高等土力学知识点

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1、一、影响土的强度因素影响土强度的因素很多，土的抗剪强度及其影响因素的关系可以定性地用以下公式表示T f=f（e,屮，C, b ,c,H,T, , ,S）其中e为土的孔隙比，C为土的组成，H为应力历史，T为温度，和 分别为应变和应变率，S为土的 结构，c和屮分别为粘聚力和内摩擦角。可分为两大类：内部因素（物理性质），外部因素（外界条件主要 是应力应变条件）。1、内部因素（1）影响土强度的一般物理性质： 颗粒矿物成分的影响。不同矿物之间的滑动摩擦角是不同的 粗粒土颗粒的几何性质，当孔隙比相同及级配相似时，一方面大尺寸颗粒具有较强的咬合能力，可能增 加土的剪胀，从而提高强度；另一方面，在单位体积中大

2、尺寸颗粒间接触点少，接触点上应力加大，颗粒 更容易破裂，从而减少剪胀，降低土的强度。 土的组成的其他因素。粗粒土的级配对于抗剪强度有较大影响，级配较好的砂，咬合作用也比较强，另 一方面，单位体积中颗粒接触点多，接触应力小，颗粒破碎少，剪胀量加大，所以抗剪强度高 土的状态。砂土的孔隙比和相对密度可能是影响其强度的最重要因素。孔隙比小或者相对密度大的砂土 有较高的抗剪强度。孔隙比对黏土的影响通常变现为其应力历史的影响。 土的结构。土的结构对土的抗剪强度有很大影响，有时对于某些粘性土如区域土或特殊土，可以说是控 制因素。原状土的结构性使其强度高于重塑土或扰动土。 剪切带的存在对土强度的影响。剪切带处

3、局部孔隙比很大，并且有很强烈的颗粒定向作用。剪切带的生 成会使土的强度降低。（2） 孔隙比与砂土抗剪强度的关系临界孔隙比随着孔隙比减小，砂土的屮将明显提高。松砂与密砂在试验中的应力应变关系也有很大区别，松砂的 应力应变曲线是应变硬化的，剪缩，孔隙比减小；密砂的应力应变曲线是应变软化的，剪胀，e增加。两 个式样加载到最后，其e接近相同，都达到临界孔隙比e cr，e cr是指在三轴试验加载过程中，轴向应力 差几乎不变，轴向应变连续增加，最终式样体积几乎不变时的e。如果对围压b 3进行试验，则发现e cr 是不同的，围压增加则e cr减小，围压减小则e cr增加。（3 ）孔隙比与黏土强度真强度理论受

4、孔隙比影响的摩擦分量为了反映e对粘性土抗剪强度及其指标的影响。伏斯列夫把抗剪强度分为受孔隙比影响的粘聚力分量 Ce和b ton屮e，角标e表示等孔隙比即为真强度理论与真强度至表面，T f=Ce+b ton屮e，这个强度公式 最突出的一点就是表示同一强度包线上各个式样破坏时的孔隙比是相同的，与过原点的正常固结黏土的强 度包线相比。2、外部因素（1）围压b 3的影响围压b 3不仅影响土的峰值强度，也影响土的应力应变关系及体变关系。峰值应力比 随着围压增加有明显降低。很高的b 3下，颗粒产生严重的破碎现象，造成土的级配发生了变化；在极低 b 3下，即使是很松的砂土也会因颗粒间的咬合而产生剪胀性，对应

5、屮有所提高。b 3对于粘性土的t f的 影响还表现在其超固结比的影响，实际上反应了应力历史对抗剪强度的影响。（2）中主应力b 2的影响，随着b 2的增加土的t f及强度指标屮也会增加，b 2增加，平均主应力也随着 增加，从而使土被压密；另一方面破坏时，b 2方向的应力较大，增加了对土颗粒的约束和咬合作用。（3） 主应力方向的影响土强度的各向异性。土的结构性造成土强度的明显的各向异性，亦即在不 同主应力方向下土的抗剪强度不同。（4）土的抗剪强度与加载速率的关系 瞬时加载下土的强度。在冲击荷载作用下，土的强度一般有所提高，对于饱和土，控制土强度的往往是 产生的超静孔压 土的蠕变强度。在极慢的加载速

6、率下，某些土发生破坏时的应力远低于常规强度试验下的峰值强度，有 的甚至为后者的50%，这种情况被称为蠕变破坏。 土的时效性拟似超固结土，主固结完成后，继续施加压力。由于土的流动性而发生的次固结会使它继续压缩变密，在成千上万年的有效应力作用下，次固结使这种正常固结的老黏土表现为类似超固结土 的特性，被称为“拟似超固结土”由于拟似超固结土具有超固结土的特性，所有其抗剪强度也明显高于正 常固结土。(5) 温度：温度主要通过对饱和黏土中的孔隙比的作用而影响土的强度，随着固结温度下提高，在同样剪 切温度下试验得到的土的峰值抗剪强度也就越高，在同样的固结温度下，剪切温度越高，土的固结不排水 剪切峰值强度也

7、就越低。二、影响土压缩性的主要因素1、土体本身形状(1) 土粒粒度，成分和土体结构，粗粒土基本上是单粒结构，在压力作用下，土粒发生滑动与滚动，直至 达到比较密实，更稳定的位置，级配越好，密度越高，压缩量越小，细粒土有两种典型结构：絮凝结构， 分散结构，压缩主要是颗粒间的水膜被挤薄，粒间相对滑移达到密实，以扁平土粒的挠曲变形。粗粒土的 压缩量一般比细粒土的要小。高塑性黏土与有机土的次压缩量较大，超固结土的次压缩量则较小。(2) 有机质。土中有机质主要为纤维素和腐殖质，其存在使的压缩性与收缩性增大。(3) 空隙水，对土的压缩性的影响，表现在水中阳离子对粘土表面性质的影响，当孔隙水中的阳离子性质 和

8、浓度使结合水膜厚度减薄时，膨胀土的膨胀性与膨胀压力均将减小，反之亦然。2、环境因素(1) 应力历史：按失期固结压力Pc与现有土层上覆压力P。的比值Pc/P。，即超固结比OCR，可分为三类， OCR=1为正常固结土； OCR1为超固结土； 0CRV1为欠固结土。土的OCR愈大，土所受超固结作用愈强， 其他条件相同时，其压缩性愈低。(2) 温度对土的压缩性的影响，随土的成分与应力历史而异。有限的实验成果表明，温度对有机质土的影 响要比无机质土的大，而对超固结土的效应尤为显著。对土的压缩性的效应，主要来源于温度变化引起饱 和土空隙中水体积变化及相应的有效应力的改变。三、沉降产生的原因和类型1、引起地

9、基沉降的可能原因建筑物荷载；环境荷载(土体干缩，地下水位变化)不直接与荷载有关的其他因素，常涉及环境原因，(振动、湿陷和软化，地下洞穴及冲刷，化学或生物化学腐蚀、矿井、地下管道垮塌，膨胀土遇水膨胀， 冻融等)2、沉降的类型按产生时间失后区别的沉降，分为三段：(1) 瞬时沉降S1：发生在加载的瞬时(2) 固结沉降Sc： 土体在外荷作用下产生的超静水压力迫使土中水外流，空隙减小，形成的地面下沉。(3) 次压缩沉降Ss：基本发生在土中超静水压力完全消散以后，是在恒定有效应力下的沉降。四、地基沉降的计算方法可以分为几大类：(1)弹性理论法：线性/非线性(2) 工程实用法：单向压缩沉降法，三向效应法，切

10、线模量法，三向压缩法，应力路径法，物态界面法， 曲线你合法(按现场观测资料)(3) 现场试验法：荷载试验法，动力触探法，静力触探法，旁压仪法(4) 数值计算法：有限单元法，差分法，集总参数法第一类弹性理论法将土体视为弹性体，测定其弹性常数，再用弹性理论计算土体中的应力与土的变形量， 虽然在符合某些弹性理论基本假设的理想条件下可以采用，但对一般地基，由于土的压缩特性随处变化， 边界条件比较复杂，加之用它不能求得土体变形随时间的变化，这类方法应用较少，第2类工程实用法是 应用最多的方法，尤其是前面的两种，按弹性理论计算土体中的应力，通过试验提供各种变形参数，利用 分层叠加原理，可以方便地考虑到土层

11、的非均质，应力应变关系的非线性以及地下水位变动等实际存在的 因素，曲线拟合法是利用现场已经测得的初期沉降资料，绘制沉降过程曲线，预估后期沉降量的方法。因 依据的是实测资料，故计算结果有较高的可信度，第3类经验法大多是采用现场测试结果，求得土的压缩 性指标，再带入理论公式求解。对于无粘性土取厚状样进行室内试验，有困难的情况下，它不失为一种可 行的途径。第4类方法以有限元为法为主。只是利用计算机作为运算手段，还是以其他理论（主要为弹性 理论）为依据，借有限单元法离散化特点进行计算。尽管如此，成果的可信性归根结底还取决于输入指标 的正常性与所用模型的代表性，值得进一步研究。五、太沙基单向固结理论的基

12、本假设（1） 土体是均质的完全饱和性的（2） 土粒与水均为不可压缩介质（3）外荷重一次瞬时加到土体上，在固 结过程中保持不变（4） 土体的压力与应变之间存在线性关系，压缩系数为常数（5）外外力作用下，土体 中只引起上下方向的渗透与压缩（6） 土中渗流服从达西定律，渗透系数保持不变（7） 土体变形完全是由 空隙水排出和超静水压力清散所引起的。六、对几种沉降计算方法的评述（单向压缩沉降计算法，考虑三向变形效应的单向压缩法、三向变形计算 法，弹性理论法，应力路径法，剑桥模型法）（1）单向压缩沉降计算方法：最大的优点是计算方法简单，计算指标容易测定，它可以考虑各种土层条件， 地下水位，基础性状，还能计

13、及压缩指标修正和地基土的压力历史等。当基础面积大大超过压缩土层的厚 度，或压缩土层埋藏较深，用此法可得较好结果。反之，计算的沉降量一般会偏低，应该给以修正，或改 用考虑三向变形的方法。（2）考虑三向变形效应的单向压缩法，对单向压缩法作了改变，因为初始孔隙水压力系数由三轴试验测定， 计及于土的剪胀性。不完善之处是将三轴应力状态下测得的空隙压力用于地基中的一般压力状态，系数A 随土变形而改变，较难确定。仅能用于基础对称轴上各点的沉降。（3）三向变形计算法：它具有单向压缩计算法的各种优点，并且考虑了土的三向变形，更接近于实际。但 是计算中需要采用土的泊松比v和土的应力应变关系，这要求模拟实际应力条件

14、下用三轴试验测取，较为 复杂，同时，要想获得满意的计算结果，该法需要积累更多的使用经验。（4）弹性理论法：直接应用弹性理论，概念清晰，计算简便。但应用有较大的局限性，天然土很少是均匀 的，各处的弹性参数变化可能很大。不易计算及各种实际的复杂边界条件，计算范围达到无限深，常使计 算结果偏大，因此，弹性理论法只适用于土质相对均匀，基础面积较小的一般房屋地基设计。（5）应力路径法：利用三轴仪在室内模拟土的原位应力路径，实测土的应变，再计算沉降。概念清楚，思 路先进，但存在某些缺点：试验工作量较大（要求高质量的原状式样与测试技术）计算依据的代表性 点不易选择恰当应力系按弹性理论求得，实际的原位应力未必与计算应力相同（6）剑桥模拟法：尚待发展的理论方法，实际上应用了“临界状态土力学”的本构关系，又以常规试验测 得的各项指标作为计算依据，最大特点是考虑了土的剪胀性的本构关系，但也存在较大的局限性只适用 于正常固结土或弱超固结土，应用范围窄迄今的试验论证只局限于重塑土。（7）