高等土力學(xué)知識點

影響土的強度因素影響土強度的因素很多，土的抗剪強度及其影響因素的關(guān)系可以定性地用以下公式表示τf=f(e,ψ,C,σ’,c,H,T,ε,ε’,S)其中e為土的孔隙比，C為土的組成，H為應(yīng)力歷史，T為溫度，ε和ε’分別為應(yīng)變和應(yīng)變率，S為土的結(jié)構(gòu)，c和ψ分別為粘聚力和內(nèi)摩擦角?？煞譃閮纱箢悾簝?nèi)部因素（物理性質(zhì)），外部因素（外界條件主要是應(yīng)力應(yīng)變條件）。內(nèi)部因素影響土強度的一般物理性質(zhì)：①顆粒礦物成分的影響。不同礦物之間的滑動摩擦角是不同的②粗粒土顆粒的幾何性質(zhì)，當(dāng)孔隙比相同及級配相似時，一方面大尺寸顆粒具有較強的咬合能力，可能增加土的剪脹，從而提高強度；另一方面，在單位體積中大尺寸顆粒間接觸點少，接觸點上應(yīng)力加大，顆粒更容易破裂，從而減少剪脹，降低土的強度。③土的組成的其他因素。粗粒土的級配對于抗剪強度有較大影響，級配較好的砂，咬合作用也比較強，另一方面，單位體積中顆粒接觸點多，接觸應(yīng)力小，顆粒破碎少，剪脹量加大，所以抗剪強度高④土的狀態(tài)。砂土的孔隙比和相對密度可能是影響其強度的最重要因素。孔隙比小或者相對密度大的砂土有較高的抗剪強度。孔隙比對黏土的影響通常變現(xiàn)為其應(yīng)力歷史的影響。⑤土的結(jié)構(gòu)。土的結(jié)構(gòu)對土的抗剪強度有很大影響，有時對于某些粘性土如區(qū)域土或特殊土，可以說是控制因素。原狀土的結(jié)構(gòu)性使其強度高于重塑土或擾動土。⑥剪切帶的存在對土強度的影響。剪切帶處局部孔隙比很大，并且有很強烈的顆粒定向作用。剪切帶的生成會使土的強度降低?？紫侗扰c砂土抗剪強度的關(guān)系------臨界孔隙比隨著孔隙比減小，砂土的ψ將明顯提高。松砂與密砂在試驗中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也有很大區(qū)別，松砂的應(yīng)力應(yīng)變曲線是應(yīng)變硬化的，剪縮，孔隙比減?。幻苌暗膽?yīng)力應(yīng)變曲線是應(yīng)變軟化的，剪脹，e增加。兩個式樣加載到最后，其e接近相同，都達到臨界孔隙比еcr，еcr是指在三軸試驗加載過程中，軸向應(yīng)力差幾乎不變，軸向應(yīng)變連續(xù)增加，最終式樣體積幾乎不變時的e。如果對圍壓σ3進行試驗，則發(fā)現(xiàn)еcr是不同的，圍壓增加則еcr減小，圍壓減小則еcr增加?？紫侗扰c黏土強度--------真強度理論受孔隙比影響的摩擦分量為了反映e對粘性土抗剪強度及其指標(biāo)的影響。伏斯列夫把抗剪強度分為受孔隙比影響的粘聚力分量Ce和σtonψe，角標(biāo)e表示等孔隙比即為真強度理論與真強度至表面，τf=Ce+σtonψe，這個強度公式最突出的一點就是表示同一強度包線上各個式樣破壞時的孔隙比是相同的，與過原點的正常固結(jié)黏土的強度包線相比。外部因素圍壓σ3的影響圍壓σ3不僅影響土的峰值強度，也影響土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及體變關(guān)系。峰值應(yīng)力比隨著圍壓增加有明顯降低。很高的σ3下，顆粒產(chǎn)生嚴(yán)重的破碎現(xiàn)象，造成土的級配發(fā)生了變化；在極低σ3下，即使是很松的砂土也會因顆粒間的咬合而產(chǎn)生剪脹性，對應(yīng)ψ有所提高。σ3對于粘性土的τf的影響還表現(xiàn)在其超固結(jié)比的影響，實際上反應(yīng)了應(yīng)力歷史對抗剪強度的影響。中主應(yīng)力σ2的影響，隨著σ2的增加土的τf及強度指標(biāo)ψ也會增加，σ2增加，平均主應(yīng)力也隨著增加，從而使土被壓密；另一方面破壞時，σ2方向的應(yīng)力較大，增加了對土顆粒的約束和咬合作用。主應(yīng)力方向的影響-------土強度的各向異性。土的結(jié)構(gòu)性造成土強度的明顯的各向異性，亦即在不同主應(yīng)力方向下土的抗剪強度不同。土的抗剪強度與加載速率的關(guān)系①瞬時加載下土的強度。在沖擊荷載作用下，土的強度一般有所提高，對于飽和土，控制土強度的往往是產(chǎn)生的超靜孔壓②土的蠕變強度。在極慢的加載速率下，某些土發(fā)生破壞時的應(yīng)力遠低于常規(guī)強度試驗下的峰值強度，有的甚至為后者的50%，這種情況被稱為蠕變破壞。③土的時效性------擬似超固結(jié)土，主固結(jié)完成后，繼續(xù)施加壓力。由于土的流動性而發(fā)生的次固結(jié)會使它繼續(xù)壓縮變密，在成千上萬年的有效應(yīng)力作用下，次固結(jié)使這種正常固結(jié)的老黏土表現(xiàn)為類似超固結(jié)土的特性，被稱為“擬似超固結(jié)土”，由于擬似超固結(jié)土具有超固結(jié)土的特性，所有其抗剪強度也明顯高于正常固結(jié)土。溫度：溫度主要通過對飽和黏土中的孔隙比的作用而影響土的強度，隨著固結(jié)溫度下提高，在同樣剪切溫度下試驗得到的土的峰值抗剪強度也就越高，在同樣的固結(jié)溫度下，剪切溫度越高，土的固結(jié)不排水剪切峰值強度也就越低。影響土壓縮性的主要因素土體本身形狀土粒粒度，成分和土體結(jié)構(gòu)，粗粒土基本上是單粒結(jié)構(gòu)，在壓力作用下，土粒發(fā)生滑動與滾動，直至達到比較密實，更穩(wěn)定的位置，級配越好，密度越高，壓縮量越小，細粒土有兩種典型結(jié)構(gòu)：絮凝結(jié)構(gòu)，分散結(jié)構(gòu)，壓縮主要是顆粒間的水膜被擠薄，粒間相對滑移達到密實，以扁平土粒的撓曲變形。粗粒土的壓縮量一般比細粒土的要小。高塑性黏土與有機土的次壓縮量較大，超固結(jié)土的次壓縮量則較小。有機質(zhì)。土中有機質(zhì)主要為纖維素和腐殖質(zhì)，其存在使的壓縮性與收縮性增大?？障端?，對土的壓縮性的影響，表現(xiàn)在水中陽離子對粘土表面性質(zhì)的影響，當(dāng)孔隙水中的陽離子性質(zhì)和濃度使結(jié)合水膜厚度減薄時，膨脹土的膨脹性與膨脹壓力均將減小，反之亦然。環(huán)境因素應(yīng)力歷史：按失期固結(jié)壓力Pc與現(xiàn)有土層上覆壓力P。的比值Pc/P。，即超固結(jié)比OCR，可分為三類，OCR=1為正常固結(jié)土；OCR＞1為超固結(jié)土；OCR＜1為欠固結(jié)土。土的OCR愈大，土所受超固結(jié)作用愈強，其他條件相同時，其壓縮性愈低。溫度對土的壓縮性的影響，隨土的成分與應(yīng)力歷史而異。有限的實驗成果表明，溫度對有機質(zhì)土的影響要比無機質(zhì)土的大，而對超固結(jié)土的效應(yīng)尤為顯著。對土的壓縮性的效應(yīng)，主要來源于溫度變化引起飽和土空隙中水體積變化及相應(yīng)的有效應(yīng)力的改變。沉降產(chǎn)生的原因和類型引起地基沉降的可能原因建筑物荷載；環(huán)境荷載（土體干縮，地下水位變化）；不直接與荷載有關(guān)的其他因素，常涉及環(huán)境原因，（振動、濕陷和軟化，地下洞穴及沖刷，化學(xué)或生物化學(xué)腐蝕、礦井、地下管道垮塌，膨脹土遇水膨脹，凍融等）沉降的類型按產(chǎn)生時間失后區(qū)別的沉降，分為三段：瞬時沉降S1：發(fā)生在加載的瞬時固結(jié)沉降Sc：土體在外荷作用下產(chǎn)生的超靜水壓力迫使土中水外流，空隙減小，形成的地面下沉。次壓縮沉降Ss：基本發(fā)生在土中超靜水壓力完全消散以后，是在恒定有效應(yīng)力下的沉降。地基沉降的計算方法可以分為幾大類：（1）彈性理論法：線性/非線性工程實用法：單向壓縮沉降法，三向效應(yīng)法，切線模量法，三向壓縮法，應(yīng)力路徑法，物態(tài)界面法，曲線你合法（按現(xiàn)場觀測資料）現(xiàn)場試驗法：荷載試驗法，動力觸探法，靜力觸探法，旁壓儀法數(shù)值計算法：有限單元法，差分法，集總參數(shù)法第一類彈性理論法將土體視為彈性體，測定其彈性常數(shù)，再用彈性理論計算土體中的應(yīng)力與土的變形量，雖然在符合某些彈性理論基本假設(shè)的理想條件下可以采用，但對一般地基，由于土的壓縮特性隨處變化，邊界條件比較復(fù)雜，加之用它不能求得土體變形隨時間的變化，這類方法應(yīng)用較少，第2類工程實用法是應(yīng)用最多的方法，尤其是前面的兩種，按彈性理論計算土體中的應(yīng)力，通過試驗提供各種變形參數(shù)，利用分層疊加原理，可以方便地考慮到土層的非均質(zhì)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性以及地下水位變動等實際存在的因素，曲線擬合法是利用現(xiàn)場已經(jīng)測得的初期沉降資料，繪制沉降過程曲線，預(yù)估后期沉降量的方法。因依據(jù)的是實測資料，故計算結(jié)果有較高的可信度，第3類經(jīng)驗法大多是采用現(xiàn)場測試結(jié)果，求得土的壓縮性指標(biāo)，再帶入理論公式求解。對于無粘性土取厚狀樣進行室內(nèi)試驗，有困難的情況下，它不失為一種可行的途徑。第4類方法以有限元為法為主。只是利用計算機作為運算手段，還是以其他理論（主要為彈性理論）為依據(jù)，借有限單元法離散化特點進行計算。盡管如此，成果的可信性歸根結(jié)底還取決于輸入指標(biāo)的正常性與所用模型的代表性，值得進一步研究。太沙基單向固結(jié)理論的基本假設(shè)土體是均質(zhì)的完全飽和性的（2）土粒與水均為不可壓縮介質(zhì)（3）外荷重一次瞬時加到土體上，在固結(jié)過程中保持不變（4）土體的壓力與應(yīng)變之間存在線性關(guān)系，壓縮系數(shù)為常數(shù)（5）外外力作用下，土體中只引起上下方向的滲透與壓縮（6）土中滲流服從達西定律，滲透系數(shù)保持不變（7）土體變形完全是由空隙水排出和超靜水壓力清散所引起的。對幾種沉降計算方法的評述（單向壓縮沉降計算法，考慮三向變形效應(yīng)的單向壓縮法、三向變形計算法，彈性理論法，應(yīng)力路徑法，劍橋模型法）單向壓縮沉降計算方法：最大的優(yōu)點是計算方法簡單，計算指標(biāo)容易測定，它可以考慮各種土層條件，地下水位，基礎(chǔ)性狀，還能計及壓縮指標(biāo)修正和地基土的壓力歷史等。當(dāng)基礎(chǔ)面積大大超過壓縮土層的厚度，或壓縮土層埋藏較深，用此法可得較好結(jié)果。反之，計算的沉降量一般會偏低，應(yīng)該給以修正，或改用考慮三向變形的方法?？紤]三向變形效應(yīng)的單向壓縮法，對單向壓縮法作了改變，因為初始孔隙水壓力系數(shù)由三軸試驗測定，計及于土的剪脹性。不完善之處是將三軸應(yīng)力狀態(tài)下測得的空隙壓力用于地基中的一般壓力狀態(tài)，系數(shù)A隨土變形而改變，較難確定。僅能用于基礎(chǔ)對稱軸上各點的沉降。三向變形計算法：它具有單向壓縮計算法的各種優(yōu)點，并且考慮了土的三向變形，更接近于實際。但是計算中需要采用土的泊松比ν和土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，這要求模擬實際應(yīng)力條件下用三軸試驗測取，較為復(fù)雜，同時，要想獲得滿意的計算結(jié)果，該法需要積累更多的使用經(jīng)驗。彈性理論法：直接應(yīng)用彈性理論，概念清晰，計算簡便。但應(yīng)用有較大的局限性，天然土很少是均勻的，各處的彈性參數(shù)變化可能很大。不易計算及各種實際的復(fù)雜邊界條件，計算范圍達到無限深，常使計算結(jié)果偏大，因此，彈性理論法只適用于土質(zhì)相對均勻，基礎(chǔ)面積較小的一般房屋地基設(shè)計。應(yīng)力路徑法：利用三軸儀在室內(nèi)模擬土的原位應(yīng)力路徑，實測土的應(yīng)變，再計算沉降。概念清