4土的應(yīng)力應(yīng)變特性

1、11.4土的應(yīng)力應(yīng)變特性土的應(yīng)力應(yīng)變特性1.4.1土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性1.4.2土的剪脹性土的剪脹性1.4.3土體變形的彈塑性土體變形的彈塑性1.4.4土應(yīng)力應(yīng)變的各向異性土應(yīng)力應(yīng)變的各向異性1.4.5土的結(jié)構(gòu)性土的結(jié)構(gòu)性1.4.6土的流變性土的流變性1.4.7影響土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的應(yīng)力條件影響土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的應(yīng)力條件由于土是巖石風(fēng)化而成的碎散顆粒的集合體，一般包含有固、液、氣三相，在其形成的漫長的地質(zhì)過程中，受風(fēng)

2、化、搬運(yùn)、沉積、固結(jié)和地殼運(yùn)動的影響，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系十分復(fù)雜，并且與諸多因素有關(guān)。其中主要的應(yīng)力應(yīng)變特性是其非線性、剪脹（縮）性和彈塑性。主要的影響因素是應(yīng)力水平（Stresslevel）、應(yīng)力路徑（Stresspath）和應(yīng)力歷史（Stresshisty），亦稱3S影響。1.4.1土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性由于土由碎散的固體顆粒組成，土宏觀的變形主要不是由于顆粒本身變形，而是由于顆粒間位置的變化。這樣在不同應(yīng)力水平下

3、由相同應(yīng)力增量而引起的應(yīng)變增量就不會相同，亦即表現(xiàn)出非線性。圖2‐3‐1表示土的常規(guī)三軸壓縮試驗的一般結(jié)果，其中實線表示密實砂土或超固結(jié)粘土，虛線表示松砂或正常固結(jié)粘土。從圖（a）可以看到，正常固結(jié)粘土和松砂的應(yīng)力隨應(yīng)變增加而增加，但增加速率越來越慢，3對于結(jié)構(gòu)性很強(qiáng)的原狀土，如很硬的粘土，可能在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，它的變形幾乎是“彈性”的，只有到一定的應(yīng)力水平時，亦即達(dá)到屈服條件時，才會產(chǎn)生塑性變形。一般土在加載過程中彈性和塑性變形幾乎

4、是同時發(fā)生的，沒有明顯的屈服點(diǎn)，所以亦稱為彈塑性材料。土在應(yīng)力循環(huán)過程中另一個特性是存在滯回圈，在圖2‐3‐3中卸載初期應(yīng)力應(yīng)變曲線陡降，減少到一定偏差應(yīng)力時，卸載曲線變緩，再加載曲線開始陡而隨后變緩。這就形成一滯回圈，越接近破壞應(yīng)力時，這一現(xiàn)象越明顯。在圖2‐3‐3中另一個值得注意的現(xiàn)象是卸載時試樣發(fā)生體縮。由于卸載時平均主應(yīng)力p是減少的，這種卸載體縮顯然無法用彈性理論解釋。人們認(rèn)為這主要源于土的剪脹變形的可恢復(fù)性和加載引起土結(jié)構(gòu)的變

5、化?？傊?，即使是在同一應(yīng)力路徑上的卸載——再加載過程，土的變形也并非是完全彈性的。但一般情況下，近似認(rèn)為是彈性變形。1.4.4土應(yīng)力應(yīng)變的各向異性土應(yīng)力應(yīng)變的各向異性所謂各向異性是指在不同方向上材料的物理力學(xué)性質(zhì)不同。由于土在沉積過程中，長寬比大于1的針、片、棒狀顆粒在重力作用下傾向于水平方向排列而處于穩(wěn)定的狀態(tài)；另外，在隨后的固結(jié)過程中，豎向的上覆土體重力產(chǎn)生的豎向應(yīng)力與水平土壓力產(chǎn)生的水平應(yīng)力大小是不等的，這種不等向固結(jié)也會產(chǎn)生土的

6、各向異性。土的各向異性主要表現(xiàn)為橫向各向同性，亦即在水平面各個方向的性質(zhì)大體上是相同的，而豎向與橫向性質(zhì)不同。土的各向異性可分為初始各向異性（Inherentanisotropy）和誘發(fā)各向異性（Inducedanisotropy）。天然沉積和固結(jié)造成的各向異性可歸入初始各向異性之列。在室內(nèi)重力場中，各種制樣過程也會使土試樣具有不同程度的初始各向異性。檢驗初始各向異性的最簡單的試驗是等向壓縮試驗。在對土樣進(jìn)行等向壓縮試驗時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)軸向