浅议土力学相关概念的含义

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摘 要：大量工程实践经验表明，过湿的粘性土进行碾压或夯实时，会出现软弹现象，土体难以压实，对于很干的土进行碾压或夯实也不能把土充分压实；只有在适当的含水量范围内即最优含水量下才能压实。反映土的松密程度的指标主要有空隙比、相对密实度、标准灌入锤击数、土的密度等；反映土中含水程度的指标主要有含水量及饱和度、饱和密度等。

关键词：土力学 土壤 塑性

一、引言

最近几十年，岩土塑性力学的兴起促进了塑性力学的发展，近30年国际上出现了非关联流动法则与多重屈服面模型，在一定程度上修正了经典塑性力学理论上的不足，提高了计算的准确性。广义塑性力学正是由于经典塑性力学不适应岩土类摩擦材料的变形机制而产生。广义塑性力学成为了近几十年来塑性力学的研究热点。

塑性力学中，塑性势面主要是用来确定塑性应变增量的方向。在传统塑性力学中，塑性应变增量方向唯一地由一个塑性势面确定；在广义塑性力学中，它用来确定三个塑性应变增量的方向，而总塑性应变增量的方向，除与三个塑性势面有关外，还与三个屈服面有关。

二、土壤的一致性限值

对于非常细的土质，如淤泥和粘土，一致性是一个重要的属性。它可以用来判定土壤是否可以通过土壤移动设备，或者手工制作的方法很容易地进行处理。稠度通常非常依赖于水在土壤中的含量。这是由水分含量W表示，它被定义为每单位重量的固体物质中的水的重量，对于水分含量为零，可以被认为是固体状态，几乎像石头。加入水，例如如果粘土被雨水淹没，可能使粘土形态改变，以及较高的水含量的粘土甚至可能成为液体。为了区分这些状态（固体，塑料和液体）两个标准测试已经商定，这表明一致性受到了限制。它们有时被表示为阿太堡限度。

从液态到塑性状态的过渡被表示为液体限制，它代表了该土壤的最低的水含量，而在此状态下仍主要是液体。由于这个限制不是绝对的，它被定义为在一定的测试确定值的范围内，由于卡萨格兰德，在试验的中空容器的土壤样品中可以通过旋转轴实现提升和下降。液限是水含量的限值，而一个标准的V形槽切土里，只是大约25滴水。当槽切土滴入水量多于25滴而停止，土壤会过湿，一些水必须要蒸发掉。等待一段时间后，或许混合一些粘土，水含量会减少，并且测试可以是重复直到槽切土滴够25滴。然后在水含量必须立即确定之前，不允许任何更多的水分蒸发。另一种卡萨格兰德的测试是落锥。在本试验中的钢圆锥，60克的重量，并具有60的点角，被放置在一个粘土样品内使得粘土表面外漏。锥体将通过它进行穿透力深度的测量。液体限制已被定义为对应的水含量恰好为10mm的渗透。同样的液限可以通过在不同的水分含量值下进行测试，并且可以观察的到，也可以使用渗透深度，在对绘制刻度数时，是按照近似线性函数的水含量标刻的。这意味着，液体限制可以通过一个单一的测试来更快的确定，虽然测定结果不太准确。

从塑性状态到固态的转变称为塑性极限。它被定义为在该粘土状态下水的含量很低。传统塑性理论存在着一些假设条件，不能妥善地反映岩土材料的变形机制。广义塑性理论既适用于岩土材料，也适用于金属材料，传统塑性位势理论只是塑性位势理论中的一个特例。应当指出，传统塑性位势理论与广义塑性位势理论都按照严密的力学理论导出，两者的解都具有唯一性，但传统塑性位势理论只适用于金属。

三、国际分类系统

土壤类型有很大的变化，即使在小国家，如荷兰，土壤类型也有很大的变化。统一标准土壤分类不存在特别的地方差异和特点，因为，上一个平面上的土壤可能与玻利维亚和加拿大的土地是完全不同的，因为他们的地质历史可能是完全不同的。工程师应该知道这种差异并保持这种差异性进行相关研究。这种类型的土壤是在荷兰东斯海尔德找到的。荷兰的海滩的沙子通常是SW类型的。是非常低塑性的粘土，也就是用一个相对小的塑性指数来表示的。土壤通常是相对刚性强，因为较小的颗粒填在较大的颗粒之间的孔隙中。组成的大型砂石的材料粒子和细砂被称为分级不佳，因为它几乎没有连贯性。良好梯度材料是适合于创建道路的基础，也适用于混凝土的生产。如上所述全球分类通常对土壤的机械性能只有很少的定义，如硬度的测定和强度的确定。可能存在的分类和之间的一些相关性的强度，但是这仅仅是指示性的。对于工程计算机械测试应该执行，其中应力和变形需要进行测量。

在外部因素作用下，土壤将产生尺寸形状的改变，这种改变称为变形；由于变形将导致结构各结点位置的移动，于是产生位移。计算位移的有关假定：结构材料服从“虎克定律”，即应力、应变成线形关系，小变形假设。变形前后荷载作用位置不变；结构各部分之间为理想联结，不计摩擦阻力；当杆件同时承受轴力与横向力作用时，不考虑由于杆弯曲所引起的杆端轴力对弯矩及弯曲变形的影响。

满足以上要求的体系为“线变形体系”。因为位移与荷载为线形关系，故求位移时可用叠加原理。使用乘法时应注意的问题是：必须取自直线图形；当MK为折线图形时，必须分段计算；当杆件为变截面时亦应分段计算；乘有正负之分；若两个图形均为直线图形时，则面积、纵标可任意分别取自两图形；图乘时，可将弯矩图分解为简单图形，按叠加法分别图乘；三角形、标准二次抛物线的面积、形心公式必须牢记。

参考文献

[1]卢廷浩，刘祖德，殷宗泽编著，《高等土力学》，2006.1，114～116

[2]王志玲，张印杰，丰土根编著，《非饱和土的有效应力及抗剪强度，2012

[3]卢肇钧等编著，膨胀力在非饱和土强度理论中的应用，《岩土工程学报》，2007 ，19 （5） ：20～27

[4]Fredlund D G等著，陈仲颐等译.非饱和土土力学，中国建筑工业出版社，2007. 256～305