土體應力應變特性.ppt

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

2、水平下，由相同應力增量而引起的應變增量就不會相同，亦即表現(xiàn)出非線性。-4-應變硬化(或加工硬化)：正常固結粘土和松砂應變軟化(或加工軟化)：密砂和超固結土應變軟化過程實際上是一種不穩(wěn)定過程，有時伴隨著應力的局部化—剪切帶的產出現(xiàn)，其應力應變曲線對一些影響因素比較敏感。由于其應力應變間不成單值函數關系，所以反映土的應變軟化的數學模型一般形式復雜，難于準確反映應變軟化的數值計算方法也有較大難度。-5-1.1.2土的剪脹性剪脹性(Dilatancy)：密砂或強超固結粘土偏差應力增加引起了軸應變的增加，除開始時少量體積壓縮(正體應變)外，發(fā)生明顯的體脹

3、(負體應變)。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”。剪脹性實質：由于剪應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力狀態(tài)時，土一般不會恢復到原來的應變狀態(tài)。其中有部分應變是可恢復的，部分應變是不可恢復的塑性應變，并且后者往往占很大比例。-7-對于結構性很強的原狀土，如很硬的粘土，可能在一定的應力范圍內，它的變形幾乎是“彈性”的，只有到一定的應力水平時，亦即達到屈服條件時，才會產生塑性變形。一般土在加載過程中

4、彈性和塑性變形幾乎是同時發(fā)生的，沒有明顯的屈服點，所以亦稱為彈塑性材料。-8-1.1.4土應力應變的各向異性和土的結構性各向異性：指在不同方向上材料的物理力學性質不同。原因：1)定向性2)后期固結作用：固結過程中，豎向應力與水平應力大小不等。-9-土的各向異性主要表現(xiàn)為橫向各向同性，亦即在水平面各個方向的性質大體上是相同的，而豎向與橫向性質不同。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:天然沉積和固結造成的各向異性-10-等向壓縮試驗是檢驗初始各向異

5、性的最簡單方法。試驗表明：軸向應變小于體應變的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-真三軸儀進行常規(guī)三軸試驗，不同的方向角，應力應變關系曲線是不同的。-12-誘發(fā)各向異性:受到一定的應變后，土顆?？臻g位置變化，土的空間結構改變。結構的變化對于土進一步加載的應力－應變關系將產生影響，并且不同于初始加載時的應力應變關系。正常固結粘土的一種三軸試驗：Step1：試樣等比固結；Step2：在5個方向施加相同的應力增量，量測相應的應變增量。結果：不同方向應力增量引起的應變增量方向和大小都不同原因：初始不等向固

6、結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烈，比較復雜。原狀土的各向異性常常是其結構性的一個方面的表現(xiàn)。土的結構性：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。結構性可以明顯提高土的強度和剛度。對于粘性土更重要。取樣和其他擾動會破壞原狀土的結構。原狀粘土無側限抗壓強度與擾動重塑土強度之比稱為靈敏度，它是粘性土的結構性的一個指標。土的結構是土的組成成分、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的現(xiàn)象是土的蠕變與應力松弛蠕變：指在應力狀態(tài)不變條件下，應變隨時間逐漸增長的現(xiàn)象；應力

7、松弛：指維持應變不變，材料內應力隨時間逐漸減小的現(xiàn)象。-16-粘性土的蠕變性隨著其塑性、活動性和含水量的增加而加劇。側限壓縮條件下，由于土的流變性而發(fā)生的壓縮稱為次固結，長期的次固結可以使土體不斷加密而使正常固結土呈現(xiàn)出超固結土的特性，被稱為似超固結土或“老粘土”。-17-1.1.6影響土應力應變關系的應力條件一、應力水平兩層含義：1)指圍壓的絕對值的大??；2)指應力（常為剪應力）與破壞值之比，即S=q/qf。這里應力水平是指圍壓。-18-土的抗剪強度τf或qf隨著正應力σn或圍壓σ3增加，但破壞時的應力比，或者砂土的內摩擦角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束對于其強度和剛度是至關重要的。Janbu(1963)年提出初始模