第七章土的抗剪强度精选PPT.ppt

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1、第七章土的抗剪强度第1页，本讲稿共70页7.1 概述土体破坏的主要原因是剪切，土体破坏的主要原因是剪切，剪切破坏是土体破坏的重要特剪切破坏是土体破坏的重要特征；征；土的抗剪强度指土体抵抗剪切土的抗剪强度指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一；力学性质之一；工程实践中与土的抗剪强度工程实践中与土的抗剪强度有关的工程问题主要有以下有关的工程问题主要有以下3 3类：类：（1 1）土质土坝的稳定）土质土坝的稳定 （2 2）土压力）土压力 （3 3）地基的承载力问题）地基的承载力问题第2页，本讲稿共70页土坡失稳第3页，本讲稿共70页土坡失稳第4页，本讲稿共70页

2、地基承载力不足第5页，本讲稿共70页地基承载力不足第6页，本讲稿共70页地基承载力不足滑动破裂面滑动破裂面压密区压密区第7页，本讲稿共70页7.2 土的抗剪强度理论固体间的摩擦力直接取决于接触面上的法向力和接触材料的摩擦固体间的摩擦力直接取决于接触面上的法向力和接触材料的摩擦角角第8页，本讲稿共70页 土的强度理论土的强度理论-库伦强度理论库伦强度理论库仑根据砂土的剪切试验得出库伦公式库仑根据砂土的剪切试验得出库伦公式土的抗剪强度是剪切面上的法向土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力总应力 的线性函数：的线性函数：f=tan 砂土砂土 f根据粘性土剪切试验得出根据粘性土剪切试验得出 f=c+tan

3、 粘土粘土c fc、：土的抗剪强度指标：土的抗剪强度指标第9页，本讲稿共70页 土体抗剪强度的形成土体抗剪强度的形成摩擦力的形成摩擦力的形成 1.1.滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦 2.2.咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力 粘聚力形成：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素粘聚力形成：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成形成 影响抗剪强度的因素影响抗剪强度的因素摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙

4、程度土粒形状以及表面粗糙程度粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构第10页，本讲稿共70页 土的抗剪强度表达方式土的抗剪强度表达方式总应力法总应力法：总应力强度指标：总应力强度指标有效应力法有效应力法：有效应力强度指标：有效应力强度指标第11页，本讲稿共70页 土的强度理论土的强度理论-莫尔莫尔-库伦强度理论库伦强度理论莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状态时，莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状态时，滑动面上法向应力滑动面上法向应力 与剪应力与剪应力 f f 的关系。的关系。莫尔包线莫尔包线 f=c+tan 第12页，

5、本讲稿共70页 土中一点的应力状态土中一点的应力状态fff沿该平面不发生剪切破坏沿该平面不发生剪切破坏该平面处于极限平衡状态该平面处于极限平衡状态沿该平面发生剪切破坏沿该平面发生剪切破坏 通过土中一点某平面上的剪应力通过土中一点某平面上的剪应力可能处于以下三种情可能处于以下三种情况：况：第13页，本讲稿共70页 土中一点的应力状态土中一点的应力状态在已知两个主应力在已知两个主应力1、3的条件下，可以得到过土体内一的条件下，可以得到过土体内一点任一平面上的法向应力点任一平面上的法向应力、剪应力、剪应力：3 3 1 1 3 1 dscos dssin ds第14页，本讲稿共70页 土中一点的应力状

6、态土中一点的应力状态 3 1 dscos dssin ds通过解联立方程，求得斜通过解联立方程，求得斜面上的应力：面上的应力：O 1 3(1+3)/2 2 A(,)(1-3)/2莫尔应力圆莫尔应力圆莫尔应力圆方程莫尔应力圆方程第15页，本讲稿共70页 土的极限平衡状态及极限平衡条件土的极限平衡状态及极限平衡条件应力圆与强度线相离：应力圆与强度线相离：应力圆与强度线相切：应力圆与强度线相切：应力圆与强度线相割：应力圆与强度线相割：f 破坏状态破坏状态 1 3 3 3 3 1 1 f 极限应力圆极限应力圆 f=c+tan 1 3 f 第16页，本讲稿共70页 土的极限平衡状态及极限平衡条件土的极限

7、平衡状态及极限平衡条件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土的破坏准则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(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)f=c+tan 第17页，本讲稿共70页 土的极限平衡状态及极限平衡条件土的极限平衡状态及极限平衡条件第18页，本讲稿共70页 土的极限平衡状态及极限平衡条件土的极限平衡状态及极限平衡条件无粘性土：无粘性土：c=c=0 0粘性土粘性土:第19页，本讲稿共70页 土的极限平衡状态及极限平衡条件土的极限平衡状态及极限平衡条件 剪破面并不产生在最大剪应力面，与最大剪应力面成剪破

8、面并不产生在最大剪应力面，与最大剪应力面成/2/2的夹的夹角，土的剪切破坏并不是由最大剪应力角，土的剪切破坏并不是由最大剪应力maxmax所控制所控制土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为 f f f2 f 3 1c A cctg(1+3)/2 max第20页，本讲稿共70页7.3 抗剪强度指标的测定方法室内试验法室内试验法-直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限压缩试验、直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限压缩试验、十字板剪切试验等。十字板剪切试验等。现场试验法现场试验法-十字板试验；大型直接剪切试验等。十字板试验；大型直接剪切

9、试验等。土的抗剪强度指标土的粘聚力土的抗剪强度指标土的粘聚力 c c、土的内摩擦角、土的内摩擦角 为地基基础设计为地基基础设计的重要指标，必须通过试验的方法得到。的重要指标，必须通过试验的方法得到。第21页，本讲稿共70页 直接剪切试验直接剪切试验试验仪器：直剪仪（试验仪器：直剪仪（应变控制式应变控制式应变控制式应变控制式，应力控制式），应力控制式）垂直压应力：垂直压应力：=F FA A抗剪强度：抗剪强度：f f=T TA AFT土样土样水平测力装置水平测力装置竖向加压装置竖向加压装置上下剪切盒上下剪切盒基座基座上下透水石上下透水石T第22页，本讲稿共70页上下剪切盒上下剪切盒第23页，本讲稿

10、共70页第24页，本讲稿共70页应变式直剪仪应变式直剪仪垂直加载垂直加载水平加载水平加载测微表测微表量力环量力环剪切盒剪切盒第25页，本讲稿共70页 直接剪切试验直接剪切试验对同一种土至少取对同一种土至少取4 4个平行个平行试样，分别在不同垂直压力试样，分别在不同垂直压力 下剪切破坏，将试验结果绘下剪切破坏，将试验结果绘制抗剪强度制抗剪强度 f f与相应垂直压与相应垂直压力力 的关系图。的关系图。0 100 200 300 400 100200300400f c无粘性土无粘性土粘性土粘性土第26页，本讲稿共70页 直接剪切试验直接剪切试验软粘土或松砂软粘土或松砂一般粘性土或密砂一般粘性土或密砂

11、第27页，本讲稿共70页 直接剪切试验直接剪切试验为模拟土体在现场受剪的排水条件，直剪试验分为为模拟土体在现场受剪的排水条件，直剪试验分为快剪、固结快剪快剪、固结快剪快剪、固结快剪快剪、固结快剪和和慢剪慢剪慢剪慢剪三种。三种。（1 1）快剪快剪：在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应力使试样剪：在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏；切破坏；（2 2）固结快剪固结快剪：试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，再快速施加：试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏；水平剪应力使试样剪切破坏；（3 3）慢剪慢剪：则是试样在竖向压力下排水，待固结稳定后

12、，以缓：则是试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。第28页，本讲稿共70页 直接剪切试验直接剪切试验第29页，本讲稿共70页 直接剪切试验的优缺点直接剪切试验的优缺点优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作。于操作。缺点：缺点：剪切破坏面固定，且不一定是土样的最薄弱面。剪切破坏面固定，且不一定是土样的最薄弱面。不能严格控制排水条件，不能量测土样的孔隙水压不能严格控制排水条件，不能量测土样的孔隙水压力。力。剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪剪切过程中试样剪

13、切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀。应力分布不均匀。第30页，本讲稿共70页 三轴压缩试验三轴压缩试验三轴压缩试验直接量测试样在不同围压力下土的抗压强度，利用三轴压缩试验直接量测试样在不同围压力下土的抗压强度，利用莫尔库仑破坏理论间接推求土的抗剪强度指标。莫尔库仑破坏理论间接推求土的抗剪强度指标。三轴剪切仪三轴剪切仪11量量力力环环；22活活塞塞；33进进水水孔孔；44排排水水孔孔；55试试样样帽帽；66受受压压室室；77试试样样；88乳乳胶胶膜膜；99接接周周围围压压力力控控制制系系统统；1010接接排排水水管管；1111接接孔孔隙隙水水压压力力系统；系统；1212接轴向加压系统接轴

14、向加压系统三轴剪切仪由受压室、围压力控制系统、三轴剪切仪由受压室、围压力控制系统、轴向加压系统、孔隙水压力系统以及试样轴向加压系统、孔隙水压力系统以及试样体积变化量测系统等组成体积变化量测系统等组成 。13第31页，本讲稿共70页 三轴压缩试验三轴压缩试验应变控制式三轴仪加压系统量测系统压力室排水控制与孔压量测系统第32页，本讲稿共70页 三轴压缩试验三轴压缩试验控制与量测系统第33页，本讲稿共70页 三轴压缩试验的试验方法三轴压缩试验的试验方法施加围压力并保持不变；施加围压力并保持不变；施加竖向压力，竖向主应施加竖向压力，竖向主应力逐渐增大试件受剪破坏。力逐渐增大试件受剪破坏。若剪切破坏时竖

15、向压力增若剪切破坏时竖向压力增量为量为1 1，则大主应力为，则大主应力为 1 1=3 3+1 1 ，小主应力为，小主应力为 3 3 。对同一种土样实施对同一种土样实施 3 34 4 不同不同围压的剪切破坏试验，得围压的剪切破坏试验，得到一组极限应力圆。根据到一组极限应力圆。根据莫尔莫尔-库仑理论，作该组极库仑理论，作该组极限应力圆的公切线限应力圆的公切线土的土的强度包线，该直线与横坐强度包线，该直线与横坐标的夹角为土的内摩擦角，标的夹角为土的内摩擦角，与纵坐标的截距为土的粘与纵坐标的截距为土的粘聚力。聚力。3 3 3 3 3 3第34页，本讲稿共70页 三轴压缩试验的成果整理与土的抗剪强度指标

16、三轴压缩试验的成果整理与土的抗剪强度指标抗剪强度包线内摩擦角粘聚力一般粘性土、密砂一般粘性土、密砂软粘土、松砂软粘土、松砂第35页，本讲稿共70页 三种标准的三轴压缩试验方法三种标准的三轴压缩试验方法三轴压缩试验按剪切前受到周围压力的固结状态和剪切时的排水条件，分为三种方法。三轴压缩试验按剪切前受到周围压力的固结状态和剪切时的排水条件，分为三种方法。(1)不固结不排水试验不固结不排水试验 UU：试样在围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的：试样在围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。整个过程中都不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。(2)固结不

17、排水三轴试验固结不排水三轴试验CU：试样在围压力作用时打开阀门，允许排水固结，固结：试样在围压力作用时打开阀门，允许排水固结，固结稳定后关闭阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。稳定后关闭阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。(3)固结排水三轴试验固结排水三轴试验CD：试样在施加围压力时允许排水固结，待固结稳定后，：试样在施加围压力时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。第36页，本讲稿共70页 三种标准的三轴压缩试验方法三种标准的三轴压缩试验方法第37页，本讲稿共70页 三种标准的三轴压

18、缩试验方法三种标准的三轴压缩试验方法不同排水条件下的强度包线与强度指标第38页，本讲稿共70页 三轴压缩试验的优缺点三轴压缩试验的优缺点优点：优点：能控制排水条件，量测孔隙水压力。能控制排水条件，量测孔隙水压力。试样的应力分布比较均匀，剪切破坏面为最薄弱面。试样的应力分布比较均匀，剪切破坏面为最薄弱面。缺点：缺点：试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂。复杂。试验在试验在 2 2=3 3的轴对称条件下进行，与土体实际受的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符。力情况可能不符。第39页，本讲稿共70页 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验无侧限

19、抗压强度试验如同在三无侧限抗压强度试验如同在三轴仪中轴仪中 3 3=0=0的不排水剪切试的不排水剪切试验一样，试验时，将圆柱形验一样，试验时，将圆柱形试样放在无侧限抗压试验仪试样放在无侧限抗压试验仪中，在不加任何侧向压力的中，在不加任何侧向压力的情况下施加垂直压力，直到情况下施加垂直压力，直到使试件剪切破坏为止，剪切使试件剪切破坏为止，剪切破坏时试样所承受的最大轴破坏时试样所承受的最大轴向压力向压力q q q qu u u u称无侧限抗压强度。称无侧限抗压强度。ququ试试样样加压加压框架框架量表量表量力环量力环升降升降螺杆螺杆无侧限压缩仪无侧限压缩仪第40页，本讲稿共70页 无侧限抗压强度试

20、验无侧限抗压强度试验极限应力圆不排水抗剪强度一般粘性土、密砂一般粘性土、密砂软粘土、松砂软粘土、松砂对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪试对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验成果，其强度包线近似于一水平线，即验成果，其强度包线近似于一水平线，即 u u=0=0，因此无侧限抗压强度试验适用，因此无侧限抗压强度试验适用于测定饱和软粘土的不排水强度于测定饱和软粘土的不排水强度第41页，本讲稿共70页 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验特点特点特点特点：无侧限抗压强度试验仪器构无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试造简单，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度。验测定饱和软粘

21、土的不排水强度。粘性土的灵敏度粘性土的灵敏度：粘性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值。低灵敏度土低灵敏度土 1S 1St t22中灵敏度土中灵敏度土 2 S 244第42页，本讲稿共70页 十字板剪切试验十字板剪切试验原位十字板剪切试验是原位十字板剪切试验是一种利用十字板剪切仪一种利用十字板剪切仪在现场测定土的抗剪强在现场测定土的抗剪强度的方法。这种方法适度的方法。这种方法适用于在现场测定饱和粘用于在现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，性土的原位不排水强度，特别适用于均匀的饱和特别适用于均匀的饱和软粘土。软粘土。第43页，本讲稿共70页 十字板剪切试验十字

22、板剪切试验基本假定基本假定基本假定基本假定：剪剪破破面面为为一一圆圆柱柱面面，圆圆柱柱的的直直径径和和高高度度等等于于十十字字板板的的宽宽度和高度；度和高度；圆柱侧面和上、下端面上的抗剪强度均相等。圆柱侧面和上、下端面上的抗剪强度均相等。M十字板测定土的抗剪强度，属于十字板测定土的抗剪强度，属于UUUU试验条件，其结果与无侧限抗压强试验条件，其结果与无侧限抗压强度结果接近度结果接近,f f q qu u/2/2.优点优点优点优点：构造简单，操作方便，原位测构造简单，操作方便，原位测试时对土的扰动也较小，在实际中广试时对土的扰动也较小，在实际中广泛得到应用。但在软土层中夹砂薄层泛得到应用。但在软

23、土层中夹砂薄层时，测试结果可能失真或偏高。时，测试结果可能失真或偏高。第44页，本讲稿共70页7.4 三轴压缩试验中的孔隙水压力系数 0 0 0 0 0 0 在0作用下固结完成，u0=0 3 3 3 3 3 3 3 3uu3 33 3=3 3-u-u3 3Cs：土的体积压缩系数Vv=CvnVu3Cv：孔隙体积压缩系数Vv=V CsV(3-u3)=CvnVu3 u3=B3 B：等方压力孔隙水压力系数第45页，本讲稿共70页0001-301-3(1 1-3 3)u)u1 11 1=(=(1 1-3 3)-u)-u1 1 3 3=-u=-u1 1完全弹性体完全弹性体Vv=CvnVu1 Vv=VA：偏

24、压力孔隙水压力系数第46页，本讲稿共70页0001-301-3 0 0 0 0 0 0 3 3 3 3 3 3+0+10+30+10+30+30+3u=u3+u1=B3+A(1-3)第47页，本讲稿共70页饱和土饱和土 B=1 不固结不排水不固结不排水 u=3+A(1-3)固结不排水固结不排水 u3=0 u=u1=A(1-3)固结排水固结排水 u=0 饱和土中的孔隙水压力饱和土中的孔隙水压力第48页，本讲稿共70页7.5 7.5 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度 总应力强度指标与有效应力强度指标总应力强度指标与有效应力强度指标f c总应力总应力有效应力有效应力cfsttan+=cf 剪

25、切面上的垂直法向应力剪切面上的垂直法向应力取取为总应力为总应力 ，则，则 c c、为总应力意义上土的粘聚力为总应力意义上土的粘聚力和内摩擦角，称之为和内摩擦角，称之为总应力强度指标总应力强度指标；剪切面上的垂直法向应力剪切面上的垂直法向应力取取为有效应力为有效应力 ，则，则 c c、为有效应力意义上土的为有效应力意义上土的粘聚力和内摩擦角，称之为粘聚力和内摩擦角，称之为有效应力强度指标有效应力强度指标。根据根据有效应力原理有效应力原理有效应力原理有效应力原理，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，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有效应力。

26、用有效应力强度指标于剪切面上的法向有效应力。用有效应力强度指标 c、能能确切地表现土的抗剪确切地表现土的抗剪强度的实质，是比较合理的表达方法。强度的实质，是比较合理的表达方法。第49页，本讲稿共70页 饱和粘性土的不固结不排水抗剪强度（饱和粘性土的不固结不排水抗剪强度（UUUU）施加围压力施加围压力 3 3、偏压力、偏压力=1 1-3 3直至剪破的整个过直至剪破的整个过程都关闭排水阀门，不允许试样排水固结，土样的体程都关闭排水阀门，不允许试样排水固结，土样的体积保持不变。积保持不变。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 3 3 3 3 3 3阀门关

27、1-3阀门关 1-3 在不排水条件下，孔隙水不排出，土体体积不变，改在不排水条件下，孔隙水不排出，土体体积不变，改变围压力变围压力 3 3，仅使孔隙水压力变化，土体内的有效应力保，仅使孔隙水压力变化，土体内的有效应力保持不变，土的抗剪强度也不变，破坏时的偏应力在不同的持不变，土的抗剪强度也不变，破坏时的偏应力在不同的围压力下是相等的，三个极限应力圆直径相等，强度包线围压力下是相等的，三个极限应力圆直径相等，强度包线是一条水平线，三个试样只能得到一个有效应力圆。是一条水平线，三个试样只能得到一个有效应力圆。第50页，本讲稿共70页 饱和粘性土的固结不排水抗剪强度（饱和粘性土的固结不排水抗剪强度（

28、CUCU）施加围压力施加围压力 3 3时打开排水阀门，土样完全排水固结，孔隙时打开排水阀门，土样完全排水固结，孔隙水压力完全消散。然后关闭排水阀门，再施加偏压力水压力完全消散。然后关闭排水阀门，再施加偏压力=1-3，使试样在不排水条件下剪切破坏。使试样在不排水条件下剪切破坏。1-3阀门关 1-3 根据土样的先期固结压力根据土样的先期固结压力 p pc c 及固结过程中选用的固结压及固结过程中选用的固结压力力3 3大小，固结过程中土样的固结状态可以分成两种大小，固结过程中土样的固结状态可以分成两种情况：情况：l 固结压力固结压力3p pc c，土样在正常固结状态下固结；，土样在正常固结状态下固结

29、；l 固结压力固结压力3 3p pc c，土样在超固结状态下固结；，土样在超固结状态下固结；+u-u剪胀趋势剪缩趋势1-3超固结正常固结 3 3 3 3 3 3阀门开第51页，本讲稿共70页 饱和粘性土的固结不排水抗剪强度（饱和粘性土的固结不排水抗剪强度（CUCU）l 正常固结土的强度包线正常固结土的强度包线 未受任何固结压力作用的饱和粘性土抗剪强度为未受任何固结压力作用的饱和粘性土抗剪强度为0 0（泥浆状土），它的强（泥浆状土），它的强度包线通过度包线通过-平面坐标系统原点，剪切过程中有体积缩小趋势（剪缩），平面坐标系统原点，剪切过程中有体积缩小趋势（剪缩），孔隙水压力大于孔隙水压力大于0

30、0，有效应力小于总应力，有效应力圆位于总应力圆左侧。，有效应力小于总应力，有效应力圆位于总应力圆左侧。l 超固结土的强度包线超固结土的强度包线 超固结土受到大于现固结压力的固结作用，即使现固结压力为超固结土受到大于现固结压力的固结作用，即使现固结压力为0 0，超固结土也具有一定的，超固结土也具有一定的抗剪强度，它的强度包线不通过抗剪强度，它的强度包线不通过-平面坐标系统的原点，剪切过程中有体积膨胀趋势（剪平面坐标系统的原点，剪切过程中有体积膨胀趋势（剪胀），孔隙水压力在某时段开始出现负值，有效应力大于总应力，有效应力圆位于总应力圆胀），孔隙水压力在某时段开始出现负值，有效应力大于总应力，有效应

31、力圆位于总应力圆右侧。右侧。总应力圆总应力圆 uf 3 1有效应力圆有效应力圆 cucu 总应力圆总应力圆有效应力圆有效应力圆 uf 3 1pc第52页，本讲稿共70页 饱和粘性土的固结不排水抗剪强度（饱和粘性土的固结不排水抗剪强度（CUCU）l 根据先期固结压力根据先期固结压力 p pc c，当选择的固结压，当选择的固结压力从小于力从小于 p pc c 到大于到大于 p pc c 进行变化时，所得进行变化时，所得到的一组应力圆的强到的一组应力圆的强度包线不是一根直线，度包线不是一根直线，为方便起见，可以将为方便起见，可以将折线近似用直线代替，折线近似用直线代替，按直线确定饱和粘性按直线确定饱

32、和粘性土的强度指标：土的强度指标：c ccucu、cucu或或cc、。总应力圆总应力圆有效应力圆有效应力圆 uf 3 1pc超固结正常固结 cucu c ccucuc c 3 1pc超固结正常固结c ccucu第53页，本讲稿共70页 饱和粘性土的固结排水抗剪强度（饱和粘性土的固结排水抗剪强度（CDCD）试样在围压力试样在围压力 3 3作用下排水固结，再缓慢施加偏作用下排水固结，再缓慢施加偏压力压力=1-3，直至剪破，整个试验过程中打开排水，直至剪破，整个试验过程中打开排水阀门，始终保持试样的孔隙水压力为零。阀门，始终保持试样的孔隙水压力为零。同样，根据土样的先期固结压力同样，根据土样的先期固

33、结压力 p pc c 及固结过程中选用及固结过程中选用的固结压力的固结压力3 3大小，固结过程中土样的固结状态可以分成两大小，固结过程中土样的固结状态可以分成两种情况：种情况：l 固结压力固结压力3p pc c，土样在正常固结状态下固结；，土样在正常固结状态下固结；l 固结压力固结压力3 3p pc c，土样在超固结状态下固结；，土样在超固结状态下固结；3+V-V剪胀剪缩1-3超固结正常固结剪切过程中体积变化剪切过程中体积变化 3 3 3 3 3阀门开 1-3阀门开 1-3第54页，本讲稿共70页 饱和粘性土的固结排水抗剪强度（饱和粘性土的固结排水抗剪强度（CDCD）由于排水阀门始终打开，固结

34、过程及剪切过程中土体内部的孔隙水压力始终为由于排水阀门始终打开，固结过程及剪切过程中土体内部的孔隙水压力始终为0 0，总应力圆与，总应力圆与有效应力圆一致，饱和粘性土固结排水剪的总应力强度指标与有效应力强度指标也是一致的。有效应力圆一致，饱和粘性土固结排水剪的总应力强度指标与有效应力强度指标也是一致的。3 1正常固结 cdcd 3 1pc超固结正常固结 d dc cd d对于同一种土，不同排水条件下进行试验，总应力强度指标对于同一种土，不同排水条件下进行试验，总应力强度指标不同，但有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪不同，但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

35、有唯一的对应关系。强度与有效应力有唯一的对应关系。第55页，本讲稿共70页 抗剪强度指标的选择抗剪强度指标的选择 土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，对于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采用实验室的试验具体工程问题，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。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快剪不排水剪或快剪地基土的透水性和排水条件不地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较快良，建筑物施工速度较快排水剪或慢剪排水剪或慢剪地基土的透水性好，排水条件

36、地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率较慢较佳，建筑物加荷速率较慢固结不排水剪或固结快剪固结不排水剪或固结快剪建建筑筑物物竣竣工工以以后后较较久久，荷荷载载又又突突然然增增大大，或或地地基基条条件件等等介介于于上述两种情况之间上述两种情况之间第56页，本讲稿共70页7.6 7.6 应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用应力路径应力路径:在外力作用下土中某一点的应力变化过程在应力坐标在外力作用下土中某一点的应力变化过程在应力坐标图中的轨迹。图中的轨迹。3 1(1-3)/2(1+3)/2同一应力坐标图中存在着两种不同的应力路径，即同一应力坐标图中存在着两种不同的应力路径，即总

37、应力路径总应力路径、有效应力路径有效应力路径。应力路径表示法：应力路径表示法：1.1.-直角坐标；直角坐标；2.p-q 2.p-q 直角坐标直角坐标45A(1=3)q=(1-3)/2p=(1+3)/2pqp-q 直角坐标表示法-直角坐标表示法第57页，本讲稿共70页 几种典型条件下的应力路径问题几种典型条件下的应力路径问题A pqKf 线Kf线 B B uf 45正常固结土 三轴压缩试验固结不排水剪的应力路径三轴压缩试验固结不排水剪的应力路径A pqKf 线Kf线 B B uf 45超固结土C D D uf 45第58页，本讲稿共70页 直剪试验的应力路径直剪试验的应力路径应力路径先是一条水平

38、线应力路径先是一条水平线(=O=O，与横轴重合，与横轴重合)，到达到达 A A 点后变为竖直线，点后变为竖直线，至抗剪强度线至抗剪强度线 B B 点终止。点终止。0ABf=c+tan=c+tan第59页，本讲稿共70页 建筑物地基中的应力路径建筑物地基中的应力路径 z xzK0z 0 a z bc 建筑物荷载缓慢施加并允许土中孔隙水压力充分消散，则应力路径将是建筑物荷载缓慢施加并允许土中孔隙水压力充分消散，则应力路径将是acac线；线；若建筑物快速施工，土中孔隙水来不及排出而有一增量若建筑物快速施工，土中孔隙水来不及排出而有一增量u u，则有，则有效应力路径为效应力路径为abab线线当建筑物完

39、工后，地基土将在当建筑物完工后，地基土将在p p作用下继续排水固结，应力路径是一作用下继续排水固结，应力路径是一条水平线条水平线bcbc。第60页，本讲稿共70页 土坝及路堤分级加荷施工时地基中的应力路径土坝及路堤分级加荷施工时地基中的应力路径K0z 0 a z bc ff设地基土是正常固结的，设地基土是正常固结的，路堤填土施工是分级堆路堤填土施工是分级堆填的；填的；分次加荷并使地基土体得分次加荷并使地基土体得以有效地排水固结，从而以有效地排水固结，从而提高了抗剪强度；提高了抗剪强度；应力路径的不同应力路径的不同(反映反映加荷方式的不同加荷方式的不同)，强，强度不是一个单一的确定度不是一个单一

40、的确定值。值。第61页，本讲稿共70页 应力路径方法对强度、变形的意义应力路径方法对强度、变形的意义 应力路径分析的目的应力路径分析的目的:研究土在受载过程中变形与强度变化的研究土在受载过程中变形与强度变化的规律。从而判断土的初始状态，土的类别，排水条件等因素对土规律。从而判断土的初始状态，土的类别，排水条件等因素对土的抗剪强度的影响。的抗剪强度的影响。对各向异性土体，不同的应力路径试验对强度值会产生很大差别；对各向异性土体，不同的应力路径试验对强度值会产生很大差别；天然土层大多为非均质和各向异性，因此应力路径的影响需引起注意。天然土层大多为非均质和各向异性，因此应力路径的影响需引起注意。第6

41、2页，本讲稿共70页7.7 7.7 无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度砂土的抗剪强度受密度、颗粒形状、表面粗糙度砂土的抗剪强度受密度、颗粒形状、表面粗糙度和级配的影响。对于一般砂土来讲，影响抗剪强和级配的影响。对于一般砂土来讲，影响抗剪强度的主要因素是其初始孔隙比度的主要因素是其初始孔隙比 e0（或初始干密度（或初始干密度d0）；）；初始孔隙比越小，抗剪强度越高；初始孔隙比越小，抗剪强度越高；同一种砂土在相同的孔隙比下饱和时的内摩擦角同一种砂土在相同的孔隙比下饱和时的内摩擦角比干燥时小。比干燥时小。第63页，本讲稿共70页 砂性土的剪切性状砂性土的剪切性状第64页，本讲稿共70页 砂土的应力

42、砂土的应力-应变应变-体积变形体积变形松砂受剪时，颗粒滚落到松砂受剪时，颗粒滚落到平衡位置，排列更紧密些，平衡位置，排列更紧密些，所以体积缩小，把这种因所以体积缩小，把这种因剪切而体积缩小的现象称剪切而体积缩小的现象称为为剪缩性剪缩性。松 砂紧砂受剪时，颗粒必须升高以紧砂受剪时，颗粒必须升高以离开它们原来的位置而彼此才离开它们原来的位置而彼此才能滑过，从而导致体积膨胀，能滑过，从而导致体积膨胀，把这种因剪切而体积膨胀的现把这种因剪切而体积膨胀的现象称为象称为剪胀性剪胀性。紧 砂第65页，本讲稿共70页 砂土的应力砂土的应力-应变应变-体积变形体积变形紧砂的强度达到一定值后，随着轴向紧砂的强度达

43、到一定值后，随着轴向应变的继续增加，强度反而减小，最应变的继续增加，强度反而减小，最后呈应变软化型后呈应变软化型随着轴向应变的增加，松砂的强度逐随着轴向应变的增加，松砂的强度逐渐增加，曲线应变硬化渐增加，曲线应变硬化体积开始时稍有减小，继而增加，超体积开始时稍有减小，继而增加，超过它的初始体积过它的初始体积体积逐渐减小体积逐渐减小类似于超固结土类似于超固结土类似于正常固结土类似于正常固结土第66页，本讲稿共70页 砂土的应力砂土的应力-应变应变-体积变形体积变形砂土在低周围压力下由于初始砂土在低周围压力下由于初始孔隙比的不同，剪破时的体积孔隙比的不同，剪破时的体积可能小于初始体积，也可能大可能

44、小于初始体积，也可能大于初始体积，则可以想象，砂于初始体积，则可以想象，砂土在某一初始孔隙比下受剪，土在某一初始孔隙比下受剪，它剪破时的体积将等于其初始它剪破时的体积将等于其初始体积，这一初始孔隙比称为体积，这一初始孔隙比称为临临界孔隙比界孔隙比ecr。砂土的临界砂土的临界孔隙比将随孔隙比将随周围压力的周围压力的增加而减小增加而减小eecr松砂松砂密砂密砂第67页，本讲稿共70页 砂土的残余强度砂土的残余强度第68页，本讲稿共70页 砂土的液化砂土的液化 液化液化液化液化：任何物质转化为液体的行为或过程：任何物质转化为液体的行为或过程砂土液化：砂土在突发的动荷载作用下，不能在短时间排水固结，为抵抗剪砂土液化：砂土在突发的动荷载作用下，不能在短时间排水固结，为抵抗剪力引起的体积缩小的趋势，将产生很大的孔隙水压力，从而导致土体的抗剪力引起的体积缩小的趋势，将产生很大的孔隙水压力，从而导致土体的抗剪能力完全丧失的现象。能力完全丧失的现象。第69页，本讲稿共70页本章要点土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论土中一点的极限平衡状态及极限平衡条件土中一点的极限平衡状态及极限平衡条件土的抗剪强度试验方法及原理土的抗剪强度试验方法及原理饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度第70页，本讲稿共70页