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土力学与数值方法:土的基本力学特性.ppt

发布:2017-10-11约1.25万字共77页下载文档
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根据土体应力状态,三轴压缩试验相当于主动土压力状态、三轴伸张试验相当于被动土压力状态,因此,对应于土体不同的应力状态,采用相同的强度指标φcu进行计算是不合理的。一般情况下,压缩试验及伸张试验破坏时的轴差应力( σ1- σ3)f 是比较接近的,但破坏时的孔隙水压力相差较为明显,而按有效应力圆表示的有效应力强度指标φ’则与试验方法无关,φ’是唯一的。 根据固结不排水三轴压缩试验,可以确定土体抗剪强度随固结压力增大的增加率,对于正常固结粘性土,根据前述关系,可以得到: 可见,(cu/p)是定值,土的抗剪强度随固结压力的增大而增大。 固结不排水剪及固结排水剪(u=0)的有效应力强度指标分别为φ’ 、φd,它们之间的关系可按以下途径说明。 正常固结(c’=0) 根据上图,不排水剪的条件下土体不发生剪胀(不需要进行能量修正),应满足以下关系: 根据前述,有效应力强度指标与土的孔隙比有关,上图中经能量修正后的有效粘聚力cr 及有效内摩擦角φr取试样孔隙比对应的值(孔隙比e2),对于正常固结粘性土,对应图中的应力圆根据Mohr-Coulomb准则,对于固结不排水剪可以得到如下关系: 一般三轴压缩固结不排水剪试验采用等固结压力p,保持σ3=p一定的条件下实施剪切,因此可以将有效粘聚力写成cr=κp的形式,剪切过程应满足以下条件: 破坏时的孔隙水压力为 ,固结完成时的孔隙水压力u=0,破坏时的有效应力 用有效应力指标φ’表示时c’=0 将破坏包络线方程两边除以p,可以写成以下形式: 可求得以下关系(对应固结不排水剪): 而固结排水剪剪切过程中,随着σ1的增大,在剪切过程中也有固结发生,等价固结压力就不像固结不排水剪这样简单。利用三轴压缩试验条件 ,在排水剪切过程中的体积应变可以写成以下形式: 考虑土体不是完全弹性体,上式可以写成以下形式: 与土的剪胀性有关的构造指数 见前面P.61的关系式 用有效应力指标φ’表示时c’=0 cr=κp≠0 A主要反映孔隙水压力的关系 根据上述原理,对于固结排水剪切,在等压力固结完成时的等价固结压力 ,但在排水剪切过程中固结仍在进行,破坏时对应的等价固结压力为: 由此可得: 在排水剪切过程中需要考虑能量修正,参照前述可得: 根据Mohr应力圆,可以得到如下关系: 再代入前述关系式,可得: 对应于固结排水剪 经与固结不排水的关系式对比,可以发现只有在Sd=A的条件下,才可以得到 的关系,但是,由于砂土的κ=0,对于砂土始终满足 。 正常固结粘性土在排水剪切过程中,在 状态下发生的体积应变的变化一般不大,实用上取能量修正后的强度指标 也是可行的。 在比较 时,还有一个κ值的问题,根据Gibson的实测,可设定κ0.15,此时即使A不等于Sd,实用上仍可认为 。 对于正常固结粘性土,固结压力与固结完成时的含水量具有确定的关系,因此,当不排水剪的固结压力与排水剪的等价固结压力相等时,不排水剪与排水剪在破坏时的含水量应相等,即: 将上述关系代入,即 代入前面得到的相关关系式中,得到以下关系: 另外,用不排水剪强度cu代替 ,则可得到: 由此,可以得到排水剪强度 与不排水剪强度cu的比: 根据实测,A比Sd值略大,由此可知,若破坏时含水量相等,排水剪强度略大于不排水剪强度。 对于固结与抗剪强度的关系,Henkel总结了以下几点: 1、对于某粘性土的抗剪强度与破坏时的含水量,在正常固结状态下与压力的施加方式无关而具有固有的关系。 压缩试验中含水量与最大主应力差的关系 伸张试验中含水量与最大主应力差的关系 2、正常固结状态下通过压缩试验得到的Mohr有效应力圆图与压力的施加方式无关(有效应力破坏包络线不变),压缩试验与伸张试验得到的破坏包络线在实用上认为是相同的,另外压缩试验破坏时的有效主应力比仅与最大固结压力和破坏时的平均有效主应力比有关,而与最大固结压力值无关; 压缩试验中破坏时的主应力比与平均固结压力比的关系 伸张试验中破坏时的主应力比与平均固结压力比的关系 在上述图形中,
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