巖土工程預(yù)算
時(shí)間:2022-03-26 09:49:00
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1.土以碎散的顆粒為骨架,由固、液、氣三相物質(zhì)組成;在其由巖石風(fēng)化的生成、搬運(yùn)和沉積過(guò)程中幾經(jīng)滄桑,形成了不同于其他材料的復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì),而不同時(shí)空條件下土的性狀也各不相同。所以盡管已提出的土的本構(gòu)關(guān)系理論數(shù)學(xué)模型不下百種,動(dòng)用了傳統(tǒng)力學(xué)和現(xiàn)代力學(xué)的各種理論和手段,但是到目前為止,還沒(méi)有一種為人們所公認(rèn)的,能夠準(zhǔn)確、全面反映各種土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。
在計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,以有限元為代表的數(shù)值計(jì)算是解決邊值問(wèn)題的強(qiáng)有力的手段。當(dāng)用來(lái)計(jì)算彈性體時(shí)其精確程度令人嘆為觀止。其計(jì)算結(jié)果與光彈試驗(yàn)結(jié)果毫厘不差,結(jié)果光彈試驗(yàn)很快被廢止。土是碎散材料,而在一般數(shù)值計(jì)算中首先被假設(shè)為連續(xù)體,然后被離散化,假設(shè)各單元間的結(jié)點(diǎn)位移協(xié)調(diào),計(jì)算土體的應(yīng)力變形關(guān)系。這經(jīng)常不能反映土的變形的微觀機(jī)理。以DDA和圖9(粘土加筋擋土墻的墻頂最大位移計(jì)算的誤差)。它們分別表示了砂土和粘土在上述荷載下的墻頂最大位移的猜測(cè)誤差。有幾家沒(méi)有猜測(cè)粘土加筋擋土墻,有幾家計(jì)算得到的結(jié)果表明,在此荷載下?lián)跬翂υ缇推茐摹V挥猩贁?shù)計(jì)算的誤差在30%以?xún)?nèi)。
對(duì)于砂土加筋擋土墻試驗(yàn)的破壞荷載是207kPa,猜測(cè)值從10kPa到517kPa不等。粘土加筋擋土墻在荷載加到230kPa時(shí)由于氣囊爆破而未能繼續(xù)試驗(yàn),但擋土墻并沒(méi)有破壞。計(jì)算的破壞荷載在21kPa到207kPa之間。其誤差之大令人沮喪。
2.土的液化分析方法的檢驗(yàn)
在1989-1994年間由美國(guó)NSF撥款350萬(wàn)美元,資助用離心機(jī)模型試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)地震反應(yīng)分析方法。這是NSF歷年來(lái)投入單項(xiàng)經(jīng)費(fèi)最多的項(xiàng)目。項(xiàng)目簡(jiǎn)稱(chēng)VELACS。參加的單位和個(gè)人包括:美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校,加州理工大學(xué),英國(guó)劍橋大學(xué)等7座大學(xué);其中有10名美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士和英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。參加考試的考生有美、加、日和歐洲的23個(gè)數(shù)值計(jì)算專(zhuān)家和研究組。
項(xiàng)目動(dòng)用了9臺(tái)帶有振動(dòng)臺(tái)的土工離心機(jī),并且進(jìn)行了平行試驗(yàn)。模擬地震的振動(dòng)模型試驗(yàn)內(nèi)容包括:
水平自由地基
傾斜地基
3)組合地基(一半是密砂,另一半是松砂)
成層水平地基
護(hù)岸的重力式擋土墻
堤壩
心墻壩
砂基礎(chǔ)上的剛性建筑物
涉及以上9種邊值問(wèn)題的模型試驗(yàn),都是相當(dāng)簡(jiǎn)單的工程問(wèn)題。在土工離心機(jī)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了三類(lèi)考題:
A在離心機(jī)試驗(yàn)前,提供試驗(yàn)的初始條件和邊界條件,在尚無(wú)任何試驗(yàn)資料的情況下,進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。是一種“盲測(cè)”。
B離心試驗(yàn)完成以后,但不公布試驗(yàn)結(jié)果。但向計(jì)算者提供試驗(yàn)的較為具體的條件和細(xì)節(jié)。
C公布試驗(yàn)結(jié)果,讓“考生”用自己的數(shù)值計(jì)算進(jìn)行計(jì)算,比較。
考試的成績(jī)按照ABC的次序有所提高,對(duì)于A類(lèi)考題,有30多個(gè)數(shù)值計(jì)算模型參加考試。猜測(cè)的地震反應(yīng)加速度比較接近;計(jì)算的靜孔壓和沉降量與試驗(yàn)量測(cè)的結(jié)果比較,趨勢(shì)還是相同的。但二者差別很大,多達(dá)幾十倍。但是在試驗(yàn)后,考慮了試驗(yàn)中的具體條件量測(cè)方法,修正計(jì)算條件和參數(shù),計(jì)算結(jié)果明顯改善。
結(jié)論與討論
土的力學(xué)性質(zhì)是非常復(fù)雜多變的,巖土工程問(wèn)題具有很強(qiáng)的不確定性。目前我們的理論分析、數(shù)值計(jì)算和勘探試驗(yàn)還遠(yuǎn)不能精確定量地描述,反映和猜測(cè)它們。對(duì)此應(yīng)當(dāng)有清醒的熟悉。但是正確的理論和有效的方法應(yīng)當(dāng)能夠揭示土受力變形的基本規(guī)律,反映巖土工程中的影響因素及影響的范圍。
對(duì)于巖土工程問(wèn)題,正面的純理論和數(shù)值猜測(cè)和計(jì)算,往往是很難奏效的。必須具體地了解實(shí)際的條件和過(guò)程,熟悉當(dāng)?shù)氐那闆r,積累經(jīng)驗(yàn),對(duì)理論和參數(shù)進(jìn)行合理修正;在工程中不斷觀測(cè)和積累數(shù)據(jù),在其基礎(chǔ)上合理選取參數(shù),再計(jì)算和猜測(cè)以后的變化,往往達(dá)到很高的精度。因而,有人提出在復(fù)雜的巖土工程中需要“理論導(dǎo)向,經(jīng)驗(yàn)判定,精心觀測(cè),合理反算”。這是非常中肯和寶貴的熟悉。
在土力學(xué)和巖土工程中逐步引進(jìn)不確定性的理論方法是一個(gè)重要的發(fā)展方向。
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