(1)经向应变(longitudinalstrain):指物体轴向的加长或缩短,通常表示为εl,它等于△l/l。l为初始长度,△l为长度变化。
(2)体积应变(volumetricstrain):与经向应变相类似,是指物体体积的变化,表达为εv=△V/V;V为初始体积,△V为体积变化。
(3)切应变(shearstrain):是由切应力所引起的形变,通常可以把一个正方形变为一个平行四边形(见图6-27B)。对于一个立方体,则切应变的结果并不改变物体的体积,而只是改变它存在的某种角度。
在大多数的地貌过程中,既有正应力,也有切应力,因此也就产生了复杂的应变状态。例如在斜坡分析中就应该考虑土壤的应力一应变行为,既有缓慢的蠕动,也有快速的崩塌等。在图6-27的A中,一个土体经受着力的作用,所施加的切应力引起了土体的应变,这需要一定的能量来移动颗粒。这样,对于切应力的阻抗可以分为两种类别:一为内聚力,它产生于粘土矿物颗粒内部的原子力;另一为摩擦力,包括静摩擦和动摩擦,这是由物质材料的性质产生的。
图6-27B中指出:土壤的成分组成,可以影响曲线的形状和应力--应变的峰值。*
曲线Ⅰ对于紧密包容的粒状物质是十分典型的;而曲线Ⅱ对于相当松散的土壤状况十分典型。倘若一个粘土土体在先前已经被切成两块,它们之间所产生的滑动摩擦,通常称为剩余强度。对于任何一种土壤来说,其整个曲线系列可以按照不同的土壤密度组合,在相同的正应力σn下被确定出来。在图6-27C中,由切应力τ对着正应力σn点图,则随着正应力的增大,切应力亦随之增加,此时图中的截距C即代表物质的内聚力。图像上的直线方程即为断裂标准方程。对于粘土来说,斜率通常取作零;对于粒状土来说,可能没有截距。用以上的简单推测,又可以发展有效应力的概念。施于土体上的应力,可以由它的结构、颗粒间的接触关系等所限制,但是即使在密度很大的粘土当中,也还是存在着空隙,尤其当这些空隙内充满水时,应力的一部分还要被水所承受。倘若正应力在一种部分饱和的土壤中逐渐增加的话,则切应力的
强度随之减小,减小的数量取决于水分在孔隙中的存在状况。于是,这里就引入了孔隙水压力u。如果土壤的排水条件不允许水分自由流出孔隙空间时,则压力u就会进一步增高。
这样,人们很自然地就会想到修正前述的方程,以便认真地考虑有效应力。有效正应力,是指σ3’=σn-u,于是
显然,只要u不断增加,必然有效地减小了正应力σn的数值。由此推出,一个具有高孔隙水压力的土体,将降低在断裂时的切应力强度。