第2 篇 土的基本工程力学性质.pdfVIP

第 2 章 土的基本工程力学性质 教学提示：本章主要介绍与土木工程紧密相关的岩土的基本的工程与力学性质，重点 讲述土的渗透性质与土的压缩性质。土的压实原理与填土工程也是本章的重点，因为它是 土木工程中各个专业方向经常遇到的工程问题。而且，由于过去对于这一问题没有引起足 够重视，给工程带来的经济损失是巨大的。 教学要求：本章主要使学生了解土的渗流性质、流网的绘制原则，掌握土的变形模量 和压缩模量的关系，应该做到基本力学概念清楚。同时，应使学生认识到掌握填土工程的 基本评价指标和其工程意义。 2.1 概 述 第 1 章研究了土的组成及其土的工程分类的一些基本问题，我们将继续深入了解地基 土的一些特殊的工程力学性质。 1. 土体是非线性材料 土力学遇到的一个与其他固体力学不同的 问题就是，土体材料不是线弹性的。大多数 固体材料都具有卸荷后变形可以恢复的特性，而土只能受压，其抗拉能力基本忽略不计，其 应力应变关系为曲线关系。这是由于土颗粒组成的骨架，受压后其骨架变形，使得其孔隙 变小所致。 几种材料的应力应变关系如图 2.1 所示。 σ σ σ O O O ε ε ε (a) 刚塑性材料 (b) 弹性体材料 (c) 土体材料 图 2.1 三种材料的不同应力应变关系 由于土体材料的复杂性，在工程上，目前往往将其简化为刚塑性材料。 2. 土中水的作用较大 土体由于处于不同的工程环境中，受环境影响作用较大。如工厂厂房地基受到酸性物 质、碱性物质和其他有害物质的腐蚀作用，对其受力性质影响较大。不同区域的土，也表 现为不同的工程性质。因此，近些年发展出了环境岩土工程。 第 2 章 土的基本工程力学性质 ·19 · 在上述各种环境的影响中，土中水对土体 的受力性质影响最为普遍。一般来说，水对 土的受力性质的影响包括水对土体产生的浮力、水的重力、水的渗流引起的对土骨架的渗 透力。另外，由于水的存在，将大大降低土体 的抗剪强度。因此，许多工程问题如边坡失 稳、地基沉降失稳和挡土墙破坏等都是由于对土中水的处理不当造成的。 3. 土的压缩是土骨架的缩小 在压力作用下，土骨架将发生变形，土中孔隙将减少，土的体积缩小的特性称为土的 压缩性。 一般来说，目前在地基中的土压力水平为 100kPa～1 000kPa。在这样的压力水平作用 下，土颗粒的弹性压缩和土中水的压缩都是很小的，而土骨架的压缩则是主要的，其两者 的比例约为 1/400。因此，在土力学中考虑的变形主要是土骨架的压缩。 4. 土的变形是长期的 由于土的变形主要是土骨架的压缩，因此，我们主要研究土在压力作用下土的孔隙的 减小。而对于饱和土而言，土的孔隙的减小则有待于土孔隙中水的挤出。这就需要一个过 程，土体压缩随时间发展的这一过程称为固结。 5. 土是横观各向同性材料 由于土是经母岩风化、剥蚀、搬运和沉积形成的产物，因此，大多数土是表现为成层 性的。在力学上表现为在水平方向上是一个应力应变关系，而在垂直向又是另一个应力应 变关系。这一各向异性性质，我们通常称之为土的横观各向同性性质。 6. 土在天然状态下的应力状态 土在自重作用下，其 z 深度处的应力状态一般为σ =γ z ，水平向σ =σ =K σ 。其中 cz cx cy 0 cz K0 为土的侧压力系数。在地基上建造建筑物，一般经历一个从自重应力卸荷(开挖) 、加荷