土体变形特征

Question

如题所述

Answer 1

土坝、地基等实际问题中，土体各点的应力状况、变形历史，是千变万化的，无法在试验中模拟所有这些变化，因此有必要在试验基础上提出某种数学模型把特定条件下的试验结果推广到一般情况。这种数学模型，就叫做本构模型。本构模型是用数学手段来体现试验中所发现的土体变形特性。土体的变形特性是建立本构模型的根据，也是检验本构模型理论的客观标准。在介绍本构模型理论之前，首先来讨论土体变形究竟有那些规律。 一 非线性和非弹性 金属和混凝土等坚硬材料，在受轴向拉压时，应力－应变关系如图2－1(a)所示，初始阶段为直线，材料处于弹性变形状态；当应力达到某一临界值时，应力－应变关系明显地转为曲线，材料同时存在弹性变形和塑性变形。土体也有类似的特性，图2－1(b)为土的三轴试验得出的轴向应力与轴向应变之间的关系曲线。与金属等材料不同的是，初始的直线阶段很短，对于松砂和正常固结粘土，几乎没有直线阶段，加荷一开始就呈非线性。土体的非线性变形特性比其他材料明显得多。 图2－2 加荷与卸荷的应力应变曲线 这种非线性变化的产生，就是因为除弹性变形以外还出现了不可恢复的塑性变形。土体是松散介质，受力后颗粒之间的位置调整在荷载卸除后，不能恢复，形成较大的塑性变形。如果加荷到某一应力后再卸荷，曲线将如图2－2所示。OA为加荷段，AB为卸荷段。卸荷后能恢复的应变即弹性应变。不可恢复的那部分应变为塑性应变。 经过一个加荷退荷循环后，再加荷，将如图2－2中的BC段所示，它并不与AB线重合，而存在一个环，叫回滞环。回滞环的存在表示退荷再加荷过程中能量消耗了，要给以能量的补充。再加荷还会产生新的不可恢复的变形，不过同一荷载多次重复后塑性变形逐渐减小。 土体在各种应力状态下都有塑性变形，哪怕在加荷初始应力－应变关系接近直线的阶段，变形仍然包含弹性和塑性两部分。退荷后不能恢复到原点。非线性和非弹性是土体变形的突出特点。 二塑性体积应变

Answer 2

3 土的变形和地基沉降计算 （重点内容） 根据建筑地基土层的分布、厚度、物理力学性质和上部结合的荷载，计算地基的变形值 基本内容： 这是本课程的 重点 。在学习土的压缩性指标确定方法的基础上，掌握地基最终沉降量计算原理和地基固结问题的分析计算方法。 学习要求： ◆ 掌握土的压缩性与压缩性指标确定方法； ◆ 掌握地基最终沉降量计算方法 ； ◇ 熟悉不同应力历史条件的沉降计算方法； ◇ 掌握太沙基一维 固结理论 ； ◇ 掌握地基沉降随时间变化规律。

3.1 土的变形特性
土的压缩性大：三相组成，具有碎散性。 地基土产生压缩的原因 外因：
1） 建筑物的重量及其分布情况；
2）地下水位大幅度下降，相当于施加大面积荷载；
3）施工影响，基槽持力层土的结构扰动； 4）振动影响，产生震沉；
5）温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化。
内因 （地基土层的种类、各土层的厚度以及土的压缩性的大小） ：
1）固相矿物颗粒本身压缩，极小，无工程意义。
2）液相水的压缩，很小，可忽略。
3）孔隙压缩，土中水和气体受压后挤出，使孔隙减小。 外因通过内因起作用： 地基基础沉降 上部结构产生附加应力影响建筑物的安全和其正常使用计算沉降量、沉降差 控制在容许范围内
概述…1 如果在地基上修建建筑物，地基土内各点不仅要承受土体本身的自重应力，而且要承担由建筑物通过基础传递给地基的荷载产生的附加应力作用，这都将导致地基土体的变形。 土体变形可分为： 体积变形 和 形状变形 。 本章只讨论由 正应力引起的体积变形 ，即由于外荷载导致地基内正应力增加，使得土体体积缩小。 在附加应力作用下，地基土将产生体积缩小，从而引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为 沉降 。 为什么研究沉降？ 基础的沉降量或者各部位的沉降差过大，那么将影响上部建筑物的正常使用，甚至会危及建筑物的安全。 概述…2 地基土层发生变形的主要因素 内因：土具有压缩性 外因：主要是建筑物荷载的作用 建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素 地下水位大幅度下降 施工影响，基槽持力层土的结构扰动 振动影响，产生震沉 温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉 固相矿物本身压缩 土中液相水的压缩 土中孔隙的压缩 在外力作用下 ， 土颗粒重 新排列 ， 土体体积缩小的现象 称为 压缩 。
通常 ， 均认为土体 压缩完全是由于土中孔隙体积 减小的结果。 土的压缩随时间增长的过 程称为 土的固结 。

Answer 3

一、岩体的结构

（一）岩体的构成

1、岩石：按成因分为岩浆岩、沉积岩、变质岩。

2、土：①土是由颗粒、水溶液和气组成的三相体系；②组成土的固体颗粒矿物可分为原生矿物、不溶于水的次生矿物、可溶盐及易分解的矿物、有机质四种；③土的结构指土颗粒本身的特点与颗粒间相互关联的综合特征，分为单粒结构和集合体结构；④土的构造是指整个土层构成上的不均匀特征的综合；不均匀性包括：层理、夹层、透镜体、结核、组成颗粒大小悬殊及裂隙特征与发育程度；⑤根据颗粒级配和塑性指数分为碎石土（2mm、大于50%）、砂土（2mm、小于50%；0.075、大于50%）、粉土（0.075、小于50%；塑性指数小于10）、粘性土（塑性指数大于10）；

3、结构面

①层面、节理、裂隙、裂缝、断层等结构面的空间位置定义为结构面的产状；结构面的产状由走向、倾角、倾向三个要素表示；

②节理组数的多少决定了岩石的块体大小及岩体的结构类型：不发育（1-2规则）、较发育（2-3规则）、发育（一般大于3）、很发育（规则大于3）。

4、地质构造

（1）水平构造和单斜构造

（2）褶皱构造：①组成地壳的岩层，受构造里的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造，它是岩层产生的塑性变形；②对深路堑和高边坡不利情况；③对隧道工程不利的情况；

（3）断裂构造：岩体的连续性和完整性遭到破坏，产生各种大小不一的断裂。

1）裂隙：也称节理，是存在与岩体的裂缝，断裂后没有显著位移的断裂构造。①构造裂隙分为张性裂隙和扭性裂隙，张性裂隙主要发育在背斜和向斜的轴部，裂隙张开较宽，断裂面粗糙；扭性裂隙一般多是平直闭合的裂隙，裂隙面光滑，走向稳定。②非构造裂隙由成岩作用、外动力、重力等非构造因素形成的裂隙。

2）断层：岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生显著相对位移的断裂构造。

①段层面和破碎带；②断层线；③断盘；④断距。

（二）岩体结构特征

1、结构体特征：①结构体按其外形特征可大致归纳为柱状、板状、契型、菱形和锥形等六种基本形态。②当岩体强烈变形破碎时，可以形成片状、板状、鳞片状等结构体。③结构体的形状和岩层产状之间有一定的关系。

2、岩体结构类型

（1）整体块状结构：良好的工程地质性质。

（2）层状结构：变形模量和承载能力一般均能满足要求。

（3）碎裂结构：镶嵌结构工程地质性质尚可；层状破碎结构，工程地质性质较差。

（4）散体结构：裂隙很发育、岩石手捏即碎，属于碎石土类。

二、岩体的力学特性

（一）岩体的变形特征：结构面变形和结构体变形

1、不同的岩体有不同的流变特性，一般有蠕变和松弛两种表现形式；软弱岩石、软弱夹层、碎裂及散体结构岩体，其变形的时间效应明显，蠕变特征显著。

（二）岩体的强度性质

1、岩体的强度是岩块岩石和结构面共同影响表现出来的强度；当结构面不发育时，岩石的强度可视为岩体强度；如果岩体沿某一结构面产生整体滑动，则岩体强度完全受结构面强度控制。

三、岩体的工程地质性质

（一）岩石的工程地质性质

1、岩石的物理力学性质

（1）岩石的主要物理性质：重量（比重和重度）；孔隙性；吸水性；软化性；抗冻性。

①空隙性反应岩石中各种孔隙的发育程度；未受风化或构造作用的侵入岩和某些变质岩，其孔隙度一般很小，而砾岩、砂岩等一些沉积岩类岩石经常有较大的孔隙度。

④软化性：黏土矿物含量高、空袭独大、吸水率高的岩石，与水作用容易软化而丧失其强度和稳定性。

⑤抗冻性：岩石孔隙中的水结冰时容易膨胀，会产生巨大的压力。岩石抵抗这种压力作用的能力称为岩石的抗冻性。

（2）岩石的主要力学性质：岩石的变形；岩石的强度。

①弹性模量越大，岩石抵抗变形的能力越大；莫桑比越大，岩石受力作用后的横向变形越大。

②岩石抗压强度最高，抗剪强度居中10%-40%，抗拉强度最小2%-16%；岩石越坚硬，其值相差越小；岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石稳定性的指标，是对岩石稳定性进行定量分析的依据。

2、岩石的分级：松石；次坚石；普坚石；特坚石。

①土分四类：一、二、三、四。

②岩石分四类：松石、次坚石、普坚石、特坚石。

（二）土体的工程地质性质

1、土的物理力学性质

（1）土的主要性能参数：含水量；饱和度；孔隙比；孔隙率；塑性指数和液性指数。

（2）土的力学性质：土的压缩性；土的抗剪强度。

2、特殊土的主要工程性质

（1）软土:淤泥及淤泥质土，天然含水量大于液限。

（2）湿陷性黄土：分自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。

（3）红粘土：岩石风化后期产物，坚硬可塑。

（4）膨胀土：含有大量强亲水性黏土矿物成分。

（5）填土：素填土；杂填土；冲填土。

（三）结构面的工程地质性质

1、岩体的物理力学性质取决于岩石和结构面的物理力学性质。

2、对岩体影响较大的结构面的物理力学性质主要是结构面的产状、延续性和抗剪强度。

3、结构面与最大主应力之间的关系控制着岩体的强度与破坏机理。

4、结构面的规模是结构面影响工程建设的重要性质；结构面的规模分为1-5级。

5、工程建设要注意软弱结构面。

（四）地震的震级与烈度

1、地震震源：深部岩石破裂产生地壳振动的发源地。

2、地震震级：微震；轻震；强震；烈震和大灾震。

3、地震烈度：基本烈度、建筑场地烈度、设计烈度。

4、震级与烈度的关系：震级越高、震源越浅、距震中越近，地震烈度就越高