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1、2010年第4期黑龙江交通科技No.4,2010(总第194期)HEILONGJIANGJIAOTONGKEJI(SumNo.194)浅谈土的变形特性12李连志,王佳(1黑龙江工程学院土木与建筑工程学院;2黑龙江省公路局)摘要:土的力学性质研究是建立在三大力学基础之上,但又因为土的多相性、散体性和自然变异性,使其与金属材料有着本质的区别。在土的非线性、剪胀性、硬化与软化、应力路径和应力历史等方面分析了土有别于金属材料的变形特性。关键词:土体;变形特性;本构关系中图分类号:U4161文献标识码:C文章编号:1008-3383(2010)04-0004
2、-010概述观上,颗粒间是有错动的。压缩前,颗粒架空,存在较大孔土是一种具有多相性、散体性和自然变异性的材料,与隙,压缩后,有些颗粒挤入原来的孔隙中,颗粒错动,相对位材料力学中的金属有着本质的区别。为了研究土的变形往置调整,颗粒之间发生着剪切位移。当荷载卸除后,不能再往应用压缩固结仪、三轴压缩仪、平面应变仪、真三轴仪等进使它们架空,无法恢复到原来的体积,就形成较大的塑性体行试验,得出土的应力应变关系。这种关系反映了土体变积变形。形的特性。但试验有一定的局限性,试验总是在某种简化条件下进行的,即使真三轴仪能考虑三维受力状态,试验也只能按某种应力状态,某种加荷方式进行。
3、为了更好的了解土的变形特性,仅就土区别于金属材料的变形特性阐述。1非线性和非弹性大部分坚硬材料,如金属和混凝土,在受轴向拉压时,应力应交关系如图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,应力应交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1(b)为土的三轴试验得出的轴向应力1-3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黏土,几乎(a)金属;(b)土体没有直线阶段,加荷一开始就呈非线性。土体的非线性变形图1材料的应用应变关系特性比其他材料明显得多。这
4、种非线性变化的产生,就是因为除弹性变形以外还出不仅压力会引起塑性体积变形,而且剪切也会引起塑性现了不可恢复的塑性变形。土体是松散介质,受力后颗粒之体积变形。剪切引起的体积收缩叫剪缩。软土和松砂常表间的位置调整在荷载卸除后,不能恢复,形成较大的塑性变现为剪缩。若剪切引起体积膨胀,则称之为剪胀。紧密砂形。如果加荷到某一应力后再卸荷,曲线将如图1(b)虚线土,超固结黏土,常表现为剪胀。文献中常把剪切引起的体所示。oa为加荷段,ab为卸荷段。卸荷后能恢复的应变e积变化,不管剪缩还是剪胀,统称为剪胀性,剪缩是负的剪即弹性应变。不可恢复的那部分应变p为塑性应变。经过胀。剪胀性是散
5、粒体材料的一个非常重要的特性。一个加荷退荷循环后,再加荷,将如图1(b)中的bc段所示,3硬化和软化它并不与ab线重合,而存在一个环,叫回滞环。回滞环的存三轴试验测得的轴向应力1-3与轴向应变a的关在表示卸荷再加荷过程中能量消耗了,要给以能量的补充。系曲线有两种形态。图2(a)所示曲线有一直上升的趋势直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至破坏,这种形状的应力应变关系称为硬化型。软土和松砂复后塑性变形逐渐减小。表现为这种形态,图2(b)所示曲线前面部分是上升的,应力土体在各种应力状态下都有塑性变形,甚至在加荷初始达到某一峰值后转为下降曲线,即应力在
6、降低,而应变却在应力应变关系接近直线的阶段,变形仍然包含弹性和塑性增加,这种形态称之为软化型。紧密砂和超压密黏土表现为两部分。卸荷后不能恢复到原点。非线性和非弹性是土体这种形态。变形的突出特点。密砂受剪时,由于顺位排列紧密,一部分颗粒要滚过另2塑性体积应变和剪胀性一部分颗粒而产生相对错动,须克服较大的咬合作用力,土体受力后会有明显的塑性体积变形。由土样在三轴故表现为较高的抗剪强度。而一旦一部分颗粒绕过了另一仪中逐步施加各向相等的压力P后,再卸除,所得到的P与部分颗粒,结构便变松,抗剪能力减小了,因而表现为软化。体积应变v之间的关系曲线,可见存在不可恢复的塑性体超
7、固结黏土剪切破坏后结构黏聚力丧失,也降低强度,表现积应变,而且它往往比弹性体积应变更大。这一点与金属不为软化。对于松砂和软土,剪切过程中结构变得紧密,一般同,金属被认为是没有塑性体积变形的。塑性变形是由于晶表现为剪缩,因而强度也在提高,呈现硬化特性。硬化和软格之间的错动滑移而造成的,它只体现形状改变,不产生体化与剪缩和剪胀,常有一定联系,但也不是必然联系,软化类积变化。土体的塑性变形也与颗粒的错位滑移有关。在各型的土往往是剪胀的,剪胀土未必都是软化的。向相等的压力作用下,从宏观上来说,是不受剪切的,但在微(下转第7页)收稿日期
