地基土的性质

示为：
水泥混凝土路面在车轮荷载反复作用下，会产生不均匀的
塑性变形累积(特别是在路面板的边角部位)导致板下局部脱空
而产生板下土基附加应力，这是工程实践中水泥混凝土路面 板的边、角部位断裂破坏较多的重要原因之一。
沥青路面常见的破坏如轮辙、波浪等，也主要是由于土
基及整个路面结构的塑性变形所引起的。
因此，如何防止土基塑性变形累积而造成的不均匀沉陷
路面分析与设计理论
课件制作：吴跃东
4-2 土基的变形特征
一、土基的受力特性
性质
特征
用途
土基用土的种类很多，但不论何种土都是由固态 矿物颗粒、孔隙中的水以及气体三大部分组成的。
因此，土是一种由固体颗粒、水和气体组成的三
相体系。
土作为一种工程材料，由于其内部结构上的这
种特殊性，使得它在工程力学性质上有别于其它工
程材料，有较大差别，其中最突出的是在受力时的
非线性变形特性。
(一)土基的非线性变形特性
土基在受力时的非线性变形特性是由土的非 线性性质决定的。室内三轴试验表明，土的应 力一应变关系曲线，一般没有直线段，应力消 失后恢复不到原先的形状。
这是因为土在受力后，三相结构改变了原来的状态
作为土的骨架的矿物颗粒发生相对移动，而这 种移动引起的变形，有一部分是属于不可恢复 的残余变形。
残余变形会随着荷载重复作用次数的增加而累积。
但是，随着荷载重复作用次数的增加，每一次产生的 塑性变形都逐渐减小。所以它的变形累积速度是随作 用次数的增加而减缓的。
土基在荷载的重复作用下产生的变形累积，最终可导致两种
不同的情况。 一、土体逐渐压密，土的颗粒之间进一步靠拢，但是不会产 生引起土体整体破坏的剪切面，土基被压实而稳定; 二、是荷载的重复作用造成土体的剪切变形不断发展，形成
在以弹性力学为理论基础的路面设计方法中，往往将土的 回弹模量视为土的弹性模量，并且作为路面设计中的一项 重要计算参数。
(二)土基的流变性质
土是具有流变性质的材料，在荷载作用下的变形不仅 与荷载大小有关，而且还与荷载作用的持续时间有关。 土颗粒之间力的传递以及土颗粒与土颗粒之间相对移 动都需要一定的时间，室内模型试验表明，回弹变形与荷 载的持续时间关系不大，因而土的流变性质主要同塑性变 形有关
切线法和割线法
1、初始切线模量，如图4-3中①所示，代表加荷开始时士的应力一应变关系。
2、切线模量，如图4-3中②所示，代表土在该级位应力一应变变化的精确关系。
3、割线模量，如图4-3中的③所示，反映该范围内的应力一应变关系的平均情况。 4、回弹模量，如图4-3中④所示，回弹变形范围内的应力一应变关系平均情况。
是路面设计中一个重要的问题。
二、土基的荷载一弯沉关系 实际工程巾，荷载作用下土基内的应力沿竖向和水平方 向都是变化的，因而土基内各点的模量值是各不相同的，要 准确地考虑这种土基的模量变化情况很困难， 因此，工程中通常采用直接研究土基表面在局部荷载作 用下的弯沉特性，即用压入承载板试验测定荷载一弯沉关系
来研究土基的变形情况，把反映荷载一弯沉关系的模量看作
是土基一个当量的均匀模量值，
压入承载板试验是以一定尺寸的圆形承载板置于上基表面，
逐级加荷，记录施加在承载板上的荷载及由该荷载所引起的 土基沉陷变形，根据试验结果即可绘出土基顶面荷载与弯沉
的关系曲线二图4-5是这种关系
压入承载板试验是土基强度试验的基本方法，通过压人承载板 试验测得土基的荷载一回弹变形关系后，可以求得土基的回弹 模量;测得土基的荷载一总变形关系后，可以求得土基的形变模 量和地基反应模量。
整体破坏的剪切面，最后达到破坏阶段，土基失去支承荷载
的能力。 土基在荷载重复作用下的变形累积，将导致哪一种 最终结果，主要取决于：
1.土的性质(类型)和状态(含水量、密实度、结构状态);
2.重复荷载的大小，通常以相对荷载wenku.baidu.com即重复荷载产生的应 力.与静载极限强度之比表示; 3，荷载作用的速度、持续时间以及频率; 4‘土基中侧向应力的大小。 在安全相对荷载重复作用下，土基的累积总变形与 荷载作用次数之间在对数坐标上呈直线关系，以公式表
土除了具有非线性变形性质外，还有塑性变形性质。
按弹性力学原理推求而得的三轴试验的应力一应变
关系式(4-1)如下：
上述试验表明，土不是理想的弹性材料，土基也不是理想 的弹性体。因此，上式没有也不能确切地反映试验的实际 变形状态。
弹性模量是表征弹性材料或弹性体在受力时应力一应变 关系的比例常数，但由于土的应力一应变关系呈非线性， 因此，只有认为土的弹性模量是一个条件变量，它是随 应力一应变变化而变化 在路面设计中，如果完全按照土基特性取计算参数 E0， 会使设计方法复杂化，甚至需改变路面设计的理论体系。 修 原则：参数在理论计算 正 中应与实际状况吻合 简 化
车辆在路面上行驶，车轮对路面下土基的作用时间都 是很小的，在这短暂的一瞬间，产生的塑性变形比之于静 荷载长期作用下的塑性变形小得多。因此，一般情况下， 土基的流变性质可以不予考虑口
(三)重复荷载作用下土基的变形特性
上基承受着车轮荷载的多次重复作用，每一次荷
载作用时，土基产生的变形均可分为弹性变形和塑性 变形两部分