土力学_土的抗剪强度_李广信.ppt

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1、1,第五章,土的抗剪强度,作业 5-1、5-2（CD试验） 5-3、5-5、3-9 5-8、5-4、5-9,2,本章特点,有较严格的理论体系 各种关系较复杂 前面各章知识的综合运用 理清应力、应变、体变、孔压、强度间的关系 砂性土与粘性土强度的区别与联系 试验条件与实际工程情况的对应关系 正常固结粘性土的强度 不固结不排水剪的应力应变关系及强度 强度指标的运用,主要难点,学习要点,5 土的抗剪强度,3,土工结构物或地基,土,渗透问题 变形问题 强度问题,渗透特性 变形特性 强度特性,5 土的抗剪强度,4,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论 5.2 抗剪强度测定试验 5.3 应力路径与

2、破坏主应力线 5.4 抗剪强度指标 5.5 砂土的振动液化,5,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,5 土的抗剪强度,一、土的强度特点 二、工程中土体的破坏类型 三、土的强度机理 四、莫尔-库仑强度理论,6,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,5 土的抗剪强度,1. 碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用主要是抗剪强度（剪切破坏），颗粒间粘聚力与摩擦力； 2. 三相体系：三相承受与传递荷载有效应力原理； 3. 自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。,一、土的强度特点,7,美国某桥头挡土墙破坏（2003年9月10日）,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型

3、,1. 挡土结构物的破坏,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,8,1. 挡土结构物的破坏,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,广州京光广场基坑塌方,使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,9,挡土墙,滑裂面,基坑支护,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,5 土的抗剪强度,1. 挡土结构物的破坏,5.1 土体破坏与强度理论,10,龙观嘴,黄崖沟,乌江,2000年西藏易贡巨型滑坡,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,2. 各种类型的滑坡,11,立面示意图,5

4、 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,5 土的抗剪强度,2. 各种类型的滑坡,5.1 土体破坏与强度理论,关西空港一期17倍,12,平面示意图,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,5 土的抗剪强度,2. 各种类型的滑坡,5.1 土体破坏与强度理论,13,天然坝 坝高290 m 滑坡堰塞湖 库容15亿方 10个月后溃坝,湖水每天上涨50cm ?,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,5 土的抗剪强度,2. 各种类型的滑坡,5.1 土体破坏与强度理论,14,边坡,滑裂面,5 土的抗剪强度,二、工程

5、中土体的破坏类型,5 土的抗剪强度,2. 各种类型的滑坡,5.1 土体破坏与强度理论,15,粘土地基上的某谷仓地基破坏,3. 地基的破坏,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,16,地基,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,5 土的抗剪强度,3. 地基的破坏,5.1 土体破坏与强度理论,17,土压力 边坡稳定 地基承载力,挡土结构物破坏 各种类型的滑坡 地基的破坏,核心 强度理论,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,18,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,5 土的抗剪强

6、度,一、土的强度特点 二、工程中土体的破坏类型 三、土的强度机理 四、莫尔-库仑强度理论,19,三、土的强度机理,5 土的抗剪强度,施加 （=P/A） 施加 S 量测 （=T/A）,上盒,下盒,P,A,5 土的抗剪强度,1、直剪试验（库仑 1776）,试验方法, = 100KPa, = 200KPa, = 300KPa,5.1 土体破坏与强度理论,20,c： 粘聚力 ：内摩擦角,三、土的强度机理,5 土的抗剪强度,库仑公式,f ： 土的抗剪强度 tan： 摩擦强度与正应力成正比 c： 粘聚强度,5 土的抗剪强度,1. 直剪试验,试验结果,抗剪强度指标,5.1 土体破坏与强度理论,21,2007

7、年11月26日，中国国家航天局正式公布 嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像,22,三、土的强度机理,5 土的抗剪强度,（1）滑动摩擦,5 土的抗剪强度,2、摩擦强度 tan,由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒大小、矿物组成等因素有关,5.1 土体破坏与强度理论,23,（2）咬合摩擦,三、土的强度机理,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,2. 摩擦强度 tan,剪切面,是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用 当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处被剪断（C），才能移动 土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量,5.1 土体破坏与强度理论,24,密度（e,

8、粒径级配（Cu, Cc） 颗粒的矿物成分 对于：砂土粘性土； 高岭石伊里石蒙特石 颗粒的形状（颗粒的棱角与长宽比） 在其它条件相同时： 一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角,影响土的摩擦强度的主要因素：,三、土的强度机理,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,2. 摩擦强度 tan,5.1 土体破坏与强度理论,25,粘聚强度机理 静电引力（库仑力） 范德华力 颗粒间胶结 假粘聚力（毛细力等）,粘聚强度影响因素 地质历史 粘土颗粒矿物成分 密度 离子价与离子浓度,三、土的强度机理,5 土的抗剪强度,3、粘聚强度,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,26,5 土的抗剪强度,5.1 土

9、体破坏与强度理论,5 土的抗剪强度,一、土的强度特点 二、工程中土体的破坏类型 三、土的强度机理 四、莫尔-库仑强度理论,27,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,1. 应力状态与莫尔圆 2. 极限平衡应力状态 3. 莫尔-库仑强度理论 4. 破坏判断方法 5. 滑裂面的位置,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,28,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,固定滑裂面,一般应力状态，如何判断是否破坏？,借助于莫尔圆,库仑公式,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,29,三维应力状态,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,1. 应力状态与莫尔圆,二维应力状态,5 土

10、的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,30,莫尔圆应力分析符号规定,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,5 土的抗剪强度,1. 应力状态与莫尔圆,材料力学,土力学,正应力,剪应力,拉为正 压为负,顺时针为正 逆时针为负,压为正 拉为负,逆时针为正 顺时针为负,5.1 土体破坏与强度理论,31,z,+zx,-xz,x,2,1,3,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,大主应力：,小主应力:,圆心：,半径：,z按顺时针方向旋转,x按顺时针方向旋转,莫 尔 圆：代表一个单元的应力状态； 圆上一点：代表一个面上的两个应力与,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,1. 应力状态与莫尔

11、圆,32,f,直剪试验： 破坏时的莫尔圆与库仑抗剪强度线的关系如何？为什么？,(c、 )三轴 (c、 )直剪 巧合吗？,与的组合满足库仑公式才破坏,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,1. 应力状态与莫尔圆,三轴试验结果,33,2. 极限平衡应力状态,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,极限平衡应力状态： 有剪切面上的应力状态达到 = f 土的强度包线： 所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线。,f,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,34,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,强度包线以内：任何一个面上的一对应力与 都没有

12、达到破坏包线，不破坏； 与破坏包线相切：该面上的应力达到破坏状态； 与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。,5 土的抗剪强度,2. 极限平衡应力状态,5.1 土体破坏与强度理论,35,（1）土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面上作用的法向应力的单值函数, f =f() （莫尔：1900年） （2）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似：f = c +tan （3）某土单元的任一个平面上 = f ，该单元就达到了极限平衡应力状态,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,5 土的抗剪强度,3. 莫尔库仑强度理论,5.1 土体破坏与强度理论,36,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库

13、仑强度理论,莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件,1,3,5 土的抗剪强度,3. 莫尔库仑强度理论,5.1 土体破坏与强度理论,37,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件,5 土的抗剪强度,3. 莫尔库仑强度理论,5.1 土体破坏与强度理论,38,根据应力状态计算出大小主应力1、3,判断破坏可能性,由3计算1f 比较1与1f,11f 不可能状态,4. 破坏判断方法,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,判别对象：土体微小单元（一点） 已知条件：一般应力状态、抗剪强度指标,3= 常数：,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,39,根据应力状态

14、计算出大小主应力1、3,判断破坏可能性,由1计算3f 比较3与3f,33f 安全状态 3=3f 极限平衡状态 33f 不可能状态,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,1= 常数：,5 土的抗剪强度,4. 破坏判断方法,5.1 土体破坏与强度理论,40,根据应力状态计算出大小主应力1、3,判断破坏可能性,由1、3计算与比较, 不可能状态,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,(1 + 3)/2 = 常数：圆心保持不变,5 土的抗剪强度,4. 破坏判断方法,5.1 土体破坏与强度理论,也可比较圆的直径,41,2,2,5. 滑裂面的位置,与大主应力面夹角： =45 + /2,5 土的抗剪强

15、度,四、莫尔-库仑强度理论,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,破坏面为什么不在最大剪应力作用面上？,42,5.1 土体破坏与强度理论 5.2 抗剪强度测定试验 5.3 应力路径与破坏主应力线 5.4 抗剪强度指标 5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,43,室内试验 野外试验,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,三轴试验、直剪试验等 制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复,十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验 缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度,5 土的抗剪强度,44,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,1

16、、试样应力特点与试验方法 2、强度包线 3、试验类型 4、优缺点,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,45,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,方法： 首先试样施加静水压力室压（围压） 1=2=3=const； 然后通过活塞杆施加的是应力差 1= 1-3 。,1、试样应力特点与试验方法,特点： 试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是大主应力；径向与切向应力总是相等r=，亦即1=z；2=3=r=const,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,46,强度包线,(1-)f,c,(1-)f,1 =15%,分别作一系列围压（如100 kPa 、200 kPa 、300 kPa）的三轴试验，得到破坏时相应

17、的（1-)f,绘制各围压下破坏状态的应力莫尔圆，画出它们的公切线强度包线，得到强度指标 c 与 ,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,2、强度包线,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,47,固结排水试验（CD试验） 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散； 2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压,固结不排水试验（CU试验） 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散； 2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水,不固结不排水试验（UU试验） 1 关闭排水阀门，围压下不固结； 2 关闭排水阀门，很快剪切破坏

18、，在施加轴向应力差过程中不排水,cd 、d,ccu 、cu,cu 、u,3、试验类型,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,48,试验条件与现场条件 的对应关系 （以验算软粘土地基稳定性为例）,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,固结排水试验,固结不排水试验,不固结不排水试验,49,固结排水试验（CD试验） Consolidated Drained Triaxial test (CD) 抗剪强度指标： cd 、d （c 、）,试验类型汇总,固结不排水试验（CU试验） Consolidated Undrained Tr

19、iaxial test (CU) 抗剪强度指标：ccu 、cu,不固结不排水试验（UU试验） Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU) 抗剪强度指标： cu 、u （ cuu 、uu ）,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,50,30 即为无侧限抗压强度试验,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,类似试验： 真三轴试验 空心圆柱扭剪试验,51,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,二、 直剪试验,5 土的抗剪强度,问题： 如何反映现场排水条件？,1、试验条件,52,

20、通过控制剪切速率来近似模拟排水条件,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,二、直剪试验,5 土的抗剪强度,(1) 固结慢剪 施加正应力，充分固结 慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分， 以保证无超静孔压 (2) 固结快剪 施加正应力-充分固结 在3-5分钟内剪切破坏 (3) 快剪 施加正应力后 立即剪切，3-5分钟内剪切破坏,1、试验条件,53,n,K0n,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,二、直剪试验,2、应力变形状态,54,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,类似试验： 环剪试验 单剪试验,5 土的抗剪强度,二、直剪试验,试样内的变形分布,2、应力

21、变形状态,55,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,二、直剪试验,三轴试验与直剪试验优缺点比较,56,一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；,钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；,施加扭矩至土体破坏，据此计算土的抗剪强度,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,三、十字板剪切试验,5 土的抗剪强度,57,时：,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,三、十字板剪切试验,5 土的抗剪强度,58,5.1 土体破坏与强度理论 5.2 抗剪强度测定试验 5.3 应力路径与破坏主应力线 5.4 抗剪强度指标 5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5

22、9,5 土的抗剪强度,5.3 应力路径与破坏主应力线,一、应力路径及表示法 二、强度包线与破坏主应力线 三、总应力路径与有效应力路径 四、粘性土密度有效应力抗剪强度唯一性关系,60,5.3 应力路径与破坏主应力线,5 土的抗剪强度,一、应力路径及表示法,5 土的抗剪强度,土的力学特性 弹塑性、应力依赖性,需要记录加载历史,应力路径概念,土体中一点应力状态连续变化，在应力空间（平面）中的轨迹,61,5.3 应力路径与破坏主应力线,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,一、应力路径及表示法,1,3,q,p,莫尔 圆,应力 状态,圆上 特征点,p,q,p, q平面：一个 点代表一个应力状态,62,3,

23、1,13,固结排水三轴试验,5.3 应力路径与破坏主应力线,5 土的抗剪强度,保持为常数,5 土的抗剪强度,一、应力路径及表示法,莫尔圆与 p, q 平面上的应力路径,应力路径： p, q平面上应力状态变化的轨迹,63,p,q,Kf线,以固结排水三轴试验为例,5.3 应力路径与破坏主应力线,5 土的抗剪强度,二、强度包线与破坏主应力线,两条直线与横坐标交点都是 O,5 土的抗剪强度,强度包线 f ： 在 坐标系中所有处于极限平衡状态莫尔圆的公切线,破坏主应力线 Kf 在p q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态对应点的集合,O,64,5.3 应力路径与破坏主应力线,5 土的抗剪强度,二、强度包线

24、与破坏主应力线,65,5.3 应力路径与破坏主应力线,5 土的抗剪强度, ；c a,二、强度包线与破坏主应力线,用若干点确定a 和 然后计算强度指标c和,确定强度指标,a,66,以松砂固结不排水三轴试验为例,5.3 应力路径与破坏主应力线,5 土的抗剪强度,三、总应力路径与有效应力路径,1、总应力与有效应力状态,有效应力原理,u,问题：u(正孔压) 和u(负孔压)时，有效应力莫尔圆在分别在总应力莫尔圆哪边？相应的（p，q） 与（p，q）点呢？,67,3,5.3 应力路径与破坏主应力线,5 土的抗剪强度,三、总应力路径与有效应力路径,2、总应力路径与有效应力路径,u,68,5 土的抗剪强度,四、

25、粘土的密度有效应力抗剪强度唯一性关系,强度的影响因素:,土的组成,土的状态,土的结构,应力状态,应力历史,同一种正常固结粘土,土的状态 (或e),应力状态 应力路径,5.3 应力路径与破坏主应力线,应力路径,69,两种试验得到相同的Kf线 Kf线上，pfqfef间存在唯一性关系 A点： ef=ef 和试验的类型及应力路径等无关,ef pf qf 唯一性关系,ef f f 唯一性关系,5 土的抗剪强度,四、粘土的密度有效应力抗剪强度唯一性关系,5.3 应力路径与破坏主应力线,ef=ef,A,对具有相同的先期固结压力的超固结土也有相似的规律,e0=ef,(ef),70,5.1 土体破坏与强度理论

26、5.2 抗剪强度测定试验 5.3 应力路径与破坏主应力线 5.4 抗剪强度指标 5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,71,强度指标：,峰值强度指标 与 残余强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,粘聚力 c 内摩擦角 ,工程应用,三种分类方法,总应力强度指标 与 有效应力强度指标,三轴试验强度指标 与 直剪试验强度指标,目的,分析方法,试验方法,应力应变状态,72,5 土的抗剪强度,一. 总应力指标与有效应力指标 二. 三轴试验强度指标 三. 直剪试验强度指标 四. 土的强度指标的工程应用,5.4 抗剪强度指标,73,1. 两种强度指标的比较,5 土的抗剪强度,有效应力指标c,

27、 , = c + tan （= -u）,符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u无法确定,总应力指标c, , = c + tan,便于应用，但u不能产生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要符合工程条件,强度指标,抗剪强度,简单评价,一. 总应力指标与有效应力指标,5.4 抗剪强度指标,74,1,(),p(p),q,u,Kf,Kf,f,f,u,u,松砂及正常固结粘土：CU试验,一. 总应力指标与有效应力指标,5 土的抗剪强度,2. 强度包线与破坏主应力线,问题：实际破裂面的方向？,5.4 抗剪强度指标,75,5 土的抗剪强度,一. 总应力指标与有效应力指标 二. 三轴试验强度指标 三. 直剪试验强度指

28、标 四. 土的强度指标的工程应用,5.4 抗剪强度指标,76,二. 三轴试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,77,1.固结排水试验,5 土的抗剪强度,强度指标：cd，d (1) 特点 (2) 松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线 (3) 密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线 (4) 超固结粘土+正常固结粘土的强度包线,二.三轴试验强度指标,5.4 抗剪强度指标,78,(1)特点,1.固结排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,总应力指标与有效应力指标一致:,破坏面位置：,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,79,v,轴向应力渐进增加，体应变表现为体缩，最终二者均趋

29、于稳定,(2) 松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线,=,f=f,问题：正常固结粘土包线为什么过原点？ 物理意义是什么？,1.固结排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,80,实验室的正常固结粘土： 目前有效固结压力c 大于等于先期固结压力p，否则将变为超固结土。,地基中的正常固结粘土： z s p 土样取回室内, 如 c z，不再是正常固结土。,f,“正常固结粘土”,(2) 松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线,1.固结排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,抗剪强度指标有时失去其物理意义，而变成计算参数的含义,z,目前固结压力为0

30、的正常固结粘土: 当正常固结粘土试样的目前固结压力为0时，亦即其历史上的最大固结压力是0 处于泥浆状态，抗剪强度为0。,问题：c=0是否意味着正常固结粘土无粘聚力? 粘聚力随增加而增加,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,81,v,v表示体缩 v0表示体胀,随着围压的增加，应力应变关系软化硬化，体应变剪胀剪缩,(3)密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线,f,密砂强度包线,密砂应力应变关系曲线,1.固结排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,82,v表示体缩 v0表示体胀,超固结粘土强度包线,超固结粘土应力应变关系曲线,(3)密砂与超固结土试验

31、曲线与强度包线,1.固结排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,随着围压的增加，应力应变关系软化硬化，体应变剪胀剪缩,cp0 cr = 0,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,83,e,p,强度包线,f,p,压缩曲线,(4)超固结粘土+正常固结粘土强度包线,c p ，超固结粘土 c p ，正常固结粘土,1.固结排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,超固结段 正常固结段,84,2.固结不排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,强度指标：ccu ，cu；c， (1) 特点 (2) 正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线

32、(3) 超固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线 (4) 固结不排水三轴试验确定的强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,85,2.固结不排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,剪切过程中的超静孔隙水压力u 对于饱和土试样：孔压系数B=1.0 u=BA ( = A ( 对于剪切过程中无剪胀性： A=1/3 剪切过程中发生剪缩： A1/3 剪切过程中发生剪胀： A1/3 (甚至可能A0，u 0 ）,5 土的抗剪强度,(1)特点,5.4 抗剪强度指标,86,u,轴向应力和孔压渐进增加并趋于稳定， 孔压 u 0,(2) 正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线,f,f,cu,2.固

33、结不排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,87,u,应力应变关系软化，孔压可能小于0 与超固结度有关,f,(3) 超固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线,f,cu,u0,u0,2.固结不排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,5.4 抗剪强度指标,88,(4) 固结不排水三轴试验确定的强度指标,2.固结不排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,应力变量,试验量测, u,计算,= u =,确定的强度指标,ccu cu,c ,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,89,3.不固结不排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度

34、指标,强度指标：cuu (cu)，uu (u) (1) 特点 (2) 饱和试样的不排水强度指标cu (3) 不排水试验与固结不排水试验 (4) 无侧限压缩试验：3 = 0的不排水试验 (5) 不饱和试样的不排水强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,90,(1)特点 从某一初始状态开始，关闭阀门施加围压，产生孔隙水压力 u1=B 施加(1 -)时，阀门关闭，可连接孔压传感器，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力u2 = BA (),3.不固结不排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,量测孔隙水压力,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,91,u =0 , cu, 并且有效应力莫

35、尔圆是唯一的,问题：可否由不排水试验确定有效应力强度指标？,(2)饱和试样的不排水强度指标,cu,u = B + A () （B=1）,3.不固结不排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,Cu依赖于 初始状态,对一系列初始状态相同的试样，施加不同围压，进行一系列不固结不排水试验，比较其破坏时的应力状态,92,cu, p1,cu1,p2,cu2,p3,cu3,(3)不排水试验与固结不排水试验,3.不固结不排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,正常固结粘土层,固结不排水试验强度包线(破坏主应力线)上的每一点对应于一个具有相同先期固结压力

36、的不排水强度指标，数值上等于相应莫尔圆的半径,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,cu,93,cu = qu/2,cu,qu = ,(4)无侧限压缩试验：3=0的不排水试验,3.不固结不排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,94,(5)不饱和试样的不排水强度,非饱和区,饱和区,3.不固结不排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,95,一. 总应力指标与有效应力指标 二. 三轴试验强度指标 三. 直剪试验强度指标 四. 土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪

37、强度指标,96,5 土的抗剪强度,三. 直剪试验强度指标,1. 慢剪 施加正应力-充分固结 慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分，以保证无超静孔压 2. 固结快剪 施加正应力-充分固结 在3-5分钟内剪切破坏 3. 快剪 施加正应力后 立即剪切3-5分钟内剪切破坏,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,97,强度指标,对于砂土，三种直剪试验结果都接近于有效应力指标 对于粘性土， 慢剪(Slowly: s) ：csc s; 由于摩擦和中主应力使其强度指标稍大 0.9csc, 0.9s 固结快剪（Consolidated Quickly : cq） ccqccu cqcu 快剪 (Quickly

38、: q) : 对于 k10-7 cm/s 的粘土 cqcu qu,5 土的抗剪强度,三. 直剪试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,问题：三轴试验指标与直剪试验指标哪个大？,98,一. 总应力指标与有效应力指标 二. 三轴试验强度指标 三. 直剪试验强度指标 四. 土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,99,四. 土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,有效应力指标还是总应力指标？ 三轴试验指标还是直剪试验指标？ 峰值强度指标还是残余强度指标？,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,100,四. 土的强度指标的工程应用,5 土的抗

39、剪强度,有效应力指标与总应力指标 凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u的情况，都应当使用有效应力指标c，,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,101,四. 土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,三轴试验指标与直剪试验指标 三轴试验指标优先采用 砂土： c, 三轴排水试验指标与直剪试验指标 （直剪试验得到的指标偏大） 粘土： 有效应力指标：固结排水、固结不排水、慢剪 总应力指标：三轴固结不排水、不排水； 直剪固结快剪、快剪,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,102,四. 土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,峰值强度指标与残余强度指标,峰值强度：一般问题 残

40、余强度 古旧滑坡 断层夹泥 大变形问题,5.4 抗剪强度指标,103,不固结不排水剪（快剪） cu、u（cq、q）,粘土地基上快速施工建筑物,四. 土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,104,固结不排水剪（固结快剪） ccu、cu（ccq、cq）,四. 土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,粘土地基预压固结后，快速施工建筑物,105,固结排水剪（慢剪） ccd、cd（cs、s）,粘土地基上慢速施工建筑物,四. 土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,106,四.

41、土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,验算地基或坝坡稳定性,加载前取样试验， 新增荷载条件确定固结、加载条件,107,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论 5.2 抗剪强度测定试验 5.3 应力路径与破坏主应力线 5.4 抗剪强度指标 5.5 砂土的振动液化,108,一、动三轴试验 二、液化现象 三、液化机理 四、液化危害 五、影响因素和防治,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,109,静力固结 动载试验 典型试验结果,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,一、动三轴试验,110

42、,二、液化现象,饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高 在瞬间砂土呈液态,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,111,三、液化机理,（1）初始处于疏松状态,（3）振后处于密实状态,（2）振动过程中处于悬浮状态 - 孔压升高（液化）,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,液化定义：在饱和砂土中，由于振动引起颗粒的悬浮，超静孔隙水压力急剧升高，直到其孔隙水压力等于总应力时，有效应力为零，砂土的强度丧失，砂土呈液体流动状态，称为液化现象。,112,振前松砂的结构,振中颗粒悬浮， 有效应力为零,振后砂土 变密实,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的

43、抗剪强度,三、液化机理,113,四、液化危害,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,114,115,日本阪神地震引起的路面塌陷,116,由于液化引起的河道破坏日本神户,117,地基液化引起的储油罐倾斜日本神户,118,日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面,119,桩基础（房屋基础露出地面）,120,桥台基础（地震液化后突出地面）,121,5 土的抗剪强度,5.5土的动强度与砂土的振动液化,五、影响因素和防治,5 土的抗剪强度,1、影响因素,饱和度 组成 粉细砂： d50 =0.07mm- 1.0mm 砾类土： 粒径大于5mm60% 粉 土： （ Ip=3-10）Il=0

44、.75-1.0 状态： 相对密度Dr50% 结构 其他： 排水条件、应力状态及历史、地震特性.,122,5 土的抗剪强度,5.5土的动强度与砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,五、影响因素和防治,2、工程防治措施,加固地基土：换土、加密 围封 加固建筑物 深基础与桩基础,123,土体破坏与强度理论,抗剪强度测定试验,应力路径与破坏主应力线,抗剪强度 指标,砂土的 振动液化,小结,土的强度特点 工程中土体的破坏类型 土的强度机理 莫尔-库仑强度理论,三轴试验 直剪试验 十字板剪切试验,应力路径及表示法 强度包线与破坏主应力线 总应力路径与有效应力路径 粘性土密度有效应力抗剪强度唯一性关系,总应力指标与有效应力指标 三轴试验强度指标 直剪试验强度指标 土的强度指标的工程应用,动三轴试验 液化现象 液化机理 液化危害 影响因素和防治,5 土的抗剪强度,124,提示：12月25日习题讨论课,125,谢谢合作！,126,什么是土力学？,利用连续介质力学的知识，结合土的特性，研究相关的工程问题 是“伪科学” 是“很土”的力学 实际上并不是一种精确的科学，而是一种“技艺”,