土的强度与土的物理性质(内因).ppt

4.3 土的强度与土的物理性质（内因） 4.3.1 影响土强度的因素 4.3.2 影响土强度的一般物理性质 4.3.3 孔隙比e与砂土抗剪强度关系—— 临界孔隙比ecr 4.3.4 孔隙比与黏土强度——真强度理论 e为土的孔隙比； C 代表土的组成，component； H 代表应力历史，history； T表示温度，temperature； ? 和 分别表示应变和应变率； S表示土的结构，Structure； c和?为黏聚力及内摩擦角。 组成（C）、状态（e）和结构（S） （1）组成：矿物成分，颗粒大小与级配，颗粒形状，含水量（饱和度）以及黏性土的离子和胶结物种类等因素。 （2）状态：砂土的相对密度；黏土的孔隙比。 （3）结构：颗粒的排列与相互作用关系。 2. 外部因素 温度、应力状态（围压、中主应力）、应力历史、主应力方向、应变值、加载速率及排水条件。 4.3.2 影响土强度的一般物理性质（组成与状态） 1. 颗粒矿物成分 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 黏土：高岭土伊利土蒙特土 粗粒土：含云母、泥岩等，摩擦角明显变小－ 矿物本身滑动摩擦角小；颗粒易于破碎 （1）颗粒尺寸的大小的影响 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； 大尺寸颗粒在单位体积中颗粒间接触点少，接触点上应力加大，颗粒更容易破碎，从而减少剪胀，降低了土的强度。 如果均匀的细砂与粗砂具有相同的孔隙比e，二者的内摩擦角?基本相同。但由于细砂的emin要大，所以这时细砂的相对密度Dr要高。 如果相对密度Dr相同，则粗砂的内摩擦角?大。 ①在其他条件相同时，颗粒表面糙度增加将会增加砂土的内摩擦角。 ②粗粒土的针、片状形状及棱角的影响较复杂： （a）加强了颗粒间的咬合作用：??。 （b）针片状颗粒更易于折断，棱角易于折损:??。 棱角与针片状颗粒 在同样较低围压下 （1）砂土由于单位体积接触点多，颗粒破碎一般不严重，其棱角使抗剪强度增加(河砂与山砂）； （2）碎石土由于单位体积内接触点少，其强度提高不明显，甚至减小（碎石与卵石）。 3. 土的级配—级配良好： 密度增加 剪胀性增强 触点增加与接触应力减小 有利于强度提高 4. 土的状态 孔隙比e及相对密度Dr——影响强度的重要因素，密度大其强度提高。 砂土（以石英为主）的干与湿：二者一般接近，相差1～2?。 5.土的结构：强度有所提高，并且表现出各向异性 6.剪切带的形成及其影响：应变软化与残余强度 临界孔隙比ecr是指在在三轴试验加载过程中，达到极限应力差(?1－?3)ult，轴向应变连续增加，最终试样体积几乎不变时的孔隙比。 也可以叙述为：在一种围压下，用具有临界孔隙比的砂试样进行排水三轴试验，偏差应力达到(?1－?3)ult时，试样的体应变为零； 或者不排水试验破坏时的孔隙水压力 (孔隙水压力系数A)为零。 4.3.4 孔隙比与黏土强度——真强度理论 正常固结黏土的强度包线过原点(重塑土样) 但各围压下的密度不同，实际上存在粘聚力 Static sand ---SD---静止砂土 Mobile sand –MD--移动砂丘 * * 其中各种因素并不独立，可能相互重叠。 4.3.1 影响土强度的因素 1. 内部因素 图4－17 常见矿物的滑动摩擦角 1. 颗粒矿物成分对滑动摩擦角的影响 2. 粗粒土颗粒的几何性质 大小、棱角、针片状…… 对于砂土 （2）表面糙度、针、片状形状及棱角颗粒 图4－18 正常固结黏土的强度－矿物及塑性指数关系 静压 揉搓 图4－19 黏性土的结构性对强度的影响 (a)两种制样方法 (b)单轴压缩（无侧限)试验 静压 揉搓 图4－20 砂土制样方法造成的结构性对强度的影响 各种影响砂土内摩擦角的物理因素 影响砂土内摩擦角的物理因素 4.3.3 孔隙比e与砂土抗剪强度关系—— 临界孔隙比ecr 天然休止角：?r 松砂的天然休止角?r 风积砂丘及天然休止角 图4－22 相同围压下密砂与松砂的三轴试验：破坏时孔隙比接近 图4－23 临界孔隙比 ecr 图4－24 临界孔隙比与围压 图4－26 真强度理论 伏斯列夫的真强度理论： 破坏时的含水量相同w(e) E、F、D在不同?下，抗剪强度不同 Ce是真黏聚力 是真内摩擦角 图4－27 伏斯列夫的真强度理论 ?e ce=f(ei) 破坏时不同密度的试样 ??e： 基本是常数 ce ：是密度的函数 图4－28 不同密度的试样