非平衡狀態(tài)

熱平衡狀態(tài)是一個(gè)理想化的概念，是在一定條件下對(duì)實(shí)際情況的抽象和近似。對(duì)熱平衡狀態(tài)的研究具有重要的理論和實(shí)踐意義，已經(jīng)成為熱力學(xué)的基本內(nèi)容。

兩物體熱平衡，或兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)熱平衡，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)意義為：

1、熱平衡 ≡ 溫度相等。

2、熱平衡只是宏觀的平衡概念，△Q = 0；但是，微觀上仍然有熱交流。

3、熱平衡是狀態(tài)量，不涉及過(guò)程的建立，也不排除微觀過(guò)程的正在進(jìn)行。2100433B

熱力平衡狀態(tài)是指熱力系統(tǒng)在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變的狀態(tài)。熱力系統(tǒng)的各部分之間沒(méi)有熱量傳遞，系統(tǒng)就處于熱的平衡；各部分之間沒(méi)有相對(duì)位移，系統(tǒng)就處于力的平衡。同時(shí)具備了熱和力的平衡，系統(tǒng)就處于熱力平衡狀態(tài)。如果系統(tǒng)內(nèi)存在化學(xué)反應(yīng)，則應(yīng)包括化學(xué)平衡。

處于熱力平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，只要不受外界影響，狀態(tài)就不隨時(shí)間變化，平衡也不會(huì)自行破壞;處于不平衡狀態(tài)系統(tǒng)，則由于各部分之間的傳熱和位移，其狀態(tài)將隨時(shí)間而改變，改變的結(jié)果使傳熱和位移逐漸減弱，直至完全停止，不平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，在沒(méi)有外界條件的影響下，總會(huì)自發(fā)地趨于平衡狀態(tài)。對(duì)于處于熱力平衡狀態(tài)下的氣體或液體，如果略去重力的影響，氣體內(nèi)部各處的性質(zhì)是均勻一致的，各處的溫度、壓力、密度等狀態(tài)參數(shù)都應(yīng)相同。 2100433B

極限平衡狀態(tài)庫(kù)倫理論

也被稱(chēng)為楔體極限平衡理論。庫(kù)倫認(rèn)為當(dāng)擋墻有微小位移時(shí)，墻后土體中便會(huì)形成破裂楔體，他雖然承認(rèn)楔體分裂面有可能是通過(guò)墻踵的曲面，但卻做了平面假定，并把擋土墻及楔體視為剛體，當(dāng)土體達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，對(duì)土楔進(jìn)行靜力分析，列出平衡方程來(lái)計(jì)算土壓力。沿墻高方向土壓力的分布為三角形。而許多試驗(yàn)研究結(jié)果卻得出：破裂面應(yīng)成曲面，土壓力的分布與墻體位移模式與墻體后填土的性質(zhì)有關(guān)，并不是全部的分布形式都為三角形。雖然在土體內(nèi)滑裂面為平面的前提條件下，能使得計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化，但這會(huì)影響解答的可靠性。庫(kù)侖理論以土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)為基礎(chǔ)而得，成為以后出現(xiàn)的極限設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)，所以迄今為止仍被大家廣泛應(yīng)用，為經(jīng)典土壓力理論之一。用于墻后為砂性填土的主動(dòng)土壓力計(jì)算的情況，能達(dá)到需要的精度。

極限平衡狀態(tài)朗金理論

即土體單元極限平衡計(jì)算理論。前提條件：墻后為松散的填土，且土體為半無(wú)限體；在土體中取一單元體，當(dāng)土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，分析其應(yīng)力來(lái)得出土壓力值，并且研究滑裂面的形狀，朗金理論提出滑裂土體會(huì)隨著墻背一起平移，不會(huì)沿著墻背向下滑動(dòng)。它是對(duì)土壓力理論又一大突破，是即庫(kù)倫理論出現(xiàn)一百多年后出現(xiàn)的，他研究了庫(kù)侖理論的缺點(diǎn)和局限性，同時(shí)又繼承且發(fā)展了極限平衡理論，通過(guò)應(yīng)力分析來(lái)求解土壓力，促進(jìn)了現(xiàn)代極限平衡理論的發(fā)展。其假定土壓力方向與填土表面平行，但實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，墻體必然會(huì)向前轉(zhuǎn)動(dòng)或平動(dòng)，墻后填土也會(huì)膨脹而相對(duì)墻體向下運(yùn)動(dòng)，除非墻也向下一起移動(dòng)，否則填土與墻身之間就會(huì)產(chǎn)生滑移，因此土壓力方向由墻背和填料之間的摩擦系數(shù)有關(guān)，從而使其計(jì)算產(chǎn)生一定誤差。這兩種理論屬于土壓力計(jì)算的經(jīng)典理論。從理論上講，朗金理論較為嚴(yán)密，但由于其僅僅適用于研究填土為半無(wú)限件的情況，邊界條件比較簡(jiǎn)單，使之在實(shí)際應(yīng)用上有一定的局限性。庫(kù)侖理論雖然計(jì)算比較簡(jiǎn)便，而且能適用于各種復(fù)雜邊界的情況，在相應(yīng)的條件內(nèi)，其計(jì)算結(jié)果能滿足工程需要，所以國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐中，以及土壓力理論研究和規(guī)范，大多以庫(kù)侖理論為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算土壓力。

庫(kù)侖理論和朗金理論是應(yīng)用最為廣泛的土壓力計(jì)算理論，但是他們都存在著一些難以解決的矛盾。一方面土壓力的計(jì)算必須要考慮擋土墻支擋結(jié)構(gòu)和墻后土體之間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，土壓力的大小和擋土墻位移方向之間存在著很大的關(guān)系，同時(shí)滑面與擋土墻位移方向之間存在著變形協(xié)調(diào)的關(guān)系另外一方面，土壓力的計(jì)算要考慮對(duì)墻后土體復(fù)雜多變的適應(yīng)性，包括墻后土體地面線形的變化以及土體內(nèi)部應(yīng)力參數(shù)的變化。庫(kù)侖理論和朗金理論在第一個(gè)方面基本沒(méi)有考慮，在第二個(gè)方面沒(méi)有很好的考慮。

極限平衡狀態(tài)條帶極限平衡分析法

這個(gè)方法在前蘇聯(lián)首先提出的。實(shí)際上對(duì)庫(kù)侖理論來(lái)說(shuō)，是一種進(jìn)步與完善。這種方法中，墻背和與破裂面中間的滑動(dòng)楔體被假定成許多條帶，再分別對(duì)各個(gè)條帶體靜力分析，得出平衡方程，并考慮邊界條件得出土壓力，且找到合力的作用點(diǎn)。此理論沒(méi)有改變庫(kù)侖理論前提條件，同樣是在土體達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)對(duì)土楔進(jìn)行靜力平衡分析，求得土壓力沿墻高的分布卻庫(kù)侖理論相差很大。這種方法對(duì)于不同的邊界條件計(jì)算出來(lái)的土壓力對(duì)應(yīng)著不同的土壓力分布，而且相差較大，因此應(yīng)用就很不方便。

極限平衡狀態(tài)現(xiàn)代極限平衡分析法

此方法即塑性理論方法。該方法以庫(kù)侖-朗金理論理論為基礎(chǔ)，研究了表面傾斜的半無(wú)限體的極限平衡，對(duì)該理論的發(fā)展貢獻(xiàn)最大的是前蘇聯(lián)的索科洛夫斯基。以經(jīng)典塑性理論為基礎(chǔ)，假定墻后土體為理想剛塑體，取土體中一單元，分析其達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，由滑移場(chǎng)理論列出微分方程，聯(lián)系邊界條件，來(lái)解得土壓力，并得出其分布情況。實(shí)踐表明此理論是比較可靠的，其求解出的土壓力比較精確。但是對(duì)于超固結(jié)的粘性土中存在裂隙，松砂及靈敏度很高的粘土的情況，其土壓力求解結(jié)果，誤差很大。索氏理論是用繪制圖表以及一些近似方法（例如滑移網(wǎng)絡(luò)線法）來(lái)得出土壓力的解。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，過(guò)去不能考慮的很多復(fù)雜情況，如今可借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行土壓力計(jì)算，從而大大提高了現(xiàn)代極限平衡理論的精確度和適用范圍。 2100433B