高等土力学土的强度与土的物理性质(内因)

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,3.3,土的强度与土的物理性质（内因）,3.3.1,影响土强度的因素,3.3.2,影响土强度的一般物理性质,3.3.3,孔隙比,e,与砂土抗剪强度关系,临界孔隙比,e,cr,3.3.4,孔隙比与黏土强度真强度理论,e,为土的孔隙比；,C,代表土的组成，,component；,H,代表应力历史，,history；,T,表示温度，,temperature；,和,分别表示应变和应变率；,S,表示土的结构，,Structure；,c,和,为黏聚力及内摩擦角。,其中各种因素并不独立，可能相互重叠,。,3.3.1,影响土强度的因素,组成,（,C,）,、状态,（,e,）,和结构,（,S,）,（,1,）组成：矿物成分，颗粒大小与级配，颗粒形状，含水量（饱和度）以及黏性土的离子和胶结物种类等因素。,（,2,）状态：砂土的相对密度；黏土的孔隙比。,（,3,）结构：颗粒的排列与相互作用关系。,2,.外部因素,温度、应力状态（围压、中主应力）、应力历史、主应力方向、应变值、加载速率及排水条件。,1,.内部因素,3.4.2,影响土强度的一般物理性质,（组成与状态）,1,.颗粒矿物成分,2,.颗粒的几何性质,3,.土的级配,4,.土的状态,5,.土的结构,6,.剪切带的形成及其影响,黏土：高岭土伊里土蒙特土,粗粒土：含云母、泥岩等，摩擦角明显变小,矿物本身滑动摩擦角小；颗粒易于破碎,图317,常见矿物的滑动摩擦角,1.,颗粒矿物成分对滑动摩擦角的影响,（1）,颗粒尺寸的大小的影响,一方面，大尺寸颗粒具有较强的咬合，可能增加土的剪胀，从而提高强度；,另一方面，大尺寸颗粒在单位体积中颗粒间接触点少，接触点上应力加大，颗粒更容易破碎，从而减少剪胀，降低了土的强度。,2,.粗粒土颗粒的几何性质,大小、棱角、针片状,如果均匀的细砂与粗砂具有相同的孔隙比,e,，二者的内摩擦角,基本相同。但由于细砂的,e,min,要大，所以这时细砂的相对密度,D,r,要高。,如果相对密度,D,r,相同，则粗砂的内摩擦角,大。,对于砂土,在其他条件相同时，颗粒表面糙度增加将会增加砂,土的内摩擦角。,粗粒土的针、片状形状及棱角的影响较复杂：,（a）,加强了颗粒间的咬合作用：,。,（b）,针片状颗粒更易于折断，棱角易于折损:,。,（2）表面糙度、,针、片状形状及棱角颗粒,棱角与针片状颗粒,在同样较低围压下,（,1,）砂土由于单位体积接触点多，颗粒破碎一般不严重，其棱角使抗剪强度增加(河砂与山砂）；,（,2,）碎石土由于单位体积内接触点少，它们其强度提高不明显，甚至减小（碎石与卵石）。,3,.土的级配,级配良好：,密度增加,剪胀性增强,触点增加与接触应力减小,有利于强度提高,4,.土的状态,孔隙比,e,及相对密度,D,r,影响强度的重要因素，密度大其强度提高。,砂土（以石英为主）的干与湿：二者一般接近，相差,12,。,5,.土的结构：强度有所提高，并且表现出各向异性,6,.剪切带的形成及其影响：应变软化与残余强度,图318,正常固结黏土的强度矿物及塑性指数关系,静压,揉搓,图319,黏性土的结构性对强度的影响,(a)两种制样方法,(b)单轴压缩（无侧限)试验,静压,揉搓,图320,砂土制样方法造成的结构性对强度的影响,各种影响砂土内摩擦角的物理因素,影响砂土内摩擦角的物理因素,3.4.3,孔隙比,e,与砂土抗剪强度关系,临界孔隙比,e,cr,天然休止角：,r,松砂的天然休止角,r,天然沙丘,图322,相同围压下密砂与松砂的三轴试验：破坏时孔隙比接近,图323,临界孔隙比,e,cr,是指在在三轴试验加载过程中，达到极限应力差,(,1,3,),ult,，轴向应变连续增加，最终试样体积几乎不变时的孔隙比。,也可以叙述为：在一种围压下，用具有临界孔隙比的砂试样进行排水三轴试验，偏差应力达到,(,1,3,),ult,时，试样的体应变为零；,或者不排水试验破坏时的孔隙水压力(孔隙水压力系数,A,)为零。,临界孔隙比,e,cr,图324,临界孔隙比与围压,制样孔隙比,e,-,v,e,cr,v,v,制样孔隙比,e,围压,3,破坏时体应变,v,简化,关系,图325,制样孔隙比,e,围压,3,破坏时体应变,v,简化,关系,3.4.4,孔隙比与黏土强度真强度理论,正常固结黏土的强度包线过原点：但各围压下的密度不同,实际上存在粘聚力,图326,真强度理论,伏斯列夫的真强度理论：,破坏时的含水量相同,w,(,e,),图327,伏斯列夫的真强度理论,e,c,e,=,f,(,e,i,),破坏时不同密度的试样,e,：,基本是常数,c,e,：,是密度的函数,图328,不同密度的试样,