高等土力學(xué)影響土強(qiáng)度的外部因素課件

高等土力學(xué)課程報(bào)告報(bào)告人：王峰——影響土強(qiáng)度的外部因素高等土力學(xué)課程報(bào)告報(bào)告人：王峰——影響土強(qiáng)度的外部因素1影響土強(qiáng)度的外部因素圍壓3的影響中主應(yīng)力的2影響主應(yīng)力方向的影響—土強(qiáng)度的各向異性土的抗剪強(qiáng)度與加載速率的關(guān)系溫度與土強(qiáng)度關(guān)系2影響土強(qiáng)度的外部因素圍壓3的影響22一、圍壓3的影響莫爾－庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則（b<1.0）圖1-1非線性的強(qiáng)度包線或者3一、圍壓3的影響莫爾－庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則（b<1.0）圖1-33=0.1～7.8MPaSacramento河松砂在不同圍壓下三軸試驗(yàn)的1/3－及v－3間關(guān)系曲線。臨界圍壓大約為200kPa松砂（a）圖1-2松砂在不同圍壓下試驗(yàn)曲線43=0.1～7.8MPaSacramento河松砂在不同圍43=0.1～13.7MPa,峰值強(qiáng)度應(yīng)力比明顯減小臨界圍壓約1.7MPa高壓下三軸試驗(yàn)破壞后，砂的孔隙比e=0.37，小于最小孔隙比。密砂圖1-353=0.1～13.7MPa,峰值強(qiáng)度應(yīng)力比明顯減小密砂圖5極低圍壓（3<10kPa)下，砂土應(yīng)力應(yīng)變和強(qiáng)度特性對(duì)于農(nóng)機(jī)、航天、軍工、沙漠地區(qū)交通等問(wèn)題有時(shí)是很有意義的，因?yàn)樵诤艿蛧鷫合?，即使是很松的砂土也?huì)因顆粒間咬合而產(chǎn)生剪脹性，所以這時(shí)對(duì)應(yīng)的內(nèi)摩擦角有所提高。但這種極低圍壓下的試驗(yàn)很難精確測(cè)定其參數(shù)。1.2極低圍壓對(duì)砂土強(qiáng)度的影響6極低圍壓（3<10kPa)下，砂土應(yīng)力應(yīng)變和強(qiáng)61.3高圍壓對(duì)粘土強(qiáng)度的影響在高圍壓下，粘土將發(fā)生很大的體積壓縮，當(dāng)它們孔隙比或飽和土的含水量減少到一定程度時(shí)，粘土顆粒相互靠近，顆粒間斥力將加大。當(dāng)粘土顆粒表面只有三層水分子時(shí)，水將強(qiáng)烈地被粘土顆粒表面吸引，想要進(jìn)一步壓縮，所需外力將相當(dāng)大。因而在高圍壓下，粘土固結(jié)和剪切時(shí)體變很小，其應(yīng)力應(yīng)變曲線是硬化型的。其抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)。71.3高圍壓對(duì)粘土強(qiáng)度的影響在高圍7一、小結(jié)—圍壓對(duì)土強(qiáng)度影響[1]松砂土，隨著圍壓的增大，抗剪強(qiáng)度小幅減?。籟2]密砂土，隨著圍壓的增大，抗剪強(qiáng)度明顯減小；[3]高圍壓下砂土顆粒破碎，級(jí)配變化，抗剪強(qiáng)度上升；[4]極低圍壓下砂土發(fā)生剪脹，抗剪強(qiáng)度提升；[5]高圍壓下粘土顆?？拷?，相互作用力變大，強(qiáng)度提升。8一、小結(jié)—圍壓對(duì)土強(qiáng)度影響[1]松砂土，隨著圍壓的增大，抗8二、中主應(yīng)力的2影響中主應(yīng)力對(duì)土的抗剪強(qiáng)度的影響對(duì)于不同的土及在不同條件下是不同的，但可以肯定的是隨著中主應(yīng)力的增加土的抗剪強(qiáng)度也增加。在常規(guī)三軸試驗(yàn)中σ2＝σ3，因而測(cè)得的抗剪強(qiáng)度是最小的。表示中主應(yīng)力與其他主應(yīng)力關(guān)系主要用以下兩個(gè)變量，畢肖甫參數(shù)b和洛德角兩個(gè)變量。9二、中主應(yīng)力的2影響中主應(yīng)力對(duì)土的9二、中主應(yīng)力的2影響b＝0對(duì)應(yīng)常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)；b＝1對(duì)應(yīng)三軸伸長(zhǎng)試驗(yàn)。當(dāng)θ＝－30°對(duì)應(yīng)b＝0，為常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)應(yīng)力狀態(tài)；θ＝＋30°，b=1。10二、中主應(yīng)力的2影響b＝0對(duì)應(yīng)常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)；b＝10圖2-1各種儀器進(jìn)行的真三軸試驗(yàn)結(jié)果Ham河砂11圖2-1各種儀器進(jìn)行的真三軸試驗(yàn)結(jié)果Ham河砂1111中主應(yīng)力增加將增加平均主應(yīng)力從而使土有較多壓密；在破壞時(shí)σ2方向的應(yīng)力較大，增加了對(duì)土顆粒的約束和咬合作用。莫爾—庫(kù)倫強(qiáng)度理論完全不計(jì)中主應(yīng)力的影響，用常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)確定的內(nèi)摩擦角是偏于保守的。二、中主應(yīng)力的2影響12中主應(yīng)力增加將增加平均主應(yīng)力從而使土有12正常固結(jié)粘土圖2-2粘土三軸試驗(yàn)的t與平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)的p或12種原狀粘土試驗(yàn)結(jié)果13正常固結(jié)粘土圖2-2粘土三軸試驗(yàn)的t與平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)的13密砂：4－9

松砂：2－4

高壓下二者接近相同。不同圍壓下平面應(yīng)變和三軸壓縮的砂土內(nèi)摩擦角比較圖2-3不同圍壓下砂土14密砂：4－9松砂：2－4不同圍壓下平面應(yīng)14拉馬穆茨（Ramamurthy）建議如下的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算內(nèi)摩擦角：密砂松砂15拉馬穆茨（Ramamurthy）建議如下的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算內(nèi)摩擦15二、小結(jié)—中主應(yīng)力的影響[1]隨著中主應(yīng)力的增加土的抗剪強(qiáng)度也增加。常規(guī)三軸試驗(yàn)測(cè)得的抗剪強(qiáng)度偏小。[2]平面應(yīng)變狀態(tài)下土的抗剪強(qiáng)度明顯高于常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)情況。

[3]隨著圍壓增大，大于等于3MPa以后，平面應(yīng)變壓縮試驗(yàn)強(qiáng)度與三軸試驗(yàn)的強(qiáng)度差別就很小了。[4]常規(guī)三軸試驗(yàn)結(jié)果偏于保守，但由于破壞及伴隨的剪切帶都發(fā)生在平面上，的影響是次要的，忽略這種影響往往是足夠近似的，也是偏于安全的。16二、小結(jié)—中主應(yīng)力的影響[1]隨著中主應(yīng)力的增加土的抗剪強(qiáng)度16三、主應(yīng)力方向的影響土的結(jié)構(gòu)性造成土強(qiáng)度的明顯的各向異性，亦即在不同主應(yīng)力方向下土的抗剪強(qiáng)度不同。在地球重力場(chǎng)中，天然土的風(fēng)化、堆積、搬運(yùn)、沉積和固結(jié)過(guò)程中不可避免地受重力影響。這些顆粒的長(zhǎng)軸由于重力而傾斜于平行地面方向沉積和排列。這種排列會(huì)引起土的強(qiáng)度表現(xiàn)出各向異性。土強(qiáng)度的各向異性17三、主應(yīng)力方向的影響土的結(jié)構(gòu)性造成土173.1砂土強(qiáng)度的各向異性阻力較小阻力較大圖3-1砂土顆粒排列C-DA-B183.1砂土強(qiáng)度的各向異性阻力較小阻力較大圖3-1砂土顆粒18

3.1砂土強(qiáng)度的各向異性3撒砂砂土自下而上通入CO2飽和-25凍結(jié)不同方向取樣三軸試驗(yàn)圖3-2砂土不同方向取樣的強(qiáng)度試驗(yàn)1－3e=0.515天然沉積密實(shí)砂土193.1砂土強(qiáng)度的各向異性3撒砂砂土自下而上通入CO2193.1砂土強(qiáng)度的各向異性圖3-3主應(yīng)力方向?qū)ι巴翉?qiáng)度的影響天然沉積密實(shí)砂土203.1砂土強(qiáng)度的各向異性圖3-3主應(yīng)力方向?qū)ι巴翉?qiáng)度的20圖3-4砂土在π平面上的真三軸試驗(yàn)結(jié)果松砂土21圖3-4砂土在π平面上的真三軸試驗(yàn)結(jié)果松砂土2121圖3-4表明在在＝0－60°時(shí)土的內(nèi)摩擦角（或抗剪強(qiáng)度）最高；＝120－180°時(shí)最低。最大可差10°左右。這個(gè)圖中的強(qiáng)度變化主要由兩個(gè)因素引起：大主應(yīng)力方向與中主應(yīng)力的大小。綜合兩個(gè)因素可見(jiàn)，＝30°左右時(shí)，土的內(nèi)摩擦角最高，達(dá)到35°，＝120°時(shí)，最低，只有24°。22圖3-4表明在在＝0－22直剪試驗(yàn)圖3-5剪切方向與抗剪強(qiáng)度3.2粘土的各向異性正常固結(jié)粘土23直剪試驗(yàn)圖3-5剪切方向與抗剪強(qiáng)度3.2粘土的各向異23：剪切破壞面與水平方向的夾角；：試樣軸向與水平方向夾角。土K0固結(jié)時(shí)的大主應(yīng)力方向?yàn)樨Q直方向。圖3-6不同粘土在三軸不排水強(qiáng)度與主應(yīng)力方向的關(guān)系24：剪切破壞面與水平方向的夾角；圖3-6不同粘土在三軸不排水24小結(jié)—土強(qiáng)度的各向異性[1]土顆粒由于重力而傾斜于平行地面方向沉積和排列，這種排列會(huì)引起土的強(qiáng)度表現(xiàn)出各向異性。[2]對(duì)于密砂，沿制樣沉積面的垂直方向（＝90°）施加大主應(yīng)力，內(nèi)摩擦角最大；沿水平方向內(nèi)摩擦角最小。相差2°左右。

[3]對(duì)于松砂，應(yīng)力洛德角時(shí)，內(nèi)摩擦角最高;當(dāng)時(shí)，內(nèi)摩擦角最低。相差10°左右。[4]正常固結(jié)粘土剪切面與試樣的沉積層面垂直時(shí)抗剪強(qiáng)度最高。

[5]粘土的不排水抗剪強(qiáng)度具有較強(qiáng)的各向異性，它與土質(zhì)、埋深、超固結(jié)比等因素有關(guān)。25小結(jié)—土強(qiáng)度的各向異性[1]土顆粒由于重力而傾斜于平行地面方25四、土的抗剪強(qiáng)度與加載速率的關(guān)系1.瞬時(shí)加載下土的動(dòng)強(qiáng)度2.土的蠕變強(qiáng)度3.土的時(shí)效性——擬似超固結(jié)土26四、土的抗剪強(qiáng)度與加載速率的關(guān)系1.瞬時(shí)加載下土的動(dòng)強(qiáng)度2264.1瞬時(shí)加載下土的動(dòng)強(qiáng)度（1）在沖擊荷載下，土的強(qiáng)度一般有所提高，這可能與土的破壞需要一定能量有關(guān)。（2）對(duì)于飽和土，控制土強(qiáng)度的往往是產(chǎn)生的超靜孔壓。274.1瞬時(shí)加載下土的動(dòng)強(qiáng)度（1）在沖擊荷載下，土的強(qiáng)度一般27干砂的強(qiáng)度與加載時(shí)間的關(guān)系速率加大圖4-1加載速率與土的強(qiáng)度28干砂的強(qiáng)度與加載時(shí)間的關(guān)系速率加大圖4-1加28圖4-2飽和砂土不同試驗(yàn)中的強(qiáng)度－孔隙比e關(guān)系臨界孔隙比ecr29圖4-2飽和砂土不同試驗(yàn)中的強(qiáng)度－孔隙比e關(guān)系臨界孔29圖4-3加載速率與粘土的不排水強(qiáng)度快速4.1.2粘性土不同加載速率的試驗(yàn)結(jié)果30圖4-3加載速率與粘土的不排水強(qiáng)度快速4.1.230理查德（Richart,F.E）將土在沖擊荷載下動(dòng)強(qiáng)度用下式表示：土的動(dòng)、靜抗剪強(qiáng)度K為應(yīng)變速率系數(shù)，有如下影響因素：（1）K與土的性質(zhì)有關(guān)對(duì)于干砂，K約為1.1－1.2；對(duì)于飽和粘土K為1.5－3.0；對(duì)于部分飽和粘土K=1.5－2.0。（2）K隨著圍壓的增加而增加。31理查德（Richart,F.E）314.2土的蠕變強(qiáng)度室內(nèi)的強(qiáng)度試驗(yàn)，既使是排水試驗(yàn)，一般均可在幾十分鐘或幾小時(shí)、十幾小時(shí)內(nèi)完成。然而在極慢的加載速率時(shí)，某些土?xí)谶h(yuǎn)低于常規(guī)強(qiáng)度試驗(yàn)下的峰值強(qiáng)度時(shí)發(fā)生破壞，有時(shí)甚至只為后者的50％。這種情況被稱為蠕變破壞。324.2土的蠕變強(qiáng)度室內(nèi)的強(qiáng)度試驗(yàn)32圖4-3加載速率與粘土的不排水強(qiáng)度26種粘土的不排水強(qiáng)度與應(yīng)變速率的關(guān)系圖33圖4-3加載速率與粘土的不排水強(qiáng)度26種粘土的不排水33圖4-4

強(qiáng)度比與加載時(shí)間關(guān)系6種原狀粘土，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度R=q/q11-墨西哥城粘土4-密西西比粘土2-劍橋粘土5-俄亥俄斑脫土3-比爾飽和粘土頁(yè)巖6-柯克勃卡粘土34圖4-4強(qiáng)度比與加載時(shí)間關(guān)系6種原狀粘土，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度344.2土的蠕變強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度對(duì)于土工問(wèn)題有重要意義：（1）土坡的穩(wěn)定問(wèn)題，破壞可能從土體的局部高應(yīng)力水平區(qū)開(kāi)始，由于蠕變向外逐步擴(kuò)展，達(dá)到土體剪切破壞發(fā)生滑坡。許多天然滑坡就是這樣發(fā)生的。（2）擋土構(gòu)造物中的土壓力也受蠕變的影響，土的長(zhǎng)期強(qiáng)度降低而使主動(dòng)土壓力增加。例如在軟粘土中開(kāi)挖的基坑，如果基坑暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，其支護(hù)結(jié)構(gòu)可能會(huì)由于土的流變性而產(chǎn)生的應(yīng)力松弛而破壞。354.2土的蠕變強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度對(duì)于土工問(wèn)題有重要意義：35354.3土的時(shí)效性——擬似超固結(jié)土（1）正常固結(jié)土。（2）主固結(jié)已經(jīng)完成。但如果此壓力長(zhǎng)時(shí)間繼續(xù)施加，由于土的流變性而發(fā)生的次固結(jié)會(huì)使它繼續(xù)壓縮變密，從而使粘土顆粒間進(jìn)一步接近使粒間力加強(qiáng)和膠結(jié)材料凝固。（3）在成千上萬(wàn)年的有效應(yīng)力作用下，次固結(jié)使這種正常固結(jié)的老粘土表現(xiàn)為類似超固結(jié)土的特性。（4）擬似超固結(jié)土”QOC（Quasi-overconsolidation）。364.3土的時(shí)效性——擬似超固結(jié)土（1）正常固結(jié)土。3636Pcq相當(dāng)于先期固結(jié)壓力，性質(zhì)接近與超固結(jié)土:（p0-e0)=(Pcq-e0)10000年,老粘土。圖4-5新老正常固結(jié)粘土的壓縮特性37Pcq相當(dāng)于先期固結(jié)壓力，性質(zhì)接近與超固結(jié)土:10000年,37（1）峰值強(qiáng)度提高。（2）殘余強(qiáng)度接近相同正常固結(jié)土。（3）K0變大。圖4-6不同固結(jié)歷時(shí)的有效應(yīng)力路徑38（1）峰值強(qiáng)度提高。圖4-6不同固結(jié)歷時(shí)的有效應(yīng)力路徑3838荷載停頓圖4-7荷載停頓對(duì)應(yīng)力應(yīng)變和強(qiáng)度的影響39荷載停頓圖4-7荷載停頓對(duì)應(yīng)力應(yīng)變和強(qiáng)度的影響3939四、小結(jié)—加載速率與抗剪強(qiáng)度關(guān)系1、瞬時(shí)加載動(dòng)強(qiáng)度對(duì)干砂，沖擊強(qiáng)度為靜力加載強(qiáng)度1.1~1.2倍。飽和砂土，密砂因剪脹產(chǎn)生負(fù)孔壓，抗剪強(qiáng)度提升；松砂，產(chǎn)生正孔壓，抗剪強(qiáng)度可能減小。2、蠕變強(qiáng)度在極慢的加載速率時(shí)，抗剪強(qiáng)度明顯減小。土的強(qiáng)度隨加載速率的減小而減小，但不會(huì)無(wú)限減小，存在一個(gè)極限值。3、土的時(shí)效性擬似超固結(jié)土（老粘土）抗剪強(qiáng)度明顯高于正常固結(jié)土加載停頓，使砂土和粘土抗剪強(qiáng)度提升。40四、小結(jié)—加載速率與抗剪強(qiáng)度關(guān)系1、瞬時(shí)加載動(dòng)強(qiáng)度對(duì)干砂，沖40五、溫度與土強(qiáng)度關(guān)系（1）在較高溫度下，水的粘滯性變小，滲透系數(shù)增加，從而在高溫下固結(jié)的飽和粘土的孔隙比減小,土的密度也越高，從而使強(qiáng)度提高。（2）在不排水情況下剪切時(shí)，較高的剪切溫度可能產(chǎn)生較高超靜孔隙水壓力，減少土的有效應(yīng)力，從而使土的抗剪強(qiáng)度下降。41五、溫度與土強(qiáng)度關(guān)系（1）在較高溫度下，水的粘滯性變小，滲41剪切溫度Ts固結(jié)溫度Tc圖5-1粘土固結(jié)不排水試驗(yàn)中溫度對(duì)強(qiáng)度的影響淤積粘土Pc=408KPa42剪切溫度Ts固結(jié)溫度Tc圖5-1粘土固結(jié)不排水試驗(yàn)中溫42五、小結(jié)—溫度與土強(qiáng)度關(guān)系在同樣剪切溫度下，隨著固結(jié)溫度Tc提高，土的抗剪強(qiáng)度也越高。在同樣固結(jié)溫度下，剪切溫度Ts越高，土的固結(jié)不排水剪切峰值強(qiáng)度也就越低。43五、小結(jié)—溫度與土強(qiáng)度關(guān)系在同樣剪切溫度下，隨著固結(jié)溫度Tc43謝謝！44謝謝！4444高等土力學(xué)課程報(bào)告報(bào)告人：王峰——影響土強(qiáng)度的外部因素高等土力學(xué)課程報(bào)告報(bào)告人：王峰——影響土強(qiáng)度的外部因素45影響土強(qiáng)度的外部因素圍壓3的影響中主應(yīng)力的2影響主應(yīng)力方向的影響—土強(qiáng)度的各向異性土的抗剪強(qiáng)度與加載速率的關(guān)系溫度與土強(qiáng)度關(guān)系2影響土強(qiáng)度的外部因素圍壓3的影響246一、圍壓3的影響莫爾－庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則（b<1.0）圖1-1非線性的強(qiáng)度包線或者3一、圍壓3的影響莫爾－庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則（b<1.0）圖1-473=0.1～7.8MPaSacramento河松砂在不同圍壓下三軸試驗(yàn)的1/3－及v－3間關(guān)系曲線。臨界圍壓大約為200kPa松砂（a）圖1-2松砂在不同圍壓下試驗(yàn)曲線43=0.1～7.8MPaSacramento河松砂在不同圍483=0.1～13.7MPa,峰值強(qiáng)度應(yīng)力比明顯減小臨界圍壓約1.7MPa高壓下三軸試驗(yàn)破壞后，砂的孔隙比e=0.37，小于最小孔隙比。密砂圖1-353=0.1～13.7MPa,峰值強(qiáng)度應(yīng)力比明顯減小密砂圖49極低圍壓（3<10kPa)下，砂土應(yīng)力應(yīng)變和強(qiáng)度特性對(duì)于農(nóng)機(jī)、航天、軍工、沙漠地區(qū)交通等問(wèn)題有時(shí)是很有意義的，因?yàn)樵诤艿蛧鷫合?，即使是很松的砂土也?huì)因顆粒間咬合而產(chǎn)生剪脹性，所以這時(shí)對(duì)應(yīng)的內(nèi)摩擦角有所提高。但這種極低圍壓下的試驗(yàn)很難精確測(cè)定其參數(shù)。1.2極低圍壓對(duì)砂土強(qiáng)度的影響6極低圍壓（3<10kPa)下，砂土應(yīng)力應(yīng)變和強(qiáng)501.3高圍壓對(duì)粘土強(qiáng)度的影響在高圍壓下，粘土將發(fā)生很大的體積壓縮，當(dāng)它們孔隙比或飽和土的含水量減少到一定程度時(shí)，粘土顆粒相互靠近，顆粒間斥力將加大。當(dāng)粘土顆粒表面只有三層水分子時(shí)，水將強(qiáng)烈地被粘土顆粒表面吸引，想要進(jìn)一步壓縮，所需外力將相當(dāng)大。因而在高圍壓下，粘土固結(jié)和剪切時(shí)體變很小，其應(yīng)力應(yīng)變曲線是硬化型的。其抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)。71.3高圍壓對(duì)粘土強(qiáng)度的影響在高圍51一、小結(jié)—圍壓對(duì)土強(qiáng)度影響[1]松砂土，隨著圍壓的增大，抗剪強(qiáng)度小幅減?。籟2]密砂土，隨著圍壓的增大，抗剪強(qiáng)度明顯減??；[3]高圍壓下砂土顆粒破碎，級(jí)配變化，抗剪強(qiáng)度上升；[4]極低圍壓下砂土發(fā)生剪脹，抗剪強(qiáng)度提升；[5]高圍壓下粘土顆粒靠近，相互作用力變大，強(qiáng)度提升。8一、小結(jié)—圍壓對(duì)土強(qiáng)度影響[1]松砂土，隨著圍壓的增大，抗52二、中主應(yīng)力的2影響中主應(yīng)力對(duì)土的抗剪強(qiáng)度的影響對(duì)于不同的土及在不同條件下是不同的，但可以肯定的是隨著中主應(yīng)力的增加土的抗剪強(qiáng)度也增加。在常規(guī)三軸試驗(yàn)中σ2＝σ3，因而測(cè)得的抗剪強(qiáng)度是最小的。表示中主應(yīng)力與其他主應(yīng)力關(guān)系主要用以下兩個(gè)變量，畢肖甫參數(shù)b和洛德角兩個(gè)變量。9二、中主應(yīng)力的2影響中主應(yīng)力對(duì)土的53二、中主應(yīng)力的2影響b＝0對(duì)應(yīng)常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)；b＝1對(duì)應(yīng)三軸伸長(zhǎng)試驗(yàn)。當(dāng)θ＝－30°對(duì)應(yīng)b＝0，為常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)應(yīng)力狀態(tài)；θ＝＋30°，b=1。10二、中主應(yīng)力的2影響b＝0對(duì)應(yīng)常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)；b＝54圖2-1各種儀器進(jìn)行的真三軸試驗(yàn)結(jié)果Ham河砂11圖2-1各種儀器進(jìn)行的真三軸試驗(yàn)結(jié)果Ham河砂1155中主應(yīng)力增加將增加平均主應(yīng)力從而使土有較多壓密；在破壞時(shí)σ2方向的應(yīng)力較大，增加了對(duì)土顆粒的約束和咬合作用。莫爾—庫(kù)倫強(qiáng)度理論完全不計(jì)中主應(yīng)力的影響，用常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)確定的內(nèi)摩擦角是偏于保守的。二、中主應(yīng)力的2影響12中主應(yīng)力增加將增加平均主應(yīng)力從而使土有56正常固結(jié)粘土圖2-2粘土三軸試驗(yàn)的t與平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)的p或12種原狀粘土試驗(yàn)結(jié)果13正常固結(jié)粘土圖2-2粘土三軸試驗(yàn)的t與平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)的57密砂：4－9

松砂：2－4

高壓下二者接近相同。不同圍壓下平面應(yīng)變和三軸壓縮的砂土內(nèi)摩擦角比較圖2-3不同圍壓下砂土14密砂：4－9松砂：2－4不同圍壓下平面應(yīng)58拉馬穆茨（Ramamurthy）建議如下的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算內(nèi)摩擦角：密砂松砂15拉馬穆茨（Ramamurthy）建議如下的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算內(nèi)摩擦59二、小結(jié)—中主應(yīng)力的影響[1]隨著中主應(yīng)力的增加土的抗剪強(qiáng)度也增加。常規(guī)三軸試驗(yàn)測(cè)得的抗剪強(qiáng)度偏小。[2]平面應(yīng)變狀態(tài)下土的抗剪強(qiáng)度明顯高于常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)情況。

[3]隨著圍壓增大，大于等于3MPa以后，平面應(yīng)變壓縮試驗(yàn)強(qiáng)度與三軸試驗(yàn)的強(qiáng)度差別就很小了。[4]常規(guī)三軸試驗(yàn)結(jié)果偏于保守，但由于破壞及伴隨的剪切帶都發(fā)生在平面上，的影響是次要的，忽略這種影響往往是足夠近似的，也是偏于安全的。16二、小結(jié)—中主應(yīng)力的影響[1]隨著中主應(yīng)力的增加土的抗剪強(qiáng)度60三、主應(yīng)力方向的影響土的結(jié)構(gòu)性造成土強(qiáng)度的明顯的各向異性，亦即在不同主應(yīng)力方向下土的抗剪強(qiáng)度不同。在地球重力場(chǎng)中，天然土的風(fēng)化、堆積、搬運(yùn)、沉積和固結(jié)過(guò)程中不可避免地受重力影響。這些顆粒的長(zhǎng)軸由于重力而傾斜于平行地面方向沉積和排列。這種排列會(huì)引起土的強(qiáng)度表現(xiàn)出各向異性。土強(qiáng)度的各向異性17三、主應(yīng)力方向的影響土的結(jié)構(gòu)性造成土613.1砂土強(qiáng)度的各向異性阻力較小阻力較大圖3-1砂土顆粒排列C-DA-B183.1砂土強(qiáng)度的各向異性阻力較小阻力較大圖3-1砂土顆粒62

3.1砂土強(qiáng)度的各向異性3撒砂砂土自下而上通入CO2飽和-25凍結(jié)不同方向取樣三軸試驗(yàn)圖3-2砂土不同方向取樣的強(qiáng)度試驗(yàn)1－3e=0.515天然沉積密實(shí)砂土193.1砂土強(qiáng)度的各向異性3撒砂砂土自下而上通入CO2633.1砂土強(qiáng)度的各向異性圖3-3主應(yīng)力方向?qū)ι巴翉?qiáng)度的影響天然沉積密實(shí)砂土203.1砂土強(qiáng)度的各向異性圖3-3主應(yīng)力方向?qū)ι巴翉?qiáng)度的64圖3-4砂土在π平面上的真三軸試驗(yàn)結(jié)果松砂土21圖3-4砂土在π平面上的真三軸試驗(yàn)結(jié)果松砂土2165圖3-4表明在在＝0－60°時(shí)土的內(nèi)摩擦角（或抗剪強(qiáng)度）最高；＝120－180°時(shí)最低。最大可差10°左右。這個(gè)圖中的強(qiáng)度變化主要由兩個(gè)因素引起：大主應(yīng)力方向與中主應(yīng)力的大小。綜合兩個(gè)因素可見(jiàn)，＝30°左右時(shí)，土的內(nèi)摩擦角最高，達(dá)到35°，＝120°時(shí)，最低，只有24°。22圖3-4表明在在＝0－66直剪試驗(yàn)圖3-5剪切方向與抗剪強(qiáng)度3.2粘土的各向異性正常固結(jié)粘土23直剪試驗(yàn)圖3-5剪切方向與抗剪強(qiáng)度3.2粘土的各向異67：剪切破壞面與水平方向的夾角；：試樣軸向與水平方向夾角。土K0固結(jié)時(shí)的大主應(yīng)力方向?yàn)樨Q直方向。圖3-6不同粘土在三軸不排水強(qiáng)度與主應(yīng)力方向的關(guān)系24：剪切破壞面與水平方向的夾角；圖3-6不同粘土在三軸不排水68小結(jié)—土強(qiáng)度的各向異性[1]土顆粒由于重力而傾斜于平行地面方向沉積和排列，這種排列會(huì)引起土的強(qiáng)度表現(xiàn)出各向異性。[2]對(duì)于密砂，沿制樣沉積面的垂直方向（＝90°）施加大主應(yīng)力，內(nèi)摩擦角最大；沿水平方向內(nèi)摩擦角最小。相差2°左右。

[3]對(duì)于松砂，應(yīng)力洛德角時(shí)，內(nèi)摩擦角最高;當(dāng)時(shí)，內(nèi)摩擦角最低。相差10°左右。[4]正常固結(jié)粘土剪切面與試樣的沉積層面垂直時(shí)抗剪強(qiáng)度最高。

[5]粘土的不排水抗剪強(qiáng)度具有較強(qiáng)的各向異性，它與土質(zhì)、埋深、超固結(jié)比等因素有關(guān)。25小結(jié)—土強(qiáng)度的各向異性[1]土顆粒由于重力而傾斜于平行地面方69四、土的抗剪強(qiáng)度與加載速率的關(guān)系1.瞬時(shí)加載下土的動(dòng)強(qiáng)度2.土的蠕變強(qiáng)度3.土的時(shí)效性——擬似超固結(jié)土26四、土的抗剪強(qiáng)度與加載速率的關(guān)系1.瞬時(shí)加載下土的動(dòng)強(qiáng)度2704.1瞬時(shí)加載下土的動(dòng)強(qiáng)度（1）在沖擊荷載下，土的強(qiáng)度一般有所提高，這可能與土的破壞需要一定能量有關(guān)。（2）對(duì)于飽和土，控制土強(qiáng)度的往往是產(chǎn)生的超靜孔壓。274.1瞬時(shí)加載下土的動(dòng)強(qiáng)度（1）在沖擊荷載下，土的強(qiáng)度一般71干砂的強(qiáng)度與加載時(shí)間的關(guān)系速率加大圖4-1加載速率與土的強(qiáng)度28干砂的強(qiáng)度與加載時(shí)間的關(guān)系速率加大圖4-1加72圖4-2飽和砂土不同試驗(yàn)中的強(qiáng)度－孔隙比e關(guān)系臨界孔隙比ecr29圖4-2飽和砂土不同試驗(yàn)中的強(qiáng)度－孔隙比e關(guān)系臨界孔73圖4-3加載速率與粘土的不排水強(qiáng)度快速4.1.2粘性土不同加載速率的試驗(yàn)結(jié)果30圖4-3加載速率與粘土的不排水強(qiáng)度快速4.1.274理查德（Richart,F.E）將土在沖擊荷載下動(dòng)強(qiáng)度用下式表示：土的動(dòng)、靜抗剪強(qiáng)度K為應(yīng)變速率系數(shù)，有如下影響因素：（1）K與土的性質(zhì)有關(guān)對(duì)于干砂，K約為1.1－1.2；對(duì)于飽和粘土K為1.5－3.0；對(duì)于部分飽和粘土K=1.5－2.0。（2）K隨著圍壓的增加而增加。31理查德（Richart,F.E）754.2土的蠕變強(qiáng)度室內(nèi)的強(qiáng)度試驗(yàn)，既使是排水試驗(yàn)，一般均可在幾十分鐘或幾小時(shí)、十幾小時(shí)內(nèi)完成。然而在極慢的加載速率時(shí)，某些土?xí)谶h(yuǎn)低于常規(guī)強(qiáng)度試驗(yàn)下的峰值強(qiáng)度時(shí)發(fā)生破壞，有時(shí)甚至只為后者的50％。這種情況被稱為蠕變破壞。324.2土的蠕變強(qiáng)度室內(nèi)的強(qiáng)度試驗(yàn)76圖4-3加載速率與粘土的不排水強(qiáng)度26種粘土的不排水強(qiáng)度與應(yīng)變速率的關(guān)系圖33圖4-3加載速率與粘土的不排水強(qiáng)度26種粘土的不排水77圖4-4

強(qiáng)度比與加載時(shí)間關(guān)系6種原狀粘土，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度R=q/q11-墨西哥城粘土4-密西西比粘土2-劍橋粘土5-俄亥俄斑脫土3-比爾飽和粘土頁(yè)巖6-柯克勃卡粘土34圖4-4強(qiáng)度比與加載時(shí)間關(guān)系6種原狀粘土，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度784.2土的蠕變強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度對(duì)于土工問(wèn)題有重要意義：（1）土坡的穩(wěn)定問(wèn)題，破壞可能從土體的局部高應(yīng)力水平區(qū)開(kāi)始，由于蠕變向外逐步擴(kuò)展，達(dá)到土體剪切破壞發(fā)生滑坡。許多天然滑坡就是這樣發(fā)生的。（2）擋土構(gòu)造物中的土壓力也受蠕變的影響，土的長(zhǎng)期強(qiáng)度降低而使主動(dòng)土壓力增加。例如在軟粘土中開(kāi)挖的基坑，如果基坑暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，其支護(hù)結(jié)構(gòu)可能會(huì)由于土的流變性而產(chǎn)生的應(yīng)力松弛而破壞。354.2土的蠕變強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度對(duì)于土工問(wèn)題有重要意義：3579