土的抗剪強度指標及其工程應(yīng)用-課件

土的抗剪強度及其工程問題同濟大學高大釗二○○六年四月1ppt課件土的抗剪強度及其工程問題同濟大學高大釗1ppt課件1內(nèi)容土的抗剪強度試驗工程中的抗剪強度問題2ppt課件內(nèi)容土的抗剪強度試驗2ppt課件2精品資料精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”土的抗剪強度指標及其工程應(yīng)用--ppt課件4土的抗剪強度試驗5ppt課件5ppt課件5抗剪強度和抗剪強度指標這是兩個不同的概念，但經(jīng)常被人們混淆，看一個土坡的最簡單的例子：平行滑動面的力是滑動力T抵抗滑動的是滑動面上的抗剪強度

滑動面上的力系TNGA-滑動面的面積6ppt課件抗剪強度和抗剪強度指標這是兩個不同的概念，但經(jīng)常被人們混淆，6滑動面上的抗剪強度

由兩部分組成，一部分與滑動面上的法向應(yīng)力成正比，另一部分與法向應(yīng)力無關(guān)，可以寫成如下的表達式，式中的c

稱為內(nèi)聚力，

稱為內(nèi)摩擦角，內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角就是這兩個抗剪強度指標。這個表達式被稱為庫侖強度準則：

＝c＋ptan

p=N/A7ppt課件滑動面上的抗剪強度由兩部分組成，一部分與7從整個土坡滑動面A上平均地看：當T

A時，土坡不會滑動，當T

A時，土坡就失穩(wěn)了，當T＝A時，稱為極限平衡。抗剪強度指標是土體的固有性質(zhì)，是描述土體中的抗剪強度隨法向應(yīng)力變化規(guī)律的參數(shù)；抗剪強度是在一定的應(yīng)力條件下，土體滑動面上抵抗滑動的總強度。8ppt課件從整個土坡滑動面A上平均地看：8ppt課件8土的抗剪強度試驗原理與測定方法

抗剪強度指標的物理概念直剪試驗指標的測定三軸試驗指標的測定與資料分析

9ppt課件土的抗剪強度試驗原理與測定方法抗剪強度指標的物理概念9pp9抗剪強度指標的物理概念土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的能力。在土力學中，采用摩爾—庫侖強度準則，用內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力兩個指標描述土的抗剪強度規(guī)律，即在土的破裂面上，抗剪強度隨法向應(yīng)力增長的規(guī)律。摩爾—庫侖強度準則是土力學的三大定律之一。

10ppt課件抗剪強度指標的物理概念土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破10t

=c

＋ptan

對于c＝0的土，稱為純摩擦材料，內(nèi)摩阻力包括土粒之間的表面摩擦力和由于土粒之間的聯(lián)鎖作用而產(chǎn)生的咬合力。咬合力是指當土體相對滑動時，將嵌在其它顆粒之間的土粒拔出所需的力，土越密實，聯(lián)鎖作用則越強。

t

11ppt課件t=c＋ptant11ppt課件11t

=c

＋ptan

對于

＝0的土，稱為凝聚性材料，構(gòu)成內(nèi)聚力的物理原因是土的細顆粒表面作用，是一種物理化學作用。12ppt課件t=c＋ptan12ppt課件12原始粘聚力主要是由于土粒間水膜受到相鄰土粒之間的電分子引力而形成的，當土被壓密時，土粒間的距離減小，原始粘聚力隨之增大。當土的天然結(jié)構(gòu)被破壞時，原始粘聚力將喪失一些，但會隨著時間而恢復其中的一部分或全部。固化粘聚力是由于土中化合物的膠結(jié)作用而形成的，當土的天然結(jié)構(gòu)被破壞時，則固化粘聚力隨之喪失，而且不能恢復。

13ppt課件原始粘聚力主要是由于土粒間水膜受到相鄰土粒之間的電分13抗剪強度指標的測定方法在室內(nèi)試驗中，可以用直剪試驗或三軸試驗來測定土的抗剪強度指標。對粗粒土應(yīng)當用大尺寸的儀器或現(xiàn)場大型直剪試驗測定。對軟土，也可以用原位測試－十字板試驗測定。14ppt課件抗剪強度指標的測定方法在室內(nèi)試驗中，可以用直剪試驗或14土的抗剪強度指標和土的原始狀態(tài)、應(yīng)力路徑、應(yīng)力歷史、排水條件等因素有關(guān)，考慮不同因素影響時，應(yīng)采用不同的試驗方法?？紤]上述復雜因素的試驗只能用三軸儀才能模擬。三軸試驗分為常規(guī)的試驗和特殊的試驗兩類。

15ppt課件土的抗剪強度指標和土的原始狀態(tài)、應(yīng)力路徑、應(yīng)力歷史、15直剪試驗16ppt課件直剪試驗16ppt課件16直剪試驗結(jié)果t

f

=c

＋ptan

第一級荷載必須大于上覆有效壓力17ppt課件直剪試驗結(jié)果tf=c＋ptan17ppt課件17直剪試驗方法快剪試驗

在土樣上下兩面安置不透水的銅板或塑料膜，并在施加豎向壓力后立即施加水平剪力進行剪切，而且剪切的速率也很快，一般只3~5min。采取這些措施的目的是為了控制土樣在試驗時不固結(jié)排水，以便測定天然狀態(tài)的強度指標。快剪試驗得到的指標用

cq

、

q表示。18ppt課件直剪試驗方法快剪試驗18ppt課件18由于直剪儀固有的缺點，盡管采取了上述措施，土樣和環(huán)刀之間仍有滲水通道，不能保證土樣處于完全不排水的狀態(tài)，特別是對透水性比較大的土影響更大。19ppt課件由于直剪儀固有的缺點，盡管采取了上述措施，土樣和環(huán)刀19固結(jié)快剪試驗

在土樣上下兩面安置透水石，在施加豎向壓力以后給以充分時間使土樣固結(jié)排水。固結(jié)排水終了后再施加水平剪力，快速地將土樣剪壞。20ppt課件固結(jié)快剪試驗20ppt課件20這種試驗方法模擬在法向應(yīng)力作用下固結(jié)完成但在剪應(yīng)力作用下不排水的工況，由于放置了透水板，更不能保證在剪切時處于完全不排水的狀態(tài)，對于透水性比較大的土樣將會得到過大的抗剪強度值。固結(jié)快剪試驗得到的指標用

ccq、

cq表示。21ppt課件這種試驗方法模擬在法向應(yīng)力作用下固結(jié)完成但在21慢剪試驗

施加豎向壓力后土樣固結(jié)排水的要求與固結(jié)快剪試驗相同，在固結(jié)終了后以相當慢的速度施加水平剪力，剪切速率控制在小于0.02mm/min以使土樣在剪切過程中有充分時間排水和產(chǎn)生體積變形，得到的指標模擬完全排水的工況。慢剪試驗指標用

cs

、

s

。

22ppt課件慢剪試驗22ppt課件22直剪試驗排水控制措施豎向壓力剪應(yīng)力結(jié)果快剪不用透水板立即剪切快速固結(jié)快剪用透水板快速剪切時透水途徑通暢慢剪用透水板慢速23ppt課件直剪試驗排水控制措施豎向壓力剪應(yīng)力結(jié)果快剪不用透水板快速固結(jié)23直剪儀不能有效地控制排水直剪儀中的土樣無法封閉，無論土樣承受法向應(yīng)力或剪應(yīng)力，無論剪切速度多快，孔隙水總會沿著土樣和環(huán)刀之間的縫隙流失，無法測定不排水條件下的強度，使快剪試驗的結(jié)果特別離散，而且內(nèi)摩擦角往往偏大，用于工程是偏于危險的；在固結(jié)快剪試驗中，剪切時的排水也使內(nèi)摩擦角偏大。24ppt課件直剪儀不能有效地控制排水直剪儀中的土樣無法封閉，無論24曾有文獻報道，對于塑性指數(shù)小于11的土，固結(jié)快剪試驗的內(nèi)摩擦角與慢剪試驗的內(nèi)摩擦角很接近，

一般只比慢剪試驗的內(nèi)摩擦角小1

~2

，但在塑性指數(shù)為11~18的土中，兩者的數(shù)值相差很大，一般為10

左右。這是由于低塑性土的滲透系數(shù)比較大，在固結(jié)快剪試驗中孔隙水消散很快，剪切時土的固結(jié)狀態(tài)已接近于慢剪試驗，因此兩者的結(jié)果相近。由此可見，直剪試驗不適用于低塑性土。25ppt課件曾有文獻報道，對于塑性指數(shù)小于11的土，固結(jié)快剪試驗25儀器構(gòu)造的缺陷直剪儀上下盒之間的縫隙

為了避免上下盒之間的摩擦，在上下盒之間留有一定的縫隙。對軟土作快剪試驗時，由于豎向荷載對土樣的擠壓作用，軟土側(cè)面擠入縫隙中，既破壞了土的結(jié)構(gòu)，又影響了試驗的結(jié)果。試驗砂土時，細小的砂粒嵌進上下盒之間的縫隙中使摩阻力增大，使試驗結(jié)果失真?？梢娭奔魞x也不適用于砂土和軟土。

26ppt課件儀器構(gòu)造的缺陷直剪儀上下盒之間的縫隙26ppt課件26人為規(guī)定了剪切面直剪試驗時土樣的剪切面是人為規(guī)定的。由于剪切總是發(fā)生在上下盒之間，剪切面人為規(guī)定為水平方向，這與實際工程中發(fā)生在土體內(nèi)的剪切面方向是不一致的。實際工程中，剪切總是沿著最薄弱的方向發(fā)展，而水平方向往往并不是最薄弱的。特別在夾薄層粉砂的粘性土層中，如果硬性規(guī)定的剪切面正好在粉砂薄層中，就會得到過大的抗剪強度值。

27ppt課件人為規(guī)定了剪切面直剪試驗時土樣的剪切面是人為規(guī)定的27剪切過程中剪切面在變化剪切面積隨剪切位移的增加而減小且土樣應(yīng)力條件非常復雜

這一缺點限制了直剪儀在研究方面的應(yīng)用，但在工程實用方面引起的誤差是可以容許的。

28ppt課件剪切過程中剪切面在變化剪切面積隨剪切位移的增加而減小28關(guān)于直剪儀的總結(jié)1.直剪儀存在許多致命的缺陷，國外已經(jīng)被淘汰，但我國還是常規(guī)武器；2.我國地基設(shè)計規(guī)范對直剪儀的態(tài)度，經(jīng)歷了從限制使用條件到企圖完全淘汰的過程，但還沒有具備淘汰的條件；3.在過渡的時間內(nèi)，正確認識直剪儀的問題，不致發(fā)生濫用是至關(guān)重要的；29ppt課件關(guān)于直剪儀的總結(jié)1.直剪儀存在許多致命的缺陷，國外已經(jīng)被淘2989設(shè)計規(guī)范的限制條件還是合適的直剪試驗不適用于低塑性土。

直剪試驗也不適用于砂土和軟土。

如89版《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定直剪試驗只適用于二級及三級建筑物的可塑狀粘性土和飽和度不大于0.5的粉土。

30ppt課件89設(shè)計規(guī)范的限制條件還是合適的30ppt課件30三軸試驗三軸試驗的土樣是在軸對稱應(yīng)力條件下剪切的，圓柱形土樣側(cè)面作用著小主應(yīng)力s3

，頂面和底面作用著大主應(yīng)力s1，大、小主應(yīng)力可以根據(jù)試驗要求控制其大小和變化。土樣包在不透水的橡皮膜中，在土樣的底面和頂面都設(shè)置了可以控制的排水管道，通過閥門可以改變土樣的排水條件，并可通過管道量測土樣頂部或內(nèi)部的孔隙水壓力。31ppt課件三軸試驗三軸試驗的土樣是在軸對稱應(yīng)力條件下剪31三軸試驗指標的測定與資料分析三軸試驗原理:以材料力學的摩爾圓表示一點的應(yīng)力狀態(tài)為基礎(chǔ)，以庫侖強度理論為準則。三軸試驗方法:

利用三軸儀的設(shè)備條件，用各種方法模擬土的各種應(yīng)力條件和物理狀態(tài)。三軸試驗結(jié)果的資料整理：試驗資料的分析計算：32ppt課件三軸試驗指標的測定與資料分析三軸試驗原理:32ppt課件32三軸試驗原理三軸試驗是建立在軸對稱極限平衡理論基礎(chǔ)上的一種土工試驗，與直剪試驗相比，應(yīng)力條件明確，分析原理嚴密，可以模擬各種排水條件和應(yīng)力條件。33ppt課件三軸試驗原理三軸試驗是建立在軸對稱極限平衡理論基礎(chǔ)上33摩爾圓

土體中一點的應(yīng)力狀態(tài)

主應(yīng)力的

概念

當截面的方向變化時，截面上應(yīng)力狀態(tài)的變化

34ppt課件摩爾圓

土體中一點的應(yīng)力狀態(tài)

主應(yīng)力的

概念

當截面的方34摩爾－庫侖

強度包線破壞圓是破壞時的應(yīng)力圓破壞圓的公切線即為強度包線35ppt課件摩爾－庫侖

強度包線破壞圓是破壞時的應(yīng)力圓35ppt課件35

從0點到圓心的距離等于半徑除以sin；移項以后就得到極限平衡條件的表達式破壞圓上的應(yīng)力條件36ppt課件

36化簡并通過三角函數(shù)間的變換關(guān)系，從而可得到常用的土的極限平衡條件：37ppt課件化簡并通過三角函數(shù)間的變換關(guān)系，從而可得到常用的土的37例題土樣內(nèi)摩擦角為=26°，粘聚力為20kPa，承受大主應(yīng)力和小主應(yīng)力分別為450kPa和150kPa，，試判斷該土樣是否達到極限平衡狀態(tài)？

解已知小主應(yīng)力，現(xiàn)將其余已知的有關(guān)數(shù)據(jù)代入到式(6-6)的右側(cè)，得小主應(yīng)力的計算值為：

計算結(jié)果可以認為的計算值與已知值相等，所以該土樣處于極限平衡狀態(tài)。

38ppt課件例題土樣內(nèi)摩擦角為=26°，粘聚力為20kPa，承受大主38對上述問題：內(nèi)摩擦角為=26°，粘聚力為20kPa，承受大主應(yīng)力和小主應(yīng)力分別為450kPa和150kPa如果用圖解法，則同樣會得到摩爾應(yīng)力圓與抗剪強度線相切的結(jié)果。39ppt課件對上述問題：內(nèi)摩擦角為=26°，粘聚力為39關(guān)于摩爾圓的幾個概念1.

1＝

3時，摩爾圓為一個點；2.在

1逐漸增大的過程中，達到破壞以前，土體都處于彈性狀態(tài)；3.K0圓處于彈性狀態(tài)。當土體處于K0條件時，如圖中的K0圓，此時的土體處于彈性平衡狀態(tài)，不會發(fā)生破壞。40ppt課件關(guān)于摩爾圓的幾個概念1.1＝3時，摩爾圓為一個點；4404.從K0圓到破壞圓的過程，就是土體剪切破壞的發(fā)生過程，是從彈性狀態(tài)向塑性狀態(tài)發(fā)展的過程。在破壞圓上，有兩個特征點，一個的最大剪應(yīng)力，將每個破壞圓是的最大剪應(yīng)力點連成Kf線，Kf線不是強度包線。41ppt課件4.從K0圓到破壞圓的過程，就是土體剪切破壞的發(fā)生過程，是415.一系列破壞圓的公切線才是摩爾強度包線，摩爾強度包線的參數(shù)才是抗剪強度指標。42ppt課件5.一系列破壞圓的公切線才是摩爾強度包線，摩爾強度包線的參42三軸儀設(shè)備43ppt課件三軸儀設(shè)備43ppt課件43三軸儀的主機三軸剪力儀由主機、穩(wěn)壓系統(tǒng)和量測系統(tǒng)三個部分組成。主機包括壓力室、周圍壓力系統(tǒng)和軸向加壓設(shè)備。圓柱形的土樣用橡皮膜包裹密封后置于壓力室內(nèi)，由周圍壓力系統(tǒng)通過壓力水對土樣施加周圍壓力

3，由軸向加壓設(shè)備通過量力環(huán)、活塞桿對土樣施加軸向的偏應(yīng)力（

1-

3），在忽略土樣帽與土樣之間摩擦力的條件下，周圍壓力

3即為小主應(yīng)力，偏應(yīng)力與周圍壓力之和

3+(

1-

3)即為大主應(yīng)力

1。44ppt課件三軸儀的主機三軸剪力儀由主機、穩(wěn)壓系統(tǒng)和量測4445ppt課件45ppt課件45穩(wěn)壓系統(tǒng)包括壓力源、調(diào)壓筒和壓力表等，用以調(diào)節(jié)和保持周圍壓力的穩(wěn)定，以保證使用結(jié)果的準確性。對于剪切時不排水的試驗，采用量測穩(wěn)壓系統(tǒng)中補充給壓力室的水量來測定土樣的體積變形，此時穩(wěn)壓系統(tǒng)具有量測的作用，但對壓力水去除氣泡的要求很高。46ppt課件46ppt課件46量測系統(tǒng)用以量測從土樣中排出孔隙水的體積，測定孔隙水壓力的變化以及對土樣施加應(yīng)力的大小。三軸儀的控制系統(tǒng)可以分別控制土樣在周圍壓力和偏應(yīng)力作用時的排水條件，可以克服直剪儀無法控制排水條件的缺點，因此能夠測定在不同固結(jié)排水條件下的抗剪強度指標。47ppt課件量測系統(tǒng)用以量測從土樣中排出孔隙水的體積，測47三軸試驗方法與分析方法試驗方法：不固結(jié)不排水剪固結(jié)不排水剪固結(jié)排水剪分析方法：總應(yīng)力法有效應(yīng)力法48ppt課件三軸試驗方法與分析方法試驗方法：48ppt課件48三種試驗的方法試驗方法施加周圍壓力施加偏差壓力孔隙水壓力不固結(jié)不排水剪UU關(guān)排水閥門關(guān)排水閥門不測孔隙水壓力固結(jié)不排水剪CU開排水閥門關(guān)排水閥門測孔隙水壓力排水剪CD開排水閥門開排水閥門保持為零49ppt課件三種試驗的方法試驗方法施加施加孔隙水壓力不固結(jié)不排水剪UU關(guān)49不固結(jié)不排水試驗（UU試驗）在施加周圍壓力時關(guān)閉排水閥門，此時土樣內(nèi)的孔隙水壓力等于周圍壓力，隨后也在關(guān)閉排水閥門的條件下施加偏應(yīng)力，不容許土樣中的孔隙水排出，直至土樣剪切破壞，測定的抗剪強度指標用cu、

u

表示，對飽和土

u

０。50ppt課件不固結(jié)不排水試驗（UU試驗）在施加周圍壓力時50飽和土的不固結(jié)不排水試驗51ppt課件飽和土的不固結(jié)不排水試驗51ppt課件51非飽和土的不固結(jié)不排水試驗52ppt課件非飽和土的不固結(jié)不排水試驗52ppt課件52固結(jié)不排水試驗（CU試驗）試驗時先對土樣施加周圍壓力并打開排水閥門，在土樣排水所過程中可以觀察到土樣高度逐步減小和土樣體積的減小，如果同時量測孔隙水壓力則可觀察到孔隙水壓力逐步消散。在土樣充分排水固結(jié)以后關(guān)閉排水閥門，然后施加偏應(yīng)力直至破壞，由于已經(jīng)關(guān)閉了排水閥門，在剪切過程中不可能發(fā)生排水。53ppt課件固結(jié)不排水試驗（CU試驗）試驗時先對土樣施加53固結(jié)不排水試驗得出的抗剪強度指標用ccu、

cu

表示。如果在剪切過程中打開孔隙水壓力閥同時測定土樣內(nèi)的孔隙水壓力，則可得到孔隙水壓力與剪切應(yīng)變的關(guān)系曲線，并可以求得有效內(nèi)摩擦角

和有效內(nèi)聚力c。54ppt課件固結(jié)不排水試驗得出的抗剪強度指標用ccu、54固結(jié)排水試驗（CD試驗）在施加周圍壓力和偏應(yīng)力的全過程中，土樣始終處在排水狀態(tài)，剪切速率應(yīng)使孔隙水壓力始終處于消散為零的狀態(tài)，因此排水閥門和孔隙水壓力閥門始終是打開的。所測定的抗剪強度指標用cd、

d

表示，其物理意義就是有效內(nèi)摩擦角。

55ppt課件固結(jié)排水試驗（CD試驗）在施加周圍壓力和偏應(yīng)力的全過55三軸試驗結(jié)果的資料整理有4個土樣分別在周圍壓力為50kPa、100kPa、150kPa和200kPa作用下固結(jié)不排水試驗，測得剪切破壞時的偏應(yīng)力如表所示。根據(jù)已知的周圍壓力和偏應(yīng)力，所計算最大主應(yīng)力以及破壞時摩爾圓的圓心位置坐標和半徑也列于表內(nèi)：56ppt課件三軸試驗結(jié)果的資料整理有4個土樣分別在周圍壓力為5056不固結(jié)不排水剪資料整理試驗記錄的是周圍壓力，即小主應(yīng)力

3和軸向的力，即測力計讀數(shù)與測力計率定系數(shù)的乘積CR;軸向力除以校正后的試樣面積，就得到主應(yīng)力差1-3;57ppt課件不固結(jié)不排水剪資料整理試驗記錄的是周圍壓力，57主應(yīng)力差除以2就得到破壞應(yīng)力圓的半徑。破壞應(yīng)力圓的半徑主應(yīng)力差加小主應(yīng)力就得到大主應(yīng)力1。計算大、小主應(yīng)力之和的一半，就得到破壞應(yīng)力圓的圓心坐標值已知圓心坐標和半徑，就可以畫破壞應(yīng)力圓。58ppt課件主應(yīng)力差除以2就得到破壞應(yīng)力圓的半徑。58ppt課件58固結(jié)不排水剪資料整理試樣固結(jié)后的高度試樣固結(jié)后的面積試樣面積校正59ppt課件固結(jié)不排水剪資料整理試樣固結(jié)后的高度59ppt課件59總應(yīng)力分析軸向應(yīng)變圓心坐標莫爾圓半徑60ppt課件總應(yīng)力分析軸向應(yīng)變圓心坐標莫爾圓半徑60ppt課件60有效應(yīng)力分析有效應(yīng)力孔隙水壓力對強度的影響用有效應(yīng)力表示的強度61ppt課件有效應(yīng)力分析有效應(yīng)力61ppt課件61有效應(yīng)力圓的圓心坐標與半徑的計算公式表明，有效應(yīng)力圓的圓心與總應(yīng)力圓的圓心之差為破壞時的孔隙水壓力，有效應(yīng)力圓的半徑與總應(yīng)力圓相同。62ppt課件有效應(yīng)力圓的圓心坐標與半徑的計算公式表明，有效應(yīng)力圓的圓心與62有效大主應(yīng)力有效小主應(yīng)力63ppt課件有效大主應(yīng)力63ppt課件63有效主應(yīng)力比初始孔隙水壓力系數(shù)破壞時孔隙水壓力系數(shù)64ppt課件有效主應(yīng)力比64ppt課件64孔隙水壓力與應(yīng)變的關(guān)系65ppt課件孔隙水壓力與應(yīng)變的關(guān)系65ppt課件65有效主應(yīng)力比與應(yīng)變關(guān)系66ppt課件有效主應(yīng)力比與應(yīng)變關(guān)系66ppt課件66應(yīng)力路徑曲線67ppt課件應(yīng)力路徑曲線67ppt課件67有效內(nèi)摩擦角有效內(nèi)聚力68ppt課件有效內(nèi)摩擦角68ppt課件68破壞點的取值標準以主應(yīng)力差的峰值作為破壞點以有效主應(yīng)力比的峰值作為破壞點以有效應(yīng)力路徑的密集點為破壞點以軸向應(yīng)變15％時的主應(yīng)力差為破壞點69ppt課件破壞點的取值標準以主應(yīng)力差的峰值作為破壞點69ppt課件69正確使用不固結(jié)不排水抗剪強度不固結(jié)不排水強度是天然強度，不是強度指標；不固結(jié)不排水強度是總強度，反映了某種狀態(tài)的結(jié)果；無法反映土的抗剪強度隨法向應(yīng)力變化的規(guī)律；如何提供土層的代表性數(shù)值？70ppt課件正確使用不固結(jié)不排水抗剪強度不固結(jié)不排水強度70正常壓密土層不固結(jié)不排水強度隨深度增長，不能提供平均值。

cuz

71ppt課件正常壓密土層不固結(jié)不排水強度隨深度增長，不能提供平均值。c71不適當?shù)氖褂貌还探Y(jié)不排水剪用以計算地基承載力，不能反映基礎(chǔ)埋置深度對承載力的影響；用以計算土壓力，不能反映實際的情況。固結(jié)不排水剪不固結(jié)不排水剪72ppt課件不適當?shù)氖褂貌还探Y(jié)不排水剪用以計算地基承載力，不能反映基礎(chǔ)埋72無側(cè)限抗壓強度試驗相當于周圍壓力為零的三軸不固結(jié)不排水剪試驗。靈敏度73ppt課件無側(cè)限抗壓強度試驗相當于周圍壓力為零的三軸不固結(jié)不排水剪試驗73例題1.計算大主應(yīng)力；2.計算有效的大、小主應(yīng)力；3.分別計算總應(yīng)力圓和有效應(yīng)力圓的半徑和圓心坐標。74ppt課件例題1.計算大主應(yīng)力；74ppt課件7475ppt課件75ppt課件7576ppt課件76ppt課件76關(guān)于直剪和三軸儀的選用地基規(guī)范已經(jīng)廢除了直剪試驗勘察規(guī)范仍可有條件地使用三次規(guī)范修訂時對直剪和三軸的說法我國面前大面積推廣三軸的條件如何實現(xiàn)用三軸試驗完成剪切試驗？儀器條件－配備一定數(shù)量的設(shè)備技術(shù)和人員－具有一支技術(shù)隊伍技術(shù)要求－少而精77ppt課件關(guān)于直剪和三軸儀的選用地基規(guī)范已經(jīng)廢除了直剪試驗77ppt課77非飽和土抗剪強度試驗的問題1.我們這里做三軸不固結(jié)不排水試驗都是先讓試樣飽和，然后再進行試驗，結(jié)果是硬塑至堅硬的土，其抗剪強度也很低（內(nèi)聚力c小于30kPa，內(nèi)摩擦角

小于10度）。不知道是否合理。

78ppt課件非飽和土抗剪強度試驗的問題1.我們這里做三軸不固結(jié)不排水試驗782.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002要求土的剪切指標用三軸壓縮試驗中的不固結(jié)不排水試驗確定，對于非飽和土，在試驗前先進行飽和再試驗，其試驗結(jié)果還能代表實際地層的力學性質(zhì)嗎？3.不飽和的土比如黃土又如何確定內(nèi)聚力c和內(nèi)摩擦角

呢？

79ppt課件2.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002要求土的79

自然界的土不全部都是飽和土，但傳統(tǒng)的土力學卻是在飽和土的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，非飽和土的土力學還處在發(fā)展階段，非飽和土的試驗比飽和土更為復雜。由于理解上的誤區(qū)和一些規(guī)范的規(guī)定不合適，引起了人們認識上的混亂，用飽和土的試驗方法來測定非飽和土的抗剪強度，這怎么能夠得到符合實際的指標呢？

80ppt課件自然界的土不全部都是飽和土，但傳統(tǒng)的土力學卻是在飽和土的基80非飽和土的抗剪強度公式81ppt課件非飽和土的抗剪強度公式81ppt課件81當土接近飽和時，基質(zhì)吸力趨向于零，孔隙水壓力接近于孔隙氣壓力，上式中的第3項趨于零，就變?yōu)轱柡屯恋目辜魪姸裙?。如果要得到上述公式中?個抗剪強度的參數(shù)，試驗時不僅需要量測孔隙水壓力，而且還需要量測孔隙氣壓力，這在一般的常規(guī)三軸儀上是無法進行試驗的，必須配備特殊的量測孔隙氣壓力的設(shè)備。82ppt課件當土接近飽和時，基質(zhì)吸力趨向于零，孔隙水壓力82量測的關(guān)鍵裝置是高進氣值陶瓷板，它具有許多均勻小孔，能夠在空氣和水之間起隔膜作用。陶瓷板用高嶺土焙燒制成，一旦充水飽和，由于收縮膜的阻擋，空氣就不能通過陶瓷板。陶瓷板所以能夠阻擋空氣通過是因為收縮膜產(chǎn)生表面張力。收縮膜上方的空氣壓力與收縮膜下面的水壓之間的差值定義為基質(zhì)吸力。陶瓷板能夠保持的最大基質(zhì)吸力值稱為它的進氣值，進氣值的大小與板的孔徑成反比。按照試驗的要求，可以選用不同進氣值規(guī)格的陶瓷板，在國外這種陶瓷板都有專門的生產(chǎn)。83ppt課件量測的關(guān)鍵裝置是高進氣值陶瓷板，它具有許多均勻小孔，能夠在空8384ppt課件84ppt課件84進行非飽和土試驗時，如果孔隙水壓力接近－1大氣壓，將會遇到困難。此時，水將出現(xiàn)水蝕現(xiàn)象，使量測系統(tǒng)中充滿氣體，量測系統(tǒng)中的水會被迫進入土中。為了避免出現(xiàn)這種情況，通常采用軸平移技術(shù)，將基準壓力平移，使孔隙水壓力能以正的空氣壓力作為量測基準。圖是采用軸平移技術(shù)在非飽和土試樣中量測孔隙水壓力的示意圖。85ppt課件進行非飽和土試驗時，如果孔隙水壓力接近－1大氣壓，將會遇到困85軸平移202kPa空氣通過高進氣值陶瓷板面擴散86ppt課件86ppt課件86非飽和土的三軸試驗分為固結(jié)排水試驗、常含水量試驗、固結(jié)不排水試驗、不排水試驗和無側(cè)限試驗等五種不同的試驗，試驗中是否排水和控制與量測的項目見表。有些試驗的名稱雖然和飽和土的試驗名稱一樣，但是實際發(fā)生的物理過程是不同的，例如非飽和土固結(jié)的過程與飽和土不同，它包括了孔隙水與孔隙氣的外排，也包括氣體部分的溶解與水或者水中氣泡的逸出。

87ppt課件非飽和土的三軸試驗分為固結(jié)排水試驗、常含水量試驗、固結(jié)不排水8788ppt課件88ppt課件88非飽和土的不排水試驗89ppt課件非飽和土的不排水試驗89ppt課件89工程中的抗剪強度問題90ppt課件工程中的抗剪強度問題90ppt課件9091ppt課件91ppt課件9192ppt課件92ppt課件9293ppt課件93ppt課件9394ppt課件94ppt課件94地基承載力問題土壓力問題路堤的穩(wěn)定性95ppt課件地基承載力問題95ppt課件95地基承載力問題建筑物對地基施加荷載后，地基產(chǎn)生滑動的趨勢，在滑動面上由土的抗剪強度抵抗外荷載引起的應(yīng)力。96ppt課件地基承載力問題建筑物對地基施加荷載后，地基產(chǎn)生滑動的趨勢，在96地基承載力計算公式分為兩類，一類是地基極限承載力公式：式中N

、Nq、Nc為承載力系數(shù)，都是土的內(nèi)摩擦角的函數(shù)；c為土的的粘聚力。97ppt課件地基承載力計算公式分為兩類，一類是地基極限承載力公式：97p97三個承載力系數(shù)都是內(nèi)摩擦角的函數(shù)98ppt課件三個承載力系數(shù)都是內(nèi)摩擦角的函數(shù)98ppt課件98軟土不固結(jié)不排水剪

＝0極限承載力Nc＝5.14

Nq＝1.0

N

＝099ppt課件軟土不固結(jié)不排水剪99ppt課件99另一類是容許承載力公式，如《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》所采用的公式。100ppt課件另一類是容許承載力公式，如《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》所采用的公100Skempton地基極限承載力公式

101ppt課件Skempton地基極限承載力公式101ppt課件101上海地區(qū)的驗算資料三個典型的工程資料102ppt課件上海地區(qū)的驗算資料三個典型的工程資料102ppt課件102未控制堆載速率引起的地基破壞上海焦化廠配煤房

103ppt課件未控制堆載速率引起的地基破壞上海焦化廠配煤房103ppt課103焦化廠配煤房由圖所示的5個圓形的鋼筋混凝土儲煤筒倉組成，儲煤筒倉直徑8m，高31m，并排置于帶肋的鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)面積為46.5m×10.76m，基礎(chǔ)板厚度為30cm，埋置深度1.5m。

104ppt課件焦化廠配煤房由圖所示的5個圓形的鋼筋混凝土儲煤筒倉組成，儲煤104儲煤筒倉的結(jié)構(gòu)自重為38000kN，可裝煤21500kN。結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的基礎(chǔ)底面壓力為76kPa，總荷載（結(jié)構(gòu)自重加儲煤重量）產(chǎn)生的基礎(chǔ)底面壓力為119kPa。105ppt課件儲煤筒倉的結(jié)構(gòu)自重為38000kN，可裝煤21500kN。結(jié)105地基土的抗剪強度指標106ppt課件地基土的抗剪強度指標106ppt課件106107ppt課件107ppt課件107108ppt課件108ppt課件108109ppt課件109ppt課件109配煤房在上部結(jié)構(gòu)竣工前后3個月內(nèi)的平均沉降為47mm，沉降速率為0.5mm/d，已發(fā)現(xiàn)沉降稍有不均勻，南側(cè)沉降較大，整體傾斜僅為2.7‰?？⒐ず?個月投入生產(chǎn)時，在5天內(nèi)將5個儲煤筒倉全部裝滿煤，荷載突然增加了21500kN，平均加荷速率為4300kN/d，基礎(chǔ)底面壓力的增長速率為8.6kPa/d。此時發(fā)現(xiàn)沉降速率迅速加快，加煤停止時，基礎(chǔ)南邊的沉降速率為10mm/d，北邊為8mm/d；停止加煤后4天時沉降速率增大至最大值，南邊達45mm/d，北邊為27mm/d。110ppt課件配煤房在上部結(jié)構(gòu)竣工前后3個月內(nèi)的平均沉降為110由于南北兩側(cè)的沉降不均勻，配煤房出現(xiàn)了明顯的傾斜，實測傾斜的發(fā)展過程曲線見圖3-22。最大的傾斜達到24‰，儲煤筒倉的重心明顯偏離基礎(chǔ)形心，不利于建筑物的穩(wěn)定，于是決定采取工程措施進行糾偏。111ppt課件由于南北兩側(cè)的沉降不均勻，配煤房出現(xiàn)了明顯的111在配煤房的北側(cè)堆放鋼錠30000kN，控制堆載的速度不超過500kN/d，在糾偏荷載的作用下，配煤房的傾斜逐漸減少，壓載3年后逐漸卸載，但沉降仍在繼續(xù)發(fā)展，卸載后6年實測的最大沉降量為1200mm，最小沉降1100mm。112ppt課件在配煤房的北側(cè)堆放鋼錠30000kN，控制堆112

分別采用固結(jié)不排水試驗指標和不固結(jié)不排水試驗指標計算地基極限承載力。取直剪試驗結(jié)果的內(nèi)摩擦角

＝13

，粘聚力c=12kPa時，用Hansen公式求得極限承載力等于202kPa。取原位十字板剪切試驗結(jié)果粘聚力cu=22kPa時，求得極限承載力等于135kPa。

地基承載力安全度分析113ppt課件地基承載力安全度分析113ppt課件113原位十字板強度相當于土的天然強度，適用于加荷速度很快，地基土來不及排水固結(jié)時的地基穩(wěn)定驗算。對于焦化廠配煤房正常的施工期來說，由于加荷速度比較慢，采用不固結(jié)不排水強度指標就低估了地基承載力；固結(jié)不排水試驗強度反映了地基固結(jié)對強度的影響，如果用于快速加荷條件下的地基承載力計算，則過高地估計了地基承載力，得到了偏于危險的計算結(jié)果。

114ppt課件原位十字板強度相當于土的天然強度，適用于加荷速度很快114在這個工程實例中，采用固結(jié)不排水試驗指標計算得到的安全系數(shù)為1.70，與安全系數(shù)的一般經(jīng)驗值相比已經(jīng)是偏小了。如按一般考慮取安全系數(shù)為2，則得容許承載力101kPa，而基底壓力已達119kPa，顯然即使沒有快速裝煤，這個設(shè)計也是偏于不安全的。

115ppt課件在這個工程實例中，采用固結(jié)不排水試驗指標計算得到的安115

如果考慮到由于裝煤的時間很短，地基土來不及排水固結(jié)，則應(yīng)采用不固結(jié)不排水試驗指標驗算。按不固結(jié)不排水指標得到的安全系數(shù)只有1.13，

已經(jīng)臨近極限狀態(tài)了。當然，這個估計是偏于保守的。因為實際的情況可能介于兩者之間。即結(jié)構(gòu)自重部分的加荷速度比較慢，施工結(jié)束后又有6個月的間歇時間，可以考慮部分的排水固結(jié)，而活載加荷速度又很快，后一部分加荷過程中不應(yīng)考慮強度的增長。則實際的安全系數(shù)應(yīng)當介于上述兩種情況的安全系數(shù)1.13~1.70之間。

116ppt課件如果考慮到由于裝煤的時間很短，地基土來不及排水固結(jié)，116土壓力問題土壓力的計算也需要用土的抗剪強度指標，如主動土壓力計算公式：117ppt課件土壓力問題土壓力的計算也需要用土的抗剪強度指標，如主動土壓力117

在基坑工程設(shè)計中，土壓力是作用于基坑支護結(jié)構(gòu)上的側(cè)向荷載，土壓力估計值的大小直接影響基坑工程設(shè)計的安全與經(jīng)濟。目前上海地區(qū)的工程經(jīng)驗是建立在采用直剪固快強度指標的基礎(chǔ)上，關(guān)于計算土壓力時如何考慮地下水作用的問題是十分重要的，存在不同的方法，稱為水土分算還是水土合算。118ppt課件在基坑工程設(shè)計中，土壓力是作用于基坑支護結(jié)構(gòu)上118

按有效應(yīng)力原理計算

地下水的作用單獨考慮，則土壓力采用浮重度計算，內(nèi)摩擦角也采用有效內(nèi)摩擦角，即按有效應(yīng)力原理計算：119ppt課件按有效應(yīng)力原理計算地下水的作用單獨考慮，則土壓力采用浮重119總應(yīng)力法計算水土分算：地下水作用單獨考慮，土壓力用浮重度計算，但內(nèi)摩擦角則用總應(yīng)力指標計算：120ppt課件總應(yīng)力法計算水土分算：地下水作用單獨考慮，土壓力用浮重度計算120水土合算：地下水的作用合在土的重度中反映，故采用飽和重度計算，內(nèi)摩擦角也采用總應(yīng)力指標：121ppt課件水土合算：地下水的作用合在土的重度中反映，故采用飽和重度計算121上海地區(qū)的一些局部經(jīng)驗

按水土分算原則，應(yīng)采用有效指標計算，但目前勘察報告中很少提供有效指標，如果采用總應(yīng)力指標是否可行？對于開挖深度在5m左右的基坑，若干對比數(shù)據(jù)的計算表明，采用總應(yīng)力指標計算的土壓力與采用有效指標計算的土壓力基本相當。122ppt課件上海地區(qū)的一些局部經(jīng)驗按水土分算原則，應(yīng)采用122四個工程的計算對比資料

123ppt課件四個工程的計算對比資料123ppt課件123計算方法的選用在砂土和粉土層中，用砂土分算的方法計算圍護結(jié)構(gòu)上的側(cè)向壓力，砂土或粉土的總應(yīng)力指標與有效指標接近；在粘性土層中，采用水土分算的方法計算，可用總應(yīng)力指標計算；在有經(jīng)驗時，也可采用水土合算的方法計算。124ppt課件計算方法的選用在砂土和粉土層中，用砂土分算的124在基坑開挖時，基坑外側(cè)如果不考慮地下水位的變化，豎向的自重應(yīng)力保持不變，水平方向的應(yīng)力減少，隨著開挖深度增加，水平應(yīng)力逐步減小，直至主動土壓力狀態(tài)。這個變化過程可以用減少試樣側(cè)壓力的方法進行模擬，在三軸儀上，保持軸向壓力不變而減少側(cè)壓力，直至試樣破壞。

模擬實際應(yīng)力歷史的特殊試驗125ppt課件在基坑開挖時，基坑外側(cè)如果不考慮地下水位的變化，豎向125側(cè)壓減少的試驗與單軸壓縮試驗結(jié)果的比較側(cè)壓減少試