土力學(xué)課件-3變形與強(qiáng)度

土力學(xué)課件(清華大學(xué))-3變形與強(qiáng)度(工管)contents目錄土的應(yīng)力與應(yīng)變土的彈性與塑性土的強(qiáng)度土的壓縮性與固結(jié)土的流變性土的穩(wěn)定性分析01土的應(yīng)力與應(yīng)變法向應(yīng)力垂直于某一平面的應(yīng)力，主要由于垂直方向上的壓力產(chǎn)生。定義土體中某點(diǎn)由外力引起的單位面積上的力，表示土體的受力狀態(tài)。分類根據(jù)作用力的性質(zhì)，可分為法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力平行于某一平面的應(yīng)力，主要由于水平方向上的剪切力產(chǎn)生。計(jì)算公式法向應(yīng)力=垂直方向上的壓力/垂直方向上的面積；剪切應(yīng)力=水平方向上的剪切力/垂直方向上的面積。土的應(yīng)力計(jì)算公式線應(yīng)變=長(zhǎng)度變化/原長(zhǎng)度；剪應(yīng)變=相對(duì)位移/原長(zhǎng)度。剪應(yīng)變土體在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的剪切變形，表現(xiàn)為相鄰兩點(diǎn)的相對(duì)位移。線應(yīng)變土體在應(yīng)力作用下沿某一方向產(chǎn)生的長(zhǎng)度變化。定義土體中某點(diǎn)在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的形變，表示土體的變形程度。分類根據(jù)變形方向，可分為線應(yīng)變和剪應(yīng)變。土的應(yīng)變土體的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是土力學(xué)中的基本關(guān)系，描述了土體在受力過程中變形的發(fā)展規(guī)律。概述應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系通常用曲線表示，隨著應(yīng)力的增加，應(yīng)變逐漸增大。曲線關(guān)系在應(yīng)力應(yīng)變曲線上，彈性階段表現(xiàn)為線性關(guān)系，塑性階段表現(xiàn)為非線性關(guān)系。彈性階段與塑性階段當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，土體發(fā)生破壞，表現(xiàn)為應(yīng)力的急劇增加和變形的急劇增大。強(qiáng)度與破壞應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系02土的彈性與塑性01土的彈性是指土在受到外力作用時(shí)，能夠恢復(fù)到原始狀態(tài)的能力。02土的彈性變形量的大小取決于土的粒徑、礦物成分和含水率等因素。03土的彈性模量是衡量土的彈性性能的重要參數(shù)，其值越大，表明土的彈性性能越好。04土的彈性模量可以通過室內(nèi)試驗(yàn)和原位試驗(yàn)等方法進(jìn)行測(cè)定。土的彈性土的塑性01土的塑性是指土在外力作用下，產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形，并且這種變形量隨著外力的增加而增大的性質(zhì)。02土的塑性變形可以分為剪切變形和壓縮變形兩種類型。03土的塑性變形量的大小取決于土的粒徑、礦物成分、含水率和外力大小等因素。04土的塑性對(duì)于工程設(shè)計(jì)和施工具有重要的意義，特別是在地基處理、邊坡支護(hù)和地下工程等領(lǐng)域。土的彈性和塑性是兩種不同的變形性質(zhì)，它們?cè)谧冃翁卣?、影響因素和工程?yīng)用等方面存在明顯的差異。彈性和塑性變形的機(jī)理也不同，彈性變形主要是由于土顆粒之間的相對(duì)位置變化引起的，而塑性變形則是由土顆粒之間的剪切和滑動(dòng)引起的。在工程應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的變形性質(zhì)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，以確保工程的安全性和穩(wěn)定性。彈性變形是可逆的，變形量的大小與外力的大小成正比，且在外力撤除后能夠恢復(fù)到原始狀態(tài)；而塑性變形是不可逆的，變形量的大小與外力的大小和持續(xù)時(shí)間等因素有關(guān)。彈性與塑性的比較03土的強(qiáng)度土的強(qiáng)度定義土的強(qiáng)度是指土抵抗外力直至破壞的能力，通常表示為應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線上的某個(gè)點(diǎn)。土的強(qiáng)度可以分為屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度是指土開始發(fā)生屈服變形的應(yīng)力值，極限強(qiáng)度是指土達(dá)到破壞時(shí)的應(yīng)力值。該理論認(rèn)為土的強(qiáng)度是由剪切面上的剪切摩擦力和法向應(yīng)力共同作用的結(jié)果，當(dāng)剪切面上的剪切摩擦力等于法向應(yīng)力時(shí)，土達(dá)到極限強(qiáng)度。該準(zhǔn)則是基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立的，用于描述土在不同應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度特性。常用的強(qiáng)度準(zhǔn)則有Mohr-Coulomb準(zhǔn)則和Drucker-Prager準(zhǔn)則等。土的強(qiáng)度理論土的強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論摩擦角是影響土的剪切強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，摩擦角越大，土的剪切強(qiáng)度越高。剪切面上的摩擦角法向應(yīng)力含水率顆粒大小和級(jí)配法向應(yīng)力對(duì)土的剪切強(qiáng)度有重要影響，隨著法向應(yīng)力的增加，土的剪切強(qiáng)度逐漸降低。含水率對(duì)土的強(qiáng)度有顯著影響，隨著含水率的增加，土的強(qiáng)度降低。顆粒大小和級(jí)配對(duì)土的強(qiáng)度也有影響，不同顆粒大小和級(jí)配的土具有不同的強(qiáng)度特性。土的強(qiáng)度影響因素04土的壓縮性與固結(jié)土的壓縮性01土的壓縮性是指土在壓力作用下體積減小的性質(zhì)。02土的壓縮性主要與土的孔隙比、含水量、壓縮系數(shù)等有關(guān)。土的壓縮性對(duì)土體的穩(wěn)定性、地基沉降等有重要影響。03土的固結(jié)理論是描述土體在壓力作用下孔隙水排出、體積逐漸減小的過程。固結(jié)理論中，一維固結(jié)理論是最基本的理論，適用于均質(zhì)、各向同性的飽和土體。固結(jié)系數(shù)是描述孔隙水排出速度的重要參數(shù)，與土的滲透性、排水條件等因素有關(guān)。土的固結(jié)理論固結(jié)系數(shù)是描述孔隙水排出速度的重要參數(shù)，其值越大，表示孔隙水排出的速度越快。固結(jié)度是指土體在壓力作用下，某一時(shí)刻孔隙水排出的程度，可用以描述土體的固結(jié)狀態(tài)。固結(jié)系數(shù)和固結(jié)度是評(píng)價(jià)土體固結(jié)性能的重要指標(biāo)，對(duì)工程設(shè)計(jì)和施工有重要意義。固結(jié)系數(shù)與固結(jié)度05土的流變性粘彈性模型該模型將土視為粘性和彈性成分的組合，能夠描述土在長(zhǎng)期荷載下的變形行為。常見的粘彈性模型有Maxwell模型和Kelvin模型。塑性模型塑性模型考慮了土的塑性變形特性，適用于描述土在剪切和壓縮過程中的永久變形。常用的塑性模型有Drucker-Prager模型和Mohr-Coulomb模型。粘塑性模型粘塑性模型結(jié)合了粘彈性和塑性變形的特點(diǎn)，能夠更準(zhǔn)確地描述土在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的變形行為。典型的粘塑性模型有劍橋模型和BBM模型。土的流變模型010203廣義胡克定律適用于描述土在短期內(nèi)的彈性變形，其表達(dá)式為σ=E*ε，其中σ為應(yīng)力，E為彈性模量，ε為應(yīng)變。長(zhǎng)期流變方程該方程考慮了時(shí)間的因素，能夠描述土在長(zhǎng)期荷載下的變形行為。長(zhǎng)期流變方程的一般形式為ε(t)=∫(t0)t(σ(t')/E(t'))dt'，其中ε(t)為時(shí)間t時(shí)的應(yīng)變，σ(t')為時(shí)間t'時(shí)的應(yīng)力，E(t')為時(shí)間t'時(shí)的彈性模量。蠕變方程蠕變方程描述了土在恒定應(yīng)力作用下的變形行為，其一般形式為ε(t)=∫(0)t(α*σ/E)dt，其中α為蠕變系數(shù)。土的流變方程由于土的流變性，其長(zhǎng)期強(qiáng)度通常低于短期強(qiáng)度。在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮土的長(zhǎng)期強(qiáng)度，以避免結(jié)構(gòu)物的破壞。土的長(zhǎng)期強(qiáng)度在地下工程中，如隧道、地下倉(cāng)庫(kù)等的設(shè)計(jì)和施工中，需要考慮土的流變性對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響。地下工程土的流變性會(huì)導(dǎo)致地基沉降的持續(xù)發(fā)展。工程實(shí)踐中需要預(yù)測(cè)和控制地基沉降，以確保結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用。土的沉降土的流變性對(duì)土的穩(wěn)定性有重要影響。在邊坡工程中，需要考慮土的流變性以評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性。土的穩(wěn)定性土的流變特性與工程應(yīng)用06土的穩(wěn)定性分析極限平衡法、滑移線法、有限元法等。土坡穩(wěn)定性分析方法土的性質(zhì)、降雨、地震、人為因素等。土坡穩(wěn)定性影響因素滑坡、崩塌、泥石流等。土坡失穩(wěn)類型通過計(jì)算安全系數(shù)、繪制穩(wěn)定性曲線等方式進(jìn)行。土坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)土坡穩(wěn)定性分析重力式、懸臂式、錨定式等。擋土墻類型靜力法、動(dòng)力法、有限元法等。擋土墻穩(wěn)定性分析方法滿足穩(wěn)定性要求，防止墻體變形、開裂、傾覆等。擋土墻設(shè)計(jì)原則增加墻體高度、增加錨桿或錨索等。擋土墻加