體積變形模量

體積變形模量

體積模量是彈性模量的一種,它用來反映材料的巨觀特性,即物體的體應變與平均應力(某一點三個主應力的平均值)之間的關係的一個物理量。體積變形模量是指土體在三向應力作用下的平均應力與體積應變之比。體積應變是物體變形後單位體積的變化。

簡介

土的壓縮模量,又稱側限壓縮模量。土體在無側向變形情況下的軸向壓應力與軸向應變之比。常用於計算一維變形條件下地基的沉降。一般由土的固結試驗測定。土的彈性模量是指無側限情況下,土體發生單位彈性豎向應變所需的豎向壓應力。一般由土體經過多次加、卸載後得到的應力—應變關係曲線來確定。體積變形模量是指土在三軸應力作用下平均應力與體積變形之比。體積變形模量是判斷土的壓縮性和體積變形的重要指標之一。體積變形模量一般通過土工試驗獲得。

泊松比與體積應變

泊松比是材料的固有屬性,每種各向同性材料都有其固有的泊松比。大多數材料在變形時會發生體積變化,拉伸時發生體積膨脹。不同材料的體積變化是不同的,材料體積的變化是否與泊松比存在一定的函式關係。泊松比與體積應變的關係推導是建立在材料力學中變形固體的基本假設條件下進行的,即變形固體滿足連續性假設、均勻性假設和各向同性假設。泊松比可以通過體積應變和軸向應變的比值來表征,對於不同的材料,在相同的軸向應變下,體積應變越小的材料泊松比越大。泊松比存在上限和下限。變形過程中,體積變化較小的材料泊松比接近上限0.5;體積變化較大的材料泊松比接近下限0;金屬等多數材料的泊松比處於兩者之間。確定的材料具有確定的彈性泊松比和確定的塑性泊松比,但彈塑性泊松比是不確定的,與彈性變形和塑性變形的比例有關係 。

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土體積壓縮係數

土具有在壓力下可以體積縮小的特性,這是土的壓縮性。土的壓縮性是需要一些指標來衡量的。土體積壓縮係數便是這樣的一個指標,土體積壓縮係數是土在有側限條件下壓縮性的一個重要指標,定義為土樣的體積應變增量與壓應力增量的比值。引起原因:土的壓縮主要是由於孔隙體積減少而引起的。土的壓縮量的組成:(1)固體顆粒的壓縮(2)土中水的壓縮(3)空氣的排出(4)水的排出。

其中固體顆粒的壓縮和土中水的壓縮只占總壓縮量的400分之一不到,可以忽略不計。空氣的排出和水的排出是壓縮量的主要組成部分。飽和土是由固體顆粒和水組成,在工程上一般的壓力(100~600kPa)作用下,固體顆粒和水本身的體積壓縮量非常微小,可不予考慮。但由於土中水具有流動性,在外力作用下會沿著土中孔隙排出,從而引起土體積減少而發生壓縮。

彈性模量

一般地講,對彈性體施加一個外界作用力,彈性體會發生形狀的改變(稱為“應變”),“彈性模量”的一般定義是:單向應力狀態下應力除以該方向的應變。材料在彈性變形階段,其應力和應變成正比例關係(即符合胡克定律),其比例係數稱為彈性模量。彈性模量的單位是達因每平方厘米。“彈性模量”是描述物質彈性的一個物理量,是一個統稱,表示方法可以是“楊氏模量”、“體積模量”等。彈性模量是工程材料重要的性能參數,從巨觀角度來說,彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度,從微觀角度來說,則是原子、離子或分子之間鍵合強度的反映。凡影響鍵合強度的因素均能影響材料的彈性模量,如鍵合方式、晶體結構、化學成分、微觀組織、溫度等。因合金成分不同、熱處理狀態不同、冷塑性變形不同等,金屬材料的楊氏模量值會有5%或者更大的波動。但是總體來說,金屬材料的彈性模量是一個對組織不敏感的力學性能指標,合金化、熱處理(纖維組織)、冷塑性變形等對彈性模量的影響較小,溫度、載入速率等外在因素對其影響也不大,所以一般工程套用中都把彈性模量作為常數。

土工試驗

土工試驗是利用室內土工儀器和方法測定土的各種物理、力學、化學和水理性質,提供修建在土層上的建築物所需的設計基本參數而進行的試驗。其任務是根據建築物類型、地基的工作條件及土的類別等確定。世界土工試驗技術發展迅速,理論上比較成熟,方法逐漸配套完善,套用和評價已有豐富的實踐經驗, 隨著工程建設規模的增大,對地基的承載要求相應提高,在高應力作用下土的特性研究以及一些特殊土的試驗研究技術和儀器設備均在深入發展。土工試驗樣品一般按均質體考慮,所取原狀和擾動兩類試樣均有一定代表性,研究建築物天然地基、天然邊坡應取原狀土,進行土的分類及土料的壓實性能可取擾動土。土的物理性質試驗項目有:含水量、容重、比重、顆粒分析、界限含水量、相對密度等,由此可計算土的乾容重、孔隙比、孔隙率、飽和度、有效粒徑以及確定土的類別, 概略地判斷土的穩定性。土的水理性質試驗項目有:滲透、毛細管上升高度、管涌、濕化、孔隙壓力消散,黃土濕陷性、膨脹、溶濾等,用以評價土的滲透性、滲透穩定、地下水位上升後的浸沒,有效排水深度,遇水沉陷或膨脹,以及估算土的穩定性; 土的力學性質試驗項目有:壓縮、無側限抗壓強度、抗剪強度、擊實參數等, 是評價土的壓密特性、承載力、抗剪性能, 沉降量和沉降速度等重要計算指標;土的化學分析項目包括:氧化物、易溶鹽、中溶鹽、難溶鹽、有機質等的含量百分數, 以及酸鹼度(pH值) 等,用以確定土的化學成份,評價其化學穩定性。礦物鑑定主要是分析粘土礦物的類型,蒙脫土、伊利石或高嶺土的含量主次,其分析方法有X射線、差熱、陽離子交換量、比表面積、電鏡掃描,紅外線吸收光譜等,通常用多種方法配合使用。

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