零，即 0=e d γ （1-158） 则弹性能 p d e k p p d k dW e '+=''= 1υ （1-159） 剑桥模型中还建立如下的能量方程，即塑性能等于由于摩擦产生的能量耗散，则有 p p p V d p qd d p γνγε'=+'- （1-160） 式中第一项改用负号，是因为p V d ε取以压为正。代入式（1-161） ?? ? ??==ij p ij p d s d d λεεθθσ （1-161） 并考虑式（1-158），则有 γγγνd p M d p M d p dW p p p '='='= （1-162） 式中，M 为q p '-'平面上的破坏线的斜率，即

三轴实验报告精编版

三轴试验报告 课程高等土力学 授课老师冷伍明等 指导老师彭老师 学生姓名刘玮 学号 114811134 专业隧道工程

目录 1.试验目的 (1) 2.仪器设备 (1) 3.试样制备步骤 (1) 4.试样的安装和固结 (2) 5.数据处理(邓肯—张模型8大参数的确定) (2) 6.注意事项 (9) 7.总结 (10)

1.试验目的 (1).三轴压缩试验室测定图的抗剪强度的一种方法，它通过用3～4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力下，施加轴向压力，进行剪切直至破坏；然后根据摩尔-强度理论，求得土的抗剪强度参数；同时还可求出邓肯-张模型的其它6个参数。 (2).本试验分为不固结不排水剪(UU)；固结不排水剪(CU或CU)和固结排水剪(CD)等3种试验类型。本次试验采用的是固结排水剪(CD)。 2.仪器设备 本次实验采用全自动应变控制式三轴仪：有反压力控制系统，周围压力控制系统，压力室，孔隙压力测量系统，数据采集系统，试验机等。 3.试样制备步骤 (1).本次试验所用土属于粉粘土，采用击实法对扰动土进行试样制备，试样直径39.1mm，试样高度80mm。选取一定数量的代表性土样，经碾碎、过筛，测定风干含水率，按要求的含水率算出所需加水量。 (2).将需加的水量喷洒到土料上拌匀，稍静置后装入塑料袋，然后置于密闭容器内24小时，使含水率均匀。取出土料复测其含水率。 (3).击样筒的内径应与试样直径相同。击锤的直径宜小雨试样直径，也允许采用与试样直径相同的击锤。击样筒在使用前应洗擦干净。 (4).根据要求的干密度，称取所需土质量。按试样高度分层击实，本次试验为粉粘土，分5层击实。各层土料质量相等。每层击实至要求高度后，将表面刨毛，然后再加第2层土料。如此继续进行，直至击完最后一层，并将击样筒中的试样取出放入饱和器中。 表1 含水率记录表 试验要求干密度为1.7g/cm3，饱和器容积为96cm3，所以所需湿土质量为： + ? = + mρ(g) w =v 1(= ? ) 188 8. 7.1 96 ) .0 1( 1575 分5层击实，则每层质量为37.76g。 (5).试样饱和：采用抽气饱和，将装有试样的饱和器置于无水的抽气缸内，进行抽气，当真空度接近当地1个大气压后，应继续抽气1个小时。抽气完成后徐徐注入清水，并保持真空度稳定。待饱和器完全被水淹没即停止抽气，并释放

实验五__岩石单轴压缩实验

实验五岩石单轴压缩实验 一.实验目的 岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。 二.实验设备、仪器和材料 1.钻石机、锯石机、磨石机； 2.游标卡尺，精度0.02mm； 3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架； 4.YE-600型液压材料试验机； 5.JN-16型静态电阻应变仪； 6.电阻应变片（BX-120型）； 7.胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。 三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 1. 试样规格：采用直径为50 mm，高为100 mm的标准圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用50 mm×50 mm×100 mm的立方体，由于岩石松软不能制取标准试样时，可采用非标准试样，需在实验结果加以说明。 2. 加工精度： a 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图5-1所示，将试样放在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试样表面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。 b 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm，用游标卡尺检查。 c 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2所示，将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显

缝隙。 3.试样数量： 每种状态下试样的数量一般不少于3个。 4.含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内1～2 d ，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 四.电阻应变片的粘贴 1.阻值检查：要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电阻值一般选用120欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超过0.5Ω。 2.位置确定：纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部，纵向、横向应变片排列采用“┫”形，尽可能避开裂隙，节理等弱面。 3.粘贴工艺：试样表面清洗处理→涂胶→贴电阻应变片→固化处理→焊接导线→防潮处理。 五.实验步骤 1. 测定前核对岩石名称和试样编号，并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、 裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2. 检查试样加工精度。并测量试样尺寸，一般在试样中部两个互相垂直方向测量直径计算平均值。 3. 电阻应变仪接通电源并预热数分钟后, 连接测试导线，接线方式采用公 1—百分表 2-百分表架 3-试样 4水平检测台 图5-1 试样平行度检测示意图 1—直角尺 2-试样 3- 水平检测台 图5-2 试样轴向偏差度检测示意图 图5-3 电阻应变片粘贴

清华大学高等土力学复习题完整版

清华大学高等土力学复 习题 集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]

高等土力学 第一章土的物质构成及分类 1蒙脱石和伊利石晶胞结构相同，但蒙脱石具有较大的胀缩性，为什么？ 2用土的结构说明为什么软粘土具有较大流变特性，原生黄土具湿陷性？ 3试述非饱和土中水的迁移特征及控制迁移速率的主要因素？ 4非饱和土中水的运移规律与饱和土中水的渗透规律有什么不同？ 试述非饱和土和饱和土中孔隙水迁移规律的异同点？ 5X射线衍射法是怎样分析粘土矿物成份的？ 6粘土表面电荷来源有哪几方面利用粘粒表面带电性解释吸着水（结合水）形成机理 7非饱和土中土水势以哪种为主如何测定非饱和土的土水势大小 8非饱和土中的土水势主要由哪个几个部分组成非饱和土中水的迁移速率主要与哪几种因素有关 9请用粘性土的结构解释粘性土具有可塑性而砂土没有可塑性的机理。 10试简明解说土水势的各分量？ 11土的结构有哪些基本类型各有何特征 12分散土的主要特征是什么为什么有些粘性土具有分散性 13粘性土主要有哪些性质，它们是如何影响土的力学性质的？ 14为什么粘土颗粒具有可塑性、凝聚性等性质，而砂土颗粒却没有这些性质？ 15非饱和粘性土和饱和的同种粘性土（初始孔隙比相同）在相同的法向应力作用下压缩，达到稳定的压缩量和需要的时间哪个大，哪个小，为什么？ 16粘土的典型结构有哪几种，它们与沉积环境有什么联系，工程性质方面各有何特点？ 17粘性土的结构与砂土的结构有什么不同？ 18为什么粘性土在外力作用下具有较大流变特性？ 19粘土矿物颗粒形状为什么大都为片状或针状，试以蒙脱石的晶体结构为例解释之。 第二章土的本构关系及土工有限元分析 1中主应力对土体强度和变形有什么影响？分别在普通三轴仪上和平面应变仪上做试验，保持σ 3 为常量，增加σ 1－σ 3 所得应力应变关系曲线有何不同所得强度指标是否相同 2屈服面和硬化规律有何关系？ 3弹塑性柔度矩阵[C]中的元素应有哪三点特征？ 4剑桥弹塑性模型应用了哪些假定欲得到模型参数应做哪些试验 5广义的“硬化”概念是什么什么叫硬化参数 6什么是流动规则什么叫塑性势流动规则有哪两种假定 7弹塑性模型中，为什么要假定某种型式的流动法则，它在确定塑性应变中有何作用？8根据相适应的流动规则，屈服面和塑性应变增量的方向有何特征？ 9试解释为什么球应力影响塑性剪应变？

动三轴实验步骤(带拉伸帽)

动三轴基本操作步骤 一、仪器介绍 基本配置： （1）驱动装置：2/5/10HZ；5/10/20/40KN （2）压力室 （3）水下荷重传感器 （4）DCS数字控制系统 颜色/通道传感器固定DTI 增益(DTI 传感器满量程) ?黑色(Ch 0) - 荷重传感器x333.33 (30mV) ?棕色(Ch 1) - 轴向霍尔效应传感器1 x10 (1000mV) ?红色(Ch 2) - 轴向霍尔效应传感器2 x10 (1000mV) ?橙色(Ch 3) - 径向霍尔效应传感器x10 (1000mV) ?黄色(Ch 4) - 孔隙水压力1 x100 (100mV) ?绿色(Ch 5) - 孔隙水压力2 x100 (100mV) ?灰色(Ch 6) - 备用A/D 通道1 x1 (10000mV) ?白色(Ch 7) - 备用A/D 通道2 x1 (10000mV)

（5）围压和反压控制器 控制器基本操作主要是充水、排水和施加目标压力。其操作可以通过软件控制，也可采用智能键盘操作。控制器打开电源之后，按命令键CMD ，会出现上图所示的快捷菜单，点击相应按键即可操作。 Tareget Pressure=7：设置目标压力，按“7”之后按照提示输入目标压力值并按绿色确认键开始加载； Fast Fill=6：快速填充，按“6”之后控制器将开始吸水； Fast Empty=3：快速排空，按“3”之后控制器将开始排水； （6）平衡锤：平衡锤的主要功能就是在加载过程中保持围压的恒定。 平衡锤配置图

二、安装试样 1.控制器充排水：试验之前先将控制器中的水排出一部分然后再吸水，确保控 制器中水装满2/3且无气泡，在排控制器水时将控制器管路这端抬升以便气泡充分被排除； 2.排气泡：通过控制器排除顶帽、底座以及设备管路中的气泡； 3.安装试样：安装试样时小心土颗粒，特别是砂子掉入压力时内部，试样两端 都需要垫放浸湿的透水石和滤纸，安装试样尽量采用三半模以减小对试样的扰动，安装顶帽之前用软毛刷轻轻刷橡皮膜以排除橡皮膜与土样之间的气泡，两端用O型圈或者橡皮筋扎紧； 4.安装喇叭口：将喇叭口内壁涂一层硅脂，切记不可涂太多，将平口那端安装 到试样帽上； 5.安装外压力室：安装压力室之前确保轴向力传感器处于最上位置，安放压力 室时观察拉伸帽是否压住试样，螺栓需要对称拧紧； 6.荷重传感器清零：通过软件对力传感器清零； 点击左侧Object Diisplay，出现右侧的的硬件显示窗口。 点击力传感器上部的眼睛，然后点击Advanced选项，单击右下角Set Zero 清零。

高等土力学课程-CamClay

基于修正剑桥模型模拟理想三轴不排水试验 ——两种积分算法的对比分析（CZQ-SpringGod ） 1、修正剑桥模型 在塑性功中考虑体积塑性应变的影响，根据屈服面一致性原则，假定屈服函数对硬化参数的偏导为0，就获得了以理想三轴不排水试验为基础的修正剑桥模型屈服函数： 2 2 (,)()0c q f p q p p p M =+-= （1） 其中3kk p σ=，ij ij ij s p σδ=-，212ij ij J s s = ，q =M 为临界线斜率，c p 为前期固结压力。 硬化/软化法则： p c v c dp v d p ελκ =- （2） 式中p v ε为体积塑性应变，v 为比体积，λ为正常固结线斜率，κ为回弹线斜率。 由于不排水屈服面推导过程是基于硬化参数c p 偏导为0，也就是说不排水试验中硬化参数同体积塑性应变无关，屈服面不变化，而若引入硬化法则就同屈服面推导过程中的假定矛盾，因此计算时将模型处理为理想塑性模型。 2、显式和隐式两种积分格式 考虑应变增量ε?驱动下，第n 增量步到第n+1增量步之间的应力积分格式。显式积分格式的推导参考文献[1]，其中弹塑性矩阵中的塑性硬化模量H=0。 隐式积分格式推导如下： 11()n n n p v v p p K εε++=+?-? （3） 1 11(2)n p n n v c p p ε+++?=Λ?- （4） 12()n n p ij ij ij ij s s G e e +=+?-? （5） 112 3n ij p n ij s e M ++?=Λ （6） 111112(,)()0n n n n n c q f q p p p p M +++++=+-= （7） 在这一组方程中没有硬化规律方程表明为理想塑性，并将式（3）-（7）合并化简得到：

用修正剑桥模型研究超固结土的变形特性

基金项目 作者简介 浙江东阳人博士 教授 主要从事岩土本构理论及其应用研究 用修正剑桥模型研究超固结土的变形特性 徐连民祁德庆 高云开 三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北 宜昌同济大学土木工程学院 上海摘要 在原有的塑性体积应变状态量外对修正剑桥模型的屈服函数引入描述超固结黏土变形和强度特性的状态量 通过对各种不同超固结比的三轴压缩和伸长剪切试验结果的验证表明本文改进的三维修正剑桥模型能合理地反映不同超固结比黏土在三轴压缩和伸长条件下的变形及强度特性同时本文预测结果和中井子负荷面模型的预测结果基本 关键词 等发现了散粒体材料在孔隙比平均有效应力 提出了著名的剑桥模型 其一是用光滑的椭圆型屈服函数代替原始剑桥模型 一阶导数不连续的屈服函数 文献用松冈 中井准则 本文进一步尝试用最新三维修正剑桥模型 再通过这个状态量的演化来反映 经过这样扩展后的三维修正剑桥模型不仅可以模拟正常固结 的藤森黏土在平均有效应力一定条件下的三轴压缩和伸长试验结果验证三维修正剑桥模型在各种应力路径下对超固结黏土的变形和强度预测能力 修正剑桥模型 修正剑桥模型也是建立在状态面理论基础上的其所用强度理论为扩张 研究结果将应力空间中的松冈使变换后的松冈中井准则 准则一样的形状准则和修正的剑桥 文献

图 松冈 为第一应力不变量 其中 和 分别为 应力空间中的屈服函数可以表示为 式中 为 为塑性体积应变是该模型 的一个状态量 下面根据子负荷面的研究成果 修正剑桥模型中追加一个反映超固结土变形特性的状 态量 式中 状态量 式中 和 式中 为超固结比的函数 塑性应变速率可以表 示为 　 式中 为弹性常数 当 应变增量为

土动力学动三轴液化试验报告

泥质粉砂岩液化动三轴试验报告 一 实验器材 振动三轴仪（包括控制部分，加载部分），泥质粉砂岩，托盘天平，游标卡尺，击实仪，真空泵等。 二 实验原理 当土体同时受到纵向和横向荷载作用时，土层中土单元应力状态可看为如下图一所示的简化。异向荷载被看为由自下而上的剪切波引起的，是一种幅值，频率不断变化的不规则运动。当在振动三轴仪上模拟这种应力状态时，将不规则振动简化为等效常幅有限循环次数的振动，即在试件上模拟两种应力状态，有效覆盖压力引起的静应力0γσ和00K γσ，均匀循环剪应力为hv τ。 图一 水平土层土单元应力状态 试件本身应在密度，饱和度和结构等方面尽可能模拟现场土层的实际状况。除取原状土做实验外，在实验室内也须准备重塑试件。考虑荷载作用过程时间短暂，产生的超孔压来不及消失，所以实验室在不排水条件下进行的试验。 为实现上述模拟，本实验采用不排水循环载荷三轴试验来实现上述模拟。假如在试件上先施加各项均等固结压力0σ，后在垂直方向施加2d σ± 循环载荷的同时，横向也施加2 d σ 的荷载，如下图二所示，试件45度斜面上的应力状态与图一相似，其初始法向应力为0σ，初始剪应力为零，与前单元水平面承受的0γσ相当，双向循荷载2 d σ作用并不该变45度倾斜面上的法向应力0σ值，而只产生循环剪应力2 d d στ= ，相当于图一中右图的受力情况， 即图二中第（1）栏所示在三轴试验中为了模拟所要求的应力状态。 σ0 τσ

显然，双向振动三轴仪能方便地实现这种应力状态。而在饱和不排水情况下，单项振动的三轴试验通过空压修正也能获得同样的应力状态。此时，施加的应力状态如同图二中（4）栏所示，只在垂直方向施加动荷载d σ±，当轴向增加d σ时，设想各向均等压力减少 2 d σ，所构成的等效应力状态恰好与所要求的相同；于此相似，轴向减少d σ时应当增加各向均等压力 2 d σ，由于是饱和不排水的，各向均等压力的变化只能引起试件中空隙水压力的相应变化，对有效应力，也即对试件的强度和变形并无影响。换句话说，可以获得与双向振动三轴仪试验完全相同的强度和变形值。对单项振动三轴试验中的实测孔压值进行修正即可获得双向振动时的相应孔压值，轴向加d σ时的修正值为 2d σ，减d σ时修正值为2 d σ -。但是，实际上很少作这种修正，因人们关心的主要是强度和变形值。 不难看出，只是在三轴试件45度斜面上才大体模拟了现场应力状态。实际上还存在若干重要的区别，例如现场土层静测压力系数0k 一般取0.4（随土的性质而变），最大和最小主应力方向分别为垂直和水平方向，振动时主应力方向的摆动不超过40度等，但在振动三轴试验中，试样的0k 等于1，主应力方向不断作90度变换。因此，在应用此试验结果于现场时，必须考虑这种差别而做相应的修正，此外，完全可以不拘泥于上述应力状态的模拟，而把单项振动液化试验只看做是在这种特定状态下的一种液化过程，进而着重研究这种液化过程与其他条件下液化过程的异同。 图二 轴实验中土单元应力状态的模拟 三 试验条件

三轴实验-1讲解

土工试验 Wi ndows视窗版 ［程序控制（全自动）三轴仪〗 使用说明书 十二年不断研究改进的技术成果 集300家试验室应用的点滴经验 Windows 平台增强系统应用功能 南京智龙科技开发有限公司 2005年3月南京

3.3 三轴试验（含无侧限抗压强度试验） 三轴试验采样程序用于常规三轴（uu、cu、c D试验、无侧限压缩试验的数据采集，亦支持个试样多级加载三轴试验的数据采集。本节还介绍使用程序控制三轴仪（全自动三轴仪）的过程控制和数据采集。 同一土样的各试样试验的v土样编号〉输入必须一致。 3.3.1 使用常规三轴仪三轴试验的采样过程，参见“三轴试验数据采集程序流程示意图”。

程序流程示意图 程序控制下的试验是使用全自动三轴仪进行的。 3.3.1.1 试验参数、动态显示、操作指令 ⑴ 试验参数的设置 轴向应变一一试验终点的最大应变，是控制采样设置的条件。程序的设置是，应力如出现峰值将再经 3%的应变结束采样；否则按设置的应变结束采样。对于一个试样多级加载试验，应是各级应变量累加值。 加荷级数一一程序区别是否做一个试样多级加载试验的参数。正常试验设1,大于1的数表示是多级 加载。一个试样最多可设6级。 三轴试验数据采集 打开三轴米样视窗 输入试验参数 无侧限压缩试验设围压为零其余同 UU 试验） 检查或作饱和处理 一 指令：放弃试验（通道恢复空闲） y —?I 指令：开始试验 设置压力参数 设置主机速率 ＞记录初始孔压与量管读数 ?轴压前仪器调试 输入固结排水量 多级剪? 线过零点? 多级剪? 指令：开始剪切 * 指令：倒车后退 ____ n 数据存盘 现异常 试验终点? 多级剪? 结束试验? 压力稳定 指令：开始剪切 数据存盘* 指令：放弃试验 1 通道恢复空闲H 系统待命 +试验结束关机 设置自控参数 加围压 *排水固结、测孔压 读数、关排水阀 n 指令：结束固结 设置轴向应变 指令：开始剪切 y n d= 加下级围压 y 加密采样 指令：修正零点或应变■^n 选定终点控制标准 d=3mm 1 T 辛采集数据文件 y y < 试验? 一*指令：暂停剪切 y n 停机转入次级试验 忆设定步长采样匚 n 加下一级围压 排除故障 继续试验?

岩石常三轴试验中应变测量技术样本

岩石常规三轴试验中位移和应变测量技术 哑咣嘿

1 岩石常规三轴试验 随着现代化经济进程, 基础设施的完善, 工程建筑的兴盛、新型材料的应用、地质灾害频发、环境保护的倡导。三轴试验已经广泛应用于岩土工程、建筑材料、地质灾害研究与应用等领域。在众多的三轴试验当中, 常规三轴压缩试验是最为基础也是应用最为广泛的试验。特别在岩土工程领域, 岩石三轴试验承担着边坡稳定、巷道(隧道)围岩维护等与岩石品质密切相关的科学研究和工程应用的重任。 1.1 常规三轴压缩试验 三轴压缩试验一般分为常规三轴压缩试验( 又称假三轴压缩试验) 和真三轴压缩试验, 其中前者的试样处于等侧向压力的状态下, 而后者的试样处于三个主应力都不相等的应力组合状态下。一般情况下岩石所处环境中水平方向压力相当, 只有竖直方向上存在较大差异, 本文所讨论的是常规三轴压缩试验。 常规三轴试验用圆柱或棱柱试件进行测试, 试件放在试验舱中轴线处, 一般使用油实现对试件侧向压力的施加, 用橡胶套将试件与油隔开。轴向应力由穿过三轴室顶部衬套的活塞经过淬火钢制端面帽盖施加于试件之上。经过贴在试件表面的电阻应变片能够测量局部的轴向应变和环向应变[1]。 根据《工程岩体试验方法标准》[2]中的三轴压缩试验为强度

试验。由不同侧压条件下的试件轴向破坏荷载计算不同侧压条件下的最大主应力, 并根据最大主应力及相应施加的侧向压力, 在坐标图上绘制莫尔应力圆; 应根据莫尔—库仑强度准则确定岩石在三向应力状态下的抗剪强度参数, 应包括摩擦系数和粘聚力c值。 试验机的发展由早期简单的篮子盛有重物加载到杠杆系统加载再到液压加载, 经历了近5 个世纪。20 世纪30 年代到60 年代, 人们在为增加压力机的刚度而努力, 直到出现了液压伺服技术, 并结合提高试验机的刚度才形成了能够绘制材料全应力-应变曲线较为成熟的技术[3]。 1.2 液压三轴试验机

考研高等土力学复习

一(b)、《高等土力学》研究的主要内容。 二、与上部结构工程相比，岩土工程的研究和计算分析有什么特点？ 三、归纳和分析土的特性。 四、简述土的结构性与成因，比较原状土与重塑土结构性强弱，并说明原因？ 五/0、叙述土工试验的目的和意义。 五/1、静三轴试验基本原理（即确定土抗剪强度参数的方法）与优点简介 五/2、叙述土体原位测试（既岩土工程现场试验）的主要用途，并介绍3种原位测试方法 五/3、粘土和砂土的各向异性是由于什么原因引起的？什么是诱发各向异性？ 五/4、介绍确定土抗剪强度参数的两种不同方法（包括设备名称），并分析其优缺点？ 五/5、什么叫材料的本构关系？在土的本构关系中，土的强度和应力-应变有什么联系？ 五/6、什么是加工硬化？什么是加工软化？请绘出他们的典型的应力应变关系曲线。 五/7、渗透破坏的主要类型？渗透变形的主要防治方法？ 五/8、沉降计算中通常区分几种沉降分量？它们的机理是什么？按什么原理对它们进行计算？ 六、阐述土工参数不确定性的主要来源和产生原因？ 七、岩土工程模型试验要尽可能遵守的原则？ 八、何谓土的剪胀特性？产生剪胀的原因？ 九、影响饱和无粘性土液化的主要因素有哪些？举出4种判断液化的方法。 十、刚性直剪试验的缺点并提出解决建议？ 十一、列举一个土工试验在工程应用中的实例，并用土力学理论解释之。 十二、叙述土工试验的目的和意义和岩土工程模型试验要尽可能遵守的原则？ 十三、土的本构模型主要可分为哪几类？邓肯-张本构模型的本质？并写出邓肯-张本构模型应力应变表达式，并在应力应变座标轴中表示。 十四、广义地讲，什么是土的本构关系？与其他金属材料比，它有什么变形特征？ 十五、在土的弹塑性本构关系中，屈服准则、硬化定理、流动法则起什么作用？ 十六、剑桥模型的试验基础及基本假定是什么？说明该模型各参数的意义及确定方法。 十七、给出应变硬化条件下，加载条件。为什么该条件在应变软化条件下不能使用 十八、土的本构模型主要可分为哪几类？何为非关联流动法则？写出基于非关联流动法则的弹塑性本构关系。

excel计算剑桥模型柔性加载

p′q p 0′λκμM V K=p′V/κG= 3(1-2μ)K/2(1+μ)δp′ δq=3δp′ f=q2-M2[p′(p 0′-p′)]δεp e = δp′/K δεq e =δq/3G η=q/p′A=(λ-κ)/(Vp′(M2+η2))δεp p =A*[ (M2-η2)δP′+2ηAδq]δεq p =2Aηδp′+4Aη2δq/(M2-η2)δp 0′=Vp 0′δεp p /(λ-κ) δεp δεq εp εq 10001800.02480.0060.3 1.475 2.037533958 1567351500105151800.02480.0060.3 1.475 2.03753565616457515-169080.000140.000300.000140.000300.000140.00030110301800.02480.0060.3 1.475 2.03753735417240515-158520.000130.000290.000130.000290.000270.00059115451800.02480.0060.3 1.475 2.03753905218024515-142380.000130.000280.000130.000280.000400.00087120601800.02480.0060.3 1.475 2.03754075018808515-120650.000120.000270.000120.000270.000520.00114125751800.02480.0060.3 1.475 2.03754244819591515-93320.000120.000260.000120.000260.000640.00139130901800.02480.0060.3 1.475 2.03754414620375515-60420.000110.000250.000110.000250.000760.001641351051800.02480.0060.3 1.475 2.03754584421159515-21920.000110.000240.000110.000240.000860.001871401201800.02480.0060.3 1.475 2.0375475422194251522170.000110.000230.85710.000020.000160.00089 3.183110.000270.001110.001130.002991451351830.02480.0060.3 1.475 2.0375492402272651561800.000100.000220.93100.000020.000140.00103 2.717540.000240.001250.001370.004231501501860.02480.0060.3 1.475 2.03755093823510515107840.000100.00021 1.00000.000020.000110.00118 2.294260.000210.001390.001580.005631551651880.02480.0060.3 1.475 2.03755263524293515160310.000090.00021 1.06450.000020.000090.00136 1.912790.000190.001570.001770.007201601801900.02480.0060.3 1.475 2.03755433325077515219200.000090.00020 1.12500.000020.000080.00159 1.571190.000170.001790.001940.008991651951920.02480.0060.3 1.475 2.03755603125861515284480.000090.00019 1.18180.000020.000060.00187 1.266690.000150.002060.002090.011051702101930.02480.0060.3 1.475 2.03755772926644515356130.000090.00019 1.23530.000010.000050.002250.996180.000130.002440.002230.013481752251940.02480.0060.3 1.475 2.03755942727428515434130.000080.00018 1.28570.000010.000040.002790.756450.000120.002970.002350.016461802401950.02480.0060.3 1.475 2.03756112528212515518440.000080.00018 1.33330.000010.000030.003650.544400.000110.003830.002450.020281852551950.02480.0060.3 1.475 2.03756282328995515609020.000080.00017 1.37840.000010.000020.005230.357090.000100.005400.002550.025691902701960.02480.0060.3 1.475 2.03756452129779515705850.000080.00017 1.42110.000010.000010.009140.191820.000090.009310.002640.03500195 285 196 0.0248 0.006 0.3 1.475 2.0375 66219 30563 5 15 80889 0.00008 0.00016 1.46150.000010.000000.035740.04614 0.000080.03590 0.00271 0.07090 050 100 150200250 300 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 q εq q-εq 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 00.010.020.030.040.050.060.070.08 εp εq εp-εq

动三轴试验操作步骤

动三轴试验操作步骤 1 开机 1.1 开电脑 1.2 开控制器（黑色机箱中红色按钮），打开控制程序，在参数选项中选择“动态试验”；将调整部分改为变形、位移控制，如已经为此种状态，则改为负荷、围压控制，然后再改回（以防开油源时侧向活塞突然升高，水喷出）。 1.3 预热15～30分钟。 1.4 开油源，按“启动”按钮，10秒后按下“高压”按钮，然后缓慢调节调压阀（油源）至5～6Mpa（可根据需要调更高），开冷却水。 2 安装试样 说明：试样必须饱和。试样饱和按照试验规程可以有多种方法，一般选用真空饱和，具体试验步骤见试验规程。如试验需要，可再进行反压饱和或者水头饱和。 2.1 控制区，调整轴向及侧向为变形、缸位置控制；拖动轴向及侧向平均值调整，使其居于最左或最低以便装样； 开上下孔压阀排除管路中气体 进行负荷、围压、上孔压、下孔压清零，变形不清零。 2.2 将饱和好的试样套好橡皮膜，两端分别放滤纸、透水石，然后将两端的橡皮膜翻转。微开下孔压阀，使试样安装底座有一层水膜，将试样平推放在底座上，翻下下端橡皮膜，缠2－3 条橡皮条，每条3－4 圈（橡皮条先缠在底座上）。 2.3 升底座，确认轴向控制方式为变形控制，缓缓拉动轴向调整，右移，约－30mm左右，看试样是否与上底座接触，快要接触时，鼠标点轴向调整，使缓缓上升，接触时负荷具体值与土样软硬程度 相关。 2.4 翻上端橡皮膜，微开下孔压阀，向试样中缓缓注入水，以赶出试样与橡皮膜之间的气泡，可使用刷子轻轻驱赶，当无气泡时，可抽出下孔压体变管中的水，然后关下孔压阀。 2.5 盖压力室，依次拧紧6个螺丝，打开压力室右侧的进出水开关。向压力室注水，当压力室注满水时（上部排气阀出水）关闭进水阀和压力室右侧的进出水开关。拧紧排气阀。清理顶盖多余的水。 3 设置参数 3.1 调用固结参数 菜单区选择设置，选择固结方案，一般为围压、固结比、加载时间和固结时间，修改口令为 213t，修改后另存在原目录下，再次调用。 菜单区选择设置，选择试验方案，一般为频率、次数、动态轴力等，选择静、动态试验,修改口令为213t，修改后另存在原目录下，再次调用。 3.2 打开固结方案，打开试验方案(否则默认为上次所用固结方案，试验方案)，新建文件夹，选择目录，输入文件名，如不输入，则默认为当前日期时间。 3.3，系统参数可设置单位，保护等，采样间隔可根据试验要求设置，一般为2～20ms，可选择是否记录孔压耗散。系统参数，一般不更改； 3.4 设置原始数据，包括密度、含水率、干密度等基本的指标； 3.5 根据提示，安装主机背后的小变形传感器，接触良好，数据显示区小变形为－3mm左右，（若土样较软，加载时土样的变形较大，不易控制，有可能超量程），确认轴向为变形控制。可在侧向位置控制下缓慢加围压至10KPa 左右，侧向转为围压控制。 {3.6-3.7加压，固结操作替代方法：轴向保持位移控制不变，侧向转为围压控制，设定围压加载目标及加载速度。

土力学考题

考题2 一．解释名词或回答问题:（每题4分，共40分） 1．在土的弹塑性模型中, 屈服面和破坏面有何不同和有何联系？. 2‘绘出剑桥模型(Cam-Clay)的物态边界面，并标出临界状态线。 3．解释砂土的临界孔隙比e cr , 一种砂土的e cr 与哪一因素有关？ 4．何谓饱和粘土的真强度指标c e 、和φe ？其中哪一个是基本不变的？ 5．在实际的一维固结的过程中，三个总主应力之和（σ1+σ2+σ3）=Θ是否为常数？在太沙基的一维固结理论中，是否需要在整个一维固结过程中假设Θ为常数？ 6．两相邻的粘土层的土的参数和固结系数不同（分别为 k 1 、 k 2、 m v1、 m v2)如何近似将其按均质土进行一维固结计算？ v v w k C m γ= 7．解释何谓非饱和土的基质吸力。 8．在高于和低于土的最优含水量情况下击实到同样干密度的击实粘土，哪一种的渗透系数大些？ 9．如何表示土在周期荷载下的动强度？对一种饱和砂土，其在周期荷载下的动强度与哪些因素有关？ 10． 饱和砂土的振动液化与哪些土性条件有关？ 二．有人用Duncan-Chang 模型与比奥固结理论耦合的有限元程序来分析基坑开挖的应力变形问题。为了反映这种应力路径，用原状的地基土试样进行三轴减压的不排水压缩试验（即σ1=常数,σ3逐渐减少，直到破坏）来确定Duncan-Chang 模型的参数。试验结果表明（σ1-σ3)--ε1之间呈良好的双曲线关系，问是否可以用这组双曲线直接确定模型的切线模量Et 的参数？写出（σ1-σ3)--ε1曲线之切线斜率的数学表达式。（15分） 三．一种砂土的真三轴试验破坏时的结果如下： σ3=300kPa,（σ1-σ3）f =1100kPa, b=(σ2-σ3)/(σ1-σ3)=0.5 试用摩尔－库仑理论、广义Tresca 理论（σ1-σ3=KI 1), 广义Misess 理论 (√J 2=KI 1)，Lade-Duncan 理论(I 13/I 3=K f )来计算（或试算）σ3=300kPa 的常规三轴试验情况下（b=0）的（σ1-σ3）f =？ 并根据用不同模型计算得到的破坏时的σ1与σ3计算土的内摩擦角φ（15分）。 四．试用水流的连续性原理，达西定律和土骨架的应力与体应变的线弹性关系，推导太沙基－伦多立克的拟三维固结微分方程： 23v u C u t ??=? 其中 33(12) v w kE C γν' = '-

三轴实验操作及处理

应变控制式三轴仪 应变控制式三轴仪用于测量最大周围压力在1.0MPa，直径为39.1mm的土试样。在轴向静负荷条件下强度和变形特性的三轴剪切力试验，可以进行不固结不排水剪(UU)、固结不排水剪(CU)和固结排水剪(CD)的三轴试验。 实验仪器及参数： 仪器：应变控制式三轴仪 附属设备：击实筒、饱和器、切土盘、切土器、切土架、原状土分样器、承膜筒、砂样制备模 1. 试件尺寸: 39.1 x 80mm，最大直径300mm*高度600mm 2. 载荷: 0-10kN，最大载荷可达1500kN 3. 应变速率: 0.001 – 4.8mm/min. 无级调速 4. 工作台行程: 100mm maximum 5. 围压: 0 – 2MPa ，最大可以达6MPa 6. 反压: 0 – 2MPa ，最大可以达6MPa 7. 孔压: 0 – 2MPa ，最大可以达6MPa 8. 体积变化: 0 – 50ml 9. 轴向位移: 0 – 30mm 10. 电源: 220V±10% 50Hz 11.仪器尺寸: 主机: 350 x 300 x 1100mm (L x W x H) 控制器: 500 x 500 x 925mm (L x W x H) 12. 仪器重量: 170kg 试样的制备： 砂土试样在三轴仪中的制备过程一般为: ①在橡皮膜内将砂样制备至要求密度; ②加吸力稳住试样,拆试样模,测量试样尺寸; ③安装三轴室,加小围压(约25 kPa) ,释放吸力; ④灌二氧化碳和脱气水; ⑤加反压饱和; ⑥加压固结。 使用方法： 1、取出仪器箱与仪器四周塞块，仪器置于平台上，调节立柱螺丝，仪器平稳后并紧并帽。 2、稍并紧框架下横梁上的六角螺栓，使框架与杠杆基本稳定。 3、检查杠杆两侧与吊圈是否相摩，轴承滚动应灵活，调整平衡锤，使杠杆自重基本平衡，并紧平衡锤并帽，旋开螺栓，与杠杆充分脱开，并将杠杆处于立柱中间。 4、检查前切盒，滚动钢球应放正，滚动灵活五异物卡阻，按规程放入土样，放好透水石，传压板，使框架传压螺钉对准钢球中心。 5、摇动手轮，使上盒刚好接触量力环，百分表对零，同时将垂直移位百分表对零，旋动传压螺钉，适量太高杠杆，若试样未经预压可略高，以免加后土样下沉而使杠杆过于倾斜。 6、按工程实际需要施加垂直载荷，（杠杆应基本位于立柱中间）待土样受载或固定后，拧出螺丝插销，以均匀速度摇动手轮进行剪切，视量力环百分表指针不再前进，或有后退时记

10分钟认识剑桥模型

10分钟认识剑桥模型 王川 第一节：认识“临界状态” 首先，大家一定接受以下两张图（无数实验已经证明过）： 图1 摩尔库伦强度理论 图2 土的压实曲线（e为孔隙比，p’为有效应力）那么，如果把τ换成偏应力q（其中q=σ1-σ3），把σ换成平均主应力p（其中p=(σ1+2σ3)/3，p’表示其有效应力），就得到三轴实验中的p-q曲线： 图3 p-q曲线 土样的体积由固体颗粒和空隙组成，由于固体颗粒不可压缩，故土样体积的变化完全取决于空隙的变化，即土样体积v和孔隙率e描述的物理意义等价。那么，将图2中e替换为v，就得到v-logp曲线：

图4 v-logp曲线 与图1和图2一样，图3和图4同样经历了无数实验的验证，属于“事实”。 基于图3和图4的定量分析以及实验观察，可以得出一个结论，这个结论就是临界状态（critical state）：无论土样的初始状态和经历的应力路径如何，在剪切的最终阶段，只有剪应变在持续增加，而土样所受的有效应力和体积趋于不变。临界状态由图3和图4同时确定，因此图3和图4中的曲线也叫临界状态线CSL （Critical State Line）。 将临界状态现象翻译成数学语言： （1）体积不变对应于，为p’引起的体积的改变； （2）剪应变在变对应于，为q引起的剪应变； （3）有效应力不变等价于q与p’的比值为常量。若令在一般情况下，有（被叫做应力比），则可以定义临界状态下的应力比：（被叫做临界状态应力比）。从图3中能看出，M为常量，即“有效应力不变”。 ◆第二节：剑桥模型假设 （1）所有的剪应变都不可恢复，即（为弹性剪应变），（ 为塑性剪应变）。 （2）假定塑性变性能增量可表示为：（这一假设看不懂没关系，继续往后看）。 （3）相关联流动法则：（与塑性力学中关联流动一致）。 ◆第三节：剑桥模型推导 从能量角度推导屈服函数：

非饱和试验步骤-动三轴

非饱和土试验步骤 1．控制器充排水：试验之前先将控制器中的水排出一部分然后再吸水，确保控制器中水装满2/3且无气泡； 2．饱和陶土板:：施加不超过50kPa的反压，打开孔压传感器端阀门，排出管路和底座内部的气泡，然后关闭阀门，当发现陶土板上表面完全被水覆盖表明陶土板基本饱和； 3．安装试样：安装试样时小心土颗粒，特别是砂子掉入压力时内部，安装试样尽量采用三半模以减小对试样的扰动； 4．内压力室和参照管注水：试样装好之后安装内压力室，将差压传感器的两根管道分别与内压力室和参照管相连，给内压力室和参照管注水，打开湿湿差压传感器上部的堵头，排出管路中的气泡，气泡排完后保证参照管水位大约在2/3位置，内压力室水位在细管中间位置； 5．安装外压力室：安装压力室之前确保轴向力传感器处于最上位置，安放压力室时观察拉伸帽是否压住试样，螺栓需要对称拧紧； 6．荷重传感器清零：通过软件对力传感器清零； 7．调接触：调节荷重传感器位置，观察荷重传感器读数，当读数达到0.005左右时锁紧轴向加载杆； 8．压力室充水：打开压力室顶部排气孔的堵头，打开进水阀门给压力室注水，装满之后关闭进水阀门和排气孔的堵头； 9．加压检查：通过电脑施加20kPa围压，观察压力室是否漏水，观察孔压传感器读数是否迅速上升到与围压值相等，如果相等则橡皮膜破裂； 10.吸力平衡：吸力平衡阶段主要的目的是给试样施加一个基质吸力让试样由饱 和状态变成非饱和状态。为了保护设备并让试样与压力杆接触，在设置压力时应该遵循一个原则：轴向压力>径向压力>孔隙气压>反压； 11.等吸力固结：等吸力固结也采用应力控制模块。等吸力固结时反压和孔隙气 压保持不变，同步增大围压和轴向压力，过观察反压体积是否稳定来判断固结是否完成； 12.等吸力剪切：剪切包括应力控制和应变控制。剪切过程一定要比较缓慢避免