土的应力应变特性

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1、装订线研究生课程论文题目：浅谈土的应力变形特性学院建筑工程学院学科门类工学专业建筑与土木工程学号20151777姓名杨雪萌指导教师冯震2015年12月25日浅谈土的应力变形特性摘要由于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。其中主要的应力应变特性是其非线性、弹塑性和剪胀（缩）性。主要的影响因素是应力水平、应力路径和应力历史，亦称3S影响。关键词应力应变非线性弹塑性剪胀性1概述土的应力应变关系十分复杂，除了时间外，还有温度、湿度等影响因

2、素。其中时间是一个主要影响因素。与时间有关的土的本构关系主要是指反映土流变性的理论。而在大多数情况下，可以不考虑时间对土的应力——应变和强度（主要是抗剪强度）关系的影响。土的强度是土受力变形发展的一个阶段，即在微小的应力增量作用下，土单元会发生无限大（或不可控制）的应变增量。因而它实际上是土的本构关系的一个组成部分。但在长期的岩土工程实践中，在解决某些土力学问题时，人们常常只关心土体受荷的最终状态，亦即破坏状态。因而土的强度成为土力学中一个独立的领域。几十年关于土的本构关系的研究使人们对土的应力应变特性的认识达到了前所未有的深度；促使人们对土从宏观研究到微观、细观的研

3、究；为解决如高土石坝、深基坑、大型地下工程、桩基础、近海工程和高层建筑中地基、基础和上层建筑共同作用等工程问题提供了更深刻的认识和理论指导。2土的应力应变关系的非线性由于土由碎散的固体颗粒组成，土宏观的变形主要不是由于颗粒本身变形，而是由于颗粒间位置的变化。这样在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。图1表示土的常规三轴压缩试验的一般结果，其中实线表示密实砂土或超固结粘土，虚线表示松砂或正常固结粘土。从图1（a）可以看到，正常固结粘土和松砂的应力随应变增加而增加，但增加速率越来越慢，最后逼近一渐近线；而在密砂和超固结土的试验曲线中，

4、应力开始随应变增加而增加，达到一个峰值之后，应力随应变增加而下降，最后也趋于稳定。在塑性理论中，前者称为应变硬化（或加工硬化），后者称为应变软化（或加工软化）。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。3土的剪胀性由于土是碎散的颗粒集合，在各向等压或等比压缩时，孔隙减少，从而发生较大的体积压缩。这种体积压缩大部分是不可恢复的。在图1（b）中，可以发现，在三轴试验中，对于密

5、砂或强超固结粘土偏差应力σ1-σ3增加引起了轴应变ε1的增加，但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）。由于在常规三轴压缩试验中，平均主应力增量∆p=（σ1-σ3）/3在加载过程中总是正的，不可能是体积的弹性回弹，因而这种体应变只能是由剪应力引起的，被称为剪胀性。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”。土的剪胀性实质上是由于剪应力引起土颗粒间相互位置的变化，使排列变化而而使颗粒间的孔隙加大（或减小），从而发生了体积变化。4土的变形的弹塑性在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

6、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。可以表示为：ε＝εe＋εp其中εe表示弹性应变，εp表示塑性应变。其中单调加载试验曲线用虚线表示；循环加载试验曲线用实线表示。可见每一次应力循环都有可恢复的弹性应变及不可恢复的塑性应变，亦即永久变形。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。图2土在应力循环过程中另一个特性是存在滞回圈，在图2中卸载初期

7、应力应变曲线陡降，减少到一定偏差应力时，卸载曲线变缓，再加载曲线开始陡而随后变缓。这就形成一滞回圈，越接近破坏应力时，这一现象越明显。在图2中另一个值得注意的现象是卸载时试样发生体缩。由于卸载时平均主应力p是减少的，这种卸载体缩显然无法用弹性理论解释。人们认为这主要源于土的剪胀变形的可恢复性和加载引起土结构的变化。总之，即使是在同一应力路径上的卸载－再加载过程，土的变形也并非是完全弹性的。但一般情况下，近似认为是弹性变形。5土应力应变的各向异性和土的结构性所谓各向异性是指在不同方向上材料的物理力学性质不同。由于土在沉积过程中，长宽比大于1的针、片、棒