当前课程知识点:高等土力学 > 第2章 土的本构关系 > 2.3 土的应力变形特性 > 2.3.2 土的应力变形特性2
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
三
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
-0.1 岩土工程的学科特点与发展
-0.2 土力学学科的发展历史
-0.3 岩土工程实践的发展
-0.4 理论与工程的检验
-0.5 岩土工程的可持续发展
-第0章 绪论-作业
-1.0 概述
--1.0 概述
--1.0 概述-作业
-1.1 室内试验
--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-作业
-1.4 试验的检验与验证
-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-作业
-2.3 土的应力变形特性
--2.3 土的应力变形特性-作业
-2.4 土的弹性模型
--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 土的弹塑性模型的一般原理-作业
-2.6 剑桥模型
--2.6 剑桥模型-习题
-2.7 其它典型弹塑性模型
--2.7 其它典型弹塑性模型-作业
-3.1 概述
--3.1 概述-作业
-3.2 土的抗剪强度的机理
--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 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 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 土的排水与不排水强度-作业
-3.6 土的强度理论
--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-作业
-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 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 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 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 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 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 非饱和土的渗透性和数值计算-作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 土的压缩与地基的沉降
--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 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 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 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-作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 边坡稳定分析方法
-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
-6.5 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 边坡稳定分析-作业