土体变形规律

Question

如题所述

Answer 1

土力学至今还是把土体变形视为线性法则，即

地质工程学原理

或

地质工程学原理

式中：ε为孔隙比；P为压力；α为压缩指数。

实际上，土体变形遵循如下的曲线规律（图4-5，4-6）。土体变形规律实际为曲线变形法则，而工程实际中常常作为线性法则处理。结果是在割点以下的应力水平状态下对土体变形计算结果小于实际变形，而在割点以上应力水平状态下对土体变形计算结果则大于实际变形，结果都是失真的。

图4-5 土体变形特征曲线

图4-6 黄土压缩曲线

1—永No.9－3，δ＝1.46，w（H₂O）＝3%；2—永No.4－1，δ＝1.16，w（H₂O）＝1.5%；3—永No.4-3，δ＝1.31，w（H₂O）＝4%；4—永No.2－4，δ＝1.52，w（H₂O）＝8%；5—永No.3-1，δ＝1.23，w（H₂O）＝6.3%；6—永No.1－10，δ＝1.20，w（H₂O）＝4.3%；7—永No.3－7，δ＝1.21，w（H₂O）＝10.8%；8—永No.3－2，w（H₂O）＝4.9%；9—蒋 No.2－5，w（H₂O）＝5.5%；10—姜No.1－11，w（H₂O）＝11.6%；11—营No.3－14，w（H₂O）＝17%（δ＝1.27）；12—营No.3－7，w（H₂O）＝20%（δ＝1.25）；13—No.4－2（饱和）

土体变形实际上是土体在附加应力作用下土体中孔隙压缩、孔隙中气体和水排出的结果。在一般工程荷载作用下，土粒压缩变形远远小于土体中气体和水从孔隙中挤出，孔隙压缩产生的变形。故在实际工程中把土体孔隙压缩变形近似地作为土体压缩变形，通常用孔隙比ε变化Δε来表示。土体中含水量愈高，土体变形愈以孔隙变形为主；当含水量很低，处于干固状态时，在作用力较小时则其变形以颗粒间联结变形为主，其变形曲线曲率不同于潮湿状态（图4-6）。在高作用力下，土体颗粒间联结被破坏，其变形曲线与潮湿状态相同。根据实验结果统计得知，潮湿状态土体变形基本法则符合于半对数曲线法则，即：

地质工程学原理

式中C_m为潮湿土体压缩指数，其倒数1/C_m 为压缩模量E₀，这是一维压缩模型。上式又可写为

地质工程学原理

在应力由σ₀ 改变至σ时土体体积V改变为

地质工程学原理

当初始土层厚度为H₀ 时，在一维压缩条件下土层压缩量为

地质工程学原理

此公式可作为潮湿土体地基一类工程土体压缩变形估算公式。

干固类土体变形规律遵循指数法则，即

地质工程学原理

式中：ε₀，σ₀ 为初始状态土体的孔隙比和土体中的应力；ε，σ为土体工作状态的最终孔隙比和土体中的应力；C_d为干固状态土体压缩指数，其倒数1/C_d为压缩模量E₀。

在土体中应力由σ₀ 改变到σ时，其体积改变为

地质工程学原理

当初始土层厚度为H₀，土体中应力由σ₀ 改变到σ时，土层单向压缩量为

地质工程学原理

这个公式可适用于干固状态土体在结构联结未被破坏状态下的地基一类地质工程变形估算。

土体变形不是受荷载作用后立即就完成的，而是经过排气排水过程完成的。排气过程是短暂的，排水过程随着土体渗透系数不同经历的过程是不同的。简单地说，土体渗透系数愈大压缩完成愈快，渗透系数愈小的土体，如粘性土，需经历几年的时间才能完成土体的固结过程。这个问题太沙基研究得比较透彻，一般的书籍都引用他的研究结果。在这里就不重复了。