土體應(yīng)力應(yīng)變特性.ppt

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1、第一章土體應(yīng)力應(yīng)變特性DeformationCharacteristicsofsoils-2-1.1土的應(yīng)力應(yīng)變特性土是巖石風(fēng)化而成的碎散顆粒的集合體，一般包含有固、液、氣三相，在其形成的漫長(zhǎng)的地質(zhì)過程中，受風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積、固結(jié)和地殼運(yùn)動(dòng)的影響，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系十分復(fù)雜，并且與諸多因素有關(guān)。主要的應(yīng)力應(yīng)變特性:非線性、彈塑性和剪脹(縮)性主要的影響因素是應(yīng)力水平(Stresslevel)、應(yīng)力路徑(Stresspath)和應(yīng)力歷史(Stresshistory)-3-1.1.1土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性土宏觀的變形:主要由于顆粒間位置的變化。不同應(yīng)力

2、水平下，由相同應(yīng)力增量而引起的應(yīng)變?cè)隽烤筒粫?huì)相同，亦即表現(xiàn)出非線性。-4-應(yīng)變硬化(或加工硬化)：正常固結(jié)粘土和松砂應(yīng)變軟化(或加工軟化)：密砂和超固結(jié)土應(yīng)變軟化過程實(shí)際上是一種不穩(wěn)定過程，有時(shí)伴隨著應(yīng)力的局部化—剪切帶的產(chǎn)出現(xiàn)，其應(yīng)力應(yīng)變曲線對(duì)一些影響因素比較敏感。由于其應(yīng)力應(yīng)變間不成單值函數(shù)關(guān)系，所以反映土的應(yīng)變軟化的數(shù)學(xué)模型一般形式復(fù)雜，難于準(zhǔn)確反映應(yīng)變軟化的數(shù)值計(jì)算方法也有較大難度。-5-1.1.2土的剪脹性剪脹性(Dilatancy)：密砂或強(qiáng)超固結(jié)粘土偏差應(yīng)力增加引起了軸應(yīng)變的增加，除開始時(shí)少量體積壓縮(正體應(yīng)變)外，發(fā)生明顯的體脹

3、(負(fù)體應(yīng)變)。廣義的剪脹性：指剪切引起的體積變化，包括體脹，也包括體縮。后者也常被稱為“剪縮”。剪脹性實(shí)質(zhì)：由于剪應(yīng)力引起土顆粒間相互位置的變化，使排列變化而使顆粒間的孔隙加大(或減小)，從而發(fā)生體積變化。-6-1.1.3土的變形的彈塑性加載后卸載到原應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，土一般不會(huì)恢復(fù)到原來的應(yīng)變狀態(tài)。其中有部分應(yīng)變是可恢復(fù)的，部分應(yīng)變是不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變，并且后者往往占很大比例。-7-對(duì)于結(jié)構(gòu)性很強(qiáng)的原狀土，如很硬的粘土，可能在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，它的變形幾乎是“彈性”的，只有到一定的應(yīng)力水平時(shí)，亦即達(dá)到屈服條件時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生塑性變形。一般土在加載過程中

4、彈性和塑性變形幾乎是同時(shí)發(fā)生的，沒有明顯的屈服點(diǎn)，所以亦稱為彈塑性材料。-8-1.1.4土應(yīng)力應(yīng)變的各向異性和土的結(jié)構(gòu)性各向異性：指在不同方向上材料的物理力學(xué)性質(zhì)不同。原因：1)定向性2)后期固結(jié)作用：固結(jié)過程中，豎向應(yīng)力與水平應(yīng)力大小不等。-9-土的各向異性主要表現(xiàn)為橫向各向同性，亦即在水平面各個(gè)方向的性質(zhì)大體上是相同的，而豎向與橫向性質(zhì)不同。土的各向異性可分為初始各向異性（Inherentanisotropy）和誘發(fā)各向異性（Inducedanisotropy）。初始各向異性:天然沉積和固結(jié)造成的各向異性-10-等向壓縮試驗(yàn)是檢驗(yàn)初始各向異

5、性的最簡(jiǎn)單方法。試驗(yàn)表明：軸向應(yīng)變小于體應(yīng)變的1/3，εz=(0.17～0.22)εv。表明豎直方向比水平方向的壓縮性小。-11-真三軸儀進(jìn)行常規(guī)三軸試驗(yàn)，不同的方向角，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線是不同的。-12-誘發(fā)各向異性:受到一定的應(yīng)變后，土顆?？臻g位置變化，土的空間結(jié)構(gòu)改變。結(jié)構(gòu)的變化對(duì)于土進(jìn)一步加載的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系將產(chǎn)生影響，并且不同于初始加載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。正常固結(jié)粘土的一種三軸試驗(yàn)：Step1：試樣等比固結(jié)；Step2：在5個(gè)方向施加相同的應(yīng)力增量，量測(cè)相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽?。結(jié)果：不同方向應(yīng)力增量引起的應(yīng)變?cè)隽糠较蚝痛笮《疾煌颍撼跏疾坏认蚬?/p>

6、結(jié)所引起的各向異性是主要原因。-13-原狀天然土的各向異性強(qiáng)烈，比較復(fù)雜。原狀土的各向異性常常是其結(jié)構(gòu)性的一個(gè)方面的表現(xiàn)。土的結(jié)構(gòu)性：由于土顆粒的空間排列集合及土中各相間和顆粒間的作用力造成的。結(jié)構(gòu)性可以明顯提高土的強(qiáng)度和剛度。對(duì)于粘性土更重要。取樣和其他擾動(dòng)會(huì)破壞原狀土的結(jié)構(gòu)。原狀粘土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與擾動(dòng)重塑土強(qiáng)度之比稱為靈敏度，它是粘性土的結(jié)構(gòu)性的一個(gè)指標(biāo)。土的結(jié)構(gòu)是土的組成成分、空間排列和粒間作用力的綜合特性。-15-1.1.5土的流變性與土的流變性有關(guān)的現(xiàn)象是土的蠕變與應(yīng)力松弛蠕變：指在應(yīng)力狀態(tài)不變條件下，應(yīng)變隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)的現(xiàn)象；應(yīng)力

7、松弛：指維持應(yīng)變不變，材料內(nèi)應(yīng)力隨時(shí)間逐漸減小的現(xiàn)象。-16-粘性土的蠕變性隨著其塑性、活動(dòng)性和含水量的增加而加劇。側(cè)限壓縮條件下，由于土的流變性而發(fā)生的壓縮稱為次固結(jié)，長(zhǎng)期的次固結(jié)可以使土體不斷加密而使正常固結(jié)土呈現(xiàn)出超固結(jié)土的特性，被稱為似超固結(jié)土或“老粘土”。-17-1.1.6影響土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的應(yīng)力條件一、應(yīng)力水平兩層含義：1)指圍壓的絕對(duì)值的大??；2)指應(yīng)力（常為剪應(yīng)力）與破壞值之比，即S=q/qf。這里應(yīng)力水平是指圍壓。-18-土的抗剪強(qiáng)度τf或qf隨著正應(yīng)力σn或圍壓σ3增加，但破壞時(shí)的應(yīng)力比，或者砂土的內(nèi)摩擦角φ，則常常隨著圍壓

8、的增加而降低。土的變形模量隨著圍壓而提高的現(xiàn)象，也稱為土的壓硬性?！獓鷫核峁┑募s束對(duì)于其強(qiáng)度和剛度是至關(guān)重要的。Janbu(1963)年提出初始模