Ⅰ 土的基本工程性质土的工程分类及对土方施工的影响
一、工程用土分类
(一)工程用土分类
1.依据《土的工程分类标准》GB/T 50145,工程用土指工程勘察、建筑物地基、堤坝填料和地基处理等涉及的土类,有机土指土料中大部分成分为有机物质的土。
(二)按照土的坚实系数分类
1.一类土,松软土:
砂、略有粘性的砂土、腐植土及疏松的种植土、泥炭;
土的工程性质是在设计和建造各种工程建筑物时所必须掌握的天然土体或填筑土料的工程特性。
不同类别的工程,对土的物理和力学性质的研究重点和深度都各自不同。对沉降限制严格的建筑物,需要详细掌握土和土层的压缩固结特性;天然斜坡或人工边坡工程,需要有可靠的土抗剪强度指标;土作为填筑材料时,其粒径级配和压密击实性质是主要参数。
土的形成年代和成因对土的工程性质有很大影响,不同成因类型的土,其力学性质会有很大差别(见土和土体)。各种特殊土(黄土、软土、膨胀土、多年冻土、盐渍土和红粘土等)又各有其独特的工程性质。
除土的粒径级配外,土中各个组成部分(固相、液相、气相)之间的比例,将影响到土的物理性质,如单位体积重,含水量,孔隙比,饱和度和孔隙度等。
粘性土中含水量的变化,还能使土的状态发生改变,阿太堡最早提出将土的状态分为坚硬、可塑和流动三种,并提出了测定区分三种状态的界限含水量的方法。从流动转到可塑状态的界限含水量称液性界限;从可塑转到坚硬状态时的界限含水量称塑性界限。
两者之间的差值称土的塑性指数,它反映了土的可塑状态的范围。土的界限含水量和土中粘粒含量、粘土矿物的种类有密切关系。为反映天然粘性土的状态,常用液性指数,它等于天然含水量和塑性界限的差值(-)与其塑性指数的比值。≤0时,土处于坚硬状态;>1时,为流动状态,0≤≤1时,为可塑状态。
砂土的密实状态是决定砂土力学性质的重要因素之一,用相对密度表示:=(-)/(-)。为天然状态时孔隙比,为砂土最松状态时的孔隙比,则为最密状态时的孔隙比。≈1时,最密实;≈0时,最松散。
土的压缩和固结性质 土在荷载作用下其体积将发生压缩,测定土的压缩特性可分析工程建筑物的地基沉降和土体变形。饱和粘土的压缩时间决定于土中孔隙水排出的快慢。逐渐完成土压缩的过程,即土中孔隙水受压而排出土体之外,同时导致孔隙压力消失的过程称土的固结或渗压。K.泰尔扎吉最早提出计算土固结过程的一维固结理论,并指出某些粘土中超静孔隙水压力完全消失后,土还可能继续压缩,称次固结。
产生次固结的原因一般认为是土的结构变形。反映土固结快慢的指标是固结系数,土层的水平向固结系数和垂直向的不一定相同。土的压缩量还和它的应力历史有关。土层在其堆积历史上曾受过的最大有效固结压力称先期固结压力。它与现今作用的有效覆盖压力相同时,土层为正常固结土;若先期固结压力大于现今的覆盖压力,则为超固结土;反之则为欠固结土。对于超固结土,外加荷载小于其先期固结压力时,土层的压缩很微小,外加荷载一旦超过先期固结压力,土的变形将显着增大。
土的强度性质 通常指土体抵抗剪切破坏的能力,它是土基承载力、土压和边坡稳定计算中的重要指标之一。它和土的类型、密度、含水量和受力条件等因素有关。饱和或干砂或砂砾的强度表现为颗粒接触面上的摩阻力,它与作用在接触面的上法向有效应力 σ和砂的内摩擦角有关,即=σtg。纯粘性土的不排水抗剪强度仅表现为内聚力,而与法向应力无关,即=。
一般土则既有内聚力又有摩阻力,即=+σtg。式中的和不是常量而是变量,不仅决定于土的基本状态,还和外加荷载速率、外加荷载条件、应力路线等有关。饱和土中的孔隙为水充满,受外加荷载作用时,控制土体强度的不是其所受的总应力σ,而是有效应力σ′(即总应力与孔隙压力μ之差):σ′=σ-μ。因而强度试验的条件不同,所得的强度指标亦异。
试验时,不允许土样排水所得到的是土的总强度指标;如允许完全排水则得到的是土的有效强度指标。理论上用有效应力和有效强度指标进行工程计算较为合适,但正确判别实际工程土体中的孔隙水压水较困难,因而目前生产上仍多用总强度原理和总强度指标。土体的强度还因其沉积条件的影响而存在各向异性。
土的流变性质 土工建筑物的变形和稳定是时间的函数。有些人工边坡在建成后数年甚至数十年才发生坍滑,挡土墙后的土压力也会随时间而增大等,都与土的流变性质有关。
土的流变特性主要表现为:
①常荷载下变形随时间而逐渐增长的蠕变特性;
②应变一定时,应力随时间而逐渐减小的应力松弛现象;
③强度随时间而逐渐降低的现象,即长期强度问题。三者是互相联系的。
作用在土体上的荷载超过某一限值时,土体的变形速率将从等速转变至加速而导致蠕变破坏,作用应力愈大,变形速率愈大,达到破坏的时间愈短。通过试验可确定变形速率与达到破坏的时间的经验关系,并用以预估滑坡的破坏时间。产生蠕变破坏的限界荷载小于常规试验时土的破坏强度。
从长期稳定性要求,采用的土体强度应小于室内试验值。土体强度随时间而降低的原因,当然不只限于蠕变的影响。土的蠕变变形因修建挡土墙或其他建筑物而被阻止时,作用在建筑物上的土压力就随时间逐渐增大。
土的压实性质 对土进行人工压实可提高强度、降低压缩性和渗透性。土的压实程度与压实功能、压实方法和含水量有关。当压实方法和功能不变时,土的干容重随含水量的增加而增加,达到最大值后,再增加含水量,其干容重将逐渐下降。对应于最大干容重时的含水量称最佳含水量。
压实功能不增大而仅增加压实次数或碾压次数所能提高土的压实度有一定限度,超过该限度再增加压实或碾压次数则无效果。填筑土堤,在最佳含水量附近可用最小的功能达到最大的干容重,因而要在室内通过压实试验确定填料的最佳含水量和最大干容重(见路基填土压实)。
但压实的方法也影响压实效果,对非粘性土,振动捣实的效果优于碾压;对粘土则反之。研究土的压实性能,可选择最合适的压实机具。为改善土的压实性能,可铺撒少量添加剂。中国古代已盛行掺加生石灰来改善土的压实性能。此外,人工控制填料的级配,也可达到改善压实性能的目的。
Ⅱ 成都理工大学土力学真题部分简答和判断的解答,由于在书上找不到,不能把答案很好的整合,请教高人解答!
50天后我也是考这个。。。
第一题 大体讲讲有效应力降低等等,洋洋洒洒说说不就行么
第二题 树上的,从滑裂面形状,假定条件(假设),适用性,大体的平衡条件,洋洋洒洒讲讲。
第三题 课本上的,先期固结压力的大小导致三种固结情况,不同情况的压缩性不同,有大有小,照着课本上的说说
Ⅲ 土体具有压缩性的主要原因是
土体具有压缩性的是因为:
1、土地颗粒之间存在空隙,在压力的作用下,空隙减少,因此土地压缩。
2、土地压缩性是指土受压时体积压缩变小的性质,常用压缩系数来反映土压缩性的大小。
3、影响土地压缩的因素有:产生压缩的压力、土体的压缩系数、土体的含水量及排水条件、土的应力历史。
土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。土的压缩过程通常包括三个部分:
(1)通体土颗粒被压缩。
(2)土中水及封闭气体被压缩。
(3)水和气体从孔隙中挤出。
试验研究表明,固体颗粒和水的压缩量是微不足道的,在一般压力(100~600kPa)下,土颗粒和水的压缩量都可以忽略不计,所以土的压缩主要是孔隙中一部分水和空气被挤出,封闭气泡被压缩。与此同时,土颗粒相应发生移动,重新排列,靠拢挤紧,从而使土中孔隙减小。
Ⅳ 什么叫应力路径什么叫应力历史试结合图示说明它们对土的变形的影响
应力路径是指在外力作用下土中某一点的应力变化过程在应力坐标图中的轨迹。
应力路径是描述土体在外力作用下应力变化情况或过程的一种方法。对于同一种土,当采用不同的试验手段和不同的加荷方法使之剪切破坏时,其应力变化的过程是不同的,相应的土的变形与强度特性也将出现很大的差异。通过土的应力路径可以模拟土体实际的应力历史,对全面研究应力变化过程对土的力学性质的影响,进而在土体的变形和强度分析中反映土的应力历史条件等具有十分重要的意义
Ⅳ 土体压缩变形的原因是什么
土体承受荷载后,发生变形。变形的性质和大小,既决定于荷载的大小、性质(静或动荷载)和持续的时间,也决定于土的性质、初始固结情况和应力历史等因素。土体的变形包括体积改变的压缩变形及颗粒和颗粒组成的结构单元相互滑移的剪切变形。当荷载不超过土的屈服强度时,以体积变形为主;当荷载超过屈服强度时,剪切变形成为主要部分。土体受力后,立即产生的变形,称瞬时变形。粘性土,尤其当水饱和时,大部分变形是随着土中孔隙水被缓慢挤出而产生固结变形。粘性土在应力不变的条件下可产生持续而缓慢的蠕变。受力变形后的土体,当外力移去时,一般情况下,部分可以恢复的变形称弹性变形;相当一部分不能恢复的变形称塑性变形。
土的压缩变形
无侧向变形条件下的压缩
早期研究土的压缩性试验,土样装在厚壁金属环中,不能产生侧向变形,试验时分级施加竖向压力。当每级压力下土样变形停止后,再加下一级压力,由测微表量出土样在各级压力下的竖向应变。为应用方便常用孔隙比代替应变,可绘出图1所示孔隙比-压力曲线,称压缩曲线。在某一压力段(P1~P2)内可近似地把曲线当作直线,其斜率称压缩系数,反映了土在无侧向变形条件下的压缩性。
轴对称应力状态下的压缩
通过圆柱形土样和三轴压缩仪试验装置,土样的轴向变形由测压杆的位移求得;侧向变形因沿土样高度不一致,不易求得,多根据土样的体积变化和轴向变形计算出其平均值。孔隙水压多用压力传感器量测。根据三轴试验中量得的主应力和相应的主应变的增量,可以用公式算出相应的割线模量及泊松比。
三向应力状态下的压缩
为了研究土中主应力对土的变形和强度的影响,近十多年来国外已研制成不同型式的真三轴仪。土样用六个可以一起调整和相对滑动的刚性板包围,每对刚性板可以单独加压,这样土样承受三个互相独立、大小不同的主应力,即一般的三向应力。但仪器构造复杂,刚性板对土样表面摩擦的影响大,试验费时,正在不断改进中。
土的剪切变形
土样剪切面上正应力保持不变时,其剪位移随剪应力增大,并呈曲线关系。密实砂土的剪应力-剪位移曲线有一峰值,即当剪应力达峰值后,随剪位移的继续发展,剪应力下降而趋于一定值;土体积发生膨胀。松砂的剪应力-剪位移曲线达峰值后,剪应力不变;其体积先发生压缩,后又趋向膨胀。
如上所述,砂土在密实状态下剪切时体积膨胀,在松散状态下剪切时体积压缩,所以有一“临界孔隙比”,砂土在此孔隙比剪切时,体积变化为零。通过三轴排水剪试验研究,发现临界孔隙比受侧限压力的影响,随侧限压力的增大而减小。
正常固结粘性土的剪应力和剪位移关系和松砂相似,超固结粘性土和密实砂土相似
Ⅵ 为什么随着时间变化土体压缩越来越艰难
土体承受荷载后,发生变形。变形的性质和大小,既决定于荷载的大小、性质(静或动荷载)和持续的时间,也决定于土的性质、初始固结情况和应力历史等因素。土体的变形包括体积改变的压缩变形及颗粒和颗粒组成的结构单元相互滑移的剪切变形。当荷载不超过土的屈服强度时,以体积变形为主;当荷载超过屈服强度时,剪切变形成为主要部分。土体受力后,立即产生的变形,称瞬时变形。粘性土,尤其当水饱和时,大部分变形是随着土中孔隙水被缓慢挤出而产生固结变形。粘性土在应力不变的条件下可产生持续而缓慢的蠕变。受力变形后的土体,当外力移去时,一般情况下,部分可以恢复的变形称弹性变形;相当一部分不能恢复的变形称塑性变形。
土的压缩变形 无侧向变形条件下的压缩 早期研究土的压缩性试验,土样装在厚壁金属环中,不能产生侧向变形,试验时分级施加竖向压力。当每级压力下土样变形停止后,再加下一级压力,由测微表量出土样在各级压力下的竖向应变。为应用方便常用孔隙比代替应变,可绘出图1所示孔隙比-压力曲线,称压缩曲线。在某一压力段(P1~P2)内可近似地把曲线当作直线,其斜率称压缩系数,反映了土在无侧向变形条件下的压缩性。
轴对称应力状态下的压缩 通过圆柱形土样和三轴压缩仪试验装置,土样的轴向变形由测压杆的位移求得;侧向变形因沿土样高度不一致,不易求得,多根据土样的体积变化和轴向变形计算出其平均值。孔隙水压多用压力传感器量测。根据三轴试验中量得的主应力和相应的主应变的增量,可以用公式算出相应的割线模量及泊松比。
三向应力状态下的压缩 为了研究土中主应力对土的变形和强度的影响,近十多年来国外已研制成不同型式的真三轴仪。土样用六个可以一起调整和相对滑动的刚性板包围,每对刚性板可以单独加压,这样土样承受三个互相独立、大小不同的主应力,即一般的三向应力。但仪器构造复杂,刚性板对土样表面摩擦的影响大,试验费时,正在不断改进中。
土的剪切变形 土样剪切面上正应力保持不变时,其剪位移随剪应力增大,并呈曲线关系。密实砂土的剪应力-剪位移曲线有一峰值,即当剪应力达峰值后,随剪位移的继续发展,剪应力下降而趋于一定值;土体积发生膨胀。松砂的剪应力-剪位移曲线达峰值后,剪应力不变;其体积先发生压缩,后又趋向膨胀。
如上所述,砂土在密实状态下剪切时体积膨胀,在松散状态下剪切时体积压缩,所以有一“临界孔隙比”,砂土在此孔隙比剪切时,体积变化为零。通过三轴排水剪试验研究,发现临界孔隙比受侧限压力的影响,随侧限压力的增大而减小。
正常固结粘性土的剪应力和剪位移关系和松砂相似,超固结粘性土和密实砂土相似
Ⅶ 哪位好心人帮我做下题目
超固结比
学科:工程地质学 词目:超固结比 英文:over-consolidation ratio,OCR 释文:超固结比又称先期固结比。为土的先期固结压力(Pc)与现有土层自重压力(Po)之比。按比值的大小,可将土固结状态分成三类:Pc/Po=1时为正常固结状态;Pc/Po>1时为超固结状态;Pc/Po<1时为欠固结状态。
流砂就是动水压力大于或等于土的饱和重度,此时,土粒处于悬浮状态,土的抗剪强度为零,土粒能随着渗流的水一起流动,进入基坑,发生流砂现象
防止流砂主要是消除、减小或平衡动水压力,其具体措施有: ①利用枯水季节施工,以便减小坑内外水位差。 ②用钢板桩打入坑底一定深度,增加地下水从坑外流入坑内的距离,从而减少水力坡度,达到减小动水压力,防止流砂发生。 ③采用不排水的水下挖土,使坑内外水压相平衡,使其无发生流砂的条件,一般深井挖土均采用此法。 ④建造地下连续墙以供承重、护壁,并达到截水防止流砂的发生。 ⑤采用轻型井点、喷射井点、管井井点和深井泵点等进行人工降低地下水的方法进行土方施工,使动水压力方向向下,增大土粒间的动力,从而有效地制止流砂现象发生。
灵敏度指示器的相对于被测量变化的位移率,灵敏度是衡量物理仪器的一个标志
(1)压缩系数a 由图4-3a可以见,不同土类的e~p曲线形态是有差别的。由于软粘土的压缩性大,当发生压力变化Δp时,则相应的孔隙比的变化Δe也大,因而曲线就比较陡;而密实砂土的压缩性小,当发生相同压力变化Δp时,相应的孔隙比的变化Δe就小,因而曲线比较平缓。曲线的斜率反映了土压缩性的大小。因此,可用曲线上任一点的切线斜率a来表示相应于压力p作用下的压缩性:
(4-3)
式中负号表示随着压力p的增加,孔隙比e逐渐减少。实用上,一般研究土中某点由原来的自重应力p1增加到外荷载作用下土中的应力p2(自重应力与附加应力之和)这一压力范围的土的压缩性。当压力变化范围不大时,可将压缩曲线上相应的一段M1M2用直线来代替,如图4-4,用割线的斜率来表示土在这一段压力范围的压缩性。设割线与横坐标的夹角为β,则:
(4-4)
式中 ——压缩系数(kPa-1或MPa-1);
p1——一般指地基某深度处上中竖向自重应力(kPa);
p2——地基某深度处自重应力与附加应力之和(kPa);
e1——相应于p1作用下压缩稳定后土的孔隙比;
e2——相应于p2作用下压缩稳定后土的孔隙比。
图4-4 e ~ p曲线确定压缩系数a 图4-5 e ~ lgp曲线确定压缩指数Cc
压缩系数是评价地基土压缩性高低的重要指标之一。从曲线上看,它不是一个常量,与所取的起始压力p1有关.也与压力变化范围Δp= p2- p1有关。为了统一标准,《土工试验方法标准》(GB/T 50123—1999)规定采用p1=100kPa,p2=200kPa所得到的压缩系数a1-2作为评定土压缩性高低的指标:
当 a1-2<0.1MPa-1时,为低压缩性土;
0.1MPa-1 ≤a1-2<0.5MPa-1时, 为中压缩性土;
a1-2≥0.5MPa-1时,为高压缩性土。
(2)压缩指数Cc 侧限压缩试验结果分析中也可以采用e~lgp曲线,见图4-3b。用这种形式表示的优点是在应力到达一定值时,e~lgp曲线接近直线,该直线的斜率Cc称为压缩指数(见图4-5),即:
(4-5)
类似于压缩系数,压缩指数Cc值可以用来判别土的压缩性的大小,Cc值越大,表示在一定压力变化的Δp范围内,孔隙比的变化量Δe越大,说明土的压缩性越高。一般认为,当Cc<0.2时为低压缩性土.Cc=0.2~0.4时,属中压缩性土,Cc>0.4时,属高压缩性土。国外广泛采用e~lgp曲线来分析研究应力历史对土压缩性的影响。
(2)压缩模量Es 根据e~p曲线,可以得到另一个重要的侧限压缩指标——侧限压缩模量,简称压缩模量,用Es来表示。其定义为土在完全侧限的条件下竖向附加应力σz=Δp与相应的应变增量Δε的比值,即
图4-6 侧限条件下土样高度变化与孔隙比变化的关系
(4-6)
式中 Es——侧限压缩模量(MPa)。
在无侧向变形,即横截面积不变的情况下,同样根据土粒所占高度不变的条件,ΔH可用相应的孔隙比的变化Δe = e1-e2来表示(见图4-6):
(4-7)
(4-8)
由于 (见式4-4),代入式(4-8)得
(4-9)
结合式(4-6)得侧限条件下土的压缩模量:
(4-10)
土的压缩模量,亦称侧限压缩模量,以便与一般材料在无侧限条件下简单拉伸或压缩时的弹性模量E相区别。土的压缩模量越小,土的压缩性越高。因压缩系数a不是常数,由式(4-10)可知,压缩模量Es也不是常数,随着压力的大小而变化。因此,在运用到沉降计算中时,比较合理的做法是根据实际竖向应力的大小在压缩曲线上取相应的值计算这些指标。
土粒比重是指土粒在105℃-110℃温度下烘至恒重时的质量与同体积4℃时纯水的质量之比,简称比重.
Ⅷ .简述应力历史对土的压缩性有何影响
历史应力打会使土体压缩,前期压缩大,后期应力平衡后就不会继续产生压缩。工程中应注意的是当荷载卸除后要考虑土体的回弹。尤其是历史应力较大的地区施工时涉及到土体开挖,一定要注意这个问题。
Ⅸ 何为土的压缩性土体产生压缩变形的原因有哪几方面
1、土压缩性是指土受压时体积压缩变小的性质,常用压缩系数来反映土压缩性的大小。
2、一般认为,土体压缩主要是由于土中孔隙体积被压缩而引起的。主要因素有:产生压缩的压力、土体的压缩系数、土体的含水量及排水条件、土的应力历史。
Ⅹ 土的主要工程性质有什么
土的工程性质是在设计和建造各种工程建筑物时所必须掌握的天然土体或填筑土料的工程特性。
不同类别的工程,对 土的物理和力学性质的研究重点和深度都各自不同。对沉降限制严格的建筑物,需要详细掌握土和土层的压缩固结特性;天然斜坡或人工边坡工程,需要有可靠的土抗剪强度指标;土作为填筑材料时,其粒径级配和压密击实性质是主要参数。
土的形成年代和成因对土的工程性质有很大影响,不同成因类型的土,其力学性质会有很大差别(见土和土体)。各种特殊土(黄土、软土、膨胀土、多年冻土、盐渍土和红粘土等)又各有其独特的工程性质。 除土的粒径级配外,土中各个组成部分(固相、液相、气相)之间的比例,将影响到土的物理性质,如单位体积重,含水量,孔隙比,饱和度和孔隙度等。
粘性土中含水量的变化,还能使土的状态发生改变,阿太堡最早提出将土的状态分为坚硬、可塑和流动三种,并提出了测定区分三种状态的界限含水量的方法。从流动转到可塑状态的界限含水量称液性界限;从可塑转到坚硬状态时的界限含水量称塑性界限。两者之间的差值称土的塑性指数,它反映了土的可塑状态的范围。
土的界限含水量和土中粘粒含量、粘土矿物的种类有密切关系。为反映天然粘性土的状态,常用液性指数,它等于天然含水量和塑性界限的差值(-)与其塑性 指数的比值。≤0时,土处于坚硬状态;>1时,为流动状态,0≤≤1时,为可塑状态。
砂土的密实状态是决定砂土力学性质的重要因素之一,用相对密度表示:=( -)/( - )。为天然状态时孔隙比, 为砂土最松状态时的孔隙比, 则为最密状态时的孔隙比。≈1时,最密实;≈0时,最松散。
土的压缩和固结性质 土在荷载作用下其体积将发生压缩,测定土的压缩特性可分析工程建筑物的地基沉降和土体变形。饱和粘土的压缩时间决定于土中孔隙水排出的快慢。逐渐完成土压缩的过程,即土中孔隙水受压而排出土体之外,同时导致孔隙压力消失的过程称土的固结或渗压。
K.泰尔扎吉最早提出计算土固结过程的一维固结理论,并指出某些 粘土中超静孔隙水压力完全消失后,土还可能继续压缩,称次固结。产生次固结的原因一般认为是土的结构变形。反映土固结快慢的指标是固结系数,土层的水平向固结系数和垂直向的不一定相同。
土的压缩量还和它的应力历史有关。土层在其堆积历史上曾受过的最大有效固结压力称先期固结压力。它与现今作用的有效覆盖压力相同时,土层为正常固结土;若先期固结压力大于现今的覆盖压力,则为超固结土;反之则为欠固结土。对于超固结土,外加荷载小于其先期固结压力时,土层的压缩很微小,外加荷载一旦超过先期固结压力,土的变形将显着增大。
土的强度性质 通常指土体抵抗剪切破坏的能力,它是土基承载力、土压和边坡稳定计算中的重要指标之一。它和土的类型、密度、含水量和受力条件等因素有关。饱和或干砂或砂砾的强度表现为颗粒接触面上的摩阻力,它与作用在接触面的上法向有效应力σ和砂的内摩擦角有关,即=σtg。纯粘性土的不排水抗剪强度仅表现为内聚力,而与法向应力无关,即=。
一般土则既有内聚力又有摩阻力,即=+σtg。式中的和不是常量而是变量,不仅决定于土的基本状态,还和外加荷载速率、外加荷载条件、应力路线等有关。饱和土中的孔隙为水充满,受外加荷载作用时,控制土体强度的不是其所受的总应力σ,而是有效应力σ′(即总应力与孔隙压力μ之差):σ′=σ-μ。
因而强度试验的条件不同,所得的强度指标亦异。试验时,不允许土样排水所得到的是土的总强度指标;如允许完全排水则得到的是土的有效强度指标。理论上用有效应力和有效强度指标进行工程计算较为合适,但正确判别实际工程土体中的孔隙水压水较困难,因而目前生产上仍多用总强度原理和总强度指标。
土体的强度还因其沉积条件的影响而存在各向异性。 土的流变性质土工建筑物的变形和稳定是时间的函数。有些人工边坡在建成后数年甚至数十年才发生坍滑,挡土墙后的土压力也会随时间而增大等,都与土的流变性质有关。
土的流变特性主要表现为:①常荷载下变形随时间而逐渐增长的蠕变特性;②应变一定时,应力随时间而逐渐减小的应力松弛现象;③强度随时间而逐渐降低的现象,即长期强度问题。三者是互相联系的。作用在土体上的荷载超过某一限值时,土体的变形速率将从等速转变至加速而导致蠕变破坏,作用应力愈大,变形速率愈大,达到破坏的时间愈短。通过试验可确定变形速率与达到破坏的时间的经验关系,并用以预估滑坡的破坏时间。
产生蠕变破坏的限界荷载小于常规试验时土的破坏强度。从长期稳定性要求,采用的土体强度应小于室内试验值。土体强度随时间而降低的原因,当然不只限于蠕变的影响。土的蠕变变形因修建挡土墙或其他建筑物而被阻止时,作用在建筑物上的土压力就随时间逐渐增大。
土的压实性质 对土进行人工压实可提高强度、降低压缩性和渗透性。土的压实程度与压实功能、压实方法和含水量有关。当压实方法和功能不变时,土的干容重随含水量的增加而增加,达到最大值后,再增加含水量,其干容重将逐渐下降。
对应于最大干容重时的含水量称最佳含水量。压实功能不增大而仅增加压实次数或碾压次数所能提高土的压实度有一定限度,超过该限度再增加压实或碾压次数则无效果。填筑土堤,在最佳含水量附近可用最小的功能达到最大的干容重,因而要在室内通过压实试验确定填料的最佳含水量和最大干容重(见路基填土压实)。
但压实的方法也影响压实效果,对非粘性土,振动捣实的效果优于碾压;对粘土则反之。研究土的压实性能,可选择最合适的压实机具。为改善土的压实性能,可铺撒少量添加剂。中国古代已盛行掺加生石灰来改善土的压实性能。
此外,人工控制填料的级配,也可达到改善压实性能的目的。 土的应力-应变关系 土的变形和强度是土的最重要的工程性质。60年代以前,在工程上通常分别确定土的变形和强度指标,不考虑强度与变形间的相互影响。因为土的应力-应变关系是非线性的并具有弹塑性、 甚至粘弹塑性特征,而当时的计算技术,尚无法进行分析。
随着计算机和数值分析法的普及,已可能把土的应力-应变关系纳入土工建筑物的分析计算中。正常固结粘土和松砂的剪应力和轴向应变的曲线呈双曲线型,在整个剪切过程中,土的体积发生收缩,这类土具有应变硬化的特性。 超固结粘土和密实砂的应力-应变曲线则有峰值,其后应变再增大时,则土的强度下降,最后达稳定值。
剪切过程中,土的体积先有轻微压缩,随后即不断膨胀,这类土具有应变软化的特征。为了使用数学方程描述各类土的应力-应变特性,现已有各种非线性弹性、弹塑性和粘弹塑性模型。利用这些模型和数值分析法,可以分析一些复杂边界条件和不均质土体的变形和稳定问题。但是这些模型中所对应的土的参数,目前尚难正确测定,土体的原始应力状态也难确定,因而还难于在工程中普遍应用。 土的动力性质 土在岩爆、动力基础或地震等动力作用下的变形和强度特性与静荷载下有明显不同。
土的动力性质主要指模量、阻尼、振动压密、动强度等,它与应变幅度的大小有关。应变幅度增大(<10),土的动剪切模量减小,而阻尼比例则增大。土的动模量和阻尼是动力机器基础和抗震设计的重要参数,可在室内或现场测试。1964年日本新潟大地震,大面积砂土液化造成大量建筑物的破坏,推动了对饱和砂土液化特性的研究。
液化的主要机理是土的有效强度在动荷载作用下瞬时消失,导致土体结构失稳。一般松的粉细砂最容易发生液化,但砂的结构和地层的应力历史也有一定的影响。具有内聚力的粘性土一般不发生 液化现象。 黄土的工程性质 一般分为新黄土和老黄土两大类,其性质也有显着差异(见黄土地区筑路、路基设计)。
软土的工程性质 软土一般指压缩性大和强度低的饱和粘性土,多分布在江、河、海洋沿岸、内陆湖、塘、盆地和多雨的山间洼地。软土的孔隙比一般大于1.0,天然含水量常高出其液限,不排水抗剪强度很低,压缩性很高,因而常需加固处理。最简单的方法是预压加固法(见预压法)。软土强度的增加有赖于孔隙压力的消失,因而在地基中设置砂井以加快软土中水的排出,这是最常用的加固方法之一。
预压加固过程中通过观测地基中孔隙水压力的消失来控制加压,这是保证施工安全和效率的有效方法。此外,也可用碎石桩(见振冲法)和生石灰桩等加固软土地基。 膨胀土的工程性质 粘土中的粘土矿物(主要是蒙脱石),当遇水或失水时,将发生膨胀或收缩,引起整个土体的大量胀缩变形,给建筑物带来损害(见膨胀土地基)。
多年冻土的工程性质 高纬度或高海拔地区,气温寒冷,土中水分全年处于冻结状态且延续三年以上不融化冻土称多年冻土。冻土地带表层土随季节气温变化有冻融交替的变化,季节冻融层的下限即为多年冻土的上限,上限的变化对建筑物的变形和稳定有重大影响(见冻土 地基、多年冻土地区 筑路)。
盐渍土的工程性质见盐渍土地区筑路。 红粘土的工程性质 热带和亚热带温湿气候条件下由石灰岩、白云石、玄武岩等类岩石风化形成的残积粘性土。粘土矿物主要是高岭石,其活动性低。中国红粘土的特点一般是天然含水量高、孔隙比大,液限和塑性指数高,但抗水性强,压缩性较低,抗剪强度也较高,可用作土坝填料。