軸差應力

軸差應力,即軸向上的差應力。 差應力,指三向應力狀態上,兩個主應力的差值。物體的變形狀態主要取決於差應力的數值和作用方式。在差應力作用下,物體將發生膨脹、膨脹強化和聲發射等現象。

定義

軸差應力,顧名思義,即為軸向上的差應力。

相關概念

差應力

指三向應力狀態上,兩個主應力的差值。常以符號σ表示。通常,在岩石三軸壓縮實驗中,可由岩樣處於流體靜壓力(P)下的流體靜壓實驗與單軸壓縮實驗的疊加而得到對岩樣某一方向施加的附加應力(差 應力σ),即:流體靜壓實驗+單軸壓縮實驗=三軸壓縮實驗,其應力矩陣為:

軸差應力 軸差應力

先令岩樣受到均勻壓力P,再施加差應力σ,可通過對岩樣的載入方式而控制σ的變化。物體的變形狀態主要取決於差應力的數值和作用方式。在差應力作用下,物體將發生膨脹、膨脹強化和聲發射等現象。

破壞應力

軸向應變達15%的軸差應力稱為破壞應力。

套用實例

實際土樣的應力-應變曲線可分為兩類,如下圖所示。

(a)圖中的曲線是雙曲線型,其初始應變隨著應力直線增長,至應力很增大時才變為曲線。若自a點減載至C,曲線的斜率雖和原來一樣,但已不能恢復原位,說明OC是塑性(壓縮)變形。減載與再載入曲線成閉合的滯迴環,此時試件尚無任何破裂,一直加壓至土的屈服應力或無側限抗壓強度時,土樣破壞了。這種應力一應變曲線稱為加工硬化型。由於此類曲線無明顯的峰值,常將軸向應變達15%的軸差應力定義為破壞應力。

(b)圖中表現為有駝峰的曲線。載入初期體積有所壓縮,以後卻大量膨脹,可達原體積30%以上。軸差應力達到峰值後即急劇下降,直至殘餘值才見穩定,這類曲線稱為加工軟化型。

實際土樣的二類應力應變曲線 實際土樣的二類應力應變曲線

對於飽和粘土正常固結的為A型,超固結的為B型並產生膨脹。超固結土的這種特性,相似於密實砂在低圍壓下的性狀。由上試驗可知土的應力一應變關係是複雜的,不是一個彈性模量所能概括。但是為了能用較簡單的力學和數學公式進行定量分析,就必須引用近似於實際材料的理想材料曲線,將之簡化為各種條件下的模量值,常用下列幾種:

①初始切線模量E——曲線初始部分的切線斜率,土體處在彈性狀態,應變隨應力線性增長。如切線模量不通過0點則以E表之。

②割線模量E——應力應變曲線從直線轉入曲線後的割線模量,為某一應力極限條件下E的平均值。

③再加荷模量E——保持試樣σ不變,分級增大Δσ後又退至0,這樣加壓減壓若干次,使試件密實,變形更接近於彈性性質。

④壓縮模量E——對於半無限體或有側限的試件,垂直壓力和豎向應變之比。

⑤變形模量E——土體在無側向約束下,垂直應力和豎向應變之比。變形模量比壓縮模量小。

⑥剪下模量G——岩土的剪下模量亦稱剛度模量,在二維純剪情況下,物體同時發生線變形與角變形。此時剪應力τ與剪應變γ的比值稱為剪下模量G。

⑦不排水模量E——在三軸不排水條件下測定的模量。反之為考慮排水條件的模量。二者均為割線模量。

⑧動模量E——由地震法或超音波法測定的模量,與岩土自振頻率的平方成正比。

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