土体应力应变特性.ppt

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1、第一章土体应力应变特性DeformationCharacteristicsofsoils-2-1.1土的应力应变特性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。主要的应力应变特性:非线性、弹塑性和剪胀(缩)性主要的影响因素是应力水平(Stresslevel)、应力路径(Stresspath)和应力历史(Stresshistory)-3-1.1.1土应力应变关系的非线性土宏观的变形:主要由于颗粒间位置的变化。不同应力

2、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。-4-应变硬化(或加工硬化)：正常固结粘土和松砂应变软化(或加工软化)：密砂和超固结土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。-5-1.1.2土的剪胀性剪胀性(Dilatancy)：密砂或强超固结粘土偏差应力增加引起了轴应变的增加，除开始时少量体积压缩(正体应变)外，发生明显的体胀

3、(负体应变)。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”。剪胀性实质：由于剪应力引起土颗粒间相互位置的变化，使排列变化而使颗粒间的孔隙加大(或减小)，从而发生体积变化。-6-1.1.3土的变形的弹塑性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。-7-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

4、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。-8-1.1.4土应力应变的各向异性和土的结构性各向异性：指在不同方向上材料的物理力学性质不同。原因：1)定向性2)后期固结作用：固结过程中，竖向应力与水平应力大小不等。-9-土的各向异性主要表现为横向各向同性，亦即在水平面各个方向的性质大体上是相同的，而竖向与横向性质不同。土的各向异性可分为初始各向异性（Inherentanisotropy）和诱发各向异性（Inducedanisotropy）。初始各向异性:天然沉积和固结造成的各向异性-10-等向压缩试验是检验初始各向异

5、性的最简单方法。试验表明：轴向应变小于体应变的1/3，εz=(0.17～0.22)εv。表明竖直方向比水平方向的压缩性小。-11-真三轴仪进行常规三轴试验，不同的方向角，应力应变关系曲线是不同的。-12-诱发各向异性:受到一定的应变后，土颗粒空间位置变化，土的空间结构改变。结构的变化对于土进一步加载的应力－应变关系将产生影响，并且不同于初始加载时的应力应变关系。正常固结粘土的一种三轴试验：Step1：试样等比固结；Step2：在5个方向施加相同的应力增量，量测相应的应变增量。结果：不同方向应力增量引起的应变增量方向和大小都不同原因：初始不等向固

6、结所引起的各向异性是主要原因。-13-原状天然土的各向异性强烈，比较复杂。原状土的各向异性常常是其结构性的一个方面的表现。土的结构性：由于土颗粒的空间排列集合及土中各相间和颗粒间的作用力造成的。结构性可以明显提高土的强度和刚度。对于粘性土更重要。取样和其他扰动会破坏原状土的结构。原状粘土无侧限抗压强度与扰动重塑土强度之比称为灵敏度，它是粘性土的结构性的一个指标。土的结构是土的组成成分、空间排列和粒间作用力的综合特性。-15-1.1.5土的流变性与土的流变性有关的现象是土的蠕变与应力松弛蠕变：指在应力状态不变条件下，应变随时间逐渐增长的现象；应力

7、松弛：指维持应变不变，材料内应力随时间逐渐减小的现象。-16-粘性土的蠕变性随着其塑性、活动性和含水量的增加而加剧。侧限压缩条件下，由于土的流变性而发生的压缩称为次固结，长期的次固结可以使土体不断加密而使正常固结土呈现出超固结土的特性，被称为似超固结土或“老粘土”。-17-1.1.6影响土应力应变关系的应力条件一、应力水平两层含义：1)指围压的绝对值的大小；2)指应力（常为剪应力）与破坏值之比，即S=q/qf。这里应力水平是指围压。-18-土的抗剪强度τf或qf随着正应力σn或围压σ3增加，但破坏时的应力比，或者砂土的内摩擦角φ，则常常随着围压

8、的增加而降低。土的变形模量随着围压而提高的现象，也称为土的压硬性。——围压所提供的约束对于其强度和刚度是至关重要的。Janbu(1963)年提出初始模