文档介绍：第四章土的荷载-变形特性
一、引言
1、路基的变形导致路面的变形,从而导致路面的开裂和不平整
2、路基的荷载-变形特性对路面结构的疲劳特性有关,反映了结构的强度
3、路基土的变形包括四类
路基的固结沉降,通过地基处理措施和时间,减小固结沉降,并使之稳定
外荷作用下土体的压密变形,通过压实控制,消除压密变形
弹性变形,与疲劳特性有关U
塑性变形,重复荷载作用下的塑性变形累计,与平整度有关U
4、表征荷载-变形特性的指标是 E、μ
二、土的应力-应变特性
1、概念
线弹性体,非线性(弹性)体;弹塑性体,粘弹性体,粘弹塑性
土是一种弹塑性体
2、完全弹性体而言,应力-应变关系与荷载-变形关系是一致的,对土则不然,因为土
不是弹性体
一次荷载下的应力-应变关系
土的应力-应变关系须由三轴试验测得,关于试件的制备、试验方法参见有关
资料或规范
应力、应变曲线如图所示,图 4-1,P35,表现了明显的非线性
加荷、卸荷时土的应力、应变曲线不重合,非弹性,说明存在不可恢复变形,
所以是非弹性体
荷载越大,变形越大,变形速率越大。变形速率越来越大是细粒土的特征,注
意与粗粒土(碎石)的区别,即悬浮结构与嵌锁结构的区别
ε= ε e + ε p ,即总变形包括了弹性变形与塑性变形之和
表征弹性体力学特性的特征参数是 E、μ。虽然土不是弹性体,但传统上仍然
采用弹性特征来表示,定义如下式:
∆σσ−σ
E = = 1 2
ε1 ε1
ε1 :轴向变形量。ε1 取总变形量时,E 为形变模量;ε1 取弹性变形时,E 为弹
性模量。
模量由于土为非线性体,所以如何定义弹性模量?
初始切线模量
切线模量,反映了该级荷载下的瞬间力学特性
割线模量,反映了平均力学特性
回弹模量,卸载曲线上的割线模量,是弹性模量,是割线模量。
模量不是常量,与应力状况有关,即土的模量是一个条件参数
E = f (σ) (初始切线模量除外)
∆σ↑,E↓;σ 3 ↑,E↑。图 4-3 是指σ 3 =常数时。
思考题:为什么采用 E、μ来表示土的特性,其合理性、准确性如何?
3、应力重复作用下土的变形特性
每次荷载的作用,都将产生一定量的塑性变形;产生的塑性变形量一般与弹性
变形量成正比(对同一种土体而言)
在荷载较小时,随着荷载作用次数的增加,每次产生的塑性变形量在逐步减少,
弹性变形趋于稳定
logN
εp
εe
ε1
ε1
由于弹性变形趋于稳定,所以回弹模量也趋于稳定,趋于常量
当重复应力较高时,土体的总变形量会迅速增大,直至破坏,图 4-4
重复应力较大、较小的分界值为其抗压强度的 50%左右
所以,限制路基顶面的压应力/应变是保证路面寿命(疲劳、平整度)的重要
措施,是路面设计的重要内容。
塑性变形累计规律:半对数坐标系统上的直线关系
b
ε1 = a + b ⋅ log N = αε 0 ⋅ N
4、湿度、密实度的影响
土的应