Thinking of several problems in soil mechanics teaching

在给本科生讲授土力学及与学生的讨论中,作者从教学的角度对几个小问题进行了思考.这些思考包括：将不易理解的知识形象化;通过对比强化土的力学特性;土力学中的归一化思想与线性化简化;学生对工程量取值范围的感觉;以及两个相近问题的辨析思考.作者将如上的思考体会在文中通过实例一一介绍,期待前辈及同行的批评与指导.     

工程问题中有效应力原理的应用与理解

有效应力原理对土力学理论发展、工程实际问题的解决起到重要作用,它的提出是土力学发展成为一门独立学科的标志. 准确理解和使用这一原理,是土力学本科课程教学中的一个关键. 基于有效应力原理,从理论角度分析了垂直砂质边坡稳定性、负孔隙水压力问题及"楼歪歪" 工程事故等问题的力学本质;其分析方法及思路,能帮助学生加深对有效应力原理的理解和解决工程问题能力,为土力学课程提供教学参考.     

现代土力学的基本问题

现代土力学可望在今后３０年内建成基本框架，其主要内容将包括新一代的本构模型及一个变形理论和两个破坏理论．本文介绍了作者对这些问题的今后研究重点及发展方向的一些看法．     

现代土力学的基本问题

现代土力学可望在今后３０年内建成基本框架，其主要内容将包括亲后代的本构模型及一个变形理论和两个破坏理论，本文介绍了作者对这此问题的今后研究重点及发展的一些看法。     

如何用好土力学——对青年土木工程师谈土力学的理论与应用

针对青年学生和年轻的土木工程师在工程实践中如何使用好土力学的理论这一问题进行了讨论.指出了土力学理论与其它土木工程结构理论的根本区别,以及工程经验和判断力的重要性,并就工程经验和判断力以及如何进行培养展开了讨论.本文还对如何阅读土力学文献和如何选择土力学数学模型进行了论述.最后还列出了Casagrand[2]对实际应用土力学理论的要求.     

MAPLE在土力学与基础工程研究型教学中的应用

结合3 个教学实践案例,详细介绍了计算机代数系统MAPLE在土力学与基础工程研究型教学中的具体应用.MAPLE 软件有助于发现和求解专业问题背后潜在的更本质的数学与力学模型,可显著提高教师研究型教学和学生研究型学习的水平,培养学生科学质疑和解决更复杂专业问题的创新能力.     

Janbu土力学体系述评

挪威工学院土力学教授N.Janbu是国际著名学者,是挪威土工研究所和挪威工学院土工专业的创始人之一。他在土力学研究中提出了广义正切模量、抗剪强度发挥程度及Janbu孔隙水压力系数等一系列基本定义与概念,并将其应用于土中应力与变形、强度与稳定性的计算中。他的理论和方法与目前广泛应用的土力学计算理论和方法有明显的不同与特点,不仅      

略论素质教育形势下的基础力学教学

1 教学方法 1.1 第一堂课 第一堂课, 要谈一下总的学习方法. 理论力学课一般在大二第一学期开设. 经过一年的学习, 学生应对大学的学习方法有所体会, 大部分人已初步摸索出自己的一套方法. 但往往尚未成熟. 到大二, 新的课程上来了, 一些普遍的学习方法可以沿用, 但具体的课程又有新的特点, 应继续思考适合自己的学习方法. 1.2 善提问题 包括两个方面, 一是教师提问题, 二是学生提问题. 之所以提出问题, 是因为进行了思考; 提出了问题, 又启发了别人思考. 比如, 在动力学讲参考系时, 提出以下问题: (1) 运动与参考系有关, 力与参考系有关吗? (2) 牛顿定律在何种参考系中成立? 等等. 通过一系列的提问, 能引导同学进行思考, 进而加深对各种概念、理论的理解. 如, 在给出平面任意力系的平衡方程后, 提问: 三个代数方程给出力的平衡关系, 能求解三个独立代数未知量, 三个未知量是何种量? 进而引伸出求反力的目的, 不是求出反力后就没事了, 而是应继续求内力与应力、应变、变形等, 然后考察其强度与稳定性, 但这已不是理论力学的任务, 而是后续材料力学、结构力学或各专业课的内容. 另一方面是请学生提问. 允许学生在任何时间提问, 不仅在课下, 在课上也如此. 鼓励学生多思考、多提问, 带着问题去听课, 带着问题去看书.     

土力学原理可视化演示模型实验系统的研究

为推进以教师为主导、学生为主体的创新型土力学实验教学改革,基于与工程实际密切相关的一系列土力学原理,自主研发了可视化演示模型实验系统。该系统体现了土压力破坏、振动液化、毛细作用、渗透破坏及电渗固结的产生机理,不仅可直观反映裂缝、沉陷、盐结晶等可视化的实验现象,还能利用设备的特殊构造与功能强化对机理影响因素效果的反映。该实验系统丰富了土力学实验教学内容,其研制和实验操作的过程也能培养学生的创新思维及实践能力,是对创新型实验教学模式的有益探索。     

制样因素对遗址土力学特性影响的研究

不同部位遗址土的盐分、含水率、粒径及微观结构均有一定差异,合理制作遗址土试样是确定遗址土力学特性的关键.本文通过力学性能、S E M测试及数值模拟分析,综合探究水样、粒径、击实功、初始含水率等因素对遗址土力学性能及颗粒结构造成的影响,结果表明,水样对遗址土力学性能产生重要影响,纯水制作的土样抗压强度比原状水制作的土样的...     

地基抗压刚度系数随深度变化的分析

近几年来,作者在对土的动性能所作的多次实验中,发现匀质土中弹性波的传播速度(V)、剪切模量(G)、地基抗压刚度系数(Cz)有随土层深度而变化的现象。针对这一现象,又系统地对黄土状亚粘土、湿陷性黄土、砂性土、淤泥及淤泥质土、砾石等进行了现场实验.实验结果表明:匀质土中弹性波的传播速度、剪切模量、地基抗压刚度系数均随土层深度增加而增大;不同性质的土层,其变化规律亦异.本文介绍了上述实验结果,并从土力学的观点对剪切模量随深度变化的抗压刚度系数进行了理论分析.通过所做的实验和分析,作者认为目前在设计动力机器基础时,将地基土的弹性系数(E、G)、地基抗压刚度系数(Cz)视作与深度无关的常量,需要重新考虑.     

力学在三峡工程中的应用

本文概述了36年来为三峡枢纽而开晨的工程力学科研工作,包括流体力学(水力学、河流动力学及泥沙,渗流力学,水下冲击波等)和固体力学(岩石力学、土力学、材料力学、结构力学、爆破力学、工程动力学、监测等)各个专业领域.有些问题涉及多个学科专业.通过“七五”攻关,为解决三峡工程不同设计阶段的技术难题,提供了大量的科研成果.     

面向工程管理专业本科生的土力学教学——以水头概念的引入为例

工程管理专业本科生在学习土力学之前,往往并没有像土木工程专业的学生那样系统深入地学习过必备的固体和流体力学知识,这给其教学提出了挑战. 本文由生活经验和已有中学物理知识引出水头概念,将其表达为一个可感知的高度,具体形象,易于学生接受. 在深入了解学生现有知识结构和掌握程度的基础上,因材施教,以新颖合理的方式引入某些力学概念,实践表明这是对工程管理专业学生较为有效的一个教学方法.     

国外土力学本科教学探讨——以挪威科技大学为例

 教材建设、课堂教学以及实验教学是工科本科生培养的一个重要环节, 本科教材编写 和教学也要与时俱进, 不断创新、发展和提高. 土力学作为土木工程等专业一门重要专业基 础课程, 一直受到各相关高校普遍重视. 文中从教材编写、教材内容、国外课堂教学以及实 验教学等方面阐述了国外土力学教学的特色, 希望能对国内的土力学教材编写和课程教学有 一定的参考.     

一维渗透力与浮力

为简化分析,针对一维渗流问题,研究提出了土力学中渗透力和浮力的两种推导方法,作为传统的宏观尺度孔隙水隔离体法的有益补充.弹性力学平衡微分方程、土力学Terzaghi有效应力方程和流体力学简化Bernoulli方程构成本文分析渗透力和浮力的3个基本方程.在基本方程基础上,容易推导出相应的骨架和孔隙水两种隔离体的平衡微分方程,从而在静力平衡范畴内揭示渗透力和浮力的内涵.单位体积饱和土体的渗透力,源于总水头压力的梯度,而浮力则源于位置水头压力在竖向的梯度,这两者统一于骨架或孔隙水的平衡微分方程.实际工程关注的有效应力计算问题,一般可以直接应用3个基本方程来确定;只有在简化条件下可按渗透力和浮力计算土体中有效应力分布规律.还讨论了若干研究热点问题,重点探讨了当前一种渗透力新定义j=nγ_wi在形式上的合理性以及在实际应用中可能存在的风险,并验证了一维渗透力的一种经典精细化表述结果中考虑渗流速度时间导数的严谨性.在土力学渗透力和浮力问题研究中应重视和正确应用Terzaghi有效应力方程.     

土体的本构模型和超重力物理模拟

数值模拟和物理模拟是分析土体沉降和稳定性的主要手段. 本构模型作为描述土体应力应变关系的数学表达式, 是数值模拟的基础. 土体具有碎散性, 这一基本物理特性导致了其具有压硬性、摩擦性和剪胀性, 这是土的力学特性区别于金属的主要特征, 在土体的本构模型中必须反映这3个基本特性. 传统土力学将土体的变形和强度分离考虑, 分别采用弹性理论和基于刚塑性模型的极限平衡理论分析, 虽然应用广泛, 但由于不能全面地反映土的基本力学特性, 计算结果的精度常常难以满足定量分析的需要. 剑桥模型作为第一个全面反映压硬性、摩擦性和剪胀性的弹塑性本构模型, 实现了变形和强度的统一, 能较好地描述饱和正常固结黏土的应力应变关系, 被视为是现代土力学的开端; 统一硬化模型通过引入一个独特的硬化参数进一步发展了剑桥模型, 将适用范围扩大到超固结黏土. 作者认为, 未来岩土体本构模型研究的挑战是: 如何考虑岩土体在受力过程中土骨架相变与多场耦合, 以解决目前本构模型尚无法定量分析的能源、交通、环境和水利相关的重大岩土工程问题. 超重力物理模拟具有缩尺效应和缩时效应, 克服了常重力物理模拟中模型的应力水平低于原型的缺点, 特别适用于大尺度、长历时问题的模拟. 相较数值模拟, 超重力物理模拟的优势在于能够检验本构模型的合理性, 揭示本构模型无法描述的未知特性. 最后, 介绍了采用数值模拟和物理模拟联合分析大直径钢管桩水平受荷特性的工程案例.      

矩形基础地基临塑荷载公式

目前土力学教材中给出的临塑荷载公式只适用于条形基础。实际工程中柱下矩形基础比条形基础应用更广泛,对矩形基础地基临塑荷载公式开展研究不仅对土力学学科发展具有理论意义,同时对矩形基础设计具有实践价值。首先通过二重积分得到矩形基底左右两侧区域内向上拉应力在基底边缘处产生的应力;再以条形基底地基中主应力方向建立局部直角坐标系,通过应力叠加得到矩形基底边缘处应力表达式;接着对开平方近似计算式中系数n的不同取值作误差分析;最后将应力表达式代入Coulomb强度准则,利用开平方近似计算式和三角函数级数展开式,通过求导得到矩形基础地基临塑荷载公式。不同类型地基土的算例表明,地基土泊松比越小,矩形基础与条形基础的地基临塑荷载比值越小,利用后者的临塑荷载公式计算前者的临塑荷载不安全。     

土的本构方程与热力学

介绍一种基于热力学理论建立土力学本构方程的一般性理论框架. 这一方法利用两个势函数即自由能势函数和耗散势函数(或屈服函数)以及固定的过程和框架, 建立土的本构方程. 简要介绍了建立热力学本构方程中所用到的热力学内变量理论, 利用Legendre变换建立了热力学势函数之间以及各耗散函数与屈服函数之间的关系;利用自由能势函数和耗散势函数(或屈服函数)建立土的本构方程及其具体步骤. 最后讨论了土力学本构方程研究的意义以及它和应用之间的关系.      

井筒内受压杆管后屈曲能量法分析与实验研究

目前不少理论力学教材都涉及刚体平面运动动力学方程的教学内容,但有些教材在叙述上有许多值得商榷之处.对这一重要的基本概念,本文提出作者的思考,供理论力学教学的教师与学过此内容的学生讨论.     

叠梁的分析与实验

在材料力学的纯弯曲实验中,为提高学生独立思考、分析和解决实际问题的能力,打破原有单梁纯弯曲实验以验证纯弯曲正应力理论公式为主的传统模式. 运用能量法和电测试验技术完成了矩形截面叠梁纯弯曲的模型简化、理论计算与实验分析. 通过对若干组不同面积比的叠梁进行比较发现：其正应力的实测值与理论值非常接近,且误差较小. 实践表明：在材料力学实验中引入叠梁的理论计算和纯弯曲试验,不仅能拓宽学生的知识面,还为培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力提供了有意义的途径.