東南大學《土力學》9 抗剪強度2課件

1、1土 的 抗 剪 強 度2 主機系統(tǒng) 穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng) 量測系統(tǒng) 1、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主機框架離合器一、常規(guī)三軸試驗7.2 土的抗剪強度試驗3試樣壓力室壓力水排水管閥門軸向加壓桿有機玻璃罩橡皮膜透水石頂帽類型施加3時施加13時量測固結(jié)排水固結(jié)排水體變固結(jié)不排水固結(jié)不排水孔隙水壓力不固結(jié)不排水不固結(jié)不排水孔隙水壓力量測體變或孔壓一、常規(guī)三軸試驗1、常規(guī)三軸試驗儀7.2 土的抗剪強度試驗4應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系松砂及正常固結(jié)粘土u圍壓 小 中 大一、常規(guī)三軸試驗3、固結(jié)不排水試驗7.2 土的抗剪強度試驗6強度包線(1-)fc (1-)

2、f11- 31 =15%分別作一系列圍壓（如100 kPa 、200 kPa 、300 kPa）的三軸試驗，得到破壞時相應(yīng)的（1-)f繪制各圍壓下破壞狀態(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 c 與 強度包線7.2 土的抗剪強度試驗一、常規(guī)三軸試驗7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)

3、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 試驗類型7.2 土的抗剪強度試驗一、常規(guī)三軸試驗9通過控制剪切速率來近似模擬排水條件二、直剪試驗PSTA(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)力后立即剪切，3-5分鐘內(nèi)剪切破壞1、試驗條件7.2 土的抗剪強度試驗10PSTA類似試驗：環(huán)剪試驗單剪試驗二、直剪試驗試樣內(nèi)的變形分布PSTA2、應(yīng)力變形狀態(tài)7.2 土的抗剪強度試驗11二、直剪試驗

4、三軸試驗與直剪試驗優(yōu)缺點比較 三軸試驗 直剪試驗優(yōu)點 1、應(yīng)力狀態(tài)及其變化明確 2、排水條件清楚，可控制 3、破壞面非人為固定 1、設(shè)備簡單，操作方便 2、結(jié)果便于整理 3、測試時間短缺點 1、設(shè)備較復雜，現(xiàn)場難以試驗 2、有時測試時間長 1、試樣應(yīng)力狀態(tài)復雜 2、應(yīng)變不均勻 3、不易控制排水條件 4、剪切面固定7.2 土的抗剪強度試驗12一般適用于測定軟粘土的不排水強度指標；鉆孔到指定的土層，插入十字形的探頭；施加扭矩至土體破壞，據(jù)此計算土的抗剪強度三、十字板剪切試驗7.2 土的抗剪強度試驗1314時：M1HDM2三、十字板剪切試驗7.2 土的抗剪強度試驗16三軸應(yīng)力狀態(tài)=+等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)

5、偏差應(yīng)力狀態(tài)封閉土樣7.3 孔隙水壓力系數(shù)17(1) 等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)孔隙流體產(chǎn)生了超靜孔隙壓力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7.3 孔隙水壓力系數(shù)19孔隙流體產(chǎn)生了超靜孔隙壓力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孔壓系數(shù)A(2) 偏差應(yīng)力狀態(tài)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07.3 孔隙水壓力系數(shù)20孔壓系數(shù)A對飽和土:剪切作用引

6、起的孔壓響應(yīng)對于線彈性體:A=1/3A不是常數(shù)，隨加載過程而變化A1/3A1/3剪切過程中發(fā)生剪脹： A1/3 (甚至可能A0，u 0(2) 正常固結(jié)粘土固結(jié)不排水試驗曲線與強度包線ffcu2.固結(jié)不排水試驗二.三軸試驗強度指標7.4 抗剪強度指標35u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fcuu02.固結(jié)不排水試驗二.三軸試驗強度指標7.4 抗剪強度指標36(4) 固結(jié)不排水三軸試驗確定的強度指標2.固結(jié)不排水試驗二.三軸試驗強度指標應(yīng)力變量試驗量測u計算= u=確定的強度指標ccu cuc7.4 抗剪強度指標373.不固結(jié)不排水試驗

7、二.三軸試驗強度指標強度指標：cuu (cu)，uu (u) (1) 特點(2) 飽和試樣的不排水強度指標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7.4 抗剪強度指標38(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)不排水試驗二.三軸試驗強度指標試樣壓力室壓力水排水管閥門軸向加壓桿有機玻璃罩橡皮膜透水石頂帽量測孔隙水壓力7.4 抗剪強度指標39u =0 , cu, 并且有效應(yīng)力莫爾圓是唯一的問題：可否由不排水試驗確定

8、有效應(yīng)力強度指標？(2)飽和試樣的不排水強度指標cuu = B + A () （B=1）3.不固結(jié)不排水試驗二.三軸試驗強度指標Cu依賴于初始狀態(tài)對一系列初始狀態(tài)相同的試樣，施加不同圍壓，進行一系列不固結(jié)不排水試驗，比較其破壞時的應(yīng)力狀態(tài)7.4 抗剪強度指標40cu p1cu1p2cu2p3cu3(3)不排水試驗與固結(jié)不排水試驗3.不固結(jié)不排水試驗二.三軸試驗強度指標正常固結(jié)粘土層固結(jié)不排水試驗強度包線(破壞主應(yīng)力線)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，數(shù)值上等于相應(yīng)莫爾圓的半徑cu7.4 抗剪強度指標41cu = qu/2cuqu = (4)無側(cè)限壓縮試驗：3=0的不排

9、水試驗3.不固結(jié)不排水試驗二.三軸試驗強度指標7.4 抗剪強度指標427.4 抗剪強度指標一. 總應(yīng)力指標與有效應(yīng)力指標二. 三軸試驗強度指標三. 直剪試驗強度指標四. 土的強度指標的工程應(yīng)用43三. 直剪試驗強度指標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PSTA7.4 抗剪強度指標44強度指標 對于砂土，三種直剪試驗結(jié)果都接近于有效應(yīng)力指標 對于粘性土，慢剪(Slowly: s) ：csc s; 由于摩擦和中主應(yīng)力使其強度指標稍大 0.9cs

10、c, 0.9s固結(jié)快剪（Consolidated Quickly : cq） ccqccu cqcu 快剪 (Quickly: q) : 對于 k ；c a二、強度包線與破壞主應(yīng)力線用若干點確定a 和 然后計算強度指標c和確定強度指標oqpa7.5 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線61以松砂固結(jié)不排水三軸試驗為例三、總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑1、總應(yīng)力與有效應(yīng)力狀態(tài)有效應(yīng)力原理u問題：u(正孔壓) 和u(負孔壓)時，有效應(yīng)力莫爾圓在分別在總應(yīng)力莫爾圓哪邊？相應(yīng)的（p，q） 與（p，q）點呢？(p)(q)O(p)u13317.5 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線623三、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u45pOqKfpqKfuu7.5 應(yīng)力路徑與破