土力學(xué)1-第五章 土的抗剪強度[1]培訓(xùn)講學(xué).ppt

1、1,第五章,土的抗剪強度,作業(yè) 5-1、5-2（CD試驗） 5-3、5-5、3-9 5-8、5-4、5-9,提示：12月6日習(xí)題討論課,2,本章特點,有較嚴格的理論體系 各種關(guān)系較復(fù)雜 前面各章知識的綜合運用 理清關(guān)系 砂性土與粘性土強度的區(qū)別與聯(lián)系 試驗條件與實際工程情況的對應(yīng)關(guān)系 正常固結(jié)粘性土的強度 不固結(jié)不排水剪的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及強度 強度指標(biāo)的運用,主要難點,學(xué)習(xí)要點,5 土的抗剪強度,3,土工結(jié)構(gòu)物或地基,土,滲透問題 變形問題 強度問題,滲透特性 變形特性 強度特性,5 土的抗剪強度,4,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論 5.2 抗剪強度測定試驗 5.3 應(yīng)力路徑與破壞

2、主應(yīng)力線 5.4 抗剪強度指標(biāo) 5.5 動強度與砂土的振動液化,5,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,5 土的抗剪強度,一、土的強度特點 二、工程中土體的破壞類型 三、土的強度機理 四、莫爾-庫侖強度理論,6,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,5 土的抗剪強度,1. 碎散性：強度不是顆粒礦物本身的強度，而是顆粒間相互作用主要是抗剪強度（剪切破壞），顆粒間粘聚力與摩擦力； 2. 三相體系：三相承受與傳遞荷載有效應(yīng)力原理； 3. 自然變異性：土的強度的結(jié)構(gòu)性與復(fù)雜性。,一、土的強度特點,7,大阪的港口碼頭擋土墻由于液化前傾,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,1.

3、擋土結(jié)構(gòu)物的破壞,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,8,1. 擋土結(jié)構(gòu)物的破壞,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,廣州京光廣場基坑塌方,使基坑旁辦公室、民工宿舍和倉庫倒塌，死3人，傷17人。,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,9,擋土墻,滑裂面,基坑支護,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,5 土的抗剪強度,1. 擋土結(jié)構(gòu)物的破壞,5.1 土體破壞與強度理論,10,平移滑動,2. 各種類型的滑坡,5 土的抗剪強度,崩塌,旋轉(zhuǎn)滑動,流滑,二、工程中土體的破壞類型,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,11,1994年4月30日 崩塌體積400萬方

4、 10萬方進入烏江 死4人，傷5人，失蹤12人 擊沉拖輪、駁輪各一艘，漁船2只 1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡 崩塌體巨大石塊滾入江內(nèi)，無法通航 滑坡體崩入烏江近百萬方；江水位差數(shù)米。,烏江雞冠嶺山體崩塌,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,5 土的抗剪強度,2. 各種類型的滑坡,5.1 土體破壞與強度理論,12,龍觀嘴,黃崖溝,烏江,2000年西藏易貢巨型滑坡,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,5 土的抗剪強度,2. 各種類型的滑坡,5.1 土體破壞與強度理論,13,立面示意圖,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,2000年西藏易貢巨型滑坡,5 土的抗剪強度

5、,2. 各種類型的滑坡,5.1 土體破壞與強度理論,14,平面示意圖,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,2000年西藏易貢巨型滑坡,5 土的抗剪強度,2. 各種類型的滑坡,5.1 土體破壞與強度理論,15,天然壩 壩高290 m 滑坡堰塞湖 庫容15億方,湖水每天上漲50cm ?,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,2000年西藏易貢巨型滑坡,5 土的抗剪強度,2. 各種類型的滑坡,5.1 土體破壞與強度理論,16,邊坡,滑裂面,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,5 土的抗剪強度,2. 各種類型的滑坡,5.1 土體破壞與強度理論,17,粘土地基上的某谷倉地基破壞,3

6、. 地基的破壞,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,18,日本新瀉1964年地震引起大面積液化,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,5 土的抗剪強度,3. 地基的破壞,5.1 土體破壞與強度理論,19,地基,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,5 土的抗剪強度,3. 地基的破壞,5.1 土體破壞與強度理論,20,土壓力 邊坡穩(wěn)定 地基承載力,擋土結(jié)構(gòu)物破壞 各種類型的滑坡 地基的破壞,核心 強度理論,5 土的抗剪強度,二、工程中土體的破壞類型,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,21,5 土的抗剪強度,5.1 土體

7、破壞與強度理論,5 土的抗剪強度,一、土的強度特點 二、工程中土體的破壞類型 三、土的強度機理 四、莫爾-庫侖強度理論,22,三、土的強度機理,5 土的抗剪強度,施加 （=P/A） 施加 S 量測 （=T/A）,上盒,下盒,P,A,5 土的抗剪強度,1、直剪試驗（庫侖 1776）,試驗方法, = 100KPa, = 200KPa, = 300KPa,5.1 土體破壞與強度理論,23,c： 粘聚力 ：內(nèi)摩擦角,三、土的強度機理,5 土的抗剪強度,庫侖公式,f ： 土的抗剪強度 tg： 摩擦強度-正比于壓力 c： 粘聚強度,5 土的抗剪強度,1. 直剪試驗,試驗結(jié)果,抗剪強度指標(biāo),5.1 土體破壞

8、與強度理論,24,三、土的強度機理,5 土的抗剪強度,（1）滑動摩擦,5 土的抗剪強度,2、摩擦強度 tg,由顆粒之間發(fā)生滑動時顆粒接觸面粗糙不平所引起，與顆粒大小，礦物組成等因素有關(guān),5.1 土體破壞與強度理論,25,（2）咬合摩擦,三、土的強度機理,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,2. 摩擦強度 tg,剪切面,是指相鄰顆粒對于相對移動的約束作用 當(dāng)發(fā)生剪切破壞時，相互咬合著的顆粒A必須抬起，跨越相鄰顆粒B，或在尖角處被剪斷（C），才能移動 土體中的顆粒重新排列，也會消耗能量,5.1 土體破壞與強度理論,26,密度（e, 粒徑級配（Cu, Cc） 顆粒的礦物成分 對于：砂土粘性土； 高嶺

9、石伊里石蒙特石 粒徑的形狀（顆粒的棱角與長寬比） 在其他條件相同時： 一般，對于粗粒土，顆粒的棱角提高了內(nèi)摩擦角,影響土的摩擦強度的主要因素：,三、土的強度機理,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,2. 摩擦強度 tg,5.1 土體破壞與強度理論,27,粘聚強度機理 靜電引力（庫侖力） 范德華力 顆粒間膠結(jié) 假粘聚力（毛細力等）,粘聚強度影響因素 地質(zhì)歷史 粘土顆粒礦物成分 密度 離子價與離子濃度,三、土的強度機理,5 土的抗剪強度,3、粘聚強度,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,28,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,5 土的抗剪強度,一、土的強度特點 二、工程中土體

10、的破壞類型 三、土的強度機理 四、莫爾-庫侖強度理論,29,5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,1. 應(yīng)力狀態(tài)與莫爾圓 2. 極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 3. 莫爾-庫侖強度理論 4. 破壞判斷方法 5. 滑裂面的位置,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,30,5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,固定滑裂面,一般應(yīng)力狀態(tài)如何判斷是否破壞？,借助于莫爾圓,庫侖公式,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,31,三維應(yīng)力狀態(tài),5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,1. 應(yīng)力狀態(tài)與莫爾圓,二維應(yīng)力狀態(tài),5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,32,莫爾圓應(yīng)力分析符號規(guī)定,

11、5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,5 土的抗剪強度,1. 應(yīng)力狀態(tài)與莫爾圓,材料力學(xué),土力學(xué),正應(yīng)力,剪應(yīng)力,拉為正 壓為負,順時針為正 逆時針為負,壓為正 拉為負,逆時針為正 順時針為負,5.1 土體破壞與強度理論,33,z,+zx,-xz,x,2,1,3,5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,大主應(yīng)力：,小主應(yīng)力:,圓心：,半徑：,z按順時針方向旋轉(zhuǎn),x按順時針方向旋轉(zhuǎn),莫爾圓：代表一個土單元（某點）的應(yīng)力狀態(tài)； 圓上一點：代表一個面上的兩個應(yīng)力與,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,1. 應(yīng)力狀態(tài)與莫爾圓,34,f,直剪試驗的莫爾圓與庫侖抗剪強度線的關(guān)系如何？為什么

12、？,(c、 )三軸 (c、 )直剪 巧合嗎？,與的組合滿足庫侖公式才破壞,5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,1. 應(yīng)力狀態(tài)與莫爾圓,三軸試驗結(jié)果,35,2. 極限平衡應(yīng)力狀態(tài),5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,極限平衡應(yīng)力狀態(tài)： 有一對面上的應(yīng)力狀態(tài)達到 = f 土的強度包線： 所有達到極限平衡狀態(tài)的莫爾園的公切線。,f,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,36,5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,強度包線以內(nèi)：任何一個面上的一對應(yīng)力與 都沒有達到破壞包線，不破壞； 與破壞包線相切：該面上的應(yīng)力達到破壞狀態(tài)； 與破壞

13、包線相交：有一些平面上的應(yīng)力超過強度；不可能發(fā)生。,5 土的抗剪強度,2. 極限平衡應(yīng)力狀態(tài),5.1 土體破壞與強度理論,37,（1）土單元的某一個平面上的抗剪強度f是該面上作用的法向應(yīng)力的單值函數(shù), f =f() （莫爾：1900年） （2）在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，可以用線性函數(shù)近似：f = c +tg （3）某土單元的任一個平面上 = f ，該單元就達到了極限平衡應(yīng)力狀態(tài),5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,5 土的抗剪強度,3. 莫爾庫侖強度理論,5.1 土體破壞與強度理論,38,5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,莫爾-庫侖強度理論表達式極限平衡條件,1,3,5 土的抗剪強度,

14、3. 莫爾庫侖強度理論,5.1 土體破壞與強度理論,39,5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,莫爾-庫侖強度理論表達式極限平衡條件,5 土的抗剪強度,3. 莫爾庫侖強度理論,5.1 土體破壞與強度理論,40,根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計算出大小主應(yīng)力1、3,判斷破壞可能性,由3計算1f 比較1與1f,11f 不可能狀態(tài),4. 破壞判斷方法,5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,判別對象：土體微小單元（一點）,3= 常數(shù)：,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,41,根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計算出大小主應(yīng)力1、3,判斷破壞可能性,由1計算3f 比較3與3f,33f 安全狀態(tài) 3=3f 極限平衡狀態(tài) 33

15、f 不可能狀態(tài),5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,1= 常數(shù)：,5 土的抗剪強度,4. 破壞判斷方法,5.1 土體破壞與強度理論,42,根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計算出大小主應(yīng)力1、3,判斷破壞可能性,由1、3計算與比較, 不可能狀態(tài),5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,(1 + 3)/2 = 常數(shù)：圓心保持不變,5 土的抗剪強度,4. 破壞判斷方法,5.1 土體破壞與強度理論,也可比較圓的直徑,43,2,2,5. 滑裂面的位置,與大主應(yīng)力面夾角： =45 + /2,5 土的抗剪強度,四、莫爾-庫侖強度理論,5 土的抗剪強度,5.1 土體破壞與強度理論,破壞面為什么不在最大剪應(yīng)力作用面上？,4

16、4,5.1 土體破壞與強度理論 5.2 抗剪強度測定試驗 5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線 5.4 抗剪強度指標(biāo) 5.5 動強度與砂土的振動液化,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,45,室內(nèi)試驗 野外試驗,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,三軸試驗、直剪試驗等 制樣（重塑土）或現(xiàn)場取樣 缺點：擾動 優(yōu)點：應(yīng)力條件清楚，易重復(fù),十字板扭剪試驗、旁壓試驗等 原位試驗 缺點：應(yīng)力條件不易掌握 優(yōu)點：原狀土的原位強度,5 土的抗剪強度,46,主機系統(tǒng) 穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng) 量測系統(tǒng),常規(guī)三軸試驗儀:,孔壓傳感器,體變管,軸向位移量測,軸向力量測,壓力泵,調(diào)壓閥,壓力表,壓力室,壓力室底座,主機馬達,

17、主機框架,離合器,Casagrande 1930年首先使用，可控制排水條件；可完整的描述試樣受力、變形和破壞的全過程；可進行不同應(yīng)力路徑的試驗；應(yīng)力狀態(tài)明確；變形量測簡單,5 土的抗剪強度,5.2 抗剪強度測定試驗,一、三軸試驗,47,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,1、試樣應(yīng)力特點與試驗方法 2、強度包線 3、試驗類型 4、優(yōu)缺點,5 土的抗剪強度,一、三軸試驗,48,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,方法： 首先試樣施加靜水壓力室壓（圍壓） 1=2=3 ； 然后通過活塞桿施加的是應(yīng)力差 1= 1-3 。,1、試樣應(yīng)力特點與試驗方法,特點： 試樣是軸對稱應(yīng)力狀態(tài)。垂直應(yīng)

18、力z一般是大主應(yīng)力；徑向與切向應(yīng)力總是相等r=，亦即1=z；2=3=r,5 土的抗剪強度,一、三軸試驗,49,強度包線,(1-)f,c,(1-)f,1 =15%,分別作圍壓為100 kPa 、200 kPa 、300 kPa的三軸試驗，得到破壞時相應(yīng)的（1-)f,繪制三個破壞狀態(tài)的應(yīng)力莫爾圓，畫出它們的公切線強度包線，得到強度指標(biāo) c 與 ,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,2、強度包線,5 土的抗剪強度,一、三軸試驗,50,固結(jié)排水試驗（CD試驗） 1 打開排水閥門，施加圍壓后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散； 2 打開排水閥門，慢慢施加軸向應(yīng)力差以便充分排水，避免產(chǎn)生超靜孔壓,固

19、結(jié)不排水試驗（CU試驗） 1 打開排水閥門，施加圍壓后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散； 2 關(guān)閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差過程中不排水,不固結(jié)不排水試驗（UU試驗） 1 關(guān)閉排水閥門，圍壓下不固結(jié)； 2 關(guān)閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差過程中不排水,cd 、d,ccu 、cu,cu 、u,3、試驗類型,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,一、三軸試驗,51,試驗條件與現(xiàn)場條件 的對應(yīng)關(guān)系,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,一、三軸試驗,固結(jié)排水試驗,固結(jié)不排水試驗,不固結(jié)不排水試驗,52,固結(jié)排水試驗（CD試驗）

20、 Consolidated Drained Triaxial test (CD) 抗剪強度指標(biāo)： cd d （c ）,試驗類型匯總,固結(jié)不排水試驗（CU試驗） Consolidated Undrained Triaxial test (CU) 抗剪強度指標(biāo)：ccu cu,不固結(jié)不排水試驗（UU試驗） Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU) 抗剪強度指標(biāo)： cu u （ cuu uu ）,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,一、三軸試驗,53,優(yōu)點： 1 應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力路徑明確； 2 排水條件清楚，可控制； 3 破壞面不是

21、人為固定的,缺點： 設(shè)備相對復(fù)雜，現(xiàn)場難以試驗,說明： 30 即為無側(cè)限抗壓強度試驗,4、優(yōu)點和缺點,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,一、三軸試驗,真三軸儀 空心圓柱扭剪儀,54,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,二、 直剪試驗,5 土的抗剪強度,55,通過控制剪切速率來近似模擬排水條件,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,二、直剪試驗,5 土的抗剪強度,(1) 固結(jié)慢剪 施加正應(yīng)力-充分固結(jié) 慢慢施加剪應(yīng)力-小于0.02mm/分， 以保證無超靜孔壓 (2) 固結(jié)快剪 施加正應(yīng)力-充分固結(jié) 在3-5分鐘內(nèi)剪切破壞 (3) 快剪 施加正應(yīng)力后 立即

22、剪切3-5分鐘內(nèi)剪切破壞,56,n,K0n,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,二、直剪試驗,57,設(shè)備簡單，操作方便 結(jié)果便于整理 測試時間短,優(yōu)點,試樣應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜 應(yīng)變不均勻 不易控制排水條件 剪切面固定,缺點,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,類似試驗： 環(huán)剪試驗 單剪試驗,5 土的抗剪強度,二、直剪試驗,58,一般適用于測定軟粘土的不排水強度指標(biāo)；,鉆孔到指定的土層，插入十字形的探頭；,通過施加的扭矩計算土的抗剪強度,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪強度,三、十字板剪切試驗,5 土的抗剪強度,59,時：,5.2 抗剪強度測定試驗,5 土的抗剪

23、強度,三、十字板剪切試驗,5 土的抗剪強度,60,5.1 土體破壞與強度理論 5.2 抗剪強度測定試驗 5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線 5.4 抗剪強度指標(biāo) 5.5 砂土的振動液化,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,61,5 土的抗剪強度,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,一、應(yīng)力路徑及表示法 二、強度包線與破壞主應(yīng)力線 三、孔隙水壓力與孔壓系數(shù) 四、總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑 五、粘性土密度有效應(yīng)力抗剪強度唯一性關(guān)系,62,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,5 土的抗剪強度,一、應(yīng)力路徑及表示法,5 土的抗剪強度,土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系特性 、彈塑性、,需要記錄加載歷史,應(yīng)力路徑概念,土體中一點應(yīng)力狀

24、態(tài)連續(xù)變化，在應(yīng)力空間（平面）中的軌跡,應(yīng)力狀態(tài)：土體中一點（微小單元）上作用的應(yīng)力的大小與方向,63,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,一、應(yīng)力路徑及表示法,1,3,q,p,莫爾 圓,應(yīng)力 狀態(tài),圓上 特定點,p,q,p, q平面：一個 點代表一個應(yīng)力狀態(tài),64,3,1,13,固結(jié)排水三軸試驗,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,5 土的抗剪強度,保持為常數(shù),5 土的抗剪強度,一、應(yīng)力路徑及表示法,莫爾圓與 p, q 平面上的應(yīng)力路徑,65,p,q,Kf線,以固結(jié)排水三軸試驗為例,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,5 土的抗剪強度,二、強度包線與破壞主應(yīng)力線,兩條

25、直線與橫坐標(biāo)交點都是 O,5 土的抗剪強度,強度包線 f ： 在 坐標(biāo)系中所有破壞狀態(tài)莫爾圓的公切線,破壞主應(yīng)力線 Kf 在p q 坐標(biāo)系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)對應(yīng)點的集合,O,66,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,5 土的抗剪強度,二、強度包線與破壞主應(yīng)力線,5 土的抗剪強度,67,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,5 土的抗剪強度, ；c a,5 土的抗剪強度,二、強度包線與破壞主應(yīng)力線,用若干點的最小二乘法確定a 和 然后計算強度指標(biāo)c和,確定強度指標(biāo),a,68,軸對稱三維應(yīng)力狀態(tài),=,+,等向壓縮應(yīng)力狀態(tài),偏差應(yīng)力狀態(tài),封閉土樣,5 土的抗剪強度,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,三、

26、孔隙水壓力與孔壓系數(shù),69,孔隙流體產(chǎn)生了超靜孔隙水壓力uB,土骨架的有效附加應(yīng)力,孔隙流體的體積變化,孔隙流體的體積壓縮系數(shù)為Cf ，單位孔隙壓力作用引起的體應(yīng)變,土骨架的體積變化,設(shè)土骨架的體積壓縮系數(shù)為Cs,體積V,土骨架的體變等于孔隙流體的體變V1=V2,孔壓系數(shù)B,土骨架為 線彈性體,5 土的抗剪強度,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,三、孔隙水壓力與孔壓系數(shù),(1) 等向壓縮應(yīng)力狀態(tài),70,飽和土： 干 土： 非飽和土：,B是一個反映土飽和程度的指標(biāo),孔隙流體的體積壓縮系數(shù)為Cf ，單位孔隙壓力作用引起的體應(yīng)變,設(shè)土骨架的體積壓縮系數(shù)為Cs,孔壓系數(shù)B,(1) 等向壓縮應(yīng)力狀態(tài),5

27、土的抗剪強度,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,三、孔隙水壓力與孔壓系數(shù),71,孔隙流體產(chǎn)生了超靜孔隙水壓力uA,有效附加應(yīng)力,孔隙流體的體積變化,土骨架的體積變化,土骨架的體變等于孔隙流體的體變V1=V2,土體不是彈性體 引入孔壓系數(shù)A,體積V,暫時假定土骨架為線彈性體,軸向,側(cè)向,總應(yīng)力增量,應(yīng)變增量,0,5 土的抗剪強度,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,三、孔隙水壓力與孔壓系數(shù),(2) 偏差應(yīng)力狀態(tài),72,孔壓系數(shù)A,對飽和土:,剪切作用引起的孔壓響應(yīng),對于線彈性體:,A=1/3,A不是常數(shù)，隨加載過程而變化,A1/3,A1/3,剪脹：,剪縮：,(2) 偏差應(yīng)力狀態(tài),A 是一個反映土剪脹性

28、強弱的指標(biāo)，其大小與土性有關(guān),剪脹性：剪應(yīng)力引起土的體積變化的特性,5 土的抗剪強度,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,三、孔隙水壓力與孔壓系數(shù),73,問題: 能否對孔壓系數(shù) A 作進一步的解釋？,74,問題: 能否對孔壓系數(shù) A 作進一步的解釋？,回答：,75,偏差應(yīng)力狀態(tài),等向壓縮應(yīng)力狀態(tài),純剪應(yīng)力狀態(tài),純剪應(yīng)力狀態(tài),76,軸對稱三維應(yīng)力狀態(tài),等向壓縮應(yīng)力狀態(tài),偏差應(yīng)力狀態(tài),5 土的抗剪強度,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,三、孔隙水壓力與孔壓系數(shù),77,以松砂固結(jié)不排水三軸試驗為例,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,1、總應(yīng)力與有效應(yīng)力狀態(tài),有效應(yīng)力原理,

29、孔隙水壓力,u,四、總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑,78,3,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,四、總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑,2、總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑,u,79,5 土的抗剪強度,強度的影響因素:,土的組成,土的狀態(tài),土的結(jié)構(gòu),應(yīng)力狀態(tài),應(yīng)力歷史,同一種正常固結(jié)粘土,土的狀態(tài) (,e),應(yīng)力狀態(tài) 應(yīng)力路徑,5 土的抗剪強度,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,應(yīng)力路徑,五、粘土的密度有效應(yīng)力抗剪強度唯一性關(guān)系,80,兩種試驗得到相同的Kf線 Kf線上，pfqfef間存在唯一性關(guān)系 A點： ef=ef 和試驗的類型及應(yīng)力路徑等無關(guān),ef pf - qf 唯一性關(guān)系,e

30、f f - f 唯一性關(guān)系,5 土的抗剪強度,五、粘土的密度有效應(yīng)力抗剪強度唯一性關(guān)系,5 土的抗剪強度,5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,ef=ef,A,對具有相同的前期固結(jié)壓力的超固結(jié)土也有相似的規(guī)律,e0=ef,81,5.1 土體破壞與強度理論 5.2 抗剪強度測定試驗 5.3 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線 5.4 抗剪強度指標(biāo) 5.5 砂土的振動液化,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,82,強度指標(biāo)：,峰值強度指標(biāo) 與 殘余強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),粘聚力 c內(nèi)摩擦角 ,工程應(yīng)用,三種分類方法,總應(yīng)力強度指標(biāo) 與 有效應(yīng)力強度指標(biāo),直剪強度指標(biāo) 與 三軸試驗強度指標(biāo),

31、目的,分析方法,試驗方法,應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),5 土的抗剪強度,83,5 土的抗剪強度,一. 總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo) 二. 三軸試驗強度指標(biāo) 三. 直剪試驗強度指標(biāo) 四. 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),84,1. 兩種強度指標(biāo)的比較,5 土的抗剪強度,有效應(yīng)力指標(biāo)c, , = c + tg = -u,符合土的破壞機理，但有時孔隙水壓力u無法確定,總應(yīng)力指標(biāo)c, , = c + tg,便于應(yīng)用，但u不能產(chǎn)生抗剪強度，不符合強度機理，應(yīng)用時要符合工程條件,強度指標(biāo),抗剪強度,簡單評價,5 土的抗剪強度,一. 總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo),5.4 抗剪強度指標(biāo),85,1,(

32、),p(p),q,u,Kf,Kf,f,f,u,u,松砂及正常固結(jié)粘土：CU試驗,一. 總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo),5 土的抗剪強度,2. 強度包線與破壞主應(yīng)力線,思考題1：實際破裂面的方向？ 思考題2：如果破壞時孔隙水壓力u(負孔壓)，有效應(yīng)力莫爾圓在總應(yīng)力莫爾圓哪邊？,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),86,(),c,c,f,f,超固結(jié)粘土的總應(yīng)力與有效應(yīng)力強度包線(CU),u(-),一. 總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo),5 土的抗剪強度,2.強度包線與破壞主應(yīng)力線,u(+),總應(yīng)力,有效應(yīng)力,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),87,5 土的抗剪強度,一. 總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo) 二.

33、 三軸試驗強度指標(biāo) 三. 直剪試驗強度指標(biāo) 四. 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),88,二. 三軸試驗強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),89,1.固結(jié)排水試驗,5 土的抗剪強度,強度指標(biāo)：cd，d (1) 特點 (2) 松砂與正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線 (3) 密砂與超固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線 (4) 超固結(jié)粘土+正常固結(jié)粘土的強度包線,二.三軸試驗強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),90,(1)特點,1.固結(jié)排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo)一致:,破壞面位置：,5

34、土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),91,v,軸向應(yīng)力漸進增加，體應(yīng)變表現(xiàn)為體縮，最終二者均趨于穩(wěn)定,(2) 松砂與正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線,=,f=f,思考題：正常固結(jié)粘土包線為什么過原點？,1.固結(jié)排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),圍壓 小 中 大,92,實驗室的正常固結(jié)粘土： 有效固結(jié)壓力c 等于先期固結(jié)壓力p。,地基中的正常固結(jié)粘土： z s p 取回室內(nèi), 如 c z，不再是正常固結(jié)土。,f,“正常固結(jié)粘土”,(2) 松砂與正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線,1.固結(jié)排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),z,實驗室

35、固結(jié)壓力為0的正常固結(jié)粘土: 當(dāng)正常固結(jié)粘土試樣的固結(jié)壓力為0時，亦即其歷史上的最大固結(jié)壓力是0 處于泥漿狀態(tài)，抗剪強度為0。 說明：實驗室的正常固結(jié)粘土的抗剪強度包線應(yīng)通過原點，不論粗粒土或細粒土均如此。,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),93,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),二.三軸試驗強度指標(biāo),1.固結(jié)排水試驗,(2) 松砂與正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線,c=0，并不意味著正常固結(jié)粘土無粘聚強度，而是因為正常固結(jié)狀態(tài)的土，其粘聚強度如摩擦強度一樣與壓應(yīng)力成正比（即粘聚力隨3增加而增加），兩者分不開，粘聚強度隱含于摩擦強度內(nèi)。,抗剪強度指標(biāo)有時失去其物理意義，而變成計算參數(shù)

36、的含義,f,天然土都曾受過某一固結(jié)壓力p的固結(jié)， p 3時，土處于超固結(jié)狀態(tài)， p 3時，正常固結(jié)，天然土在實驗室測得的抗剪強度包線是兩斷折線，轉(zhuǎn)折點在p= 3的破壞莫爾圓的切線上，為便于工程應(yīng)用，簡化成直線：,94,v,v表示體縮 v0表示體脹(剪脹),隨圍壓增大，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系軟化硬化，體應(yīng)變剪脹剪縮,(3)密砂與超固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線,f,密砂強度包線,密砂應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線,1.固結(jié)排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),圍壓 小 中 大,95,v表示體縮 v0表示體脹(剪脹),超固結(jié)粘土強度包線,超固結(jié)粘土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線,(3)密

37、砂與超固結(jié)土試驗曲線與強度包線,1.固結(jié)排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),隨圍壓增大，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系軟化硬化，體應(yīng)變剪脹剪縮,cp0 cr = 0,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),Cp,峰值強度粘聚力 Cr,殘余強度粘聚力,96,e,p,強度包線,f,p,土的壓縮曲線,(4)超固結(jié)粘土+正常固結(jié)粘土強度包線, p ，正常固結(jié)粘土； p ，超固結(jié)粘土,1.固結(jié)排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),97,2.固結(jié)不排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),強度指標(biāo)：ccu ，cu；c， (1) 特點 (2) 正常固結(jié)

38、粘土固結(jié)不排水試驗曲線與強度包線 (3) 超固結(jié)粘土固結(jié)不排水試驗曲線與強度包線 (4) 固結(jié)不排水三軸試驗確定的強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),98,2.固結(jié)不排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),剪切過程中的超靜孔隙水壓力u 對于飽和土試樣：孔壓系數(shù)B=1.0 u=BA ( = A ( 對于剪切過程中無剪脹性： A=1/3 剪切過程中發(fā)生剪縮： A1/3 剪切過程中發(fā)生剪脹： A1/3 (甚至可能A0，u 0 ）,5 土的抗剪強度,(1)特點,5.4 抗剪強度指標(biāo),99,u,軸向應(yīng)力和孔壓漸進增加并趨于穩(wěn)定， 孔壓 u 0,(2) 正常固結(jié)粘土固結(jié)不排水試驗曲

39、線與強度包線,f,f,cu,2.固結(jié)不排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),100,u,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系軟化，孔壓可能小于0 與超固結(jié)度有關(guān),f,(3) 超固結(jié)粘土固結(jié)不排水試驗曲線與強度包線,f,cu,u0,u0,2.固結(jié)不排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),101,(4) 固結(jié)不排水三軸試驗確定的強度指標(biāo),2.固結(jié)不排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),應(yīng)力變量,試驗量測, u,計算,= u =,確定的強度指標(biāo),ccu cu,c ,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),102

40、,3.不固結(jié)不排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),強度指標(biāo)：cuu (cu)，uu (u) (1) 特點 (2) 飽和試樣的不排水強度指標(biāo)cu (3) 不排水試驗與固結(jié)不排水試驗 (4) 無側(cè)限壓縮試驗：3 = 0的不排水試驗 (5) 不飽和試樣的不排水強度,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),103,(1)特點 從某一初始狀態(tài)開始，關(guān)閉閥門施加圍壓，產(chǎn)生孔隙水壓力 u1=B 施加（1 -）時，閥門關(guān)閉，可連接孔壓傳感器，量測剪切過程中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力u2 = BA (),3.不固結(jié)不排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),量測孔隙水壓力,5 土的抗剪強度,5.

41、4 抗剪強度指標(biāo),104,u =0 , cu, 并且有效應(yīng)力莫爾圓是唯一的,思考題：可否由不排水試驗確定有效應(yīng)力強度指標(biāo)？（否）,(2)飽和試樣的不排水強度指標(biāo),cu,u = B + A () B=1,3.不固結(jié)不排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),u=0不意味著土摩擦強度為0，因為剪切面上存在有效應(yīng)力，就該有摩擦強度，只不過在這種實驗方法中，摩擦強度隱含于粘聚強度內(nèi)。,Cu依賴于初始狀態(tài),105,cu, p1,cu1,p2,cu2,p3,cu3,(3)不排水試驗與固結(jié)不排水試驗,3.不固結(jié)不排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo)

42、,正常固結(jié)粘土層,固結(jié)不排水試驗強度包線上的每一點對應(yīng)于一個具有相同先期固結(jié)壓力的不排水強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),106,cu = qu/2,cu,qu = ,(4)無側(cè)限壓縮試驗：3 =0的不排水試驗,3.不固結(jié)不排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),107,(5)不飽和試樣的不排水強度,不飽和區(qū),飽和區(qū),3.不固結(jié)不排水試驗,5 土的抗剪強度,二.三軸試驗強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),非飽和中有空氣，試驗過程中不排水，但加載時期體能壓縮或部分溶于水，使土密度有所提高，抗前強度也隨之增長，故破壞包

43、線起始為曲線，土樣飽和后，趨于水平線。,108,一. 總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo) 二. 三軸試驗強度指標(biāo) 三. 直剪試驗強度指標(biāo) 四. 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),109,5 土的抗剪強度,三. 直剪試驗強度指標(biāo),1. 慢剪 施加正應(yīng)力-充分固結(jié) 慢慢施加剪應(yīng)力-小于0.02mm/分，以保證無超靜孔壓 2. 固結(jié)快剪 施加正應(yīng)力-充分固結(jié) 在3-5分鐘內(nèi)剪切破壞 3. 快剪 施加正應(yīng)力后 立即剪切3-5分鐘內(nèi)剪切破壞,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),110,強度指標(biāo),對于砂土，三種試驗結(jié)果都接近于c 對于粘性土， 慢剪(Slowly:

44、 s) ：csc s; 由于摩擦和中主應(yīng)力使其強度指標(biāo)稍大 0.9csc, 0.9s 固結(jié)快剪（Consolidated Quickly : cq） ccqccu cqcu 快剪 (Quickly: q) : 對于 k10-7 cm/s 粘土 cqcu qu,5 土的抗剪強度,三. 直剪試驗強度指標(biāo),5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),111,一. 總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo) 二. 三軸試驗強度指標(biāo) 三. 直剪試驗強度指標(biāo) 四. 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),112,四. 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5 土的抗剪強度,有效應(yīng)力指標(biāo)還是總應(yīng)力指標(biāo)

45、？ 三軸試驗指標(biāo)還是直剪試驗指標(biāo)？ 峰值強度指標(biāo)還是殘余強度指標(biāo)？,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),113,四. 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5 土的抗剪強度,有效應(yīng)力指標(biāo)與總應(yīng)力指標(biāo) 凡是可以確定（測量、計算）孔隙水壓力u的情況，都應(yīng)當(dāng)使用有效應(yīng)力指標(biāo)c，,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),114,四. 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5 土的抗剪強度,三軸試驗指標(biāo)與直剪試驗指標(biāo) 砂土： c, 三軸排水試驗指標(biāo)與直剪試驗指標(biāo) （直剪試驗得到的指標(biāo)偏大） 粘土： 有效應(yīng)力指標(biāo)：固結(jié)排水、固結(jié)不排水 總應(yīng)力指標(biāo)：三軸固結(jié)不排水、不排水; 直剪固結(jié)快剪、快剪,5 土的抗剪強度,5.4 抗剪強度指標(biāo),115,四. 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,峰值強度指標(biāo)與殘余強度指標(biāo),峰值強度 ：一般問題 殘余強度 古舊滑坡 斷層夾泥 大變形問題,5.4 抗剪強度指標(biāo),116,四. 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5 土的抗剪強度,5 土的抗剪強度,5.4