土力学课件-3变形与强度

土力学课件(清华大学)-3变形与强度(工管)contents目录土的应力与应变土的弹性与塑性土的强度土的压缩性与固结土的流变性土的稳定性分析01土的应力与应变法向应力垂直于某一平面的应力，主要由于垂直方向上的压力产生。定义土体中某点由外力引起的单位面积上的力，表示土体的受力状态。分类根据作用力的性质，可分为法向应力和剪切应力。剪切应力平行于某一平面的应力，主要由于水平方向上的剪切力产生。计算公式法向应力=垂直方向上的压力/垂直方向上的面积；剪切应力=水平方向上的剪切力/垂直方向上的面积。土的应力计算公式线应变=长度变化/原长度；剪应变=相对位移/原长度。剪应变土体在应力作用下产生的剪切变形，表现为相邻两点的相对位移。线应变土体在应力作用下沿某一方向产生的长度变化。定义土体中某点在应力作用下产生的形变，表示土体的变形程度。分类根据变形方向，可分为线应变和剪应变。土的应变土体的应力与应变之间的关系是土力学中的基本关系，描述了土体在受力过程中变形的发展规律。概述应力应变关系通常用曲线表示，随着应力的增加，应变逐渐增大。曲线关系在应力应变曲线上，弹性阶段表现为线性关系，塑性阶段表现为非线性关系。弹性阶段与塑性阶段当应力达到一定值时，土体发生破坏，表现为应力的急剧增加和变形的急剧增大。强度与破坏应力应变关系02土的弹性与塑性01土的弹性是指土在受到外力作用时，能够恢复到原始状态的能力。02土的弹性变形量的大小取决于土的粒径、矿物成分和含水率等因素。03土的弹性模量是衡量土的弹性性能的重要参数，其值越大，表明土的弹性性能越好。04土的弹性模量可以通过室内试验和原位试验等方法进行测定。土的弹性土的塑性01土的塑性是指土在外力作用下，产生不可恢复的变形，并且这种变形量随着外力的增加而增大的性质。02土的塑性变形可以分为剪切变形和压缩变形两种类型。03土的塑性变形量的大小取决于土的粒径、矿物成分、含水率和外力大小等因素。04土的塑性对于工程设计和施工具有重要的意义，特别是在地基处理、边坡支护和地下工程等领域。土的弹性和塑性是两种不同的变形性质，它们在变形特征、影响因素和工程应用等方面存在明显的差异。弹性和塑性变形的机理也不同，弹性变形主要是由于土颗粒之间的相对位置变化引起的，而塑性变形则是由土颗粒之间的剪切和滑动引起的。在工程应用中，需要根据具体情况选择合适的变形性质进行分析和设计，以确保工程的安全性和稳定性。弹性变形是可逆的，变形量的大小与外力的大小成正比，且在外力撤除后能够恢复到原始状态；而塑性变形是不可逆的，变形量的大小与外力的大小和持续时间等因素有关。弹性与塑性的比较03土的强度土的强度定义土的强度是指土抵抗外力直至破坏的能力，通常表示为应力-应变关系曲线上的某个点。土的强度可以分为屈服强度和极限强度，屈服强度是指土开始发生屈服变形的应力值，极限强度是指土达到破坏时的应力值。该理论认为土的强度是由剪切面上的剪切摩擦力和法向应力共同作用的结果，当剪切面上的剪切摩擦力等于法向应力时，土达到极限强度。该准则是基于实验结果建立的，用于描述土在不同应力状态下的强度特性。常用的强度准则有Mohr-Coulomb准则和Drucker-Prager准则等。土的强度理论土的强度准则莫尔-库仑强度理论摩擦角是影响土的剪切强度的关键因素，摩擦角越大，土的剪切强度越高。剪切面上的摩擦角法向应力含水率颗粒大小和级配法向应力对土的剪切强度有重要影响，随着法向应力的增加，土的剪切强度逐渐降低。含水率对土的强度有显著影响，随着含水率的增加，土的强度降低。颗粒大小和级配对土的强度也有影响，不同颗粒大小和级配的土具有不同的强度特性。土的强度影响因素04土的压缩性与固结土的压缩性01土的压缩性是指土在压力作用下体积减小的性质。02土的压缩性主要与土的孔隙比、含水量、压缩系数等有关。土的压缩性对土体的稳定性、地基沉降等有重要影响。03土的固结理论是描述土体在压力作用下孔隙水排出、体积逐渐减小的过程。固结理论中，一维固结理论是最基本的理论，适用于均质、各向同性的饱和土体。固结系数是描述孔隙水排出速度的重要参数，与土的渗透性、排水条件等因素有关。土的固结理论固结系数是描述孔隙水排出速度的重要参数，其值越大，表示孔隙水排出的速度越快。固结度是指土体在压力作用下，某一时刻孔隙水排出的程度，可用以描述土体的固结状态。固结系数和固结度是评价土体固结性能的重要指标，对工程设计和施工有重要意义。固结系数与固结度05土的流变性粘弹性模型该模型将土视为粘性和弹性成分的组合，能够描述土在长期荷载下的变形行为。常见的粘弹性模型有Maxwell模型和Kelvin模型。塑性模型塑性模型考虑了土的塑性变形特性，适用于描述土在剪切和压缩过程中的永久变形。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结合了粘弹性和塑性变形的特点，能够更准确地描述土在复杂应力状态下的变形行为。典型的粘塑性模型有剑桥模型和BBM模型。土的流变模型010203广义胡克定律适用于描述土在短期内的弹性变形，其表达式为σ=E*ε，其中σ为应力，E为弹性模量，ε为应变。长期流变方程该方程考虑了时间的因素，能够描述土在长期荷载下的变形行为。长期流变方程的一般形式为ε(t)=∫(t0)t(σ(t')/E(t'))dt'，其中ε(t)为时间t时的应变，σ(t')为时间t'时的应力，E(t')为时间t'时的弹性模量。蠕变方程蠕变方程描述了土在恒定应力作用下的变形行为，其一般形式为ε(t)=∫(0)t(α*σ/E)dt，其中α为蠕变系数。土的流变方程由于土的流变性，其长期强度通常低于短期强度。在工程设计中应充分考虑土的长期强度，以避免结构物的破坏。土的长期强度在地下工程中，如隧道、地下仓库等的设计和施工中，需要考虑土的流变性对围岩稳定性的影响。地下工程土的流变性会导致地基沉降的持续发展。工程实践中需要预测和控制地基沉降，以确保结构物的安全和正常使用。土的沉降土的流变性对土的稳定性有重要影响。在边坡工程中，需要考虑土的流变性以评估边坡的稳定性。土的稳定性土的流变特性与工程应用06土的稳定性分析极限平衡法、滑移线法、有限元法等。土坡稳定性分析方法土的性质、降雨、地震、人为因素等。土坡稳定性影响因素滑坡、崩塌、泥石流等。土坡失稳类型通过计算安全系数、绘制稳定性曲线等方式进行。土坡稳定性评价土坡稳定性分析重力式、悬臂式、锚定式等。挡土墙类型静力法、动力法、有限元法等。挡土墙稳定性分析方法满足稳定性要求，防止墙体变形、开裂、倾覆等。挡土墙设计原则增加墙体高度、增加锚杆或锚索等。挡土墙加