广义地讲,土的结构包括土的成分、组构和联结。土的结构性表征的是天然土具有结构强度的特性。土的结构强度是土的原生结构与次生结构的差异所引起的。原生结构是指构成土的最基本的物质成分在搬运、迁移、沉积和成土的演化过程中产生的与周围环境相适应的结构,与之相对应的土体强度即为原生土体强度;当天然土受到重塑或其他剧烈挠动时,原生结构被相对破坏,生成次生结构,与之相对应的土体强度即为次生土体强度。原生土体强度与次生土体强度之差即为天然土的结构强度。土体结构概念最早是太沙基于1925年提出来的,至今已有近90年的历史。关于土结构性研究发展历史.文献已有较为详尽的描述,本文不再赘述。本文重点要描述的是目前国内土体结构性研究的途径或方法。
2国内土体结构性研究方法现状
应该说.关于土体结构性研究方法的思考是从1996年开始的。1996年,沈珠江指出从结构性模型的观点发,原状土在刚开始受力时有一定的模量,其结构完全破坏后有一定的强度,而受力的中问过程则是从原状土到扰动土的逐渐转化过程。两年之后,即1998年,他又提出了研究土体结构性模型的观点(笔者称之为方法1)现代土力学就是非线性土力学,它以非线性本构模型为基础。非线性本构模型不仅仅限于非线性弹性模型和弹塑性模型,如以刚塑性体的水平线为渐进线的Duncan双曲线模型.以刚塑性体的水平线为终极线的剑桥模型,以及能够描述无结构性的超固结土的应变软化的模型等,今后应重点发展新一代本构模型——结构性模型。只有在结构性模型的基础上,现代土力学的三个理论,即非饱和土固结理论、逐渐破坏理论和液化破坏理论的基本框架才能建立起来。结构性模型应建立在对土体受力后细观结构改变的全面考察的基础上,但不必拘泥于对土颗粒运动的定量分析。其基本步骤为:
(1)确定能代表结构性的指标。主要有以下8个指标:平均孔隙率、孔隙分布的标准差、组构张量的主轴方向及其椭圆度、定向张量的主轴方向及其椭圆度、平均胶结力及其分布的标准差。
(2)建立一组联系应力与结构改变的规律。即:最小孔隙率原理、稳定孔隙率原理、隙匀化原理、接触面偏向原理、颗粒定向原理以及颗粒破损原理。
(3)建立一组联系结构改变与应变的关系。主要有3个规律:硬化规律、流动规律和剪胀规律。
(4)根据以上规律建立带有特定系数的应力应变关系式,并通过拟合试验曲线的办法确定这些系数。
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