浅谈土的变形特性

两部分 。卸荷后不能恢复 到原点。非线性 和非弹性是 土体 变形 的突出特点 。 ２ 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 。由土样在 三轴 仪 中逐步施加各向相等 的压力 Ｐ后 ， 再卸 除 ， 所得到 的 Ｐ与 体积应变 之间的关系 曲线 ， 可见存 在不可恢 复的塑性体 积应变 ， 而且它往往 比弹性体积应变更大 。这一点与金属不 同， 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 ， 产生体 不 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
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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
（） ａ 金属 ； ｂ 土体 （） 图 ｌ 材料的应用一应变关系
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观上 ， 颗粒 间是 有错 动 的。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 ， 对位 相 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。
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 。剪切引起 的体 积收缩 叫剪缩。软土和松砂 常表 现为剪缩 。若剪 切 引起体 积膨 胀 ， 则称 之 为剪胀。紧密砂 土 ， 固结黏土 ， 超 常表现 为剪胀。文献 中常把剪切引起 的体 形 。如果加荷到某一应力后 再卸荷 ， 曲线 将如 图 １ ｂ 虚线 （） 不管剪缩还 是剪胀 ， 统称为 剪胀 性 ， 剪缩是 负 的剪 所示。∞ 为加荷段 ， 为卸 荷段 。卸荷后 能恢 复的应变 占 积变化， ‘ 胀。剪胀性是散粒体材料 的一 个非 常重要 的特性 。 即弹性应变 。不可恢复 的那部分应变 为塑性应变。经过 ３ 硬化和软化 个加荷退荷循环后 ， 再加荷 ， 将如 图 １ ｂ 中的 ６ 段所示 ， （） ｃ 三轴试验测得的轴向应力 一 ｒ ６ ３与轴 向应变 的关 它并不与 ０ 线重合 ， ６ 而存在一个环 ， 叫回滞环 。回滞环 的存 在表示卸荷再加荷过程 中能量消耗 了， 给 以能量 的补充。 要 系曲线有两种形态 。图 ２ ａ 所示 曲线有一 直上升 的趋势直 （） 这种形状 的应力应变关系称 为硬化型。软土 和松砂 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 至破坏 ， 表现为这种形态 ， ２ ｂ 所示 曲线前 面部分是上升的 ， 图 （） 应力 复后塑性变形逐渐减小 。 即应 而应 土体在各种应力状态下都有 塑性变形 ， 至在加荷初始 达到某一峰值后转 为下降 曲线 ， 力在降低 ， 变却 在 甚 这种形态称之为软化 型。紧密砂和超压密黏土表现为 应力一应变关系接近直线的阶段 ， 变形仍然包含 弹性和塑性 增加 ，
中图分 类号 ： ４６ １ Ｕ １．
０ 概 述
文献标识码 ： Ｃ
文章编号 ： ０ ３ ８ （００ ０ ００ Ｏ １ ８— ３３ ２ １ ）４— ０４一 ｌ ０
土是一种具有多相性 、 散体性 和 自然变 异性 的材料 ， 与 材料力学 中的金属有 着本质 的区别 。为 了研究土 的变形往 往应用压缩固结仪 、 三轴压缩仪 、 面应变仪 、 平 真三轴仪等进 行试验 ， 出土的应力一应变关系。这 种关 系反映 了土体变 得 形的特性。但试验有一定的局限性 ， 验总是在某种简化条 试 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 。为 了更好的了解土 的变形特性 ， 仅就土 区别于金属材料的变形特性 阐述。 １ 非线性和非弹性 大部分坚硬材料 ， 如金属 和混凝土 ， 在受轴 向拉压时 ， 应 力一应交关 系如图 １ ａ 所示 ， （） 初始阶段为直线 ， 料处 于弹 材 性变形状态 。当应力达到某一临界值 时 ， 应力一应交关 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 ， １ ｂ 为土 的三 轴试 验 得 出的 轴 向应力 图 （） ０ 与轴 向应变 ８之间 的关 系曲线 。与金 属等材料不 同 ｒ ３ 的是 ， 的直线阶段很短 ， 于松砂和正常 固结黏土 ， 初始 对 几乎
摘 要 ： 的力学性质研究是建立在三大力学基础之上 ， 土 但又因为土的多相性、 散体性和 自然变异性 ， 使其与
金属材料有着本质的区别 。在土 的非线性 、 剪胀性 、 硬化与软化、 应力路径 和应力历史 等方面分 析 了土有别 于金属材料 的变形特性。
关键词 ： 土体 ； 变形特 性 ； 本构关系
２１ ０ ０年 第 ４期 （ 总第 １４期） ９
黑 龙江交通科 技
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浅 谈 土 的 变 形 特 性
李连志‘王 ， 佳
（．黑龙江 工程学院土木与建筑工程学院；．黑龙江省公路局 ） １ ２
收 稿 日期 ：０ ０— ２—０ ２１ ０ ８
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这种形态。
密砂受剪 时， 由于顺位 排列 紧密 ， 一部 分颗粒要滚过 另 部分颗粒 而产生相对错动 ， 克服较大 的“ 须 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 ， 剪能力减小 了 ， 抗 因而表现为软化。 超固结 黏土剪切破坏后结 构黏聚力 丧失 ， 低强度 ， 也降 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 ， 硬化特性 。硬化和软 呈现 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。