不同应力路径下孔隙比对于饱和砂土塑性应变影响的理论研究

一、填空题

1.饱和土体上的总应力由土骨架承担的 有效应力 和由孔隙承担的孔隙水压力组成，土的强度及变形都是由土的有效应力决定的。

2.莱特邓肯屈服准则在常规三轴压缩实验中，当 时它在π平面上的屈服与破坏轨迹趋近于一个圆；当 时，它退化为一个正三角形。由于在各向等压 时

,所以Kf>27是必要条件，因为静水压力下不会引起材料破坏。

3. 东海风力发电桩基础有8根。

4.通过现场观测与试验研究，目前认为波浪引起的自由场海床土体响应的机制主要取决于海床中孔隙水压力的产生方式。孔隙水压力产生方式有两种：超孔隙水压力的累积（残余孔隙水压力）、循环变化的振荡孔隙水压力

5.目前计算固结沉降的方法有（ ）、（ ）、（ ）及（ ）。

答案：弹性理论法、工程实用法、经验法、数值计算法。

6.根据莫尔—库伦破坏准则，理想状态下剪破面与大主应力面的夹角为（ ）。

答案：45 + /

7.土的三种固结状态：欠固结、超固结、正常固结。

8.硬化材料持续受力达到屈服状态后的变化过程：屈服 硬化 破坏

9.相对密实度计算公式ID=

。

10.静力贯入试验的贯入速率一般为 2cm/s。

11用一种非常密实的砂土试样进行常规三轴排水压缩试验，围压为 100kPa 和3900kPa，用这两个试验的莫尔圆的包线确定强度参数有什么不同？

答：当围压由100kPa 增加到3900kPa 时，内摩擦角会大幅度降低。

12.塑性应力应变关系分为_____理论和_____________理论两种

增量（流动）、全量（形变）

13.三轴剪切试验依据排水情况不同可分为（ ）、（ ）、（ ）

答案：不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪。

14.一种土的含水量越大，其内摩擦角越（小 ）。

一、 名词解释 1、 固结：根据有效应力原理，在外荷载不变的条件下，随着土中超静孔隙水压力的消散，有效应力将增加，土体将被不断压缩，直至达到稳定，这一过程称为~。 单向固结：土体单向受压，孔隙水单向渗流的条件下发生的固结。 2、

固结度：在某一荷载作用下，经过时间t后土体固结过程完成的程度。 3、 平均固结度：在某一荷载作用下，经过时间t后所产生的固结变形量与该土层固结完成时最终固结变形量之比称为~。 4、

固结系数：反映土的固结特性，孔压消散的快慢，与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比，

(1)vvwkeCaγ+=⋅ 5、 加工硬化（应变硬化）：正常固结粘土和松砂的应力随应变增加而增加，但增加速率越来越慢，最后趋于稳定。 6、 加工硬化定律（理论）：计算一个给定的应力增量引起的塑性应变大小的准则。 7、 加工软化（应变软化）：在密砂和超固结土的试验曲线中，应力一般是开始时随应变增加而增加，达到一个峰值后，应力随应变增大而减小，最后趋于稳定。 8、 压硬性：土的变形模量随围压增加而提高的现象。 9、 剪胀性：由剪应力引起的体积变化，实质上是由于剪应力引起的土颗粒间相互位置的变化，使其排列发生变化，加大颗粒间的孔隙，从而体积发生了变化。

10、 屈服准则：可以用来弹塑性材料被施加应力增量后是加载还是卸载或是中性变载，即是否发生变形的准则。屈服准则用几何方法来表示即为屈服面（轨迹）。 11、 流动准则：在塑性理论中，用于确定塑性应变增量的方向或塑性应变增量张量的各个分量间的比例关系的准则，也叫做正交定律。塑性势面g与屈服面f重合（g=f），称为相适应的~；如果gf≠，即为不相适应流动规则。 12、 物态边界面：正常固结粘土'p，'q和v三个变量间存在着唯一性关系，所以在 ''pqv−−三维空间上形成一个曲面称为~，它是以等压固结线NCL和临界状态线CSL为边界的。 13、 临界状态线：初始等向压缩曲线由于偏应力的增加，土体中剪应力增加，孔隙比改变，AB曲线在三维空间坐标系中脱离原水平面e-p向上方移动，达到破坏时，对应的空间曲线叫~。因此~是破坏点的空间轨迹，在p-q平面内投影为一直线，称破坏线。 14、 破坏：试样在一定应力状态及其他条件下失去稳定或产生过大的变形。 15、 真强度理论：（粘土）为了反映孔隙比对粘土抗剪强度及其指标影响，伏斯列夫把抗剪强度分为受孔隙比影响的粘聚分量ec 和不受孔隙比影响的摩擦分量taneσϕ，角标e表示孔隙比，即所谓的真强度理论与真强度指标。 16、 拟似超固结土：老正常固结土有与超固结土相似的特性，称为~，其中0/cqpp称为拟似超固结比。 17、

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专业整理 知识分享 第二章 习题与思考题

17、在邓肯-张的非线性双曲线模型中，参数a、b、iE、tE、13-ult（）以及fR各代表什么意思？

答：参数iE代表三轴试验中的起始变形模量，a代表iE的倒数；ult)(31代表双曲线的渐近线对应的极限偏差应力，b代表ult)(31的倒数；tE为切线变形模量；fR为破坏比。

18、饱和粘土的常规三轴固结不排水实验的应力应变关系可以用双曲线模拟，是否可以用这种实验确定邓肯-张模型的参数？这时泊松比为多少？这种模型用于什么情况的土工数值分析？

答：可以，这时=0.49，,用以确定总应力分析时候的邓肯-张模型的参数。

19、是否可以用饱和粘土的常规三轴固结不排水试验来直接确定用有效应力表示的邓肯-张模型的参数？对于有效应力，上述的131()/dd是否就是土的切线模量tE？用有效应力的广义胡克定律来推导131()/dd的表达式。

答：不能用饱和粘土的常规三轴固结不排水试验来直接确定用有效应力表示的邓肯-张模型的参数；在有效应力分析时，邓肯-张模型中的131()/dd不再是土的切线模量，而需做以下修正：

131()/=1-(1-2)ttEddA

具体推导如下：

'''11231231231231=[-(d+d)]1=[(-du)-(d+d-2du)]1=[(-du)-(d+d)-2du)]1=[-(d+d)-(1-2)du)]ddEdEdEdE 完美WORD格式

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----完整版学习资料分享---- 第3章习题

摩尔-库仑公式推导:

coscsin223131

即: 231231]cosc2sin)[()(,同理有;

232232]cosc2sin)[()(; 221221]cosc2sin)[()(

破坏面条件:

0]cosc2sin)[()(]cosc2sin)[()(]cosc2sin)[()(221221232232231231

1112321I31I31I31)6cos()sin()6cos(J32

将该式代入上式得:

0cosCJ)3sinsin(cossinI3121

平面上各轴的投影:

在1轴上的投影: 2S2321321

在2轴上的投影: 2S2322312

在3轴上的投影: 2S2323213

如: 1=400kPa, 2=3=100kPa. 则在三个轴上的投影分别为: 141kPa, -71kPa, -71kPa.

1、临界状态：是指土在常应力和常孔隙比下不断变形的状态。 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除

----完整版学习资料分享---- 临界孔隙比：表示土在这种密度状态下，受剪作用只产生剪应变而不产生体应变。

水力劈裂：由于孔隙水压力的升高，引起土体产生拉伸裂缝发生和发展的现象。

饱和松砂的流滑：饱和松砂在受静力剪切后，因体积收缩导致超孔压骤然升高，从而失去强度和流动的现象。

真强度理论：为了反映孔隙比对粘土抗剪强度及其指标的影响，将抗剪强度分为受孔隙比影响的粘聚分量与不受孔隙比影响的摩擦分量。通过不同的固结历史，形成等孔隙比的试样，在不同的法向压力下剪切，试样破坏时的孔隙比相同，强度包线即为孔隙比相同的试样的强度包线，该强度称为在此孔隙比时的真强度。由这样的真强度包线得到的指标称为真强度指标。

西安地区饱和软黄土研究综述

摘 要：饱和软黄土是一种由黄土在处于饱和状态且时间较短或还未受到较长时间压密作用的情况下转化而来的一种特殊软弱土。西安地区大量工程实例表明，饱和软黄土的存在经常导致工程活动中出现地表塌陷等安全事故，造成重大安全风险和经济损失，属于典型的不良地基土，因此系统开展对饱和软黄土的工程防灾、减灾研究具有一定实际意义。本文分析了饱和软黄土的成因、分布规律和力学特性，总结了饱和软黄土的常见工程问题及相应处理措施，对饱和软黄土的自身性质和研究现状进行了较为全面的概述。

关键词：饱和软黄土;特殊软弱土;不良地基;处理措施

一 饱和软黄土概述

1.1饱和软黄土的研究历史

现今对黄土的分类方法有三种，根据黄土的成因及年代分类，根据黄土本身的湿陷性分类，以及根据黄土颗粒的大小分类[3]。饱和软黄土是随着工程建设推进诞生的新的工程名词，在学术界尚无统一定论。

2005年于国新等对软黄土的研究深化，首次提出了饱和软黄土的概念，并针对西安北环铁路附近的饱和软黄土做了细致的研究。2011年随着西安地铁建设的推进，原先埋藏于地下的饱和软黄土开始成为地铁建设中无法避免的难题，众多学者开展了对饱和软黄土降水沉降大，灵敏度高，承载力差等工程难题处理措施的研究。随着对饱和软黄土研究的不断发展，高虎艳等[7]首次提出将饱和软黄土作为一种特殊软弱土以研究其形成原因及工程问题，并总结了其的特性。

1.2饱和软黄土的特点

饱和软黄土是尚未经历过长期固结沉降或上覆荷载压密作用的饱和状态黄土。此时土的孔隙结构中被孔隙水所充满，但由于未经受压密作用，大孔隙结构依然保留，故湿陷性转化为高压缩性而体现，若孔隙水因某种原因流失，缺少了孔隙水的缓冲，则高压缩性又将转化为湿陷性，这一机理使得饱和软黄土呈现出湿陷性暂时消失，高压缩性，低承载力的特征。

1.3饱和软黄土的定义

综上所述，饱和软黄土是人们总结工程建设中饱和黄土土性变化而发展出的工程名词，源于黄土的浸湿饱和，由于应力历史的的差异导致了其特殊的土性。饱和软黄土应界定为：Q3马兰黄土或Q4黄土状黄土，在遇水浸湿含水率上升至饱和度Sr>80%后，尚未经受长期固结、压密作用，原生黄土湿陷性暂时转化为高压缩性，处于不稳定状态的一种软弱土。实际工程中，利用天然含水量，孔隙比较大，液性指数 ，压缩系数根据这四个特征指标同步变化来初步划分饱和软黄土。

思考题

第一章：

1． 对于砂土,在以下三轴排水试验中,哪些试验在量测试样体变时应考虑膜嵌入

membrane penetration的影响HC, CTC, CTE, RTC, RTE, 以及平均主应力为常数的TC TE试验;

2．对于砂土,在常规三轴固结不排水CU压缩试验中,围压为常数,其膜嵌入 membrane

penetration效应对于试验量侧的孔隙水压力有没有影响,为什么对于常规三轴固结排水试验对于试验有无影响

3．对于砂土,在常规三轴固结不排水CU压缩试验中,围压为常数,其膜嵌入 membrane

penetration效应对于试验的不排水强度有没有影响,

4．在周期荷载作用下饱和砂土的动强度d或d如何表示定性绘出在同样围压3,不同初始固结比1/3下的动强度曲线;

5．在一定围压下,对小于、等于和大于临界孔隙比ecr密度条件下的砂土试样进行固结不排水三轴试验时,破坏时的膜嵌入对于量侧的孔隙水压力有何影响对其固结不排水强度有什么影响无影响、偏大还是偏小

6．在土工离心模型试验中进行固结试验,如果模型比尺为100,达到同样固结度,模型与原型相比,固结时间为多少

7．举出三种土工原位测试的方法,说明其工作原理、得到的指标和用途;

8．对于粗颗粒土料,在室内三轴试验中常用哪些方法模拟各有什么优缺点

9．真三轴试验仪器有什么问题影响试验结果用改制的真三轴试验仪进行试验,其应力范围有何限制

10． 在饱和土三轴试验中,孔压系数A和B反映土的什么性质如何提高孔压系数B

11． 在p, q坐标、,坐标和在平面坐标下画出下面几种三轴试验的应力路径标出应力路径的斜率;

（1） CTC常规三轴压缩试验

（2） p＝常数,b=＝常数,真三轴试验；

（3） RTE减压的三轴伸长试验;其中：22)()()(213/)(3131213232221321－＝＋＝qp

水库蓄水引发的地下水位抬升和渗控措施研究

王俊梅;刘海宁

【摘 要】针对广阳水库蓄水后地下水抬升引起的周边土体由自然非饱和状到饱和状态这一变化过程,基于壤土、砂壤土的室内土水特征曲线试验结果,采用非饱和非稳定渗流有限单元法系统地分析了这一变化过程对库区周边工程地质条件的影响,论证了截渗沟对库区堤外防渗和渗控的有效性.利用WF非饱和应力路径三轴仪进行的壤土、砂壤土的土水特征曲线试验结果表明两种土体的土水特征曲线差别较大,基质吸力随含水量的变化呈现不一致性.非饱和非稳定渗流有限单元法计算分析结果表明截渗沟避免了坝后土层内浸润线大幅度提高,同时也避免了浸润线上部非饱和土体的含水量的大幅度增加,这可以减小次生盐碱化和浸没等问题的影响.%The

change course of the soil in the foundation under the reservoir will change

from natural state to unsaturated state to saturated state because of the

increase of water content after sluice of the reservoir. The change course

has been analyzed with the FEM of unstable and unsaturated base on the

results in the lab. The engineering geology is influenced greatly by the

course. The effect of the cut seep dyke can minish the influence of the

change course. Based on the SWCC obtained from the test data with the

2-1.什么叫材料的本构关系？在上述的本构关系中，土的强度和应力-应变有什么联系？

答：材料的本构关系是反映材料的力学性质的数学表达式，表现形式一般为应力-应变-强度-时间的关系，也成为本构定律，本构方程。

土的强度是土受力变形发展的一个阶段，即在微小的应力增量作用下，土单元会发生无限大或不可控制的应变增量，它实际上是土的本构关系的一个组成部分。

2-7什么是加工硬化？什么是加工软化？请绘出他们的典型的应力应变关系曲线。

答：加工硬化也称应变硬化，是指材料的应力随应变增加而增加，弹增加速率越来越慢，最后趋于稳定。

加工软化也称应变软化，指材料的应力在开始时随着应变增加而增加，达到一个峰值后，应力随应变增加而下降，最后也趋于稳定。

加工硬化与加工软化的应力应变关系曲线如右图。

2-8什么的是土的压硬性？什么是土的剪胀性？

答：土的变形模量随着围压提高而提高的现象，称为土的压硬性。

土的剪胀性指土体在剪切时产生体积膨胀或收缩的特性。

2-9简述土的应力应变关系的特性及其影响因素。

答：土是岩石风化形成的碎散矿物颗粒的集合体，通常是固、液、气三相体。其应力应变关系十分复杂，主要特性有非线性，弹塑性，剪胀性及各向异性。主要的影响因素是应力水平，应力路径和应力历史。

2-10定性画出在高围压（MPa303）和低围压（KPa1003）下密砂三轴试验的v--)(131应力应变关系曲线。

答：如右图。横坐标为1，竖坐标正半轴为)(31，竖坐标负半轴为v。

2-13粘土和砂土的各向异性是由于什么原因？什么是诱发各向异性？

答：粘土和砂土的各向异性是由于其在沉积过程中，长宽比大于1的针、片、棒状颗粒在重力作用下倾向于长边沿水平方向排列而处于稳定的状态。同时在随后的固结过程中，上覆土体重力产生的竖向应力与水平土压力大小不等，这种不等向固结也造成了土的各向异性。

诱发各向异性是指土颗粒受到一定的应力发生应变后，其空间位置将发生变化，从而造成土的空间结构的改变，这种结构的改变将影响土进一步加载的应力应变关系，并且使之不同于初始加载时的应力应变关系。

应力-应变关系是土体本构模型的基础，也是土力学中最重要的内容之一，现有常用的土体本构模型建立在重塑土三轴试验、直剪试验基础上，大多用三个主应力或平均主应力和广义剪应力（或八面体法向应力与剪应力）表示，因而无法反映应力矢量方向的变化，即主应力方向的变化，也无法考虑土体自身结构的影响。换句话说，土体形成时颗粒形状、颗粒间接触及与成因有关的不同沉积方式等引起的各向异性，以及复杂应力路径对土体变形的影响，现有本构模型大多爱莫能助。随着建筑物等级的提高及工程建设规模的扩大，设计的要求越来越高，系统、深入掌握地基土体特性，建立合理、准确的模型是提高设计精度和可靠性的有效保证。工程中土体的应力路径非常复杂，不仅有应力大小的变化，还有应力方向的变化，不仅有静态或准静态变化（基坑开挖、堤坝修筑过程中主应力大小和方向准静态变化），还有（车辆荷载、波浪、潮汐荷载）不同频率、不同历时的动态变化，不仅有单一的应力作用，还有多重应力先后作用，地基土体在这些复杂应力作用下有一个显著特点：塑性应变增量方向与大主应力方向、大主应力增量方向不共轴，这给土体的变形预测带来很大困难，常用土体本构模型因采用相关联流动法则无法准确预测复杂应力路径下土体的变形，这一重大缺陷给高速铁路、大型堤坝等这类对变形要求极高的工程带来巨大的工程隐患，迫切需要进行研究。复杂应力路径下土体的物理力学性质非常复杂，受多因素影响，而土体固有的原生各向异性更加剧了问题的复杂性，土体塑性应变与主应力方向不共轴现象是复杂问题的外部表象，为揭示现象后面的本质问题，有必要开展一系列复杂应力路径下土体特性的试验研究，目前这方面的研究已开始（如国家自然科学基金项目50808145，50978231，10902005，50909057，10972159等对双向激振荷载、循环荷载、非比例加载、主应力循环旋转下饱和砂土、软粘土的变形、强度及破坏机理进行了研究），但复杂应力路径下土体应力应变不共轴问题，即非共轴塑性理论的建立尚未引起高度重视，这是反映土体原生各向异性和次生各向异性本构模型的关键问题之一，随着认识水平的提高，试验仪器的发展，工程应用的需要，开展这方面的研究已迫在眉睫。

2-1.什么叫材料的本构关系？在上述的本构关系中，土的强度和应力-应变有什么联系？

答：材料的本构关系是反映材料的力学性质的数学表达式，表现形式一般为应力-应变-强度-时间的关系，也成为本构定律，本构方程。

土的强度是土受力变形发展的一个阶段，即在微小的应力增量作用下，土单元会发生无限大或不可控制的应变增量，它实际上是土的本构关系的一个组成部分。

2-7什么是加工硬化？什么是加工软化？请绘出他们的典型的应力应变关系曲线。

答：加工硬化也称应变硬化，是指材料的应力随应变增加而增加，弹增加速率越来越慢，最后趋于稳定。

加工软化也称应变软化，指材料的应力在开始时随着应变增加而增加，达到一个峰值后，应力随应变增加而下降，最后也趋于稳定。

加工硬化与加工软化的应力应变关系曲线如右图。

2-8什么的是土的压硬性？什么是土的剪胀性？

答：土的变形模量随着围压提高而提高的现象，称为土的压硬性。

土的剪胀性指土体在剪切时产生体积膨胀或收缩的特性。

2-9简述土的应力应变关系的特性及其影响因素。

答：土是岩石风化形成的碎散矿物颗粒的集合体，通常是固、液、气三相体。其应力应变关系十分复杂，主要特性有非线性，弹塑性，剪胀性及各向异性。主要的影响因素是应力水平，应力路径和应力历史。

2-10定性画出在高围压（MPa303）和低围压（KPa1003）下密砂三轴试验的v--)(131应力应变关系曲线。

答：如右图。横坐标为1，竖坐标正半轴为)(31，竖坐标负半轴为v。

2-13粘土和砂土的各向异性是由于什么原因？什么是诱发各向异性？

答：粘土和砂土的各向异性是由于其在沉积过程中，长宽比大于1的针、片、棒状颗粒在重力作用下倾向于长边沿水平方向排列而处于稳定的状态。同时在随后的固结过程中，上覆土体重力产生的竖向应力与水平土压力大小不等，这种不等向固结也造成了土的各向异性。

诱发各向异性是指土颗粒受到一定的应力发生应变后，其空间位置将发生变化，从而造成土的空间结构的改变，这种结构的改变将影响土进一步加载的应力应变关系，并且使之不同于初始加载时的应力应变关系。

1. 什么叫颗粒级配曲线，如何定性和定量分析土的级配？（出现4次）

答：土的颗粒级配（粒度成分）——土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总重的百分数)。

确定各粒组相对含量的方法：（1）颗粒分析试验，①筛分法，②沉降分析法，

（2）试验成果——颗粒级配累积曲线，进行曲线分析：

曲线较陡，则表示粒径大小相差不多，土粒较均匀；

曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好。

2. 什么叫粘性土的液性指数？如何应用液性指数评价土的工程性质。

答：液性指数——粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。用LI表示。LI值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬。)(p，0LI坚硬状态，10LI，可塑状态

)(L 1LI 流动状态

3. 甲为条形基础，乙为正方形基础，两者基础宽度相同，埋深相同，基底附加压力也相同，地基土完全相同，两基础沉降量是否相同？为什么？

答：不同，方形荷载所引起的σz，其影响深度要比条形荷载小的多，条形基础下地基土的侧向变形主要发生在浅层，而位于基础边缘下的土体容易发生剪切滑动而首先出现塑性变形区。

4. 以固结不排水为例，说明三轴试验如何测定土的抗剪强度指标。

答：如果试样所受到的周围固结压力大于它曾受到的最大固结压力Pc，属于正常固结试样，如果小于，属于超固结试样。

1变形模量和压缩模量有何关系和区别？（2次）

答：土的变形模量是土体在无侧限条件下的应力和应变的比值，土的压缩模量是土体在侧限条件下的应力与应变的比值。

2什么是自重应力和附加应力？

答：自重应力——由土体本身有效重量产生的应力称为自重应力。附加应力：土体受到外荷载以及地下水渗流、地震等作用下附加产生的应力增量，是产生地基变形的主要原因，也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因。

3填土内摩擦角对土压力大小有何影响？

答：计算主动土压力时，一般可忽略内摩擦角的影响，但计算被动土压力和静止土压力时，考虑内摩擦角降低，导致墙背压力的增大

剑桥模型

1958 - 1963 年间，英国剑桥大学的Roscoe等根据正常固结粘土和弱超固结粘土的三轴试验，提出的剑桥粘土的本构模型，他们将“帽子”屈服准则、正交流动准则和加工硬化规律系统地应用于Cam 模型之中，并提出了临界状态线、状态边界面、弹性墙等一系列物理概念，构成了第一个比较完整的土塑性模型。Roscoc 和Burland又进一步修正了剑桥模型，认为剑桥模型的屈服面轨迹应为椭圆，给出了现在众所周知的修正剑桥模型。

试验证明，对于正常固结粘土和弱固结的饱和重塑粘土，孔隙比e与外力p，q之间存在有唯一的关系，且不随应力路径而发生变化。该模型试图描述室内试验所观察到的现象，即从某一初始状态开始加载直到最终维持塑性常体积变形的临界状态，其基本组成如下：(1)在(e ，p)平面中，存在一条曲线，在正常固结粘性土中的所有应力遵循此路径，这被称为正常固结线(NCL)。这条线提供了体积硬化规则，可以被广义化为一般应力条件。(2)在(e ，p，q )空间中存在一条线，所有的残余状态都遵循此路径，而与实验类别和初始条件无关。这条线与(e ，p)平面中的正常固结线平行，在此线上，剪切变形发生而没有体积变形发生。(3)从固结排水和不排水实验中所得到的应力路径位于唯一的状态面，通称为Roscoe 面。事实上，在不排水路径中，土随着塑性体积应变的发展而硬化。其中，体积应变的弹性和塑性应变增量之和保持常数。Roscoe 面价值在于给出了屈服面类型的一个选择依据。

模型基于对临界状态线、相关联塑性理论中屈服面与固结定律的假定。该模型假定：①屈服只与应力球量p和应力偏量q两个应力分量有关，与第三应力不变量无关；②采用塑性体应变硬化规律，以pv为硬化参数；③假定塑性变形符合相关联的流动法则，即g(σ)=f(σ)；④假定变形消耗的功，即塑性功为 pspMpddW (1)式中：M =q／P ; psd为塑性偏应变增量。由(1)式得到的最初的剑桥模型屈服面形状为子弹头形(如下图)，屈服函数为0lnlnppMpp

1 一名词解释：1、孔隙比：土的孔隙体积与土的颗粒体积之比称为土的孔隙比e。14 2、可塑性指标：是指黏土受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。用来描述土可塑性的物理指标。14 3、渗流力：水流经过时必定对土颗粒施加一种渗流作用力，而单位体积土颗粒所受到的渗流作用力为渗流力。14 4、变形模量：在部分侧限条件下，土的应力增量与相应的应变增量的比值。14 5、应力路径：对加荷过程中的土体内某点，其应力状态的变化可在应力坐标图中以应力点的移动轨迹表示，这种轨迹称为应力路径。14 6、弱结合水：是指紧靠于强结合水的外围而形成的结合水膜，亦称薄膜水。13 7、塑性指数：是指液限和塑限的差值（省去%符号），即土处在可塑状态的含水量变化范围。13 8、有效应力：通过土粒接触点传递的粒间应力。13 9、地基固结度：是指地基土层在某一压力作用下，经历时间t所产生的固结变形量与最终固结变形量之比值，或土层中（超）孔隙水压力的消散程度。13 10、砂土液化：当饱和松砂受到动荷载作用，由于孔隙水来不及排出，孔隙水压力不断增加，就有可能使有效应力降到零，因而使砂土像流体那样完全失去抗剪强度。13 11、土体抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的受剪强度。12 12、地基承载力：地基承担荷载的能力。12 13、主动土压力：当挡土墙离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力。1114、地基极限承载力：是指地基剪切破坏发展即将失稳时所能承受的极限荷载。10 15、塑限：土由半固状态转到可塑状态的界限含水量称为塑限，用符号Wp表示。10 16、毛细水：存在于地下水位以上，受到水与空气界面的表面张力作用的自由水。09 17、压缩系数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压力增量的比值。08 18、弹性模量：土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。07 19、有效应力原理：饱和土中任意点的总应力总是等于有效应力加上孔隙水压力；或有效应力总是等于总应力减去孔隙水压力。此即饱和土的有效应力原理。07 20、土的压缩指数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力常用对数值增量的比值。07 21、临塑荷载：是指基础边缘地基刚要出现塑性区时基底单位面积上所承担的荷载，它相当于地基土应力状态从压缩阶段过渡到剪切阶段时的临界限荷。07 22、临界荷载：是指允许地基产生一定范围塑性区所对应的荷载。07 23、先期固结压力：天然土层在历史上受过最大的固结压力（指土体在固结过程中所受的最大有效应力）。07 24、塑性：是一种在某种给定荷载下，材料产生永久变形的特性。05 25、塑性变形：是物体在一定条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。05 26、土的压实度：现场土质材料压实后的干密度与室内试验标准最大干密度之比值。05 27、固结：饱和土在压力作用下随土中水体积减小的全过程。固结度：地基在固结过程中任一时刻的固结沉降量与其最终固结沉降量之比，称为固结度。05 28、液限：土由可塑状态到流动状态的界限含水量称为液限，用符号WL表示。04 29、缩限：土由半固体状态不断蒸发水分，则体积继续逐渐缩小，直到体积不再收缩时，对应的极限含水量叫缩限，用符号Ws表示。04 第一章1、颗粒级配：粒组相对含量，即各粒组质量占土粒总质量百分比2、粒径累计曲线：横坐标为粒径对数坐标，纵坐标为小于或大于某一粒径土重（累计百分比）含量。3、不均匀系数：粒组分布情况，反应土粒均匀程度4、结合水：受电分子引力影响吸附在土粒表面的自由水5、强结合水：紧靠在土粒表面的结合水膜；弱结合水：紧靠在强结合水外围的结合水膜6、自由水：存在于电分子引力范围以外的水7、重力水：地下水位以下的透水层中的地下水8、毛细水：在地下水位上，受水与空气交界面表面张力的自由水9、毛细压力：由于弯液面张力与土粒表面的侵润作用，使毛细弯液面切线反向产生使土粒挤紧的力10、土的结构：土粒单元体大小，矿物成分，形状，相互排列和连接关系，以及土中水的性质，空隙等因素形成的综合特征11、土的组构：同一土层中的物质和颗粒大小等相似的各部分之间的关系，表征土的层理，裂隙第二章1、相对密度：土粒质量与4°时纯水质量之比2、含水量：水的质量与土质量之比3、密度：土体单位体积的质量4、干密度：土中固体颗粒部分质量5、饱和密度：充满水时的单位体积质量6、浮密度：地下水位以下土粒质量与同体积水质量只差7、重度：土的重力密度称为重度8、孔隙比：空隙体积与土粒体积比9、孔隙率：空隙体积与总体积之比10、饱和度：水体积与空隙体积之比11、可塑状态：粘性土在某含水量范围内，可由外力朔成任何形状而不发生裂纹，外力移去后任可保持既得形状，这种性能也叫可塑性12、液限：土由可朔状态到流动状态的界限含水量13、朔限：土由可朔状态到半固态的界限含水量14、缩限：土由半固态不断蒸发水分，体积不断缩小直到，体积不再缩小时的界限含水量15、液性指数：天然含水量与朔限的差与朔性指数的比。16、天然稠度：原状土样的液限和天然含水量的差与朔性指数的比。17、触变性：粘性土强度随时间恢复的胶体化学性质。.18、相对密实度：砂土的最大孔隙比和天然孔隙比的差值与最大孔隙比和最小孔隙比的差值之比。19、土的湿陷性：在一定压力作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特性。第三章1、渗流力：水在土中流动时，单位体积土颗粒受到的渗流作用力。2、流砂：土体在向上动水力作用下，有效应力为零时，颗粒发生悬浮、移动的现象。3、水力梯度：土中两点的水头差与水流过的距离之比。为单位长度上的水头损失。4、临界水力梯度：使土开始发生流砂现象的水力梯度。5、管涌：在渗流作用下，较细的颗粒在较粗颗粒形成的空隙中移动，甚至流失，随着空隙的不断扩大，流速的不断加快，较粗的颗粒也开始被水流带走。最终形成贯通的渗流管道的现象称为管涌。第四章1、自重应力：受到自身重力而存在的应力，（可以分为成土年代久，完成压缩的；和新近沉积没有完成压缩的）2、附加应力：受到外荷载，地下水渗流，地震等作用产生的附加应力增量，是地基变形的主要原因，和强度破坏与失稳的重要原因。3、有效应力：土粒传递的粒间应力，控制土体变形和强度两者变化的土中应力。4、孔隙水压力：土中水传递的孔隙水压力。5、超静孔隙水压力：由附加应力引起的孔隙水压力，超过了经水压力水头。6、地基压力（地基反力）：建筑物通过基础将荷载传递给地基，在基础底面和地基之间产生的荷载效应。7、地基附加压力：地基压力与地基建造之前的自重应力之差第五章1、土的压缩性：土在压力作用下，体积缩小的特性。2、土的压缩：土中孔隙体积的缩小，即土中水和土中气所占体积的缩小。3、土的固结：饱和土压缩的全过程，即在压力作用下土中水缩小的全过程。4、压缩系数（指数）：侧限条件下，孔隙比减少量和有效应力增量（常用对数）的比值；5、压缩模量（体积压缩系数）：侧限条件下竖向附加压应力与竖向应变的比值（倒数）6、先期固结压力：天然土层历史上受过的最大固结压力。7、正常（超、欠固结)：历史上受过的先期固结压力等于（小于、大于）现有覆盖土重8、超固结比：先期固结压力与现有覆盖土重的比。9、弹性模量：无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。第六章1、地基压缩层深度：基础底面以下需要计算变形所达到的深度，大于该深度的变形值可以忽略不计。2、地基平均附加应力系数：地基某点下至地基任意深度范围内的附加应力分布图面积，对基底附加压力和地基深度的乘积之比。3、正常使用极限状态：对应与结构或构件达到正常使用或耐久性的某项限值状态。4、瞬时沉降：紧随加压之后地基即时发生的沉降，此时地基体积还来不及发生变形，是地基土的不排水剪切变形，也称初始沉降或不排水沉降。5、固结沉降：在荷载作用下，随超孔隙水压力消散，有效应力增长完成的。6、次压缩沉降：在超孔隙水压力已经消散，有效应力增长基本不变后随时间而缓慢的压缩。7、渗透固结：饱和土在附加压力作用下，孔隙中相应的一些自由水随时间被排出，同时孔隙体积也缩小，这个过程为称为渗透固结。8、地基固结度：在某压力作用下，地基土t时刻的固结变形，与最终固结变形量之比。9、平均固结度：某一时刻有效应力图面积和最终有效应力图面积之比。第七章1、土的抗剪强度；土体抵抗剪应力的极限值或土体抵抗剪切破坏的受剪能力2、土的天然强度：原状土所具有的强度。3、极限平衡状态：土中任意一点在某一平面发生剪切破坏时该点就处于极限平衡状态第八章1、土压力：挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力2、主（被）动土压力：在挡土墙向离开（靠近）土体方向偏移至极限平衡状态，作用在墙上的土压力3、静止土压力：挡土墙静止不动时，土体处于弹性平衡状态4、极限平衡条件：土体处于极限平衡状态时，应力与抗剪强度指标的关系第九章1、地基承载力：地基承担荷载的能力2、比例界限（临塑）荷载：基础边缘刚要出现塑性变形区时地基单位面积上承担的荷载，相当于从压缩阶段过渡到剪切阶段的界限荷载3、极限荷载：剪切阶段过渡到隆起阶段的界限荷载4、临界荷载：允许发生一定塑性变形区所对应的荷载5、地基极限承载力：地基剪切破坏发展即将失稳时所承受的极限荷载（相当于极限荷载）。6、地基容许承载力：地基有稳定安全度的承载力相当于极限承载力除以一个安全系数。

科技信息　博士・专家论坛　

面应变条件下土傩变形昀试验研究　

湖北工业大学土木工程与建筑学院　朱志政　庄心善　何世秀　胡其志　

［摘要］取武汉地区具有代表性的粉质粘土进行了一系列卸荷应力路径试验，对其应力应变性状进行了较深入的研究。研究表明，　土体卸荷试验的初始切线模量远大于加荷试验的初始切线模量，其破坏的主应变却远远小于常规三轴试验的破坏主应变，土体在　

复杂受力状态下的应力应变关系曲线表现出应变软化特性，其广义剪应力与广义剪应变关系曲线呈明显的非线性，且更真实地反　

映开挖卸荷条件下土体的应力应变特性，并探讨了这种特殊路径下的卸荷模量的计算。　

［关键词】应力路径卸荷模量　卸荷试验　

１．引言　

应力应变关系的非线性是土的基本变形特性之一。土体的切线模　

型由于可以较好地描述土受力变形的过程，并反映这种非线性而得到　

广泛的应用。其模型参数、主要是通过土工试验来获取，这对于加载情　

况一般能获得较满意的结果，但对于如基坑开挖的卸荷情况，模型参数　

往往要通过能反映实际的应力路径试验获得，这在实际工程中难以应　用。本文通过对武汉地区具有代表性的粉质粘土进行了一系列卸荷应　

力路径试验，对其应力应变性状进行了较深入的研究，并探讨了这种特　殊路径下的卸荷模量的计算。　

２．卸荷应力路径试验　

２．１基坑开挖过程中土体的应力路径　通过对基坑开挖的应力路径分析，将基坑工程影响区域划分为以　

下四部分：　

ＩＶ：　ＩＩＩ　：ＩＶ　ｆ　：　

图１基坑工程示意图　

Ｉ区：随着基坑的开挖，支护结构发生侧向位移，水平向应力减小；　竖向应力基本保持不变，水平向应力在静止侧压力与主动土压力水平　

分量之间变化。　

ＩＩ区：上部土体开挖后，竖直向应力减小；应力主轴发生偏转，偏应　

力减小的同时球应力减小。　

ＩＩＩ区：上部土体开挖过程中，竖直向应力不断减小；水平向应力有　

较小的变化。　

ＩＶ区：竖直向应力基本不变；水平向应力有较小的变化；由于滑移　

剪切作用，应力主轴将发生偏转。　

第１７卷第３期　２０１１年６月　上海大学学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＨＡＮＧＨＡＩ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ）　ＶｏＩ．１７　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２０１１　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—２８６１．２０１　１．０３．０１９　

超固结土模型平面应变分叉理论解与数值模拟　

孙德安，段博，　甄文战　

（上海大学土木工程系，上海２０００７２）　

摘要：应变局部化理论最基本的问题在于局部化分叉产生的条件．针对基于伏斯列夫面超固结黏土三维弹塑性本　构模型，推导平面应变条件下局部化分叉理论解及因局部化分叉而产生的剪切带倾角的表达式，并分析不同超固结　比对局部化分叉理论解和剪切带倾角的影响．理论分析表明，在平面应变条件下，土体局部化分叉出现在应力应变　硬化阶段，剪切带倾角在分叉前随着应变局部化的扩张发生显著变化，在分叉后趋于稳定．最后，利用非线性有限元　软件ＡＢＡＱＵＳ，在平面应变应力路径下对均匀各向同性多单元立方体局部化分叉现象进行数值分析，得出的局部化　分叉数值解与理论解较为一致，验证了理论解的可靠性．　关键词：超固结黏土；本构模型；平面应变；分叉；理论解；数值模拟　中图分类号：ＴＵ　４３３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００７－２８６１（２０１　１）０３－０３０７－０７　

Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｐｌａｎｅ　Ｓｔｒａｉｎ　Ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ　

ｉｎ　Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｏｖｅｒ－Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ　Ｃｌａｙｓ　

ＳＵＮ　Ｄｅ—ａｎ，ＤＵＡＮ　Ｂｏ，　ＺＨＥＮ　Ｗｅｎ—ｚｈａｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｓｔｒａｉｎ　ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　

膨胀土知识简介

1膨胀土的研究意义

膨胀土是粘粒成分主要由亲水矿物(主要是蒙脱石、伊利石、高岭石等)组成，液限大于40%，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征的粘性土。在自然条件下，一般多呈硬塑或坚硬状态，具黄、红、灰白等色，裂隙较发育，常见光滑面和擦痕。膨胀土分布广泛，在世界六大洲的40多个国家都有分布。自1938年美国开垦局在俄勒冈州的一例基础工程中首次认识了膨胀土问题，膨胀土开始引起人们的关注。由于它具有显著的胀缩性，存在较多裂隙软弱面，常常给膨胀土地区的工程建设造成严重的破坏，给人民的财产造成巨大的损失。膨胀土给工程建筑带来的危害，既表现在地表建筑物上，也反映在地下工程中。它不仅包括铁路、公路、渠道的所有边坡、路面和基床也包括房屋地基；甚至还包括这些工程中所采取的稳定性措施如护坡、挡土墙和桩等。以至从某种意义上讲，膨胀土对工程建筑的危害是无所不包的[1]。这种危害往往是长期的、渐进的、潜在的，有时是难以处理的，美国工程界称之为“隐藏的灾害”。据统计，美国由于膨胀土造成的损失平均每年高达20亿美元以上，已超过洪水、飓风、地震和龙卷风所造成的损失的总和，全世界每年造成的损失达50亿美元以上。

我国是膨胀土分布广、面积大的国家之一，先后己有20多个省市发现有膨胀土，其中主要分布在河南、湖北、广西、云南等省（见图1－1），在内蒙、东北等地也有发现。早在五六十年代，就因其工程问题引起人们对它的重视。我国由于膨胀土地基致害的建筑面积达1000万m2左右，铁路、公路及建筑物受到的危害也很严重。南水北调中线工程将穿过三百余公里的膨胀土地区，膨胀土渠坡的稳定问题对工程的正常运行至关重要。研究解决膨胀土边坡稳定问题具有实际意义。

我国膨胀土主要分布中西部地区，见表1－1。长江流域的长江、干支流水系等地区是我国膨胀土分布比较广泛和集中的地域之一（见图1－1）。从第三纪(N2)至第四纪下更新统(Q1 )、中更新统(Q2)和上更新统(Q3)都沉积了厚度不等的各种成因类型的膨胀土。其主要分布特征如下：