当前课程知识点:高等土力学 > 第3章 土的强度 > 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
同学们好
下面我们学习第三节
土的强度与土的物理性质
土的物理性质是影响土的强度的内因
这一节我们讨论如下几方面的内容
1 、影响土强度的因素
2 、影响土强度的一般物理性质
3、孔隙比e与砂土强度—临界孔隙比ecr
4 、孔隙比与黏土强度—真强度理论
我们先讨论影响土强度的因素
土的抗剪强度τf
可以用这个式子表示为多个因素的函数
C代表土的组成
e为土的状态
S表示土的结构
这三个因素是影响土的强度的内因
土的组成又包括矿物成分
粒径与级配以及颗粒形状
H 代表应力历史
T表示温度
ε和 ε(•)分别表示应变和应变率
σʹ 代表有效应力状态
d代表排水条件
这五个因素是影响土的强度的外因
值得注意的是
其中各种因素并不独立
可能相互重叠
比如孔隙比可能受有效应力状态的影响
结构可能受应力历史和应变的影响
下面我们讨论影响土强度的一般物理性质
主要包括如下一些内容
1. 颗粒的矿物成分
2. 颗粒的几何性质
3. 土的级配
4. 土的状态
5. 土的结构
6. 剪切带的形成及其影响
先讨论颗粒矿物成分对滑动摩擦角的影响
对于黏土
内摩擦角从大到小的顺序是
高岭土>伊里土>蒙脱土
对于粗粒土
如果含有云母、泥岩等
内摩擦角明显小
一方面是矿物本身滑动摩擦角小
另一方面颗粒易于破碎
这张表给出了常见矿物的滑动摩擦角
这个图给出了具有不同矿物的
正常固结黏土的强度与塑性指数的关系
按高岭土、伊里土、蒙脱土的顺序
塑性指数增加
内摩擦角降低
特别是蒙脱土与另外两种土差别很大
第二个影响因素是粗粒土颗粒的几何性质
包括颗粒的大小、棱角、针片状等
先看颗粒尺寸的影响
一方面
大尺寸颗粒具有较强的咬合
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
接触点上应力大
颗粒更容易破碎
从而减少剪胀
降低了土的强度
此外
颗粒破碎消耗能量
并改善级配可提高强度
细砂和粗砂相比
如果均匀的细砂与粗砂具有相同的孔隙比
二者的内摩擦角基本相同
但由于细砂的最小孔隙比较大
所以这时细砂的相对密度较高
如果相对密度相同
则粗砂的内摩擦角大
关于表面糙度
针片状形状及棱角的影响
在其它条件相同时
颗粒表面糙度增加将会增加砂土的内摩擦角
粗粒土的针、片状形状
及棱角的影响较复杂
一方面加强了颗粒间的咬合作用使φ值增加
另一方面针片状颗粒更易于折断
棱角易于折损
使φ值降低
比较砂土和碎石
在同样较低围压下
砂土由于单位体积内接触点多
颗粒破碎一般不严重
其棱角使抗剪强度增加
比如山砂的φ值大于河砂
碎石土由于单位体积内接触点少
其棱角使强度提高不明显
甚至减小
比如碎石的φ值可能小于卵石
关于土的级配的影响
级配良好可使土的密度增加
剪胀性增强
接触点增加以及接触应力减小
这些效应均有利于强度提高
关于土的状态的影响
孔隙比e及相对密度Dr
均是影响强度的重要因素
密度大可使土的强度提高
对于黏性土
含水量对强度影响很大
对以石英为主的砂土
干态与饱和时的内摩擦角比较接近
一般相差1~2°
关于土的结构的影响
土的结构性使得其强度有所提高
并且表现出各向异性
此外
在密砂、坚硬黏土
或结构性土的试验中
剪切带的形成
常伴随着应变局部化和应变软化
剪切带处孔隙比大
颗粒定向明显
应变较大时对应于残余强度
这张图的结果可以反映黏性土的结构性
对强度的影响
用两种方法制备试样
一种是静压法
另一种是揉搓法
然后分别进行单轴压缩试验
可以看出
它们的强度差别很大
其原因是静压法制得的试样具有絮凝结构
而揉搓法破坏了试样的结构性
这张图的结果可以反映砂土的结构性
对强度的影响
用两种方法制备试样
一种是敲击法
另一种是夯实法
然后分别进行固结排水三轴试验
可以看出
它们的强度差别很大
其原因是敲击法制得的试样中
更多的颗粒长轴偏向于水平排布
这张表给出了多种因素
对砂土内摩擦角的影响
内摩擦角随孔隙比的增加而减小
对一般砂土
棱角的增加可使内摩擦角增大
但对碎石影响较小
对针片状颗粒土的影响不确定
内摩擦角随颗粒表面粗糙度的增加而增加
对一般砂土
颗粒尺寸对内摩擦角影响不大
并且不确定
级配越好
结构性越强
内摩擦角越大
-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