高等土力學(xué)(李廣信)35-土的排水與不排水強(qiáng)度課件

3.5

土的排水與不排水強(qiáng)度3.5.1

概述3.5.2

砂土的排水和不排水強(qiáng)度3.5.3

粘土的排水與不排水強(qiáng)度3.5土的排水與不排水強(qiáng)度3.5.1概述13.5.1

概述由于顆粒間接觸點(diǎn)的面積很小。圖3－53土粒的接觸飽和土的有效應(yīng)力原理：3.5.1概述由于顆粒間接觸點(diǎn)的面積很小。圖3－53土粒23.6.1

概述飽和土的有效應(yīng)力原理：有效應(yīng)力部分產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度。圖3－54土的有效應(yīng)力原理示意圖3.6.1概述飽和土的有效應(yīng)力原理：有效應(yīng)力部分產(chǎn)生抗剪強(qiáng)3有效應(yīng)力原理的適用范圍巖石與混凝土、非飽和土有效應(yīng)力原理不一定適用某些多孔介質(zhì)的孔隙與固體可能都是連續(xù)的，固體的接觸面積不可忽略。圖3－55某些多孔介質(zhì)的孔隙有效應(yīng)力原理的適用范圍某些多孔介質(zhì)的孔隙與固體可能都是連續(xù)的4孔壓系數(shù)三軸應(yīng)力狀態(tài)的孔壓系數(shù)A與B一般應(yīng)力狀態(tài)的孔壓系數(shù)B、a和c孔壓系數(shù)三軸應(yīng)力狀態(tài)的孔壓系數(shù)A與B一般應(yīng)力狀態(tài)的孔壓系數(shù)B5B=?孔隙流體小0（飽和）土骨架——壓縮系數(shù)大B=1B=0圖3－56孔壓系數(shù)BB=?孔隙流體小0（飽和）土骨架——壓縮系數(shù)大B=1B=06塊石或土(10-4×kPa-1)n（%）B巴斯石灰?guī)r0.06150.468滑石0.25300.647密砂15400.988硬粘土80420.997軟粘土400550.999表不同巖土的孔壓系數(shù)B塊石或土(10-4×kPa-1)nB巴斯石灰?guī)r0.061507非飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)CUSr孔壓系數(shù)B飽和度圖3－78飽和度與孔壓系數(shù)B非飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)CUSr孔壓系數(shù)B飽和度圖3－8對(duì)于彈塑性模型，相適應(yīng)流動(dòng)規(guī)則：B=1.0孔壓系數(shù)a:孔壓系數(shù)c:一般應(yīng)力狀態(tài)下：其中對(duì)于彈塑性模型，相適應(yīng)流動(dòng)規(guī)則：B=1.0孔壓系數(shù)a:孔壓93.5.2砂土的排水和不排水強(qiáng)度密砂松砂圖3－57

砂土的排水試驗(yàn)3.5.2砂土的排水和不排水強(qiáng)度密砂松砂圖3－57砂土10A:CU,Dr=30%B:CU,Dr=44%圖3－58不同密度砂土的三軸試驗(yàn)C:CU,Dr

=47%D:CD,Dr

=30%c=400kPaA:CU,Dr=30%圖3－58不11圖3－59松砂土的最大應(yīng)力差與最大應(yīng)力比0((-總應(yīng)力強(qiáng)度(峰值）有效應(yīng)力強(qiáng)度最大應(yīng)力差對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度總應(yīng)力強(qiáng)度(殘余）(-1圖3－59松砂土的最大應(yīng)力差與最大應(yīng)力比0(12臨水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水總應(yīng)力殘余強(qiáng)度只有3～5。圖3－60水松砂岸坡的流滑（液化）1-3臨水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水總應(yīng)力殘余強(qiáng)度只有3～5133.5.3

粘土的排水與不排水強(qiáng)度1.飽和粘土的排水試驗(yàn)CD2.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)CU3.固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU）確定的強(qiáng)度指標(biāo)4.粘土的不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU）5.排水和不排水強(qiáng)度指標(biāo)的工程應(yīng)用6.非飽和土的強(qiáng)度與強(qiáng)度理論3.5.3粘土的排水與不排水強(qiáng)度1.飽和粘土的排水試驗(yàn)C141.飽和粘土的排水試驗(yàn)CDe正常固結(jié)粘土0固結(jié)壓縮試驗(yàn)固結(jié)排水試驗(yàn)強(qiáng)度包線（過(guò)原點(diǎn)）圖3－61正常固結(jié)粘土的壓縮曲線與強(qiáng)度包線1.飽和粘土的排水試驗(yàn)CDe正常固結(jié)粘土0固結(jié)壓縮試驗(yàn)151.飽和粘土的排水試驗(yàn)CDe超固結(jié)粘土固結(jié)壓縮試驗(yàn)固結(jié)排水試驗(yàn)強(qiáng)度包線圖3－62超固結(jié)粘土的壓縮曲線與強(qiáng)度包線1.飽和粘土的排水試驗(yàn)CDe超固結(jié)粘土固結(jié)壓縮試驗(yàn)固162.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)CU正常固結(jié)土－減縮（正孔壓）；超固結(jié)土－剪脹（負(fù)孔壓）圖3－63粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)2.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)CU正常固結(jié)土－減縮（正孔173.

固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU）確定的強(qiáng)度指標(biāo)超固結(jié)土正常固結(jié)土超固結(jié)土圖3－64總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑3.固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU）確定的強(qiáng)度指標(biāo)超固結(jié)土正常固結(jié)土18超固結(jié)正常固結(jié)p圖3－65先期固結(jié)壓力p附近的包線超固結(jié)正常固結(jié)p圖3－65先期固結(jié)壓力p附近的包19不固結(jié)不排水(UU)：unconsolidatedundrained固結(jié)不排水(CU)：consolidatedundrained固結(jié)排水(CD)：consolidateddrained

4.粘土的不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU）不固結(jié)不排水(UU)：unconsolidatedundr20原狀土的不擾動(dòng)取樣過(guò)程圖3－66

正常固結(jié)粘土的沉積、固結(jié)與取樣過(guò)程應(yīng)力路徑原狀土的不擾動(dòng)取樣過(guò)程圖3－66正常固結(jié)粘土的沉積、21（1）正常固結(jié)土的原位應(yīng)力狀態(tài)vvhu=0h總應(yīng)力超靜孔隙水壓力有效應(yīng)力圖3－67原位應(yīng)力狀態(tài)（1）正常固結(jié)土的原位應(yīng)力狀態(tài)vvhu=0h總應(yīng)力超22放入壓力室以前：體積不變,負(fù)孔壓

ur（2）取樣以后的應(yīng)力狀態(tài)總應(yīng)力有效應(yīng)力v=-urh=-ur孔壓ur<000圖3－68原狀土取樣以后放入壓力室以前：體積不變,負(fù)孔壓ur（2）取樣以后的應(yīng)力狀23如果：c=uc=－ur,則：u=0,′=c總應(yīng)力c=ucvc=hc=c-ur-uc=-ur有效應(yīng)力孔壓ur+ucuc＝c-ur-ur（3）施加圍壓后圖3－69施加圍壓c

產(chǎn)生超靜孔壓uc=

c如果：c=uc=－ur,則：u=0,′=c總24總應(yīng)力vc=c+-ur-ucu=+uruhc=c+ur-ucu

=uru

有效應(yīng)力孔壓ur+ucuc（4）剪切過(guò)程圖3－70施加軸向應(yīng)力產(chǎn)生超靜孔壓±u總應(yīng)力vc=c+-ur-ucu25總應(yīng)力vc=c+-ur-ucuf=+uruf=1fhc=c+ur-ucuf=uruf=3f有效應(yīng)力孔壓ur+ucufcf（5）試樣破壞時(shí)情況圖3－71試樣破壞時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)uf總應(yīng)力vc=c+-ur-ucu26飽和土的不排水包線是一條水平線，其斜率uu＝u=0。圖3－72UU的強(qiáng)度包線飽和土的不排水包線是一條水平線，其斜率uu＝u=0。圖327非飽和粘土的三軸不排水試驗(yàn)強(qiáng)度包線圖3－73

非飽和粘土UU的強(qiáng)度包線非飽和粘土的三軸不排水試驗(yàn)強(qiáng)度包線圖3－73非飽和粘土UU285.排水和不排水強(qiáng)度指標(biāo)的工程應(yīng)用

（1）有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)(CD)①對(duì)于砂土，在一般加載的速率下，用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行分析——CD。②對(duì)于粘性土，如果在計(jì)算中，超靜孔壓已經(jīng)全部消散(加載很慢），或者土中的孔隙水壓力可以準(zhǔn)確地確定，也可以用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。③有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)可以通過(guò)排水試驗(yàn)或者CU+孔壓量測(cè)來(lái)確定。5.排水和不排水強(qiáng)度指標(biāo)的工程應(yīng)用

（1）有效應(yīng)力強(qiáng)度29（2）固結(jié)不排水（CU）強(qiáng)度指標(biāo)

在一定的圍壓下固結(jié)已經(jīng)完成，很快施加剪應(yīng)力，不能排水。（2）固結(jié)不排水（CU）強(qiáng)度指標(biāo)在一定的圍壓30CU指標(biāo):軟粘土上（1）部分完成很長(zhǎng)時(shí)間(2)部分快速施工的填方工程圖3－74軟粘土上分期填筑的土方工程CU指標(biāo):軟粘土上（1）部分完成很長(zhǎng)時(shí)間圖3－74軟粘土上31水位驟降（土壩厚心墻）圖3－75土壩水位驟降水位驟降（土壩厚心墻）圖3－75土壩水位驟降32圖3－76天然土坡上快速填方圖3－76天然土坡上快速填方33（3）不排水（UU）強(qiáng)度指標(biāo)

在原來(lái)的應(yīng)力狀態(tài)上，施加圍壓和剪應(yīng)力時(shí)，都不會(huì)排水，存在超靜孔壓。（3）不排水（UU）強(qiáng)度指標(biāo)在原來(lái)的應(yīng)力狀態(tài)上，34(c)粘土地基上，快速施工的建筑物(a)在軟粘土地基上快速施工的填方(b)土壩快速施工,竣工后,心墻未固結(jié)圖3－77UU強(qiáng)度指標(biāo)的應(yīng)用(c)粘土地基上，快速施工的建筑物(a)在軟粘土地基上快速施35土質(zhì)排水條件施工速度考慮的工況——根據(jù)對(duì)工程情況的了解，經(jīng)驗(yàn)判斷選擇指標(biāo)要考慮一下因素：土質(zhì)選擇指標(biāo)要考慮一下因素：366.非飽和土的排水強(qiáng)度Bishop非飽和土的有效應(yīng)力原理及強(qiáng)度準(zhǔn)則：其中是一個(gè)與土的飽和度有關(guān)的參數(shù)，一般不易確定。6.非飽和土的排水強(qiáng)度Bishop非飽和土的有效應(yīng)力原理及37弗雷德倫德（D.G.Fredlund）非飽和土的強(qiáng)度準(zhǔn)則可見：

tg=tg，同樣不易確定。弗雷德倫德（D.G.Fredlund）非飽和土的強(qiáng)度準(zhǔn)則38圖3－79非飽和土的強(qiáng)度包線圖3－79非飽和土的強(qiáng)度包線39s=ua-uwSr/%1000不是常數(shù)非飽和土的土水特征曲線圖3－80土水特征曲線s=ua-uwSr/%1000不是常數(shù)非飽和土的土水特征曲線403.5

土的排水與不排水強(qiáng)度3.5.1

概述3.5.2

砂土的排水和不排水強(qiáng)度3.5.3

粘土的排水與不排水強(qiáng)度3.5土的排水與不排水強(qiáng)度3.5.1概述413.5.1

概述由于顆粒間接觸點(diǎn)的面積很小。圖3－53土粒的接觸飽和土的有效應(yīng)力原理：3.5.1概述由于顆粒間接觸點(diǎn)的面積很小。圖3－53土粒423.6.1

概述飽和土的有效應(yīng)力原理：有效應(yīng)力部分產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度。圖3－54土的有效應(yīng)力原理示意圖3.6.1概述飽和土的有效應(yīng)力原理：有效應(yīng)力部分產(chǎn)生抗剪強(qiáng)43有效應(yīng)力原理的適用范圍巖石與混凝土、非飽和土有效應(yīng)力原理不一定適用某些多孔介質(zhì)的孔隙與固體可能都是連續(xù)的，固體的接觸面積不可忽略。圖3－55某些多孔介質(zhì)的孔隙有效應(yīng)力原理的適用范圍某些多孔介質(zhì)的孔隙與固體可能都是連續(xù)的44孔壓系數(shù)三軸應(yīng)力狀態(tài)的孔壓系數(shù)A與B一般應(yīng)力狀態(tài)的孔壓系數(shù)B、a和c孔壓系數(shù)三軸應(yīng)力狀態(tài)的孔壓系數(shù)A與B一般應(yīng)力狀態(tài)的孔壓系數(shù)B45B=?孔隙流體小0（飽和）土骨架——壓縮系數(shù)大B=1B=0圖3－56孔壓系數(shù)BB=?孔隙流體小0（飽和）土骨架——壓縮系數(shù)大B=1B=046塊石或土(10-4×kPa-1)n（%）B巴斯石灰?guī)r0.06150.468滑石0.25300.647密砂15400.988硬粘土80420.997軟粘土400550.999表不同巖土的孔壓系數(shù)B塊石或土(10-4×kPa-1)nB巴斯石灰?guī)r0.0615047非飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)CUSr孔壓系數(shù)B飽和度圖3－78飽和度與孔壓系數(shù)B非飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)CUSr孔壓系數(shù)B飽和度圖3－48對(duì)于彈塑性模型，相適應(yīng)流動(dòng)規(guī)則：B=1.0孔壓系數(shù)a:孔壓系數(shù)c:一般應(yīng)力狀態(tài)下：其中對(duì)于彈塑性模型，相適應(yīng)流動(dòng)規(guī)則：B=1.0孔壓系數(shù)a:孔壓493.5.2砂土的排水和不排水強(qiáng)度密砂松砂圖3－57

砂土的排水試驗(yàn)3.5.2砂土的排水和不排水強(qiáng)度密砂松砂圖3－57砂土50A:CU,Dr=30%B:CU,Dr=44%圖3－58不同密度砂土的三軸試驗(yàn)C:CU,Dr

=47%D:CD,Dr

=30%c=400kPaA:CU,Dr=30%圖3－58不51圖3－59松砂土的最大應(yīng)力差與最大應(yīng)力比0((-總應(yīng)力強(qiáng)度(峰值）有效應(yīng)力強(qiáng)度最大應(yīng)力差對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度總應(yīng)力強(qiáng)度(殘余）(-1圖3－59松砂土的最大應(yīng)力差與最大應(yīng)力比0(52臨水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水總應(yīng)力殘余強(qiáng)度只有3～5。圖3－60水松砂岸坡的流滑（液化）1-3臨水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水總應(yīng)力殘余強(qiáng)度只有3～5533.5.3

粘土的排水與不排水強(qiáng)度1.飽和粘土的排水試驗(yàn)CD2.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)CU3.固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU）確定的強(qiáng)度指標(biāo)4.粘土的不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU）5.排水和不排水強(qiáng)度指標(biāo)的工程應(yīng)用6.非飽和土的強(qiáng)度與強(qiáng)度理論3.5.3粘土的排水與不排水強(qiáng)度1.飽和粘土的排水試驗(yàn)C541.飽和粘土的排水試驗(yàn)CDe正常固結(jié)粘土0固結(jié)壓縮試驗(yàn)固結(jié)排水試驗(yàn)強(qiáng)度包線（過(guò)原點(diǎn)）圖3－61正常固結(jié)粘土的壓縮曲線與強(qiáng)度包線1.飽和粘土的排水試驗(yàn)CDe正常固結(jié)粘土0固結(jié)壓縮試驗(yàn)551.飽和粘土的排水試驗(yàn)CDe超固結(jié)粘土固結(jié)壓縮試驗(yàn)固結(jié)排水試驗(yàn)強(qiáng)度包線圖3－62超固結(jié)粘土的壓縮曲線與強(qiáng)度包線1.飽和粘土的排水試驗(yàn)CDe超固結(jié)粘土固結(jié)壓縮試驗(yàn)固562.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)CU正常固結(jié)土－減縮（正孔壓）；超固結(jié)土－剪脹（負(fù)孔壓）圖3－63粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)2.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)CU正常固結(jié)土－減縮（正孔573.

固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU）確定的強(qiáng)度指標(biāo)超固結(jié)土正常固結(jié)土超固結(jié)土圖3－64總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑3.固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU）確定的強(qiáng)度指標(biāo)超固結(jié)土正常固結(jié)土58超固結(jié)正常固結(jié)p圖3－65先期固結(jié)壓力p附近的包線超固結(jié)正常固結(jié)p圖3－65先期固結(jié)壓力p附近的包59不固結(jié)不排水(UU)：unconsolidatedundrained固結(jié)不排水(CU)：consolidatedundrained固結(jié)排水(CD)：consolidateddrained

4.粘土的不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU）不固結(jié)不排水(UU)：unconsolidatedundr60原狀土的不擾動(dòng)取樣過(guò)程圖3－66

正常固結(jié)粘土的沉積、固結(jié)與取樣過(guò)程應(yīng)力路徑原狀土的不擾動(dòng)取樣過(guò)程圖3－66正常固結(jié)粘土的沉積、61（1）正常固結(jié)土的原位應(yīng)力狀態(tài)vvhu=0h總應(yīng)力超靜孔隙水壓力有效應(yīng)力圖3－67原位應(yīng)力狀態(tài)（1）正常固結(jié)土的原位應(yīng)力狀態(tài)vvhu=0h總應(yīng)力超62放入壓力室以前：體積不變,負(fù)孔壓

ur（2）取樣以后的應(yīng)力狀態(tài)總應(yīng)力有效應(yīng)力v=-urh=-ur孔壓ur<000圖3－68原狀土取樣以后放入壓力室以前：體積不變,負(fù)孔壓ur（2）取樣以后的應(yīng)力狀63如果：c=uc=－ur,則：u=0,′=c總應(yīng)力c=ucvc=hc=c-ur-uc=-ur有效應(yīng)力孔壓ur+ucuc＝c-ur-ur（3）施加圍壓后圖3－69施加圍壓c

產(chǎn)生超靜孔壓uc=

c如果：c=uc=－ur,則：u=0,′=c總64總應(yīng)力vc=c+-ur-ucu=+uruhc=c+ur-ucu

=uru

有效應(yīng)力孔壓ur+ucuc（4）剪切過(guò)程圖3－70施加軸向應(yīng)力產(chǎn)生超靜孔壓±u總應(yīng)力vc=c+-ur-ucu65總應(yīng)力vc=c+-ur-ucuf=+uruf=1fhc=c+ur-ucuf=uruf=3f有效應(yīng)力孔壓ur+ucufcf（5）試樣破壞時(shí)情況圖3－71試樣破壞時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)uf總應(yīng)力vc=c+-ur-ucu66飽和土的不排水包線是一條水平線，其斜率uu＝u=0。圖3－72UU的強(qiáng)度包線飽和土的不排水包線是一條水平線，其斜率uu＝u=0。圖367非飽和粘土的三軸不排水試驗(yàn)強(qiáng)度包線圖3－73

非飽和粘土UU的強(qiáng)度包線非飽和粘土的三軸不排水試驗(yàn)強(qiáng)度包線圖3－73非飽和粘土UU685.排水和不排水強(qiáng)度指標(biāo)的工程應(yīng)用

（1）有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)(CD)①對(duì)于砂土，在一般加載的速率下，用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行分析——CD。②對(duì)于粘性土，如果在計(jì)算中，超靜孔壓已經(jīng)全部消散(加載很慢），或者土中的孔隙水壓力可以準(zhǔn)確地確定，也可以用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。③有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)可以通過(guò)排水試驗(yàn)或者CU+孔壓量測(cè)來(lái)確定。5.排水和不排水強(qiáng)度指標(biāo)的工程應(yīng)用

（1）有效應(yīng)力強(qiáng)度