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海外工程十五年之十四

下面是李广信老师《岩土工程50讲》里的一个案例:

20世纪60 年代以来,随着计算机和计算技术的发展,土工数值计算大大加强了我们解决复杂的岩土工程边值问题的能力。有人提出可将士力学分成理论士力学、实验土力学和计算士力学三部分。由于它几乎可以精确地计算任何边值问题,似乎一台计算机,几页打印纸,就可以驰骋在岩土工程的所有领域。这种表观上的简单、快捷和精确,常使青年岩土工作者产生误解,忽视了其与实际工程问题间的距离,轻视在岩土工程实践中积累经验的重要意义。

加筋土的计算是岩土数值计算中很有代表性的课题。它涉及土的本构模型,筋材的应力应变关系模型和筋、土间的界面模型及这些模型涉及的参数。目前已经有较多的加筋土的计算程序和经验。1991 年在美国的科罗拉多大学,由美国联邦公路局资助,在足尺试验的基础上进行了加筋土计算的竞赛。

目标试验是在一个高3.05m ,宽1.22m ,长2.084m 的大型试验槽中进行的。铺设了12 层长为1.68m 的元纺土工织物,作成土工织布加筋挡土墙。墙顶采用气囊加压。气囊下铺设5cm 的砂垫层。试验用的土料有两种:一种是均匀的砂土,D50 =0.42 mm; 另一种为粉质粘土,wp=19% ,液限ωL= 7% 。事先公布了砂土的三轴试验,黏土的不同排水条件下的三轴试验,土工布的拉伸试验和筋土间的界面直剪试验等试验的结果。

征求世界各国同行们进行数值计算,预测试验观测结果。预测项目有:

(1)两种填料中的加筋挡土墙在顶部加载103.5 kPa 以后的墙顶最大位移、不同位置的墙面位移及筋的应变;

(2)在加载100h 后的以上各项位移和应变。

共有来自15 个不同国家的大学和研究单位参赛,包括美国的科罗拉多大学等家,英国的哥拉斯格大学等两家,日本的东京大学等家,中国和加拿大各一家。其中14 家参加了荷载变形和应变关系的预测,计算的结果见图和图。它们分别表示了砂土和黏土在上述荷载下的墙顶最大位移的预测误差。有几家没有预测黏科加筋挡土墙,有几家计算得到的结果表明,在此荷载下挡土墙早就破坏。只有少数计算的误差在30%以内。

1砂土加筋挡土墙的墙顶最大位移计算的误差

2黏土加筋挡土墙的墙顶最大位移计算的误差

对于砂土加筋挡土墙试验的破坏荷载是207kPa,预测值从10kPa517kPa不等。黏土加筋挡土墙在荷载加到230kPa时由于气囊爆破而未能继续试验,但挡土墙并没有破坏。计算的破坏荷载在21~207kPa之间,其误差之大令人沮丧。

岩土工程太不确定了,再看看下表:



由上可知,对同一类土的上限与下限差别都很大,如何判定,那肯定是看岩土工程师的水平了,经验高的取个大值,经验低的,取个小值。也说明岩土的离散性很大。

用欧美方法确定地基承载力时,也可能得出的结果跟国内的差别较大,大可不必惊慌,相信科学,自己确定。


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作者: ganggouren

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