高等土力学(李广信)3.3-土的强度与土的物理性质(内因)

3.3土的强度与土的物理性质（内因）3.3.1影响土强度的因素3.3.2影响土强度的一般物理性质3.3.3孔隙比e与砂土抗剪强度关系——临界孔隙比ecr3.3.4孔隙比与粘土强度——真强度理论3.3.1影响土强度的因素e为土的孔隙比；C代表土的组成，component；H代表应力历史，history；T表示温度，temperature；和分别表示应变和应变率；S表示土的结构，Structure；c和为粘聚力及内摩擦角。其中各种因素并不独立，可能相互重叠。f,,',,,,,,,feCcHTS1.内部因素组成（C）、状态（e）和结构（S）（1）组成：矿物成分，颗粒大小与级配，颗粒形状，含水量（饱和度）以及粘性土的离子和胶结物种类等因素。（2）状态：砂土的相对密度；粘土的孔隙比。（3）结构：颗粒的排列与相互作用关系。2.外部因素温度、应力状态（围压、中主应力）、应力历史、主应力方向、应变值、加载速率及排水条件。3.4.2影响土强度的一般物理性质（组成与状态）1.颗粒矿物成分2.颗粒的几何性质3.土的级配4.土的状态5.土的结构6.剪切带的形成及其影响1.颗粒矿物成分的影响粘土：高岭土伊里土蒙特土粗粒土：含云母、泥岩等，摩擦角明显变小－矿物本身滑动摩擦角小；颗粒易于破碎饱和石英22~24.5°饱和长石28~37.6°饱和方解石34.2°非粘土矿物饱和绿泥石12.4°高岭石12°伊里石10.2°粘土矿物蒙脱石4~10°图3－17常见矿物的滑动摩擦角（1）颗粒尺寸的大小的影响一方面，大尺寸颗粒具有较强的咬合，可能增加土的剪胀，从而提高强度；另一方面，大尺寸颗粒在单位体积中颗粒间接触点少，接触点上应力加大，颗粒更容易破碎，从而减少剪胀，降低了土的强度。2.粗粒土颗粒的几何性质大小、棱角、针片状……对于砂土，如果均匀的细砂与粗砂具有相同的孔隙比e，二者的内摩擦角基本相同。但由于细砂的emin要大，所以这时细砂的相对密度Dr要高。如果相对密度Dr相同，则粗砂的内摩擦角大。①在其他条件相同时，颗粒表面糙度增加将会增加砂土的内摩擦角。②粗粒土的针、片状形状及棱角的影响较复杂：（a）加强了颗粒间的咬合作用：。（b）针片状颗粒更易于折断，棱角易于折损:。（2）表面糙度、针、片状形状及棱角颗粒棱角与针片状颗粒在同样较低围压下（1）砂土由于单位体积接触点多，颗粒破碎一般不严重，其棱角使抗剪强度增加；（2）碎石土由于单位体积内接触点少，它们其强度提高不明显，甚至减小。3.土的级配密度增加剪胀性增强触点增加与接触应力减小有利于强度提高4.土的状态孔隙比e及相对密度Dr——影响强度的重要因素，密度大其强度提高。砂土（以石英为主）的干与湿：二者一般接近，相差1～2。5.土的结构：强度有所提高与各向异性6.剪切带的形成及其影响：应变软化与残余强度图3－18正常固结粘土的强度－矿物及塑性指数关系静压揉搓图3－19粘性土的结构性对强度的影响(a)两种制样方法(b)单轴压缩（无侧限)试验图3－20砂土制样方法造成的结构性对强度的影响因素对内摩擦角的影响孔隙比ee棱角AA（对碎石影响小）颗粒表面粗糙度RR含水量ww颗粒尺寸S影响不大，并且不确定级配不均匀系数Cu各种影响砂土内摩擦角的物理因素图3－21影响砂土内摩擦角的物理因素3.4.3孔隙比e与砂土抗剪强度关系——临界孔隙比ecr天然休止角：r松砂的天然休止角r天然沙丘图3－22相同围压下密砂与松砂的三轴试验：破坏时孔隙比接近图3－23临界孔隙比ecr是指在在三轴试验加载过程中，达到极限应力差(1－3)ult，轴向应变连续增加，最终试样体积几乎不变时的孔隙比。也可以叙述为：在一种围压下，用具有临界孔隙比的砂试样进行排水三轴试验，偏差应力达到(1－3)ult时，试样的体应变为零；或者不排水试验破坏时的孔隙水压力(孔隙水压力系数A)为零。图3－24临界孔隙比与围压制样孔隙比e-vecrvv制样孔隙比e－围压3－破坏时体应变v简化关系图3－25制样孔隙比e－围压3－破坏时体应变v简化关系3.4.4孔隙比与粘土强度——真强度理论正常固结粘土的强度包线过原点：但各围压下的密度不同实际上存在粘聚力kce图3－26真强度理论伏斯列夫的真强度理论：破坏时的含水量相同w(e)图3－27伏斯列夫的真强度理论ce=f(ei)破坏时不同密度的试样e：基本是常数ce：是密度的函数图3－28不同密度的试样