土体应力应变特性课件

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1.1.4 土应力应变的各向异性和土 的结构性
• 各向异性：指在不同方向上材料的物理力学性质不 同。
原因： • 1)定向性 • 2)后期固结作用：固结过程中，竖向应力与水平应力
大小不等。
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• 土的各向异性主要表现为横向各向同性，亦即在水平面各个方向的
性质大体上是相同的，而竖向与横向性质不同。
• 取样和其他扰动会破坏原状土的结构。
• 原状粘土无侧限抗压强度与扰动重塑土强度之比称为灵敏度，
它是粘性土的结构性的一个指标。
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校正曲线 e
pc 原状土样
厚壁土样
薄壁土样
重塑土样
ln p
土的结构是土的组成成分、空间排列和粒间作 用力的综合特性。
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1.1.5 土的流变 性
较敏感。由于其应力应变间不成单值函数关系，所以反映土的 应变软化的数学模型一般形式复杂，难于准确反映应变软化的 数值计算方法也有较大难度。
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1.1.2 土的剪胀 性
• 剪胀性(Dilatancy)：密砂或强超固结粘土偏差应力增加引起
了轴应变的增加，除开始时少量体积压缩(正体应变)外，发生 明显的体胀(负体应变)。
• 与土的流变性有关的现象是土的蠕变与应力松弛
• 蠕变：指在应力状态不变条件下，应变随时间逐渐增长的现象；
• 应力松弛：指维持应变不变，材料内应力随时间逐渐减小的现象。
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• 粘性土的蠕变性随着其塑性、活动性和含水量的增
加而加剧。
• 侧限压缩条件下，由于土的流变性而发生的压缩称
结果：不同方向应力增量引起的应变增 量方向和大小都不同 原因：初始不等向固结所引起的各向异 性是主要原因。
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• 原状天然土的各向异性强烈，比较复杂。
• 原状土的各向异性常常是其结构性的一个方面的表现。
• 土的结构性：由于土颗粒的空间排列集合及土中各相间和颗
粒间的作用力造成的。结构性可以明显提高土的强度和刚度。 对于粘性土更重要。
• 土的各向异性可分为初始各向异性（Inherent anisotropy）和诱发各 向异性（Induced anisotropy）。
• 初始各向异性: 天然沉积和固结造成的各向异性
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• 等向压缩试验是检验初始各向异性的最简单方法。
• 试验表明：轴向应变小于体应变的1/3，εz=(0.17～0.22)εv。
• 广义的剪胀性：指剪切引起的体积变化，包括体胀，也包括
体缩。后者也常被称为“剪缩”。
• 剪胀性实质：由于剪应力引起土颗粒间相互位置的变化，使排
列变化而使颗粒间的孔隙加大(或减小)，从而发生体积变化。
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1.1.3 土的变形的弹
塑性 • 加载后卸载到原应力状态时，土一般不会恢复到原来的应变状态。其 中有部分应变是可恢复的，部分应变是不可恢复的塑性应变，并且后 者往往占很大比例。
• 主要的应力应变特性: 非线性、弹塑性和剪胀(缩)性 • 主要的影响因素是应力水平(Stress level)、应力路径
(Stress path)和应力历史(Stress history)
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1.1.1 土应力应变关系的 非线性
• 土宏观的变形: 主要由于颗 粒间位置的变化。
表明竖直方向比水平方向的压缩性小。
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• 诱发各向异性: 受到一定的应变后，土颗粒空间位置
变化，土的空间结构改变。结构的变化对于土进一步加载的
应力－应变关系将产生影响，并且不同于初始加载时的应力应变关 系。
正常固结粘土的一种三轴试验： Step1：试样等比固结； Step2：在5个方向施加相同的应力增量， 量测相应的应变增量。
为次固结，长期的次固结可以使土体不断加密而使 正常固结土呈现出超固结土的特性，被称为似超固 结土或“老粘土”。
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1.1.6 影响土应力应变关系的应 力条件
一、应力水平
两层含义： • 1) 指围压的绝对值的大小； • 2) 指应力（常为剪应力）与破坏
值之比，即S=q/qf 。 • 这里应力水平是指围压。
Ei
KPa
3
Pa
K,n－试验参数
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二、应力路径
起点A和终点B 都相同， 路径1: A‐1‐B； 路径2: A‐2‐B。 路径1 发生了较大的轴向应变。 是由于点1 的应力比高于点B， 更接近于破坏线。
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• 中密砂的真三轴试验。
• σ3 ＝300kPa 保持不变，中主应 力不同(b=常数)
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• 对于结构性很强的原状土，如很硬的粘土，可能在一 定的应力范围内，它的变形几乎是“弹性”的，只有到 一定的应力水平时，亦即达到屈服条件时，才会产生 塑性变形。
• 一般土在加载过程中弹性和塑性变形几乎是同时发生
的，没有明显的屈服点，所以亦称为弹塑性材料。
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• 不同应力水平下，由相同应 力增量而引起的应变增量就 不会相同，亦即表现出非线 性。
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• 应变硬化(或加工硬化)：正常固结粘土和松砂 • 应变软化(或加工软化)：密砂和超固结土
• 应变软化过程实际上是一种不稳定过程，有时伴随着应力的局 部化—剪切带的产出现，其应力应变曲线对一些影响因素比
第一章 土体应力应变特性
Deformation Characteristics of soils
土体应力应变特性
1.1 土的应力应变特性
• 土是岩石风化而成的碎散颗粒的集合体，一般包含有 固、液、气三相，在其形成的漫长的地质过程中，受
风化、搬运、沉积、固结和地壳运动的影响，其应 力应变关系十分复杂，并且与诸多因素有关。
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பைடு நூலகம்
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• 土的抗剪强度τf或qf 随着正应力σn或围压σ3增加，但破坏时 的应力比，或者砂土的内摩擦角φ，则常常随着围压的增加 而降低。
• 土的变形模量随着围压而提高的现象，也称为土的压硬 性。——围压所提供的约束对于其强度和刚度是至关重要
的。
• Janbu(1963)年提出初始模量Ei与围n 压 σ3之间的关系：