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文檔簡介
1、第七章 土的固結(jié)理論.固結(jié):所謂固結(jié),就是在荷載作用下,土體孔隙中水體逐漸排除,土體收縮的過程。更確 切地說,固結(jié)就是土體超靜孔隙水應(yīng)力逐漸消散,有效應(yīng)力逐漸增加,土體壓縮的過程。(超靜孔壓逐漸轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力的過程).流變:所謂流變,就是在土體骨架應(yīng)力不變的情況下,土體隨時間發(fā)生變形的過程。次固結(jié):孔隙壓力完全消散后,有效應(yīng)力隨時間不再增加的情況下,隨時間發(fā)展的壓縮。.一維固結(jié)理論假定:一維(土層只有豎向壓縮變形,沒有側(cè)向膨脹,滲流也只有豎向);飽和土,水土二相;土體均勻,土顆粒和水的壓縮忽略不計 ,壓縮系數(shù)為常數(shù),僅考慮土體孔隙的壓縮; 孔隙水滲透流動符合達(dá)西定律,并且滲透系數(shù) K為常數(shù);外
2、荷載為均布連續(xù)荷載,并且一次施加。固結(jié)微分方程:u為孔隙水壓力,t時間,z深度 滲透系數(shù)越大,固結(jié)系數(shù)越大,固結(jié)越快;壓縮系數(shù)越大,土體越難壓縮,固結(jié)系數(shù)就小。土的固結(jié)系數(shù),與土的滲透系數(shù)K成正比和壓縮系數(shù)成反比。初始條件:t=0,;邊界條件:透水面 u=0不透水面 一.固結(jié)度:為了定量地說明固結(jié)的程度或孔壓消散的程度,提出了固結(jié)度的概念。 任意時刻任意深度的固結(jié)度定義為當(dāng)前有效應(yīng)力和總應(yīng)力之比u=-平均固結(jié)度:當(dāng)前土層深度內(nèi)平均的有效應(yīng)力和平均的總應(yīng)力之比。固結(jié)度U是時間因數(shù)Tv的單值函數(shù)。.太沙基三維固結(jié)理論根據(jù)土體的連續(xù)性,從單元體中流出的水量應(yīng)該等于土體的壓縮量由達(dá)西定律: 若土的各個
3、方向的滲透系數(shù)相同,取將達(dá)西定律公式代入連續(xù)方程:太沙基三維固結(jié)理論假設(shè)三向總應(yīng)力和不隨時間變化 即:即.軸對稱問題固結(jié)方程砂井排水引起的土中固結(jié),在一個單井范圍內(nèi)可以看成軸對稱的三維問題,包含豎向和 徑向兩個方向水的流動。根據(jù)紐曼卡里羅定理:多向滲流時孔隙壓力比等于各單向滲流時孔隙壓力比的乘積。一一則可以分解為兩個式子,.Biot固結(jié)理論假設(shè):均質(zhì)/飽和/線彈性/微小變形/土顆粒和水不可壓縮/滲流滿足達(dá)西定律方程建立:1.單元體的平衡微分方程 2.有效應(yīng)力原理,總應(yīng)力為孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力之和,而孔隙水不能承擔(dān)剪應(yīng)力3.本構(gòu)方程(線彈性),也可以考慮彈塑性矩陣D,將應(yīng)力和應(yīng)變聯(lián)系起來 4.幾
4、何方程,將應(yīng)變和位移聯(lián)系起來,最后代入得到位移和孔壓表示的平衡微分方程(有效應(yīng)力和孔壓表示的拉梅方程)5.連續(xù)性方程,土的體積變化=土體孔隙的體積變化=流入流出水量差。Biot固結(jié)方程包含四個未知變量:孔壓,三個方向的位移。反映了變形和滲流的耦合。8.Biot固結(jié)理論和太沙基理論的比較假定方面:基本一致,均質(zhì)/飽和/線彈性/小變形/達(dá)西定律/土體顆粒和水不可壓縮/土體壓縮系數(shù)為常數(shù)/外荷載為均布荷載且一次施加。區(qū)別:太沙基固結(jié)理論 太沙基方程是比奧固結(jié)理論在法向總應(yīng)力之和不隨時間變化的假定下的一種簡化。對于一維的情況,這種假設(shè)是合理的,二維三維是不合理的。舉例:飽和式樣,施加垂直壓力 P后應(yīng)力
5、的變化為:t=0時,有效應(yīng)力為0,孔壓為P,三 向的總應(yīng)力之和為 3P;在固結(jié)完成之后,豎向有效應(yīng)力為 P,孔壓為0,而側(cè)向有效應(yīng)力為P,則三向的總應(yīng)力之和為 (1+2 )P。可以看出三向的總應(yīng)力之和是隨時間變化的??讐号c位移的聯(lián)系:由于假定的不同,太沙基的方程中只有孔隙壓力這一個未知量,與位移無關(guān),比奧固結(jié)理論則將位移和孔壓聯(lián)系起來,聯(lián)立方程組求解;從求解方法看,太沙基理論在求解過程中使用了有效應(yīng)力原理/連續(xù)條件,對于物理方程只使用了體積應(yīng)變,在做了總應(yīng)力和不隨時間變化的假定后消去了應(yīng)力和應(yīng)變量,只剩下孔壓一個未知量。而比奧固結(jié)理論沒有做總應(yīng)力不隨時間變化的假定,完整的引入了靜力平衡微分方程
6、/物理方程/幾何方程/,結(jié)合有效應(yīng)力原理/土體孔隙變化體積等于孔隙水變化的體積的連續(xù)性條件,將位 移和孔隙壓力聯(lián)系起來, 可以反應(yīng)固結(jié)過程中孔隙壓力和位移的相互影響,或者說反映了兩者的耦合。實際問題當(dāng)中,孔隙壓力和位移的變化是相互影響,不可分割的。有時僅僅考慮孔隙壓力的變化而不考慮位移的影響,結(jié)果并不會有太大的影響,此時就更加適合使用太沙基固結(jié) 理論;但是,很多情況下,位移和孔隙壓力不聯(lián)合起來分析很難準(zhǔn)確的考慮問題。舉例:1.加筋土堤地基的固結(jié)問題:在土堤的底部設(shè)置拉筋,沒有改變荷載,也沒有改 變地基的排水條件,因此,采用太沙基固結(jié)理論加筋和不加筋的結(jié)果是一樣的;然而事實情況是加筋之后拉筋與地
7、基之間的摩擦力限制了土體的側(cè)向變形,減少了地基的側(cè)向膨脹,對孔隙水的消散會產(chǎn)生影響; 反過來,隨著孔隙水消散變形發(fā)展,又使得拉筋與地基之間的摩擦力發(fā)生變化。因此應(yīng)該采用比奧固結(jié)理論將位移和孔隙壓力聯(lián)系起來才能正確反映實際情 況中拉筋的作用。.粘土心墻壩的固結(jié):太沙基固結(jié)理論僅僅考慮粘土心墻的孔隙壓力變化,而不考慮兩 邊墻體的約束作用,此時,壩殼材料疏松或者緊密,固結(jié)效果都是一樣的;然而,實際情況 是,心墻的變形受到兩側(cè)壩殼的限制,壩殼彈性模量不同,心墻孔隙水消散情況也是不一樣的;另一方面,心墻的固結(jié)也會影響到壩殼的變形,壩殼的位移也會隨著時間發(fā)展。只有用 比奧固結(jié)理論才能同時反應(yīng)出心墻的固結(jié)和
8、壩殼變形的相互影響。比奧固結(jié)理論的優(yōu)勢:比奧固結(jié)理論在解孔隙壓力的同時也能解除位移的變化,這種位移的直接解答要比太沙基估計理論間接地推求沉降更加符合實際。建筑物的沉降包括初始沉降/固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降,太沙基理論只能計算初始沉降, 即通過計算不同時刻的孔隙應(yīng)力進(jìn)而求固結(jié)度再求沉降量;而比奧方程同時可以求出初始沉降和固結(jié)沉降兩個部分。比奧方程既可以求出沉降還可以求出水平位移。太沙基理論與泊松比無關(guān),而比奧固結(jié)理論受泊松比影響狠命想,泊松比小則固結(jié)慢, 泊松比大固結(jié)快。曼德爾效應(yīng):固結(jié)的初期階段,孔壓會有所上升,超過初始孔壓,在泊松比小的時候尤為顯著,比奧固結(jié)理論曲線可以描述這種現(xiàn)象,而太沙基的曲
9、線不會出現(xiàn)此現(xiàn)象。曼德爾效應(yīng)產(chǎn)生的原因:外圍部分孔隙水壓力消散之后,土體變形收縮,形成收縮應(yīng)力作用于內(nèi)部土體上,導(dǎo)致內(nèi)部土體所受總應(yīng)力增加,而此時內(nèi)部土體孔隙水還來不及消散,有效應(yīng)力不變,孔隙水壓力增加。泊松比越小,體積應(yīng)變越大,導(dǎo)致這種現(xiàn)象越明顯。第五章土的三向變形與本構(gòu)模型.幾個應(yīng)力和應(yīng)變: TOC o 1-5 h z 八面體正應(yīng)力:-八面體剪應(yīng)力:_八面體正應(yīng)變:-八面體剪應(yīng)變:-球應(yīng)力:-偏應(yīng)力:-體積應(yīng)變:三軸試樣:偏應(yīng)變(廣義剪應(yīng)變): 一對于軸對稱三軸試樣:-體積變形能:形變能:應(yīng)力羅德參數(shù): 應(yīng)力羅德數(shù)和b都反映了中主應(yīng)力和大主應(yīng)力的接近程度。.應(yīng)力空間:以應(yīng)力分量為坐標(biāo)軸形成
10、一個空間叫做應(yīng)力空間,用來表示應(yīng)力狀態(tài)Pi面。p-q兩個分量構(gòu)成二Pi面:在應(yīng)力空間內(nèi),法線方向與空間主對角線方向重合的等傾面叫做 p-q面:如果忽略第三應(yīng)力不變量或者是應(yīng)力羅德角的影響,可以只用 維的應(yīng)力空間,叫做 p-q平面。二維問題中,常用平面;應(yīng)力路徑:在應(yīng)力空間內(nèi),代表應(yīng)力狀態(tài)的點的移動軌跡,叫做應(yīng)力路徑。它表示應(yīng)力變化 的過程,或者加荷的方式。應(yīng)力歷史:歷史上經(jīng)歷過的應(yīng)力路徑.土體三維變形的試驗三軸試驗/平面應(yīng)變試驗/真三軸試驗/空心扭剪儀/直接剪切試驗/單剪試驗.土體三向變形的主要規(guī)律非線性和塑性:土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系除了小應(yīng)變時候呈現(xiàn)線性,很快就會出現(xiàn)非線性的關(guān)系,對于松砂和正常固
11、結(jié)粘土,幾乎沒有直線段,加荷載一開始就出現(xiàn)非線性。土體是松散介質(zhì),出現(xiàn)變形之后顆粒之間的位置會發(fā)生不可逆的重新排列,在卸載之后無法恢復(fù),形成較大的塑性變形。經(jīng)過一個加載退荷循環(huán)后再加載,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線不會和第一次加載時的曲線相重合,而存在一個環(huán),叫做回滯環(huán)?;販h(huán)的存在說明加載過程當(dāng)中能量消耗了,需要進(jìn)行能量的補充,再加荷還會產(chǎn)生新的塑性變形,不過多次重復(fù)之后塑性變形會變小。剪脹性和塑性體積應(yīng)變:對于松砂,顆粒之間孔隙較大,受剪之后, 顆粒落入土體孔隙 當(dāng)中,導(dǎo)致土體體積縮小,稱為剪縮;對于密砂,顆粒之間接觸緊密,受剪之后土體顆粒要 產(chǎn)生相對運動,顆粒之間必須要先產(chǎn)生足夠的空間,導(dǎo)致體積膨脹
12、,稱為剪脹。硬化:軸向應(yīng)力和軸向應(yīng)變的關(guān)系曲線一直保持上升的趨勢直到破壞,這種應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系稱為硬化,軟土和松砂表現(xiàn)為這種類型。軟化:軸向應(yīng)力和軸向應(yīng)變關(guān)系前期先上升,在應(yīng)力達(dá)到峰值之后開始下降,即應(yīng)力在降低而應(yīng)變卻在增加,這種應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系叫做軟化型,緊密砂和超壓密粘土表現(xiàn)為這種類型。應(yīng)力路徑對應(yīng)變的影響:虛線AC表示排水固結(jié)試驗有效應(yīng)力路徑,實現(xiàn) ABC表示先做不排水試驗,有效應(yīng)力 路徑為AB,達(dá)到接近破環(huán)強度線的 B點之后排水固結(jié),保持 q不變,增加p,應(yīng)力路徑為 BC。兩種應(yīng)力路徑的末了應(yīng)力狀態(tài)相同,但是軸向應(yīng)變變化大不相同。因為實線加載到B點時接近破壞,必然會產(chǎn)生更大的塑性軸向應(yīng)變;而虛
13、線遠(yuǎn)離破壞線,其軸向應(yīng)變必然更小。應(yīng)力歷史對變形的影響:應(yīng)力歷史是指歷史上的應(yīng)力路徑。由于土體的塑性變形,歷史上發(fā)生的變形將保存和積累起來,從而影響后面的變形。如圖所示應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線,AB兩點的應(yīng)力相同,A點是第一次加載,B點為加載卸載之后再次加載,明顯的 A點所在曲線切線斜率和 B點不同,施加等量的軸向壓力增量, 分別產(chǎn)生變形,但是A產(chǎn)生的變形要比B產(chǎn)生的變形更大,因為 A點和B點有著不同的應(yīng) 力歷史,超固結(jié)土要比正常固結(jié)土的變形小,也是這個原因。原生各向異性:土體一般都是水平向成層。由于在沉積過程當(dāng)中,水平和豎直方向條件 不同,土的結(jié)構(gòu)存在差異,使得土體在許多方面表現(xiàn)出各向異性。次生各向
14、異性:重塑土不存在各向異性, 但是只要各向的應(yīng)力狀態(tài)不相等,在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系上就會產(chǎn)生新的各向異性,稱為應(yīng)力引起的各向異性一一次生各向異性。.|增加仃;的試脂笊果固結(jié)應(yīng)力(圍壓)對變形的影響:土體在高圍壓作用下的變形性狀和在低圍壓作用下的有大的不同。4 :也- ig 三.強度包線不呈直線,就是說隨著固結(jié)應(yīng)力增加,摩擦角減小。Pa.對于有些土,例如緊密砂土,只有在低圍壓時才會發(fā)生軟化和剪脹,在高圍壓下只會發(fā)生 硬化和剪縮。中主應(yīng)力對變形的影響:中主應(yīng)力對強度的影響,中主應(yīng)力接近大主應(yīng)力,摩擦角越小,反之,摩擦角越大。因此,平面應(yīng)變試驗測出的摩擦角一般比三軸試驗測出的摩擦角大35一平才.彈性非線性模
15、型線彈性模型:用E, v描述的物理方程(廣義胡克定律),v0.5時,體積應(yīng)變小于 0為體積膨脹)彈性模量和泊松比可以用剪切模 量G和體積變形模量 B代替。用K/G描述的D , K/G取值沒有限制,可以反映剪脹。彈性非線性模型:用線性彈性模型會有較大誤差,因此提出非線性彈性模型。式中只有兩個參數(shù)即彈性模量和泊松比,都是隨著應(yīng)力狀態(tài)改變的函數(shù),通過試驗得出彈性參數(shù)隨應(yīng)力狀態(tài)變化的規(guī)律,從而建立相應(yīng)的公式。.彈性參數(shù)的確定彈膜E:割線模量 /切線模量無側(cè)限試驗中,某點的割線模量一,某點的切線模量.雙曲線彈性模型(之間的關(guān)系可以用雙曲線進(jìn)行描述:= 關(guān)系為斜率為b,截距為a的直線,并且ab都和圍壓大小
16、有關(guān)。對雙曲線模型的討論鄧肯E-v模型和E-B采用了相同的彈性模量, 無論是加載還是卸荷, 他們的差別只是 v和B 的差別。E-v模型無論是加載還是卸載都取了相同的泊松比,而E-B模型實際上用了兩種不同的泊松比和雙曲線模型存在的問題:不能反映剪脹性 /不能反映軟化特性/不能反映各向異性,模型的建 立和參數(shù)的確定完全依據(jù)大主應(yīng)力方向加荷的試驗結(jié)果/模型提出卸荷時的彈性模量但是沒有提出卸荷時的泊松比和體積模量。.彈塑性模型三個假定:屈服準(zhǔn)則和破壞準(zhǔn)則 /硬化規(guī)律/流動法則屈服準(zhǔn)則:荷載逐步增加變形逐漸達(dá)到塑性變形,判別達(dá)到塑性變形時的應(yīng)力狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。破壞準(zhǔn)則:荷載逐步增加變形逐漸發(fā)展,判斷土體達(dá)到
17、破壞的應(yīng)力狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)叫做破壞準(zhǔn)則。 屈服是塑性變形的下限應(yīng)力狀態(tài);破壞是塑性變形的上限應(yīng)力狀態(tài)。要研究塑性變形必須要研究其上下限應(yīng)力狀態(tài)。破壞準(zhǔn)則:土體的破壞取決于土體的應(yīng)力狀態(tài),因此破壞準(zhǔn)則可以寫成:為用應(yīng)力狀態(tài)表示的函數(shù)稱為破壞函數(shù),而為通過試驗確定的常數(shù)。破壞函數(shù)在應(yīng)力空間內(nèi)形成一個曲面,當(dāng)表示應(yīng)力狀態(tài)的點落在曲面之上,則表示土體發(fā)生破壞,落在曲面之內(nèi)則是沒有破壞。應(yīng)力狀態(tài)的點永遠(yuǎn)不可能超出破壞面。土體的破壞準(zhǔn)則包括剪切破壞準(zhǔn)則和拉裂破壞,但是土體的抗拉強度一般為0,所以只研究剪切破壞。屈雷斯卡準(zhǔn)則:最大剪應(yīng)力達(dá)到某一數(shù)值時即發(fā)生破壞,即。如果主應(yīng)力大小不確定,可以寫成: 它在主應(yīng)力空間
18、表示的是一個以空間主對角線為軸線的正六棱柱面屈雷斯卡破壞準(zhǔn)則與球應(yīng)力無關(guān)。廣義屈雷斯卡準(zhǔn)則考慮了球應(yīng)力的作用:Mises準(zhǔn)則:假定偏應(yīng)力 q達(dá)到一定值的時候發(fā)生破壞。即 工,它在主應(yīng)力空間內(nèi)為一個圓柱面。廣義mises準(zhǔn)則,將 考慮成 的函數(shù)。摩爾庫倫準(zhǔn)則:表示破壞與中主應(yīng)力無關(guān),在主應(yīng)力空間構(gòu)成不等角的六角錐面,pi平面內(nèi)是等邊不等角的六邊形。屈服準(zhǔn)則:判別荷載加到什么程度應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到屈服的準(zhǔn)則。這個公式意味著當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)的某種函數(shù)組合達(dá)到一個臨界值k時材料發(fā)生屈服,f叫做屈服函數(shù),k為與應(yīng)力路徑有關(guān)的常數(shù),每一個 k值對應(yīng)一個屈服面,當(dāng) k變化時,f對應(yīng)一系列的屈服面。 由于在加荷過程當(dāng)中
19、k值變化,f值也在變化,在應(yīng)力空間內(nèi)對應(yīng)一系列互不相交的屈服面。初始加荷時,材料在達(dá)到 A點時就發(fā)生屈服,退荷在加載到 A點的應(yīng)力狀態(tài)時并沒有發(fā)生 屈服,而是達(dá)到 B點的應(yīng)力狀態(tài)才屈服,說明屈服的標(biāo)準(zhǔn) k值發(fā)生了改變,說明材料發(fā)生 了硬化。K值如何變化的規(guī)律叫做硬化規(guī)律。考慮開口的錐形屈服面主要反映的是 塑性剪切變形,而帽蓋形屈服面主要反映的是 塑性體積 變形,因此人們提出將兩者結(jié)合起來的 雙屈服面模型硬化規(guī)律:當(dāng)材料達(dá)到屈服后, 屈服的標(biāo)準(zhǔn)會發(fā)生改變, 也就是k值發(fā)生變化。K值的變化 分三種情況:1.k值增大,即材料發(fā)生硬化; 2.k值發(fā)生減小,即材料軟化; 3.k值不變,稱 為理想塑性變形
20、。CF .硬化參數(shù):硬化與應(yīng)力歷史有關(guān),只有當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到了屈服標(biāo)準(zhǔn)以后才會發(fā)生硬化,達(dá)到屈服之后自然會發(fā)生塑性變形,因此可以用塑性變形或塑性功作為衡量硬化發(fā)展程度的參數(shù), 叫做硬化參數(shù)H, k則為硬化參數(shù)H的函數(shù)k (H),即,所以屈服函數(shù)更加一般的形式是 硬化規(guī)律兩種假定:.假定屈服面的中心不變,形狀不變,其大小隨硬化參數(shù)所改變一一等向硬化。.假定屈服面的形狀和大小不變,硬化只是改變其位置,叫做運動硬化或隨動硬化。流動法則:流動法則是用于確定塑性應(yīng)變增量方向的假定。,屈服面就是塑性勢面。,屈服面和塑性勢面相關(guān)聯(lián)的流動法則:假定塑性勢函數(shù)和屈服函數(shù)一致不相關(guān)聯(lián)的流動法則:塑性勢函數(shù)和屈服函數(shù)
21、不一致不重合。軟化即不滿足德洛克公設(shè),即適合不相關(guān)聯(lián)的流動法則。劍橋模型:劍橋模型假定屈服至于 p/q兩個應(yīng)力分量有關(guān),與第三應(yīng)力不變量無關(guān)。彈頭形屈服面,修正劍橋模型比原來的模型更加符合土體的變形規(guī)律,他相應(yīng)的屈服軌跡為橢圓軌跡。修正劍橋模型是一種帽子模型,在很多情況下可以很好的反映土體的變形特性,他能反映土體的剪縮但是不能反映剪脹。拉德模型采用不相關(guān)聯(lián)的流動法則,修正之前只能反映剪脹不能反映剪縮,修正之后都可以反映,但是參數(shù)較多并且難以確定,使用不方便??臻g滑動面模型(SMP):相關(guān)聯(lián)的流動法則橢圓拋物雙屈服面模型:可以較靈活的反映剪脹剪縮。第三章土的強度.土的抗剪強度:土體對于外荷載產(chǎn)生
22、的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。土的破壞主要是由剪切引起的,剪切破壞是土體破壞的重要特點。, 土的抗剪強度理論:摩爾庫倫強度準(zhǔn)則,庫倫強度公式:摩爾提出,土體任一平面上的抗剪強度是該面上法向應(yīng)力的函數(shù)=.三軸試驗破壞取值標(biāo)準(zhǔn)最大主應(yīng)力差標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)應(yīng)力應(yīng)變曲線不出現(xiàn)峰值的時候,取應(yīng)變?yōu)?15%時的主應(yīng)力差為試樣的抗壓強度。最大有效主應(yīng)力比 一兩周取值標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系分析:兩種取值標(biāo)準(zhǔn)的差異取決于孔壓變化過程,所以與不同試驗方法和不同的試樣有關(guān)。.三軸排水試驗:試驗過程中 u=0,所以這時候,和一的變化是一致的,所以兩種取值標(biāo)準(zhǔn)一致。.三軸固結(jié)不排水剪和三軸不排水剪試驗:兩種標(biāo)準(zhǔn)不一定一致,要看試樣的剪切特性。A
23、,對于正常固結(jié)粘土,達(dá)到時,孔隙水壓力基本上達(dá)到不變,所以兩者還是一致的。B.對于強超固結(jié)土,由于土體具有剪脹性,孔隙水壓力先增加,后因為土體體積膨脹孔壓減小,甚至出現(xiàn)負(fù)孔壓,從關(guān)系式可以看出,隨著孔壓的減小,要達(dá)到相同的主應(yīng)力差,有效主應(yīng)力之比要變小,所以一 出現(xiàn)在之前。(idC.對于靈敏的軟黏土,在剪切過程中孔隙水壓力隨著軸向壓力增加而增加,一也會變大,不一定出現(xiàn)最大值,所以取15%的應(yīng)變時對應(yīng)的應(yīng)力為破壞應(yīng)力。.無粘性土的強度分量:剪切時土體接觸面上的摩擦,體積膨脹所產(chǎn)生的阻力,以及土粒重 新排列受到的阻力。.臨界孔隙比:對于松砂,剪切作用下通常發(fā)生剪縮, 體積縮??;對于緊砂,通常發(fā)生剪
24、脹, 體積增大;那么在松砂緊砂之間一定存在一個孔隙比,在剪切作用下既不發(fā)生剪縮又不發(fā)生剪脹,這個孔隙比稱為臨界孔隙比。在臨界孔隙比條件下, 土體體積不發(fā)生膨脹和縮小,孔隙比保持為常數(shù),只發(fā)生土顆粒之間的接觸摩擦和重新排列。對不同初始孔隙比的砂土在同一壓力作用下進(jìn)行剪切試驗,得到初始孔隙比和體積應(yīng)變的關(guān)系,體積應(yīng)變?yōu)?時對應(yīng)的初始孔隙比即為臨界孔隙比。如何通過試驗測得臨界孔隙比: 不同初始孔隙比的砂土在相同固結(jié)壓力的條件下進(jìn)行CD試驗,測出試樣剪切破壞時的體積應(yīng)變,繪制初始孔隙比和體積應(yīng)變的關(guān)系曲線,體積應(yīng)變?yōu)?的點對應(yīng)的孔隙比即為臨界孔隙比。.無粘性土強度的影響因素:沉積條件(各向異性):天然
25、的無粘性土通常是水平分層沉積的,由于長期的自重應(yīng)力的作用,使得土體顆粒的排列有一定的方向性, 這就形成了土層的各向異性結(jié)構(gòu)。 土結(jié)構(gòu)的 各向異性必然導(dǎo)致土的力學(xué)性質(zhì)上的各向異性。即在不同主應(yīng)力方向上的抗剪強度不同, 表現(xiàn)在豎直方向抗剪強度要大于水平方向的抗剪強度; 豎向壓縮模量要大于水平向的壓縮模量。顆粒級配組成:一般而言,在相同擊實功能下級配良好的土要比級配均勻的土有更大的 初始孔隙比和較好的咬合作用, 因此,會有更大的摩擦角,也就有了更大的抗剪強度; 此外, 角粒要比圓粒的咬合作用更好,所以,角粒砂即使處于疏松狀態(tài),也會有較大的摩擦角。密度:砂土的松緊程度表現(xiàn)出來截然不同的強度特性。松砂受
26、剪,體積迅速減小,然后略有回脹。應(yīng)力應(yīng)變曲線沒有峰值或略有峰值。緊砂受剪,開始體積略有縮小,隨后發(fā)生剪 脹,體積快速增加,最后保持不變,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線開始較陡, 到達(dá)峰值之后,試樣變松, 顆粒之間咬合作用變?nèi)?,強度隨應(yīng)變增加逐漸減小,最后達(dá)到不變即殘余強度。在排水剪切試驗中, 緊砂發(fā)生剪脹體積增大, 松砂發(fā)生剪縮體積減?。?在不排水剪試驗 中,緊砂發(fā)生剪脹形成負(fù)孔壓,相當(dāng)于增大了圍壓,增加了強度,而松砂發(fā)生剪縮,孔壓增 大,相當(dāng)于減小了圍壓, 減小了強度。存在一個初始孔隙比使得在不排水剪試驗當(dāng)中強度不 發(fā)生改變的孔隙比叫做臨界孔隙比。周圍壓力:隨著圍壓的增大,緊砂的強度包線發(fā)生明顯的彎曲,即
27、摩擦角隨著圍壓的增大而減小。因為在高圍壓作用下,土體很難發(fā)生剪脹,因此剪脹產(chǎn)生的強度分量減小,甚至完全消失。松砂的剪脹很不明顯,所以摩擦角不會隨著圍壓增大而明顯變化。加荷條件中主應(yīng)力的影響: 平面應(yīng)變試驗要比三軸試驗所測的摩擦角大35。對于緊砂更加顯 著,而在高圍壓作用下中主應(yīng)力的影響很不明顯。加載速度:沖擊荷載作用下,土的強度一般有所提高。對于松砂,由于產(chǎn)生了正孔壓, 土的強度可能下降,甚至發(fā)生液化。.粘性土的強度分量包括粘聚分量,摩擦分量和剪脹分量。在變形的初期,主要是粘聚分量 起作用,但是很快達(dá)到其極限, 之后由剪脹分量發(fā)揮作用,達(dá)到峰值之后迅速減小,而摩擦 分量會一直隨著變形的增大逐漸
28、增大,最后只有摩擦分量發(fā)揮作用。應(yīng)變.強度參數(shù)的差異(1)不排水強度對于飽和試樣,不排水條件下,增加壓力室壓力,僅僅改變的是孔隙水壓力,而不改變有效應(yīng)力,所以強度包線平行于 x軸。天然土層的有效固結(jié)壓力是隨深度增加的,所以不排水強度也是隨深度變化的。真強度參數(shù)(伏斯列夫強度參數(shù)):指的是在相同孔隙比條件下剪切破壞的強度參數(shù)。繪制孔隙比和有效應(yīng)力關(guān)系曲線圖,和抗剪強度和有效應(yīng)力關(guān)系曲線圖,得到在相同孔隙比的情況下的強度參數(shù)。.影響粘性土強度的因素(1)各向異性(2)應(yīng)力歷史正常固結(jié)土 強超固結(jié)土(3)加荷速率土的時效性:似超固結(jié)土,在主固結(jié)完成之后,土體在應(yīng)力不變的條件先變形隨著時間增長的次固結(jié)引起的強度增加,使得這種正常固結(jié)的老粘土具有類似與超固結(jié)土的特性。第一章土質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識土的來源:土是巖石經(jīng)
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