论土的颗粒与土骨架

《论土的颗粒与土骨架》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、论土的颗粒与土骨架2015-10-2015:26  来源：中国岩土网  阅读：2164土力学中有一个常用的概念，即土骨架，但多数教材与教师没有讲清何谓“土骨架”，它与土的颗粒有什么关系。一些人似乎认为土骨架就是土颗粒，这对吗？论土的颗粒与土骨架李广信土力学中有一个常用的概念，即土骨架，但多数教材与教师没有讲清何谓“土骨架”，它与土的颗粒有什么关系。一些人似乎认为土骨架就是土颗粒，这对吗？其实土骨架与土颗粒的关系就像钢丝网与钢丝的关系一样，是完全不同的概念。正确的理解应当是：土骨架是由土颗粒相互接触形成的构架体，其孔隙中充

2、满了孔隙流体（液态或气态）。土骨架据有整个土体的体（面）积。土骨架像一个丝瓜瓤一样是一个宏观的整体。或者恐怖一点说，就像一个人的骨架，比如白骨精披一张皮，就是一个人：一个美女，一个老太婆，或者一个老大爷。所以对于干土，土骨架的密度就是土的干密度；而土颗粒的密度等于颗粒矿物的比重乘以的纯水的密度，即土骨架的密度等于，而土颗粒的密则等于，见图1.把一个单位体积的土骨架放入水中，亦即在饱和土中，土骨架的重量扣除土骨架中的颗粒的浮力后 ，可见土骨架的浮重度就是土体的浮重度 。图1饱和图三相换算草图应当注意的是，在以土骨架为隔离体

3、时，不能计入其中包含的孔隙水、气。我们知道渗透力j是渗透水流作用于单位体积土骨架上的力。在有向上的渗流时，取单位体积的土骨架为隔离体，其竖向的平衡条件是从此可以推导出流土的临界水力坡降为：可见在饱和土中，单位体积土骨架的重量为而不是，也不是。其实在土力学中，土的变形、强度、渗流特性都决定于土骨架的变形、强度和结构特性。而土颗粒的变形几乎可以忽略；土颗粒的强度为组成颗粒的矿物的强度，远高于土的强度；颗粒也是不透水的。因而有效应力原理认为：影响土体变形与强度的是作用于土骨架上的有效应力，而有效应力正是作用于单位土骨架面积上的

4、力。土骨架与土颗粒在很多情况下所起的作用是不同的。我指导研究生作过模拟碎石桩复合地基的试验，见图2。这是把直径为20mm的碎石柱放在直径为100mm的黏性土试样中心，组成大三轴复合试样，研究碎石桩复合地基承载力提高的原理。这个试验的顶帽下部有一圆形橡皮膜，膜后是一个充水的压力室，控制碎石柱与整个试样有相同的应变，同时量测碎石柱上的竖向应力。图2碎石桩复合地基模拟试验图3表示的是试验测得的5种不同的应力应变关系曲线：①是复合试样中碎石的应力应变曲线，②是与复合试样同密度,同围压纯碎石试样的曲线，③是与复合试样同密度纯黏性土

5、试样的曲线，④是复合试样中黏土的曲线，⑤是平均重度与复合试样相同的碎石颗粒＋纯黏土混合试样的曲线。这里有一个奇怪的现象，那就是混合试样的曲线⑤既低于复合试样中黏土的曲线④，也低于纯黏土试样的曲线③。对于之一现象我们探讨了很久，后来发现这是有道理的。图3不同的应力应变关系曲线   (a)混合试样⑤   (b)复合试样②与④    (c)纯黏土试样③图3三种试样的比较在图3(b)中，复合试样中的碎石柱干密度为=1.67g/m3，黏土的干密度为=1.52g/m3，复合试样的平均干密度为=1.544g/m3；在图(c)中，纯黏土

6、的干密度为=1.52g/m3；而在图(a)中，混合试样的平均干密度是=1.544g/m3，但由于碎石呈颗粒状“悬浮”在黏土中，颗粒的密度等于颗粒的比重，即单个颗粒的=2.67g/m3，这样算下来黏土的干密度只有=1.42g/m3，由于碎石颗粒悬浮在黏土的基质中，试样的强度由黏土决定，并且其干密度远小于=1.52g/m3，所以图(a)的强度最低就不可避免了。见图4。图4混合试样与复合试样中的干密度这就发现一个有意义的现象，即复合试样中碎石形成骨架，使复合试样抗剪强度远高于同密度的纯黏土，结果是复合试样的强度提高，而在混合试

7、样中，碎石颗粒呈单粒被黏土所包围，没有形成骨架，对整体强度没有贡献，并且拖累得黏土干密度减小，致使强度最低。这种现象与战争中的军队相似，队伍与作为单兵的战士是不同的。以一个以连排班成建制的队伍，具有战斗力，所谓“建制”就是骨架。而散兵游勇就形不成战斗力。南北朝时的秦晋淝水之战，前秦皇帝苻坚统帅大军号称百万，到达长江北岸，踌躇满志，自信地说：“滚滚江水，投鞭可断”。而东晋的谢安、谢玄等只以8万兵马在南岸迎敌。他们要求苻坚兵马稍稍后退，以便东晋人马过江决战，结果，骄傲的秦军大兵后退，待东晋过江后两军列阵决战。可是晋军过江立即

8、发起攻击，处于后退中的秦军猝不及防，又赶上大将符融由于在混乱中战马失蹄而被杀，朱序大喊“秦兵败矣！”队伍大乱，成为一群散兵。由土骨架溃散为一堆土颗粒，毫无战斗力，“八公山下，草木皆兵”讲的就是这场战役，其实百万兵马中不少是互相踩踏而亡。可见土骨架与土颗粒的巨大差别。孙悟空棒打白骨精三次，可是都没有把其骨架打散，结果是