土體的壓縮和變形，土體承受荷載後，發生變形。
基本介紹
- 中文名：土體的壓縮和變形
- 所屬學科：地質學
變形的性質和大小，既決定於荷載的大小、性質（靜或動荷載）和持續的時間，也決定於土的性質、初始固結情況和應力歷史等因素。土體的變形包括體積改變的壓縮變形及顆粒和顆粒組成的結構單元相互滑移的剪下變形。當荷載不超過土的屈服強度時，以體積變形為主；當荷載超過屈服強度時，剪下變形成為主要部分。土體受力後，立即產生的變形，稱瞬時變形。粘性土，尤其當水飽和時，大部分變形是隨著土中孔隙水被緩慢擠出而產生固結變形。粘性土在應力不變的條件下可產生持續而緩慢的蠕變。受力變形後的土體，當外力移去時，一般情況下，部分可以恢復的變形稱彈性變形；相當一部分不能恢復的變形稱塑性變形。土的壓縮變形 無側向變形條件下的壓縮 早期研究土的壓縮性試驗，土樣裝在厚壁金屬環中，不能產生側向變形，試驗時分級施加豎向壓力。當每級壓力下土樣變形停止後，再加下一級壓力，由測微表量出土樣在各級壓力下的豎向應變。為套用方便常用孔隙比代替應變，可繪出圖1所示孔隙比-壓力曲線，稱壓縮曲線。在某一壓力段(P1～P2)內可近似地把曲線當作直線，其斜率稱壓縮係數，反映了土在無側向變形條件下的壓縮性。軸對稱應力狀態下的壓縮 通過圓柱形土樣和三軸壓縮儀試驗裝置，土樣的軸向變形由測壓桿的位移求得；側向變形因沿土樣高度不一致，不易求得，多根據土樣的體積變化和軸向變形計算出其平均值。孔隙水壓多用壓力感測器量測。根據三軸試驗中量得的主應力和相應的主應變的增量，可以用公式算出相應的割線模量及泊松比。三向應力狀態下的壓縮 為了研究土中主應力對土的變形和強度的影響，近十多年來國外已研製成不同型式的真三軸儀。土樣用六個可以一起調整和相對滑動的剛性板包圍，每對剛性板可以單獨加壓，這樣土樣承受三個互相獨立、大小不同的主應力，即一般的三向應力。但儀器構造複雜，剛性板對土樣表面摩擦的影響大，試驗費時，正在不斷改進中。土的剪下變形 土樣剪下面上正應力保持不變時，其剪位移隨剪應力增大，並呈曲線關係。密實砂土的剪應力-剪位移曲線有一峰值，即當剪應力達峰值後，隨剪位移的繼續發展，剪應力下降而趨於一定值；土體積發生膨脹。松砂的剪應力-剪位移曲線達峰值後，剪應力不變；其體積先發生壓縮，後又趨向膨脹。如上所述，砂土在密實狀態下剪下時體積膨脹，在鬆散狀態下剪下時體積壓縮，所以有一“臨界孔隙比”，砂土在此孔隙比剪下時，體積變化為零。通過三軸排水剪試驗研究，發現臨界孔隙比受側限壓力的影響，隨側限壓力的增大而減小。正常固結粘性土的剪應力和剪位移關係和松砂相似，超固結粘性土和密實砂土相似。蠕變 粘性土在不變的剪應力下，應變隨時間而增長的現象，稱為土的蠕變，也稱徐變。應力較小時，應變隨時間增加，但速率漸減而趨向一極限，如曲線A（圖2）；應力較大時，應變隨時間增長，但蠕變速率漸減，如曲線B；當應力大時（但仍低於通常試驗所定強度），開始應變率隨時間漸減，但隨後又大增，從而導致土的破壞，如曲線C。蠕變的影響隨粘性土的塑性指數和含水量的增大而增大。
