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变形模量

王朝百科·作者佚名  2010-04-21  
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定义:土的变形模量是通过现场载荷试验求得的压缩性指标,即在部分侧限条件下,其应力增量与相应的应变增量的比值。

能较真实地反映天然土层的变形特性。其缺点是载荷试验设备笨重、历时长和花钱多,且深层土的载荷试验在技术上极为困难,故常常需要根据压缩模量的资料来估算土的变形模量。

与压缩模量、弹性模量的区别

土的压缩模量:在完全侧限条件下,土的竖向附加应力增量与相应的应变增量之比值,它可以通过室内压缩试验获得。

土的弹性模量:土的弹性模量根据测定方法不同,可分为“静弹模”和“动弹模”。静弹模采用静三轴仪测定。弹性模量为加卸载该曲线上应力与应变的比值。 动弹模,可用室内动三轴仪测得,当土样固结后,分级施加动应力,进行不排水的振动试验,一般保持动应力幅值不变,振动次数视工程实际条件而定可用双曲线方程来描述,也称切线弹模。

土的变形模量和压缩模量,是判断土的压缩性和计算地基压缩变形量的重要指标。由于两者在压缩时所受的侧限条件不同,对同一种土在相同压应力作用下两种模量的数值显然相差很大。三种模量的试验方法不同,反映在应力条件、变形条件上也不同。压缩模量是在室内有侧限条件下的一维变形问题,变形模量则是在现场的三维空间问题;另外土体变形包括了可恢复的(弹性)变形和不可恢复的(塑性)变形两部分。压缩模量和变形模量是包括了残余变形在内的,与弹性模量有根本区别,而压缩模量与变形模量的区别又在于是否有侧限。在工程应用上,我们应根据具体问题采用不同的模量。

为了建立变形模量和压缩模量的关系,在地基设计中,常需测量土的侧压力系数ξ和侧膨胀系数μ。

侧压力系数ξ:是指侧向压力δx与竖向压力δz之比值,即:

ξ=δx/δz

土的侧膨胀系数μ(泊松比):是指在侧向自由膨胀条件下受压时,测向膨胀的应变εx与竖向压缩的应变εz之比值,即

μ=εx/εz

根据材料力学广义胡克定律推导求得ξ和μ的相互关系,

ξ=μ/(1-μ)或μ=ε/(1+ε)

土的侧压力系数可由专门仪器测得,但侧膨胀系数不易直接测定,可根据土的侧压力系数,按上式求得。

在土的压密变形阶段,假定土为弹性材料,则可根据材料力学理论,推导出变形模量E0和压缩模量Es之间的关系。

令β= 1-2μ^2/(1-μ)则Eo=βEs

当μ=0~0.5时,β=1~0,即Eo/Es的比值在0~1之间变化,即一般Eo小于Es。但很多情况下Eo/Es 都大于1。其原因为:一方面是土不是真正的弹性体,并具有结构性;另一方面就是土的结构影响;三是两种试验的要求不同。

μ、β的理论换算值

土的种类 μ β

碎石土 0.15~0.20 0.95~0.90

砂土 0.20~0.25 0.90~0.83

粉土 0.23~0.31 0.86~0.72

粉质粘土 0.25~0.35 0.83~0.62

粘土 0.25~0.40 0.83~0.47

注:E0与Es之间的关系是理论关系,实际上,由于各种因素的影响,E0值可能是βEs值的几倍。

 
 
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