非飽和土有效應(yīng)力(學(xué)會).ppt

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1、非飽和土有效應(yīng)力的新探討一、對于非飽和土，有效應(yīng)力問題的研究既要遵循著名的飽和土有效應(yīng)力的實質(zhì)性原則(有效應(yīng)力應(yīng)是由土骨架傳遞并能引起土變形和強(qiáng)度變化的應(yīng)力),又要考慮非飽和土一系列的特殊性質(zhì)(三相性與結(jié)構(gòu)性)1、從固相角度分析僅由土骨架傳遞，但不能使土發(fā)生變形的應(yīng)力不能視為完整意義上的有效應(yīng)力非飽和土的有效應(yīng)力應(yīng)是骨架傳遞的應(yīng)力和結(jié)構(gòu)性阻抗應(yīng)力之差骨架傳遞的應(yīng)力達(dá)到結(jié)構(gòu)性阻抗應(yīng)力才是非飽和土有效應(yīng)力的起點2、從液相角度分析非飽和土孔隙流體中的液相與在飽和土中唯一存在的孔隙水不同，它不能均衡地作用在

2、土粒周圍，即不能只顯示中性壓力的作用，而不參與土骨架的變形和強(qiáng)度。3、從氣相角度分析非飽和土孔隙流體中的氣相，具有非常明顯的可壓縮性，它的存在使土在沒有水和氣排出時，也會使土骨架在有外荷作用時，立即承受一部分相應(yīng)的荷載。4、從三相綜合分析當(dāng)外荷作用后，土骨架會立即承受一部分荷載，到這個荷載開始超過土的結(jié)構(gòu)性阻抗應(yīng)力時，才會使土開始發(fā)生變形。此后，荷載的增長將首先使孔隙氣相發(fā)生壓縮，導(dǎo)致土的變形。土變形過程中，孔隙氣壓力，孔隙水壓力或水－氣交界面，或收縮膜所受的表面張力，要發(fā)生新的調(diào)整達(dá)到新的平衡。荷

3、載的逐級增長均會引起有效應(yīng)力與水、氣應(yīng)力成分之間在量上的逐級調(diào)整。對應(yīng)于每級荷載都有一個達(dá)到平衡時的有效應(yīng)力與孔隙壓力，這時的孔隙壓力才具有中和應(yīng)力的性質(zhì)，可稱為綜合流體壓力或等效孔隙壓力。因此，孔隙水壓力和孔隙氣壓力作用是非偏性應(yīng)力，它們對骨架的作用，因其一般分別作用于它與土粒部分的、不等的，而且是非對稱的接觸面上，故它們對土變形的影響并不能顯示出非偏性應(yīng)力的特性，而是作用力系中一種既有方向性，又有動態(tài)變化性的力，會影響到綜合應(yīng)力狀態(tài)，或球應(yīng)力和偏應(yīng)力的變化，即不應(yīng)一般地將它們的差值再視為非偏性應(yīng)

4、力。只有當(dāng)它們在量上通過與實際情況相一致的調(diào)整后所形成的非有效應(yīng)力部分，即綜合流體壓力，或等效孔隙壓力才可視為非偏性應(yīng)力。5、非飽和土的有效應(yīng)力可以寫為式中為外荷引起的總應(yīng)力為土結(jié)構(gòu)性的阻抗應(yīng)力為土的有效應(yīng)力為綜合孔隙流體應(yīng)力（等效孔隙應(yīng)力）對于飽和土，如結(jié)構(gòu)阻抗應(yīng)力很小，可以忽略不計時，有，得即著名的飽和土有效應(yīng)力原理的表達(dá)式。二、土受到外荷后的有效應(yīng)力狀態(tài)與土性相關(guān)應(yīng)是松散多孔多相介質(zhì)有別于其它固體連續(xù)介質(zhì)的基本特性。1.飽和土的有效應(yīng)力原理，“提示了碎散顆粒材料與連續(xù)固體材料在應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系上

5、的重大區(qū)別，是土力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的重要標(biāo)志”，它的根本特點是界定了飽和土有效應(yīng)力這一重要的概念，使與土性變化無關(guān)的總應(yīng)力和與土性變化密切相關(guān)的孔隙水壓力聯(lián)系了起來。2、對于非飽和土，有效應(yīng)力也不例外地必須與土性變化所對應(yīng)的應(yīng)力變化相聯(lián)系，這不僅應(yīng)無可非議，而且是必由之路。如果對飽和土體，要確定它的有效應(yīng)力就必須先把壓縮定理（實際上是應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系）引入，并通過固結(jié)理論來求得孔隙水壓力（太沙基的滲透固結(jié)理論正是這種處理方法的典型），那么，對非飽和土體，要確定它的有效應(yīng)力也就必須先通過把相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)

6、系，平衡條件,尤其是水、氣的連續(xù)條件相聯(lián)系的非飽和土固結(jié)理論來求解符合調(diào)整平衡條件,即綜合孔隙流體應(yīng)力條件的孔隙水壓力和孔隙氣壓力。因此，對飽和土和非飽和土，只要承識它是松散、多孔、多相介質(zhì)，真正的有效應(yīng)力必須與上述同本構(gòu)關(guān)系等一系列條件相協(xié)調(diào)的孔隙水壓力和孔隙氣壓力相聯(lián)系(間接地將本構(gòu)關(guān)系引入了有效應(yīng)力）.換句話說，有效應(yīng)力的大小應(yīng)與變形的大小、應(yīng)力路徑及增濕、減濕的變化有關(guān)。試驗按變形與強(qiáng)度確定得到的有效應(yīng)力會有明顯的不同正好表明了這一種基本特性的存在。三、對于非飽和土，結(jié)構(gòu)性也像收縮膜一樣同樣

7、都是需要正確面對的重要因素。結(jié)構(gòu)性阻抗應(yīng)力來源于土經(jīng)過不同的沉積環(huán)境和應(yīng)力應(yīng)變歷史所形成的濕密構(gòu)狀態(tài)下所具有的吸力（基質(zhì)吸力及滲透吸力）、膠結(jié)力和嵌固力（咬合力）等的綜合作用。它們在性質(zhì)上都具有一定抵抗土發(fā)生變形的能力，亦可稱為廣義吸力，或更確切地稱為廣義結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。從概念上對各種結(jié)構(gòu)阻抗應(yīng)力的成分可以而且必需作出明顯的區(qū)分，以便揭示結(jié)構(gòu)性阻抗應(yīng)力的本質(zhì)，避免片面性，但在實際上要將它們一一區(qū)分并加以量測不僅是相當(dāng)困難的，而且是沒有必要的。考慮到這種廣義結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的性質(zhì)，就不難理解用Bishop的有效應(yīng)力

8、公式整理試驗資料時，會出現(xiàn)?值大于1或小于零，Donald的試驗會得出砂土在吸力增大并超過某一數(shù)值后抗剪強(qiáng)度會出現(xiàn)下降，以及浸水使?jié)裣菪渣S土的吸力降低，卻會出現(xiàn)大量附加變形等現(xiàn)象的根據(jù)所在。四.對于非飽和土，吸力是一種只能由它自身的基本物理本質(zhì)因素，即粒度、密度、濕度和構(gòu)度所決定的屬性力。只有土的本質(zhì)因素改變（輸入）才引起吸力的改變（輸出）。人為地用改變孔隙水壓力或孔隙氣壓力使土的吸力改變到某一數(shù)值，可以來源于不同的輸入，即孔隙水壓力或孔隙氣壓力的變化可以來源于不同