章 土工试验

1.1 背景

1.2 室内试验与原位试验

1.2.1 直剪试验

1.2.2 环剪试验

1.2.3 三轴试验

1.2.4 静力荷载试验

1.2.5 动力荷载试验

1.2.6 标准贯人试验

1.2.7 十字板剪切试验

1.2.8 静力触探试验

1.3 三轴试验

1.3.1 摩尔一库伦公式

1.3.2 三轴试验数值模拟

1.4 静力触探试验

1.4.1 静力触探研究现状

1.4.2 静力触探贯入机理研究

1.4.3 静力触探参数与土体状态参数关系

1.4.4 静力触探数值模拟研究现状

第二章 离散元数值模拟

2.1 数值模拟简介

2.1.1 有限元法

2.1.2 有限差分法

2.1.3 块体理论

2.2 离散元法历史与原理

2.3 离散元法运算流程图

2.4 接触的识别

2.5 接触模型

2.5.1 线性刚度接触模型

2.5.2 平行黏结模型

2.5.3 Hertz-Mindlin 接触模型

2.5.4 颗粒滚动摩擦

2.6 颗粒运动

2.7 边界条件

2.7.1 刚性边界条件

2.7.2 周期性边界条件

2.7.3 柔性边界条件

2.8 应力张量

2.8.1 边界条件张量

2.8.2 颗粒张量

2.8.3 接触力张量

第三章 三轴剪切下玻璃珠试样抗剪强度测试

3.1 背景

3.2 试验材料与方法

3.2.1 试样材料

3.2.2 试验装置

3.3 试验试样制备

3.3.1 模具准备

3.3.2 制备密实试样试验操作步骤

3.3.3 制备松散试样试验操作步骤

3.3.4 制备不同表面粗糙度玻璃珠试样试验操作步骤

3.3.5 试样装配

3.3.6 试样饱和

3.3.7 试样固结

3.3.8 试样剪切

3.4 试验方案

3.4.1 加载速度的影响

3.4.2 试样饱和度以及初始孔隙率的影响

3.4.3 玻璃珠表面粗糙度的影响

3.4.4 颗粒尺寸影响

3.5 试验结果与分析

3.5.1 试样形变

3.5.2 剪切速度的影响

3.5.3 饱和密实试样

3.5.4 饱和松散试样

3.5.5 密实试样与松散试样试验结果比较

3.5.6 颗粒表面粗糙度

3.5.7 颗粒尺寸的影响

3.5.8 两种颗粒尺寸混合物的试验研究

3.6 本章小结

第四章 玻璃珠抗剪强度离散元数值模拟

4.1 三轴试验离散元模拟

4.1.1 圆柱形边界条件

4.1.2 恢复系数校准

4.1.3 模拟参数

4.1.4 初始试样准备：生成试样

4.1.5 颗粒沉降

4.1.6 试样制备：击实与振动

4.1.7 圆柱形边界条件伺服机理：固结与剪切

4.2 数值模拟与试验数据对比

4.3 试样可视化

4.4 参数敏感性分析

4.4.1 颗粒摩擦系数

4.4.2 颗粒滚动摩擦系数

4.4.3 初始孔隙率的影响

4.4.4 剪切速度的影响

4.4.5 颗粒尺寸效应

4.4.6 两种尺寸颗粒混合试样的数值模拟

4.5 本章小结

第五章 土体应力状态对CPT贯入参数的影响

5.1 土体单元选取

5.2 试样制备

5.3 土体单元应力状态

5.3.1 各向同性

5.3.2 附加应力

5.3.3 加载卸荷

5.3.4 ko的影响

5.3.5 超固结比OCR的影响

5.3.6 孔隙率

5.3.7 颗粒间摩擦系数

5.3.8 颗粒刚度

5.3.9 速度场云图

5.4 本章小结

第六章 温度对CPT贯入参数的影响

6.1 背景

6.2 颗粒介质热传导原理

6.3 数值试样制备

6.4 CPT数值模拟

6.4.1 土颗粒温度的影响

6.4.2 热膨胀系数的影响

6.4.3 比热容

6.5 土颗粒微观力学行为

6.5.1 颗粒速度场

6.5.2 颗粒位移场

6.5.3 颗粒接触力链

6.6 本章小结

附录

1.DemGCE程序开发

1.1 操作环境安装

1.2 软件安装

1.3 参数设定

1.3.1 数值模型生成

1.3.2 接触参数设定

1.3.3 模拟试验步骤

1.3.4 分析与调试

1.4 程序运行

2.程序后期处理

2.1 数据处理软件：Gnuplot

2.2 可视化软件：ParaView

3.部分源程序代码

3.1 滚动摩擦源程序代码

3.2 圆柱形边界条件源代码

3.3 RSA算法程序代码

3.4 基于拉梅公式的圆柱体伺服机理源程序代码

参考文献

章 土工试验

1.1 背景

1.2 室内试验与原位试验

1.2.1 直剪试验

1.2.2 环剪试验

1.2.3 三轴试验

1.2.4 静力荷载试验

1.2.5 动力荷载试验

1.2.6 标准贯人试验

1.2.7 十字板剪切试验

1.2.8 静力触探试验

1.3 三轴试验

1.3.1 摩尔一库伦公式

1.3.2 三轴试验数值模拟

1.4 静力触探试验

1.4.1 静力触探研究现状

1.4.2 静力触探贯入机理研究

1.4.3 静力触探参数与土体状态参数关系

1.4.4 静力触探数值模拟研究现状

第二章 离散元数值模拟

2.1 数值模拟简介

2.1.1 有限元法

2.1.2 有限差分法

2.1.3 块体理论

2.2 离散元法历史与原理

2.3 离散元法运算流程图

2.4 接触的识别

2.5 接触模型

2.5.1 线性刚度接触模型

2.5.2 平行黏结模型

2.5.3 Hertz-Mindlin 接触模型

2.5.4 颗粒滚动摩擦

2.6 颗粒运动

2.7 边界条件

2.7.1 刚性边界条件

2.7.2 周期性边界条件

2.7.3 柔性边界条件

2.8 应力张量

2.8.1 边界条件张量

2.8.2 颗粒张量

2.8.3 接触力张量

第三章 三轴剪切下玻璃珠试样抗剪强度测试

3.1 背景

3.2 试验材料与方法

3.2.1 试样材料

3.2.2 试验装置

3.3 试验试样制备

3.3.1 模具准备

3.3.2 制备密实试样试验操作步骤

3.3.3 制备松散试样试验操作步骤

3.3.4 制备不同表面粗糙度玻璃珠试样试验操作步骤

3.3.5 试样装配

3.3.6 试样饱和

3.3.7 试样固结

3.3.8 试样剪切

3.4 试验方案

3.4.1 加载速度的影响

3.4.2 试样饱和度以及初始孔隙率的影响

3.4.3 玻璃珠表面粗糙度的影响

3.4.4 颗粒尺寸影响

3.5 试验结果与分析

3.5.1 试样形变

3.5.2 剪切速度的影响

3.5.3 饱和密实试样

3.5.4 饱和松散试样

3.5.5 密实试样与松散试样试验结果比较

3.5.6 颗粒表面粗糙度

3.5.7 颗粒尺寸的影响

3.5.8 两种颗粒尺寸混合物的试验研究

3.6 本章小结

第四章 玻璃珠抗剪强度离散元数值模拟

4.1 三轴试验离散元模拟

4.1.1 圆柱形边界条件

4.1.2 恢复系数校准

4.1.3 模拟参数

4.1.4 初始试样准备：生成试样

4.1.5 颗粒沉降

4.1.6 试样制备：击实与振动

4.1.7 圆柱形边界条件伺服机理：固结与剪切

4.2 数值模拟与试验数据对比

4.3 试样可视化

4.4 参数敏感性分析

4.4.1 颗粒摩擦系数

4.4.2 颗粒滚动摩擦系数

4.4.3 初始孔隙率的影响

4.4.4 剪切速度的影响

4.4.5 颗粒尺寸效应

4.4.6 两种尺寸颗粒混合试样的数值模拟

4.5 本章小结

第五章 土体应力状态对CPT贯入参数的影响

5.1 土体单元选取

5.2 试样制备

5.3 土体单元应力状态

5.3.1 各向同性

5.3.2 附加应力

5.3.3 加载卸荷

5.3.4 ko的影响

5.3.5 超固结比OCR的影响

5.3.6 孔隙率

5.3.7 颗粒间摩擦系数

5.3.8 颗粒刚度

5.3.9 速度场云图

5.4 本章小结

第六章 温度对CPT贯入参数的影响

6.1 背景

6.2 颗粒介质热传导原理

6.3 数值试样制备

6.4 CPT数值模拟

6.4.1 土颗粒温度的影响

6.4.2 热膨胀系数的影响

6.4.3 比热容

6.5 土颗粒微观力学行为

6.5.1 颗粒速度场

6.5.2 颗粒位移场

6.5.3 颗粒接触力链

6.6 本章小结

附录

1.DemGCE程序开发

1.1 操作环境安装

1.2 软件安装

1.3 参数设定

1.3.1 数值模型生成

1.3.2 接触参数设定

1.3.3 模拟试验步骤

1.3.4 分析与调试

1.4 程序运行

2.程序后期处理

2.1 数据处理软件：Gnuplot

2.2 可视化软件：ParaView

3.部分源程序代码

3.1 滚动摩擦源程序代码

3.2 圆柱形边界条件源代码

3.3 RSA算法程序代码

3.4 基于拉梅公式的圆柱体伺服机理源程序代码

参考文献

本书详细介绍了采用离散元法模拟三轴实验测定颗粒介质抗剪强度的过程步骤，通过引入拉梅公式，很好地解决了圆柱形边界条件的伺服机理。另外，本书还介绍了三种制备玻璃球三轴试样的方法，通过对比实验结果与数值模拟结果，验证了数值模拟方法的正确性与可靠性。

静力触探试验野外现场作业简单、方便, 测试需时短, 可以缩短勘察工期, 进行土体岩性划分及确定土体力学参数效果良好。

与室内土工试验相比, 静力触探试验克服了特殊地层或薄层地层取原状试样的困难, 并且试验范围较大, 各类土体均能保持原状样, 比较客观地测试土层的工程特性, 为工程地质地基评价和设计基础型式的选取提供合理、科学依据 。

《曲轴滚压关键参数设计理论与数值模拟》为国家自然科学基金项目“曲轴滚压关键参数设计理论研究”的主要研究成果。作者围绕曲轴的强度分析和滚压强化问题进行了深入系统的研究，提出了曲轴滚压刀具结构参数、运动参数和载荷参数的设计准则与方法；对曲轴滚压强化的表面硬化层的深度和残余应力进行理论预测，探讨滚压工艺参数对残余应力与变形层分布及数值上的影响；在对曲轴有限元，模型规范化研究的基础上，提出了通用化的分析模块划分方法、模型参数化方法和系统实现方法；通过显式-隐式求解手段将滚压强化和强度分析模型有机地融合在一起，形成统一的分析模型，研究考虑滚压强化效应的曲轴有限元建模与分析方法，对曲轴滚压后的残余变形进行了分析计算。《曲轴滚压关键参数设计理论与数值模拟》内容在一定程度上解决了工程上滚压工艺参数和刀具结构参数选择无据可依的问题，为科学评价滚压强化效果提供了方法和依据。

《曲轴滚压关键参数设计理论与数值模拟》可供企业中从事曲轴强度和强化研究与实践的专业技术人员参考使用，亦可供机械设计、汽车与动力机械工程、应用力学等相关专业的科研人员、工程技术人员和硕士、博士研究生参考。

室内土工试验是研究土的特性的试验。室内土工实验的主要内容包括：

（1）土的物理性质试验

包括含水量、密度、比重、液限、塑限、颗粒分析、相对密度试验等。

（2）土的水理性质试验

包括渗透试验、湿化试验等。

（3）土的力学性质试验（静态）

包括固结试验、先期固结压力的确定、固结系数的确定、匣式直接剪切试验、无侧限抗压强度试验、三轴剪切试验、K0试验、休止角、击实试验、静弹性模量试验等。

（4）土的动力性质的室内试验

包括动三轴试验、共振柱试验、空心圆柱试验、震动台试验、动单剪试验等。

根据土的力学特性试验结果，勘察设计单位就会根据地基和岩土环境的特点设计出合理的建筑方案，能够最大程度的保证施工和建筑物的安全。所以土工试验对于经济建设而言是十分重要的。