土體變形特性-同濟

1第一章土體變形特性2

承受荷載作用材料將表現(xiàn)出其獨特的變形性質(zhì)。通常采用特性應(yīng)力路徑下所表現(xiàn)的應(yīng)力應(yīng)變系進(jìn)行描述，即應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，又稱之為本構(gòu)關(guān)系。

相比較金屬等經(jīng)典的工程材料，土體有著特有的本構(gòu)關(guān)系。室內(nèi)土工試驗采用單元試驗對本構(gòu)模型進(jìn)行量測。1.土體單元試驗3△F△sh單軸壓縮△p=△

sz=F/A△

ez=△

s/h=△e/(1+e0)???4三軸剪切三軸狀態(tài)三軸壓縮5△e1△e2s1s2平面應(yīng)變(雙軸)剪切平面壓縮6真三軸剪切真三軸試驗7、、、，

空心扭轉(zhuǎn)剪切試驗WTpipoσrσaσhτhaτah82.1非線性、非彈性2.土體應(yīng)力－應(yīng)變特性土體金屬9土體割線模量E隨應(yīng)變增加變化曲線土體E10-510-310不可恢復(fù)的塑性變形－由于土顆粒相對位置的改變;一個顆粒在位置上可以越過另外一個顆粒，或掉入孔隙中.11多個循環(huán)后彈性行為122.2塑性體應(yīng)變和剪脹性球應(yīng)力引起的塑性體塑性加載p卸載13剪應(yīng)力引起的塑性體應(yīng)變剪縮剪脹p=constantp=constant142.3塑性剪應(yīng)變ABBA球應(yīng)力引起剪應(yīng)變15應(yīng)變（%）1-3A密砂B松砂2.4硬化和軟化咬合引起的峰值強度殘余強度16v峰值強度殘余強度粘土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線超固結(jié)粘土正常固結(jié)粘土172.5應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史應(yīng)力狀態(tài)：土體中一點（微小單元）上作用的應(yīng)力的大小與方向摩爾園代表一個應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力路徑p,q平面－一個點代表一個應(yīng)力狀態(tài)pO3113q固結(jié)排水三軸試驗18O3113采用一系列摩爾圓上的（p,q）坐標(biāo)點的連線描述應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑的表示法方法△1

保持為常數(shù)19總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑固結(jié)不排水三軸試驗p(=p’+u)Oq(=q’)u213’3’1u120應(yīng)力歷史應(yīng)力歷史是指土體歷史上的應(yīng)力路徑。土層歷史上發(fā)生的變形與形成的前期應(yīng)力狀態(tài)影響土層今后的變形。21正常固結(jié)土超固結(jié)土222.6中主應(yīng)力對變形和強度的影響b=0b=0.5b=1.0應(yīng)力狀態(tài)b10.50232.7初始圍壓的影響低圍壓高圍壓24AB2.8各向異性25天然沉積天然各向異性262.9結(jié)構(gòu)性土的結(jié)構(gòu)是土的組成成分、空間排列和粒間作用力的綜合特性。27廣義胡克定律3.非線性彈性模型（Duncan-Chang模型）線彈性模型單軸壓縮28應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(松砂及正常固結(jié)粘土)1Et切線模量≠彈性模量非線性彈性模型29雙曲線模型1Et30Et物理意義常規(guī)三軸試驗31e1e1/(s1-s3)求解Et=f(s)1EtKonder(1963)Ei=1/a132得、Ei=1/a13=100kPa3=200kPaa、b是隨著應(yīng)力狀態(tài)變化而變化，即不是土體材料參數(shù)····n33式中:K，n，Rf，c，j──確定Et的五個試驗參數(shù)得34求解vt=g(s)········35其中K，n，Rf，c，j

五個試驗參數(shù)已確定，另有D、F、G三個參數(shù)待確定卸載···卸載情況（<s1-s3>減小)得飽和粘性土在不排水條件下，模型參數(shù)D、F、G如何確定？加載再加載Et和tEur(不考慮體變)Et與Eur間插值S＞Sm

加載S＜0.75Sm卸載或再加載 0.75Sm

＜S＜Sm

過渡區(qū)準(zhǔn)則36能反映土體變形的主要特征：非線性、應(yīng)力歷史和應(yīng)力路徑簡單，容易為工程們接受模型參數(shù)容易確定，積累了豐富確定模型參數(shù)的經(jīng)驗不能反映土體變形的剪脹性、軟化、各向異性和結(jié)構(gòu)性優(yōu)點：缺點：37適用性基于三軸試驗，應(yīng)變產(chǎn)生僅由于偏應(yīng)力s1－s3雙軸試驗（平面應(yīng)變問題）三軸試驗4.經(jīng)典塑性模型-Camclay模型劍橋大學(xué)Roscoe等(1958—1963)在正常固結(jié)粘土和超因結(jié)粘土試樣的排水和不排水三軸試驗的基礎(chǔ)上，基于飽和粘土有效應(yīng)力和孔隙比成唯一關(guān)系的概念，提出即劍橋模型(Cam-clayModel)，又稱臨界狀態(tài)模型。該模型假定土體是加工硬化材料，服從相關(guān)聯(lián)流動規(guī)則。劍橋模型epa壓縮系數(shù)△e△pe壓縮指數(shù)△e△p一維壓縮-單調(diào)加載epp1pcp2p

>pcp

<pc單向壓縮-卸載再加載正常固結(jié)土/=0.1~0.2等向壓縮一維壓縮單向壓縮-三維等向壓縮土的屈服與硬化-屈服面土的破壞-臨界狀態(tài)土的破壞-臨界狀態(tài)q=Mc

p’三軸壓縮（s’1>s’2=s’3）三軸拉伸（s’1=s’2>s’3）q=Mc

p’三維空間的屈服-硬化-破壞屈服函數(shù)屈服理論-一致性條件初始