土的强度与土的物理性质讲义.ppt

1、3.3 土的强度与土的物理性质（内因）土的强度与土的物理性质（内因）3.3.1 3.3.1 影响土强度的因素影响土强度的因素3.3.23.3.2 影响土强度的一般物理性质影响土强度的一般物理性质3.3.33.3.3 孔隙比孔隙比e e与砂土抗剪强度关系与砂土抗剪强度关系 临界孔隙比临界孔隙比e ecrcr3.3.43.3.4 孔隙比与黏土强度孔隙比与黏土强度真强度理论真强度理论ne为土的孔隙比；nC 代表土的组成，component；nH 代表应力历史，history；nT表示温度，temperature；n和 分别表示应变和应变率；nS表示土的结构，Structure；nc和为黏聚力及内摩擦

2、角。n其中各种因素并不独立，可能相互重叠。3.3.1 影响土强度的因素影响土强度的因素组成组成（C C）、状态状态（e e）和结构和结构（S S）（1 1）组成：矿物成分，颗粒大小与级配，颗粒组成：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。胶结物种类等因素。（2 2）状态：砂土的相对密度；黏土的孔隙比。）状态：砂土的相对密度；黏土的孔隙比。（3 3）结构：颗粒的排列与相互作用关系。）结构：颗粒的排列与相互作用关系。2 2.外部因素外部因素 温度、应力状态（围压、中主应力）、应温度、应力状态（围压、中主应力）、

3、应力历史、主应力方向、应变值、加载速率及排力历史、主应力方向、应变值、加载速率及排水条件。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 1.颗粒矿物成分颗粒矿物成分2 2.颗粒的几何性质颗粒的几何性质3 3.土的土的级配级配4 4.土的状态土的状态5 5.土的结构土的结构6 6.剪切带的形成及其影响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 1）颗粒尺寸的大小的影响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，可一

4、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；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。破碎，从而减少剪胀，降低了土的强度。2 2.粗粒土颗粒的几何性质粗粒土颗粒的几何性质大小、棱角、针片状大小、棱角、针片状n n如果均匀的细砂与粗砂具有相同的孔隙比如果均匀的细砂与粗砂具有相同的孔隙比e e，二者的内摩擦角二者的内摩擦角 基本相同。但由于细砂的基本相同。但由于细砂的e eminmin要大，所以这时细砂的

5、相对密度要大，所以这时细砂的相对密度D Dr r要高。要高。n n如果相对密度如果相对密度D Dr r相同，则粗砂的内摩擦角相同，则粗砂的内摩擦角 大。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。土的内摩擦角。粗粒土的针、片状形状及棱角的影响较复杂：粗粒土的针、片状形状及棱角的影响较复杂：（a a）加强了颗粒间的咬合作用：加强了颗粒间的咬合作用：。（b b）针片状颗粒更易于折断，棱角易于折损针片状颗粒更易于折断，棱角易于折损:。（2 2）表面糙度、）表面糙度、针、片状形状及棱角颗粒针、片状形状及棱角颗粒棱角与针片状颗粒棱角与

6、针片状颗粒在同样较低围压下在同样较低围压下（1 1）砂土由于单位体积接触点多，颗粒破碎一般）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不严重，其棱角使抗剪强度增加(河砂与山砂）；河砂与山砂）；（2 2）碎石土由于单位体积内接触点少，它们其强）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）。度提高不明显，甚至减小（碎石与卵石）。3 3.土的土的土的土的级配级配级配级配级配良好：级配良好：密度增加密度增加剪胀性增强剪胀性增强触点增加与接触应力减小触点增加与接触应力减小有利于强度提高有利于强度提高4 4.土的状态土的状态土的状态土的状态 孔隙比孔隙

7、比e e及相对密度及相对密度D Dr r影响强度的重要因影响强度的重要因素，密度大其强度提高。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，砂土（以石英为主）的干与湿：二者一般接近，相差相差1 12 2。5 5.土的结构：强度有所提高，并且表现出各向异土的结构：强度有所提高，并且表现出各向异性性6 6.剪切带的形成及其影响：应变软化与残余强度剪切带的形成及其影响：应变软化与残余强度图图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)试验静压揉搓图图320砂土制样方法造成的结构性对强度的影响各种

8、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ecr天然休止角：r松砂的天然休止角r天然沙丘图图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图323 临临界界孔孔隙隙比比e ecrcr是是指指在在在在三三轴轴试试验验加加载载过过程程中中，达达到到极极限限应应力力差差(1 1 3 3)ultult，轴轴向向应应变变连连续增加，最终试样体积几乎不变时的孔隙比。续增加，最终试样体积几乎不变时的孔隙比。也也可可以以叙叙述述为为：在在一一种种围围压压下下，用用具具有有临临界界孔孔隙隙比比的的砂砂试试样样进进行行排排水水三三轴轴试试验验，偏

9、偏差差应应力达到力达到(1 1 3 3)ultult时，试样的体应变为零；时，试样的体应变为零；或或者者不不排排水水试试验验破破坏坏时时的的孔孔隙隙水水压压力力 (孔孔隙隙水水压力系数压力系数A A)为零。为零。临界孔隙比 ecr图图324 临界孔隙比与围压制样孔隙比e-vecrvv制样孔隙比e围压3破坏时体应变v简化关系图图325 制样孔隙比e围压3破坏时体应变v简化关系3.4.4 孔隙比与黏土强度孔隙比与黏土强度真强度理论真强度理论 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 实际上存在粘聚力实际上存在粘聚力图图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)图图327 伏斯列夫的真强度理论 ece=f(ei)破坏时不同密度的试样e：基本是常数 ce：是密度的函数图图328 不同密度的试样