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水位骤降工况下粘土的强度问题讨论 [复制链接]

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离线shiqiao2005

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只看该作者 12楼 发表于: 2016-02-20
回 强势围观 的帖子
强势围观:水位下降导致总应力下降,有效应力自然会下降
但土体中应力如何重新分布那可就是个难事了,恐怕除了现场试验别的方法哪怕是有限元都不一定可靠吧 (2016-02-12 20:45) 

水位下降,有效应力是增加的吧
离线yuruiwang

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只看该作者 13楼 发表于: 2016-02-22
有几点提出来供大家讨论:


1.    土体的有效应力原理明确表明了土的强度由有效应力控制;土的不排水强度本质上也由有效应力决定的;


2.    为了便于理解,我们选取土体中一个单元块来解释。按照题主所叙述的工况,水位在下降,题主说的对,周围对土体单元块的总应力下降(水压下降),但是,这时候要注意,土体单元的孔水压(pore-water pressure)也变化了,甚至会有负孔水压产生(因为土体单元“想”保持平衡(equilibrium)),最后的结果应用有效应力原理(有效应力=总应力-孔压)解释就是:总应力降低,孔压降低(甚至有负孔压产生,取决于水位骤降多少,注意,土体的水压现在不再是静水压分布),最后的结果是有效应力不变,既然有效应力不变,土单元的强度就不变。


3.    有一个非常重要的概念值得澄清:即使是粘土,它的有效粘聚力也是几乎没有的(除了cemented soil,也许翻译做“胶结土“)。我们发现粘土似乎有”粘聚力“是因为有负孔压存在(粘土的颗粒很小,它的air-entry value (进气值) 很大,当我们减小了它的周围应力时,负孔压会产生(或者说吸力,但是这个粘土仍然是饱和土),这样有效应力还是很大,应用有效应力原理可以发现土体的强度还是在那里的,这样土体就不会坍塌,好像“粘”起来了一样)。题主其实也说到了” 实验做出来的粘土有效粘聚力通常很小“。一个简单的例子就是:我们把一块粘土放在水里面去,一会儿我们可以看到,它坍塌了,就是因为负孔水压不存在了(因为浸到水里了,然而水压是连续的,土中的水压等于周围的水压),有效应力几乎消失了。可以说,所有的土体除了cemented soil, 有效粘聚力(true cohesion)都等于零。饱和粘土表现出来的粘聚力英文叫做“apparent cohesion”. Apparent cohesion= (pore air pressure – pore water pressure)*tan (effective friction angle). Pore air pressure 通常假设就是零。我们可以发现,如果孔隙水压是负值,apparent cohesion会是正值,就好象粘土有粘聚力一样。相反,饱和沙土是几乎没有这种apparent cohesion的,因为它的颗粒较大(进气值较小),很难有很大的负孔压。一旦负孔压变大,它就变成非饱和土了,有效应力原理不再适用。




离线5065496.happ

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只看该作者 14楼 发表于: 2016-02-23
楼上的土力学分析很正确,一看就是大神!
离线hanzengqiang

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只看该作者 15楼 发表于: 2016-02-24

离线dingbaoyan

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只看该作者 16楼 发表于: 2016-02-26
关于这个问题可以推荐看看邓肯的soil strength and slope stability 一书中专门针对水位下降的论述和三中计算方法。。。。非常详细。。。。
离线lwz3868

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只看该作者 17楼 发表于: 2016-03-07
不明白啊
离线huzujun1987

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只看该作者 18楼 发表于: 2016-03-11
最近也刚看土力学,小弟的见解同3楼大哥的见解,就是水位骤降,土体中的孔隙水未能及时排出,短时间内,感觉土体的应力状态未发生变化,随时间的推移,孔隙水才慢慢消退,总应力在下降
离线wanmei95

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只看该作者 19楼 发表于: 2016-03-15
看不懂!水平有限,倬真肩周
离线leerer

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只看该作者 20楼 发表于: 2016-03-15
学到了!!!!
离线wingho2zju

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只看该作者 21楼 发表于: 2016-03-22
看了13楼的见解,似乎明白了1。为什么土的物理力学指标C叫做粘聚力;
2。正常固结的饱和粘土理论上粘聚力为0,而我们实际工程中碰到的饱和粘土粘聚力有一定数值,是因为有应力历史的结果。

越简单越好。
离线wingho2zju

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只看该作者 22楼 发表于: 2016-03-24
顺着这个问题再往下考虑:实际工程中,一般的粘性土层地下水位下降,经过一段时间,会出现一定量的地面沉降,也就是说土层压缩固结,必然有效应力增加,土的抗剪强度提高了。按照13楼第2点的观点,似乎就无法解释了。
越简单越好。
离线yuruiwang

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只看该作者 23楼 发表于: 2016-04-02
回 wingho2zju 的帖子
你好!非常高兴你提出了这个看法。借此机会也可以对我原来的回答做一些补充。

1. 地下水位下降会导致地面出现沉降,这不仅对粘土适用,对沙土也是一样。有效应力的确增加,土的抗剪强度也因此增加,你的观点我认为是正确的。

2.我的第2点观点需要做一些澄清。这个问题原来的题主他(她)有一个设定或者是假设,那就是他(她)提到的”水位下降的时候粘土相当于是不透水的“(我们先不考虑他(她)这个假定是不是符合实际情况)。您提到的地下水位下降,我的理解是水可以流走,而不是题主所说的”不透水“。因此,假设条件变了。就会出现”无法解释“这样的现象。

3. 多说几句。我的第2点的观点来源是土的三轴实验。三轴实验中,土试样是包裹在不透水的橡皮膜中。其他条件不变,外界围压下降时(围压一般通过水压控制),如果土是粘土,一般就会出现我所说的负孔压。这种情况和题主所说的”不透水“类似。

我很推荐的几本土力学书分享给大家,John Atkinson的 Mechanics of Soils and Foundation (2007) 和 Muir Wood的 Soil Behavior and Critical State Soil Mechanics. 后面一个只有一个版本。前面一个还有1993年的版本。

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