自然生活中的力学

1 自 然 生 活 中 的 力 学 院 系 名称工学院建筑系 专业名称土木工程 班级土木四班 学号 学生姓名 2 自自然然生生活活中中的的力力学学 总述总述 力学无时无刻不在影响着我们的 生活 改变我们的生活 不论大到飞 机航母 卫星火箭 还是是小到生活 用品 日常起居 正是力学的巧妙应 用才使得我们的人类得到长足发展 力学在我们的生活是不能缺少的 它 蕴含在我们的一举一动之中 也正是 力学的利用使得我们生活更加丰富多 彩 更加具有安全感 但是自然界的 很多事故等等都是因为不堪受力而酿 成了一个又一个的让人悲痛的惨剧 Mechanics is affecting our lives and change our lives no matter big to aircraft carriers satellite rocket or is too small to articles for daily use daily life it was clever application which the mechanics that makes our human long term development Mechanics in our life can t lack it is in our movements Also the use of mechanics is what makes our life more colorful more sense of security But many accidents of nature and so on because of unbearable stress and creates a a let a person sad tragedy 内容内容 就像打秋千 很多人都喜欢的打秋千 要知道 会打秋千的人 不用别人帮助推 也能越摆越高 而不会打秋千的人则始终也摆不 起来 知道这是什么原因吗 人从高处摆下来的时候身子是从直立到蹲下 而从最低点向上 摆时 身子又从蹲下到直立起来 由于他从蹲下到站直时 重心升 3 高 无形中就对自己做了功 增大了重力势能 另外 在下降的过 程中 因为脚对秋千做了功 人和秋千的总能量也会增加 因而 每摆一次秋千 都使打秋千的人自身能量增加一些 如此循环往复 总能量越积越多 秋千就摆地越来越高了 滑坡 一种地质灾害 边坡丧失其原有稳定性 一部分岩土体相 对于另一部分岩土体发生滑动的现象 一 土坡的稳定分析 一 土坡的稳定分析 滑坡滑坡在土体内部某个面在土体内部某个面剪应力剪应力 抗剪强度抗剪强度使土坡稳定平使土坡稳定平 衡遭到破坏衡遭到破坏 土坡滑动的原因是 土坡滑动的原因是 外界荷载作用 导致土坡内部剪应力变大 土坡环境变化 比如 路堑 基坑开挖 堤坝施工填土荷重增加 降 雨土体饱和 重度增加 地下水的渗透力 坡顶超载 地 震 打桩 4 抗剪强度降低土坡失稳 孔隙水压力增大孔隙水压力增大 例如 干裂 冻融 气候变化 干裂 冻融 气候变化 雨水浸入使土体软化雨水浸入使土体软化 粘性土蠕变粘性土蠕变 无粘性土坡稳定性包括一般情况下的无粘性土土坡和有渗流作 用下的无粘性土坡 1 一般情况下的无粘性土土坡 一般情况下的无粘性土土坡 稳定条件 f tan Gcos tanTN f TT costantan sintan f T G K TG 2 2 有渗流作用下的无粘性土坡分析 有渗流作用下的无粘性土坡分析 土单元体积 cosVz 水头梯度 sini 渗透力 ww cossinJiVz 土单元自重 cosWz 5 抗滑力 2 f tantan coscosTWz KK 下滑力 wsat sin cossincossinTJWzz 力平衡法 f TT 稳定条件 Tf T J f w r costantan r rsintan 1 2 sat sat Tr K TJr r r 安全系数 坡面有顺坡渗流作用时 无粘性土土坡稳定安全系数将近降低一半 二 土坡稳定分析中有关问题二 土坡稳定分析中有关问题 挖方边坡与天然边坡时 天然地层的土质与构造比较复杂 这 些土坡与人工填筑土坡相比 性质上所不同 对于正常固结及超固 结粘土土坡 按上述的稳定分析方法 得到安全系数 比较符合实 测结果 但对于超固结裂隙粘土土坡 采用与上述相同的分析方法 会得出不正确的结果 关于圆弧滑动条分法时 计算中引入的计算假定 滑动面为圆 弧 不考虑条间力作用 安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动 力矩之比来定义 土的抗剪强度指标值选用应合理 土的抗剪强度指标值选用应合理 指标值过高 有发生滑坡的 可能 指标值过低 没有充分发挥土的强度 就工程而言 不经济 实际工程中 应结合边坡的实际加荷情况 填料的性质和排水条件 等 合理的选用土的抗剪强度指标 如果能准确知道土中孔隙水压 力分布 采用有效应力法比较合理 重要的工程应采用有效强度指 标进行核算 对于控制土坡稳定的各个时期 应分别采用不同试验 方法的强度指标 6 安全系数的选用 安全系数的选用 影响安全系数的因素很多 如抗剪强度指标 的选用 计算方法和计算条件的选择等 工程等级愈高 所需要的 安全系数愈大 目前 对于土坡稳定的安全系数 各个部门有不同 的规定 同一边坡稳定分析 选用不同的试验方法 不同的稳定分析方法 会得到不同的安全系数 根据结果综合分析安全系数 得到比较可 靠的结论 3 3 滑坡滑坡 一种地质灾害一种地质灾害 边坡丧失其原有稳定性 一部分岩土体相对于另一部分岩土体 发生滑动的现象 滑坡事例 1959 年法国 67m 高的马尔帕塞薄拱坝因坝基失稳而 毁于一旦 死亡 380 人 4 年后 意大利 265m 高的瓦昂拱坝上游托克山左岸发生大规模 的滑坡 死亡约 2500 人 1975 年 8 月 淮河板桥石漫滩水库因老化而垮坝决口 狂泻的 大水夺走了万余条猝不及防的性命 四 滑坡中的力学 四 滑坡中的力学 7 1 滑坡安全系数的定义和计算滑坡安全系数的定义和计算 划面平均抗剪强度 安全系数 划面平均剪应力 总应力强度表示法 f f f tan tantan tan c K cc c KKKK 有效应力强度表示法 f f f tan tantan tan c K cc c KKKK 2 发生滑坡当然有它的前兆 我们要抓住前兆才能更大的减少 人员的死亡以及财产的损失 滑坡可能的前兆是滑坡可能的前兆是 坡顶首先开始有明显下沉并出现裂缝 坡脚附近的地面有较大 的侧向位移并有隆起 随着坡顶裂缝的开展和坡脚侧向位移的增加 部分土体突然沿着某一个滑动面急剧下滑 造成滑坡事故 滑坡有可能是长期缓慢发展的 也可能在外荷突然变化的诱因 下 降雨 地震 会突然发生 引起滑坡的原因有引起滑坡的原因有 土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度 稳定平衡遭 到破坏 剪应力的增加 如填土作用使边坡的坡高增加 渗流作 用渗透力使下滑力增加 降雨使土体饱和 容重增加 地震作用等 土体本身抗剪强度的减小 如浸水作用使土体软化 含水量减小 8 使土体干裂 抗滑面面积减小 地下水位上升使孔隙水应力升高 有效应力减小 气候变化产生的干裂冻融 粘土夹层因浸水而软化 膨胀土反复胀缩 粘性土的蠕变等 所以我们要了解某个土坡在各种因素作用下是否具有足够的稳 定性和工程经济性 需要对土坡进行稳定性分析 五 日常所用所接触的力学 五 日常所用所接触的力学 材料力学在生活中的应用十分广泛 大到机械中的各种机器 建筑中的各个结构 小到生活中的塑料食品包装 很小的日用品 各种物件都要符合它的强度 刚度 稳定性要求才能够安全 正常 工作 所以材料力学就显得尤为重要 生活中机械常用的连接件 如铆钉 键 销钉 螺栓等的变形 属于剪切变形 在设计时应主要考虑其剪切应力 汽车的传动轴 转向轴 水轮机的主轴等发生的变形属于扭转变形 火车轴 起重 机大梁的变形均属于弯曲变形 有些杆件在设计时必须同时考虑几 个方面的变形 如车床主轴工作时同时发生扭转 弯曲及压缩三种 基本变形 钻床立柱同时发生拉伸与弯曲两种变形 利用材料力学中卸载与在加载规律得出冷作硬化现象 工程中 常利用其原理以提高材料的承载能力 在生活中我们用的很多包装 袋上都会剪出一个小口 其原理就用到了材料力学的应力集中 使 里面的食品便于撕开 在工程中 静不定结构得到广泛应用 如桁 架结构 螺旋弹簧是工程中常用的机械零件 多用于缓冲装置 控 制机构及仪表中 9 生活中处处都是材料力学的应用 它与我们的生活密切相关 而 我们需要一双发现的眼睛 处处留心皆学问 我们需要熟练掌握材 料力学的知识才能明白其中的奥秘 材料力学让我们明白了很多以 前生活不能明白的问题 我们知道 船是水上重要的交通工具 船是离不开水的 可是 你知道吗 有一种神奇的船 它不管是在水面上 还是在陆地上 或 者是在沼泽地里 只要表面比较平 它都可以行驶 这就是气垫船 气垫船是怎么回事呢 它不什么可以离开水面在地面上航行呢 原来在气垫船的船底四周设有环形喷口 气流从喷口向外倾斜地高 速喷出 由于水面的阻挡 气流在船底积聚形成气垫 并产生一股 很强很大的升力 把船托离水面 由于物体同空气的摩擦要比物体 同水的摩擦小得多 气垫船向前运动时只受空气阻力 所以它能在 水面上高速滑行 它的速度比普通船要高几倍 目前世界上大型气 垫船载客可达上千人 时速达 300 千米 时 人们还在设想制造载重 5000 吨的巨型气垫船 以原子能为动力 只要 24 小时就可从欧洲 越过大西到达美国 看来气垫船的发展有着巨大潜力和广阔前景 气垫船在我国也投入了使用 1979 年在广州与香港之间开辟了气垫 船航线 1989 年又在上海的吴淞 与崇明之间开辟了气垫船航线 你知道气垫船是谁最早发明的 吗 他是英国的船舶设计师 10 科克莱尔在 1959 年首先发明设计制造的 郑州号水陆两栖气垫船是我国第一艘用于旅游的气垫船 气垫 船是高科技的结晶 顾名思