第五章土的抗剪強(qiáng)度ppt課件

1、第五章,莫爾庫(kù)倫抗剪強(qiáng)度理論,土的極限平衡條件,土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)測(cè)定,飽和黏性土的抗剪強(qiáng)度性狀,砂土的抗剪強(qiáng)度性狀,地基承載力 土壓力 土體穩(wěn)定性,影 響,土的抗剪強(qiáng)度,本章脈絡(luò),滲透特性 變形特性 強(qiáng)度特性,土的抗剪強(qiáng)度理論 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 黏性土的抗剪強(qiáng)度 無(wú)黏性土的抗剪強(qiáng)度,建（構(gòu)）筑地基必須同時(shí)滿(mǎn)足下列兩個(gè)技術(shù)條件,地基變形條件,地基強(qiáng)度條件,地基的沉降量、沉降差、傾斜與局部?jī)A斜都不超過(guò)國(guó)家規(guī)范規(guī)定的地基變形允許值,在建(構(gòu)）筑物的上部荷載作用下，確保地基的穩(wěn)定性，不發(fā)生地基剪切破壞或滑動(dòng),土的強(qiáng)度,是指一部分土體相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)時(shí)的抵抗力，實(shí)質(zhì)上就是土體與土體之間的摩擦力,土

2、的破壞主要是由剪切 所引起的，剪切破壞是土 體破壞的重要特點(diǎn)。土的 強(qiáng)度問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是土的 抗剪強(qiáng)度問(wèn)題,土的抗剪強(qiáng)度f(wàn),土體抵抗剪切破壞的極限能力,剪切面,土體剪切破壞時(shí)沿某一面發(fā)生與剪切方向一致的相對(duì)位移，該面稱(chēng)為剪切面,極限平衡狀態(tài),土體中任意一點(diǎn)在某一面的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)就發(fā)生剪切破壞，該點(diǎn)就處于了極限平衡狀態(tài),極限平衡條件,土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，土的應(yīng)力狀態(tài)和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系式，或叫剪切破壞條件,與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)的工程問(wèn)題,1、建筑物的地基問(wèn)題 地基承載力,2、土工結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性問(wèn)題土坡穩(wěn)定性,3、土作為工程結(jié)構(gòu)的環(huán)境的問(wèn)題土壓力,a）建筑地基承載力,c）擋土墻地基

3、的穩(wěn)定,b）土工建筑物的土坡穩(wěn)定,1913年加拿大Transcona 谷倉(cāng),主要原因： 對(duì)谷倉(cāng)地基土層事先未作勘察、試驗(yàn)與研究，采用的設(shè)計(jì)荷載超過(guò)地基土的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致這一嚴(yán)重事故,工程實(shí)例,1972年香港寶城滑坡,主要原因： 山坡上殘積土本身強(qiáng)度較低，加之連續(xù)大暴雨，雨水入滲使其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，使得土體滑動(dòng)力超過(guò)土的抗剪強(qiáng)度，于是山坡土體發(fā)生滑動(dòng),工程實(shí)例,土的應(yīng)力-應(yīng)變-強(qiáng)度關(guān)系復(fù)雜,一）、庫(kù)倫強(qiáng)度定律（公式）（1773年,砂土,黏性土,圖5.2.1,c 土的黏聚力； 土的內(nèi)摩擦角,抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的大致取值范圍,砂土：中砂、粗砂、礫砂一般為 =32o-40o； 粉砂、細(xì)砂一般為 =28o

4、-36o。 c：一般為0，有時(shí)也取很小的值（約在10kPa之內(nèi),黏性土： 的變化范圍很大，與土的種類(lèi)、土的天然結(jié)構(gòu) 是否破壞、排水固結(jié)程度及試驗(yàn)方法等因素有關(guān)， 一般為 = 0o-30o。 c：10kPa-200kPa,抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo),土的抗剪強(qiáng)度的來(lái)源及影響因素,無(wú)黏性土,抗剪強(qiáng)度與剪切面上的法向總應(yīng)力成正比,抗剪強(qiáng)度來(lái)源：土顆粒間的摩擦阻力（內(nèi)摩擦力,顆粒間的摩擦阻力,1、由于土顆粒粗糙產(chǎn)生的表面滑動(dòng)摩擦阻力,2、土顆粒凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的咬合力,無(wú)黏性土抗剪強(qiáng)度,大,小,礦物成分:石英礦物， ；云母礦物， 顆粒大小:顆粒越大， 級(jí)配狀況：級(jí)配良好， 密實(shí)度：原始密度越

5、大， 顆粒形狀：土粒均勻， 粗糙程度:表面越粗糙， 含水量：含水量，,抗剪強(qiáng)度影響因素,抗剪強(qiáng)度除了內(nèi)摩擦力，還有土黏之間的黏聚力,黏性土的抗剪強(qiáng)度,顆粒間的內(nèi)摩擦力,取,決,大,小,土的黏聚力,土的黏聚力,礦物成分：含有各種膠結(jié)物質(zhì)，c,土的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)，c,靜電引力效應(yīng),黏性土顆粒之間的膠結(jié)作用,含水量：含水量， c,原始密度越大， c,應(yīng)力歷史影響,黏性土,抗剪強(qiáng)度,含水量,縮限,塑限,液限,含水量對(duì)黏性土的抗剪強(qiáng)度的影響,抗剪強(qiáng)度,強(qiáng)度恢復(fù),結(jié)構(gòu)未破壞,結(jié)構(gòu)破壞,時(shí)間lgt,土的結(jié)構(gòu)對(duì)黏性土的抗剪強(qiáng)度的影響,S1：膠結(jié)作用固化黏聚力,S2：電分子引力作用原始黏聚力,S1,S2,庫(kù)倫

6、公式的有效應(yīng)力表達(dá)形式,土的有效黏聚力 土的有效內(nèi)摩擦角,有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo),土的抗剪強(qiáng)度的表達(dá)方法,總應(yīng)力法,有效應(yīng)力法,或,如果剪切面上的剪應(yīng)力為，那么f 有可能嗎,土的抗剪強(qiáng)度是否為定值,討論,二）、莫爾-庫(kù)倫強(qiáng)度理論,圖5.2.2 莫爾破壞包線(xiàn),由庫(kù)倫公式表示莫爾破壞包線(xiàn)的強(qiáng)度理論稱(chēng)為莫爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論,破壞標(biāo)準(zhǔn),極限平衡狀態(tài),根據(jù)靜力平衡條件,mn平面上的應(yīng)力,圖5.3.1 土體中任意點(diǎn)的應(yīng)力,一）、土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài),圖5.3.2 土體中任意點(diǎn)的應(yīng)力,莫爾應(yīng)力圓的方程,土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾應(yīng)力圓描述。莫爾圓圓周上各點(diǎn)的坐標(biāo)就表示該點(diǎn)在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力,p、q坐標(biāo)系,廣義

7、剪應(yīng)力,平均主應(yīng)力,二維問(wèn)題,圓心橫坐標(biāo),半徑,一點(diǎn)的應(yīng) 力狀態(tài),mn平面上的應(yīng)力,二）、極限平衡條件,極限應(yīng)力圓,抗剪強(qiáng)度包線(xiàn),整個(gè)莫爾圓位于抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)的下方(圓,圖5.3.3 莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)之間的關(guān)系,抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)是莫爾圓的一條割線(xiàn)(圓,莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)相切(極限應(yīng)力圓,建立極限平衡條件,圖5.3.4,由三角形ARD可知,或,黏性土的極限平衡條件,或,無(wú)黏性土的極限平衡條件,或,土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為,說(shuō)明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成 / 2的夾角。因此，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力max所控制,土的莫爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論可歸納

8、為如下幾點(diǎn),1、土的抗剪強(qiáng)度隨該面上的正應(yīng)力的大小而變,2、土的強(qiáng)度破壞是由于土中任意點(diǎn)在某平面上的剪應(yīng)力達(dá) 到土的抗剪強(qiáng)度所致,4、破裂面不發(fā)生在最大剪應(yīng)力作用面(=45)上，而是在應(yīng) 力圓與強(qiáng)度包線(xiàn)相切點(diǎn)所代表的截面上，即與大主應(yīng)力面成 f=45+ /2夾角(與小主應(yīng)力的夾角為f=45- /2)的 斜面上,5、如果同一種土有幾個(gè)試樣在不同的大、小主應(yīng)力組合下 受剪破壞，則在-圖上可得幾個(gè)莫爾極限應(yīng)力圓，這 些應(yīng)力圓的公切線(xiàn)就是其抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)。土的莫爾強(qiáng)度包 線(xiàn)可視為一直線(xiàn),3、根據(jù)摩爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論可建立土的極限平衡條件，即 1f、3f與c、 關(guān)系的表達(dá)式,三）、莫爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則,以莫爾-

9、庫(kù)倫抗剪強(qiáng)度作為土中一點(diǎn)是否剪切破壞的基準(zhǔn)而建立 起來(lái)的強(qiáng)度準(zhǔn)則稱(chēng)為莫爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則,判斷土體中一點(diǎn)是否發(fā)生剪切破壞的方法,1、圖解法 圖解法是將土的抗剪強(qiáng)度曲線(xiàn)和土中一點(diǎn)的應(yīng)力圓繪在同一坐標(biāo)中， 比較二者位置的相對(duì)關(guān)系，來(lái)判定土中一點(diǎn)所處的應(yīng)力狀態(tài)， . 應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線(xiàn)相離，土體 該點(diǎn)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，如圖圓 ； . 應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線(xiàn)相切，土體 該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)，如圖圓 ； . 應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線(xiàn)相割，土體 該點(diǎn)破壞，如圖圓,判斷土體中一點(diǎn)是否發(fā)生剪切破壞的方法,2、特定面上的剪應(yīng)力法 特定面上的剪應(yīng)力法是將土中一點(diǎn)某給定平面上的剪應(yīng)力與抗剪強(qiáng) 度f(wàn)比較，來(lái)判定土中一點(diǎn)給定平面所

10、處的應(yīng)力狀態(tài)。 當(dāng)f 時(shí)，土體該平面被剪切破壞（不可能狀態(tài)）。 該法主要用于土中一點(diǎn)給定平面所處的應(yīng)力狀態(tài)判定，不能直接用于 一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)判定，若用于一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)判定，給定平面就必須是 一個(gè)特定面，該特定面就是可能的破裂面，即與大主應(yīng)力面夾角為 45+/2的平面,判斷土體中一點(diǎn)是否發(fā)生剪切破壞的方法,3、應(yīng)力傾角法,一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)按下列條件判定： 當(dāng) 時(shí)，土體該點(diǎn)被剪切破壞。 對(duì)于無(wú)黏性土，應(yīng)力傾角的物理意義是可能 破裂面上的總應(yīng)力與正應(yīng)力的夾角,應(yīng)力圓的切線(xiàn)與水平軸的夾角 稱(chēng)為應(yīng)力傾角,判斷土體中一點(diǎn)是否發(fā)生剪切破壞的方法,4、主應(yīng)力法,破壞,當(dāng)q qf 時(shí)，土體該點(diǎn)被剪切破壞,例題5-

11、1】已知土中某點(diǎn)的應(yīng)力z=300kPa，x=220kPa， xz=30kPa，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=5.0kPa， =20，試判斷 該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài),解,1、特定面上的剪應(yīng)力法,實(shí)質(zhì)：計(jì)算破壞面上的剪應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度f(wàn)比較,破裂面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力,破裂面上的抗剪強(qiáng)度,該點(diǎn)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài),2、應(yīng)力角法,該點(diǎn)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài),3、主應(yīng)力法,該點(diǎn)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài),習(xí)題5-1】某砂土地基的 =30, c=0，在均布條形荷載p作用下，計(jì)算得到土中某點(diǎn)1=100kPa，3=30kPa, 該點(diǎn)是否破壞,解】用四種方法計(jì)算,1、3、 、c1f,這表明：在3=30kPa的條件下，該點(diǎn)如處于極限平衡，則最大主 應(yīng)力

12、為1f=90kPa。實(shí)際1應(yīng)力大于該值，故可判斷該點(diǎn)已破壞,2、1、 、c3f,這表明：在1 =100kPa的條件下，該點(diǎn)如處于極限平衡，則最小主 應(yīng)力為3f=33.33kPa。實(shí)際3應(yīng)力小于該值，故可判斷該點(diǎn)已破壞,3、計(jì)算破壞面上的剪應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度f(wàn)比較,破壞面上土的抗剪強(qiáng)度為,可判斷該點(diǎn)已破壞,4、3、 1 、c,有效應(yīng)力表示的極限平衡條件,可判斷該點(diǎn)已破壞,例題5-2】已知土中某點(diǎn)的最大主應(yīng)力1=300kPa，最小主應(yīng) 力3=180kPa，u=60kPa。土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=10.0kPa ， =28。試判斷該點(diǎn)是否發(fā)生破壞,解,該點(diǎn)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài),利用極限平衡條件如何求,小 結(jié),庫(kù)

13、倫定律 莫爾-庫(kù)倫強(qiáng)度理論 極限平衡條件,表達(dá)形式 抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 影響因素,含義,黏性土 無(wú)黏性土,度的常用方法 測(cè)定土的抗剪強(qiáng),直接剪切試驗(yàn),三軸壓縮試驗(yàn),無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切試驗(yàn),室內(nèi)試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),大型直接剪切試驗(yàn),試驗(yàn)儀器：直剪儀（應(yīng)變控制式、應(yīng)力控制式,一） 、直接剪切試驗(yàn),圖5.4.1 應(yīng)變控制式直剪儀示意圖,應(yīng)變控制式直剪儀,應(yīng)變控制式直剪儀,應(yīng)變控制式直剪儀,試驗(yàn)方法,對(duì)同一種土至少取4個(gè)重度和含水量一樣的試樣，分別在不同垂直壓力（法向應(yīng)力） 下剪切破壞。一般可取垂直壓力為100、200、300、400kPa，分別測(cè)得不同垂直壓力作用下所對(duì)應(yīng)的抗剪強(qiáng)度f(wàn)，繪制f

14、- 曲線(xiàn),試驗(yàn)成果,黏性土直接剪切試驗(yàn)結(jié)果,無(wú)黏性土直接剪切試驗(yàn)結(jié)果,直接剪切試驗(yàn)按排水條件分類(lèi),快剪試驗(yàn)： 是在試樣施加豎向壓力后，立即快速施加水平 cq q 剪應(yīng)力使試樣剪切破壞,固結(jié)快剪：是允許試樣在豎向壓力下充分排水，待固結(jié)穩(wěn) ccq cq 定后，再快速施加水平剪應(yīng)力使試剪切破壞,慢剪試驗(yàn)：是允許試樣在豎向壓力下排水，待固結(jié)穩(wěn)定后， cs s 以緩慢的速率施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞,缺點(diǎn)： 、人為地限制剪切面在上下盒之間，而不是沿土樣最 薄弱的面剪壞。 、剪切時(shí)上下盒錯(cuò)開(kāi)，受剪面積逐漸減小，而在計(jì)算 抗剪強(qiáng)度時(shí)仍按土樣原截面積計(jì)算。 、剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，土樣剪切破壞時(shí)先從 邊

15、緣開(kāi)始，在邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象； 、試驗(yàn)時(shí)不能?chē)?yán)格控制排水條件，不能測(cè)量孔隙水壓 力，在進(jìn)行不排水剪切時(shí)，試件仍有可能排水，因 此會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響,直剪試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，易于掌握,二） 、三軸壓縮試驗(yàn),試驗(yàn)儀器：應(yīng)變式三軸壓縮儀、應(yīng)力式三軸壓縮儀,圖5.4.3 三軸壓縮儀,應(yīng)變式三軸壓縮儀,應(yīng)變控制式三軸儀壓力室,A,B,C,試驗(yàn)步驟,1.制備、裝樣,2.施加周?chē)鷫毫?3.施加豎向壓力,4.結(jié)果處理,三軸壓縮試驗(yàn)分類(lèi),三軸壓縮試驗(yàn)按剪切前土樣受周?chē)鷫毫Φ墓探Y(jié)狀態(tài)和剪切時(shí)的排水條件，可以分為三種試驗(yàn)方法,1、不固結(jié)不排水試驗(yàn) (UU)，簡(jiǎn)稱(chēng)不排水（剪）試驗(yàn),2、固結(jié)不

16、排水試驗(yàn) (CU)，簡(jiǎn)稱(chēng)固結(jié)不排水（剪）試驗(yàn),3、固結(jié)排水試驗(yàn) (CD)，簡(jiǎn)稱(chēng)排水（剪）試驗(yàn),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),1.不固結(jié)不排水剪（UU,三軸試驗(yàn)：簡(jiǎn)稱(chēng)不排水（剪）試驗(yàn)。試驗(yàn)試樣在施加周?chē)鷫毫碗S后施加豎向壓力直至剪切破壞的整個(gè)過(guò)程中部不允許排水， 試驗(yàn)自始至終關(guān)閉排水閥門(mén)。 cu u,直剪試驗(yàn)：通過(guò)試驗(yàn)加荷的快慢來(lái)實(shí)現(xiàn)是否排水。使試樣在35min內(nèi)剪破，稱(chēng)之為快剪。 cq q,2. 固結(jié)不排水剪（CU,三軸試驗(yàn)：簡(jiǎn)稱(chēng)固結(jié)不排水（剪）試驗(yàn)。試樣在施加周?chē)鷫毫r(shí)打開(kāi)排水閥門(mén)，允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門(mén)， 再施加豎向壓力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。cc

17、u cu,直剪試驗(yàn)：剪切前試樣在垂直荷載下充分固結(jié)，剪切時(shí)速率較快，使土樣在剪切過(guò)程中不排水，這種剪切方法為稱(chēng)固結(jié)快剪。ccq cq,3. 固結(jié)排水剪（CD,三軸試驗(yàn)：簡(jiǎn)稱(chēng)排水（剪）試驗(yàn)。試樣在施加周?chē)鷫毫r(shí)允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓力至試件剪切破壞。cd d,直剪試驗(yàn)：試樣在垂直壓力下固結(jié)穩(wěn)定，再以緩慢的速率施加水平剪力，直至剪破，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中盡量使土樣排水，試驗(yàn)方法稱(chēng)為慢剪。 cs s,三軸試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 、試驗(yàn)中能?chē)?yán)格控制試樣排水條件及測(cè)定孔隙水壓力 的變化。 、試樣受力狀態(tài)比較明確；剪切面不固定，在主應(yīng)力1及 3作用下，試樣沿最薄弱的面產(chǎn)生剪切破壞。

18、、除抗剪強(qiáng)度指標(biāo)外，還可測(cè)定孔隙水壓力隨3和1 3的變化及其相應(yīng)的系數(shù)，或測(cè)定靜止側(cè)壓力系數(shù)以 及進(jìn)行其它項(xiàng)目的試驗(yàn),缺點(diǎn)： 、操作復(fù)雜； 、主應(yīng)力方向固定不變，而且是在軸對(duì)稱(chēng)情況下進(jìn)行的， 實(shí)際上土體的受力狀態(tài)未必屬于軸對(duì)稱(chēng)情況，與實(shí)情 況尚不能完全符合,三） 、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),試驗(yàn)儀器：無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)儀,圖5.4.7 無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)儀示意圖,試樣所承受的最大軸向壓力qu稱(chēng)為無(wú)側(cè)向抗壓強(qiáng)度,無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)儀,試驗(yàn)結(jié)果,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，只能作一個(gè)極限應(yīng)力圓（ ），因此對(duì)于一般黏性土就難以作出破壞包線(xiàn)。 代替飽和黏土UU試驗(yàn)，取極限應(yīng)力圓的水平切線(xiàn)作為破壞包線(xiàn)即,無(wú)側(cè)限

19、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)還可以用來(lái)測(cè)定土的靈敏度,土的不排水抗剪強(qiáng)度,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,u=0,cu,0,四） 、十字板剪切試驗(yàn)（自學(xué),圖5.4.8 十字板剪力儀,試驗(yàn)儀器,實(shí)用上為了簡(jiǎn)化計(jì)算，目前在常規(guī)的十字板試驗(yàn)中仍假設(shè) ，將這一假設(shè)代入上式中，得,試驗(yàn)步驟及原理,十字板剪切試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 、不需取樣，對(duì)土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較小； 、儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便； 、所得的軟黏土不排水抗剪強(qiáng)度常比無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn) 的結(jié)果大，但較反映實(shí)際條件； 、可測(cè)定軟粘土的靈敏度； (5)、涉及到的土的體積比室內(nèi)試驗(yàn)試樣大很多; (6)、可連續(xù)進(jìn)行，可得到完整的土層剖面及物理力學(xué)指標(biāo),缺點(diǎn)： (1)、難于控制測(cè)試中的邊界條

20、件，如排水條件和應(yīng)力條件； (2)、測(cè)試數(shù)據(jù)和土的工程性質(zhì)的關(guān)系建立在統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)關(guān) 系上； (3)、測(cè)試設(shè)備進(jìn)入土層對(duì)土層也有一定擾動(dòng)； (4)、試驗(yàn)應(yīng)力路徑無(wú)法很好控制，試驗(yàn)時(shí)的主應(yīng)力方向與 實(shí)際工程往往不一致； (5)、應(yīng)變場(chǎng)不均勻，應(yīng)變速率大于實(shí)際工程的正常固結(jié),測(cè)試方法,室內(nèi)試驗(yàn),直接剪切試驗(yàn) 三軸壓縮試驗(yàn) 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),試驗(yàn)的分類(lèi)、結(jié)果,小 結(jié),現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),十字板剪切試驗(yàn),砂土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),圖5.4.1 砂土的固結(jié)排水剪,密砂與松砂的受剪性狀,密砂： 應(yīng)變軟化型，剪脹,松砂： 應(yīng)變硬化化型，剪縮,圖5.4.2 砂土受剪時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變-體變關(guān)系曲線(xiàn),對(duì)同一種土，緊砂和松砂的 強(qiáng)度最

21、終趨向同一值。在高 周?chē)鷫毫ο?，不論砂土的?緊如何，受剪時(shí)都將剪縮,砂土的臨界孔隙比ecr,相應(yīng)于體積變化為零的初始孔隙比稱(chēng)為臨界孔隙比ecr,天然休止角：干燥砂土堆積起來(lái)所形成的自然坡度,松砂,密砂,圖5.4.3 砂土的臨界孔隙比,在三軸試驗(yàn)中，臨界孔隙比與圍壓有關(guān)，不同的圍壓可得出不同的臨界孔隙比,液化的概念,美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)巖土工程分會(huì)土動(dòng)力學(xué)委員 會(huì)（1979）對(duì)液化的定義,日本土力學(xué)與基礎(chǔ)工程協(xié)會(huì)在土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 詞典（1985）中給出了液化的定義,中國(guó)（王聞韶）的定義,砂土液化的原因及液化破壞機(jī)理,飽和疏松,排水不及時(shí),強(qiáng)烈震動(dòng),三個(gè)條件,砂土液化的危害,噴砂冒水,砂土液化的

22、危害,上浮,下沉、地基失效,砂土液化的危害,砂土液化的危害,砂土液化的危害,土層的地質(zhì)年代 土層的相對(duì)密度Dr 土的組成與性狀 地下水位的深度 地震烈度和地震持續(xù)時(shí)間 土的滲透性 上覆非液化土層厚度 土層的埋深 初始應(yīng)力狀態(tài),砂土液化的影響因素,一）、不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度（UU,有效應(yīng)力圓,總應(yīng)力圓,u=0,cu,ufA,試驗(yàn)結(jié)果,圖5.5.1 飽和黏性土的不固結(jié)不排水試驗(yàn)結(jié)果,飽和黏性土在三組不同圍壓3作用下的不排水試驗(yàn)中得到A、B、C三個(gè)直徑相同位置不同的極限總應(yīng)力圓，但是只得到了一個(gè)極限有效應(yīng)力圓，并且有效應(yīng)力圓的直徑與三個(gè)總應(yīng)力圓直徑相等,0,由于一組試件試驗(yàn)的結(jié)果，有效應(yīng)力圓是同一個(gè)

23、，因而 就不能得到有效應(yīng)力破壞包線(xiàn)和c、 值，所以這種試驗(yàn) 一般只用于測(cè)定飽和黏土的不排水抗剪強(qiáng)度,與其它試驗(yàn)關(guān)系,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、快剪試驗(yàn),應(yīng)用,不排水抗剪強(qiáng)度用于荷載增加所引起的孔隙水壓力不消 散，密度保持不變的情況，如地基的極限承載計(jì)算中，若 建筑物的施工速度快，地基土的黏性大，透水性小，排水 條件差時(shí)應(yīng)采用不排水抗剪強(qiáng)度,與三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)方法相對(duì)應(yīng)，在直剪試驗(yàn)中稱(chēng)為快剪試驗(yàn) 黏性較大的土樣，快剪試驗(yàn)與UU試驗(yàn)結(jié)果基本相同 低性黏或無(wú)黏性土，快剪試驗(yàn)與UU試驗(yàn)結(jié)果差別較大,快剪強(qiáng)度,圖5.5.2 快剪試驗(yàn)結(jié)果,二）、固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度（CU,試驗(yàn)室土樣劃分,圖5

24、.5.3 固結(jié)不排水試驗(yàn)結(jié)果,a）主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變的關(guān)系,b）孔隙水壓力與軸向應(yīng)變的關(guān)系,試驗(yàn)結(jié)果,正常固結(jié)飽和黏性土固結(jié)不排水試驗(yàn)結(jié)果,有效應(yīng)力強(qiáng)度包線(xiàn),總應(yīng)力強(qiáng)度包線(xiàn),ufA,cu,圖5.5.4 正常固結(jié)飽和黏性土固結(jié) 不排水試驗(yàn)結(jié)果,0,超固結(jié)飽和黏性土固結(jié)不排水試驗(yàn)結(jié)果,cu,0,a,b,ccu,超固結(jié),正常固結(jié),圖5.5.5 超固結(jié)土的固結(jié)不排水試驗(yàn)結(jié)果,有效應(yīng)力強(qiáng)度包線(xiàn),總應(yīng)力強(qiáng)度包線(xiàn),cu,0,ccu,c,c,與其它試驗(yàn)關(guān)系,固結(jié)快剪試驗(yàn),應(yīng)用,與三軸固結(jié)不排水方法相對(duì)應(yīng)，在 直接試驗(yàn)中的固結(jié)快剪試驗(yàn)。 注意：塑性指標(biāo)數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響塑 性指數(shù)高的土，各種指標(biāo)比較符合三軸 試

25、驗(yàn)同類(lèi)指標(biāo)的變化規(guī)律； 塑性指數(shù)較低的黏性土，不同方法所測(cè) 得的 相差無(wú)幾,固結(jié)快剪強(qiáng)度,工程上如果土體在加載過(guò)程中既非完全不排水又非完全排水， 而常處于兩者之間時(shí)常采用,圖5.5.6 固結(jié)快剪試驗(yàn)結(jié)果,三）、固結(jié)排水抗剪強(qiáng)度（CD,圖5.5.7 固結(jié)排水試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和體積變化,固結(jié)排水試驗(yàn)結(jié)果，正常固結(jié)土的破壞包線(xiàn)通過(guò)原點(diǎn)，黏聚力cd=0，內(nèi)摩擦角d 為2040。超固結(jié)土的破壞包線(xiàn)略彎曲，實(shí)用上用一條直線(xiàn)代替，cd約為525kPa， d比正常固結(jié)土的內(nèi)摩擦角要小,圖5.5.8 固結(jié)排水試驗(yàn)結(jié)果,超固結(jié),正常固結(jié),與其它試驗(yàn)關(guān)系,固結(jié)慢剪試驗(yàn),圖5.5.9 固結(jié)慢剪試驗(yàn)結(jié)果,同一黏土三種

26、不同排水條件下的試驗(yàn)結(jié)果： 如果以總應(yīng)力表示，將得出完全不同的試驗(yàn)結(jié)果，而以有效應(yīng)力表示，則不論采用那種試驗(yàn)方法，都得到近乎一條有效應(yīng)力破壞包線(xiàn)(虛線(xiàn))，可見(jiàn)，抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力的唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系,圖5.5.10 三種試驗(yàn)方法結(jié)果比較,某一飽和黏性土試樣做三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)，施加周?chē)鷫毫3=200kPa，試件破壞時(shí)的主壓力差s1-s3=280kPa，測(cè)得孔隙水壓力uf=180kPa，整理試驗(yàn)結(jié)果得有效內(nèi)摩擦角 =24，有效黏聚力c=80kPa，試求破壞面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力及最大剪應(yīng)力,例題5-3,解,有效應(yīng)力圓破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為,思路,大小主應(yīng)力,有效應(yīng)力圓破壞面的法向應(yīng)力與剪應(yīng)力

27、,最大剪應(yīng)力發(fā)生在,為什么試樣的破壞面發(fā)生在=570的平面而不發(fā)生在最大剪應(yīng)力作用面=450,破壞面的有效正應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度,作用在=570的平面的剪應(yīng)力,最大剪應(yīng)力面的有效正應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度,不破壞,破壞,總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo),c 、 為土的有效黏聚力和有效內(nèi)摩擦角，即土的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo),c 、 為土的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo),土的抗剪強(qiáng)度并不是由剪切面上的法向總應(yīng)力決定，而是取決于剪切面上的法向有效應(yīng)力,四）、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇,由三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)確定的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo),宜用于分析地基的長(zhǎng)期穩(wěn)定問(wèn)題（如土坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定分析、估計(jì)擋土結(jié)構(gòu)物的長(zhǎng)期土壓力、位于軟土地基上結(jié)構(gòu)物的地基長(zhǎng)期穩(wěn)定分析

28、等）。 對(duì)于飽和軟黏土的短期穩(wěn)定問(wèn)題，宜采用不固結(jié)不排水試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo) ，,抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇,首先要根據(jù)工程問(wèn)題的性質(zhì)確定采用分析方法，進(jìn)而決定采用總應(yīng)力或有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，然后選擇測(cè)試方法,1、當(dāng)采用有效應(yīng)力法進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用有效強(qiáng)度指標(biāo)。只要能比較準(zhǔn)確地確定孔隙壓力，則采用有效強(qiáng)度指標(biāo)是應(yīng)該推薦的；有效強(qiáng)度指標(biāo)可用不固結(jié)不排水試驗(yàn)和固結(jié)不排水試驗(yàn)（監(jiān)測(cè)孔隙壓力）等方法測(cè)定,2、對(duì)一般工程問(wèn)題多采用總應(yīng)力分析法，其指標(biāo)和測(cè)定方 法大選擇大致如下,當(dāng)建筑地基為薄層黏性土、粉土或黏性土層中夾砂土層，透水性大，施工速度慢，應(yīng)采用三軸固結(jié)排水(CD)試驗(yàn)或直接剪切慢剪試驗(yàn)。 若建筑地基為飽和

29、狀態(tài)厚層黏土，透水性小，快速施工，則可進(jìn)行三軸不固結(jié)不排水(UU)試驗(yàn)，或直接剪切快剪試驗(yàn)。 如果介于以上兩者之間，或地基已充分固結(jié)或竣工較久，荷載突增及一般地基的穩(wěn)定驗(yàn)算采用固結(jié)不排水(CU)試驗(yàn)，或固結(jié)快剪試驗(yàn),例5-5】某建筑物地基為一厚層均勻的淤泥質(zhì)黏土層。地下水位與地面齊平。取土做三軸試驗(yàn)，測(cè)得土的重度=18.5kNm3；滲透系數(shù)k=210-7cms，壓縮模量Es=3.5MPa，泊松比=0.5，不固結(jié)不排水剪強(qiáng)度指標(biāo)cu=20kPa；固結(jié)不排水剪強(qiáng)度指標(biāo)ccu=11.5kPa，cu=14；固結(jié)排水剪強(qiáng)度指標(biāo)cd=15kPa，d =24。設(shè)在該地基表面上有寬為4m的條形基礎(chǔ)，如圖5.6

30、.10所示，荷載作用在基底上的平均壓力為100kPa。試分析在施加荷載較快的情況下，基礎(chǔ)中心線(xiàn)下a、b兩點(diǎn)處是否被剪切破壞,解】 、計(jì)算a、b兩點(diǎn)處的應(yīng)力,a、b兩點(diǎn)強(qiáng)度 土層深厚，滲透性低，施加荷載速率較快，排水不良，固結(jié)程度低，應(yīng) 采用不固結(jié)不排水剪強(qiáng)度指標(biāo)cu=20 kPa，u=0。因此，f=cu=20kPa,a點(diǎn)可能破壞面上的剪應(yīng)力 a點(diǎn)被剪切破壞。 、b點(diǎn)可能破壞面上的剪應(yīng)力 b點(diǎn)沒(méi)被剪切破壞,固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度（CU,不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度（UU,小 結(jié),固結(jié)排水抗剪強(qiáng)度（CD,抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇,應(yīng)力路徑,對(duì)加荷過(guò)程中的土體內(nèi)某點(diǎn)，其應(yīng)力狀態(tài)的變化可在應(yīng)力坐標(biāo)圖中以應(yīng)力點(diǎn)的移動(dòng)軌跡

31、表示，這種軌跡稱(chēng)為應(yīng)力路徑,圖5.6.1 應(yīng)力路徑,加荷方法不同，應(yīng)力路徑也不同,三軸被動(dòng)壓縮,三軸主動(dòng)壓縮,圖5.6.2 不同加荷方式的應(yīng)力路徑,下圖表示正常固結(jié)黏土三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)的應(yīng)力路徑，總應(yīng)力路徑AB是直線(xiàn)，而有效應(yīng)力路徑AB 是曲線(xiàn)，兩者之間的距離即為超孔隙水壓力u，因?yàn)檎９探Y(jié)黏性土在不排水剪切時(shí)產(chǎn)生正的超孔隙水壓力，故有效應(yīng)力路徑在總應(yīng)力路徑的左邊，從A點(diǎn)開(kāi)始，沿曲線(xiàn)至B 點(diǎn)剪破，uf為剪破時(shí)的超孔隙水壓力，圖中Kf和Kf 分別為以總應(yīng)力和有效應(yīng)力表示的極限應(yīng)力圓頂點(diǎn)的連線(xiàn),總應(yīng)力路徑（TSP）與有效應(yīng)力路徑（ESP,圖5.6.3 三軸壓縮固結(jié)不排水試驗(yàn)的應(yīng)力路徑,正常固結(jié)黏土,下圖為超固結(jié)土的應(yīng)力路徑，AB和AB 為弱超固結(jié)土的總應(yīng)力路徑和有效應(yīng)力路徑，由于弱超固結(jié)土在受剪過(guò)程中產(chǎn)生正的超孔隙水壓力，故有效應(yīng)力路徑在總應(yīng)力路徑左邊；CD和CD 表示一強(qiáng)超固結(jié)試樣的應(yīng)力路徑，由于強(qiáng)超固結(jié)試樣開(kāi)始出現(xiàn)正的超孔隙水壓力，以后逐漸轉(zhuǎn)為負(fù)值，故有效應(yīng)力路徑開(kāi)始在總應(yīng)力路徑左邊，后來(lái)逐漸轉(zhuǎn)移到右邊，至D 點(diǎn)剪壞,總應(yīng)力路徑（TSP）與有效應(yīng)力路徑（ESP,超固結(jié)黏土,圖5.6.4 三軸壓縮固結(jié)不排水試驗(yàn)