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1、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第1页/共134页5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标5.5 5.5 动强度与砂土的振动液化动强度与砂土的振动液化 5 土的抗剪强度第2页/共134页一、土的强度特点一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型三、土的强度的机理三、土的强度的机理四、摩尔四、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论第3页/共13
2、4页一、土的强度特点：一、土的强度特点：1.1.碎散性：碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用间相互作用主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；间粘聚力与摩擦力；2.2.三相体系：三相体系：三相承受与传递荷载三相承受与传递荷载有效应力原理；有效应力原理；3.3.自然变异性：自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。土的强度的结构性与复杂性。5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论第4页/共134页大阪的港口码头档土墙由于液化前倾 5 土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型1.挡土结构物的破坏5.1 土体破
3、坏与土的强度理论第5页/共134页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5.1 土体破坏与土的强度理论使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。第6页/共134页挡土墙滑裂面基坑支护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5.1 土体破坏与土的强度理论第7页/共134页平移滑动2.各种类型的滑坡 5 土的抗剪强度崩塌旋转滑动流滑二、工程中土体的破坏类型5.1 土体破坏与土的强度理论第8页/共134页19941994年年4 4月月3030日日崩塌体积崩塌体积400400万方万方1010万方进入乌江万方进入乌江死死4 4
4、人，伤人，伤5 5人，失踪人，失踪1212人人击沉拖轮、驳轮各一艘，击沉拖轮、驳轮各一艘，渔船渔船2 2只只19941994年年7 7月月2-32-3日降雨引起日降雨引起再次滑坡再次滑坡崩塌体巨大石块滚入江内，崩塌体巨大石块滚入江内，无法通航无法通航滑坡体崩入乌江近百万方；滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米。江水位差数米。乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌塌 5 土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型5.1 土体破坏与土的强度理论第9页/共134页龙观嘴黄崖沟乌江2000年西藏易贡巨型滑坡 5 土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型5.
5、1 土体破坏与土的强度理论第10页/共134页高程（m）滑距（m）553022004000扎 木 弄 沟滑坡堆积体08000400020006000立面示意图坡高 3330 m堆积体宽 约2500m总方量 约3亿方 5 土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型5.1 土体破坏与土的强度理论2000年西藏易贡巨型滑坡第11页/共134页易贡滑坡堰塞湖滑 坡 堆 积 区扎木弄沟2264m2210m2165m2340m平面示意图5520m滑坡堆积体 5 土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型5.1 土体破坏与土的强度理论2000年西藏易贡巨型滑坡第12页/共134页天然
6、坝 坝高290 m滑坡堰塞湖 库容15亿方湖水每天上涨50cm?5 土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型5.1 土体破坏与土的强度理论2000年西藏易贡巨型滑坡第13页/共134页边坡滑裂面 5 土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型5.1 土体破坏与土的强度理论第14页/共134页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5.1 土体破坏与土的强度理论第15页/共134页日本新泻1964年地震引起大面积液化3.地基的破坏 5 土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型5.1 土体破坏与土的强度理论第16页/共134页地基p滑
7、裂面3.地基的破坏 5 土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型5.1 土体破坏与土的强度理论第17页/共134页p土压力p边坡稳定p地基承载力p挡土结构物破坏p各种类型的滑坡p地基的破坏核心 5 土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型5.1 土体破坏与土的强度理论第18页/共134页一、土的强度特点一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型三、土的强度的机理三、土的强度的机理四、摩尔四、摩尔-库仑强度理论库仑强度理论 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论第19页/共134页三、土的强度的机理 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论p直剪试验n库仑（1776）
8、n试验原理施加 （=P/A），S量测 （=T/A）上盒下盒PST=100KPaSA第20页/共134页p直剪试验n库仑（1776）n试验原理n试验结果 =100KPaS=200KPa=300KPa三、土的强度的机理 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论PSTA第21页/共134页Occ 粘聚力 内摩擦角 =100KPaS=200KPa=300KPap直剪试验n库仑（1776）n试验原理n试验结果 三、土的强度的机理 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论库仑公式：f：土的抗剪强度tg：摩擦强度-正比于压力c：粘聚强度-与所受压力无关第22页/共134页NT=NT滑动摩擦三、土
9、的强度的机理 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论1.摩擦强度 tg（1）滑动摩擦第23页/共134页（2）咬合摩擦引起的剪胀滑动摩擦咬合摩擦引起的剪胀三、土的强度的机理 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论1.摩擦强度 tg第24页/共134页（3）颗粒的破碎与重排列滑动摩擦NT颗粒破碎与重排列三、土的强度的机理 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论1.摩擦强度 tg咬合摩擦引起的剪胀第25页/共134页密度（密度（e,粒径级配（粒径级配（Cu,Cc）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
10、（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：对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角 对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角 影响土的摩擦强度的主要因素：三、土的强度的机理 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论1.摩擦强度 tg第26页/共134页p粘聚强度机理n静电引力（库仑力）n范德华力n颗粒间胶结n假粘聚力（毛细力等）p粘聚强度影响因素n地质历史n粘土颗粒矿物成分n密度n离子价与离子浓度-+三、土的强度的机理 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论2.凝聚
11、强度第27页/共134页 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论1.库仑公式2.应力状态与摩尔圆3.极限平衡应力状态4.摩尔-库仑强度理论5.破坏判断方法6.滑裂面的位置第28页/共134页PSTAc 粘聚力 内摩擦角 f：土的抗剪强度tg：摩擦强度-正比于压力c：粘聚强度-与所受压力无关 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论四、摩尔-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1.库仑公式第29页/共134页=三维应力状态 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论2.应力莫尔圆二维应力状态第30页/共13
12、4页Oz+zx-xzx213rR+-1 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论2.应力莫尔圆大主应力：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：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力与第31页/共134页3.极限平衡应力状态 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论极限平衡应力状态：有一对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园的公切线。f第32页/共134页3.极限平衡应力状态 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论f强度包线以内：下任
13、何一个面上的一对应力与 都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：有一个面上的应力达到破坏；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。第33页/共134页4.莫尔库仑强度理论（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+tg（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5.1 土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论第34页/共134页4.莫尔库仑强度理论 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论莫尔-库
14、仑强度理论表达式极限平衡条件1f3Oc第35页/共134页4.莫尔库仑强度理论 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件1f3Oc第36页/共134页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1f11f 破坏状态Oc1f3115.破坏判断方法 5 土的抗剪强度5.1 土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论判别对象：土体微小单元（一点）3=常数：第37页/共134页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计算3f比较3与3f33f 弹性平衡状态3=3f 极限平衡状态3 不可能状态=极限平衡
15、状态 c a第62页/共134页0qp用若干点的最小二乘法确定a 和 然后计算强度指标c和a确定强度指标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第63页/共134页p总应力与有效应力状态n有效应力原理n典型三轴试验n孔隙水压力计算O（13)u1331固结不排水三轴试验5.3 应力路径与破坏主应力线 5 土的抗剪强度三、总应力路径与有效应力路径第64页/共134页p总应力与有效应力路径n关系O（13)u13315.3 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第65页/共134页p总应力与有效应力路径n关系n三轴试验总应力路径n三轴固结
16、不排水试验有效应力路径A=const松砂或正常固结粘土（A1/3）密砂或超固结粘土 （A1/3剪切过程中发生剪胀：A1/3(甚至可能A0，u 0(2)正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线ffcu2.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 抗剪强度指标第89页/共134页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fcuu02.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 抗剪强度指标第90页/共134页(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
17、量测u计算=u=确定的强度指标ccu cuc5.4 抗剪强度指标第91页/共134页固结不排水试验小结剪切过程中的超静孔隙水压力u正常固结粘土的应力应变关系曲线:硬化正常固结粘土的有效应力与总应力的强度包线:cu 超固结粘土的应力应变关系曲线:软化超固结粘土的固结不排水强度指标:c ccu,cu固结不排水三轴试验确定的强度指标:ccu,cu;c,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 抗剪强度指标第92页/共134页剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained1.固结排水试验（CD）2.固结不排水试验（CU）固结Consolidated不排
18、水Undrained不固结Unconsolidated不排水Undrained三种试验3.不固结不排水试验（UU）5 土的抗剪强度二.三轴试验强度指标5.4 抗剪强度指标第93页/共134页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强度指标：cuu(cu)，uu(u)(1)试验条件(2)粘土的孔隙比有效应力抗剪强度唯一性关系(3)饱和试样的不排水强度指标cu(4)不排水试验与固结不排水试验(5)无侧限压缩试验：3=0的不排水试验(6)不饱和试样的不排水强度5.4 抗剪强度指标第94页/共134页(1)试验条件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
19、-）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试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽量测孔隙水压力5.4 抗剪强度指标第95页/共134页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(2)粘土的孔隙比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ef pf-qf 唯一性关系ef f-f 唯一性关系(p)(q)Kf线f线唯一的ef应力历史同一种正常固结粘土土的状态(,e)应力状态应力历史相同时也满足唯一性关系研究表明超固结粘土:5.4
20、抗剪强度指标第96页/共134页u=0,cu,并且有效应力摩尔圆是唯一的思考题：可否由不排水试验确定有效应力强度指标？(3)饱和试样的不排水强度指标cuu=B+A()B=13.不固结不排水试验 5 土的抗剪强度二.三轴试验强度指标5.4 抗剪强度指标第97页/共134页cu p1cu1p2cu2p3cu3(4)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上的每一点对应于一个具有相同先期固结压力的不排水强度指标5.4 抗剪强度指标第98页/共134页cu=qu/2cuqu=(5)无侧限压缩试验：3=0的不排水试验3.不固
21、结不排水试验 5 土的抗剪强度二.三轴试验强度指标5.4 抗剪强度指标第99页/共134页(6)(6)不饱和试样的不排水强不饱和试样的不排水强度度不饱和区饱和区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5.4 抗剪强度指标第100页/共134页不固结不排水试验小结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饱和试样的不排水强度指标:u=0,cu饱和试样的固结不排水试验与不排水强度指标:有关联无侧限压缩试验：3=0,是一种特殊的不排水试验不饱和试样的不排水强度指标:随3增加而增加并趋于稳定5.4 抗剪强度指标第101页/共134页 一.总应力指标与有效应力指标 二.
22、三轴试验强度指标 三.直剪试验强度指标l 四.土的强度指标的工程应用 5 土的抗剪强度5.4 抗剪强度指标第102页/共134页 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5.4 抗剪强度指标第103页/共134页强度指标l 对于砂土，三种试验结果都接近于c l 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
23、:cq）ccqccu cqcu 快剪(Quickly:q):对于 k10-7 cm/s 粘土 cqcu qu 5 土的抗剪强度三.直剪试验强度指标5.4 抗剪强度指标第104页/共134页 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5.4 抗剪强度指标第105页/共134页四.土的强度指标的工程应用 5 土的抗剪强度u 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？u 峰值强度指标还是残余强度指标？5.4 抗剪强度指标第106页/共134页 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与总应
24、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，5.4 抗剪强度指标第107页/共134页四.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 总应力指标：三轴固结不排水、不排水;直剪固结快剪、快剪5.4 抗剪强度指标第108页/共134页四.土的强度指标的工程应用 5 土的抗剪强度峰值强度指标与残余强度指标u 峰值强度 一般问题u 残余强度 古旧滑坡 断层夹泥 大变形问题5.4 抗剪强度指标第109页/共134页粘土地基上分层慢速施工的填
25、方稳定渗流期的土坝天然粘土坡或在粘土中的开挖固结排水强度指标的应用实例ccd cd第110页/共134页几种固结不排水强度指标的应用实例 ccu cu在1层土固结后，施工2层库水位从1骤降到2在天然土坡上快速填方第111页/共134页几种不排水强度指标cu 在工程中的应用软土地基上快速施工的填方土坝快速施工，心墙未固结粘土地基上快速施工的建筑物第112页/共134页作业:5-45-9第113页/共134页一、周期荷载下饱和砂土的动强度二、饱和松砂的振动液化 5 土的抗剪强度5.5土的动强度与砂土的振动液化第114页/共134页饱和松砂：dkPa随着循环次数的增加，孔隙水压力接近等于初始围压，有
26、效应力等于0轴向应变突然加大，土样破坏。初始围压应力循环次数N应力循环次数N轴向应变孔隙水压力 5 土的抗剪强度5.5土的动强度与砂土的振动液化一、周期荷载下饱和砂土的动强度第115页/共134页周期荷载下饱和砂土的孔压积累与动强度动应力d应力循环次数 logNu周期荷载下饱和砂土强度用途与循环次数关系N 5 土的抗剪强度5.5土的动强度与砂土的振动液化一、周期荷载下饱和砂土的动强度第116页/共134页饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高在瞬间砂土呈液态时间T孔压 U 5 土的抗剪强度5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化1.液化现象第117页/共134页第118页/共134页日
27、本阪神地震引起的路面塌陷第119页/共134页由于液化引起的河道破坏日本神户第120页/共134页阪神地震中新干线的倾覆第121页/共134页地基液化引起的储油罐倾斜日本神户第122页/共134页日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面第123页/共134页桩基础（房屋基础露出地面）第124页/共134页桥台基础（地震液化后突出地面）第125页/共134页（1）初始的疏松状态（2）振动以后处于悬浮状态 孔压升高（液化）（3 3）振后处于密实状态）振后处于密实状态 5 土的抗剪强度5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化2.液化机理第126页/共134页振前砂土结构振中颗粒悬浮，有效
28、应力为零振后砂土变密实 5 土的抗剪强度5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化2.液化机理第127页/共134页 5 土的抗剪强度5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化2.液化机理第128页/共134页砾类土：粒径大于5mm60%大粒径颗粒处于悬浮状态，细颗粒的液化导致整体液化。5 土的抗剪强度5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化2.液化机理第130页/共134页在饱和砂土中，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。5 土的抗剪强度5.5土的动
29、强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化3.液化定义第131页/共134页4.1 饱和度4.2 组成粉细砂：d50=0.07mm-1.0mm砾类土：粒径大于5mm60%粉土：Ip=（3-10）Il=0.75-1.04.3 状态：相对密度Dr50%4.4 结构4.5 其他：排水条件、应力状态及历史、地震特性.5 土的抗剪强度5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化4.砂土液化的影响因素第132页/共134页5.砂土液化的工程防治加固地基土：换土、加密围封加固建筑物深基础与桩基础 5 土的抗剪强度5.5土的动强度与砂土的振动液化第133页/共134页感谢您的观看！第134页/共134页