当前课程知识点:高等土力学 > 第2章 土的本构关系 > 2.6 剑桥模型 > 2.6.2 剑桥模型2
同学们好 下面学习
“超固结土与完全的物态边界面”
我们首先讨论
在三轴试验中何为超固结土
我们在大学土力学中学过
是正常固结还是超固结三轴试验
是由土样历史上受到的
最大有效固结应力σp
和三轴试验的有效围压力
σ3'的大小关系决定的
如σ3'=σp
称正常固结土三轴试验
如σ3'<σp
则称超固结土三轴试验
需要注意的是 地基土层是否正常固结土层
和三轴试验是否正常固结土试验
它们的含义是不相同的
图中a和b分别给出了
地基土样在天然土层中的应力状态
和在三轴试验中
等向固结时的应力状态
在图a所示的地基土层中
先期固结压力σp
指的是土样竖向有效应力
σz'在历史上的最大值
是否正常固结土层
是把该先期固结压力σp
和土层当前的竖向自重应力
σz进行比较
在图b所示的三轴试验中
先期固结压力σp指的是
土样在历史上受到的等效
有效固结围应力σ3'的最大值
是否正常固结土试验是把这个
先期固结压力σp和三轴试验中
对试样施加的有效围压力
σ3'进行比较
显然按照这样的标准
不论是从正常固结土层
还是从超固结土层取出的土样
在试验室进行三轴试验时
都既有可能是
正常固结三轴试验
也有可能是超固结三轴试验
这取决于试验中所施加的
有效固结压力σ3'的大小
是大于还是小于土样的
先期固结压力σp
需要特别注意的是
由于三轴试验的土样
在历史上受到的不一定
是各向等压的应力状态
而对于其它的应力状态
其先期固结压力σp
并不简单是其在历史上受到的
σ3'的最大值
而是要将相应的应力状态等效为
各向等压的应力状态后
这种等效的σ3'的最大值
例如对于图中所示
处于正常固结土层z深度处的土样
其历史上所受到的最大应力状态
就是图中所示的侧限应力状态
对应的最大竖向有效应力
σz'=γ'z
侧向应力σh'=k0σz'
且侧向应力为小主应力σ3’
但是如果用该土样进行三轴试验
试样的先期固结压力σp
既不是这里的竖向有效应力σz'
也不是侧向应力σh'
这种情况可近似取土样的
有效平均主应力p'
作为其先期固结压力σp
但这种方法并不严格
图中给出了另一种根据塑性理论的
更为合理的等效方法
图中OA代表了
土层沉积过程的应力路径
伴随该沉积过程
图中由绿色虚线代表的屈服面
会随之扩张
通过A点的屈服面和p'轴的交点
对应的围压力即为等效的
先期固结压力σp
在用该土样进行三轴试验时如果试验
施加的有效围压力小于该个
等效先期固结压力σp
此时土样固结后的应力状态
显然会位于A点所对应的
这个屈服面之内
土样处于超固结状态
如果试验施加的有效围压力
大于该σp
施加围压力之后土样的应力状态
会位于该围压力所对应的屈服面上
试样处于正常固结状态
这张图为等向固结试验的
初次加载曲线和由卸载-再加载
所形成的回弹曲线的示意图
这两条曲线在半对数图上
都可近似简化为直线
显然当试样状态
位于初次加载曲线上时
试样处于正常固结状态
而当试样状态位于回弹曲线上时
试样处于超固结状态
超固结程度的高低
取决于沿回弹曲线卸载程度的大小
因此
根据是否发生卸载
及卸载程度的大小
可将三轴试验划分为下列三种情况
第一 正常固结黏土未发生过卸载
试样位于初次加载曲线上
第二
轻超固结黏土试样位于回弹曲线上
但卸载范围不大OCR比较小
第三
重超固结黏土试样位于回弹曲线上
且卸载范围也较大
卸载后的应力
比先期固结压力小很多OCR很大
前面我们已经学习了
正常固结黏土的物态边界面
下面我们接着讨论
轻超固结黏土的情况
如图中所示
土样历史上受到的最大
有效固结应力为pm'
之后发生了卸载沿回弹曲线
达到了它现在所处的状态L
所谓轻超固结土是指卸荷程度不大
L仍然位于NCL
和CSL两条线之间的这种情况
可见在这种的轻超固结的情况下
L仍然位于临界状态CSL线的上方
亦即它回弹后的体积
仍比在相同的固结应力下
对应的临界状态下的体积更大一些
或者其含水状态更“湿”一些
所以在文献中也称这种的
轻超固结黏土为“湿黏土”
对于固结不排水三轴试验
在剪切过程当中
试样不排水其体积不变
在v-p'图上
其路径为水平向左的直线LU
在q'-p'应力路径图上
剪切过程中的超静孔隙水压力总为正值
应力路径为位于总应力路径
左侧的曲线LU
在固结排水三轴试验中
由于“湿黏土”试样的含水量
相比临界状态要高因而
试样在剪切过程中会发生剪缩
挤出一定的水量
在v-p'图上
其路径为指向右下方的曲线LD
在q'-p'应力路径图上
其有效应力路径就是总应力路径LD
对于轻超固结黏土或者“湿黏土”
U和D
都会位于前述的正常固结土的
临界状态CSL线上
下面我们讨论重超固结黏土的情况
如图中所示如果土样历史上
受到的最大有效固结应力为pm'
之后发生了卸载沿回弹曲线
达到了它现在所处的状态H
所谓重超固结土是指卸荷程度很大
使得H点位于了临界状态
CSL线下方的情况
可见在这种的重超固结的情况下
H已经位于了
临界状态CSL线的下方
亦即它回弹后的体积
已经比在相同固结应力下对应的
临界状态下的体积更小了一些
或者其含水量状态更“干”一些
所以在文献中也称这种的
重超固结黏土为“干黏土”
对于固结不排水三轴试验
在剪切过程中试样不排水其体积不变
在v-p'图上其应力路径
为水平向右的水平线最后到达UH
在q'-p'应力路径图上
剪切过程中的超静孔隙水压力开始为正
之后变为负值
达到UH点时发生破坏或屈服
其中
点UH不在正常固结土的临界状态
CSL线上而是位于高于CSL线的
另一条直线TS线上
之后
继续加载时其有效应力路径将沿着
直线TS继续运动
试样发生更大的变形
同时产生负的超静孔隙水压力
最后达到CSL线上的点S
这时只有土样发生滑裂面之后
其路径才有可能达到临界状态CSL线
超固结程度越大 土达到临界状态
所需的应变也越大
在固结排水三轴试验中
由于“干黏土”试样的含水量相比
临界状态要低
因而试样在剪切过程中
会发生体积的膨胀
其应力路径为H-DH
土样在DH点达到峰值强度
其中DH点
也不在临界状态CSL线上
同样是位于高于CSL线的TS线上
在破坏或屈服之后由于试样体胀
会引起应力下降到残余应力RH点
RH可能位于CSL线上
也可能会高于CSL线
试样由于出现了滑裂面
而发生应变软化
所以
对于重超固结土图中的直线TS
代表了物态边界面的一部分
它控制了重超固结土的破坏
或屈服被称为Hvorslev线
此外物态边界面还有第三部分
是从原点O到点T之间的部分
这一部分可以用零拉应力也即
σ3'=0的条件来表示
因此我们称OT为零拉应力线
这样就在p'-q'平面上
形成了一个如图所示的
完全的临界物态边界面的截面
它由一 OT零拉应力线
二 TS超固结土强度或Hvorslev线
三 CS比体积v=常数的
罗斯柯(Roscoe)线这三部分所组成
包括了正常固结土
超固结土所有可能的极限应力状态
其中对于正常固结土和轻超固结土
由罗斯柯面(SC)控制
对于重超固结土
它由Hvorslev线(TS)控制
零拉应力条件由零拉力面(OT)控制
黏土的各种状态
无论是正常固结还是超固结
均只能处于这三个线段
所围成的区域之内或位于线段之上
不能位于这三部分线段组成的
物态边界面之外
这张图图示了包括正常固结
和超固结土在内的
完全的临界物态边界面
在p'-q'-v三维空间中的形状
其中CS是罗斯柯面
TS是Hvorslev面 OT是零拉力面
土体所有可能的状态只能在面上
或面内不能跑到物态边界面的外部
正常固结土和超固结土的
性状是不相同的
正常固结土状态的路径
总是位于罗斯柯(Roscoe)面之上
而超固结土的状态路径
则是在此面之外
并且随着超固结程度的提高
而逐渐远离这个面
为了更简单地表示应力历史的影响
可将试验结果进行归一化
在左边的这个等向固结试验的图中
点T代表超固结土试样
目前的应力状态
它位于回弹曲线SL上
对应的状态为v0和p0'
而对于相同的比体积v0
在正常固结NCL线上
对应的应力为pc'
取pc'为点T的等效应力
在SL线上不同的点
对应不同的v0 p0'和pc'
实际上也表示了不同的超固结比
右图中给出了几种不同超固结比土样
三轴固结不排水试验
采用pc'归一化后的有效应力路径
对于正常固结土其有效应力路径
是在罗斯柯(Roscoe)面上运动
并最后到达临界状态CSL线
并与它相交于S点
对于p0'<pc'的情况
属于超固结土
如果应力路径在E点
和C点之间它属于轻超固结土
其应力路径为由L到S
最后从下面达到正常固结土的
临界状态CSL线
对于重超固结土
试样比临界状态更密实
含水量更小或更“干”
其不排水有效应力路径
在原点O和E点之间
其应力路径为向上稍稍弯曲
最后会从反向达到
Hvorslev也即TS线
然后随着应变的增加
会沿着Hvorslev线向S变化
-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

