岩土体稳定理论极限稳定分析（精品ppt）课件

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1、路基工程理论与技术TheoryandTechnologyofSubgradeEngineering主讲教师：王连俊教师单位：土建学院道铁系授课班级：道铁2010硕士授课学时：32学时授课时间：8周（10.11-12）7/14/20211第5章极限稳定分析如果忽略材料的强化和物体由于变形而引起的几何尺寸改变，则当外力达到某值时，理想塑性体可在外力不变的情况下，发生无限制的塑性变形——塑性流动。这时，就称物体处于极限状态，或者说，物体濒临塑性破坏状态。与极限状态或破坏状态相对土的荷载叫做物体的极限荷载(或极限承载能力)或破坏荷载。本章将主要介绍理想塑性体处

2、于极限状态的原理，即是所谓上限和下限原理；另外也要涉及到滑移场理论和极限平衡理论。7/14/202125.1塑性和破坏5.1.1土的破坏型式作用于土体上的面力和体力系将引起土体内部的应力与应变的变化。应变的变化常常有一部分是弹性的，并立即可以恢复，但也可以产生一部分不可恢复的显著的塑性应变(在部分发生屈服)。当外力增加时，土体内有些部分可渐渐达到其抗剪强度极限。一旦这一部分足够扩大，以致形成不稳定的机理，就将发生无限制的屈服。只要能够保持外力，则不管土体的几何形状怎样改变，这个屈服将是连续增加的。这个无限制屈服(不稳定的)称为破坏。7/14/20213

3、总的说来，土的破坏与土类、土的物理状态，外荷条件，加荷速率等等有关。其型式可分为断裂破坏和剪切破坏两大类。在剪切破坏型式中又可分为脆性剪断和塑性流动两类。例如强超固结粘土在低б3条件下，或qu试验中可得到断裂破坏的型式，而正常固结粘土则一般多呈塑性流动破坏的型式。7/14/202145.1.2土的破坏与屈服如前所述，屈服与破坏并不是同一概念。屈服是指：土的弹性变形的上限，超过屈服点，土并不一定破坏，从屈服到破坏之间有一个塑性变形的范围。只有像坚硬岩石那样的脆性材料，则往往破坏之前，只有弹性变形。一旦超过弹性极限立即产生破坏。对这种材料才可定义为：屈服即

4、破坏，如图10—1(a)所示。图10—1各类土的屈服和破坏7/14/20215理想的线弹性——完全塑性体(图10—1(b))，不是脆性材料。当达到弹性极限之后，会产生连续不断的流动变形。因此，对于这种材料，可以认为弹性变形与塑性变形的界限十分清楚，屈服点也等于塑性流动的起始点，最后这种材料要趋于破坏。由于屈服条件与应变无关，在此情况下，屈服条件与破坏条件是相同的。然而，实际的土十分复杂，如图10—1(c)所示，达到a点以后，一般都属于塑性变形，这种情况要定义实际土的屈服点和破坏点十分困难。应变软化或塑性流动的(A)类土虽破坏极限较明确(即a点)，但以a

5、点为屈服点就不十分准确；应变硬化(B)类土，则破坏点不易确定，屈服点就更不明确了。7/14/202165.1.3土的破坏状态分析引起土体破坏的外力系称为破坏荷载或极限荷载。原则上平衡条件和应变相容条件以及材料的应力应变性状就足够决定破坏前的应力和位移的分布。实际上，土的应力—应变性状是如此复杂而且与荷载历史有关，以致在进行土工结构物的分析时，常常需要加以大力简化。另一方面，由于我们只要求结构物的破坏荷载，则可以不考虑具体的加载历史而直接采用极限原理求解。这样只考虑极限状态的方法不但比较简单，而在实际问题中又有一定的意义。7/14/20217如果采用塑性

6、理论中的极限分析方法来研究土在塑性区内的应力和应变率问题，就必须将实际土简化为理想完全塑性材料，即将图10—1(c)的应变软化实曲线简化为一种塑性体应力—应变关系线(即图10—1(c)中虚线)。7/14/20218其关键问题在于折点如何选择，若土体中各点应变均匀，这种土将在相同时刻发展其峰值强度，塑性区内最大平均强度，接近峰值强度，则折点可取峰值点；若土体的大部分要经历较大的塑性应变才破坏，塑性区的平均强度更接近于残余强度，则折点应取残余强度或终值。所以在土的极限分析中，常采用下面几个假定：1．屈服条件与应变无关，不考虑弹性阶段的变形。2．没有强化效应

7、和应变软化现象，屈服条件与破坏条件相同。3．变形足够小，变形前后都能使用同一个平衡方程。4．在获得极限(破坏)—荷载前，土体不失去稳定性。7/14/20219在土的极限分析中，主要应该求出极限荷载的大小，即要知道土体在极限状态下，能承受多大的荷载，如果超过这个荷载值，土体即将破坏，当由完全塑性材料组成的土体处于破坏点时，土体的某区域必定已经达到其抗剪强度极限(即超过了屈服点)。这个区域必须足够的大，以便形成不稳定机理。例如地基稳定性被破坏后，至少基础底面以下和两侧有相当大的区域达到了极限状态，荷载也达到了极限，于是形成了不稳定机理。在这个塑性区域中，应

8、力与应变分量必须满足：1.平衡条件；2.屈服条件；3.控制屈服应力分量与应变速率之间关系的流动