3影响土强度的内部因素

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1、第三章土的强度的非线性反应3.3影响土强度的内部因素影响土的强度的因素很多，土的抗剪强度及其影响因素的关系可以定性地写成以下公式：其中e为土的孔隙比，C代表土的组成，H代表应力历史，T表示温度，ε和分别表示应变和应变率，S表示土的结构。c和φ为粘聚力及内摩擦角，它们可以通过不同的试验确定，它也包含了排水条件、加载速率、围压范围、应力条件及应力历史等因素。可见式（3.3.1）式只是一个一般表达式，不可能写成具体函数形式，同时其中各种因素并不独立，可能相互重叠。纵观式（3.3.1），可以发现各种影响因素可以分为两大类，一类是土本身的因素，主要是其物理性质；另一类是外界

2、条件，主要是应力应变条件。前者可称为内因，后者可称为外因。1．内部因素影响土强度的内部因素又可以分为土的组成（C）、状态（e）和结构（S）。其中土的组成是影响土强度的最基本因素，其中包括：土颗粒的矿物成分、颗粒大小与级配、颗粒形状、含水量（饱和度）以及粘性土的离子和胶结物种类等因素。土的状态是影响土强度的重要因素，比如砂土的相对密度大小是其咬合及因此产生的剪胀、颗粒破碎及重排列的主要影响因素；同样粘土的孔隙比和土颗粒的比表面积决定了粘土颗粒间的距离，这又影响了土中水的形态及颗粒间作用力，从而决定粘性土粘聚力的大小。土的结构本身也受土的组成影响。原状土的结构性，特别

3、是粘性土的絮凝结构使原状土强度远大于重塑土的强度，是不可忽视的影响因素。2．外部因素除了温度以外，外部因素主要是指应力应变因素。包括：应力状态（围压、中主应力）、应力历史、主应力方向、加载速率及排水条件。它们又主要是通过改变土的物理性质而影响土的强度。这些因素对于不同土的强度的影响十分复杂，有些是目前仍需要进一步研究的课题。3.3.1影响土强度的内部因素——一般物理性质影响1．颗粒矿物成分的影响如上所述，不同矿物之间的滑动摩擦角是不同的。对于粘土矿物，滑动摩擦角是高岭土>伊利土>蒙脱土。但实际粘土的抗剪强度还与结合水及双电层性质有关。土的总内摩擦角也是高岭土>伊利

4、土>蒙脱土。对于粗粒土，含有中性矿物的土，如云母、泥岩等，其滑动摩擦角明显变小。另外，由软弱矿物颗粒组成的土，在较密实状态及较高围压下，相互咬合的颗粒更容易折断和破碎而不是被拔出和翻转引起剪胀，因而软弱矿物抑制了土的剪胀，从而降低了土的抗剪强度。比如由风化岩组成的碎石及堆石其强度包线明显非线性，随着围压增加包线斜率变小，这是由于在较高围压下颗粒的破碎引起的。正常固结粘土中粘土矿物及塑性指数与正常固结粘土抗剪强度关系见图3-3-1。82．粗粒土颗粒的几何性质对于粗粒土，在孔隙比相同及级配相似时，颗粒尺寸的大小对土强度的影响有两个方面：一方面大尺寸颗粒具有较强的咬合，

5、可能增加土的剪胀，从而提高强度；另一方面，大尺寸颗粒在单位体积中颗粒间接触点少，接触点上应力加大，颗粒更容易破碎，从而减少剪胀，降低了土的强度。对于砂土，如果均匀的细砂与粗砂具有相同的孔隙比，二者的内摩擦角φ基本相同。但由于细砂的emin要大，所以这时细砂的相对密度Dr要高。所以在相同相对密度是，粗砂的φ比细沙的大一些。对于堆石坝坝体材料，由于其颗粒尺寸很大，难于用三轴试验等仪器直接试验确定其强度及应力应变关系，这样就有多种方法将颗粒尺寸缩小进行模拟（试验中有所介绍），但这种尺寸缩小对强度的影响还是一个尚待解决的问题。在其他条件相同时，颗粒表面糙度增加将会增加砂土

6、的内摩擦角。粗粒土的针、片状形状及棱角加强了颗粒间的咬合作用，从而可提高其内摩擦角。可是另一方面其针片状颗粒更易于折断，棱角处也可能因局部接触应力很大而折损。当围压不是很高时，在同样的围压下，砂土由于单位体积接触点多，颗粒破碎一般不严重，其棱角使抗剪强度增加，碎石土由于单位体积内接触点少，接触应力大，有棱角及针片状颗粒更易破碎，所以其强度提高不明显。在密实状态下，大粒径卵石土有时比碎石土强度高。因此，颗粒尺寸对强度的影响大小也与颗粒矿物、围压等因素有关。3．土的组成的其他因素粗粒土的级配对于其抗剪强度也有较大影响。两种相对密度相同的砂，级配较好的砂孔隙比e要小，咬

7、合作用也比较强；另一方面对于级配良好的土，单位体积中颗粒接触点多，接触应力小，颗粒破碎少，剪胀量加大，所以抗剪强度高。在不考虑孔隙水压力情况下，干砂与饱和砂土的抗剪强度相差不大；在其他条件相同时，干砂的内摩擦角可能比湿砂高1°－2°，但一般认为二者是相同的。4．土的状态对于砂土，其孔隙比或者相对密度可能是影响其强度的最重要因素。孔隙比小，或者相对密度大的砂土有较高的抗剪强度。由于正常固结粘土的强度包线过原点，所以孔隙比对粘土强度指标的影响通常表为其应力历史即超固结比的影响。关于孔隙比与砂土及粘土强度的关系将在以下两节讨论。5．土的结构（最好详细介绍）土的结构对于土

8、的抗剪强度