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1、岩土力学课件第五章土的抗剪强度2023/1/6岩土力学第1页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学滑动面滑动面滑前边坡滑前边坡原地面原地面滑动面滑动面图图5-15-1土坡滑动土坡滑动图图5-25-2地基失稳地基失稳第2页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学二、工程中常见的强度问题二、工程中常见的强度问题二、工程中常见的强度问题二、工程中常见的强度问题（1 1）土作为土工结构物的稳定性问题）土作为土工结构物的稳定性问题如人工筑成的路堤，土坝的边坡以及天然土坡等的稳定性问题。如人工筑成的路堤，土坝的边坡以及天然土坡等的稳定性问题。（2 2）土作为工程结
2、构的环境的问题）土作为工程结构的环境的问题 即即土土压压力力问问题题。这这和和边边坡坡稳稳定定问问题题有有直直接接联联系系，若若边边坡坡较较陡陡不不能能保保持持稳稳定定，又又由由于于场场地地或或其其他他条条件件限限制制而而不不允允许许采采用用平平缓缓边边坡坡时时，就就可可以以修修筑筑挡挡土墙来保持力的平衡。这类工程问题如挡土墙、桥台、地下隧道等。土墙来保持力的平衡。这类工程问题如挡土墙、桥台、地下隧道等。（3 3）土作为建筑物的地基问题，即地基承载力的问题。）土作为建筑物的地基问题，即地基承载力的问题。三、土的抗剪强度测试方法三、土的抗剪强度测试方法三、土的抗剪强度测试方法三、土的抗剪强度测试
3、方法室内试验：室内试验：应力状态被改变，取土过程受到干扰应力状态被改变，取土过程受到干扰原位测试：原位测试：精度不高精度不高第3页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学2土的抗剪强度和破坏理论屈服或塑流：软土屈服或塑流：软土材料破坏形式材料破坏形式断裂：岩石，硬粘土断裂：岩石，硬粘土一、土的屈服与破坏一、土的屈服与破坏一、土的屈服与破坏一、土的屈服与破坏1 1理想弹、塑性材料的应力理想弹、塑性材料的应力-应变关系应变关系应力应力-应变成直线关系应变成直线关系 变形是完全弹性的应力变形是完全弹性的应力-应变关系是应变关系是唯一的，与应力路径和应力历史无关唯一的，与应力路径和
4、应力历史无关称屈服应力或破坏应力称屈服应力或破坏应力 abba123应变硬化应变软化弹性阶段1图5-3第4页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学2 2土的应力土的应力-应变关系应变关系（1 1）正常固结（松砂），）正常固结（松砂），图5-3曲线（曲线（3 3）加工硬化加工硬化,屈服点至屈服点至b b点点,无峰值无峰值（2 2）超固结（密松），）超固结（密松），图5-3曲线（曲线（2 2）加工软化，出现峰值加工软化，出现峰值3 3实际计算时土的弹塑性问题实际计算时土的弹塑性问题（1 1）按线弹性体）按线弹性体（2 2）按理想塑性材料）按理想塑性材料二、莫尔二、莫尔二、莫尔
5、二、莫尔库伦破坏理论库伦破坏理论库伦破坏理论库伦破坏理论（一）土的破坏理论（一）土的破坏理论1 1广义特莱斯卡理论广义特莱斯卡理论1-313=300kpa3=200kpa3=100kpa图5-4土的应力应力-应变关系应变关系第5页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学2广义密色斯理论式中E材料的弹性模量材料的泊松比畸变能的极限值，3莫尔库伦理论图5-5固定剪切面的剪切试验第6页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学（1）库伦公式基本形式（总应力抗剪强度公式）式中剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度破坏面上的法向应力土的粘聚力，对于无粘性土，土的内摩擦
6、角*称为抗剪强度指标，同一种土，它们与试验方法有关（2）有效应力抗剪强度公式式中剪切破坏面上的有效法向应力u土中的超静孔隙水压力土的有效粘聚力土的有效内摩擦角，土的有效抗剪强度指标，对于同一种土，其值理论上与试验方法无关，应接近于常数。第7页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学4 4莫尔抗剪强度公式莫尔抗剪强度公式当应力变化范围不很大时可用当应力变化范围不很大时可用库伦直线代替莫尔破坏包线库伦直线代替莫尔破坏包线（二）莫尔（二）莫尔库伦破坏准则库伦破坏准则极限平衡条件极限平衡条件1 1土体中剪切破坏面位置的确定土体中剪切破坏面位置的确定（1 1）在地面荷载）在地面荷载p
7、 p作用下，土中作用下，土中某点某点MM的应力状态应力圆在强度的应力状态应力圆在强度包线下面，该点应力条件处于弹包线下面，该点应力条件处于弹性状态应力圆正好与强度相切，性状态应力圆正好与强度相切，该点处于极限平衡状态该点处于极限平衡状态.A.C.BMp第8页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学O O450+/2450+/2 1f1f（2 2）破裂面位置与最大主平面成）破裂面位置与最大主平面成2 2极限平衡条件推导极限平衡条件推导由由(5-7)(5-7)整理后：整理后：3 3 1f1f c c图图5-75-7土的破裂面确定土的破裂面确定第9页，共50页，编辑于2022年，
8、星期六2023/1/6岩土力学又因又因故得故得（5-75-7）又因又因得：得：故公式（故公式（5-75-7）可写为：可写为：第10页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学若，即对洁净的砂土，则有当时，归纳莫尔归纳莫尔库伦破坏理论，可表达为如下三个要点：库伦破坏理论，可表达为如下三个要点：1 1破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。可表达为：可表达为：2 2当当法法向向应应力力不不很很大大时时，抗抗剪剪强强度度可可简简化化为为法法向向应应力力的的线线性性函函数数，即表示为库伦公式即表示为库伦公式第11页，共50页，编辑于2022
9、年，星期六2023/1/6岩土力学3 3土土单单元元体体中中，任任何何一一个个面面上上的的剪剪应应力力大大于于该该面面上上土土的的抗抗剪剪强强度度，土土单单元元体体即即发发生生破破坏坏，用用破破坏坏准准则则表表示示即即为为式式（5-75-7）至至式式（5-105-10）的极限平衡条件的极限平衡条件（三）极限平衡条件的应用（三）极限平衡条件的应用达到极限平衡所要求的内磨擦角达到极限平衡所要求的内磨擦角单元体已破坏单元体已破坏单元体处于弹性平衡状态单元体处于弹性平衡状态单元体处于塑性平衡状态单元体处于塑性平衡状态 达极限平衡所要求的大主应力达极限平衡所要求的大主应力土体已破坏，反之，处于弹性平衡状
10、态土体已破坏，反之，处于弹性平衡状态第12页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学3土的抗剪强度试验方法一、三轴剪切试验一、三轴剪切试验一、三轴剪切试验一、三轴剪切试验（一）常规三轴剪切试验方法（一）常规三轴剪切试验方法（1 1）排水剪：图及试验结果见第四章第二节）排水剪：图及试验结果见第四章第二节（2 2）不排水剪：）不排水剪：详细讨论见第五节详细讨论见第五节图图5-115-11不排水剪切的应力不排水剪切的应力-应变应变-孔压关系曲线孔压关系曲线密实中密轴向应变轴向应变 1 1(%)(%)u密实中密松0松轴向应变轴向应变 1 1(%)(%)-1000-50050100第
11、13页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学（二）破坏包线和抗剪强度指标1 1从应力从应力-应变关系曲线寻找破坏时应变关系曲线寻找破坏时的偏差应力的偏差应力的方法有三种的方法有三种（1 1）取曲线的最大偏差应力值）取曲线的最大偏差应力值当需要用土的残余强度时取当需要用土的残余强度时取试验曲线的终值试验曲线的终值作作（2 2）以最大有效主应力比）以最大有效主应力比处的偏差应力值作为处的偏差应力值作为（3 3）取规定的轴向应变值）取规定的轴向应变值 所相应的偏差应力作为所相应的偏差应力作为值值2 2包络线的作法包络线的作法由可作出包络线l第14页，共50页，编辑于2022年，
12、星期六2023/1/6岩土力学（三）三轴试验中的应力路径和破坏主应力线（三）三轴试验中的应力路径和破坏主应力线1 1三轴排水三轴排水所以所以应力路径：直线p=q*破坏主应力线，破坏点的连线图图5-135-13排水剪切应力路径排水剪切应力路径apKfq450第15页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学2 2三轴不排水试验三轴不排水试验a.a.总应力（不考虑总应力（不考虑）增加增加，有有b.b.有效应力路径有效应力路径增加增加其中其中，所以所以u u不是常量。不是常量。450apKfq=(1-3)/2P=(1+3)/2P/=(1/+3/)/2图图5-145-14不排水剪切应
13、力路径不排水剪切应力路径Kf/第16页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学 c c 3 3 1 1 O OO O/p pq q a a f f线线K Kf f线线R R3 3）破坏包线与破坏主应力线关系）破坏包线与破坏主应力线关系故故又又故故图5-15破坏包线与破坏主应力线破坏包线与破坏主应力线第17页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学（四）（四）三轴试验的发展三轴试验的发展令令第18页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学二、直剪试验（一）试验设备和试验方法一）试验设备和试验方法设备：应变控制式直接剪切仪设备：应变控制式
14、直接剪切仪取破坏时的正应力和剪应力值作出取破坏时的正应力和剪应力值作出曲线曲线取值：取值：取剪应力取剪应力剪变形曲线峰值为剪变形曲线峰值为取值：取值：曲线之终值曲线之终值第19页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学（二）优缺点及新发展优点：（1）固结快，试验历时短（2）无侧向膨胀曲竖向变形直接算出缺点：（1）剪切面上剪应力分布不均匀，中间小边缘大（2）不能控制排水条件，无法测出孔隙水压力（3）剪切面上土的性值不能代表其他部位土深基坑不能做直剪试验，应作三轴试验发展方向：单剪仪第20页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学（三）无侧限压缩试验根据土的
15、极限平衡条件根据土的极限平衡条件IfThen应用：应用：11代替三轴试验（当代替三轴试验（当）22可用来求土的灵敏度可用来求土的灵敏度 缺点：缺点：11太软土（流塑）不可太软土（流塑）不可22试验快试验快,水来不及排除水来不及排除第21页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学四、十字板剪切试验原位试验（一）土的原位测试技术的（一）土的原位测试技术的优点优点1 1可在现场进行，避免取样可在现场进行，避免取样2 2涉及的土体积比室内试验样品大很多涉及的土体积比室内试验样品大很多3 3可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标4
16、 4具有快速经济的优点具有快速经济的优点土的原位测试技术的土的原位测试技术的缺点缺点1 1难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件2 2测试数据和土的工程性质的关系建立在统计经验关系上测试数据和土的工程性质的关系建立在统计经验关系上3 3测试设备进入土层对土层也有一定扰动测试设备进入土层对土层也有一定扰动4 4试试验验应应力力路路径径无无法法很很好好控控制制，试试验验时时的的主主应应力力方方向向与与实实际际 工程往往不一致工程往往不一致5 5应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结第22页，共5
17、0页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学（二）十字板剪切试验适用范围（二）十字板剪切试验适用范围测定正常固结饱和软粘土测定正常固结饱和软粘土的不排水抗剪强度的不排水抗剪强度和灵敏度和灵敏度（三）测试原理：（三）测试原理：其中：假其中：假（各向同性）（各向同性）柱体的上、下面的抗剪强度对柱体的上、下面的抗剪强度对圆心所产生的抗扭力矩圆心所产生的抗扭力矩圆柱面上的剪应力对圆心所产圆柱面上的剪应力对圆心所产生的抗扭力矩生的抗扭力矩1 1影响测试精度的主要因素影响测试精度的主要因素（1 1）旋转速率）旋转速率（2 2）土的各向异性）土的各向异性（3 3）十字板头规格）十字板头规格图5-2
18、3第23页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学（4 4）排水条件）排水条件（5 5）轴杆与孔壁摩擦）轴杆与孔壁摩擦2 2成果分析应用成果分析应用（1 1）计算软粘土的不排水抗剪强度峰值，残余峰和灵敏度）计算软粘土的不排水抗剪强度峰值，残余峰和灵敏度（2 2）绘制）绘制随深度变化曲线随深度变化曲线（3 3）土的长期强度仅为峰值强度的）土的长期强度仅为峰值强度的6070%6070%，应修正，应修正（4 4）十字板不排水抗剪强度的应用）十字板不排水抗剪强度的应用a.a.计算地基承载力计算地基承载力b.b.预估单桩承载力预估单桩承载力c.c.求软粘土灵敏度求软粘土灵敏度d.d.
19、软土地区堤坝的临界高度软土地区堤坝的临界高度e.e.地基抗滑稳定分析地基抗滑稳定分析f.f.估计土的液性指数估计土的液性指数g.g.检验地基加固效果检验地基加固效果h.h.根据根据变化曲线关系，判定软土固结历史变化曲线关系，判定软土固结历史第24页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学4土的抗剪强度机理和影响因素一、摩擦强度一、摩擦强度一般由两部分组成：一般由两部分组成：一是颗粒之间滑动时产生的滑动摩擦，一是颗粒之间滑动时产生的滑动摩擦，一是颗粒之间脱离咬合状态而移动所产生的咬合摩擦。一是颗粒之间脱离咬合状态而移动所产生的咬合摩擦。滑动摩擦与颗粒形状、矿物组成、级配有关滑
20、动摩擦与颗粒形状、矿物组成、级配有关咬合摩擦与土的密度、磨圆度有关咬合摩擦与土的密度、磨圆度有关影响（粗粒土）的因素：影响（粗粒土）的因素：（1 1）密度）密度（2 2）粒经级配）粒经级配（3 3）颗粒形状）颗粒形状（4 4）矿物成分）矿物成分第25页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学二、粘聚强度二、粘聚强度 细粒土的粘聚力取决于土粒间的细粒土的粘聚力取决于土粒间的各种物理化学作用力，包括库伦力各种物理化学作用力，包括库伦力（静电力）、范得华力、胶结作用（静电力）、范得华力、胶结作用力等。对粘聚力的微观研究是一个很力等。对粘聚力的微观研究是一个很复杂的问题，目前还存在
21、着各种不同复杂的问题，目前还存在着各种不同的见解。的见解。三、摩擦强度和粘聚强度的内在联系三、摩擦强度和粘聚强度的内在联系 接触点面积：接触点面积：Ai=Ni/y式中式中 y材料的屈服强度材料的屈服强度又又 f f=s=sAi 所以所以其中其中f f可看成摩擦系数，可看成摩擦系数，f=tgf=tg 隙隙空空空空隙隙PPNiAi(a)(b)图图5-305-30土颗粒的微观接触土颗粒的微观接触(a)(a)荷载教小时荷载教小时(b)(b)荷载增加，接触点屈服荷载增加，接触点屈服第26页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学结论结论土的抗剪强度虽然形式上区分为摩擦强度和粘聚强度，
22、土的抗剪强度虽然形式上区分为摩擦强度和粘聚强度，而其物理实质则难以截然区分；而其物理实质则难以截然区分；c=0,c=0,并非无摩擦强度，而是并非无摩擦强度，而是隐含在隐含在c c中；中；=0=0，并非无粘聚强度，而是隐含于，并非无粘聚强度，而是隐含于 中。中。学习中，既要看到摩擦强度和粘聚强度间有区别的一面又要看到学习中，既要看到摩擦强度和粘聚强度间有区别的一面又要看到它们之间有相同的一面。它们之间有相同的一面。第27页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学四四、密密度度对对抗抗剪剪强强度度的的影影响响密密度度有有效效应应力力抗抗剪剪强强度度的的唯唯一性关系一性关系影响抗
23、剪强度最主要的因素：影响抗剪强度最主要的因素：土的组成土的组成土的密度土的密度土的结构及所受应力状态土的结构及所受应力状态证明土的密度证明土的密度有效应力有效应力抗剪强度唯一性关系抗剪强度唯一性关系（a a）排水试验：密度增大）排水试验：密度增大,(b)(b)固结不排水试验固结不排水试验 不变不变第28页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学剪切至破坏剪切至破坏试样试样1 11（排水）（排水）试验试验1 1（排水试验）（排水试验）固结固结2孔隙水压力孔隙水压力u u试样试样2 2剪切至破坏剪切至破坏（不排水）（不排水）固结固结试验试验2 2（固界不排水试验）固界不排水试验
24、）45012图5-31唯一性试验验证第29页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学实验结论：实验结论：（1 1）正常固结土，）正常固结土，唯一性关系不受加载路径影响唯一性关系不受加载路径影响（2 2）对于超固结土，只要应力历史相同，）对于超固结土，只要应力历史相同，唯一性的原则仍可唯一性的原则仍可适用。适用。因此，应力历史相同的土，密度愈高，抗剪强度愈大，有效应力因此，应力历史相同的土，密度愈高，抗剪强度愈大，有效应力愈高，抗剪强度也愈大。愈高，抗剪强度也愈大。第30页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学5土在剪切中的性状和各类抗剪强度指标土的特点
25、：土的特点：同同一一种种土土，用用同同一一台台仪仪器器做做试试验验，如如果果采采用用的的试试验验方方法法，特特别别是是排排水水条条件不一样，测得的结果往往差别很大，有时甚至相当悬殊。件不一样，测得的结果往往差别很大，有时甚至相当悬殊。一、土在排水和不排水条件下的剪切状态一、土在排水和不排水条件下的剪切状态土土与与弹弹性性材材相相比比，有有一一个个重重要要的的特特征征：即即受受剪剪切切时时不不仅仅产产生生形形状状的的变变化，还要产生体积的变化化，还要产生体积的变化“剪胀性剪胀性”，它包括体积剪胀和剪缩。，它包括体积剪胀和剪缩。对于对于 土体积的变化完全由于孔隙流体（水和气）体积的变化土体积的变化
26、完全由于孔隙流体（水和气）体积的变化非饱和土：非饱和土：变化变化首先表现为气体的体积变化首先表现为气体的体积变化 与土的透气性有关与土的透气性有关饱饱和和土土：变变化化吸吸入入或或挤挤出出水水分分与与渗渗透透系系数数K K有有关关，K K大大，体体积积变化时间短变化时间短第31页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学1 1、排水剪、排水剪密砂：密砂：很小，收缩很小，收缩膨胀膨胀密度降低密度降低承受剪应力能力降低承受剪应力能力降低峰值峰值残余值残余值松砂：松砂：剪缩剪缩密度增大密度增大稳定的应力稳定的应力竖向应变密砂l松砂松砂竖向应变体积应变增大密砂v图图3-33-3三轴试
27、验应力应变曲线三轴试验应力应变曲线第32页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学结论：若两种不同密实状态的砂的组成相同，则剪应变很若两种不同密实状态的砂的组成相同，则剪应变很大时两种砂的密度和残余强度将趋于一致，对应于该大时两种砂的密度和残余强度将趋于一致，对应于该密度的孔隙比，称为临界孔隙比密度的孔隙比，称为临界孔隙比，它表示土处于这，它表示土处于这种密实状态时，受剪切作用只产生剪应变而不产生体种密实状态时，受剪切作用只产生剪应变而不产生体应变。应变。第33页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学细粒土：类似粗料土性状细粒土：类似粗料土性状正正常常
28、固固结结及及轻轻度度超超固固结结土土类类似似于于松松砂砂和和中中密密砂砂重重度度的的超超固结土则类似于密砂。固结土则类似于密砂。2 2不排水剪不排水剪剪切中不让土样排水，控制体积固定不变剪切中不让土样排水，控制体积固定不变机理：机理：土土体体积积有有膨膨胀胀趋趋势势土土产产生生负负值值的的孔孔隙隙水水压压力力作作用用于于骨骨架的有效应力增加，使土体不能膨胀。架的有效应力增加，使土体不能膨胀。土土体体有有收收缩缩的的趋趋势势而而控控制制不不让让其其收收缩缩时时土土产产生生正正的的孔孔隙隙水水压力压力减小作用于骨架上的有效应力减小作用于骨架上的有效应力土体不发生收缩。土体不发生收缩。第34页，共5
29、0页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学结论：密砂产生负值孔隙水压力，增加土的抗剪强度；松砂则产密砂产生负值孔隙水压力，增加土的抗剪强度；松砂则产生正值孔隙水压力，降低土的抗剪强度生正值孔隙水压力，降低土的抗剪强度正常固结土和轻度超固结土，类似于松砂和中密砂正常固结土和轻度超固结土，类似于松砂和中密砂，重度，重度超固结土类似于密砂。超固结土类似于密砂。第35页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学二、总应力抗剪强度指标和有效应力抗剪强度指标砂：总应力：砂：总应力：有效应力：有效应力：式中：式中：总应力内摩擦角总应力内摩擦角有效应力内摩擦角有效应力内摩擦角同同
30、一一个个试试件件，同同一一种种试试验验方方法法测测得得的的强强度度只只有一个，但却有两种表达方式有一个，但却有两种表达方式显然：显然：例：松砂：例：松砂：密砂：密砂：/uf/图图5-325-32 有有效效应应力力破破坏坏包包线线和总应力破坏包线和总应力破坏包线第36页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学结论有有效效应应力力强强度度指指标标与与总总应应力力强强度度指指标标的的差差别别实实质质上上是是反反映映试试件件中中孔孔隙水压力对土的抗剪强度的影响。隙水压力对土的抗剪强度的影响。总应力法：总应力法：用试验方法模拟原位土体的工作条件测用试验方法模拟原位土体的工作条件测。有
31、有效效应应力力法法：确确切切反反映映土土的的抗抗剪剪强强度度的的实实质质，是是今今后后发发展展方方向向。但但孔隙水压力孔隙水压力不易测得。不易测得。说明：理论上，若试件中的孔压比说明：理论上，若试件中的孔压比 （为为滑滑动动面面上上的的正正应应力力）与与原原位位土土体体的的孔孔压压比比相相同同，则则用用总总应应力力法法与与有有效效应应力力法法得得到到的的抗抗剪剪强强度度就就能相互一致能相互一致。第37页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学三、三轴不固结不排水剪切试验（三、三轴不固结不排水剪切试验（UU）和）和直剪快剪试验直剪快剪试验1 1、主要试验过程、主要试验过程土样
32、土样第38页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学cu/uc/uIII图图5-335-33饱和土不固结不排水强度包线饱和土不固结不排水强度包线2 2试验结论试验结论1 1）饱和试件：）饱和试件：不变不变不变不变不变不变 大小取决于先期固结压力大小取决于先期固结压力愈高，愈高，愈小，愈小，愈大。愈大。2 2）饱和土的孔压系数）饱和土的孔压系数B=1B=1。有效应力圆只有一个。有效应力圆只有一个证证明明：设设饱饱和和粘粘土土试试样样在在地地层层中中所所受受的的垂垂直直固固结结压压力力为为 ，则则侧侧向向固结压力为固结压力为（为侧向压力系数）为侧向压力系数）第39页，共50页，
33、编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学应力圆I，相当于时的情况应力圆II，相当于对I试件：其中初始孔隙水压力（1）试样II：有效应力圆只有一个有效应力圆只有一个第40页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学3 3与其它试验关系与其它试验关系无侧限压缩，十字板剪切测得的无侧限压缩，十字板剪切测得的4 4应用应用 不不排排水水强强度度用用于于荷荷载载增增加加所所引引起起的的孔孔隙隙水水压压力力不不消消散散，密密度度保保持持不不变变的的情情况况，如如地地基基的的极极限限承承载载计计算算中中，若若建建筑筑物物的的施施工工速速度度快快，地地基土的粘性大，透水性小，排水条件
34、差时应采用不排水强度。基土的粘性大，透水性小，排水条件差时应采用不排水强度。（二）快剪试验（二）快剪试验与三轴不固结不排水试验方法相对应，在直剪试验中称为快剪试验与三轴不固结不排水试验方法相对应，在直剪试验中称为快剪试验粘性较大的土样，快剪试验与粘性较大的土样，快剪试验与UUUU试验性质基本相同试验性质基本相同低性粘或无粘性土，快剪试验与低性粘或无粘性土，快剪试验与UUUU试验性质差别较大试验性质差别较大第41页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学四、三轴固结排水试验和直剪慢剪试验四、三轴固结排水试验和直剪慢剪试验土样土样2 2试验结论试验结论（1 1）（2 2）试验室
35、土样划分）试验室土样划分注：上述定义与天然土层正常固结、超固结定义有区别注：上述定义与天然土层正常固结、超固结定义有区别第42页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学正常固结土：正常固结土：天然土：天然土：3 3应用应用（1 1）施工速度较慢，地基土的粘）施工速度较慢，地基土的粘性小，透水性大，排水条件良好时应性小，透水性大，排水条件良好时应采用排水强度。采用排水强度。（二）慢剪试验（二）慢剪试验与与三三轴轴排排水水试试验验方方法法相相对对应应，在在直剪试验中为慢剪试验。直剪试验中为慢剪试验。do摩擦强度粘聚强度图图5-355-35正常固结土强度包线正常固结土强度包线cd
36、ob正常固结段正常固结段超固结段超固结段p图图5-365-36天然土天然土f包线包线dceda第43页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学五三轴固结不排水试验和直剪快剪试验五三轴固结不排水试验和直剪快剪试验土样土样（一）三轴固结不排水试验（一）三轴固结不排水试验1 1、试验过程、试验过程2 2试验结论试验结论 将将试试样样在在不不同同的的 下下作作不不排排水剪试验，即可得破坏圆水剪试验，即可得破坏圆ccu2ccu1ccucu图5-38固结不排水强度包线固结不排水强度包线第44页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学正常固结：正常固结：天然土试件：天
37、然土试件：有效应力抗剪指标：有效应力抗剪指标：obcu图5-39正常固结土和天然土的正常固结土和天然土的固结不排水强度包线固结不排水强度包线ccuob正常固结段正常固结段超固结段超固结段（/）ccuc/-u1+u2超固结超固结正常固结正常固结图图5-405-40总应力强度包线和有效应力强度包线总应力强度包线和有效应力强度包线总应力圆总应力圆有效应力圆有效应力圆第45页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学3 3应用应用 工工程程上上如如果果土土体体在在加加载载过过程程中中既既非非完完全全不不排排水水又又非完全排水，而常处于两者之间时常采用。非完全排水，而常处于两者之间时常
38、采用。较前两种方法更为常用。较前两种方法更为常用。（二）固结快剪试验（二）固结快剪试验与与三三轴轴固固结结不不排排水水方方法法相相对对应应，在在直直接接试试验验中中的的固固结结快快剪试验。剪试验。注意：注意：塑性指标数塑性指标数对试验结果的影响对试验结果的影响塑塑性性指指标标数数高高的的土土，各各种种指指标标比比较较符符合合三三轴轴试试验验同同类类指指标的变化规律；标的变化规律；塑性指标数较低的粘性土，不同方法所测得的塑性指标数较低的粘性土，不同方法所测得的 相差无相差无几。几。第46页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学六土的残余强度六土的残余强度1 1排水剪排水剪密
39、砂：密砂：松砂：强度稳定值松砂：强度稳定值2 2、不排水剪、不排水剪密砂，中砂，密、松砂密砂，中砂，密、松砂随随升高，不存升高，不存在在极松砂极松砂（图图5-425-42）工程应用：工程应用：在饱和疏松的粉细砂中开挖基坑，类在饱和疏松的粉细砂中开挖基坑，类似不排水状态，似不排水状态，u u,f,导致在很低导致在很低的的 下流动，此即为下流动，此即为流砂和流动滑坡的流砂和流动滑坡的内在机理。内在机理。S(剪变形剪变形)r3Kf/qP/A/r(a)(b)图图5-425-42不排水试验的不排水试验的残余强度残余强度1-312ru密砂密砂松砂松砂排水试验排水试验第47页，共50页，编辑于2022年，星
40、期六2023/1/6岩土力学粘性土的残余强度机理与砂土区别：粘性土的残余强度机理与砂土区别：前者强度的降低主要是由于在剪切中土的结构起变化所致。前者强度的降低主要是由于在剪切中土的结构起变化所致。S(剪位移）剪位移）正常固结峰值正常固结峰值超固结峰值超固结峰值有效应力有效应力/超固结土超固结土正常固结土正常固结土残余强度残余强度/r*图图5-435-43粘性土的剪切试验曲线粘性土的剪切试验曲线工程应用工程应用天然滑坡的滑动面或断层面，土体往往因多次滑动而经历相当大天然滑坡的滑动面或断层面，土体往往因多次滑动而经历相当大的变形，分析其稳定性时，应该采用残余强度。的变形，分析其稳定性时，应该采用残
41、余强度。第48页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学七、抗剪强度指标的选用七、抗剪强度指标的选用（岩土力学张振营（岩土力学张振营 中国水利水电出版社）中国水利水电出版社）土的抗剪强度及其指标的确定土的抗剪强度及其指标的确定将会因所采用的分析方法（总将会因所采用的分析方法（总应力法应力法或有效应力法或有效应力法）的不同而有所不同，必须分别确定和采用相应的指标。）的不同而有所不同，必须分别确定和采用相应的指标。1 1、当采用、当采用有效应力法进行工程设计时，应选用有效强度指标。只要能比较准有效应力法进行工程设计时，应选用有效强度指标。只要能比较准确地确定孔隙压力，则采用有效
42、强度指标是应该推荐的；确地确定孔隙压力，则采用有效强度指标是应该推荐的；有效强度指标可用直剪的慢剪、三轴不排水剪和固结不排水剪（监有效强度指标可用直剪的慢剪、三轴不排水剪和固结不排水剪（监测孔隙压力）等方法测定；测孔隙压力）等方法测定；2 2、对于可能发生快速加荷的正常固结粘土上地基土的稳定分析可采用不排、对于可能发生快速加荷的正常固结粘土上地基土的稳定分析可采用不排水剪指标；水剪指标；第49页，共50页，编辑于2022年，星期六2023/1/6岩土力学对于土层较厚、透水性小、施工速度较快的工程的施工期和竣工期也对于土层较厚、透水性小、施工速度较快的工程的施工期和竣工期也可采用可采用UUUU试
43、验的强度指标；试验的强度指标；当土层较薄、透水性大、施工速度较慢工程的竣工期分析也可当土层较薄、透水性大、施工速度较慢工程的竣工期分析也可采用采用CDCD试验的强度指标，如果介于以上两者之间，可采用试验的强度指标，如果介于以上两者之间，可采用CUCU试验指试验指标；标；3 3、以上所述的一些情况都不是很准确的，应具体问题具体分析；、以上所述的一些情况都不是很准确的，应具体问题具体分析；4 4、直剪试验不能控制排水条件，但设备简单，操作方便，比较普、直剪试验不能控制排水条件，但设备简单，操作方便，比较普及，使用时应注意其适用性。及，使用时应注意其适用性。第50页，共50页，编辑于2022年，星期六