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1、2010年第4期黑龍江交通科技No.4,2010(總第194期)HEILONGJIANGJIAOTONGKEJI(SumNo.194)淺談土的變形特性12李連志,王佳(1黑龍江工程學院土木與建筑工程學院;2黑龍江省公路局)摘要:土的力學性質研究是建立在三大力學基礎之上,但又因為土的多相性、散體性和自然變異性,使其與金屬材料有著本質的區(qū)別。在土的非線性、剪脹性、硬化與軟化、應力路徑和應力歷史等方面分析了土有別于金屬材料的變形特性。關鍵詞:土體;變形特性;本構關系中圖分類號:U4161文獻標識碼:C文章編號:1008-3383(2010)04-0004
2、-010概述觀上,顆粒間是有錯動的。壓縮前,顆粒架空,存在較大孔土是一種具有多相性、散體性和自然變異性的材料,與隙,壓縮后,有些顆粒擠入原來的孔隙中,顆粒錯動,相對位材料力學中的金屬有著本質的區(qū)別。為了研究土的變形往置調整,顆粒之間發(fā)生著剪切位移。當荷載卸除后,不能再往應用壓縮固結儀、三軸壓縮儀、平面應變儀、真三軸儀等進使它們架空,無法恢復到原來的體積,就形成較大的塑性體行試驗,得出土的應力應變關系。這種關系反映了土體變積變形。形的特性。但試驗有一定的局限性,試驗總是在某種簡化條件下進行的,即使真三軸儀能考慮三維受力狀態(tài),試驗也只能按某種應力狀態(tài),某種加荷方式進行。
3、為了更好的了解土的變形特性,僅就土區(qū)別于金屬材料的變形特性闡述。1非線性和非彈性大部分堅硬材料,如金屬和混凝土,在受軸向拉壓時,應力應交關系如圖1(a)所示,初始階段為直線,材料處于彈性變形狀態(tài)。當應力達到某一臨界值時,應力應交關系明顯地轉為曲線,材料同時存在彈性變形和塑性變形。土體也有類似的特性,圖1(b)為土的三軸試驗得出的軸向應力1-3與軸向應變之間的關系曲線。與金屬等材料不同的是,初始的直線階段很短,對于松砂和正常固結黏土,幾乎(a)金屬;(b)土體沒有直線階段,加荷一開始就呈非線性。土體的非線性變形圖1材料的應用應變關系特性比其他材料明顯得多。這
4、種非線性變化的產生,就是因為除彈性變形以外還出不僅壓力會引起塑性體積變形,而且剪切也會引起塑性現(xiàn)了不可恢復的塑性變形。土體是松散介質,受力后顆粒之體積變形。剪切引起的體積收縮叫剪縮。軟土和松砂常表間的位置調整在荷載卸除后,不能恢復,形成較大的塑性變現(xiàn)為剪縮。若剪切引起體積膨脹,則稱之為剪脹。緊密砂形。如果加荷到某一應力后再卸荷,曲線將如圖1(b)虛線土,超固結黏土,常表現(xiàn)為剪脹。文獻中常把剪切引起的體所示。oa為加荷段,ab為卸荷段。卸荷后能恢復的應變e積變化,不管剪縮還是剪脹,統(tǒng)稱為剪脹性,剪縮是負的剪即彈性應變。不可恢復的那部分應變p為塑性應變。經過脹。剪脹性是散
5、粒體材料的一個非常重要的特性。一個加荷退荷循環(huán)后,再加荷,將如圖1(b)中的bc段所示,3硬化和軟化它并不與ab線重合,而存在一個環(huán),叫回滯環(huán)?；販h(huán)的存三軸試驗測得的軸向應力1-3與軸向應變a的關在表示卸荷再加荷過程中能量消耗了,要給以能量的補充。系曲線有兩種形態(tài)。圖2(a)所示曲線有一直上升的趨勢直再加荷還會產生新的不可恢復的變形,不過同一荷載多次重至破壞,這種形狀的應力應變關系稱為硬化型。軟土和松砂復后塑性變形逐漸減小。表現(xiàn)為這種形態(tài),圖2(b)所示曲線前面部分是上升的,應力土體在各種應力狀態(tài)下都有塑性變形,甚至在加荷初始達到某一峰值后轉為下降曲線,即應力在
6、降低,而應變卻在應力應變關系接近直線的階段,變形仍然包含彈性和塑性增加,這種形態(tài)稱之為軟化型。緊密砂和超壓密黏土表現(xiàn)為兩部分。卸荷后不能恢復到原點。非線性和非彈性是土體這種形態(tài)。變形的突出特點。密砂受剪時,由于順位排列緊密,一部分顆粒要滾過另2塑性體積應變和剪脹性一部分顆粒而產生相對錯動,須克服較大的咬合作用力,土體受力后會有明顯的塑性體積變形。由土樣在三軸故表現(xiàn)為較高的抗剪強度。而一旦一部分顆粒繞過了另一儀中逐步施加各向相等的壓力P后,再卸除,所得到的P與部分顆粒,結構便變松,抗剪能力減小了,因而表現(xiàn)為軟化。體積應變v之間的關系曲線,可見存在不可恢復的塑性體超
7、固結黏土剪切破壞后結構黏聚力喪失,也降低強度,表現(xiàn)積應變,而且它往往比彈性體積應變更大。這一點與金屬不為軟化。對于松砂和軟土,剪切過程中結構變得緊密,一般同,金屬被認為是沒有塑性體積變形的。塑性變形是由于晶表現(xiàn)為剪縮,因而強度也在提高,呈現(xiàn)硬化特性。硬化和軟格之間的錯動滑移而造成的,它只體現(xiàn)形狀改變,不產生體化與剪縮和剪脹,常有一定聯(lián)系,但也不是必然聯(lián)系,軟化類積變化。土體的塑性變形也與顆粒的錯位滑移有關。在各型的土往往是剪脹的,剪脹土未必都是軟化的。向相等的壓力作用下,從宏觀上來說,是不受剪切的,但在微(下轉第7頁)收稿日期
