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1、2p土压力土压力p边坡稳定边坡稳定p地基承载力地基承载力p挡土结构物破坏挡土结构物破坏p各种类型的滑坡各种类型的滑坡p地基的破坏地基的破坏工程中土体的破坏类型工程中土体的破坏类型9 密度（密度（e, e, 粒径级配（粒径级配（C Cu u, C, Cc c） 颗粒的矿物成分颗粒的矿物成分 对于对于 ：砂土：砂土 粘性土；粘性土； 高岭石高岭石 伊里石伊里石 蒙特石蒙特石 粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比） 在其他条件相同时：在其他条件相同时： 一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角一般，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影响土的摩
2、擦强度的主要因素：10p粘聚强度机理n静电引力（库仑力）静电引力（库仑力）n范德华力范德华力n颗粒间胶结颗粒间胶结n假粘聚力（毛细力等）假粘聚力（毛细力等）p粘聚强度影响因素n地质历史地质历史n粘土颗粒矿物成分粘土颗粒矿物成分n密度密度n离子价与离子浓度离子价与离子浓度3 3、粘聚强度、粘聚强度11莫尔圆应力分析符号规定莫尔圆应力分析符号规定材料力学材料力学x z xz zx +-z x xz zx +-土力学土力学正应力正应力剪应力剪应力拉为正拉为正压为负压为负顺时针为正顺时针为正逆时针为负逆时针为负压为正压为正拉为负拉为负逆时针为正逆时针为正顺时针为负顺时针为负莫尔莫尔- -库伦强度理论库
3、伦强度理论( (极限平衡条件极限平衡条件) )12 322()/2xzxzr()/2xzp1pr3prz x zx xz +- 1 大主应力：大主应力：小主应力小主应力: :圆心：圆心：半径：半径：z按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转x x按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转莫莫 尔尔 圆：代表一个土单元的应力状态；圆：代表一个土单元的应力状态；圆上一点：代表一个面上的两个应力圆上一点：代表一个面上的两个应力 与与 O z+ zx- xz x2 1rp13()/2qr13()/2p13 O+ zx2 1 131311()()cos222131()sin2214四、土的极限平衡条件四、土的极限平衡条件
4、应力圆与强度线应力圆与强度线相离：相离： 强度线强度线应力圆与强度线应力圆与强度线相切：相切：应力圆与强度线应力圆与强度线相割：相割：极限应极限应力圆力圆f 破坏状态破坏状态 15莫尔库仑破坏准则莫尔库仑破坏准则 莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破坏准则土的破坏准则(目前判别土体所处状态的最常用准则目前判别土体所处状态的最常用准则) 强度线强度线 16莫尔莫尔- -库仑强度理论表达式极限平衡条件库仑强度理论表达式极限平衡条件213231tg452c tg 4522tg452c tg 4522 1 313ctg2ctanfc O c132172
5、13452tg 4522ftgc根据应力状态计算出根据应力状态计算出大小主应力大小主应力1、3221,322xzxzxz判断破坏可能性判断破坏可能性11f 不可能状态不可能状态 O c 1f 3 1 1判别对象：土体微小单元（一点）判别对象：土体微小单元（一点） 3 3= = 常数：常数：18根据应力状态计算出根据应力状态计算出大小主应力大小主应力1、3221,322xzxzxz判断破坏可能性判断破坏可能性231452tg 4522ftgc33f 安全状态安全状态3=3f 极限平衡状态极限平衡状态31/31/3A A1/31/3剪胀：剪胀：剪缩：剪缩：(3) (3) 偏差应力状态偏差应力状态A
6、 是一个反映土剪是一个反映土剪胀性强弱的指标，胀性强弱的指标，其大小与土性有关其大小与土性有关剪胀性：剪应力引起土的体积变化的特性)(31Bu31A 45例例: :某饱和粘土某饱和粘土, ,已知其有效应力强度指标已知其有效应力强度指标 , ,孔隙水压力系数孔隙水压力系数A=0.8,A=0.8,如将该土试样在各向等压力如将该土试样在各向等压力 下固结稳定下固结稳定, ,然后在不排水条件下下施加然后在不排水条件下下施加偏应力偏应力 , ,问试样是否被剪坏问试样是否被剪坏? ? 00,28c350kPa1350kPa467.3 排水条件与试验成果的关系 一、总应力强度指标与有效应力强度指标一、总应力
7、强度指标与有效应力强度指标cftan库仑定律库仑定律说明：说明：施加于试样上的垂直法向应力施加于试样上的垂直法向应力 为总应力，为总应力，c c、 为总为总应力意义上的土的粘聚力和内摩擦角，称之为总应力强度指标应力意义上的土的粘聚力和内摩擦角，称之为总应力强度指标 根据有效应力原理：根据有效应力原理：土的抗剪强度并不是由剪切面上的土的抗剪强度并不是由剪切面上的法向总应力决定，而是取决于剪切面上的法向总应力决定，而是取决于剪切面上的法向有效应力法向有效应力 cucftantanc 、 为土的有效为土的有效粘聚力和有效内摩粘聚力和有效内摩擦角，即土的有效擦角，即土的有效应力强度指标应力强度指标 有
8、效应力强度指标确切地表有效应力强度指标确切地表达出了土的抗剪强度的实质，达出了土的抗剪强度的实质，是比较合理的表达方法是比较合理的表达方法 47 二、不同排水条件时的剪切试验方法及成果表达二、不同排水条件时的剪切试验方法及成果表达1.1.不固结不排水剪（不固结不排水剪（UUUU） n三轴试验：三轴试验：施加周围压力施加周围压力 3、轴向压力、轴向压力 直至剪直至剪破的整个过程都关闭排水破的整个过程都关闭排水阀门，不允许试样排水固阀门，不允许试样排水固结结 3 3 3 3 3 3 n直剪试验：直剪试验：通过试验加荷通过试验加荷的快慢来实现是否排水。的快慢来实现是否排水。使试样在使试样在3 35m
9、in5min之内剪破，之内剪破，称之为快剪称之为快剪关闭排关闭排水阀水阀48 3 3 3 3 3 3 有效应力圆有效应力圆总应力圆总应力圆 u u=0=0BCcu uAA 3A 1A饱和粘性土在三组饱和粘性土在三组 3 3下的不排水剪下的不排水剪试验得到试验得到A、B、C三个不同三个不同 3 3作用作用下破坏时的总应力圆下破坏时的总应力圆试验表明：试验表明：虽然三个试样的周围压力虽然三个试样的周围压力 3 3不同，但破不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线因而强度包线是一条水平线三个试样只能得到三个试样只能
10、得到一个有效应力圆一个有效应力圆 492. 2. 固结不排水剪（固结不排水剪（CUCU） n三轴试验：三轴试验：施加周围压力施加周围压力 3 3时打开排水阀门，试样完全时打开排水阀门，试样完全排水固结，孔隙水压力完全排水固结，孔隙水压力完全消散。然后关闭排水阀门，消散。然后关闭排水阀门，再施加轴向压力增量再施加轴向压力增量 ，使，使试样在不排水条件下剪切破试样在不排水条件下剪切破坏坏 3 3 3 3 3 3 n直剪试验：直剪试验：剪切前试样在垂剪切前试样在垂直荷载下充分固结，剪切时直荷载下充分固结，剪切时速率较快，使土样在剪切过速率较快，使土样在剪切过程中不排水，这种剪切方法程中不排水，这种剪
11、切方法为称固结快剪为称固结快剪打开打开排排水阀水阀关闭关闭排排水阀水阀50 3 3 3 3 3 3 将总应力圆在水平轴上左移将总应力圆在水平轴上左移u uf f得到相应的有效应力得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定圆，按有效应力圆强度包线可确定c 、 ccuc cucu 饱和粘性土在三组饱和粘性土在三组 3 3下进行固结不排水剪下进行固结不排水剪试验得到试验得到A、B、C三个不同三个不同 3 3作用下破坏作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标固结不排水剪总应力强度指标ccu、 cuABC513. 3. 固结排水剪
12、（固结排水剪（CDCD） n三轴试验：三轴试验：试样在周围压试样在周围压力力 3 3作用下排水固结，再作用下排水固结，再缓慢施加轴向压力增量缓慢施加轴向压力增量 ，直至剪破，整个试验过程直至剪破，整个试验过程中打开排水阀门，始终保中打开排水阀门，始终保持试样的孔隙水压力为零持试样的孔隙水压力为零 3 3 3 3 3 3 n直剪试验：直剪试验：试样在垂直压力试样在垂直压力下固结稳定，再以缓慢的速下固结稳定，再以缓慢的速率施加水平剪力，直至剪破，率施加水平剪力，直至剪破，整个试验过程中尽量使土样整个试验过程中尽量使土样排水，试验方法称为慢剪排水，试验方法称为慢剪打开打开排排水阀水阀52在整个排水剪
13、试验过程中，在整个排水剪试验过程中， uf 0 0，总应力全部转化，总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线。强度指标为强度线即是有效应力强度线。强度指标为cd、 d d cd d d总结总结: : 3 3 3 3 3 3 对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全不同强度指标完全不同有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪强有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪强度与有效应力有唯一的对应关系度与有效应力有唯一的对应关系53
14、三、抗剪强度指标的选用三、抗剪强度指标的选用 土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定异，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标采用实验室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标 试验方法试验方法适用条件适用条件不排水剪或不排水剪或快剪快剪地基土的透水性和排水条件不良，建筑物地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较快施工速度较快排水剪或慢排水剪或慢剪剪地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率较慢物加荷速率
15、较慢固结不排水固结不排水剪或固结快剪或固结快剪剪建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，或地基条件等介于上述两种情况之间或地基条件等介于上述两种情况之间54cu = qu/2cuqu = (4)(4)无侧限压缩试验：无侧限压缩试验： 3 3 =0=0的不排水试验的不排水试验55例例: :某饱和粘性土无侧限抗压强度试验得到不排水抗剪某饱和粘性土无侧限抗压强度试验得到不排水抗剪强度强度 ，如果对同一土样进行三轴不固结不，如果对同一土样进行三轴不固结不排水试验，施加周围压力排水试验，施加周围压力 ，问试件将在，问试件将在多大的轴向压力作用下发生破坏？多大的轴向压力作用
16、下发生破坏？70uckPa3150kPa56例例: :某饱和粘土的强度指标某饱和粘土的强度指标 , ,取取该土样作固结不排水剪切试验该土样作固结不排水剪切试验, ,测得破坏时测得破坏时 , ,求该土样破坏时的孔求该土样破坏时的孔隙水压力隙水压力030 ,12ckPa313260,135kPakPa57 1 ( ) p(p)quKfKf f fuu45/2松砂及正常固结粘土：CU试验一一. 总应力指标与有效应力指标总应力指标与有效应力指标2. 2. 强度包线与破坏主应力线强度包线与破坏主应力线58 ( ) cc f f超固结粘土的总应力与有效应力强度包线(CU)u(-)一一. 总应力指标与有效应
17、力指标总应力指标与有效应力指标u(+)总应力总应力有效应力有效应力59四四. . 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用u 有效应力指标还是总应力指标？有效应力指标还是总应力指标？u 三轴试验指标还是直剪试验指标？三轴试验指标还是直剪试验指标？u 峰值强度指标还是残余强度指标？峰值强度指标还是残余强度指标？60名称名称指标指标应用应用不排水剪不排水剪( (快剪快剪) )c cu u、 u uc cq q、 q q软土地基软土地基快速施工快速施工固结不排水剪固结不排水剪( (固结快剪固结快剪) )c ccucu、 cucuc ccqcq、 cqcq固结完成后固结完成后受突然荷载受突然荷载固
18、结排水剪固结排水剪( (慢剪慢剪) )c cd d、 d dc cs s、 s s地基透水性强地基透水性强施工较慢或正常运行期施工较慢或正常运行期四四. . 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用61 不固结不排水剪（快剪）不固结不排水剪（快剪） c cu u、 u u（c cq q、 q q）粘土地基上快速粘土地基上快速施工的建筑物施工的建筑物软土地基上的快速填方软土地基上的快速填方土坝快速施工，心墙未固结土坝快速施工，心墙未固结四四. . 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用62 固结不排水剪（固结快剪）固结不排水剪（固结快剪） c ccucu、 cucu（c ccqcq、 cqcq） 在天然土坡在天然土坡上快速填方上快速填方水位骤降水位骤降在在1层固结后，施工层固结后，施工2层层12四四. . 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用63 固结排水剪（慢剪）固结排水剪（慢剪） c ccdcd、 cdcd（c cs s、 s s）粘土地基上慢速粘土地基上慢速施工的建筑物施工的建筑物粘土地基上的分层粘土地基上的分层慢速填方慢速填方稳定渗流期的土坝稳定渗流期的土坝四四. . 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用64 结束语结束语