1 土质学基础知识(高等土力学).ppt

3）后来物质的胶结作用 陆上岩石风化后，经水流搬运到先前沉积的土的区域，从水中析出的方解石、次生氧化物胶体，可溶盐等胶结物在土中沉积，是土体的连接不断增强。 粘性土层的固化凝聚力是非常大的，它不仅增加了土体的强度，还阻止了土体在上复土层作用下压密。粘性土在天然状态下的强度 固化凝聚力可以是抗水性的，也可以是非抗水性的。粘性土有抗水性的固化物胶结时，单个土块在水中可以长时间浸泡而不会崩解；若是非抗水性胶结，土块浸泡在水中会较快崩解。 土体在沉积后，固化凝聚力可以增长很快，表现在抗剪强度不断增长，这种增长可以用土体完全扰动后的静置期间强度增长来体现。 从制备样开始到试验历时 相对抗剪强度 0 1 1h 2.4 3.5h 2.6 22h 3.1 5days 5.4 10days 7.9 一种带状粘土的强度随时间的变化 实际上，不仅仅粘性土在沉积后，土体强度会随时间增长，砂性土在自然环境下，沉积后强度也会随时间增长。由下图可见：相同干密度的砂土，天然土不人工填砂的强度高。 贯入针插入土10cm所需击数 砂土的干密度 天然冲击砂层 人工填砂 粘性土在天然状态下的强度由原始凝聚力+固化凝聚力组成。由于这一缘故，引起粘性土的结构特性。 由于粘性土具有原始凝聚力，使土体具有可塑性和流变特性。 由于粘性土具有固化凝聚力，使土体在比较低的压力作用下，产生类似于固体的弹性变形；当压力超过一定值后，产生流动变形。 固化凝聚力是分散的土颗粒连接成团聚体。粘土的团聚体破坏的过程，也是固化凝聚力消失的过程，称为胶溶作用。 八、粘性土的变形特征 1 一般固体的变形特征 当固体受力时，就逐步发生弹性变形和塑性变形，直到破坏。 弹性压缩变形的实质是原子（离子、分子）间的距离缩短、斥力增加的过程。外压力被固体颗粒间的斥力平衡着。 塑形体是这样的物质：在不太大的外力作用下能保持自身的形状不变，可是当剪力大于某一极限时，它就发生随时间逐渐增长的剪切变形，这叫塑性变形。 弹性变形和塑性变形是晶体结构具有的特点。非晶质的特点是在压力作用下能够发生粘滞流动变形。 粘滞流动与塑性变形的区别：（1）粘滞流动是各向同性的；（2）由于温度改变，粘滞流动变化非常剧烈，还没有固化作用。 若物体在同一应力作用下，不仅发生可逆的弹性变形，还发生不可逆的粘滞流动，我们称之为粘弹性体。 粘弹性体的变形究竟以弹性变形为主还是以粘滞流动为主，随观测历时而定，或者确切地说随观测历史与其松弛周期的比而定。 松弛：设物体在t=0的时刻，由作用力P产生的变形为s。为保持s不变，作用力P要不断减小，这种应变恒定，应力不断减小的过程叫松弛。 松弛周期：引起某一给定变形s的应力 p从初始值减小到它的1/e(e≈2.718)所需要的时间叫松弛周期T. 粘滞系数 剪切模量 松弛周期对粘弹性体是一个重要指标。物体的松弛周期越长，为发现该物体的流变特性需要的时间越长。如水的松弛周期为10-11s，只有当水上作用的荷载作用时间短于10-11s时，才主要表现出弹性变形，否则只能看到它的流动特性；玻璃的松弛周期T为几百年，因此，在玻璃上作用荷载在几年时间内，发生的基本为弹性变形，若观测时间达几千年，玻璃主要表现为粘性流动。 2 粘性土的变形特征 粘性土颗粒具有很高的强度，有试验显示，即使受到2～3.6GPa的压力，颗粒大小仍几乎没有改变。 但粘性土体在几十到几百kPa的压力作用下都会产生较大的压缩和剪切变形。粘性土的变形首先是具有不均匀性特征： （1）晶体颗粒的强度远大于颗粒间的连接强度，粘性土的变形基本由连接强度破坏引起； （2）土体中个颗粒之间的连接强度差别很大，有些连接很强，有些连接很弱，因此在外力作用下，颗粒间的连接破坏是从连接弱的到连接强的逐渐破坏过程； （3）土体孔隙所占体积与土颗粒所占体积是同阶的，土体变形基本有孔隙体积减小产生的； （4）粘土颗粒外和连接点被吸着水包围，吸着水在外力作用下逐渐转化成自由水，使土体不断发生变形。 2.1 粘性土的弹性变形 当粘性土的固化凝聚力还没有消失以前，土在荷载作用下的行为原则上与一般固体没有本质区别。若土体颗粒间的剪应力小于土体的凝聚力（原始凝聚力+固化凝聚力）时，土体仅发生弹性变形，这时的变形量很小。 2.2 粘性土的结构变形 当采用重塑土进行压缩试验时，即使在很小的压力下，也会产生较大的压缩变形，通过加压-卸载试验发现，发生的变形基本都是不可恢复的变形，同时，完成变形需要相当长的时间，与土是否饱和没有太大关系。这种与时间有关的不可恢复的变形叫做结构变形。 土的结构变形的最大特点是：单位体积内颗粒数目的不断增多。土体在压密过程中，单位体积内颗粒数量不断增加，扁平的颗粒会逐渐把它的主面调整到垂直压力作用线的方向上。 孔隙比 压力 具有结构凝聚力的原状土要发生结构