如何理解土力學土體在極限剪切強度之後呈塑性的現象?
原因是土骨架「垮塌」還是內摩擦角為零?
謝邀,分幾點來回答吧。
1.土的強度有很多種,以普通的砂土為例,密砂有峰值強度和殘餘強度,松砂只有一個強度。密砂殘餘強度=松砂的殘餘強度,這對應著砂土的臨界狀態。在入門課程中,以及對工程案例做簡化分析時,我們常將土的三軸應力應變關係簡化為摩爾庫倫模型,這是理想彈塑性模型,在MC模型中材料一開始是彈性的,達到極限強度後進入塑性,也就是下圖紅線的水平段。題中所指的「極限剪切強度之後呈塑性」可能是指MC模型的水平段?若理解得不對請題主說明。圖是手畫的,有些細節不嚴謹還請見諒。
2.真實的土並不是只有達到「強度」後才進入塑性,基本上從一開始就有塑性變形。
3.如果不考慮顆粒破碎,在三軸試驗中,土可以進入臨界狀態。在臨界狀態下,隨著剪應變增大,剪應力保持不變,土孔隙比保持不變(=臨界孔隙比ec)、沒有剪縮或剪脹。在進入臨界狀態之前,土有剪縮或剪脹。也有人認為砂土很難達到臨界狀態,會進入「漸進狀態」,這暫不詳細討論,暫且認為細粒土都有臨界狀態。
正如 @空靈胖胖 答案中提到的,「題主的兩個選項應該都是有問題的」——
4.「土骨架『垮塌』」這個提法非常具象,但我們一般不會這麼說。題主所說的「土骨架『垮塌』」可能對應以下幾種微觀現象:一、在剪切過程中,顆粒會調整,土骨架會變形,這些都是逐漸發生的;二、結構性土在剪切過程中結構性遭到破壞;三、易破碎的顆粒在剪切過程中顆粒發生破碎。
5.作為摩擦型材料,土基本不可能出現「內摩擦角為零」的情況。在臨界狀態下,切線剛度等於零,強度不為零(比如上面所說的密砂殘餘強度)。題主應該再仔細閱讀以下《土力學》相關章節字裡行間的話。
6.把一個物體放在粗糙的地上,上面加壓力N。將其向旁邊拉,當拉力F超過最大靜摩擦的時候,物體就開始滑動,滑動後摩擦力保持不變(=滑動摩擦)。作為一種摩擦型材料,土的剪切-塑性變形的過程大體類似。每次回來的總是那麼簡短,真心對不起提問的同行。 還是覺得現在提問總是有限制條件不明的問題。土的非連續介質特性決定它的特徵不等同於連續介質的理論基礎。我覺得題主想問的是飽和土,而非非飽和土,非飽和土大牛可以跟進補充。 從現有的微觀土力學角度來看,土體在承受所謂的極限承載力時(地基承載力理論?太狹隘了,應該泛指一切達到極限剪切狀態),均視為保持一定強度滑移,此時作為粘土的內凝聚力退出工作(當然也有將其視為內摩擦理論進行分析) 從現有的岩土彈塑性理論來看,其實也是連續介質力學的延伸,任何進入塑性狀態的土單元屋外和就是遵循流動法則的屈服面移動。 題主的兩個選項應該都是有問題的。土骨架應視為土顆粒本身,進入塑性狀態後的土體應繼續保持塑性強度,何來坍塌或是內摩擦角為零?當然你可以視為土骨架的再造或再平衡狀態,形成新的屈服面,這也與土的塑性力學中的加卸載和屈服準則相一致。
太久沒看專業了,越來越挫了,大神們提點~~~
藕斷絲連。藕被掰斷屬達到強度,絲還連著表明有殘餘應力。
當然,這裡的藕是脆性材料,每個藕的「骨架」與可以視為土骨架,如果不是脆性而是延性的,那麼就是破壞前的土骨架。
連著的絲絲可以視為部分土骨架失去承載力之後的情況,能受力,但由於損傷的存在,承載力逐漸降低,變形發展迅速。
「達到強度後,部分土骨架被破壞,土體內部產生損傷,有效承載面積減小,表現出與之前不同的性質」或許是對這個問題的合理解釋。
土骨架的破壞,專業一點叫做「損傷」,意思差不多,目的是減小了某一截面的有效承載面積。
內摩擦角為零,是從滑移角度考慮的,高中物理說靜摩擦比較大,動摩擦比較小,而且,一旦滑動起來之後,原本粗糙的滑動面會因顆粒的轉動、平動以及破碎變的光滑,摩擦力會減小,但這個是針對大變形條件,就是滑動非常明顯的情況。
回答盡量通俗,嚴謹的表達還望參考具體的書籍。
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