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土力学的连续性假设及其在建模中的应用
1
作者 陈正汉 苗强强 +1 位作者 郭楠 张昭 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2245-2255,共11页
为了弥补土力学中缺失连续性假设这一重要理论缺陷,在对多个学科中的连续性概念进行系统地梳理考究的基础上,提出了土力学中连续性假设的恰当表述,进而厘清了土的本构模型的概念、种类、属性和建模思路。研究结果表明:连续介质力学和多... 为了弥补土力学中缺失连续性假设这一重要理论缺陷,在对多个学科中的连续性概念进行系统地梳理考究的基础上,提出了土力学中连续性假设的恰当表述,进而厘清了土的本构模型的概念、种类、属性和建模思路。研究结果表明:连续介质力学和多孔介质流体动力学的连续性假设为土力学的连续性假设提供了有益参考,但都有一定的缺陷;用混合物理论的观点和方法描述土的连续性比较合适,且可以避开在定义孔隙率时遇到的困扰;“连续”是一个相对的概念,当外部特征尺寸远大于介质内部特征尺寸时,就可以把研究对象看作连续介质;现有土的各种本构模型均以连续介质力学为基础,总体上属于唯象模型。阐明了本构关系的概念、种类和建模思路:本构关系是物质宏观性质的数学模型;土的本构模型包括持水、渗水、渗气、传热、屈服、变形、强度、细观结构演化、热力学效应、相变规律等多方面的内容,而不仅限于应力-应变关系;土的本构关系的研究应针对具体土类,抓住主要影响因素,建立解决主要问题的数学模型。 展开更多
关键词 连续性假设 连续介质力学 多孔介质流体动力学 混合物理论 本构模型 建模思路
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膨胀土和黄土的细观结构及其演化规律研究 被引量：78
2
作者 陈正汉 方祥位 +3 位作者 朱元青 秦冰 魏学温 姚志华 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期1-11,共11页
应用CT-三轴仪,系统地研究了河南南阳靳岗村和陶岔渠坡的膨胀土、宁夏扬黄扶贫工程11号泵站Q3黄土和陕西蒲城电厂Q2黄土在多种应力路径、湿干循环、浸水膨胀、浸水湿陷过程中的细观结构演化特性,取得了大量CT图片和数据资料。研究结果表... 应用CT-三轴仪,系统地研究了河南南阳靳岗村和陶岔渠坡的膨胀土、宁夏扬黄扶贫工程11号泵站Q3黄土和陕西蒲城电厂Q2黄土在多种应力路径、湿干循环、浸水膨胀、浸水湿陷过程中的细观结构演化特性,取得了大量CT图片和数据资料。研究结果表明:膨胀土和黄土的各种宏观力学反应与它们的细观结构变化及其CT数据是密切相关的;原状膨胀土在加载和侧向卸荷过程中以及重塑膨胀土在无载湿干循环过程中裂隙萌生扩展,结构损伤;而具有初始裂隙的重塑膨胀土在加荷过程和三轴浸水过程中裂隙均趋于闭合,细观结构得到修复;原状黄土在加载过程中细观结构的变化趋向与吸力和围压水平有关;在一定应力状态下浸水,原状黄土中的空洞和裂隙逐渐减小以至消失,并可能形成新的均质结构;较高应力单独作用或低应力下浸水都不能使大孔隙破坏。依据CT数据,定义了描述膨胀土和黄土细观结构的定量指标,提出了这两种土在多种工况下的细观结构演化方程,建议了一种确定土的结构屈服应力的新方法。CT技术使土的细观结构研究达到了定量阶段,建立土的结构演化方程和结构性本构模型有了实在的试验基础。 展开更多
关键词 膨胀土 黄土 细观结构 演化规律 CT-三轴仪 应力路径 加载 侧向卸载 湿干循环 浸水
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温控土工三轴仪的研制及其应用 被引量：28
3
作者 陈正汉 谢云 +2 位作者 孙树国 方祥位 李刚 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第8期928-933,共6页
为了研究温度对土的力学性质的影响,研制了一套温控土工三轴仪。该设备采用模块结构,体小轻巧;实现了三轴仪与恒温箱的巧妙结合,能经受高压高温;对温度、吸力、应力、应变既能较好地控制,也能较准确地量测;体变、排水、气压量测精度高,... 为了研究温度对土的力学性质的影响,研制了一套温控土工三轴仪。该设备采用模块结构,体小轻巧;实现了三轴仪与恒温箱的巧妙结合,能经受高压高温;对温度、吸力、应力、应变既能较好地控制,也能较准确地量测;体变、排水、气压量测精度高,传压滞后小;数据自动采集处理,应用方便,造价低;能进行控制温度的饱和土与非饱和土试验。利用该设备对陶岔胀土进行了三种应力路径的控制温度的三轴试验,结果表明,温度对该土的变形、强度和土–水特征曲线有较大影响。温控土工三轴试验设备的研制成功为研究土的热力学特性提供了有力工具。 展开更多
关键词 土工三轴仪 研制成功 温控 应用 土-水特征曲线 控制温度 试验设备 量测精度 非饱和土
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非饱和土与特殊土测试技术新进展 被引量：68
4
作者 陈正汉 孙树国 +2 位作者 方祥位 周海清 谢云 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期147-169,共23页
全面系统地总结了非饱和土与特殊土测试技术的新进展,内容包括:吸力与水分测试技术,渗流测试技术,变形、应力、强度、孔压、排水测试技术,膨胀土和湿陷性黄土的测试技术,模型试验与大型现场试验技术。文中指出了非饱和土与特殊土的测试... 全面系统地总结了非饱和土与特殊土测试技术的新进展,内容包括:吸力与水分测试技术,渗流测试技术,变形、应力、强度、孔压、排水测试技术,膨胀土和湿陷性黄土的测试技术,模型试验与大型现场试验技术。文中指出了非饱和土与特殊土的测试难点,对近年来发展起来的成熟的高新技术和国内外学者研制的几十种新设备作了重点介绍,详细阐述了控制吸力的各种方法和提高测试精度的各种措施,并对今后测试技术的发展提出了若干建议。 展开更多
关键词 非饱和土 膨胀土 湿陷性黄土 高新测试技术
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非饱和土固结仪和直剪仪的研制及应用 被引量：48
5
作者 陈正汉 扈胜霞 +2 位作者 孙树国 方祥位 文君 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期161-166,共6页
研制出国内第一台非饱和土固结仪和第一台非饱和土直剪仪。这两种仪器都采用内置荷载传感器和数据自动采集,既可控制竖向压力,又可控制基质吸力。非饱和土直剪仪备有15档剪切速率。做了三组直剪试验和两组固结试验,对原状黄土的变形、... 研制出国内第一台非饱和土固结仪和第一台非饱和土直剪仪。这两种仪器都采用内置荷载传感器和数据自动采集,既可控制竖向压力,又可控制基质吸力。非饱和土直剪仪备有15档剪切速率。做了三组直剪试验和两组固结试验,对原状黄土的变形、强度和水量变化特性取得了一些初步认识。 展开更多
关键词 非饱和土固结仪 非饱和土直剪仪 原状黄土 水量 固结试验
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非饱和土三轴仪的CT机配套及其应用 被引量：84
6
作者 陈正汉 卢再华 蒲毅彬 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期387-392,共6页
研制了一种能和CT机配套使用的非饱和土三轴仪。该仪器除具有非饱和土三轴仪的全部功能外 ,还能在试验过程中对土样内部结构进行动态、定量和无损地量测。利用该三轴仪和CT机 ,成功地动态追踪了一个膨胀土试样在三轴剪切试验过程中的损... 研制了一种能和CT机配套使用的非饱和土三轴仪。该仪器除具有非饱和土三轴仪的全部功能外 ,还能在试验过程中对土样内部结构进行动态、定量和无损地量测。利用该三轴仪和CT机 ,成功地动态追踪了一个膨胀土试样在三轴剪切试验过程中的损伤演化 ,并结合强度、变形等宏观试验结果进行了分析。 展开更多
关键词 非饱和土 三轴仪 膨胀 结构性 CT机
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非饱和土固结的混合物理论(Ⅰ) 被引量：66
7
作者 陈正汉 谢定义 刘祖典 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 1993年第2期127-137,共11页
非饱和土是由土粒、水、气组成的三相介质,本文以混合物理论为基础研究了非饱和土的固结问题.文中导出了各向异性多孔介质及非饱和土的有效应力的理论公式,把有效应力原理和Curie对称原理作为非饱和土的两个重要的本构原理,建立了非饱... 非饱和土是由土粒、水、气组成的三相介质,本文以混合物理论为基础研究了非饱和土的固结问题.文中导出了各向异性多孔介质及非饱和土的有效应力的理论公式,把有效应力原理和Curie对称原理作为非饱和土的两个重要的本构原理,建立了非饱和土固结的数学模型:由25个方程求解25个未知量.在增量线性化的情况下,本模型简化为5个控制方程求解5个未知量:3个固相位移、孔隙水压力和孔隙气压力.模型中包含7个材料参数,都可由试验测定,便于工程应用.Biot理论是本模型的特例. 展开更多
关键词 非饱和 土 固结 混合物理论
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厦门典型地基土的地震反应分析与评价 被引量：8
8
作者 陈正汉 李刚 +3 位作者 王权民 史宏彦 廖河山 关自强 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第21期3864-3875,共12页
为评价厦门地基抗震的稳定性,用有限元法对4个典型场地进行了地震反应分析,并用《建筑抗震设计规范》(GB50011–2001)推荐的方法和振动台模型试验结果作了综合评判。第1场地包含1层填土、2层砂土和1层软土,第2场地为厚10 m的填土,第3场... 为评价厦门地基抗震的稳定性,用有限元法对4个典型场地进行了地震反应分析,并用《建筑抗震设计规范》(GB50011–2001)推荐的方法和振动台模型试验结果作了综合评判。第1场地包含1层填土、2层砂土和1层软土,第2场地为厚10 m的填土,第3场地为厚26 m的软土,第4场地为厚15.5 m的饱和含泥中粗砂。各种土的本构关系都采用等效非线性模型,用提出的孔压模型计算砂土的动孔压变化,用模量软化法计算地基永久变形;模型参数主要来自研究成果。场地用八节点等参元剖分,采用单元集中质量矩阵和瑞利阻尼矩阵,用Wilson-θ法和波前法求解动力反应方程。共分析了20种工况:包括3种输入地震波(2种厦门天然波和松潘波)、3种地震加速度峰值(0.15,0.2和0.3 g)、4种静荷载强度(0,50,100,150 kPa),得到了各场地的变形场、孔压场、震陷量、隆起量和液化等级。研究结果表明:在强震作用下,填土地基的震陷量较小,对环岛路影响不大;深厚软粘土地基震陷量较大,从局部剪切破坏向整体剪切破坏发展;埋藏较浅的砂土会发生液化。研究成果对厦门市的地基抗震决策有重要参考价值。 展开更多
关键词 地震工程 地震反应分析 有限元方法 液化 震陷 软土 填土 振动台试验
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非饱和土的理论与实践 被引量：37
9
作者 陈正汉 卢再华 朱元青 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2001年第5期8-15,共8页
发展非饱和土的理论和技术是现代土力学的一项基本任务 本文介绍作者十几年来在这一领域的研究成果，内容包括非饱和土的仪器研制、试验研究、工程特性、力学理论分析方法和工程应
关键词 非饱和土 工程特性 力学理论 工程应用 现代土力学 耦合分析
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黄土的湿陷变形机理 被引量：90
10
作者 陈正汉 刘祖典 《岩土工程学报》 EI CAS 1986年第2期1-12,共12页
本文通过三轴等应力比试验和侧限压缩试验揭示了黄土湿陷变形的若干规律:主应力比对湿陷变形有较大的影响;湿陷与应力状态有关;变形与应力间存在交叉效应。分析比较了三轴和侧限压缩试验的结果,证明了用δ_s计算地基湿陷变形的局限性。... 本文通过三轴等应力比试验和侧限压缩试验揭示了黄土湿陷变形的若干规律:主应力比对湿陷变形有较大的影响;湿陷与应力状态有关;变形与应力间存在交叉效应。分析比较了三轴和侧限压缩试验的结果,证明了用δ_s计算地基湿陷变形的局限性。建议在计算黄土地基湿陷变形时按应力状态把地基分区,不同区域用不同的试验指标。本文按三轴试验资料计算了地基压缩层范围内湿陷变形的分布规律,其结果与兰州和陕西张桥等处的现场浸水载荷试验资料吻合很好。 展开更多
关键词 湿陷变形 压缩层 黄土地基 天然地基 侧限压缩试验 应力状态 受力状态
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非饱和土的力学理论 被引量：6
11
作者 陈正汉 王权民 +1 位作者 李刚 孙树国 《重庆大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 2000年第z1期197-199,206,共4页
介绍了笔者多年来在非饱和土力学领域研究的主要理论成果。内容包括非饱和土的建模理论、应力理论、渗流理论、本构理论和固结理论 ,其中本构理论和固结理论都涉及线性、非线性、弹塑性、结构性、动力特性和热力特性等 6个方面。
关键词 非饱和土 力学理论 渗流理论 本构模型 固结模型
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非饱和土的应力状态变量研究 被引量：29
12
作者 陈正汉 秦冰 《岩土力学》 EI CAS 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;大多数应力状态... 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
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非饱和土的非线性模型及其应用 被引量：86
13
作者 陈正汉 周海清 DGFredlund 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第5期603-608,共6页
提出了一个较完整的非饱和土的非线性模型。该模型涉及土的变形和水量变化两个方面， 共包含１３ 个参数。测定全部参数只需用两种三轴试验。应用所提模型预估三轴不排水试验中的吸力变化，理论计算与试验结果比较接近。
关键词 非饱和土 非线性模型 三轴剪切试验
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非饱和土的水气运动规律及其工程性质研究 被引量：80
14
作者 陈正汉 谢定义 王永胜 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1993年第3期9-20,共12页
本文以压实黄土为对象,以各种改进的仪器设备为手段,在较大的湿度和密度范围内系统地研究了非饱和土的渗气性、渗水性、孔隙水压力和孔隙气压力在三轴不排水不排气剪切过程中的演化特性;用多种方法研究了非饱和土的吸力—密度—饱和度... 本文以压实黄土为对象,以各种改进的仪器设备为手段,在较大的湿度和密度范围内系统地研究了非饱和土的渗气性、渗水性、孔隙水压力和孔隙气压力在三轴不排水不排气剪切过程中的演化特性;用多种方法研究了非饱和土的吸力—密度—饱和度间的关系;在总结正反两方面经验的基础上,摸索出一套相应的测试方法. 展开更多
关键词 非饱和土 水气运动 工程性质
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非饱和土的有效应力探讨 被引量：45
15
作者 陈正汉 王永胜 谢定义 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第3期62-69,共8页
本文推导了各向异性多孔介质与非饱和土有效应力的理论公式，用三轴试验测定了非饱和土的有效应力参数，澄清了国内外一些学者近期在同类工作中的某些误解。
关键词 有效应力 非饱和土 多孔介质
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多功能土工三轴仪的研制及其应用 被引量：19
16
作者 陈正汉 孙树国 +2 位作者 方祥位 朱元青 谢云 《后勤工程学院学报》 2007年第4期1-5,共5页
采用多种先进技术，研制成功一台多功能土工三轴仪。该仪器采用模块组合结构，结构轻巧，移动方便，可根据需要放在合适的位置；可与CT机和恒温箱配套，研究土的结构演化规律及温度对土的力学特性的影响；功能多，可用于特殊土、非饱和... 采用多种先进技术，研制成功一台多功能土工三轴仪。该仪器采用模块组合结构，结构轻巧，移动方便，可根据需要放在合适的位置；可与CT机和恒温箱配套，研究土的结构演化规律及温度对土的力学特性的影响；功能多，可用于特殊土、非饱和土及饱和土的30多种试验。应用多功能土工三轴仪取得了许多重要科研成果，表明该仪器是研究土的力学特性的有力工具。 展开更多
关键词 多功能土工三轴仪 非饱和土 特殊土 CT 温控
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非饱和土与特殊土力学的基本理论研究 被引量：160
17
作者 陈正汉 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期201-272,共72页
对非饱和土与特殊土开展了持久深入的研究,取得了系统的创造性成果:在国内率先研制成非饱和土固结仪、直剪仪、渗气仪、标准三轴仪、温控三轴仪、多功能三轴仪和土工CT–三轴仪等一系列仪器设备,揭示了非饱和土与特殊土的水气运动规律... 对非饱和土与特殊土开展了持久深入的研究,取得了系统的创造性成果:在国内率先研制成非饱和土固结仪、直剪仪、渗气仪、标准三轴仪、温控三轴仪、多功能三轴仪和土工CT–三轴仪等一系列仪器设备,揭示了非饱和土与特殊土的水气运动规律及变形、强度、屈服、水量变化、湿陷、湿胀、细观结构演化、温度效应等许多重要力学特性规律;构建了岩土力学的公理化理论体系与多种组合形式的非饱和土的应力状态变量;提出了各向异性多孔介质的有效应力理论公式与非饱和土的有效应力理论公式;建立了非饱和土、湿陷性黄土和膨胀土的本构模型谱系(包括非线性、弹塑性、结构性损伤与热力耦合模型)与分别考虑密度、净平均应力和偏应力影响的广义土–水特征曲线模型谱系;创立了非饱和土三维固结理论及其固结模型谱系;自主研发了分析固结问题的系列软件,求得一维固结问题的解析解和二维固结问题的数值解,形成了完整的理论体系。应用研究成果解决了多项工程的疑难问题,表明所建理论能够指导实践,为工程决策提供理论支持和科学依据。 展开更多
关键词 非饱和土 特殊土 公理化体系 应力理论 固结理论 本构模型 广义土-水特征曲线模型
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重塑非饱和黄土的变形、强度、屈服和水量变化特性 被引量：165
18
作者 陈正汉 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第1期82-90,共9页
共做了３种应力路径的三轴试验，即：控制吸力的各向同性压缩试验、控制净平均应力的三轴收缩试验和同时控制吸力与净室压力的三轴排水剪切试验。研究结果表明：应力路径对土的变形和水量变化有较大影响；土－水特征曲线依赖于净平均应... 共做了３种应力路径的三轴试验，即：控制吸力的各向同性压缩试验、控制净平均应力的三轴收缩试验和同时控制吸力与净室压力的三轴排水剪切试验。研究结果表明：应力路径对土的变形和水量变化有较大影响；土－水特征曲线依赖于净平均应力；与净法向应力相关的摩擦角在各种吸力下近似等于饱和土的有效摩擦角；剪切强度与吸力的关系是非线性的；三轴剪切条件下的水量变化指标接近常数；屈服净平均应力和屈服偏应力随吸力增大；在净平均应力不变的条件下屈服吸力是一常数但不一定等于土样在历史上曾受过的最大吸力。根据试验资料，提出了一个新的吸力增加屈服条件，并建议了一个确定三轴剪切条件下的屈服应力的新方法。 展开更多
关键词 非饱和黄土 吸力 强度 变形 屈服 水量变化
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非饱和压实黄土的本构关系研究 被引量：8
19
作者 陈正汉 周海清 《西部探矿工程》 CAS 1996年第S1期1-3,6,共4页
根据非饱和土力学原理分析了非饱和土的变形机理，从理论和试验两个方面对建立非饱和士的非线性本构关系做了初步探讨。
关键词 非饱和 变形机理 本构关系
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非饱和土固结的混合物理论(Ⅱ) 被引量：22
20
作者 陈正汉 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 1993年第8期687-698,共12页
本文应用文[1]建立的非饱和土固结的数学模型求解边值问题.借助Laplace变换和有限Fourier变换求得了一维问题的解析解,从控制方程同时解出了竖向位移、孔隙水压力和孔隙气压力,并给出了固结系数和固结度的理论公式.应用Galerkin权余法... 本文应用文[1]建立的非饱和土固结的数学模型求解边值问题.借助Laplace变换和有限Fourier变换求得了一维问题的解析解,从控制方程同时解出了竖向位移、孔隙水压力和孔隙气压力,并给出了固结系数和固结度的理论公式.应用Galerkin权余法导出了二维固结问题的有限元方程,编制了8结点等参元FORTRAN程序CSU8,求解了平面应变固结问题,揭示了非饱和土固结的若干规律及数值分析的某些特点.这些成果为把本文的理论应用于工程实际提供了方便. 展开更多
关键词 固结度 瞬时沉降 非饱和土 有限元
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