土力學課件-3變形與強度

土力學課件(清華大學)-3變形與強度(工管)contents目錄土的應力與應變土的彈性與塑性土的強度土的壓縮性與固結土的流變性土的穩(wěn)定性分析01土的應力與應變法向應力垂直于某一平面的應力，主要由于垂直方向上的壓力產(chǎn)生。定義土體中某點由外力引起的單位面積上的力，表示土體的受力狀態(tài)。分類根據(jù)作用力的性質(zhì)，可分為法向應力和剪切應力。剪切應力平行于某一平面的應力，主要由于水平方向上的剪切力產(chǎn)生。計算公式法向應力=垂直方向上的壓力/垂直方向上的面積；剪切應力=水平方向上的剪切力/垂直方向上的面積。土的應力計算公式線應變=長度變化/原長度；剪應變=相對位移/原長度。剪應變土體在應力作用下產(chǎn)生的剪切變形，表現(xiàn)為相鄰兩點的相對位移。線應變土體在應力作用下沿某一方向產(chǎn)生的長度變化。定義土體中某點在應力作用下產(chǎn)生的形變，表示土體的變形程度。分類根據(jù)變形方向，可分為線應變和剪應變。土的應變土體的應力與應變之間的關系是土力學中的基本關系，描述了土體在受力過程中變形的發(fā)展規(guī)律。概述應力應變關系通常用曲線表示，隨著應力的增加，應變逐漸增大。曲線關系在應力應變曲線上，彈性階段表現(xiàn)為線性關系，塑性階段表現(xiàn)為非線性關系。彈性階段與塑性階段當應力達到一定值時，土體發(fā)生破壞，表現(xiàn)為應力的急劇增加和變形的急劇增大。強度與破壞應力應變關系02土的彈性與塑性01土的彈性是指土在受到外力作用時，能夠恢復到原始狀態(tài)的能力。02土的彈性變形量的大小取決于土的粒徑、礦物成分和含水率等因素。03土的彈性模量是衡量土的彈性性能的重要參數(shù)，其值越大，表明土的彈性性能越好。04土的彈性模量可以通過室內(nèi)試驗和原位試驗等方法進行測定。土的彈性土的塑性01土的塑性是指土在外力作用下，產(chǎn)生不可恢復的變形，并且這種變形量隨著外力的增加而增大的性質(zhì)。02土的塑性變形可以分為剪切變形和壓縮變形兩種類型。03土的塑性變形量的大小取決于土的粒徑、礦物成分、含水率和外力大小等因素。04土的塑性對于工程設計和施工具有重要的意義，特別是在地基處理、邊坡支護和地下工程等領域。土的彈性和塑性是兩種不同的變形性質(zhì)，它們在變形特征、影響因素和工程應用等方面存在明顯的差異。彈性和塑性變形的機理也不同，彈性變形主要是由于土顆粒之間的相對位置變化引起的，而塑性變形則是由土顆粒之間的剪切和滑動引起的。在工程應用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的變形性質(zhì)進行分析和設計，以確保工程的安全性和穩(wěn)定性。彈性變形是可逆的，變形量的大小與外力的大小成正比，且在外力撤除后能夠恢復到原始狀態(tài)；而塑性變形是不可逆的，變形量的大小與外力的大小和持續(xù)時間等因素有關。彈性與塑性的比較03土的強度土的強度定義土的強度是指土抵抗外力直至破壞的能力，通常表示為應力-應變關系曲線上的某個點。土的強度可以分為屈服強度和極限強度，屈服強度是指土開始發(fā)生屈服變形的應力值，極限強度是指土達到破壞時的應力值。該理論認為土的強度是由剪切面上的剪切摩擦力和法向應力共同作用的結果，當剪切面上的剪切摩擦力等于法向應力時，土達到極限強度。該準則是基于實驗結果建立的，用于描述土在不同應力狀態(tài)下的強度特性。常用的強度準則有Mohr-Coulomb準則和Drucker-Prager準則等。土的強度理論土的強度準則莫爾-庫侖強度理論摩擦角是影響土的剪切強度的關鍵因素，摩擦角越大，土的剪切強度越高。剪切面上的摩擦角法向應力含水率顆粒大小和級配法向應力對土的剪切強度有重要影響，隨著法向應力的增加，土的剪切強度逐漸降低。含水率對土的強度有顯著影響，隨著含水率的增加，土的強度降低。顆粒大小和級配對土的強度也有影響，不同顆粒大小和級配的土具有不同的強度特性。土的強度影響因素04土的壓縮性與固結土的壓縮性01土的壓縮性是指土在壓力作用下體積減小的性質(zhì)。02土的壓縮性主要與土的孔隙比、含水量、壓縮系數(shù)等有關。土的壓縮性對土體的穩(wěn)定性、地基沉降等有重要影響。03土的固結理論是描述土體在壓力作用下孔隙水排出、體積逐漸減小的過程。固結理論中，一維固結理論是最基本的理論，適用于均質(zhì)、各向同性的飽和土體。固結系數(shù)是描述孔隙水排出速度的重要參數(shù)，與土的滲透性、排水條件等因素有關。土的固結理論固結系數(shù)是描述孔隙水排出速度的重要參數(shù)，其值越大，表示孔隙水排出的速度越快。固結度是指土體在壓力作用下，某一時刻孔隙水排出的程度，可用以描述土體的固結狀態(tài)。固結系數(shù)和固結度是評價土體固結性能的重要指標，對工程設計和施工有重要意義。固結系數(shù)與固結度05土的流變性粘彈性模型該模型將土視為粘性和彈性成分的組合，能夠描述土在長期荷載下的變形行為。常見的粘彈性模型有Maxwell模型和Kelvin模型。塑性模型塑性模型考慮了土的塑性變形特性，適用于描述土在剪切和壓縮過程中的永久變形。常用的塑性模型有Drucker-Prager模型和Mohr-Coulomb模型。粘塑性模型粘塑性模型結合了粘彈性和塑性變形的特點，能夠更準確地描述土在復雜應力狀態(tài)下的變形行為。典型的粘塑性模型有劍橋模型和BBM模型。土的流變模型010203廣義胡克定律適用于描述土在短期內(nèi)的彈性變形，其表達式為σ=E*ε，其中σ為應力，E為彈性模量，ε為應變。長期流變方程該方程考慮了時間的因素，能夠描述土在長期荷載下的變形行為。長期流變方程的一般形式為ε(t)=∫(t0)t(σ(t')/E(t'))dt'，其中ε(t)為時間t時的應變，σ(t')為時間t'時的應力，E(t')為時間t'時的彈性模量。蠕變方程蠕變方程描述了土在恒定應力作用下的變形行為，其一般形式為ε(t)=∫(0)t(α*σ/E)dt，其中α為蠕變系數(shù)。土的流變方程由于土的流變性，其長期強度通常低于短期強度。在工程設計中應充分考慮土的長期強度，以避免結構物的破壞。土的長期強度在地下工程中，如隧道、地下倉庫等的設計和施工中，需要考慮土的流變性對圍巖穩(wěn)定性的影響。地下工程土的流變性會導致地基沉降的持續(xù)發(fā)展。工程實踐中需要預測和控制地基沉降，以確保結構物的安全和正常使用。土的沉降土的流變性對土的穩(wěn)定性有重要影響。在邊坡工程中，需要考慮土的流變性以評估邊坡的穩(wěn)定性。土的穩(wěn)定性土的流變特性與工程應用06土的穩(wěn)定性分析極限平衡法、滑移線法、有限元法等。土坡穩(wěn)定性分析方法土的性質(zhì)、降雨、地震、人為因素等。土坡穩(wěn)定性影響因素滑坡、崩塌、泥石流等。土坡失穩(wěn)類型通過計算安全系數(shù)、繪制穩(wěn)定性曲線等方式進行。土坡穩(wěn)定性評價土坡穩(wěn)定性分析重力式、懸臂式、錨定式等。擋土墻類型靜力法、動力法、有限元法等。擋土墻穩(wěn)定性分析方法滿足穩(wěn)定性要求，防止墻體變形、開裂、傾覆等。擋土墻設計原則增加墻體高度、增加錨桿或錨索等。擋土墻加