土的应力路径

有效应力路径有效应力路径（Effective Stress Path）是土壤力学和岩土工程中的一个重要概念，它描述了土体或岩石在加载和卸载过程中，应力状态的变化路径。

有效应力是指土体或岩石中的实际应力，扣除孔隙水压力或孔隙气压力后的应力。

有效应力路径的分析对于理解土体和岩石的力学行为、预测变形和稳定性以及设计岩土工程结构具有重要意义。

一、有效应力路径的基本概念1. 应力状态：应力状态是指土体或岩石内部各点处的应力分布情况。

应力状态可以用应力矩阵或应力张量来描述。

2. 有效应力：有效应力是指土体或岩石中的实际应力，扣除孔隙水压力或孔隙气压力后的应力。

有效应力是分析土体和岩石力学性质的关键指标。

3. 应力路径：应力路径是指土体或岩石在加载和卸载过程中，应力状态的变化过程。

应力路径可以用来分析土体和岩石的变形和稳定性。

二、有效应力路径的分析方法1. 应力-应变关系：通过应力-应变关系曲线可以分析土体或岩石的弹性、塑性和粘弹性等力学性质。

应力-应变关系曲线是分析有效应力路径的基础。

2. 应力路径曲线：应力路径曲线是指在加载和卸载过程中，应力状态的变化曲线。

应力路径曲线可以用来分析土体和岩石的变形和稳定性。

3. 三轴试验：三轴试验是分析土体和岩石力学性质的一种常用试验方法。

通过三轴试验可以得到土体或岩石的应力-应变关系曲线，从而分析有效应力路径。

三、有效应力路径在实际工程中的应用1. 地基变形分析：通过分析地基土的有效应力路径，可以预测地基土在加载和卸载过程中的变形情况，为地基设计和基础施工提供依据。

2. 地基稳定性分析：有效应力路径分析可以帮助判断地基土的稳定性，预防地基变形和滑坡等地质灾害。

3. 基础工程设计：在基础工程设计中，通过分析地基土的有效应力路径，可以选择合适的基础形式和尺寸，保证结构的稳定性和安全性。

4. 岩土工程监测：在岩土工程施工过程中，通过监测有效应力路径，可以实时了解土体和岩石的应力状态，为施工调整和工程管理提供依据。

土力学有效应力路径概述及解释说明1. 引言1.1 概述土力学有效应力路径是指土体在外部作用下，内部各个点的应力状态随时间变化的轨迹。

在地质工程领域中，了解土力学有效应力路径对于土体行为和稳定性的评估和预测具有重要意义。

随着土力学研究的深入和应用需求的增加，对有效应力路径的研究也日趋重要。

本文将对土力学有效应力路径进行概述及解释说明。

1.2 文章结构本文共分为五个部分，即引言、土力学有效应力路径、解释说明有效应力路径的变化规律与机制、应力路径测试方法和实验研究进展以及结论。

引言部分对本文的主要内容进行概括，并介绍了本文的结构安排。

1.3 目的本文旨在全面介绍土力学有效应力路径及其相关内容，并探讨其变化规律与机制。

同时，将会总结常用的应力路径测试方法和相关实验研究进展，并提出未来发展方向建议。

通过这些内容，可以帮助读者更好地理解土壤行为与稳定性问题，并促进该领域研究工作的进展。

2. 土力学有效应力路径2.1 定义与背景土力学有效应力路径是指材料中在外部加载作用下的应力变动过程所遵循的路径。

在土工工程领域中，研究土壤中应力变化规律对于预测土壤变形和强度具有重要意义。

2.2 有效应力路径的重要性有效应力路径是土壤中发生变形、破坏和剪切行为的关键参数之一。

通过了解土壤在加载过程中应力状态的变化，可以更好地理解其变形和强度特性。

有效应力路径可以帮助工程师设计合适的基础结构和地下工程，并评估它们的安全性。

2.3 影响因素及其解释说明多种因素会影响土壤中的有效应力路径。

首先是荷载施加速率，快速施加荷载会导致不同的应力传递机制，从而改变有效应力路径。

其次是孔隙水压，水分状态对土壤内部颗粒之间接触及摩擦特性产生影响。

此外，颗粒骨架结构也直接决定了应力传递机制以及有效应力路径。

需要进一步解释的是，荷载历史和路径也是影响有效应力路径的重要因素。

如果土壤在先前的加载过程中受到多次加载和卸载循环的作用，其强度和变形特性将会发生不同。

砂土有效应力路径砂土有效应力路径是研究土体力学、岩土工程以及土木工程中不可缺少的重要参数之一。

砂土的有效应力路径可以用来预测土体的变形行为，以及在不同载荷作用下的力学性质变化。

本文将重点介绍砂土有效应力路径的定义、作用、计算方法以及一些实际应用。

一、什么是砂土有效应力路径？砂土有效应力路径是指在一个给定的荷载作用下，砂土孔隙水压力和有效应力之间的变化路径。

简单来说，它是通过荷载载入后，砂土中孔隙水压力与有效应力之间的关系曲线。

有效应力路径可以分为单向荷载和反复荷载两种模式。

二、砂土有效应力路径的作用砂土有效应力路径可以用于预测土体的变形行为和承载力。

在工程实际中，我们需要根据砂土有效应力路径来设计合适的基础结构。

通过研究砂土有效应力路径，我们可以了解到:1.砂土的压缩性能，判断砂土在不同状态下的变形情况以及随着荷载的增加，砂土的有效应力和孔隙水压力的变化情况。

2.砂土的剪切性能，通过反复荷载的应力路径可以预测土壤的剪切稳定性。

3.砂土的抗液化能力，通过研究砂土有效应力路径，可以判断砂土在不同液化状态下的有效应力和孔隙水压力的变化情况。

三、砂土有效应力路径的计算方法砂土有效应力路径的计算方法有许多种，以下是一些常见的方法：1.硅橡胶压缩法硅橡胶压缩法是一种较为简单的实验方法，它利用硅橡胶模型模拟砂土在不同荷载下的变形情况，根据模型变形情况绘制出砂土的有效应力路径。

2.一维压缩试验法一维压缩试验法是一种常用的实验方法，荷载以单向稳定模式施加于土样上，通过测量应变和应力（孔隙压）来计算出砂土的有效应力路径。

3.三维应力路线试验法三维应力路线试验法通过增加横向应力，在实验中更加准确地模拟砂土的实际应力状态，通过实验记录砂土的三维应力路径，并与实际工程情况进行比较。

四、砂土有效应力路径的实际应用砂土有效应力路径的实际应用广泛，以下是一些具体应用。

1.在建筑工程中，通过砂土有效应力路径来判断土体的承载能力，设计合适的基础结构，保证建筑物的安全稳定。

砂土的有效应力路径砂土的有效应力路径是指在砂土中，颗粒之间发生相互作用时所受到的有效应力随着应变的变化而发生的变化路径。

砂土是一种典型的颗粒介质，因此其内部存在着一定的孔隙度，颗粒之间的接触面积很小，颗粒之间的接触作用只能通过颗粒之间的边界或孔隙中的填充物（如水或气体）来传递。

因此，砂土内部的应力状态比较特殊，其有效应力随着应变的增加而发生的变化规律也具有一些独特的特点。

砂土的有效应力路径可以用图表形式表示出来，通常是以应变为自变量，以应力比为因变量，绘制出一条有效应力比随应变变化的曲线。

在砂土的应力-应变关系曲线中，存在着三种不同的状态：弹性状态、塑性状态和流变状态。

在弹性状态下，随着应变的增加，砂土的应力比会发生瞬时的变化，但随后就会恢复到原来的状态。

这种状态下，砂土的有效应力路径是一个直线，其斜率等于弹性模量。

在塑性状态下，随着应变的增加，砂土的应力比会逐渐增加，一旦达到一定的点就会急剧上升并保持不变。

这种状态下，砂土的有效应力路径呈现出一个非线性的曲线，曲线的起始部分和终止部分呈现出不同的斜率，中间部分则呈现出一个几乎垂直于水平轴的陡峭段落。

这种状态下，砂土的未排水剪切强度等于其最大有效应力水平下的未排水剪切强度。

在流变状态下，砂土的应力比会随着时间的增加而发生变化，这种状态通常出现在液化、压缩和固结的过程中。

这种状态下，砂土的有效应力路径也呈现出非线性的特点，其形状和塑性状态下的路径类似，但是由于时间的影响，其曲线会逐渐向右上方扩张。

总之，砂土的有效应力路径的特点和状态很大程度上取决于其所处的应变状态和内部结构状态。

对于工程应用来说，掌握砂土的有效应力路径对于预测其强度、变形和变化趋势等方面都具有重要的意义。

试说明深基坑工程中坑周土体与坑底土体的应力路径坑工程的应力路径主要指杆件（如桩和管支护）插入坑壁和坑底，
坑周土体和坑底土体之间的接触面以及有效的应力传递的形式。

1、坑周土体的应力路径
（1）土体自身抗拔作用：坑工程具有自身的抗拔力，一般来说，随着
坑或墙面深度的变深，抗拔力也会增大。

（2）坑壁、坑底和坑土体之间的接触面抗剪作用：通常在拔桩过程中，桩往坑土体中推进，造成坑壁和坑底与坑土体之间的接触抗剪应力，
该应力在拔桩过程中穿越桩体，从而形成完整而有效的应力路径，从
而起到作抗力的作用。

2、坑底土体的应力路径
（1）坑壁、坑底和坑底土体之间的接触面抗剪作用：在拔桩过程中，
由于桩的推力，会造成坑壁和坑底上的接触作用，使产生的抗剪应力
通过桩杆，穿越有效地抵抗拔桩的作用。

（2）坑底土体的自身抗剪作用：抗剪应力也会在坑底土体内部产生，
即平面抗剪应力。

这是由于坑底土体填充在坑壁内，当桩推入坑壁时，土体会抗拒外来的拔桩力，产生内部的抗剪应力，从而形成整个坑底
应力路径。

以上就是坑工程中坑周土体和坑底土体的应力路径的详细介绍：坑周
土体主要是土体自身抗拔作用、坑壁、坑底和坑土体之间的接触面抗
剪作用，而坑底土体主要是坑壁、坑底和坑底土体之间的接触面抗剪
作用、以及坑底土体的自身抗剪作用。

其中，坑壁、坑底和坑土体之间、坑壁、坑底和坑底土体之间的接触面抗剪作用是坑工程应力路径的核心，决定了拔桩作业的安全性。

饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨邓洪亮　浮海梅α摘　要　主要根据饱和土的有效应力原理及应力历史,探讨饱和粘性土的抗剪强度及应力路径,讨论了不同边界条件下饱和粘性土的抗剪强度及相互关系,给出了不同的应力路径,指出了不同边界条件具不同的应力状态,应力状态不同具有不同的应力路径,土体变形和强度与应力有关,与应力历史有关.关键词　抗剪强度,应力路径,应力,应变,饱和粘性土分类号　TU 432.3一般认为当土体中孔隙体积的80◊以上为水充填时,土体中虽有少量气体存大,但大都是封闭气体,可视为饱和土,当土体为粘性土时,即为饱和粘性土,饱和粘性土和其它土体一样在外荷载作用下将产生剪应力和剪切应变,土具有抵抗这种剪切应力的能力,并随剪应力的增加而增加,当这种剪阻力达到某一极限值时,土体就要发生剪切破坏,这个极限值就是饱和粘性土的抗剪强度,粘性土的强度性状是很复杂的,它不仅随剪切条件不同而异,而且还受许多因素(如各向异性、应力历史、蠕变等)的影响,不同的边界条件可得出不同的抗剪强度.由于土体的变形和强度不仅与受力大小有关,更重要的还与土的应力历史有关,在加荷过程中的土体内某点其应力状态的变化在坐标中以应力点的移动轨迹为应力路径可以模拟土体实际应力历史,全面地研究应力变化过程对土的力学性质的影响,用于探讨土的应力——应变和强度.1　饱和土的有效应力原理K 太沙基(T erzagh i )观察到土的变形及强度性质与有效应力密切相关,且应力只有通过粒间接触点传递,才能引起土体变形和强度,而孔隙水压力对颗粒的压缩变形可以忽略,因此,提出有效应力原理,饱和粘性土土体内任意点的总应力Ρ包括通过土粒接触点传递的粒间应力(也称有效应力Ρ′)和通过土体中孔隙传递的孔隙压力,孔隙压力又包括孔隙中的水压应力和气压应力,水压应力由孔隙水传递又称孔隙水压力(u ),即饱和粘性土体中任意点总应力Ρ=有效应力Ρ′+孔隙水压力u +气压应力u ′,而饱和粘性土封闭气体比例甚少,通常假定u ′=0,即Ρ=Ρ′+u .2　饱和粘性土的应力历史第12卷第4期1997年12月 洛阳大学学报JOU RNAL O F LUO YAN G UN I V ER S IT Y V o l 112N o.4D ec .1997α作者单位:洛阳大学土木工程系,471000,河南省洛阳市收稿日期:1997—01—30饱和粘性土在压力作用下,孔隙水(主要指自由水)将随时间推移而逐渐被排出,同时孔隙体积随之减少,这个过程即饱和粘性土的渗透固结,天然土层在历史上所经受过的最大固结压力称先期固结压力(P c )、按它与现有自重应力P 1的比O CR (O CR =P c P 1)可将土分为正常固结土、超固结土和欠固结土,固结强度不同的土,具有不同的抗剪强度.3　饱和粘性土的抗剪强度为了探讨饱和粘性土应力——应变和强度之间的关系,以三轴试验不固结不排水抗剪强度,固结不排水抗剪强度,固结排水抗剪强度来进行应力变化过程分析.311　不固结不排水抗剪强度一组饱和粘性土试件,已在某一周围压力下固结至稳定,试件中的初始孔隙水压力u 1为0,Ρ3和轴向压力Ρ1至剪切破坏,结果如图1所示,图中三个实线半圆A 、B 、C 分别表示三个试件在不同的Ρ3作用下破环时的总应图1图2力圆,虚线表示有效应力圆,虽然三个试件Ρ3不同,但破坏时的大小主应力差相等,在Σ2Ρ图上表示现为三个总应力圆直径相等,破坏包线是一条直线且Υu =0,Σf =C U =12(Ρ1-Ρ3),且三个试件拥有一个有效应力圆,有效应力圆直径12(Ρ1′-Ρ3′)=12(Ρ1—Ρ3).这说明在不排水条件下,试样在试验过程中含水量不变,体积不变,饱和粘性土的孔隙压力系数B =1,改变周围压力增量只能引起孔隙水压力变化,并不改变试样中的有效应力,各试样在剪切时有效应力相等,因此抗剪强度Σf 不变,如果在较高的剪切固结压力下进行不固结不排水试验,就会有较大的不排水抗剪强度(C u ),即C u 与先期固结压力有关,P c =0,C u =0;P c =∞,C u =∞(如图2所示).54邓洪亮等:饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨图3图4312　固结不排水抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度在一定程度上与所受应力历史有关,对正常固结试样P 1=P c ,若施加围压Ρ3≥P 1=Ρc ,试样在Ρ3作用下充分排水固结,即∃u 3=0;在不排水条件下施加偏应力剪切时,则试样中的孔隙水压力随偏应力的增加而不断变化,u f =∃u =∃Ρ3+A (∃Ρ1-∃Ρ3)>0,大小主应力差Ρ1-Ρ3增加,土的轴向应变增加,孔隙水压力增加(如图3示).因此剪切时土体体积呈减少趋势,即产生剪缩,绘出Σ2Ρ关系曲线可知有效应力圆与总应力圆直径相等,但位置不同,两者之间的距离为u f ,有效应力圆在总应力圆的左边,总应力圆包线和有效应力包线都通过原点(如图4示),说明未受任何固结的土(如泥浆状土)不具有抗剪强度,有效应力强度Σf ′=总应力强度Σf ,有效内摩擦角Υ′大于总内摩擦角Υcu ,Υ′≈2Υcu ,Υcu =10-20°.对超固结试样即P 1<P c ,若施加围压Ρ3<Ρc =P 1,试样在Ρ3作用下排水固结则∃u 3<0,在不排水条件下施加偏应力剪切时,孔隙水压力u f ′=∃u =∃Ρ3+A (∃Ρ1-∃Ρ3)<0,剪切时试样体积有增加的趋势(如图3示);当Ρ3=∃Ρ3≥P c 时又转为正常固结土情况u f >0,绘出Σ2Ρ关系曲线(如图5示),超固结试样的不排水总应力圆破坏包线是一条略平缓的曲线,近似用直线a b 代替,与正常固结总应力圆破坏包线b c 相交,b c 的延长线仍通过坐标原点,实用上将a b c 折线取为一条直线a ′b ′c ′,有效应力圆与总应力圆直径相等,有效应力圆位于总应圆右边,两者间的距离为 u f ′ ,其总应力圆强度包线a ′b ′c ′在纵轴上截距即为粘聚力C cu ,内摩擦角为Υcu ,有效应力圆包线在纵轴上截距即为有效粘聚力c ′有效内摩擦角为Υ′,有效应力强度Σf ′=c ′+Ρ′tg Υ′,c ′<C cu ,Υ′>Υcu .64洛阳大学学报图5313　固结排水抗剪强度图6 固结排水试验的过程中孔隙水压力u =0,总应力最后全部转化为有效应力,所以总图7应力圆就是有效应力圆,总应力圆包线就是有效应力圆包线,图6为固结排水试验的应力——应变关系和体积变化,在剪切过程中,正常固结粘土发生剪缩,而超固结粘性土则是先压缩继而呈现剪胀的特性,图7试验结果表明,正常固结土的破坏包线通过原点,粘聚力C d =0,内摩擦角ΥΑ=20-40°,超固结土的破坏包线略弯曲,实用上近似取一条直线代替,C Α′≈5-25KPa ,Υd ′≤Υd .4　饱和粘性土的应力路径 对饱和粘性土三轴试验应力路径常取应力圆的顶点(f 74邓洪亮等:饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨程顺序把这些点连接起来,并以箭头指明应力状态的发展方向,其横坐标为p =12(Ρ1+图8Ρ3),纵坐标为q =12(Ρ1-Ρ3).现就饱和粘性土不同边界条件下三轴压缩试验结果分析如下.图8表示饱和粘性土不固结不排水试验的应力路径,说明随着大小主应力差的增加,总应力路径B CD 为一水平直线,有效应力路径为A 点,抗剪强度包线为一直线,Σf大小相等,总应力圆距有效应力圆的距离等于静水压力u f i ,Ρ1-Ρ3的改变并不改变Ρ1′和图9Ρ3′,不影响C ′和Υ′,固结度不变.图9表示正常固结饱和粘性土固结不排水试验的应力路径,A B 线,A B ′之间的距离表示剪切过程中孔隙水压力u ,从A 点开始至B ′点剪切破坏,u f ′,表示剪切破坏时的孔隙水压力,总应力圆包线K f 线和有效应力圆包线K f ′线为一通过坐标原点的斜线,其斜率代表内摩擦角,说明土体中总应力Ρ=Ρ′+u ,土体内部随应力增加而逐渐固结,Ρ越大,固结度越高.图10 图10表示超固结饱和粘性土固结不排水试验应力路径CD 和CD ′之间的距离表示剪切过程中孔隙水压力u ,u f ′为负值,表示剪切破坏时孔隙水压力为负值,CD 线未端趋于水平(或发生转折)该点即为试件破坏点.说明土体在一定压力下,体积产生剪胀尔后转为正常固结(剪缩),即固结度先减小后增加.图11表示饱和粘性土固结排水试验应力路径,总应力路径和有效应力路径一致,说明剪切过程中u =0,Ρ=Ρ′,Ρ越大,固结度越高.84洛阳大学学报图115　结论(1)土的抗剪强度随试验的边界条件不同而不同,因此可根据不同的工程问题,施工速度等选择不同的试验方法.(2)不同的试验方法土体内部的应力状态不同,应力路径不同.(3)应力路径可较好的模拟土的应力历史,反映土体内应力变化与土的应力历史关系.参考文献1　华南理工学院等四院合编.地基与基础.北京:中国建筑工业出版社,19802　丁金粟等编.土力学及基础工程.北京:地震出版社,19923　周汉荣主编.土力学地基与基础.武汉:武汉工业大学出版社,19934　陈仲颐、叶书麟主编1基础工程学.北京:中国建筑工业出版社,19905　工程地质手册编委.工程地质手册.北京:中国建筑工业出版社,1992On Shear i ng Strength and Stress Pa th of Sa tura tion ClayD eng Hongliang Fu H ai m ei(D ep artm en t of C ivil Engineering )AB STRA CT A cco rding to the effective stress p rinci p le and stress h isto ry ,the shearing strength and stress p ath of satu rati on clay are studied .U nder differen t bound 2ary conditi on ,the shearing strength and its relati on of satu rati on clay are given .D ifferen t stress p ath po ssesses differen t stress state is po in ted ou t .KEY W O RD S shearing strength ,srtess p ath ,stress ,strain ,satu rati on clay 94邓洪亮等:饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨。