[工学]5 土的力学性质.ppt

建筑物通过基础将荷载传给地基，在地基内部将产生应力和变形，从而引起建筑物基础的沉降。 土体受力后引起的变形可分为体积变形和剪切变形。 体积变形—主要由正应力引起，它只会使土体压密、体积缩小，但不会导致土体破坏。 剪切变形 — 主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，土体将产生剪切破坏。此时的变形将不断发展。通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏。 研究内容： 土的压缩性； 1.土压缩变形的特点及实质 压缩性是指土在压力作用下发生压缩 变形，体积缩小的性能； 土粒本身的压缩变形； 孔隙中不同形态的水和气体的压缩 变形； 孔隙中部分水和气体被挤出； 土 的 压 缩 性 对于饱水土来说，孔隙全部被水充满，土的压缩主要是由于孔隙中水被挤出，孔隙体积减少所致。压缩过程与排水过程一致。 　对于非饱水土的压缩，首先是气体外逸，随着时间的延续，土的饱和度逐渐增大。当气体全部排出土达到饱和状态后，其压缩过程与饱水土相同； 载荷试验：保持地基土天然应力和结构状态情况下，模拟建筑物荷载条件，通过一定面积的承压板向地基施加垂向荷载，研究地基土变形和强度规律的一种原位试验。 根据载荷试验结果，一般地基土的变形分为三个不同阶段： 压缩变形阶段 剪切变形阶段 完全破坏阶段 粒度成分和矿物成分的影响； 含水率的影响； 密实度的影响； 动荷载的作用； 土的抗剪强度指土具有的抵抗剪切破坏的极限强度； 主要与连结强度有关； 其次是结合水的粘滞阻力； 室内试验 野外试验 在长期不变的剪应力作用下，剪切变形随时间而缓慢增长的现象，称为土的蠕变； 强度衰减：土的强度随剪切历时而减小的现象称为强度衰减； 瞬时强度：当剪切历时为零时的抗剪强度； 长期强度极限：当剪切历时很长，相当于t≈∞时的抗剪强度； 通过控制剪切速率来近似模拟排水条件 §5.2 土的抗剪性 三、直剪试验 P S T A (1) 固结慢剪 施加正应力-充分固结 慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分， 以保证无超静孔压 (2) 固结快剪 施加正应力-充分固结 在3-5分钟内剪切破坏 (3) 快剪 施加正应力后 立即剪切3-5分钟内剪切破坏 通过控制剪切速率近似模拟排水条件 设备和操作简单 结果便于整理 测试时间短 人为固定剪切面 剪切面应力状态复杂 应力、应变不均匀 主应力方向旋转 剪切面积逐渐减小 排水条件不明确 P T 土样 T P 试样内的 变形分布 直剪试验的优缺点 P P T ?z=P/A ?x=k0?z ?xz=0 剪切前 剪切破坏时 ?xz ?z=P/A ?x ? ? O ?z=P/A k0?z 剪切前 剪切 破坏时 直剪试验中的应力状态 ? ? O ?n K0?n P S T A §5.2 土的抗剪性 三、直剪试验 强度指标： 峰值强度指标 与 残余强度指标 §5.2 土的抗剪性 3.抗剪强度指标的确定 粘聚力 c内摩擦角 ? 工程应用 三种分类方法 总应力强度指标 与 有效应力强度指标 直剪强度指标 与 三轴试验强度指标 目的 分析方法 试验方法 应力应变状态 峰值强度?残余强度指标 大变形完全破坏了土的结构强度和咬合作用，残余强度破坏包线通过原点，其内摩擦角?r只决定于土的矿物成分，与其所受的应力历史等因素无关 ? ???? q=????? (?) ? ?f ?r qf qr 直剪和三轴试验中应变软化时: ?f 峰值强度指标 ?r 残余强度指标 抗剪强度的有效应力指标c?，?? ?? c?+ ?? tg?? ??= ?-u符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u无法确定 抗剪强度的总应力指标c，? ?? c+ ? tg? 是一种“全额生产率”的概念，因u不能产生抗剪强度，不符合强度机理。在无法确定u时便于应用，但要符合工程条件 抗剪强度? u c? ?? tg?? 我叫 u郭 处士，充 数而已！ 在难以确定孔隙水压力的情况下使用 注意正确使用的方法：确定c，?的试验中，应能大致模拟工程现场孔隙水压力的特性 孔隙水压力 孔隙水压力 体变 量测 cu, ?u 不排水 不固结 不固结不排水 UU ccu, ?cu c?, ?? 不排水 固结 固结不排水CU cd,?d =(c?,??) 排水 固结 固结排水 CD 强度指标 施加?1-?3 施加?3 类型 试验类型与强度指标 (1)特点 1.固结排水试验 总应力指标与有效应力指标一致: ?1?= ?1 ? ? ?d=?? ??=??? ?f?= ?f cd = c’ 破坏面位置： 2.固结不排水试验 剪切过程中的超静孔隙水压力?u 对于饱和