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1、,4-2 土基的变形特征,一、土基的受力特性,性质,特征,用途,土基用土的种类很多，但不论何种土都是由固态矿物颗粒、孔隙中的水以及气体三大部分组成的。因此，土是一种由固体颗粒、水和气体组成的三相体系。,土作为一种工程材料，由于其内部结构上的这种特殊性，使得它在工程力学性质上有别于其它工程材料，有较大差别，其中最突出的是在受力时的非线性变形特性。,(一)土基的非线性变形特性,土基在受力时的非线性变形特性是由土的非线性性质决定的。室内三轴试验表明，土的应力一应变关系曲线，一般没有直线段，应力消失后恢复不到原先的形状。,这是因为土在受力后，三相结构改变了原来的状态,作为土的骨架的矿物颗粒发生相对移动
2、，而这种移动引起的变形，有一部分是属于不可恢复的残余变形。,土除了具有非线性变形性质外，还有塑性变形性质。,按弹性力学原理推求而得的三轴试验的应力一应变关系式(4-1)如下：,上述试验表明，土不是理想的弹性材料，土基也不是理想的弹性体。因此，上式没有也不能确切地反映试验的实际变形状态。,弹性模量是表征弹性材料或弹性体在受力时应力一应变关系的比例常数，但由于土的应力一应变关系呈非线性，因此，只有认为土的弹性模量是一个条件变量，它是随应力一应变变化而变化,在路面设计中，如果完全按照土基特性取计算参数 ，会使设计方法复杂化，甚至需改变路面设计的理论体系。,修正简化,原则：参数在理论计算 中应与实际状
3、况吻合,切线法和割线法,1、初始切线模量，如图4-3中所示，代表加荷开始时士的应力一应变关系。2、切线模量，如图4-3中所示，代表土在该级位应力一应变变化的精确关系。3、割线模量，如图4-3中的所示，反映该范围内的应力一应变关系的平均情况。4、回弹模量，如图4-3中所示，回弹变形范围内的应力一应变关系平均情况。,在以弹性力学为理论基础的路面设计方法中，往往将土的回弹模量视为土的弹性模量，并且作为路面设计中的一项重要计算参数。,(二)土基的流变性质,土是具有流变性质的材料，在荷载作用下的变形不仅与荷载大小有关，而且还与荷载作用的持续时间有关。,土颗粒之间力的传递以及土颗粒与土颗粒之间相对移动都需
4、要一定的时间，室内模型试验表明，回弹变形与荷载的持续时间关系不大，因而土的流变性质主要同塑性变形有关,车辆在路面上行驶，车轮对路面下土基的作用时间都是很小的，在这短暂的一瞬间，产生的塑性变形比之于静荷载长期作用下的塑性变形小得多。因此，一般情况下，土基的流变性质可以不予考虑口,(三)重复荷载作用下土基的变形特性,上基承受着车轮荷载的多次重复作用，每一次荷载作用时，土基产生的变形均可分为弹性变形和塑性变形两部分,残余变形会随着荷载重复作用次数的增加而累积。但是，随着荷载重复作用次数的增加，每一次产生的塑性变形都逐渐减小。所以它的变形累积速度是随作用次数的增加而减缓的。,土基在荷载的重复作用下产生
5、的变形累积，最终可导致两种不同的情况。一、土体逐渐压密，土的颗粒之间进一步靠拢，但是不会产生引起土体整体破坏的剪切面，土基被压实而稳定;二、是荷载的重复作用造成土体的剪切变形不断发展，形成整体破坏的剪切面，最后达到破坏阶段，土基失去支承荷载的能力。,土基在荷载重复作用下的变形累积，将导致哪一种最终结果，主要取决于：,1.土的性质(类型)和状态(含水量、密实度、结构状态);2.重复荷载的大小，通常以相对荷载，即重复荷载产生的应力.与静载极限强度之比表示;3，荷载作用的速度、持续时间以及频率;4土基中侧向应力的大小。,在安全相对荷载重复作用下，土基的累积总变形与荷载作用次数之间在对数坐标上呈直线关
6、系，以公式表示为：,水泥混凝土路面在车轮荷载反复作用下，会产生不均匀的塑性变形累积(特别是在路面板的边角部位)导致板下局部脱空而产生板下土基附加应力，这是工程实践中水泥混凝土路面板的边、角部位断裂破坏较多的重要原因之一。 沥青路面常见的破坏如轮辙、波浪等，也主要是由于土基及整个路面结构的塑性变形所引起的。 因此，如何防止土基塑性变形累积而造成的不均匀沉陷是路面设计中一个重要的问题。,二、土基的荷载一弯沉关系,实际工程巾，荷载作用下土基内的应力沿竖向和水平方向都是变化的，因而土基内各点的模量值是各不相同的，要准确地考虑这种土基的模量变化情况很困难， 因此，工程中通常采用直接研究土基表面在局部荷载作用下的弯沉特性，即用压入承载板试验测定荷载一弯沉关系来研究土基的变形情况，把反映荷载一弯沉关系的模量看作是土基一个当量的均匀模量值，,压入承载板试验是以一定尺寸的圆形承载板置于上基表面，逐级加荷，记录施加在承载板上的荷载及由该荷载所引起的土基沉陷变形，根据试验结果即可绘出土基顶面荷载与弯沉的关系曲线二图4-5是这种关系,压入承载板试验是土基强度试验的基本方法，通过压人承载板试验测得土基的荷载一回弹变形关系后，可以求得土基的回弹模量;测得土基的荷载一总变形关系后，可以求得土基的形变模量和地基反应模量。,谢 谢,
