哈工大土力学第四章 土的强度.ppt

§4.5 应力路径的概念及抗剪强度的其它问题 一、应力路径的概念 应力路径是指在外力作用下，土中某点的应力变化过程在应力坐标系中的轨迹。它是土体在外力作用下应力变化情况（过程）的一种表述方法。 对于理想的弹性材料，在其弹性范围内，应力的变化过程对其变形没有影响，其最终变形值只取决于最终的应力值。 而塑性材料则不然，其变形过程不仅与应力值有关，而且还与其加荷过程（应力变化过程或应力路径）有关，同一种材料，同一个最终应力值，采用不同的加荷过程，无论是其变形、还是其强度都要受到影响。 土体是一种弹、塑性或粘弹、塑性材料。同一种土，采用不同的试验手段或不同的加荷方法使其剪坏，其应力路径是不一样的。这种不同的应力变化过程将使土的力学性质（包括强度）发生极大的变化，它是进一步研究土体变形、研究土体强度必须考虑的重要因素之一。 二、几种常见的应力路径表示方法 1.直接剪切试验的应力路径 试验过程是：先单独施加竖向力P，此时水平荷载为零； P 施加完P后，再单独施加水平力T，在施加水平力的过程中，竖向应力增量Δσ = 0。 T 剪切面 所以其剪切破坏面上的应力路径为： 2.三轴压缩试验的应力路径 直接剪切试验中，剪切面只有一个；而三轴试验时，土样中的剪切面有无数个， 所以，研究应力变化时，必须指明是哪一个受剪面上的应力路径，同时还需指明是总应力变化的应力路径、还是有效应力变化的应力路径。 a.剪切破坏面上的总应力的应力路径 σ3固定： 同样可以画出45°面上总应力法表示的总应力路径 b.剪切破坏面上的有效应力应力路径 45o c.路堤分级加荷时的应力路径 三、饱和软粘土在荷载作用下的强度增长规律 a.天然状态下的抗剪强度 用十字板剪切试验或无侧限抗压试验、三轴试验确定。 十字板： 无侧限抗压： τfo=c=qu/2， 三轴不排水剪切试验： b.荷载作用下的强度增长规律 按有效应力原理，随着土体固结度的增加，土中的有效应力要增长，因而其强度也要增加， 天然状态下，如果土体在po=γ.z,的压力下已经固完毕，则天然强度项中还应加上γ.z .tanφcu ， 所以，t时刻土的总抗剪强度应为天然抗剪强度和固结引起的有效应力增量产生的抗剪强度两部分之和， 即： Ut—某一时刻土的固结度， φcu—固结不排水的内摩擦角， Δσ—土中某点的有效应力增量， Δτt——某一时刻由有效应力增量引起的抗剪强度增量， 土体在恒定应力作用下会产生剪切蠕变，而剪切蠕变要导致土体强度降低，应用时，应留有足够的强度储备—折减。 由有效应力增加引起的抗剪强度增量可根据库仑定律计算， 即： 四、土在剪切过程中的孔隙变化 1.土的应力、应变曲线及其所反映的土的性状 a. 软化型曲线与硬化型曲线 峰值强度τf 残余强度τf 应变软化 无峰值，应变硬化，强度一般按变形要求取值 b. 土在剪切过程中的剪胀与剪缩 砂土的强度取决于它的密实程度，天然状态下，如果砂土密实度较高、孔隙比较小，则在剪切过程中会发生剪胀现象。 一般情况下，密实的砂土、超固结粘土的应力、应变曲线属软化型的；松砂的应力、应变曲线属硬化型的。 所以，变形后体积要增大，称这“剪胀” 反之，称为“剪缩” 砂土的剪胀、剪缩主要取决于其剪切前天然状态下的孔隙比；天然状态下的孔隙比越小，土体越密实，剪切过程中体积增大的就越多，其剪胀性就越强；体积增大后，强度就要下降，反映在应力、应变曲线上就是前段强度高，后段强度明显下降，出现“软化型”曲线。 反之，天然状态下孔隙比越大，土体越疏松，剪切过程中体积减小的就越多，其剪缩性就越强；体积减小，密实度提高，强度就要增加，反映在应力、应变曲线上就是随着剪切位移量的增加，强度越来越高，出现“硬化型”曲线。 五、粘性土的结构性与灵敏度 粘性土颗粒小，颗粒间存在着电分子引力、颗粒之间的胶结作用等，使颗粒间具有联结强度，呈“团聚”状态，我们称其为土的结构性；当外界因素使这种颗粒间的联结遭到破坏后，土的强度就要降低。应用时，常用灵敏度来反映。 同一种砂土在相同应力作用下，虽然其初始紧密状态不同，但通过剪切变形后，孔隙比最终都趋近于一固定值，此固定的孔隙比称为临界孔隙比；当土样的天然孔隙比大于此临界孔隙比时，剪切过程中则发生剪缩现象，当土样的天然孔隙比小于此临界孔隙比时，剪切过程中则发生剪胀现象。 粘土中也同样存在剪胀与剪缩现象，正常固结的软粘土，受剪后压缩，超固结硬粘土受剪后膨胀。 灵敏度=原状土的强度/重塑土的强度 qu——原状土的强度，kPa，（抗剪强度或无侧限抗压强度） qur——重塑土（含水量不变的扰动土）强度， kPa， （抗剪强度或无侧限抗压强度） St——粘性土的灵敏度， St 2 不灵敏的粘土 St =2～４ 中等灵敏粘土或一般粘土 St =4～8 灵敏