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2.3.2 土的应力变形特性2课程教案、知识点、字幕

同学们好

下面我们学习“土的基本变形特性”

基本特性是指直接影响土的应力应变关系

最根本的性质

在各种不同的土类中

性质最简单的是饱和重塑正常固结黏土

可以认为土的基本特性

是体现在最简单的

饱和重塑正常固结黏土中的

最主要的特性

饱和重塑正常固结黏土

最主要的特性表现为如下的4个方面

第一

非线性

其应力应变关系

从开始就不是线弹性的

表现出显著的非线性

第二

压硬性

指随平均应力p的增加

土体变得密实

压缩模量提高的特性

剪胀性

指土体受广义剪应力q加载时

伴有体积变化的特性

第四

摩擦性

指土的抗剪强度qf

随平均正应力p的增加而增大

比值qf/p保持常量

以上这四种基本特性

是土与其它材料的根本区别

直接控制着土的应力应变关系

是我们建立土的本构关系时

首先需要重点考虑的特性

我们首先来看图的第一个基本变形特性

非线性

土体变形的非线性是指

土的应力应变关系

通常是从开始就不是线弹性的

我们知道土体是由碎散的固体颗粒组成的

土宏观的变形主要不是土颗粒本身的变形

而是由于土颗粒之间位置的变化所致

这样在不同应力水平下

有相同应力增量

而引起的应变增量就不会相同

因而表现出变形的非线性

这张图表示了土的常规三轴压缩试验

典型的试验结果

从图中可以看到

土体三轴试验的应力应变曲线

有两种基本的形式

第一种以正常固结黏土

或松砂的试验结果为代表

其基本特点是偏差应力

随轴向应变的增加而增大

但增大的速率越来越慢

曲线不存在峰值

最后逐步逼近于渐近线

在塑性理论中

这种类型的应力应变曲线

我们一般称为应变硬化

或者加工硬化型

第二种

以超固结黏土或密砂的试验结果为代表

其基本特点是在开始阶段

偏差应力随轴向应变的增加而增大

逐步达到一个峰值

之后

偏差应力随轴向应变的增加反而下降

最后也趋于一个稳定值

在塑性理论中

这种类型的应力应变曲线

我们一般称为应变软化

或者加工软化型

此外

土体在加载后

卸载到原应力状态时

土样一般不会恢复到原来的应变状态

其中有一部分应变是可恢复的

另外的部分应变则是不可恢复的塑性应变

并且后者往往占更大的比例

图中表示的是

承德中密砂

这是一种均匀的细砂

在σ3=100kPa下

单调加载和循环加载的三轴试验结果

可见

每一次的应力循环都有可恢复的弹性应变

εe

即不可恢复的塑性应变

εp

土样在加载过程中一般弹性和塑性变形

几乎是同时发生的

没有明显的屈服点

从这种现象上看

土体表现出弹塑性材料的典型特征

因此在建立土的本构模型时

许多学者就选择弹塑性理论作为理论基础

土体在应力循环过程中

还存在着许多有趣的现象

其中之一是存在着滞回圈

如图中所示

在卸载初期应力应变曲线陡降

减少到一定偏差应力时

卸载曲线变缓

但在再加载过程中

曲线开始段较陡

而后变缓

这就形成了一个所谓的滞回圈

越接近破坏应力时

这一现象就越明显

滞回圈相对就越大

我们知道

在应力应变图上

面积代表着能量

土体在卸载和重加载的应力循环过程中

形成滞回圈

表明试样在这个应力循环过程中

会消耗能量

因此

从这个意义上讲

即使是在卸载和重加载过程中

土样也并不是纯弹性的

另一个有趣的现象如图中所示

是试样在卸载时发生体缩

我们知道

在卸载时平均应力p是在减小的

如果试样是纯弹性的

根据弹性理论试样应发生一定的体积回弹

也就是体胀

因此这种卸载体缩现象

显然也是无法用弹性理论来解释的

通过存在滞回圈和卸载体缩这两个现象

我们可以发现

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

这是土体变形复杂特性的一种表现

但一般情况下

可以近似认为

土体在卸载-再加载过程中的变形

是弹性变形

土的第二个变形特性是压硬性

压硬性讲的是土在压缩过程中

所表现出来的模量

随密度的增加而增大的特性

这张图给出的是Roscoe等人1963年

对重塑饱和正常固结黏土

进行的等向压缩试验的结果

由试验结果可见

土样在等向压缩过程中

孔隙比e

随等向压力p的增加而减小

而且随着p的增加

相同的应力增量△p

所引起的孔隙比变化量

△e的数值在变小

也就是说

土体的体积模量K

随着等向压力p的增加而增大

这就是土压硬性的物理表现

有意思的是

如果将图中的横坐标取对数

在如图所示的半对数图上

则试验数据点会近似为直线

可用下面的这个公式来表示

式中的斜率为λ

大家需注意的是

在大学土力学中

我们学习过在土的侧限压缩试验中

有类似的试验规律

但是同学们要注意

这是两种不同的试验

之前在大学土力学中学习的是侧限压缩

所对应的e-p或e-logp曲线中的p

是压缩试验中的竖向应力

这里讨论的是等向压缩试验

p是平均主应力

这张图给出的是承德中密砂

在不同围压下的三轴试验的曲线

可见

随着围压力σ3的增加

砂土的强度和刚度都明显提高

这也是土的压硬性的表现

由于土是由碎散的颗粒所组成的

所以围压所提供的约束

对于其强度和刚度是至关重要的

这也是土区别于其它材料的重要特性之一

简布在1963年用下式表示

土在三轴试验中

初始模量与围压之间的关系

Ei等于KPa

σ3除上Pa n次方

式中Ei称作是初始模量

对应的是图中轴向应变为零时

某个围压下应力应变曲线切线的斜率

Pa是大气压 K和n是试验参数

这个公式在文献中得到了比较广泛的应用

高等土力学课程列表:

第0章 绪论

-0.1 岩土工程的学科特点与发展

--0.1.1 岩土工程的学科特点与发展1

--0.1.2 岩土工程的学科特点与发展2

--0.1.3 岩土工程的学科特点与发展3

-0.2 土力学学科的发展历史

--0.2.1 土力学学科的发展历史1

--0.2.2 土力学学科的发展历史2

-0.3 岩土工程实践的发展

--0.3.1 岩土工程实践的发展1

--0.3.2 岩土工程实践的发展2

-0.4 理论与工程的检验

--0.4 理论与工程的检验

-0.5 岩土工程的可持续发展

--0.5 岩土工程的可持续发展

-第0章 绪论-作业

第1章 土工试验及测试

-1.0 概述

--1.0 概述

--1.0 概述-作业

-1.1 室内试验

--1.1.1 室内试验1

--1.1.2 室内试验2

--1.1.3 室内试验3

--1.1.4 室内试验4

--1.1.5 室内试验5

--1.1.6 室内试验6

--1.1 室内试验-作业

-1.2 模型试验

--1.2 模型试验

--1.2 模型试验-作业

-1.3 原位测试与现场观测

--1.3 原位测试与现场观测

--1.3 原位测试与现场观测-作业

-1.4 试验的检验与验证

--1.4 试验的检验与验证

第2章 土的本构关系

-2.1 概述

--2.1 概述

--2.1 概述-作业

-2.2 应力和应变

--2.2 应力和应变

--2.2 应力和应变-作业

-2.3 土的应力变形特性

--2.3.1 土的应力变形特性1

--2.3.2 土的应力变形特性2

--2.3.3 土的应力变形特性3

--2.3.4 土的应力变形特性4

--2.3 土的应力变形特性-作业

-2.4 土的弹性模型

--2.4.1 土的弹性模型1

--2.4.2 土的弹性模型2

--2.4.3 土的弹性模型3

--2.4.4 土的弹性模型4

--2.4.5 土的弹性模型5

--2.4 土的弹性模型-作业

-2.5 土的弹塑性模型的一般原理

--2.5.1 土的弹塑性模型的一般原理1

--2.5.2 土的弹塑性模型的一般原理2

--2.5.3 土的弹塑性模型的一般原理3

--2.5.4 土的弹塑性模型的一般原理4

--2.5 土的弹塑性模型的一般原理-作业

-2.6 剑桥模型

--2.6.1 剑桥模型1

--2.6.2 剑桥模型2

--2.6.3 剑桥模型3

--2.6.4 剑桥模型4

--2.6 剑桥模型-习题

-2.7 其它典型弹塑性模型

--2.7.1 其它典型弹塑性模型1

--2.7.2 其它典型弹塑性模型2

--2.7.3 其它典型弹塑性模型3

--2.7 其它典型弹塑性模型-作业

第3章 土的强度

-3.1 概述

--3.1.1 概述1

--3.1.2 概述2

--3.1 概述-作业

-3.2 土的抗剪强度的机理

--3.2.1 土的抗剪强度的机理1

--3.2.2 土的抗剪强度的机理2

--3.2.3 土的抗剪强度的机理3

--3.2 土的抗剪强度的机理-作业

-3.3 土的强度与土的物理性质

--3.3.1 土的强度与土的物理性质1

--3.3.2 土的强度与土的物理性质2

--3.3 土的强度与土的物理性质-作业

-3.4 影响土的强度的外部因素

--3.4.1 影响土的强度的外部因素1

--3.4.2 影响土的强度的外部因素2

--3.4.3 影响土的强度的外部因素3

--3.4 影响土的强度的外部因素-作业

-3.5 土的排水与不排水强度

--3.5.1 土的排水与不排水强度1

--3.5.2 土的排水与不排水强度2

--3.5.3 土的排水与不排水强度3

--3.5.4 土的排水与不排水强度4

--3.5 土的排水与不排水强度-作业

-3.6 土的强度理论

--3.6.1 土的强度理论1

--3.6.2 土的强度理论2

--3.6.3 土的强度理论3

--3.6.4 土的强度理论4

--3.6 土的强度理论-作业

-3.7 黏性土的抗拉强度

--3.7 黏性土的抗拉强度

--3.7 黏性土的抗拉强度-作业

第4章 土中渗流

-4.1 概述

--4.1 概述

--4.1 概述-作业

-4.2 饱和土的渗透性和基本方程

--4.2.1 饱和土的渗透性和基本方程1

--4.2.2 饱和土的渗透性和基本方程2

--4.2.3 饱和土的渗透性和基本方程3

--4.2.4 饱和土的渗透性和基本方程4

--4.2.5 饱和土的渗透性和基本方程5

--4.2 饱和土的渗透性和基本方程-作业

-4.3 饱和土二维渗流和流网

--4.3.1 饱和土二维渗流和流网1

--4.3.2 饱和土二维渗流和流网2

--4.3.3 饱和土二维渗流和流网3

--4.3 饱和土二维渗流和流网-作业

-4.4 饱和渗流数值计算方法

--4.4.1 饱和渗流数值计算方法1

--4.4.2 饱和渗流数值计算方法2

--4.4.3 饱和渗流数值计算方法3

--4.4.4 饱和渗流数值计算方法4

--4.4 饱和渗流数值计算方法-作业

-4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力

--4.5.1 非饱和土中水的形态和基质吸力1

--4.5.2 非饱和土中水的形态和基质吸力2

--4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力-作业

-4.6 非饱和土土水特征曲线

--4.6.1 非饱和土土水特征曲线1

--4.6.2 非饱和土土水特征曲线2

--4.6.3 非饱和土土水特征曲线3

--4.6 非饱和土土水特征曲线-作业

-4.7 非饱和土的渗透性和数值计算

--4.7.1 非饱和土的渗透性和数值计算1

--4.7.2 非饱和土的渗透性和数值计算2

--4.7.3 非饱和土的渗透性和数值计算3

--4.7 非饱和土的渗透性和数值计算-作业

第5章 土的压缩与固结

-5.1 概述

--5.1 概述

-5.2 土的压缩与地基的沉降

--5.2.1 土的压缩与地基的沉降1

--5.2.2 土的压缩与地基的沉降2

--5.2 土的压缩与地基的沉降-作业

-5.3 地基沉降的计算方法

--5.3.1 地基沉降的计算方法1

--5.3.2 地基沉降的计算方法2

--5.3.3 地基沉降的计算方法3

--5.3 地基沉降的计算方法-作业

-5.4 单向固结的普遍方程及一般问题

--5.4.1 单向固结的普遍方程及一般问题1

--5.4.2 单向固结的普遍方程及一般问题2

--5.4.3 单向固结的普遍方程及一般问题3

--5.4 单向固结普遍方程及一般问题-作业

-5.5 土的三维固结理论

--5.5.1 土的三维固结理论1

--5.5.2 土的三维固结理论2

--5.5.3 土的三维固结理论3

--5.5.4 土的三维固结理论4

--5.5.5 土的三维固结理论5

--5.5.6 土的三维固结问题6

--5.5 土的三维固结理论-作业

-5.6 关于土体固结的其他问题简介

--5.6 关于土体固结的其他问题简介

--5.6 关于土体固结的其他问题简介-作业

第6章 边坡稳定分析

-6.1 概述

--6.1 概述

-6.2 边坡稳定分析方法

--6.2.1 边坡稳定分析方法1

--6.2.2 边坡稳定分析方法2

--6.2.3 边坡稳定分析方法3

--6.2.4 边坡稳定分析方法4

-6.3 最小安全系数和潜在滑动面的搜索方法

--6.3 最小安全系数和潜在滑动面的搜索方法

-6.4 极限平衡法边坡稳定分析的一些结论

--6.4 极限平衡法边坡稳定分析的一些结论

-6.5 塑性力学上下限定理简介

--6.5 塑性力学上下限定理简介

-6.6 基于有限单元法的边坡稳定分析

--6.6 基于有限单元法的边坡稳定分析

-6 边坡稳定分析-作业

2.3.2 土的应力变形特性2笔记与讨论

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