PPT《第三章》

第三章 土的力学性质

第三章 土的力学性质 土的力学性质是指土在外力作用下所表现的性质.

主要包括:在压应力作用下体积缩小的压缩性---变形在剪应力作用下抵抗剪切破坏的抗剪性---强度在动荷载作用下所表现的一些性质.

第一节 土的压缩性

一、土压缩变形的特点与机理土的压缩性是指土在压力作用下体积压缩变小的性能.土是由固、液、气三相物质组成的,土受压后体积缩小,必然是土的三相组成部分中的各部分体积减小的结果.在一般建筑物荷重(0.1―0.6MPa)作用下,土中固体颗粒的压缩量极小,达不到土体总压缩量的1/400,通常认为土的固体颗粒是不可压缩的.自然界中土的孔隙是和四周的大气连通的,孔隙中的水分和气体在压力作用下不可能被压缩,而是被挤出,因而当土孔隙中的水分和气体被挤出时,土粒相互移动靠拢,致使土的孔隙体积减小,而引起土体积减小.对于饱水土来说,孔隙中充满着水,土的压缩主要是由于孔隙中的水被挤出,孔隙体积减小所引起的.也就是说,饱水土的压缩过程是孔隙水压力的消散过程.饱水土在一定荷载作用下的渗透压密过程,称为渗透固结.饱和砂土的孔隙较大,透水性强,在压力作用下孔隙中的水很快排出,压缩很快完成,但砂土的孔隙总体积较小,其压缩量也较小.饱和细粒土的孔隙小而多,透水性弱,在压力作用下孔隙中的水不可能很快被挤出,土的压缩常需相当长的时间,但其压缩量较大.非饱和土在压力作用下的情况比较复杂,首先是气体外逸,空气未完全排出时,孔隙中的水尚未充满全部孔隙,故含水率基本不变,而随着土被压缩其饱和度逐渐增大.当达到饱和后,其压缩情况与饱和土一样

二、土的压缩性测试方法 侧限压缩试验 水槽 内环 环刀 透水石 传压板 百分表 测定:轴向应力 轴向变形 *施加荷载, 静置至变形稳定*逐级加大荷载这样可以得到不同荷载下的变形,于是可以求得不同的e-p值,作出e-p曲线 试样

三、压缩定律与压缩系数 压缩系数是表征土压缩性大小的主要指标压缩定律:在压力范围不大时,孔隙比的减小值与压力的增加值成正比

四、压缩模量 压缩模量(Es)指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力与应变增量之比,单位为MPa.

五、土的变形模量 变形模量(E0)指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应变之比.实际工程中常用,现场载荷试验来确定.

六、饱和土压缩过程(有效应力原理) 土= 孔隙水 固体颗粒骨架 + 三相体系 孔隙气体 + 总应力 总应力由土骨架和孔隙流体共同承受 受外荷载作用 1. Terzaghi一维(单向)固结理论 土骨架 孔隙水 孔隙固结模型 固结过程 1.饱和土中的应力形态 PS PSV a a PS A为土单元的断面积;

Aw为孔隙水的断面积;

As为颗粒接触点的面积且接近于0 a-a断面竖向力平衡: ∴ 因为 其中 所以 并且令有效应力σ′=∑Psv/A 得出有效应力原理为: 2.饱和土的有效应力原理 (1)饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为两部分σ' 和u, (2)土的变形与强度都只取决于有效应力饱和土在一定荷载作用下的渗水压密过程称为渗透固结 求得有效应力 总应力已知或易知 孔隙水压测定或算定 通常, 通过 压缩变形特征 饱和砂土:单个孔隙大 透水性好 排水快 压缩速度快 孔隙总体积小 可压缩空间少 压缩量小饱和细粒土:单个孔隙小 透水性弱 排水慢 压缩速度慢 孔隙总体积大 可压缩空间多 压缩量大