第三章 土的力学性质
第三章 土的力学性质
第三章土的力学性质 ■土的力学性质是指土在外力作用下所表现 的性质。 ■主要包括： 一在压应力作用下体积缩小的压缩性一一一变形 一在剪应力作用下抵抗剪切破坏的抗剪性一一 强度 一在动荷载作用下所表现的一些性质
第三章 土的力学性质 土的力学性质是指土在外力作用下所表现 的性质。 主要包括： – 在压应力作用下体积缩小的压缩性－－－变形 – 在剪应力作用下抵抗剪切破坏的抗剪性－－－ 强度 – 在动荷载作用下所表现的一些性质
第一节土的压缩性 一、土压缩变形的特点与机理 一土的压缩性是指土在压力作用下体积压缩变小的性能。 土是由固、液、气三相物质组成的，土受压后体积缩小，必然是土的三相组 成部分中的各部分体积减小的结果。在一般建筑物荷重(0.10.6MPa作用 下，土中固体颗粒的压缩量极小，达不到土体总压缩量的1/400，通常认为 土的固体颗粒是不可压缩的。自然界中土的孔隙是和四周的大气连通的，孔 隙中的水分和气体在压力作用下不可能被压缩，而是被挤出，因而当土孔隙 中的水分和气体被挤出时，土粒相互移动靠拢，致使土的孔常体积减小，而 引起土休积减小。 对于饱水土来说，孔隙中充满着水， 土的压缩主要是由于孔隙中的水被挤出， 孔隙体积减小所引起的。也就是说，他水土的压缩过程是乳孔薰水压力的浦澈 过程。饱水土在一定荷载作用下的渗透压密过程，称为透固结。饱和砂土 的孔隙较大，透水性强，在压力作用下孔隙中的水很快排出，压缩很快完成 但砂土的孔隙总体积较小，其压缩量也较小。饱和细粒土的孔隙小而多，透 水性弱，在压力作用下孔隙中的水不可能很快被挤出，土的压缩常需相当长 的时间，但其压缩量较大。 非饱和土在压力作用下的情况比较复杂，首先是气体外逸，空气未完全排出 时，孔隙中的水尚未充满全部孔隙，故含水率基本不变，而随着土被压缩其 饱和度逐渐增大。当达到饱和后，其压缩情况与饱和土一样
第一节 土的压缩性 一、土压缩变形的特点与机理 – 土的压缩性是指土在压力作用下体积压缩变小的性能。 – 土是由固、液、气三相物质组成的，土受压后体积缩小，必然是土的三相组 成部分中的各部分体积减小的结果。在一般建筑物荷重(0.1—0.6MPa)作用 下，土中固体颗粒的压缩量极小，达不到土体总压缩量的1/400，通常认为 土的固体颗粒是不可压缩的。自然界中土的孔隙是和四周的大气连通的，孔 隙中的水分和气体在压力作用下不可能被压缩，而是被挤出，因而当土孔隙 中的水分和气体被挤出时，土粒相互移动靠拢，致使土的孔隙体积减小，而 引起土体积减小。 – 对于饱水土来说，孔隙中充满着水，土的压缩主要是由于孔隙中的水被挤出， 孔隙体积减小所引起的。也就是说，饱水土的压缩过程是孔隙水压力的消散 过程。饱水土在一定荷载作用下的渗透压密过程，称为渗透固结。饱和砂土 的孔隙较大，透水性强，在压力作用下孔隙中的水很快排出，压缩很快完成， 但砂土的孔隙总体积较小，其压缩量也较小。饱和细粒土的孔隙小而多，透 水性弱，在压力作用下孔隙中的水不可能很快被挤出，土的压缩常需相当长 的时间，但其压缩量较大。 – 非饱和土在压力作用下的情况比较复杂，首先是气体外逸，空气未完全排出 时，孔隙中的水尚未充满全部孔隙，故含水率基本不变，而随着土被压缩其 饱和度逐渐增大。当达到饱和后，其压缩情况与饱和土一样
三、主的层缩性测试方信 侧限压缩试验 测定： 轴向应力 轴向变形 佰分表 *施加荷载， 静置至变形稳定 传旺 *逐级加大荷载 这样可以得到不同 荷载下的变形。于 是回以求得不同的 e一p值，作出e一 内环 语水石 p曲线 试样
二、土的压缩性测试方法 侧限压缩试验 水槽 内环 环刀 透水石 传压板 百分表 测定：轴向应力 轴向变形 *施加荷载， 静置至变形稳定 *逐级加大荷载 这样可以得到不同 荷载下的变形，于 是可以求得不同的 e－p值，作出e－ p曲线 试样
eo A=h,- h 受压前后Vs,A不变 1+eo 1+e 1+e ho hho-Ah 1+eo 1+e 1+e △h1+e) →e,=eo- 其中：e, G,+)ps-1 e V Po V=V,(1+e) .△h,→e, V hA 1+e 1+e
( ) ( ) i i s w h e G e e h h e e e h h e h e h V s A → − + = + = − + − = + = + 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 其中： 受压前后 ， 不变 A e h s A e h A e h Vs + − = + = + = 1 ( ) 1 1 0 0 0 e hA e V V V V e V V V V V e s s s s s v + = + = = + − = = 1 1 (1 )
三、压缩定律与压缩系数 e- p曲线上任一点切线斜率a就表示了相应于压力p作用下的压缩性。 压缩系数 a=- de e-e2 dp p2-Pi 式中： a称为压缩系数单位为MPal; p1:相当于某深度处的自重应[kPa: P2:相当于某深度处的自重应力与附 加应力之和[kPa小 e1:相应于p1压缩稳定后的孔隙比； 图22？以e-中曲线确定压缩系数4 e2:相应于p2压缩稳定后的孔隙比； 压缩系数是表征土压缩性大小的主要指标 压缩定律：在压力范围不大时，孔隙比的减小值与压力的 增加值成正比
三、压缩定律与压缩系数 相应于 压缩稳定后的孔隙比； 相应于 压缩稳定后的孔隙比； 加应力之和 ； 相当于某深度处的自重 应力与附 相当于某深度处的自重 应力 ； 式中 称为压缩系数 单位为 ； 压缩系数 曲线上任一 点切线斜率 就表示了相应于压力 作用下的压缩性。 2 2 1 1 2 1 -1 2 1 1 2 : : [ ] : : [ ] : MPa - - e p e p kPa p p kPa a p p e e d p d e a e p a p = − = − 压缩系数是表征土压缩性大小的主要指标 压缩定律：在压力范围不大时，孔隙比的减小值与压力的 增加值成正比
通常用压力间隔由p1=100kPa到p2=200kPa时的 压缩系数α1-2来作为判断土的压缩性的标准： 低压缩性土 a1-2<0.1MPa1 中等压缩性土 0.1MPa≤a12<0.5MPa 高压缩性土 a1-2≥0.5MPa1
-1 1-2 -1 1-2 -1 -1 1-2 1 2 1 2 ≥ 0.5 0.1 ≤ 0.5 0.1 100 200 a MPa MPa a MPa a MPa a p kPa p kPa 高压缩性土 中等压缩性土 低压缩性土 压缩系数 来作为判断土的压缩性 的标准： 通常用压力间隔由 到 时的 = = −
四、压缩模量 压缩模量(Es)指土在侧限压缩条件下竖 向附加压应力与应变增量之比，单位为 MPa. 1-e2H=1+e eH 1+e1 出出 VH=e.V △e .‘a= △p .△e=a△p 图2-29侧限条件下土样高度变化与孔隙比变化 E, △p 1+e1 △H 的关系（土岸横截面面积不变） H a
四、压缩模量 压缩模量（Es）指土在侧限压缩条件下竖 向附加压应力与应变增量之比，单位为 MPa。 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 a e H H p E e a p p e a H e e H e e e H s + = = = = + = + − =
五、土的变形模量 变形模量(E。)指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应 变之比。 实际工程中常用，现场载荷试验来确定。 P{100kPa) 0 =-2)兴 0-与承压板有关的系数； b-承压板的边长或直径： S1-与比例界限p1相对应的沉降 (cm) 0y 图 压力与沉降射关系曲绕 P。一比例界限，P一极限界限
五、土的变形模量 变形模量（E0）指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应 变之比。 实际工程中常用，现场载荷试验来确定。 . 1 1 1 2 1 1 0 与比例界限 相对应的沉降 承压板的边长或直径； 与承压板有关的系数； s p b s p b E − − − = −
之，他和土在缩过程（有数爱力原埋） 三三福体索冬 固体颜粒骨架 孔隙水+ 孔隙气体 受外荷载作用一 总应力 总应力由土骨架和孔陳流 体共同永受
六、饱和土压缩过程（有效应力原理） 土＝固体颗粒骨架+ 孔隙水 三相体系 + 孔隙气体 总应力 总应力由土骨架和孔隙流 体共同承受 受外荷载作用