控制饱和土体变形和强度的是

非饱和土的强度、变形理论研究及其在工程中的应用

摘要：非饱和土在实际工程中分布十分广泛，其工程特性相对于饱和土要更为复杂。在非饱和土力学中，非饱和土的强度和变形特性是非饱和土研究的重要内容。本文引用一些他人的研究成果，并结合作者自己的研究进行了系统的学习和综述非饱和土的强度与变形理论及其在工程实践中的应用。 关键词：非饱和土，剪切强度，变形特性

Study on the strength of unsaturated soils and deformation theory

and its application in engineering

Abstract: In engineering practice, unsatruated soils are widely distributed and display more complex behaviour compared with saturated soils. The study of strength characteristics and deformation behavior is very important in unsaturated soil machanic.

第19卷 第2期岩 土 工 程 学 报Vo l.19 N o.2 1997年 3月Chinese Jour nal of Geotechnical Eng ineering M ar. 1997

非饱和黄土的强度特征*

党进谦 李 靖

(西北农业大学水利与建筑工程学院,陕西杨陵,712100)

文 摘 以初始基质吸力为条件,根据大量的试验测定和分析,得到了非饱和黄土的粘聚力与基

质吸力的相关关系;阐述了非饱和黄土的抗剪强度随基质吸力的变化特征;给出了临界基质吸力

的计算式。为进一步采用控制吸力试验,揭示非饱和黄土抗剪强度的基本规律作了初步探索。

关键词 非饱和黄土 抗剪强度 临界基质吸力 强度曲面

1 前 言

我国是世界上黄土分布面积最广的国家之一,特别是西北各地广泛分布。该区的马兰黄土,在干旱半干旱及地下水深埋条件下,常处于非饱和状态,深刻认识非饱和黄土的工程特性,对黄土地区的经济建设具有十分重要的意义,研究非饱和黄土的工程性质须考虑基质吸力的作用,这已成为岩土工程界专家学者的共识。基质吸力的大小随含水量的增减而变化[1],基质吸力可增加土颗粒间的有效应力,从而使土的强度相对较高[2]。Bishop(1960年)提出的非饱和土抗剪强度公式为

f=c+

土体抗剪强度指标的选用

一、土强度指标

在深基坑设计中，土压力的计算是支护设计的基础依据和关键所在，而在土压力计算中，土体的粘聚力c、内摩擦角Φ又是最基本的参数。例如，同一种饱和粘性土，在固结排水和固结不排水试验中就表现出不同的摩擦角，而在不固结不排水试验中，内摩擦角为零。

在进行土强度指标试验时，分为三种情况考虑，即三轴的不固结不排水剪（UU），固结不排水剪（CU）及固结排水剪（CD），与其相对应的直接剪切试验分别为快剪，固结快剪和慢剪。

有人将直剪试验的固结快剪说成是固结不排水试验，将快剪称为不排水试验，也是错误的。

对于粘性土，很快的剪切速度对于粘土确实限制了排水，其固结快剪指标往往与三轴固结不排水试验相近；

但是对于粉土、砂土来说，固结快剪和固结不排水可能就完全不同。由于直剪试验上下盒之间存在缝隙，对于渗透系数比较大的砂土，即便在快剪过程中，这种缝隙也足以排水。因此，对于砂土而言，固结快剪、快剪试验得到的指标基本上就是有效应力指标。把三轴固结不排水试验指标和固结快剪指标不加区别是错误的。

二、各种规范对土压力计算参数的规定

各种规范中关于土压力的计算参数的规定五花八门： 1、建设部行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－99）

手工电弧焊接过程中的变形成因及对策

在工业生产中，焊接作业特别是手工电弧焊作业作为制造、修理的一种重要的工艺方法得到越来越广泛的运用。同时，由于手工电弧焊自身的焊接特点必然引起其焊接变形较大，如不对其变形的原因进行分析并针对其成因提出有效的对策，必将给生产带来极大的危害。 1、 手工电弧焊接过程中的变形成因

我们知道，手工电弧焊接过程中的焊接电弧由在两个电极之间的气体介质中产生持久的放电现象所产生的。

电弧的产生是先将两电极相互接触而形成短路，由于接触电阻和短路电流产生电流热效应的结果，使两电极间的接触点达到白热状态，然后将两电极拉开，两电极间的空气间隙强烈地受热，空气热作用后形成电离化；与此同时，阴极上有高速度的电子飞出，撞击空气中的分子和原子，将其中的电子撞击出来，产生了离子和自由电子。在电场的作用下，阳离子向阴极碰撞；阴离子和自由电子向阳极碰撞。这样碰撞的结果，在两电极间产生了高热，并且放射强光。

电弧是由阴极区（位于阴极）、弧柱（其长度差不多等于电弧长度）和阳极区（位于阳极）三部分所组成。阴极区和阳极区的温度，主要取决于电极的材料。一般地，随电极材料而异，阴极区的温度大约为2400K—3500K，而阳极区大约为2600K—4200K，

手工电弧焊接过程中的变形成因及对策

在工业生产中，焊接作业特别是手工电弧焊作业作为制造、修理的一种重要的工艺方法得到越来越广泛的运用。同时，由于手工电弧焊自身的焊接特点必然引起其焊接变形较大，如不对其变形的原因进行分析并针对其成因提出有效的对策，必将给生产带来极大的危害。 1、 手工电弧焊接过程中的变形成因

我们知道，手工电弧焊接过程中的焊接电弧由在两个电极之间的气体介质中产生持久的放电现象所产生的。

电弧的产生是先将两电极相互接触而形成短路，由于接触电阻和短路电流产生电流热效应的结果，使两电极间的接触点达到白热状态，然后将两电极拉开，两电极间的空气间隙强烈地受热，空气热作用后形成电离化；与此同时，阴极上有高速度的电子飞出，撞击空气中的分子和原子，将其中的电子撞击出来，产生了离子和自由电子。在电场的作用下，阳离子向阴极碰撞；阴离子和自由电子向阳极碰撞。这样碰撞的结果，在两电极间产生了高热，并且放射强光。

电弧是由阴极区（位于阴极）、弧柱（其长度差不多等于电弧长度）和阳极区（位于阳极）三部分所组成。阴极区和阳极区的温度，主要取决于电极的材料。一般地，随电极材料而异，阴极区的温度大约为2400K—3500K，而阳极区大约为2600K—4200K，

情景五 构件的基本变形与强度计算

情境描述

本情境的研究对象是变形固体，属于材料力学的范畴。工程构件的基本变形与强度计算不仅是本情境的学习重点，也是工程力学课程的学习重点。已学过的刚体静力分析的基本概念与理论以及静力平衡问题（属于静力学范畴）为学习本情境打下了基础。情境五将重点讨论工程构件的四种基本变形和强度、刚度计算，除为后续课程（机械构件及工装夹具设计）提供最基本的原理和方法外，还力图

为同学们的终身学习与职业生涯发展以及工程素养的培养寻求（奠定）科学支撑。学习目标

? 明确材料力学的任务、研究对象与方法，理解变形固体的基本假设，认

知工程构件的四种基本变形，建立起强度、刚度、稳定性的概念。 ? 建立起内力、应力的概念，理解并测定材料的机械性能指标，能用截面

法求拉（压）杆横截面上的正应力，并能对拉（压）杆进行强度校核、截面尺寸选择和确定结构的许用载荷。

? 理解连接件剪切与挤压破坏的受力和变形特点，能正确地判断剪切面和

挤压面，能熟练运用剪切强度条件和挤压强度条件对连接件进行强度计算。

? 建立圆轴扭转变形的相关概念，正确绘制扭矩图，熟悉横截面上剪应力

的分布规律，并能应用圆轴的强度、刚度条件对扭转圆轴进行设计计算。 ? 熟悉平面弯曲概念，会将

1

复 习

回 顾轴向拉的压外特力点： 力的外力作合线与用的轴杆线合。重

F向轴拉的压形变点：特杆的 变形要主是轴伸向缩伴，随向横 扩。缩F

2第节一概念及例实3

拉压的杆力模学型轴拉向，对应伸力称的拉为力。P

PP轴向缩，对压的力应为称力

压P4

内 ·力面法 ·轴截力轴及力图 力：物体内内某一部分部与另一分部间之互 相用作的力为内力。称内力计的算分是析件强度构、 度、刚定稳等性问题的基。础

内求的一般力方是法截法。

面5

P

A

P

截开 C:tu nti owot aprtsA P P代替：R epesrntPeA N 平衡 :Equiilbirm

uX 0

PN 0PN 6

轴力的念 概heT onceptc o fnromal orfc e轴 ：

与力截横垂面直，外在力作用产下生随之而并变 化的力内。轴 力负正的规： 定为拉正压为、负若；力轴的向方与截面外线方向 法致一，轴为正，反之力轴为负力。

轴7力Th图edi graa mo normfla focers轴力图是以截面位x为横置、以截面轴应轴力对为纵轴N 的坐系上标作出的关轴于的力图像

例。 题求试如6-图1(a)示所杆直定指面的轴截力值 并出画个整的轴力图。杆 知已F1:20KN =2

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复 习

回 顾轴向拉的压外特力点： 力的外力作合线与用的轴杆线合。重

F向轴拉的压形变点：特杆的 变形要主是轴伸向缩伴，随向横 扩。缩F

2第节一概念及例实3

拉压的杆力模学型轴拉向，对应伸力称的拉为力。P

PP轴向缩，对压的力应为称力

压P4

内 ·力面法 ·轴截力轴及力图 力：物体内内某一部分部与另一分部间之互 相用作的力为内力。称内力计的算分是析件强度构、 度、刚定稳等性问题的基。础

内求的一般力方是法截法。

面5

P

A

P

截开 C:tu nti owot aprtsA P P代替：R epesrntPeA N 平衡 :Equiilbirm

uX 0

PN 0PN 6

轴力的念 概heT onceptc o fnromal orfc e轴 ：

与力截横垂面直，外在力作用产下生随之而并变 化的力内。轴 力负正的规： 定为拉正压为、负若；力轴的向方与截面外线方向 法致一，轴为正，反之力轴为负力。

轴7力Th图edi graa mo normfla focers轴力图是以截面位x为横置、以截面轴应轴力对为纵轴N 的坐系上标作出的关轴于的力图像

例。 题求试如6-图1(a)示所杆直定指面的轴截力值 并出画个整的轴力图。杆 知已F1:20KN =2

北华大学机械工程学院材料力学习题

第八章 组合变形构件的强度习题

一、填空题

1、两种或两种以上基本变形同时发生在一个杆上的变形,称为（ ）变形。

二、计算题

1、如图所示的手摇绞车，最大起重量Q=788N，卷筒直径D=36cm,两轴承间的距离l=80cm,轴的许用应力???=80Mpa。试按第三强度理论设计轴的直径d。

2、图示手摇铰车的最大起重量P=1kN，材料为Q235钢，[σ]=80 MPa。试按第三强度理论选择铰车的轴的直径。

3、图示传动轴AB由电动机带动，轴长L=1.2m,在跨中安装一胶带轮，重G=5kN,半径R=0.6m,胶带紧边张力F1=6kN,松边张力F2=3kN。轴直径d=0.1m，材料许用应力[σ]=50MPa。试按第三强度理论校核轴的强度。

4、如图所示，轴上安装有两个轮子，两轮上分别作用有F=3kN及重物Q，该轴处于

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北华大学机械工程学院材料力学习题

平衡状态。若[σ]=80MPa。试按第四强度理论选定轴的直径d。

5、图示钢质拐轴， AB轴的长度lAB=150mm, BC轴长度lBC=140mm，承受集中载荷F的作用，许用应力[σ]=160Mpa，若AB轴的抗弯截面系数Wz=3000mm

专业资料

饱和水和饱和蒸汽的热力学 参数表

C1 水和水蒸气性质参数的名称、符号和单位

性质参数名称 热力学温度 摄氏温度 绝对压力 比体积 密度 焓 蒸发热 符号 T T P υ ρ H r 单位符号 K ℃ Pa(MPa) M/kg kg/m kj/kg kj/kg

33备 注 t=T－T0 T0=273.16℃ ts－饱和温度 “′”－饱和水参数 “″”－饱和水蒸气参数 表C4中，粗水平线上区为不饱和 过冷水参数，下区为过热蒸汽 C2 饱和水和饱和蒸汽的热力学基本参数（按压力排列）表（2）

P /MPa T /℃ 6.9828 13.0356 17.5127 21.0963 24.0996 26.6936 28.9826 31.0348 32.8976 34.6052 36.1832 37.6512 39.0246 40.3156 41.5343 42.6891 43.7867 44.8329 45.8328 47.7099 49.4458 51.0617 52.5743 53.9971 55.3410 56.6149 57.8264 58.9818 v′ /(m3/kg) v″ /(m3/kg) h′ /(kj/kg) h″