土工原理与计算 土体的变形特性

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土的变形特点

土的变形特点

土的变形特点一、土的基本概念土是地壳上由矿物、有机物、气体和水等组成的松散堆积物,是地球上重要的自然资源之一。

土对于人类的生活和社会发展具有重要的意义。

二、土的成分与结构土的主要成分包括固体颗粒、空隙和水。

固体颗粒由矿物和有机物组成,其形状、粒径和颗粒间的排列方式决定了土的物理性质。

空隙是指颗粒之间的空隙,可分为孔隙(颗粒间的空隙)和裂隙(颗粒内部的裂缝)。

水在颗粒间充填空隙,并与固体表面形成水膜。

三、土的力学特性土的力学特性是指土体在受力作用下的变形和变化规律。

土的变形特点主要体现在以下几个方面:1. 压缩变形当土体受到一定的压力作用时,空隙中的水和气体会被挤出,土颗粒之间会发生重新排列和互相接触,导致土体的压缩变形。

土的压缩变形可以分为弹性变形和塑性变形两个阶段。

弹性变形是指土体在受力后会恢复原状,而塑性变形则是指土体会永久性地变形。

2. 剪切变形当土壤受到剪切力作用时,颗粒之间会发生错动和滑动,导致土壤发生剪切变形。

土壤的剪切变形可以分为弹性剪切变形和塑性剪切变形。

弹性剪切变形是指土壤在受力后会恢复原状,而塑性剪切变形则是指土壤会永久性地变形。

3. 液化变形当土体受到震动或外界振动作用时,土体中的水分会受到震荡,使土体失去内聚力,形成一种类似液体的状态,称为液化。

液化会导致土壤的强度急剧下降,造成建筑物和基础设施的倒塌和破坏。

4. 膨胀变形某些含有粘性矿物的土壤在受水浸润或吸湿后会发生膨胀变形。

膨胀变形导致土壤体积的增大,从而引起房屋地基、道路和管道的开裂和破坏。

四、土的变形机理土的变形是由于颗粒间的相互作用力导致的。

土的变形机理主要包括以下几个方面:1. 颗粒之间的应力传递土体受到外界力作用时,应力会通过颗粒之间的接触面传递,使土体中的颗粒产生应变,从而引起土体的变形。

2. 颗粒间的摩擦和粘聚力颗粒之间存在着摩擦力和粘聚力。

摩擦力是指颗粒之间由于相对滑动而产生的阻力,而粘聚力是指颗粒表面附着的水膜形成的吸力。

西南交大土工原理5章本构

西南交大土工原理5章本构

第三节 弹塑性模型
1. 破坏准则:
土体破坏时的应力状态的判断准则。 一般形式:f*(σij) 破坏与坐标的选取无关 常以主应力分量作为 f*(σij)的自变量; 函数 f*(σij) = kf在应力空间 内代表一曲面,即破坏面
= kf
f*(σij) ——破坏函数; kf —— 试验待定常数;
抗剪强度随法向应力的变化 大气压力 σ3 =Pa时的ϕ值 反映ϕ随σ3而降低的一个参数。∆ϕ和ϕ0 可用半对数纸上点绘ϕ~σ3关系来确定
固结压力的影响2——剪胀与剪缩
随固结压力不同,土 既可能剪胀,也可能 剪缩; 有些土如紧砂,受 剪时体积会发生膨 胀,那是在低压力 下的状态。而在高 压时,所有土都表 现为剪缩。
σ2 − σ3 b= σ1 − σ 3
7、固结压力的影响
高压三轴试验资料表明,土体在高围压下的变形性状与低围压 情况下有所不同。主要有如下三个方面。
强度包线不呈直线,而是呈向下微弯的曲线; 随固结压力不同,土既可能剪胀,也可能剪缩; 随固结压力不同,土既可能产生软化,也可能 发生硬化。
f*(σij)= kf 土体破坏;←应力状态点位于破坏面上; f*(σij) <kf 土体不破坏; ←应力状态点位于破坏面内; f*(σij) >kf 不存在这种情况。 ←应力状态不可能超过破坏面;
3.1 破坏准则
常见破坏准则1——Tresca准则: 土体最大剪应力达到某一值时破坏:
σ1 − σ 3
0 =
以应力不变量表示:
4 J − 27 J − 36k J + 96k J 2 − 64k = 0
3 2 2 3 2 f 2 2 4 f 6 f
第二偏应力不变量
1 J 2= [(σ 1 − σ 2 ) 2 + (σ 2 − σ 3 ) 2 + (σ 3 − σ 1 ) 2 ] 6

土壤力学基本原理

土壤力学基本原理

土壤力学基本原理土壤力学是土工学的重要组成部分,研究土壤在外力作用下的变形和破坏规律,以及与土体力学性质相关的力学参数。

了解土壤力学基本原理对工程建设和土木工程设计至关重要。

本文将介绍土壤力学的基本原理,包括土体力学性质、应力与应变关系、土壤中的孔隙水和孔隙压力等内容。

一、土体力学性质土体的力学性质是指土壤在力学加载下的响应和变形特性。

主要包括以下几个方面的性质:1.1. 压缩性:土壤在受到压力作用时会压缩变形,这是因为土壤中的颗粒之间存在空隙,压力会使颗粒之间的空隙减小,从而引起土壤体积的减小。

1.2. 强度性:土壤的强度是指土壤抵抗外力作用的能力。

不同类型的土壤具有不同的强度特性,如黏土具有较高的抗剪强度,而砂土则较为松散,抗剪强度较低。

1.3. 孔隙度和含水量:土壤中的孔隙度和含水量是土壤力学性质的关键参数。

孔隙度是指土壤体积中的孔隙空间占总体积的百分比,含水量是指土壤中水分的含量。

二、应力与应变关系对于土壤来说,外界的应力作用会引起土体的应变变化。

土壤力学研究的重要内容之一就是研究应力与应变之间的关系。

主要有:2.1. 应力分布特征:在土壤内部,应力分布不均匀,随深度增加,土体所受到的应力也会增大。

对于水平地面来说,垂直深度增加时,有效应力会逐渐增大。

2.2. 应变特性:土壤的应变特性与应力相关,常见的应变形式包括拉伸应变、压缩应变和切变应变。

2.3. 应力与应变关系:一般情况下,土壤的应力与应变之间存在线性关系,即符合胡克定律。

但在大变形或大应力条件下,土壤可能会出现非线性的应力-应变关系。

三、土壤中的孔隙水和孔隙压力土壤中的孔隙水起着重要的作用,对土体的力学性质有着重要影响。

主要有:3.1. 孔隙水压力:当土壤含水量较高时,孔隙水会充满土壤中的孔隙空间,并形成孔隙水压力。

孔隙水压力是指单位面积上的水的重量。

3.2. 饱和和不饱和土壤:当土壤中的孔隙全部被水充满时,称为饱和状态,此时土壤中的孔隙水压力最大。

高等土力学复习要点——土体的变形

高等土力学复习要点——土体的变形

土体的变形第一部分 影响因素一. 土的压缩性1.定义:土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。

土的压缩——土中孔隙体积的减少,在这一过程中,颗粒间产生相对移动,重新排列并互相挤紧,同时,土中一部分孔隙水和气体被挤出。

土体完成压缩过程所需的时间与土的透水性有很大的关系。

土的固结——土的压缩随时间增长的过程,称为土的固结。

2.土的侧限压缩试验:不允许土样产生侧向变形(侧限条件)的室内压缩试验3.侧限条件:侧向限制不能变形,只有竖向单向压缩的条件。

侧限条件的适用性:自然界广阔土层上作用着大面积均布荷载的情况;土体的天然土的自重应力作用下的压缩性。

4.侧限压缩试验的方法:试验方法:加荷载,让土样在50、100、200和400kpa 压力作用下只可能发生竖向压缩,而无侧向变形。

测定各级压力作用下土样高度的稳定值,即压缩量。

将压缩量换算成每级荷载后土样的孔隙比e 。

则可整理的压缩试验的结果,压缩曲线e-p 、e-logp 。

)1(000e H s e e +-=5.侧限压缩性指标压缩系数——e-p 曲线上任一点的切线斜率a ,即 dp de a -= 物理意义:压缩系数a 越大,曲线愈陡,说明随着压力的增加,土孔隙比的减小愈显著,因而土的压缩性愈高。

为了便于应用和比较,通常采用压力间隔由p 1=100kpa 增加到p 2=200kpa 时所得的压缩系数a 1-2来评定土的压缩性如下:当 a 1-2 < 0.1Mpa -1时,属于低压缩性土0. 1≤a 1-2 < 0.5Mpa -1时,属于中压缩性土a 1-2 ≥ 0.5Mpa -1时,属于高压缩性土。

压缩指数——土的e-p 线改绘成半对教压缩曲线e-logp 曲线时,它的后段接近直线,其斜率Cc 称为土的压缩指数。

同压缩系数a 一样,压缩指数Cc 值越大,土的压缩性越高压缩模量(侧限压缩模量)——土在完全侧限条件下的竖向附加压应力σz 与相应的应变εz 之比值。

土工原理与计算

土工原理与计算

土工原理与计算土工原理是土木工程中的重要理论基础,它涉及到土的物理性质、力学性质和水文性质等方面,对土体的工程行为和性能有着重要的影响。

而土工计算则是基于土工原理进行的工程实际应用,通过对土体的力学性质和水文性质进行计算分析,为工程设计和施工提供依据和参考。

本文将围绕土工原理与计算展开讨论,旨在深入探究土工理论在工程实践中的应用。

首先,我们需要了解土工原理的基本概念。

土工原理是研究土体力学性质和水文性质的理论体系,它包括土体的物理性质、力学性质和水文性质等方面。

土的物理性质包括土的颗粒组成、密实度、孔隙度等,而土的力学性质则包括土的强度、变形特性、压缩性质等。

此外,土的水文性质也是土工原理的重要组成部分,它包括土的渗透性、渗透压力、饱和度等。

通过对土工原理的深入理解,我们可以更好地把握土体的工程行为和性能,为土工计算提供理论支持。

其次,土工计算是基于土工原理进行的工程实际应用。

在土工计算中,我们需要根据土体的物理性质、力学性质和水文性质等参数,进行力学和水文计算分析。

例如,在基坑支护工程中,我们需要对土体的承载力进行计算分析,以确定支护结构的稳定性;在地基处理工程中,我们需要对土体的渗透性进行计算分析,以确定地基处理的方案。

通过土工计算,我们可以为工程设计和施工提供科学的依据和参考,保障工程的安全和可靠性。

总之,土工原理与计算是土木工程中不可或缺的重要内容,它们对土体的工程行为和性能有着重要的影响。

通过对土工原理的深入理解和应用,我们可以更好地把握土体的工程行为和性能,为工程设计和施工提供科学的依据和参考。

希望本文能够对土工原理与计算有所了解的读者有所帮助,也希望能够引起更多人对土工理论的关注和研究。

感谢阅读!。

第四章土的变形特性和地基沉降计算

第四章土的变形特性和地基沉降计算

第四章土的变形特性和地基沉降计算土的变形特性和地基沉降计算是土木工程中非常重要的内容。

土的变形特性研究土体在外力作用下的变形规律和特性,而地基沉降计算则是根据土的变形特性来预测地基的沉降情况。

下面将详细介绍土的变形特性和地基沉降计算的相关内容。

1.土的变形特性土体受到外力作用时会发生变形,主要有弹性变形、塑性变形和剪切变形。

(1)弹性变形:土体在外力作用下,会发生弹性变形。

当外力去除后,土体会恢复到原来的状态。

弹性模量是衡量土体抗弯刚度的指标,可以通过简单的试验来确定。

(2)塑性变形:土体在超过一定应力范围时,会发生塑性变形。

土体的塑性是由于土颗粒之间存在黏聚力和内摩擦力。

土壤的塑性特性可以通过塑性指数来描述,塑性指数越大,土体的可塑性越强。

(3)剪切变形:土体在受到剪应力作用时,会出现剪切变形。

剪切变形会导致土体体积变化,产生剪切应变。

土壤剪切特性可以通过剪切强度来描述,剪切强度是土体抵抗剪切破坏的能力。

地基沉降是指地基在建筑物或其他荷载作用下产生的垂直变形。

地基沉降计算是为了预测和控制建筑物在使用过程中由于地基沉降而产生的沉降量。

地基沉降计算可以分为弹性沉降和塑性沉降两部分。

(1)弹性沉降:建筑物的地基沉降可以通过应力-应变关系来进行计算。

根据土体弹性模量、建筑物底面积和载荷大小,可以确定建筑物的弹性沉降量。

(2)塑性沉降:塑性沉降是由于土体的塑性变形而产生的沉降。

塑性沉降的计算需要考虑土壤的塑性指数、建筑物底面积和载荷大小。

塑性沉降计算可以使用维罗耐氏公式或其他合适的公式进行。

地基沉降计算的结果可以作为设计和施工的依据,可以预测建筑物在使用过程中的变形情况,从而保证建筑物的安全和稳定。

总结:土的变形特性和地基沉降计算是土木工程中重要的内容,了解土的变形特性可以帮助预测地基的变形情况,地基沉降计算是为了预测和控制建筑物的沉降量。

研究土的变形特性和进行地基沉降计算能够保证建筑物的安全和稳定。

土力学-第四章-土的变形性质及地基沉降计算

土力学-第四章-土的变形性质及地基沉降计算

地基沉降对建筑物的影响
结构安全
地基沉降会导致建筑物倾斜、开裂,严重时可能引发倒塌,危及 生命安全。
设备损坏
地基沉降可能导致管道、电缆等设施扭曲、断裂,影响正常功能。
使用功能受限
地基沉降可能导致地面不平整,影响建筑物的正常使用。
防止地基沉降的措施
01
0203Βιβλιοθήκη 04勘察与设计在工程前期进行详细的地质勘 察,了解地质条件,合理设计
基础结构。
基础加固
对软弱地基进行加固处理,如 采用桩基、换填土、注浆等措
施。
施工监控
在施工过程中进行沉降监测, 及时发现并处理异常情况。
防水与排水
采取有效的防水和排水措施, 防止地下水对地基的侵蚀。
THANKS
感谢观看
反演分析法
根据实测的土压力、孔隙 水压力等数据,反演土体 的应力-应变关系和沉降过 程,预测未来沉降值。
04
土的应力-应变关系
应力-应变曲线
应力-应变曲线
描述土体在受力过程中, 应力与应变之间的关系曲 线。
曲线形状
不同类型的土体具有不同 的应力-应变曲线形状,反 映了土体的力学特性。
应变硬化与软化
在受力过程中,土体可能 经历应变硬化或软化阶段, 表现为曲线的上升或下降。
土的屈服与破坏
屈服点
土体开始发生屈服时的应力值, 即应力-应变曲线上的转折点。
屈服过程
土体从弹性阶段过渡到塑性阶段 的变形过程。
破坏强度
土体达到极限破坏时所承受的最 大应力值。
土的弹性与塑性
弹性阶段
土体在受力过程中,应力与应变呈线性关系,卸 载后变形完全恢复。
意义。
土的泊松效应
土的泊松效应是指土在承受横 向压力时会产生竖向压缩的现 象。

土体变形的特点

土体变形的特点
4.方向依赖性
由于复杂的内部结构和物理特性,不同方向上受力情况可能会导致不同的变形行为。
五、土体变形的应用
土体变形是土力学和岩土工程领域中的重要研究方向。通过对土体变形特点的深入研究,可以为岩土工程设计、地震灾害预测等提供重要参考依据。此外,还可以应用于地质勘探、沉降监测等领域。
六、总结
综上所述,土体变形是一种复杂而普遍存在的现象。了解其特点和影响因素对于岩土工程设计和地质勘探具有重要意义。未来随着科技水平的不断提高,对于土体变形机理和规律的研究将会更加深入。
四、土体变形的特点
1.非线性
在荷载作用下,土体变形呈现非线性特点。当荷载达到一定程度时,其应变率将迅速增加。
2.随机性
由于复杂的内部结构和物理特性,不同区域的土壤在受到相同荷载作用时可能表现出截然不同的变形行为。
3.时间依赖性
在长时间作用下,荷载对于土体造成的影响可能会逐渐累积并导致更大程度的变形。
二、土体变形的分类
1.弹性变形
弹性变形是指在荷载作用下,土体发生临时性弹性应变,并恢复原来状态的过程。当荷载移除后,土体恢复到原始状态。
2.塑性变形塑ຫໍສະໝຸດ 变形是指在荷载作用下,超过了土体抗剪强度极限时,产生永久性塑性应变并不可逆转。
3.剪切破坏
剪切破坏是指当荷载达到一定程度时,在某些区域内产生裂缝,并最终导致整个土体失稳破坏。
三、影响土体变形因素
1.荷载大小
荷载大小是影响土体变形的主要因素。当荷载增大时,土体变形也会随之增加。
2.土体性质
土体性质是指土体的密度、水分含量、孔隙度等特征。不同的土壤类型和不同的土体性质对荷载产生的响应也不同。
3.外界环境
外界环境包括温度、湿度、风力等因素。这些因素会影响土体内部结构和物理特性,从而影响其变形行为。

岩土中的土体变形分析

岩土中的土体变形分析

岩土中的土体变形分析岩土工程中,土体的变形是一个重要的研究方向。

土体变形分析可以帮助工程师了解土体的性质和行为,从而制定合适的设计和施工方案。

本文将从岩土中土体变形的原因、分类、分析方法和影响因素等方面进行探讨。

一、引言岩土中土体的变形是指在外力作用下,土体的形状、体积和结构发生变化。

土体变形是岩土工程中一个关键的研究内容,了解土体的变形特性对于工程设施的设计、施工和维护至关重要。

二、土体变形的原因土体的变形主要是由于外力作用引起的。

常见的外力包括荷载、温度变化、水文作用等。

荷载是土体变形的主要原因,可以是建筑物、交通载荷、水体荷载等。

三、土体变形的分类土体变形可以分为弹性变形和塑性变形。

弹性变形是指土体在受力后能够恢复原状的变形,而塑性变形是指土体受到一定荷载后无法恢复原状的变形。

四、土体变形的分析方法土体变形的分析方法有很多种,常用的方法包括现场观测、实验室试验和数值模拟等。

现场观测是通过对工程现场土体变形的实际情况进行观测和记录来分析土体变形。

实验室试验是在模拟条件下对土体进行试验,通过测量土体的变形来研究其变形特性。

数值模拟是利用计算机软件进行土体变形的仿真模拟,通过建立数学模型来预测土体变形。

五、土体变形的影响因素土体变形受到许多因素的影响,包括土体的物理力学性质、孔隙水压力、温度变化、荷载性质等。

土体的物理力学性质如密度、含水率、颗粒组成等会直接影响土体的变形特性。

孔隙水压力是由于土体中存在水分而产生的压力,会影响土体的稳定性和变形行为。

温度变化是指土体由于温度的升高或降低而引起的体积变化,进而导致土体变形。

荷载性质是指外力的性质和大小,对土体的变形有很大影响。

六、土体变形的工程应用土体变形分析在岩土工程中有着广泛的应用。

通过对土体变形的研究,可以帮助工程师制定合适的基础设计方案,避免土体沉陷、裂缝、滑坡等问题。

同时,土体变形分析也可以指导工程施工中的监测和控制措施,确保工程的安全和可靠。

第四章土的变形性质及地基沉降计算

第四章土的变形性质及地基沉降计算

第四章土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算是土力学中的重要内容,对于工程设计和施工具有重要的指导意义。

本文将介绍土的变形性质及地基沉降计算的相关知识。

土的变形性质是指土在外界作用下发生变形时的性质。

主要包括弹性变形、塑性变形和剪切变形等。

弹性变形是指土在受力作用下发生的可恢复的变形,当外力作用停止后,土体能够恢复到原来的形态。

这主要取决于土的弹性模量和泊松比等参数。

弹性变形通常发生在土体的深部,对于地基沉降计算来说并不重要。

塑性变形是指土在受力作用下发生的不可恢复的变形,当外力作用停止后,土体不能完全恢复到原来的形态。

塑性变形主要是由于土中颗粒之间的移动引起的。

塑性变形会导致地基沉降,对于工程设计来说是一个重要的考虑因素。

剪切变形是指土在受到剪切力作用下发生的变形,它是土的一种独特的变形形式。

剪切变形是土体中颗粒相对位移的结果,是土体刚性和地基沉降的重要原因之一地基沉降是指土的体积发生变化时所引起的地表下陷现象。

地基沉降是土力学中的一个重要问题,对于工程设计和施工具有重要的指导意义。

地基沉降的计算一般可以采用经验公式和理论计算方法。

经验公式是基于大量实测资料和观测数据得出的经验公式,是一种简化和近似的计算方法。

这种方法的优点是简便、实用,但存在精度不高的缺点。

理论计算方法是基于土力学理论和力学原理进行的计算方法,是一种较为精确的计算方法。

这种方法需要考虑土的本构模型和材料参数,同时需要进行复杂的计算过程。

地基沉降的计算一般可以分为两步:一是计算土的初始应力状态和应力变化;二是根据土的变形模型计算土的变形量和地基沉降。

在计算地基沉降时,需要考虑土的物理性质、力学参数以及外界作用力等因素。

土的物理性质包括土的颗粒类型、颗粒大小、颗粒形状、水分含量等。

土的力学参数包括弹性模量、剪切模量、泊松比等。

外界作用力包括土的自重、建筑物的荷载、水平荷载等。

总结起来,土的变形性质及地基沉降计算是土力学中的重要内容,对于工程设计和施工具有重要的指导意义。

4.1土的变形计算

4.1土的变形计算

K0 =
µ
1− µ
24
由竖向的应力、应变关系以及压缩模量 的定义可得到土的变形模量与压缩模量换算 的理论关系公式
= (1 − 2 µ K 0) E s E0
25
26
27
28
29
第二节 地基最终沉降量的计算
一、概念说明: 1、地基最终沉降量:地基在建筑物荷载作 、地基最终沉降量: 用下,最后的稳定沉降量。 2、计算的目的:在于确定建筑物的最大沉 、计算的目的: 降量、沉降差和倾斜,并控制在容许范围之 内,以保证建筑物的安全和正常使用。 3、分层总和法和《规范》推荐法概述: 分层总和法假设土层只有垂直单向压缩,侧 向不能膨胀。 《规范》推荐法根据实践经验,对分层总和 法进行了修正。
41
1、规范法推导
计 算 原 理
A3456 = A1234 − A1256 = p 0α i z i − p 0α i −1 z i −1
p0 s′ = ∑ (α i zi − α i −1 zi −1 ) α i —平均附加应力系 数,按l/b、z/b查表。 i =1 E si 42
n
为了提高计算准确度,规范规定需将计算沉降量乘以 经验系数,则:
(一).土的压缩曲线
压缩曲线(e-p曲线)
压缩曲线(e-lgp曲线)
8
(二).土的压缩性指标 (1)土的压缩系数
p1:一般指土中自重应力;
∆e = a:土的压缩系数, a ≈ tan α = ∆p
e −e p −p
1 2 2
1
p2:自重应力加附加应力;
e1:相应于p1下压缩稳定
后的孔隙比;
e2:相应于p2下压缩稳
11
说明:
压缩系数随起始压力和压力增量的不同而不 同,因此必须规定起始压力和同一压力变化范 围,常用a1-2 作为判断土压缩性的标准; 压缩指数的坐标不同,它是e~lgp曲线后段(压 力较大)部分的直线斜率,在很大范围内是常 数,所以Cc并不随压力变化范围而异.

土工原理与计算 土体的变形特性

土工原理与计算 土体的变形特性

第一节 土体的变形特性土的本构关系,不是凭空设想的,而是在整理分析试验结果的基础上提出来的。

用压缩仪、三轴仪、平面应变仪、真三轴仪等进行试验,得出土的应力-应变关系。

这种关系放映了土体变形的特性。

但试验有一定的局限性,试验总是在某种简化条件下进行的,即使真三轴仪能考虑三维受力状态,试验也只能按某种应力状态、某种加荷方式进行。

土坝、地基等实际问题中,土体各点的应力状况、变形历史,是千变万化的,无法在试验中模拟所有这些变化,因此有必要在试验基础上提出某种数学模型把特定条件下的试验结果推广到一般情况。

这种数学模型,就叫做本构模型。

本构模型是用数学手段来体现试验中所发现的土体变形特性。

土体的变形特性是建立本构模型的根据,也是检验本构模型理论的客观标准。

在介绍本构模型理论之前,首先来讨论土体变形究竟有那些规律。

㈠ 非线性和非弹性金属和混凝土等坚硬材料,在受轴向拉压时,应力-应变关系如图2-1(a )所示,初始阶段为直线,材料处于弹性变形状态;当应力达到某一临界值时,应力-应变关系明显地转为曲线,材料同时存在弹性变形和塑性变形。

土体也有类似的特性,土2-1(b )为土的三轴试验得出的轴向应力31σσ-与轴向应变a ε之间的关系曲线。

与金属等材料不同的是,初始的直线阶段很短,对于松砂和正常固结粘土,几乎没有直线阶段,加荷一开始就呈非线性。

土体的非线性变形特性比其他材料明显得多。

这种非线性变化的产生,就是因为除弹性变形以外还出现了不可恢复的塑性变形。

土体是松散介质,受力后颗粒之间的位置调整在荷载卸除后,不能恢复,形成较大的塑性变形。

如果加荷到某一应力后再卸荷,曲线将如图2-2所示。

OA 为加荷段,AB 为卸荷段。

卸荷后能恢复的应变e ε即弹性应变。

不可恢复的那部分应变为塑性应变。

图2-1 材料的应力-应变关系(a)金属(b)土体图2-2 加荷与卸荷的应力应变曲线经过一个加荷退荷循环后,再加荷,将如图2-2中的BC段所示,它并不与AB线重合,而存在一个环,叫回滞环。

20180126岩土专业-土力学精讲课-第6讲-土的变形特性

20180126岩土专业-土力学精讲课-第6讲-土的变形特性

e
1 e0 h0
hi
ei e0 e
ei
e0
1 e0 h0
hi
土的变形特性测定方法
, 【例1】某圆柱状土样原始高度为2.5cm,截面积为50cm2,试验前土样质量为180g,烘干后土 样质量为160g;土样进行侧限压缩试验,压缩稳定后高度为1.9cm,土样质量为170g。
求:(1)试验前土样的密度和含水量。(2)压缩稳定后土样的密度和含水量。
m 170 1.79g / cm3 V 95
w mw 100% 10 100% 6.25%
ms
160
解(3):
试验前,已知: w 12.5% ds 2.7 1.44g / cm3
e0
(1
w)ds w
1
(1
0.125)2.7 1 1.44
试验类型:排水与固结条件 仪器特点:试样内有管道与外测水管或孔压量测装 置连接,可以通过阀门开关控制排水与固结条件。 固结 (Consolidated) 不固结 (Unconsolidated) 排水 (Drained) 不排水 (Undrained)
固结排水(CD)、固结不排水(CU)、不固结不排水(UU)


透水石
排水管 阀门
土的变形特性测定方法
应力状态
试样是轴对称应力状态
三轴试样的应力状态
竖直应力z是大主应力1 ;
土 试 样
水平向应力 2 = 3
土的变形特性测定方法
三轴试验剪切过程中的莫尔圆变化
(1- 3)f/2
3
(1-)f
量测系统可以量测孔压变化或体积变化
土的变形特性测定方法
(1 w0 )Gs w 1 e0

土的变形特性

土的变形特性
为什么研究沉降?
基础的沉降量或者各部位的沉降差过大,那么将影响上部建筑物的正常使用, 甚至会危及建筑物的安全。
概述…2
地基土层发生变形的主要因素
内因:土具有压缩性 固相矿物本身压缩 土中液相水的压缩
外因:主要是建筑物荷载的作用 建筑物荷载作用,这是普遍存在的因素 地下水位大幅度下降
土中孔隙的压缩
施工影响,基槽持力层土的结构扰动
ij
xy yz
xy yy
xz yz
2、二维(空间) z应x 力状zy 态 zz
3、侧限应力ij 状态0xy
0 yy
xz
0
zx 0 zz
xy 0 0
ij
0
yy
0
0 0 zz
z y
地面
z x
图3-5 侧限应力状态
约定二:土力学中应力符号规定 法向应力:压为正,拉为负。 **与材料力学中的法向应力,拉应力为正,压应力为负相反。 原因:土力学研究对象中绝大多数都是压应力。 剪应力:剪应力以逆时针为正。 **材料力学中的顺时针为正。
内因(地基土层的种类、各土层的厚度以及土的压缩性的大小):
1)固相矿物颗粒本身压缩,极小,无工程意义。 2)液相水的压缩,很小,可忽略。 3)孔隙压缩,土中水和气体受压后挤出,使孔隙减小。 外因通过内因起作用: 地基基础沉降 上部结构产生附加应力影响建筑物的安全和其正常使用计算沉 降量、沉降差 控制在容许范围内
地面
——上覆土体的容重(kN/m3) K0——侧压力系数 若为成层土,则有
H1
地下水位
H2
sz
地下水位以下应采用浮容重
sx
sy
n
sz 1H1 2H2 i Hi i 1

4 土的压缩性及变形计算

4 土的压缩性及变形计算

Vv0=e0
h0 h0/(1+e0)
Vvi=ei
hi hi/(1+ei)
Vs0= 1
Vsi=1
土力学与地基基础
土的压缩性及变形
压缩曲线的绘制方式
曲线愈陡,说明随着压力的增加,土孔隙比的减小愈显著, 曲线愈陡,说明随着压力的增加,土孔隙比的减小愈显著, 因而土的压缩性愈高。 因而土的压缩性愈高。
土力学与地基基础
e e0 e1 e2 M1
土的类别 高压缩性土 M2 中压缩性土
α
a1-2 (MPa-1)
≥0.5
0.1~0.5 <0.1
△e △p
p1
低压缩性土 p
p2
e-p曲线 - 曲线
土力学与地基基础
土的压缩性及变形
【例】 某工程钻孔3号土样3-1粉质黏土和3-2淤泥质黏土的压缩试验数据列于下表, 试计算压缩系数α 1− 2 ,并评价其压缩性。 压缩试验数据 0 垂直压力(kPa) 垂直压力(kPa) 土样3 土样3-1 孔隙比 土样3 土样3-2 0.866 1.085 0.799 0.960 0.770 0.890 0.736 0.803 0.721 0.748 0.714 0.707 50 100 200 300 400
土力学与地基基础
土的压缩性及变形
一、分层总和法 1、基本假定
1)假定地基每一分层均质,且应力沿厚度均匀分布; 2) 在建筑物荷载作用下,地基土层只产生竖向压缩变形,不发生 侧向膨胀变形; 3) 采用基底中心点下的附加应力计算地基变形量,且地基任意深 度处的附加应力等于基底中心点下该深度处的附加应力值; 4)地基变形发生在有限深度范围内; 5)地基最终沉降量等于各分层沉降量之和。

第四章土的变形性质及地基沉降计算-121页精选文档

第四章土的变形性质及地基沉降计算-121页精选文档
弹性变形部分来自土颗粒和孔隙水的弹性变形、封 闭气体的压缩和溶解,以及薄膜水的变形等造成。
塑性变形部分来自颗粒相互位移、土颗粒被压碎 、孔隙水和孔隙气体被排出等造成的变形。
土体变形机理非常复杂,土体不是理想的弹塑性 体,而是具有弹性、粘性、塑性的自然历史的产物。
(2)回弹曲线和再压线曲线构成一迴滞环,土体不是完 全弹性体的又一表征;

h0
hi hs hs
hi hs
1hi(1e0) 1 h0

(h0
si)(1e0) h0
1e0
si h0
(1e0)
第四章 土的变形性质及地基沉降计算
侧限压缩试验
透水石
百分表
传压板 水槽
由于刚性护环所 限,试样只能在竖向 产生压缩,而不能产 生侧向变形,故也称 为单向固结试验或侧 限固结试验。
⑴正常固结土(Pc=P0,OCR=1) 粘土层在历史上没有受到任何冲刷剥蚀或移土,作
用在上面的压力没有任何变化(Pc=P0),OCR=1。 对正常固结粘土,土样在P0的基础上,再增加压力
增量P,则对应的孔隙比的变化量e可以根据e~lgp压 缩曲线推导出来
eCC
lgp0
p p0
(4-13a)
当p0+△p<pc时
eCs
lgp0
p p0
(4-13b)
当p0+△p>pc时 eCClgp0p cpCSlgp p0 c (4-13c)
第四章 土的变形性质及地基沉降计算
⑶欠固结粘土 (Pc<P0,OCR<1) 若粘土层沉积过程中,在自重压力作用下尚未完全
固结,或正处于压密过程中,Pc<P0,OCR<1,如沿 海风吹填土新造成的陆地等。

土体变形特性(第一章)

土体变形特性(第一章)

'3
=
1 2
s1
u
s3
u
=
1 2
s1
s3 u
=
p
u
q
'
=
1 2
s
'1 s
'3
=
1 2
s1
u
s
3
u
=
1 2
s1
s3
=
q
q(=q’)
O s’3
s3 s’1 s1
u1
p(=p’+u)
u2 19
应力历时概念
应力历史是指土体历史上的应力路径。 土层历史上发生的变形与形成的前期应力状态影响土层 今后的变形。
34

t
=
G
F
lg
s
p
3 a
1 A2
A
=
Kpa
s3
pa
s1 s 3 D
n
1
Rf 1 sin s1 s 3
2c cos 2s 3 sin
其中 K,n,Rf,c, 五个试验参数已确定,另有D、F、G 三个参数待确定
饱和粘性土在不排水条件下,模型参数D、F、G如何确定?
卸载情况( <s1-s3>减小)
土体割线模量E随应 变增加变化曲线
9
s1 s3
ep ee
不可恢复的塑性变形-由于土 颗粒相对位置的改变;
一个颗粒在位置上可以越过另 外一个颗粒,或掉入孔隙中.
e1
10
s1 s3
ep ee
e1
多个循环后
弹性行为
11
2.2塑性体应变和剪胀性
球应力引起的塑性体塑性

建筑工程中的土力学原理

建筑工程中的土力学原理

建筑工程中的土力学原理建筑工程中的土力学原理是指在土壤力学研究的基础上,运用土力学原理来分析和解决建筑工程中土壤力和变形问题的科学原理。

土力学原理在建筑工程中具有重要的应用价值,可以保证工程的安全性和稳定性。

本文将从土力学的基本概念、土体性质、土壤力和变形等方面进行探讨。

一、土力学的基本概念土力学是研究土壤在自然和工程环境下的力学性质和变形规律的学科,是力学与土力学的交叉学科。

土力学的基本概念包括如下几个方面:1.1 土体:土体是由颗粒状物质、水和气体混合而成的松散介质,是土力学研究的对象。

1.2 土壤:土壤是一种复杂的多相系统,由固相、液相和气相组成,可以分为骨架、颗粒间隙和颗粒内孔隙三部分。

1.3 土体性质:土体的性质主要包括土壤的颗粒分布、含水量、密实度、孔隙度等。

1.4 固结:土壤在受力情况下发生的体积密实度改变称为固结,是土壤力学中的重要概念。

二、土体性质对土壤力的影响土体性质是土壤力学研究的重要内容之一,不同的土体性质会对土壤力的产生和传递产生影响。

以下是几个常见的土体性质与土壤力的关系:2.1 颗粒分布:土壤颗粒的分布对土壤强度和稳定性具有重要影响。

当颗粒分布均匀时,土壤的抗剪强度较大;而当颗粒分布不均匀时,容易引起土壤的不均匀沉降和侧向位移。

2.2 含水量:土壤中的含水量对土壤力的传递起着极为重要的作用。

当土壤中的含水量增加时,土壤的粘聚力增大,抗剪强度降低,从而影响土壤的稳定性。

2.3 密实度:土壤的密实度是指土壤颗粒之间的接触状态,是土壤的一个重要力学参数。

密实度的变化会改变土壤颗粒之间的摩擦力和剪切强度。

三、土壤力和变形土壤力是指土壤内部各点之间相互作用的力,包括水力力和固结力两部分。

3.1 水力力:水力力是指土壤中水分对土壤颗粒施加的压力。

当土壤中存在过多的水分时,会产生渗流压力,增大土壤的液态压力。

3.2 固结力:土壤的固结力是由土壤颗粒之间的摩擦力和颗粒负荷产生的。

固结力的大小与土体性质、土壤含水量和应力状态等因素有关。

土的变形特点

土的变形特点

土的变形特点
土的变形特点
土是地球表面上的一种自然物质,具有可塑性和可变形性,可以受到
外力作用而发生变形。

土的变形特点是指在受到外力作用时,其体积、形状、密度等物理性质会发生改变的特征。

一、土体的压缩变形
土体在受到垂直荷载作用时,会发生压缩变形。

这种变形是由于土颗
粒之间的接触面积增加、颗粒间填充状态改变等因素引起的。

压缩变
形分为弹性压缩和塑性压缩两种情况。

1.弹性压缩:当荷载作用消失后,土体能够恢复原来状态的一种压缩变形。

弹性模量是衡量弹性压缩程度大小的指标。

2.塑性压缩:当荷载作用消失后,土体不能完全恢复原来状态,仍会留下一定程度的残余应力和残余应变。

剪切模量是衡量塑性压缩程度大
小的指标。

二、土体的剪切变形
1.剪切破坏:当荷载达到一定值时,超过土体的抗剪强度,土体就会发生破坏。

破坏形式有剪切破裂和压缩破坏两种。

2.剪切变形:当荷载小于土体的抗剪强度时,土体会发生剪切变形。

剪切变形是指土颗粒之间相对位移的一种变形方式。

三、土体的膨胀变形
1.吸湿膨胀:当土壤中含水量增加时,由于水分子与粘性颗粒表面相互作用力增加,使得颗粒间距增大,从而引起土体体积膨胀。

2.干燥收缩:当土壤中含水量减少时,由于水分子与粘性颗粒表面相互作用力减小,使得颗粒间距缩小,从而引起土体体积收缩。

四、总结
综上所述,土的变形特点包括压缩变形、剪切变形和膨胀变形三种类型。

在工程实践中需要根据不同类型的变形特点进行合理设计和控制。

土的变形本质

土的变形本质

土的变形本质以土的变形本质为标题,我们来探讨一下土的特性和变形机制。

土是地球表面的一种自然物质,由岩石经过风化、侵蚀和沉积等作用而形成。

它是一种多孔的松散固体,主要由固体颗粒、水分和空气组成。

土的变形是指土体在受到外力作用下发生形状、体积和结构的变化。

土的变形机制主要有三种:弹性变形、塑性变形和剪切变形。

弹性变形是指土体在受到外力作用后,发生的可逆变形。

当外力作用停止后,土体会恢复到原来的形状和体积。

这是因为土体中的颗粒之间存在着一定的间隙和空隙,当外力作用时,颗粒之间的间隙会发生变化,但并不会改变颗粒之间的相互位置关系。

所以,当外力消失时,土体可以恢复到原来的形状。

塑性变形是指土体在受到外力作用后,发生的不可逆变形。

在外力作用下,土体中的颗粒会发生相对位移,形成新的结构。

当外力停止作用时,土体无法恢复到原来的形状,而是保持新的结构。

这是因为土体中的颗粒之间的间隙会重新排列,形成新的接触面,使得土体的结构发生变化。

剪切变形是指土体在受到剪切力作用下,发生的变形。

剪切力是一种使土体内部产生相对位移的力。

当土体受到剪切力作用时,颗粒之间的间隙会发生变化,土体会发生形状和体积的变化。

剪切变形是土体中最常见的变形形式,它在地质灾害、土壤侵蚀和地基工程等方面有着重要的影响。

土的变形本质可以用土体中颗粒之间的相互作用来解释。

土体中的颗粒之间存在着各种力,如颗粒之间的接触力、颗粒之间的摩擦力等。

当外力作用于土体时,这些力会发生变化,引起土体中颗粒之间的相对位移,从而导致土的变形。

土的变形机制在土力学和岩土工程中有着重要的应用。

研究土的变形本质可以帮助我们更好地理解土体的力学性质,为土木工程设计和地质灾害防治提供科学依据。

在地基工程中,我们需要考虑土的变形对工程结构的影响,选择合适的地基处理方法,确保工程的安全稳定。

在地质灾害防治中,我们需要研究土的变形机制,预测和评估地质灾害的发生和发展趋势,采取相应的措施进行防治。

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第一节 土体的变形特性土的本构关系,不是凭空设想的,而是在整理分析试验结果的基础上提出来的。

用压缩仪、三轴仪、平面应变仪、真三轴仪等进行试验,得出土的应力-应变关系。

这种关系放映了土体变形的特性。

但试验有一定的局限性,试验总是在某种简化条件下进行的,即使真三轴仪能考虑三维受力状态,试验也只能按某种应力状态、某种加荷方式进行。

土坝、地基等实际问题中,土体各点的应力状况、变形历史,是千变万化的,无法在试验中模拟所有这些变化,因此有必要在试验基础上提出某种数学模型把特定条件下的试验结果推广到一般情况。

这种数学模型,就叫做本构模型。

本构模型是用数学手段来体现试验中所发现的土体变形特性。

土体的变形特性是建立本构模型的根据,也是检验本构模型理论的客观标准。

在介绍本构模型理论之前,首先来讨论土体变形究竟有那些规律。

㈠ 非线性和非弹性金属和混凝土等坚硬材料,在受轴向拉压时,应力-应变关系如图2-1(a )所示,初始阶段为直线,材料处于弹性变形状态;当应力达到某一临界值时,应力-应变关系明显地转为曲线,材料同时存在弹性变形和塑性变形。

土体也有类似的特性,土2-1(b )为土的三轴试验得出的轴向应力31σσ-与轴向应变a ε之间的关系曲线。

与金属等材料不同的是,初始的直线阶段很短,对于松砂和正常固结粘土,几乎没有直线阶段,加荷一开始就呈非线性。

土体的非线性变形特性比其他材料明显得多。

这种非线性变化的产生,就是因为除弹性变形以外还出现了不可恢复的塑性变形。

土体是松散介质,受力后颗粒之间的位置调整在荷载卸除后,不能恢复,形成较大的塑性变形。

如果加荷到某一应力后再卸荷,曲线将如图2-2所示。

OA 为加荷段,AB 为卸荷段。

卸荷后能恢复的应变e ε即弹性应变。

不可恢复的那部分应变为塑性应变。

图2-1 材料的应力-应变关系(a)金属(b)土体图2-2 加荷与卸荷的应力应变曲线经过一个加荷退荷循环后,再加荷,将如图2-2中的BC段所示,它并不与AB线重合,而存在一个环,叫回滞环。

回滞环的存在表示退荷再加荷过程中能量消耗了,要给以能量的补充。

再加荷还会产生新的不可恢复的变形,不过同一荷载多次重复后塑性变形逐渐减小。

土体在各种应力状态下都有塑性变形,哪怕在加荷初始应力-应变关系接近直线的阶段,变形仍然包含弹性和塑性两部分。

退荷后不能恢复到原点。

非线性和非弹性是土体变形的突出特点。

㈡塑性体积应变和剪胀性土体受力后会有明显的塑性体积变形。

图2-3为土样在三轴仪中逐步施加各ε之间的关系曲线。

可见存在向相等的压力p后,再卸除,所得到的p与体积应变vε,而且它往往比弹性体积应变更大。

这一点与金属不同,不可恢复的塑性体积应变pv金属被认为是没有塑性体积变形的。

塑性变形是由于晶格之间的错动滑移而造成的,它只体现形状改变,不产生体积变化。

土体的塑性变形也与颗粒的错位滑移有关。

在各向相等的压力作用下,从宏观上来说,是不受剪切的;但在微观上,颗粒间有错动。

图2-4可以说明这种变形机理。

压缩前,颗粒架空,存在较大孔隙;压缩后,有些颗粒挤入原来的孔隙中,颗粒错动,相对位置调整,颗粒之间发生着剪切位移。

当荷载卸除后,不能再使它们架空,无法恢复到原来的体积,就形成较大的塑性体积变形。

图2-4 土体的压缩图2-3 p -εv 曲线 (a)压缩前; (b)压缩后不仅压力会引起塑性体积变形,而且剪切也会引起塑性体积变形。

在三轴仪中对土样施加偏压力()31σσ-的同时,减小围压3σ,而保持平均法向应力(球应力)p 不变,即()32131σσσ++=p (2-3) 所得出的应力-应变曲线将如图2-5所示。

尽量体积应力p 不变,但图中仍有图2-5 剪切引起的体积应变(a) 剪缩;(b) 剪胀体积应变,可见测得的体积应变完全是剪切造成的。

在图2-5 (a )中,体积应变v ε随偏应力()31σσ-增大而增大。

剪切引起的体积收缩,叫剪缩。

软土和松砂常表现为剪缩。

在图2-5 (b )中,开始阶段为剪缩,以后曲线向上弯曲,即体积膨胀,这种现象叫做剪胀。

紧密砂土,超固结粘土,常表现为剪胀。

文献中常把剪切引起的体积变化,不管膨胀还是收缩,都称为剪胀性,剪缩是负的剪胀。

剪胀性是散粒体材料的一个非常重要的特性。

砂土受剪所产生体积变形可用图2-6来说明。

假定土体沿水平向受剪切。

对于松砂,受剪后某些颗粒填入原来的孔隙,体积减小;对于密砂,原来的孔隙体积较小,受剪时一些颗粒必须上抬才能绕过前面的颗粒产生错动滑移,于是体积膨胀。

粘土的剪胀、剪缩机理也是相似的。

剪切引起的体积变形与颗粒的错动相关联,当荷载卸除后,便不能恢复,应看作塑性体积变化,另外,根据虎克定律,剪应力不 图2-6 松砂和密砂的剪胀性 引起弹性体积变形。

因此,剪切所引起的 (a) 松砂;(b) 密砂体积变形也只能认为全部是塑性变形。

㈢塑性剪应变土体受剪发生剪应变。

剪应变的一部分与骨架的轻度偏斜相对应,荷载卸除后能恢复,它是弹性剪应变。

另一部分则与颗粒之间的相对错动滑移相联系,为塑性剪应变。

不仅剪应力能引起剪应变,体积应力也会引起剪应变。

三轴仪中的土样,在应力()31σσ-和3σ下变形稳定后,保持()31σσ-不变而降低3σ,则会发现,随着3σ减小,轴向应变不断增大,直至最后达到破坏。

在这一应力变化过程中,应力莫尔圆直径不变,位置不断向左移动,如图2-7 (a ),莫 图2-7 球应力变化引起的剪应变 尔圆从A 移动到B 。

当围压降到一定值,莫尔圆与库仑破裂线相切,土样剪坏,这时剪应变已发展到很大数值。

由此可见,球应力的变化确实引起了不可恢复的剪应变。

这种应力变化可以用图2-7 (b)中q -p 坐标系中的应力路径AB 来表示。

这里p 为球应力,q 由式(2-4)确定,即()()()21323222121σσσσσσ-+-+-=q (2-4)q 称为偏应力,或广义剪应力,或等效应力,或应力强度。

q 放映了复杂应力状态下受剪的程度,因此常用来表示剪应力。

对于轴对称的试样受力情况, 31σσ-=q 。

与q 相应的偏应变,或称广义剪应变,或等效应变,或应变强度,为()()()21323222132εεεεεεε-+-+-=s (2-5)s ε表示了复杂受力状态下的剪切变形。

对轴对称三轴试样的变形3va s εεε-= (2-6)通过试验,可点绘出剪应变s ε随球应力p 减小而增加的关系曲线,如图2-7(c )中的AB 段。

若p 增大,同样会发生剪应变,只是方向与上述的相反。

前面讲到,作用各向相等的球应力,也会引起颗粒间的相对错动滑移。

如果初始应力是各向相等的,即不存在初始剪应力,这种微观的错动滑移在各方向上都是均匀的,宏观上便没有剪应变。

如果土体存在初始剪应力,则施加各向相等的正应力增量时,微观错动在各方向上是不均匀的,宏观上就表现为剪应变。

这种由球应力引起的剪应变显然是一种不可恢复的塑性变形。

对于弹性材料,根据虎克定律,剪应力不引起体积应变,体积应力不引起剪应变。

即不存在所谓“交叉影响”。

土体却具有这种“交叉影响”,而且往往相当可观,不可忽视。

这种“交叉影响”自然要放映到应力-应变关系上。

式(2-1)的增量形式为{}[]{}εσ∆=∆D (2-7) 或者写成{}[]{}σε∆=∆C (2-8)其中 {}[]{}[]T xy zx yz z y x T xy zx yz z y x γγγεεεετττσσσσ∆∆∆∆∆∆=∆∆∆∆∆∆∆=∆,,,,,,,,,, []D 叫刚度矩阵,[]C 叫柔度矩阵,显然有[][]1-=D C对于平面问题,式(2-8)的展开形式为⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧∆∆∆⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧∆∆∆xy y x xy y x C C C C C C C C C τσσγεε333231232221131211 (2-9) 如果剪应力不引起正应变,没有剪胀性,则元素02313==C C 。

如果正应力不引起剪应变,则03231==C C 。

它的逆矩阵[]D 中相应位置上的元素也为0。

土体有“交叉影响”,因此,合理的本构模型应该使这些元素为非零元素。

㈣硬化和软化三轴试验测得的轴向应力31σσ-与轴向应变a ε的关系曲线有两种形态。

图2-8(a )所示曲线有一直上升的趋势直至破坏,这种形状的应力应变关系叫硬化型。

软土和松砂表现为这种形态;图2—8(b )所示曲线前面部分是上升的,应力达到某—峰值后转为下降曲线,即应力在降低,而应变却在增加,这种形态叫做软化型。

紧密砂和超压密粘土表现为这种形态。

图2-8 硬化和软化(a) 硬化;(b) 软化用式(2—6)将ε转换为ε,点绘q ε-曲线,其形式与图2—8也相似,存在硬化和软化两种形式。

对于其他剪切试验(直切、单切、扭剪等),得出的γτ-关系曲线也有硬化和软化的区别。

密砂受剪时,由于颗粒排列紧密,一部分颗粒要滚过另一部分颗粒而产生相对错动,须克服较大的“咬合”作用力,故表现为较高的抗剪强度。

而一旦一部分颗粒绕过了另一部分颗粒,结构便变松,抗剪能力减小了,因而表现为软化。

超固结粘土剪切破坏后结构凝聚力丧失,也降低强度,表现为软化。

对于松砂和软土,剪切过程中结构变得紧密,一般表现为剪缩,因而强度也在提高,呈现硬化特性。

硬化和软化与剪缩和剪胀,常有一定联系,但也不是必然联系,软化类型的土往往是剪胀的,剪胀土未必都是软化的。

软化阶段存在于材料达到破坏以后。

如果设计中考虑相当的安全度,不允许材料达到破坏,那么软化阶段也就不会出现,就可以不考虑软化问题。

然而实际工程中,只要破坏区域不大,不致危及建筑物整体安全,有时允许局部区域达到剪切破坏。

达到破坏的区域,由于软化(若材料属软化类的),降低了强度,便不能承受与峰值强度相应的荷载,而将多余的荷载转移到周围区域,加重了周围负担,使周围区域达到破坏,实际破坏区将比不考虑软化特性时来得大。

这时最好是考虑软化问题。

㈤应力路径和应力历史对变形的影响土体内一点的应力状态可以用三个主应力1σ、2σ和3σ来表示。

以三个主应力为坐标轴构成一个直角坐标系,叫应力空间。

这个空间内的一点有三个坐标值,代表了某种应力状态。

图2—9中的A 点代表了应力状态A 1σ、A 2σ和A 3σ,而B 点 图2-9 应力空间代表了另一种应力状态B 1σ、B 2σ和B 3σ。

设土体中一点的初始应力状态如应力空间内A 点所示,受力后变化到B 。

从A 到B ,可以有各种方式,如1σ、2σ和3σ按比例增加;或初期3σ增加得多,1σ和2σ增加得少,而后期反过来;或者其他某种加荷方式。

对于一种加荷方式,代表应力状态的点将从A 沿某种轨迹移动到B ,加荷过程中,应力空间内代表应力状态的点所移动的轨迹,叫应力路径。

不同的加荷方式可以用不同的应力路径来表示。

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