高等土力学知识点

一影响土的强度因素影响土强度的因素很多土的抗剪强度及其影响因素的关系可以定性地用以下公式表示ffeCcHTS其中e为土的孔隙比C为土的组成H为应力历史T为温度和分别为应变和应变率S为土的结构c和分别为粘聚力和内摩擦角可分为两大类内部因素物理性质外部因素外界条件主要是应力应变条件内部因素影响土强度的一般物理性质颗粒矿物成分的影响不同矿物之间的滑动摩擦角是不同的粗粒土颗粒的几何性质当孔隙比相同及级配相似时一方面大尺寸颗粒具有较强的咬合能力可能增加土的剪胀从而提高强度另一方面在单位体积中大尺寸颗粒间接触点少接触点上应力加大颗粒更容易破裂从而减少剪胀降低土的强度土的组成的其他因素粗粒土的级配对于抗剪强度有较大影响级配较好的砂咬合作用也比较强另一方面单位体积中颗粒接触点多接触应力小颗粒破碎少剪胀量加大所以抗剪强度高土的状态砂土的孔隙比和相对密度可能是影响其强度的最重要因素孔隙比小或者相对密度大的砂土有较高的抗剪强度孔隙比对黏土的影响通常变现为其应力历史的影响土的结构土的结构对土的抗剪强度有很大影响有时对于某些粘性土如区域土或特殊土可以说是控制因素原状土的结构性使其强度高于重塑土或扰动土剪切带的存在对土强度的影响剪切带处局部孔隙比很大并且有很强烈的颗粒定向作用剪切带的生成会使土的强度降低孔隙比与砂土抗剪强度的关系4545454545临界孔隙比随着孔隙比减小砂土的将明显提高松砂与密砂在试验中的应力应变关系也有很大区别松砂的应力应变曲线是应变硬化的剪缩孔隙比减小密砂的应力应变曲线是应变软化的剪胀e增加两个式样加载到最后其e接近相同都达到临界孔隙比crcr是指在三轴试验加载过程中轴向应力差几乎不变轴向应变连续增加最终式样体积几乎不变时的e如果对围压3进行试验则发现cr是不同的围压增加则cr减小围压减小则cr增加孔隙比与黏土强度45454545454545真强度理论受孔隙比影响的摩擦分量为了反映e对粘性土抗剪强度及其指标的影响伏斯列夫把抗剪强度分为受孔隙比影响的粘聚力分量Ce和tone角标e表示等孔隙比即为真强度理论与真强度至表面fCetone这个强度公式最突出的一点就是表示同一强度包线上各个式样破坏时的孔隙比是相同的与过原点的正常固结黏土的强度包线相比外部因素围压3的影响围压3不仅影响土的峰值强度也影响土的应力应变关系及体变关系峰值应力比随着围压增加有明显降低很高的3下颗粒产生严重的破碎现象造成土的级配发生了变化在极低3下即使是很松的砂土也会因颗粒间的咬合而产生剪胀性对应有所提高3对于粘性土的f的影响还表现在其超固结比的影响实际上反应了应力历史对抗剪强度的影响中主应力2的影响随着2的增加土的f及强度指标也会增加2增加平均主应力也随着增加从而使土被压密另一方面破坏时2方向的应力较大增加了对土颗粒的约束和咬合作用主应力方向的影响454545454545土强度的各向异性土的结构性造成土强度的明显的各向异性亦即在不同主应力方向下土的抗剪强度不同土的抗剪强度与加载速率的关系瞬时加载下土的强度在冲击荷载作用下土的强度一般有所提高对于饱和土控制土强度的往往是产生的超静孔压土的蠕变强度在极慢的加载速率下某些土发生破坏时的应力远低于常规强度试验下的峰值强度有的甚至为后者的50这种情况被称为蠕变破坏土的时效性4545454545拟似超固结土主固结完成后继续施加压力由于土的流动性而发生的次固结会使它继续压缩变密在成千上万年的有效应力作用下次固结使这种正常固结的老黏土表现为类似超固结土的特性被称为拟似超固结土由于拟似超固结土具有超固结土的特性所有其抗剪强度也明显高于正常固结土温度温度主要通过对饱和黏土中的孔隙比的作用而影响土的强度随着固结温度下提高在同样剪切温度下试验得到的土的峰值抗剪强度也就越高在同样的固结温度下剪切温度越高土的固结不排水剪切峰值强度也就越低二影响土压缩性的主要因素土体本身形状土粒粒度成分和土体结构粗粒土基本上是单粒结构在压力作用下土粒发生滑动与滚动直至达到比较密实更稳定的位置级配越好密度越高压缩量越小细粒土有两种典型结构絮凝结构分散结构压缩主要是颗粒间的水膜被挤薄粒间相对滑移达到密实以扁平土粒的挠曲变形粗粒土的压缩量一般比细粒土的要小高塑性黏土与有机土的次压缩量较大超固结土的次压缩量则较小有机质土中有机质主要为纤维素和腐殖质其存在使的压缩性与收缩性增大空隙水对土的压缩性的影响表现在水中阳离子对粘土表面性质的影响当孔隙水中的阳离子性质和浓度使结合水膜厚度减薄时膨胀土的膨胀性与膨胀压力均将减小反之亦然环境因素应力历史按失期固结压力Pc与现有土层上覆压力P的比值PcP即超固结比OCR可分为三类OCR1为正常固结土OCR1为超固结土OCR1为欠固结土土的OCR愈大土所受超固结作用愈强其他条件相同时其压缩性愈低温度对土的压缩性的影响随土的成分与应力历史而异有限的实验成果表明温度对有机质土的影响要比无机质土的大而对超固结土的效应尤为显著对土的压缩性的效应主要来源于温度变化引起饱和土空隙中水体积变化及相应的有效应力的改变三沉降产生的原因和类型引起地基沉降的可能原因建筑物荷载环境荷载土体干缩地下水位变化不直接与荷载有关的其他因素常涉及环境原因振动湿陷和软化地下洞穴及冲刷化学或生物化学腐蚀矿井地下管道垮塌膨胀土遇水膨胀冻融等沉降的类型按产生时间失后区别的沉降分为三段瞬时沉降S1发生在加载的瞬时固结沉降Sc土体在外荷作用下产生的超静水压力迫使土中水外流空隙减小形成的地面下沉次压缩沉降Ss基本发生在土中超静水压力完全消散以后是在恒定有效应力下的沉降四地基沉降的计算方法可以分为几大类1弹性理论法线性非线性工程实用法单向压缩沉降法三向效应法切线模量法三向压缩法应力路径法物态界面法曲线你合法按现场观测资料现场试验法荷载试验法动力触探法静力触探法旁压仪法数值计算法有限单元法差分法集总参数法第一类弹性理论法将土体视为弹性体测定其弹性常数再用弹性理论计算土体中的应力与土的变形量虽然在符合某些弹性理论基本假设的理想条件下可以采用但对一般地基由于土的压缩特性随处变化边界条件比较复杂加之用它不能求得土体变形随时间的变化这类方法应用较少第2类工程实用法是应用最多的方法尤其是前面的两种按弹性理论计算土体中的应力通过试验提供各种变形参数利用分层叠加原理可以方便地考虑到土层的非均质应力应变关系的非线性以及地下水位变动等实际存在的因素曲线拟合法是利用现场已经测得的初期沉降资料绘制沉降过程曲线预估后期沉降量的方法因依据的是实测资料故计算结果有较高的可信度第3类经验法大多是采用现场测试结果求得土的压缩性指标再带入理论公式求解对于无粘性土取厚状样进行室内试验有困难的情况下它不失为一种可行的途径第4类方法以有限元为法为主只是利用计算机作为运算手段还是以其他理论主要为弹性理论为依据借有限单元法离散化特点进行计算尽管如此成果的可信性归根结底还取决于输入指标的正常性与所用模型的代表性值得进一步研究五太沙基单向固结理论的基本假设土体是均质的完全饱和性的2土粒与水均为不可压缩介质3外荷重一次瞬时加到土体上在固结过程中保持不变4土体的压力与应变之间存在线性关系压缩系数为常数5外外力作用下土体中只引起上下方向的渗透与压缩6土中渗流服从达西定律渗透系数保持不变7土体变形完全是由空隙水排出和超静水压力清散所引起的六对几种沉降计算方法的评述单向压缩沉降计算法考虑三向变形效应的单向压缩法三向变形计算法弹性理论法应力路径法剑桥模型法单向压缩沉降计算方法最大的优点是计算方法简单计算指标容易测定它可以考虑各种土层条件地下水位基础性状还能计及压缩指标修正和地基土的压力历史等当基础面积大大超过压缩土层的厚度或压缩土层埋藏较深用此法可得较好结果反之计算的沉降量一般会偏低应该给以修正或改用考虑三向变形的方法考虑三向变形效应的单向压缩法对单向压缩法作了改变因为初始孔隙水压力系数由三轴试验测定计及于土的剪胀性不完善之处是将三轴应力状态下测得的空隙压力用于地基中的一般压力状态系数A随土变形而改变较难确定仅能用于基础对称轴上各点的沉降三向变形计算法它具有单向压缩计算法的各种优点并且考虑了土的三向变形更接近于实际但是计算中需要采用土的泊松比和土的应力应变关系这要求模拟实际应力条件下用三轴试验测取较为复杂同时要想获得满意的计算结果该法需要积累更多的使用经验弹性理论法直接应用弹性理论概念清晰计算简便但应用有较大的局限性天然土很少是均匀的各处的弹性参数变化可能很大不易计算及各种实际的复杂边界条件计算范围达到无限深常使计算结果偏大因此弹性理论法只适用于土质相对均匀基础面积较小的一般房屋地基设计应力路径法利用三轴仪在室内模拟土的原位应力路径实测土的应变再计算沉降概念清楚思路先进但存在某些缺点试验工作量较大要求高质量的原状式样与测试技术计算依据的代表性点不易选择恰当应力系按弹性理论求得实际的原位应力未必与计算应力相同剑桥模拟法尚待发展的理论方法实际上应用了临界状态土力学的本构关系又以常规试验测得的各项指标作为计算依据最大特点是考虑了土的剪胀性的本构关系但也存在较大的局限性只适用于正常固结土或弱超固结土应用范围窄迄今的试验论证只局限于重塑土