第五章-土的抗剪強(qiáng)度

1、第第5章章 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度內(nèi)容提要內(nèi)容提要l概 述l強(qiáng)度概念與摩爾庫(kù)侖理論l確定強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)l三軸壓縮試驗(yàn)中的孔隙應(yīng)力系數(shù)l三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀第第1節(jié)節(jié) 概述概述土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。在外荷載的作用下，土體中任一截面將同時(shí)產(chǎn)生法向應(yīng)力和剪應(yīng)力，其中法向應(yīng)力作用將使土體發(fā)生壓密，而剪應(yīng)力作用可使土體發(fā)生剪切變形。當(dāng)土中一點(diǎn)某一截面上由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，它將沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。第第2節(jié)節(jié) 強(qiáng)度概念與莫爾強(qiáng)度概念與莫爾庫(kù)侖理論庫(kù)侖理論一、固體間的摩擦力固體間的摩擦力直接取決于接觸面上

2、的法向力和接觸材料的摩擦角?；瑒?dòng)準(zhǔn)則是合力的傾角等于外摩擦角或水平推力等于豎向反力所能提供的摩擦力。二、莫爾應(yīng)力圓土體內(nèi)部的滑動(dòng)可沿任何一個(gè)面發(fā)生，只要該面上的剪應(yīng)力達(dá)到其抗剪強(qiáng)度。為此，通常需要研究土體內(nèi)任一微小單元體的應(yīng)力狀態(tài)。在坐標(biāo)平面內(nèi)，土單元體的應(yīng)力狀態(tài)的軌跡是一個(gè)圓，圓心落在軸上，與坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為(1+ 2)/2,半徑為(1 2)/2,該圓就稱為莫爾應(yīng)力圓。三、莫爾庫(kù)侖準(zhǔn)則（一）土的抗剪強(qiáng)度規(guī)律庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度定律： 對(duì)于砂土 f=tg 對(duì)于粘性土 f=c+tg（二）土的極限平衡條件莫爾應(yīng)力圓圓周上的任意點(diǎn)，都代表著單元土體中相應(yīng)面上的應(yīng)力狀態(tài)，因此，就可以把莫爾應(yīng)力圓與庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度

3、定律互相結(jié)合起來，通過兩者之間的對(duì)照來對(duì)土所處的狀態(tài)進(jìn)行判別。把莫爾應(yīng)力圓與庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度線相切時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，即=f 時(shí)的極限平衡狀態(tài)作為土的破壞準(zhǔn)則稱為莫爾莫爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則，它是目前判別土體所處狀態(tài)的最常用或最基本的準(zhǔn)則。根據(jù)這一準(zhǔn)則，當(dāng)土處于極限平衡狀態(tài)即應(yīng)理解為破壞狀態(tài)，此時(shí)的莫爾應(yīng)力圓即稱為極限應(yīng)力圓或破壞應(yīng)力圓，相應(yīng)的一對(duì)平面即稱為剪切破壞面（簡(jiǎn)稱剪破面）。下面將根據(jù)莫爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則來研究某一土體單元處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力條件及其大、小主應(yīng)力之間的關(guān)系，該關(guān)系稱為土的極限平衡條件。根據(jù)莫爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則，當(dāng)單元土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，莫爾應(yīng)力圓恰好與庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度線相切。根據(jù)

4、圖中的幾何關(guān)系并經(jīng)過三角公式的變換，可得上式即為土的極限平衡條件。當(dāng)土的強(qiáng)度指標(biāo)c， 為已知，若土中某點(diǎn)的大小主應(yīng)力1和3滿足上列關(guān)系式時(shí)，則該土體正好處于極限平衡或破壞狀態(tài)。從圖中還可以看出，按照莫爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則，當(dāng)土處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，其極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線相切與D點(diǎn)，這說明此時(shí)土體中已出現(xiàn)了一對(duì)剪破面。剪破面與大主應(yīng)力面的夾角f 稱為破壞角，從圖中的幾何關(guān)系可得到理論剪破角為： f=45+/2 【例題52】已知某土體單元的大主應(yīng)力1480kPa，小主應(yīng)力3210kPa。通過試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=20kPa，18，問該單元土體處于什么狀態(tài)？【解】已知1480kPa，3210kPa

5、，c=20kPa，18（1）直接用與f的關(guān)系來判別由式（52）和（53）分別求出剪破面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力為由式（56）求相應(yīng)面上的抗剪強(qiáng)度f為由于 f，說明該單元體早已破壞。（2）利用公式（58）或式（59）的極限平衡條件來判別由式（58）設(shè)達(dá)到極限平衡條件所需要的小主應(yīng)力值為3f，此時(shí)把實(shí)際存在的大主應(yīng)力3=480kPa及強(qiáng)度指標(biāo)c，代入公式（58）中，則得也可由式（59）計(jì)算達(dá)到極限平衡條件時(shí)所需要得大主應(yīng)力值為1f，此時(shí)把實(shí)際存在的大主應(yīng)力3 =480kPa及強(qiáng)度指標(biāo)c，代入公式（58）中， 則得由計(jì)算結(jié)果表明， 33f , 1 1f ，所以該單元土體早已破壞。第第3節(jié)節(jié) 確定強(qiáng)度指標(biāo)

6、的試驗(yàn)確定強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)測(cè)定土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)稱為剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn)，剪切試驗(yàn)可以在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，也可在現(xiàn)場(chǎng)原位條件下進(jìn)行。按常用的試驗(yàn)儀器可將剪切試驗(yàn)分為直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn)四種。一、直接剪切試驗(yàn)一、直接剪切試驗(yàn)用直接剪切儀（簡(jiǎn)稱直剪儀）來測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)稱為直接剪切試驗(yàn)。直接剪切試驗(yàn)是測(cè)定預(yù)定剪破面上抗剪強(qiáng)度的最簡(jiǎn)便和最常用的方法。直剪儀分應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，前者以等應(yīng)變速率使試樣產(chǎn)生剪切位移直至剪破，后者是分級(jí)施加水平剪應(yīng)力并測(cè)定相應(yīng)的剪切位移。目前我國(guó)使用較多的是應(yīng)變控制式直剪儀。直剪儀的示意圖如圖所示：（一）快剪（Q）0.8mm

7、/min的剪切速度進(jìn)行剪切，使試樣在的剪切速度進(jìn)行剪切，使試樣在3min5min內(nèi)剪破。試樣每產(chǎn)生剪切位移內(nèi)剪破。試樣每產(chǎn)生剪切位移0.2mm0.4mm測(cè)記測(cè)力計(jì)和位移讀數(shù)，直至測(cè)力計(jì)讀數(shù)出現(xiàn)峰值，測(cè)記測(cè)力計(jì)和位移讀數(shù)，直至測(cè)力計(jì)讀數(shù)出現(xiàn)峰值，或繼續(xù)剪切至剪切位移為或繼續(xù)剪切至剪切位移為4mm時(shí)停機(jī)，記下破壞值；時(shí)停機(jī)，記下破壞值；當(dāng)剪切過程中測(cè)力計(jì)讀數(shù)無峰值時(shí)，應(yīng)剪切至剪切位當(dāng)剪切過程中測(cè)力計(jì)讀數(shù)無峰值時(shí)，應(yīng)剪切至剪切位移為移為6mm時(shí)停機(jī)，該試驗(yàn)所得的強(qiáng)度稱為快剪強(qiáng)度，時(shí)停機(jī)，該試驗(yàn)所得的強(qiáng)度稱為快剪強(qiáng)度，相應(yīng)的指標(biāo)稱為快剪強(qiáng)度指標(biāo)，以相應(yīng)的指標(biāo)稱為快剪強(qiáng)度指標(biāo)，以cQ，Q表示表示為了考慮

8、固結(jié)程度和排水條件對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，根據(jù)加荷速率的快慢將直剪試驗(yàn)劃分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種試驗(yàn)類型。（二）固結(jié)快剪（R）試驗(yàn)時(shí)對(duì)試樣施加垂直壓力后，每小時(shí)測(cè)讀垂直變形一次，直至變形穩(wěn)定。變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為變形量每小時(shí)不大于0.005mm，在拔去固定銷，剪切過程同快剪試驗(yàn)。所得強(qiáng)度稱為固結(jié)快剪強(qiáng)度，相應(yīng)指標(biāo)稱為固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)，以cR，R表示。（三）慢剪（S）慢剪試驗(yàn)是對(duì)試樣施加垂直壓力后，待固結(jié)穩(wěn)定后，再拔去固定銷，以小于0.02mm/min的剪切速度使試樣在充分排水的條件下進(jìn)行剪切，這樣得到的強(qiáng)度稱為慢剪強(qiáng)度，其相應(yīng)的指標(biāo)稱為慢剪強(qiáng)度指標(biāo)，以cS，S表示。上述三種方法的試驗(yàn)結(jié)果如圖510所示

9、。從圖中可以看出， cQ cR cS ，而Q R S。直剪試驗(yàn)的設(shè)備簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，且操作容易掌握，至今仍為工程單位廣泛采用。二、三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)直接量測(cè)的是試樣在不同恒定周圍壓力下的抗壓強(qiáng)度，然后利用莫爾庫(kù)侖準(zhǔn)則間接推求土的抗剪強(qiáng)度。三軸壓縮儀主要由壓力室、加壓系統(tǒng)和量測(cè)系統(tǒng)三大部分組成。三軸是指一個(gè)豎向和兩個(gè)側(cè)向而言，由于壓力室和試樣均為圓柱形，因此，兩個(gè)側(cè)向（或稱周圍）的應(yīng)力相等并為小主應(yīng)力3 ，而豎向（或軸向）的應(yīng)力為大主應(yīng)力1。在增加1時(shí)保持3 不變，這樣條件下的試驗(yàn)稱為常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)。第五章第五章 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度 c c 3 3131q3 不固結(jié)或固

10、結(jié)是對(duì)周圍壓力增量而不固結(jié)或固結(jié)是對(duì)周圍壓力增量而言的言的不排水或排水是對(duì)附加軸向壓力而不排水或排水是對(duì)附加軸向壓力而言的。言的。三軸試驗(yàn)根據(jù)試樣的固結(jié)和排水條件不同，可分為不固結(jié)不排水剪（UU）、固結(jié)不排水剪（CU)和固結(jié)排水剪（CD)三種方法。分別對(duì)應(yīng)于直剪試驗(yàn)的快剪、固結(jié)快剪和慢剪試驗(yàn)。在進(jìn)行不同方法的三軸試驗(yàn)時(shí)，都要先使試樣在周圍壓力c下固結(jié)穩(wěn)定，若進(jìn)行不固結(jié)不排水剪試固結(jié)不排水剪試驗(yàn)驗(yàn)，則在不排水條件下施加周圍壓力增量3，然后在不允許有水進(jìn)出的條件下，逐漸施加附加軸向壓力q，直至試樣剪破。因此，試驗(yàn)中徑向應(yīng)力3等于（3+ 3 ），軸向應(yīng)力1等于（3+q ）。若進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗(yàn)固結(jié)

11、不排水剪試驗(yàn)，要允許試樣在周圍壓力增量3下排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在不允許有水進(jìn)出的條件下，逐漸施加附加軸向壓力q，直至試樣剪破。固結(jié)排水剪試驗(yàn)固結(jié)排水剪試驗(yàn)同樣在周圍壓力增量3下排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，在允許有水進(jìn)出的條件下以極慢的速率對(duì)試樣逐漸施加附加軸向壓力q，直至試樣剪破?？梢钥闯觯@里所說的不固結(jié)或固結(jié)是對(duì)周圍壓力增量而言的，不排水或排水是對(duì)附加軸向壓力而言的。三、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)三軸試驗(yàn)中當(dāng)周圍壓力3 0時(shí)即為無側(cè)限試驗(yàn)條無側(cè)限試驗(yàn)條件件，這時(shí)只有q= 1。所以，也可稱為單軸壓縮試驗(yàn)單軸壓縮試驗(yàn)。由于試樣的側(cè)向壓力為零，在側(cè)向受壓時(shí)，其側(cè)向變形不受限制，故又稱為無側(cè)限壓縮試驗(yàn)。同時(shí)，又

12、由于試樣是在軸向壓縮的條件下破壞的，因此，把這種情況下土所能承受的最大軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度以qu表示。試樣仍用圓柱狀試樣，可在專門的無側(cè)限儀上進(jìn)行，也可在三軸儀上進(jìn)行在施加軸向壓力的過程中，相應(yīng)地量測(cè)試樣的軸向壓縮變形，并繪制軸向壓力q與軸向應(yīng)變的關(guān)系曲線。當(dāng)軸向壓力與軸向應(yīng)變的關(guān)系曲線出現(xiàn)明顯的峰值時(shí)，則以峰值處的最大軸向壓力作為土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu；當(dāng)軸向壓力與軸向應(yīng)變的關(guān)系曲線不出現(xiàn)峰值時(shí)，則取軸向應(yīng)變20處的軸向壓力作為土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu。求得土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu后，即可繪出極限應(yīng)力圓。2qcuf四、原位十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)是一種利用十字板剪切儀在現(xiàn)

13、場(chǎng)測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的方法。這種試驗(yàn)方法適合于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性土的原位不排水強(qiáng)度，特別適用于均勻的飽和粘性土。十字板剪切儀主要由兩片十字交叉的金屬板頭、扭力裝置和量測(cè)設(shè)備三部分組成。十字板剪切試驗(yàn)可在現(xiàn)場(chǎng)鉆孔內(nèi)進(jìn)行。十字板剪切試驗(yàn)可在現(xiàn)場(chǎng)鉆孔內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)，先將十字十字板剪切試驗(yàn)可在現(xiàn)場(chǎng)鉆孔內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)，先將十字板插到要進(jìn)行試驗(yàn)的深度，再在十字板剪切儀上端的加力板插到要進(jìn)行試驗(yàn)的深度，再在十字板剪切儀上端的加力架上以一定的轉(zhuǎn)速對(duì)其施加扭力矩，使板內(nèi)的土體與其周架上以一定的轉(zhuǎn)速對(duì)其施加扭力矩，使板內(nèi)的土體與其周圍土體產(chǎn)生相對(duì)扭剪，直至剪破，測(cè)出其相應(yīng)的最大扭力圍土體產(chǎn)生相對(duì)扭剪，直至剪破，測(cè)出

14、其相應(yīng)的最大扭力矩。然后，根據(jù)力矩的平衡條件，推算出圓柱形剪破面上矩。然后，根據(jù)力矩的平衡條件，推算出圓柱形剪破面上土的抗剪強(qiáng)度。土的抗剪強(qiáng)度。第五章第五章 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度假定：假定： (1) (1) 剪破面為圓柱面；剪破面為圓柱面；(2) (2) 抗剪強(qiáng)度均勻；抗剪強(qiáng)度均勻；21maxMMM21DDHMf32222202DDrrdrMfDf3222maxDDDDHMff)3(22maxDHDMf在飽和粘土不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中，u0， fcu.第第4節(jié)三軸壓縮試驗(yàn)中的孔隙應(yīng)力系節(jié)三軸壓縮試驗(yàn)中的孔隙應(yīng)力系數(shù)數(shù)在常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)中，試樣先承受周圍壓力c固結(jié)穩(wěn)定，以模擬試樣的原位應(yīng)力狀態(tài)

15、。這時(shí)，超孔隙水應(yīng)力uo為零。在試驗(yàn)中分兩個(gè)階段來加荷，先使試樣承受周圍壓力增量3，然后在周圍壓力不變的條件下施加大、小主應(yīng)力之差（1-3)(即附加軸向壓力q）。若試驗(yàn)是在不排水條件下進(jìn)行，則3和（1 3)的施加必將分別引起超孔隙水應(yīng)力增量u1和u2。超孔隙水應(yīng)力的總增量為: u=u1+u2總的超孔隙水應(yīng)力為 u=u0+ u u一、孔隙應(yīng)力系數(shù)B當(dāng)試樣在不排水條件下受到各向相等壓力增量3時(shí)，產(chǎn)生的孔隙應(yīng)力增量為u1，將u1與3之比定義為孔隙應(yīng)力系數(shù)B，即 B u1/3式中B是在各向施加相等壓力條件下的孔隙應(yīng)力系數(shù)。它是反映土體在各向相等壓力作用下，孔隙應(yīng)力變化情況的指標(biāo)，也是反映土體飽和程度的

16、指標(biāo)。在飽和土的不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中，周圍壓力增量將完全由孔隙水承擔(dān)，所以B1；當(dāng)土完全干燥時(shí)，孔隙氣的壓縮性要比骨架的壓縮性高的多，這時(shí)周圍壓力增量將完全由土骨架承擔(dān)，于是B0。在非飽和土中，孔隙中流體的壓縮性與土骨架的壓縮性為同一量級(jí)，B介于0與1之間。飽和度越大，B越接近1。 二、孔隙應(yīng)力系數(shù)A當(dāng)試樣受到軸向應(yīng)力增量q(即主應(yīng)力差13）作用時(shí)，產(chǎn)生的孔隙水應(yīng)力為u2， u2的大小與主應(yīng)力差13及土樣的飽和程度有關(guān)，我們定義另一孔壓系數(shù)A如下： u2=BA（ 13 ）式中A是在偏應(yīng)力條件下的孔隙應(yīng)力系數(shù)，其數(shù)值與土的種類、應(yīng)力歷史等有關(guān)。上式也可寫成A u2 (13 )式中： 是綜合反映主

17、應(yīng)力差（1-3）作用下孔隙應(yīng)力變化情況的一個(gè)指標(biāo)。AA三向壓縮條件下的孔隙應(yīng)力為：u= u1+ u2 = B3 + BA(13 )上式還可改寫成或式中： 也是一個(gè)孔隙應(yīng)力系數(shù)，它表示在一定周圍應(yīng)力增量作用下，由主應(yīng)力增量1所引起的孔隙應(yīng)力變化的一個(gè)參數(shù)。這一參數(shù)可在三軸壓縮試驗(yàn)中模擬土的實(shí)際受力狀態(tài)來測(cè)定。在堤壩穩(wěn)定分析中，可用來估算堤壩的初始孔隙應(yīng)力。B第第5節(jié)節(jié) 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀一、砂性土的剪切性狀（一）砂土的內(nèi)摩擦角由于砂土的透水性強(qiáng)，它在現(xiàn)場(chǎng)的受剪過程大多相當(dāng)于固結(jié)排水剪情況，由固結(jié)排水剪試驗(yàn)求得的強(qiáng)度包線一般為通過坐標(biāo)于原點(diǎn)的直線，可表達(dá)為 f=tgd 式

18、中：d固結(jié)排水剪求得的內(nèi)摩擦角。（二）砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變砂土的初始孔隙比不同，在受剪過程中將顯示出非常不同的性狀。松砂受剪時(shí)，顆粒滾落到平衡位置，排列得更緊密些，所以它的體積縮小，把這種因剪切而體積縮小的現(xiàn)象稱為剪縮性；反之，緊砂受剪時(shí)，顆粒必須升高以離開它們?cè)瓉淼奈恢枚舜瞬拍芟嗷セ^，從而導(dǎo)致體積膨脹，把這種因剪切而體積膨脹的現(xiàn)象稱為剪脹性。然而，緊砂的這種剪脹趨勢(shì)隨著周圍壓力的增大，土粒的破碎而逐漸消失。在高周圍壓力下，不論砂土的松緊如何，受剪都將剪縮。圖中表示同一種砂土，在相同的周圍應(yīng)力作用下，由于初始孔隙比的不同受剪時(shí)的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變的全過程。從圖中可以看出，隨著軸向應(yīng)變的增加

19、，松砂的強(qiáng)度逐漸增大，應(yīng)力軸向應(yīng)變關(guān)系呈應(yīng)變硬化型，它的體積則逐漸減小。但是，緊砂的強(qiáng)度達(dá)一定值后，隨著軸向應(yīng)變的繼續(xù)增加強(qiáng)度反而減小，應(yīng)力軸向應(yīng)變關(guān)系最后呈隨應(yīng)變軟化型，它的體積開始時(shí)稍有減小，繼而增加，超過了它的初始體積。既然砂土在低周圍壓力下由于初始孔隙比的不同，剪破時(shí)的體積可能小于初始體積，也可能大于初始體積，那么，可以想象，砂土在某一初始孔隙比下受剪，它剪破時(shí)的體積將等于其初始體積，這一初始孔隙比稱為臨界孔隙比。砂土的初始孔隙比將隨周圍壓力的增加而減小。（三）砂土的殘余強(qiáng)度同一種砂土在相同的周圍壓力作用下，由于其初始孔隙比不同在剪切過程中將出現(xiàn)不同的應(yīng)力應(yīng)變特征。松砂的應(yīng)力應(yīng)變曲線沒

20、有一個(gè)明顯的峰值，剪應(yīng)力隨著剪應(yīng)變的增加而增大，最后趨于某一恒定值；緊砂的應(yīng)力應(yīng)變曲線有一個(gè)明顯的峰值，過此峰值以后剪應(yīng)力便隨剪應(yīng)變的的增加而降低，最后趨于松砂相同的恒定值。這一恒定的強(qiáng)度通常稱為殘余強(qiáng)度或最終強(qiáng)度，以f表示。（四）砂土的液化液化被定義為任何物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體的行為或過程。對(duì)于飽和疏松的粉細(xì)砂，當(dāng)受到突發(fā)的動(dòng)力荷載時(shí)，例如地震荷載，一方面由于動(dòng)剪應(yīng)力的作用有使體積縮小的趨勢(shì)，另一方面由于時(shí)間短來不及向外排水，因此就產(chǎn)生了很大的孔隙水應(yīng)力。按有效應(yīng)力原理，無粘性土的抗剪強(qiáng)度應(yīng)表達(dá)為二、粘性土的剪切性狀（一）正常固結(jié)粘土1、不固結(jié)不排水強(qiáng)度（UU）不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)的過程如圖所示。在

21、飽和土的不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中，總強(qiáng)度包線為一水平線。所以 u=0 f=cu=(1f-3f)/22、固結(jié)不排水強(qiáng)度（CU）固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)的過程如圖所示。正常固結(jié)土的CU試驗(yàn)總強(qiáng)度線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，傾角為cu，ccu=0。其抗剪強(qiáng)度可表示為 f=tgcu 若在固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中量測(cè)孔隙水應(yīng)力，則結(jié)果可用有效應(yīng)力整理。從破壞時(shí)的總應(yīng)力中減去uf,可得到相應(yīng)破壞時(shí)的有效大主應(yīng)力1f和有效小主應(yīng)力3f及破壞應(yīng)力圓，繪出這些破壞應(yīng)力圓的包線，可得有效應(yīng)力強(qiáng)度包線。由于正常固結(jié)土剪破時(shí)的孔隙水應(yīng)力為正值，則剪破時(shí)的有效應(yīng)力圓總在總應(yīng)力圓的左邊。有效應(yīng)力強(qiáng)度包線也是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，直線的傾角

22、大于cu，c=0，于是，用有效應(yīng)力表示的CU試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度為 f=tg3、固結(jié)排水強(qiáng)度（CD)固結(jié)排水剪切試驗(yàn)的過程如圖所示。CD試驗(yàn)中的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)常用cd，d表示。其強(qiáng)度包線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，其傾角為d ，cd0。于是，CD試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度可表示為 f=tgd 將上述三種三軸壓縮試驗(yàn)的結(jié)果匯總于上圖中由圖可見：1、對(duì)于同一種正常固結(jié)的飽和粘土，當(dāng)采用三種不同的試驗(yàn)方法來測(cè)定其抗剪強(qiáng)度時(shí)，其強(qiáng)度包線是不同的。其中UU試驗(yàn)結(jié)果是一條水平線，CU和CD試驗(yàn)各是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。三種方法所得到的強(qiáng)度指標(biāo)間的關(guān)系是： cuccu=cd=0 dcuu=02、試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)用有效應(yīng)力表示試

23、驗(yàn)結(jié)果時(shí)，三種剪切試驗(yàn)將得到基本相同的強(qiáng)度包線及十分接近的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，這就意味著同一種土三種試驗(yàn)的試樣將沿著同一平面剪破。實(shí)測(cè)資料表明，f通常約為60，而粘性土的一般在30左右，實(shí)測(cè)的f角接近于（45+ /2），這也是有效應(yīng)力概念下的理論剪破角。（二）超固結(jié)粘土1、不固結(jié)不排水強(qiáng)度（UU試驗(yàn)）超固結(jié)飽和粘性土的試驗(yàn)方法和過程與正常固結(jié)土的情況完全相同。它們的試驗(yàn)結(jié)果主要不同點(diǎn)在于：對(duì)試樣施加的周圍壓力即初始有效固結(jié)應(yīng)力c小于原位應(yīng)力（或先期固結(jié)應(yīng)力）pc，即c pc，體現(xiàn)試樣剪前為超固結(jié)狀態(tài)。由于UU試驗(yàn)不允許試樣固結(jié)排水，所以，一組試樣在剪前的有效應(yīng)力和孔隙比均相同。因此，它們具有相同

24、直徑的破壞應(yīng)力圓，其強(qiáng)度包線也是一條水平線。如果在試驗(yàn)中測(cè)出破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力uf，同樣可以得到一個(gè)與總應(yīng)力圓等直徑的破壞時(shí)的有效應(yīng)力圓，如圖中虛線所示。其中A，B兩圓是強(qiáng)超固結(jié)土的總應(yīng)力圓，破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力為負(fù)值，所以，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的右邊；C圓為弱超固結(jié)土的總應(yīng)力圓，平破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力為正值，所以，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左邊。2、固結(jié)不排水剪強(qiáng)度（CU試驗(yàn)）超固結(jié)飽和粘土CU試驗(yàn)的方法和過程也與正常固結(jié)土的情況相同。超固結(jié)飽和粘土試驗(yàn)的抗剪強(qiáng)度可表達(dá)為 f=ccu+tgcu 如果在試驗(yàn)中，測(cè)出破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力uf，則可得到以有效應(yīng)力表示的破壞有效應(yīng)力圓及其強(qiáng)度包線，如圖中虛線所

25、示。其中A圓為強(qiáng)超固結(jié)的，破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力為負(fù)值，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的右側(cè)；B圓為弱超固結(jié)的，破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力為正值，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左側(cè)。以有效應(yīng)力表示的抗剪強(qiáng)度為f=c+tg。從圖中可看出，CU試驗(yàn)的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)的關(guān)系是： ccuc，cu 3、固結(jié)排水剪強(qiáng)度（CD試驗(yàn)）超固結(jié)飽和粘土CD試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度變化規(guī)律與CU試驗(yàn)的變化規(guī)律相似。但是，由于在CD試驗(yàn)的整個(gè)過程中均允許試樣排水固結(jié)，孔隙水應(yīng)力始終為零，所以，剪切面上的總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，CD試驗(yàn)的強(qiáng)度包線即為有效應(yīng)力強(qiáng)度包線，如圖所示。其抗剪強(qiáng)度可表示為 f=cd+tgd式中：cd，d固結(jié)排水剪切強(qiáng)度

26、指標(biāo)，并且cd=c， d= 以及= 。將上述三種試驗(yàn)結(jié)果匯總于下圖中從圖中可以看出，對(duì)于超固結(jié)飽和粘土，當(dāng)采用三種不同的試驗(yàn)方法來測(cè)定其抗剪強(qiáng)度時(shí)，其強(qiáng)度包線是不同的；其中UU試驗(yàn)是一條水平線，CU和CD試驗(yàn)是一條不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線（實(shí)際上是微彎的曲線，但實(shí)際上可用直線來代替）。它們的強(qiáng)度指標(biāo)關(guān)系是 cuccu cd d cu u 0【例題54】某飽和粘土曾受到先期固結(jié)應(yīng)力為800kPa。在固結(jié)不排水試驗(yàn)中測(cè)得的結(jié)果列于表（a）。試求不同超固結(jié)比OCR下，試樣剪破時(shí)的孔隙水應(yīng)力系數(shù)Af值。【解】在固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中，孔隙水應(yīng)力僅由主應(yīng)力差產(chǎn)生，于是，按式（523）剪破時(shí)的孔隙水應(yīng)力系數(shù)Af=u /(1 3)=uf /(13)f，計(jì)算結(jié)果見表(b)（三）粘土的殘余強(qiáng)度超固結(jié)粘土在剪切試驗(yàn)中有與緊砂相似的應(yīng)力應(yīng)變特征，當(dāng)強(qiáng)度隨著剪位移達(dá)到峰值后，如果剪切繼續(xù)進(jìn)行，隨著剪位移繼續(xù)增大，強(qiáng)度顯著降低，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值不變，該不變的值即稱為粘土的殘