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第三节混凝土的变形性能混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。
非荷载作用下变形又包括：化学收缩、塑性收缩、干湿变形、温度变形；荷载作用下变形包括：短期变形和长期变形。
一．混凝土在非荷载作用下的变形1．化学收缩在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水和水泥）的体积，会引起混凝土产生收缩，称为化学收缩。
其收缩量随混凝土龄期的延长而增加，大致与时间的对数成正比。
一般在混凝土成型后40d内收缩量增加较快，以后逐渐趋向稳定。
这种收缩不可恢复，化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝。
2．塑性收缩混凝土成型后尚未凝结硬化时属于塑性阶段，在此阶段往往由于表面失水而产生收缩，称塑性收缩。
新拌混凝土若表面失水速率超过内部水分向表面迁移的速率时，会造成毛细管内部产生负压，因而使浆体中固体粒子间产生一定的引力，便产生了收缩。
如果引力不均匀作用于混凝土表面，则表面将产生裂纹。
预防塑性收缩的方法是降低混凝土表面失水速率、采取防风、降温等措施。
最有效的方法是凝结硬化前保持表面的润湿，如在表面覆盖塑料膜、喷洒养护剂等。
3．干湿变形主要取决于周围环境湿度的变形，表现为干湿缩胀。
干缩对混凝土影响很大，应予以特别注意。
混凝土处于干燥环境时，首先发生毛细管的游离水蒸发，使毛细管内形成负压，随着空气湿度的降低，负压随之增加，产生收缩力，导致混凝土整体收缩。
当毛细管内水蒸发完后，若继续干燥，还会使吸附在胶体颗粒上的水蒸发。
由于分子引力的作用，粒子间距离小，引起胶体收缩，称这种收缩为干燥收缩。
混凝土干缩变形是由表及里逐渐进行的，因而会产生表面收缩大，内部收缩小，导致混凝土表面受到拉力作用。
当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。
此外，混凝土在干缩过程中，骨料并不产生收缩，因而在骨料与水泥石界面上也会产生微裂纹，裂纹的存在，会对混凝土强度，耐久性产生有害作用。
影响因素有：水泥用量、品种、细度；水灰比；骨料的质量；养护条件。
第1章 土的物理性质与工程分类一．填空题1． 颗粒级配曲线越平缓，不均匀系数越大，颗粒级配越好。
为获得较大密实度，应选择级配良好的土料作为填方或砂垫层的土料。
2． 粘粒含量越多，颗粒粒径越小，比表面积越大，亲水性越强，可吸附弱结合水的含量越多，粘土的塑性指标越大3． 塑性指标p L p w w I -=，它表明粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围，它综合反映了粘性、可塑性等因素。
因此《规范》规定：1710≤<p I 为粉质粘土，17>p I 为粘土。
4． 对无粘性土，工程性质影响最大的是土的密实度，工程上用指标e 、r D 来衡量。
5． 在粘性土的物理指标中，对粘性土的性质影响较大的指标是塑性指数p I 。
6． 决定无粘性土工程性质的好坏是无粘性土的相对密度，它是用指标r D 来衡量。
7． 粘性土的液性指标pL p L w w w w I --=，它的正负、大小表征了粘性土的软硬状态，《规范》按L I 将粘性土的状态划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。
8． 岩石按风化程度划分为微风化、中等风化、强风化。
9． 岩石按坚固程度划分为硬质岩石，包括花岗岩、石灰岩等；软质岩石，包括页岩、泥岩等。
10．某砂层天然饱和重度20=sat γkN/m 3，土粒比重68.2=s G ，并测得该砂土的最大干重度1.17max =d γkN/m 3，最小干重度4.15min =d γkN/m 3，则天然孔隙比e 为0.68，最大孔隙比=max e 0.74，最小孔隙比=min e 0.57。
11．砂粒粒径范围是0.075~2mm ，砂土是指大于2mm 粒径累计含量不超过全重50%，而大于0.075mm 粒径累计含量超过全重50%。
12．亲水性最强的粘土矿物是蒙脱石，这是因为它的晶体单元由两个硅片中间夹一个铝片组成，晶胞间露出的是多余的负电荷，因而晶胞单元间联接很弱，水分子容易进入晶胞之间，而发生膨胀。
土木工程知识点-软土地基岩土工程现场勘察与数据处理软土地基的基本特征所谓的软土是指外观以灰色为主、天然孔隙比大于或者等于1.0、天然含水量大于或等于液限的细粒土。
软土的基本特征主要有：1、透水性较差虽然软土含水量很高，但是透水性较差。
透水性差，就导致了修建在软土地基之上的建筑物沉降延续时间较长，有的甚至在数年以上。
在软土地基加载初期，会出现较高的孔隙水压力，从而整个地基的强度都会受到不同程度的影响。
2、强度差根据试验，软土在结构未被破坏时具有一定的抗剪强度，但一经扰动，抗剪强度将显著降低。
软土的不排水抗剪强度一般小于20kPa，承载力很低，边坡稳定性极差。
3、不均匀考虑到软土所沉积与形成的环境不同，其土质的均匀性较差。
因此，在实际的岩土工程当中，很容易出现不均匀的沉降问题。
4、触变性当原状土受到扰动后，由于土体结构遭到破坏，强度会大幅度降低。
触变性用灵敏度St表示，软土属于高灵敏土或极灵敏土，受到振动荷载后，易产生侧向滑动、挤出等现象。
5、流变性软土在长期荷载作用下，除产生排水固结引起的变形外，还会发生剪切变形。
剪切变形发展缓慢，延续时间较长，对建筑物地基沉降及边坡稳定性均有不利影响。
6、高压缩性软土属高压缩土，压缩系数较大。
因此软土地基上建筑物沉降较大。
2软土地基岩土勘察的基本流程1、确定等级在等级上，需要通过现场、地基设计等的难易程度以及规范标准与工程的实际情况进行划分。
2、确定勘察措施和工作量在实际的软土地基勘察之时，首先要对总体的工作量进行确定，进而选择好勘察的具体措施。
例如：在勘察点的布置上，应在建筑物或高层地下室的周边进行布置，按照勘察规范将间距与孔深设定好，并且将工程的钻孔数量统计出来。
另外，需要规范化的设定钻孔的标准与深度，最终将整个工程的基本采样与工程量进行汇总，进而制定出详细的计划，确保勘察的高质量。
3、确定取样的数量考虑到前期工程的工作量，需要将取样的数量标准确定，从而制定出一个完善的流程，确保试验的充分，并且将具体的时间加以明确，为了后续的工程开展提供一定的参考数据。
软土的工程地质特征
软土是一种土质，其工程地质特征在土木工程中至关重要。
以下是软土的一些主要工程地质特征：
流变特性：
软土的流变特性明显，容易发生变形。
其抗剪强度通常较低，导致在外部受力作用下容易发生滑动和沉降。
含水量高：
软土通常含水量较高，水分对其力学性质有显著影响。
含水量高会导致土体的稠密度较低，强度相对较差。
压缩性强：
软土的压缩性强，受外部荷载时容易发生沉降和变形。
这对建筑物和基础设施的稳定性构成挑战。
孔隙水压力：
软土中的孔隙水压力通常较高，这可能对基坑工程和基础工程产生负面影响。
在挖掘和建造过程中需要适当考虑孔隙水的影响。
可压缩性：
软土具有较高的可压缩性，当外部荷载作用于土体时，土体容易发生压缩，导致沉降。
地基沉降：
由于软土的流变特性和压缩性，地基沉降是在软土地区常见的问题。
这可能需要采取适当的加固和处理措施。
地震敏感性：
软土地区通常对地震较为敏感，可能导致液化等地震引发的地质灾害。
因此，在设计和施工中需要充分考虑地震因素。
土体不均匀性：
软土的物理和力学性质在空间上可能表现出较大的不均匀性，这对工程设计和施工提出了挑战。
在软土地区进行工程设计和施工时，需要根据软土的特性采取相应的地基处理、加固措施，以确保工程的稳定性和安全性。
这可能包括使用加固桩、地下连续墙、土体改良等方法。
结构工程师-一级专业基础-土力学与地基基础[单选题]1.土的孔隙比为47.71%，那么用百分比表示的该土体的孔隙率为()%。
[2019年真题]A.109.60B.91.24C.6（江南博哥）7.70D.32.30正确答案：D参考解析：土中孔隙体积与土的颗粒体积之比，称为孔隙比，即e＝V v/V s。
孔隙率是土中孔隙体积与土的体积之比，即n＝V v/V。
代入数据，e＝V v/V s＝47.71/100＝47.71%，则n＝V v/V＝V v/（V v＋V s）＝47.71/（47.71＋100）＝32.30%。
[单选题]2.由两层土体组成的一个地基，其中上层为厚4m的粉砂层，其下则为粉质土层，粉砂的天然容重为17kN/m3，而粉质黏土的容重为20kN/m3，那么埋深6m处的总竖向地应力为()。
[2019年真题]A.108kPaB.120kPaC.188kPaD.222kPa正确答案：A参考解析：土的自重应力计算公式为：σcz＝γ1h1＋γ2h2＋…＋γn h n。
式中，γn 为第n层土层的容重，kN/m3；h n为第n层土层的厚度，m。
代入数据计算得：σcz＝γ1h<s ub>1＋γ2h2＝17×4＋20×（6－4）＝108kPa。
[单选题]3.桩基岩土工程勘察中对碎石土宜采用的原位测试手段为()。
[2019年真题]A.静力触探B.标准贯入试验C.旁压试验D.重型或超重型圆锥动力触探正确答案：D参考解析：D项，碎石土的密实度，可根据重型圆锥动力触探锤击数分为松散、稍密、中密和密实。
A项，静力触探主要适用于黏性土、粉性土、砂性土。
B 项，标准贯入试验适用于砂土、粉土、粘性土、花岗岩残积土等天然地基的地基承载力，鉴别其岩土性状。
C项，旁压试验分为预钻式旁压试验和自钻式旁压试验。
预钻式旁压试验适用于黏性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、极软岩和软岩。
自钻式旁压试验适用于黏性土、粉土、砂土，尤其适用于软土。
第1章 土的物理性质与工程分类一．填空题1． 颗粒级配曲线越平缓，不均匀系数越大，颗粒级配越好。
为获得较大密实度，应选择级配良好的土料作为填方或砂垫层的土料。
2． 粘粒含量越多，颗粒粒径越小，比表面积越大，亲水性越强，可吸附弱结合水的含量越多，粘土的塑性指标越大 3． 塑性指标p L p w w I -=，它表明粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围，它综合反映了粘性、可塑性等因素。
因此《规范》规定：1710≤<p I 为粉质粘土，17>p I 为粘土。
4． 对无粘性土，工程性质影响最大的是土的密实度，工程上用指标e 、r D 来衡量。
5． 在粘性土的物理指标中，对粘性土的性质影响较大的指标是塑性指数p I 。
6． 决定无粘性土工程性质的好坏是无粘性土的相对密度，它是用指标r D 来衡量。
7． 粘性土的液性指标pL p L w w w w I --=，它的正负、大小表征了粘性土的软硬状态，《规范》按L I 将粘性土的状态划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。
8． 岩石按风化程度划分为微风化、中等风化、强风化。
9． 岩石按坚固程度划分为硬质岩石，包括花岗岩、石灰岩等；软质岩石，包括页岩、泥岩等。
10．某砂层天然饱和重度20=sat γkN/m 3，土粒比重68.2=s G ，并测得该砂土的最大干重度1.17max =d γkN/m 3，最小干重度4.15min =d γkN/m 3，则天然孔隙比e 为0.68，最大孔隙比=max e 0.74，最小孔隙比=min e 0.57。
11．砂粒粒径范围是0.075~2mm ，砂土是指大于2mm 粒径累计含量不超过全重50%，而大于0.075mm 粒径累计含量超过全重50%。
12．亲水性最强的粘土矿物是蒙脱石，这是因为它的晶体单元由两个硅片中间夹一个铝片组成，晶胞间露出的是多余的负电荷，因而晶胞单元间联接很弱，水分子容易进入晶胞之间，而发生膨胀。
粘土不排水抗剪强度范围
粘土的不排水抗剪强度是指在土体的孔隙水完全不排出的情况下进行抗剪测试所得到的抗剪强度。
这个参数对于工程中的地基基础设计、土体稳定性分析等方面具有重要意义。
粘土的不排水抗剪强度范围是受到多种因素影响的，下面我将从不同角度来回答这个问题。
首先，粘土的不排水抗剪强度范围受到土壤类型的影响。
根据土壤力学的分类，粘土可以分为软黏土、中黏土和硬黏土，它们的不排水抗剪强度范围会有所不同。
一般来说，软黏土的不排水抗剪强度范围在0.1-0.5MPa之间，中黏土在0.5-1.5MPa之间，硬黏土在1.5-3.0MPa之间。
这个范围仅供参考，实际数值还需要根据具体的场地勘察和实验室测试来确定。
其次，粘土的不排水抗剪强度范围还受到孔隙水压力的影响。
在实际工程中，由于孔隙水的存在，粘土的抗剪强度会受到孔隙水压力的影响，因此在设计和分析中需要考虑孔隙水压力对抗剪强度的影响。
此外，粘土的不排水抗剪强度范围还受到土体的固结状态、含
水率、密实度等因素的影响。
这些因素都会对粘土的抗剪强度产生影响，因此在工程实践中需要综合考虑这些因素对抗剪强度范围的影响。
总的来说，粘土的不排水抗剪强度范围是一个复杂的问题，受到多种因素的影响。
在工程实践中，需要进行详细的场地勘察和实验室测试，结合多种因素综合分析，才能准确地确定粘土的不排水抗剪强度范围，从而保证工程的安全和稳定。
第28卷 第7期 岩 土 工 程 学 报 Vol.28 No.7 2006年 7月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering July 2006
饱和软粘土的不排水循环累积变形特性 黄茂松1，李进军1，2，李兴照1 （1.同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；2.华东建筑设计研究院有限公司，上海 200002）
摘 要：在上海地区典型饱和软粘土不排水循环三轴试验的基础上，分析了影响软粘土塑性累积变形的主要因素：循环荷载的作用次数，初始静偏应力和循环加载动偏应力。基于临界状态土力学理论，引入了相对偏应力水平参数，考虑初始静应力、循环动应力和不排水极限强度的相互影响，研究了不同静、循环动应力组合应力历史影响下饱和软粘土的不排水循环累积变形特性。 关键词：循环荷载；塑性累积变形；初始静偏应力；动偏应力；相对偏应力水平
中图分类号：TU411 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2006)07–0891–05 作者简介：黄茂松(1965– )，男，浙江玉环人，教授，博士生导师，主要从事土体本构理论研究和岩土数值分析。
Cumulative deformation behaviour of soft clay in cyclic undrained tests HUANG Mao-song1, LI Jin-jun1,2, LI Xing-zhao1 （1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2.East China architectural Design & Research institute Co., Ltd, Shanghai 200002, China） Abstract: A series of undrained cyclic triaxial tests were performed on a typical Shanghai soft clay. Both the initial static deviatoric stress and the cyclic stress level were analyzed varied. It was shown that the cumulative plastic strain depended not only on the applied cyclic stress and number of cycles, but also on the initial static deviatoric stress level. Based on the concept of critical state soil mechanics, a new parameter called relative deviatoric stress level was introduced considering the effects of initial static deviatoric stress, cyclic deviatoric stress and undrained deviatoric stress at failure. The cumulative plastic strain was found to be closely related to this parameter.. Key words: cyclic loading; cumulative plastic strain; initial static deviator stress; cyclic shear stress; relative deviator stress level
0 前 言 长期循环荷载作用下软粘土的沉降计算是软土工程的一个重要问题，特别是对于东南沿海一带深厚软粘土地质条件。国内外的实测资料表明，在长期的循环荷载作用下软粘土地基会产生较大的附加沉降。日本道路协会对交通荷载作用下低路基软土地基的沉降进行实测[1]，对比低路堤施工期间和开放交通期的不
同位置沉降仪实测结果，由于开放交通产生的附加沉降达到10～15 cm，约为道路建设期间沉降量的一半，如图1所示[2]。Miura等[3]通过实测发现Saga机场道
路由于2 a的交通荷载作用产生的附加沉降达到了15cm左右。在国内，公路交通工程和地铁隧道建设中也监测到相同的现象。凌建明等[4]对上海市外环线北
翟路口交通开放后2 a的实测表明，道路路面残余变形达到9～10 cm；某地铁隧道的长期沉降监测资料表明[5]：在地铁建设的2 a时间，实测的绝大部分沉降点
的总沉降量很小，但地铁试运行之后，沉降速率急剧
加大，沉降不断加大。 图1 开放交通引起低路基软土地基附加沉降曲线[2] Fig. 1 Traffic-load-induced settlement curves of a low .embankment of road on soft subsoil 国内外学者对交通荷载下的长期沉降进行了很多研究。通常的研究软粘土长期残余变形的方法有两种：一种是建立较为复杂的软粘土本构模型，来模拟循环过程的每一个循环，如王建华等[6]、钟辉虹等[7]分别
─────── 基金项目：国家自然科学基金资助项目（10272083）；上海市曙光计划项目（02SG17）；教育部高等学校博士点基金资助项目（20030247005）收稿日期：2005–08–10 892 岩 土 工 程 学 报 2006年 采用基于运动硬化的套叠屈服面模型和各向同性弹塑性边界面模型来模拟软粘土不排水条件下受循环荷载作用的累积残余变形规律。这种方法对于计算循环次数达到十万、百万次时，计算量很大，工程应用有较大难度。另一种方法是经验拟合法，建立土体残余变形与土的初始固结特性、静应力状态、动应力及循环次数的关系的拟合曲线。最常用的模型是Monismith提出的指数模型[8]，得出软粘土的塑性应变与循环次
数的关系，但由于没有考虑初始静应力和循环动应力的影响，参数取值的离散性大，计算结果往往与实测的误差较大。Li和Selig[9]考虑土体的类型和物理状态的影响，引进土体的静强度参数，通过室内试验的结果对指数模型进行改进。Chai和Miura[10]又在Li和Selig的模型基础上，考虑到土体的初始静偏应力，提出了一种新的指数经验公式模型，用来预测软粘土上低路堤在交通荷载作用下的沉降。另外，许多研究者通过室内三轴试验的结果分析软粘土的残余变形特性。Sakai和Miura[11]在Ariake未扰动软粘土的三轴循环试验结果的基础上，提出了一个模拟不同围压下软粘土部分排水特性的模型。Hyodo和Yasuhara[12]通过对高塑性海积粘土的不排水三轴试验结果的整理，引入相对循环强度和有效应力空间位置的两个应力参数，采用经验模型模拟软粘土循环加载产生的孔隙水压力和消散过程。蒋军[13]通过饱和软粘土的一维循环压缩试验，建立了排水条件下粘性土一维循环残余变形的计算模式。 前人的研究结果重点分析了软粘土的动应力大小和循环次数对变形的影响，而在实际工程中，土体初始静偏应力对于软粘土的循环加载特性影响很大。Chai和Miura的修正指数模型中，虽然考虑到土体的初始静偏应力，但对初始静偏应力和动偏应力相互影响未进行分析。本文采用不同静偏应力和动偏应力的组合，对上海地区典型饱和软粘土进行一系列不排水循环三轴试验。首次基于临界状态理论，研究了不同初始静偏应力和动应力的应力历史综合影响下饱和软粘土不排水循环累计变形特性。 1 循环三轴试验 1.1 试验方案 本文的循环三轴试验为固结不排水循环三轴试验，试验土样取自上海第④标准层的灰色淤泥质粘土。该土层属于高压缩性、高灵敏性、低强度、低渗透性的软粘土，是上海地铁一号线区间隧道的主要压缩层。循环三轴土样的直径39.1 mm，高80 mm，使用CSS—2901TS型土体三轴流变试验机，采用单向等幅应力控制循环加载方式。循环加载选用三角形波形模拟交通荷载，本试验加载频率取0.5 Hz进行循环三轴试验。 考虑静偏应力的影响可以有两种试验方案，一种方案是在完全排水条件下施加静偏应力，这样在循环加载前静偏应力完全转化为有效应力，相当于地基土在静偏应力作用下已经完全固结的情况；另一种方案是在完全不排水条件下施加静偏应力，这样相当于地基土在施加静偏应力不久即施加动应力。值得注意的是实际情况是介于这两种排水条件之间。本文采用第二种试验方案，具体试验步骤如下：首先将试样抽气饱和，然后施加围压，分别采用cp＝100 kPa和200
kPa两种围压，并在指定的围压下排水固结48 h；然后在不排水条件下施加不同的静偏应力，分别采用静偏压比为s
η= 0.2、0.25、0.5，最后，进行不同循环应
力比的三轴循环试验，分别选用循环动应力比为dη= 0.5、0.25、0.2，循环次数为10000次。
图2 累积塑性应变随加载次数变化曲线 Fig. 2 Variations of plastic strain with number of cycles 1.2 循环三轴试验结果 图2为循环三轴试验得到两组试验的累积塑性应变随加载次数变化的曲线。由曲线的变化结果可以看出，在循环加载10000次所测得累积塑性应变随加载次数均呈指数增长规律变化，与前人研究的结果相同。曲线同时表明：由于初始静偏应力不同，对循环动偏应力加载结果产生影响，循环动应力大而初始静偏应力小得出的轴向累积塑性应变可能反而小。同时，围压为100 kPa和200 kPa表现出相同的规律。图3为循环三轴试验得到两组试验的累积孔压随加载次数变化的曲线。曲线表明：孔压的累积也表现出和累积塑性应变相同的规律。图3（b）表明：围压为200 kPa时，由于静偏应力的影响，动应力比d
η＝0.25加载下
累积孔压的发展反而小于动应力比dη＝0.2的加载情况。围压为100 kPa时也表现出类似的规律。本文侧
