直剪試驗和庫侖公式直剪試驗庫侖課件

第三章土的力學(xué)性質(zhì)第三章土的力學(xué)性質(zhì)1第三章土的力學(xué)性質(zhì)土的力學(xué)性質(zhì)是指土在外力作用下所表現(xiàn)的性質(zhì)。主要包括：在壓應(yīng)力作用下體積縮小的壓縮性－－－變形在剪應(yīng)力作用下抵抗剪切破壞的抗剪性－－－強度在動荷載作用下所表現(xiàn)的一些性質(zhì)。第三章土的力學(xué)性質(zhì)土的力學(xué)性質(zhì)是指土在外力作用下所表現(xiàn)的性2第一節(jié)土的壓縮性一、土壓縮變形的特點與機理土的壓縮性是指土在壓力作用下體積壓縮變小的性能。土是由固、液、氣三相物質(zhì)組成的，土受壓后體積縮小，必然是土的三相組成部分中的各部分體積減小的結(jié)果。在一般建筑物荷重(0.1—0.6MPa)作用下，土中固體顆粒的壓縮量極小，達(dá)不到土體總壓縮量的1/400，通常認(rèn)為土的固體顆粒是不可壓縮的。自然界中土的孔隙是和四周的大氣連通的，孔隙中的水分和氣體在壓力作用下不可能被壓縮，而是被擠出，因而當(dāng)土孔隙中的水分和氣體被擠出時，土粒相互移動靠攏，致使土的孔隙體積減小，而引起土體積減小。對于飽水土來說，孔隙中充滿著水，土的壓縮主要是由于孔隙中的水被擠出，孔隙體積減小所引起的。也就是說，飽水土的壓縮過程是孔隙水壓力的消散過程。飽水土在一定荷載作用下的滲透壓密過程，稱為滲透固結(jié)。飽和砂土的孔隙較大，透水性強，在壓力作用下孔隙中的水很快排出，壓縮很快完成，但砂土的孔隙總體積較小，其壓縮量也較小。飽和細(xì)粒土的孔隙小而多，透水性弱，在壓力作用下孔隙中的水不可能很快被擠出，土的壓縮常需相當(dāng)長的時間，但其壓縮量較大。非飽和土在壓力作用下的情況比較復(fù)雜，首先是氣體外逸，空氣未完全排出時，孔隙中的水尚未充滿全部孔隙，故含水率基本不變，而隨著土被壓縮其飽和度逐漸增大。當(dāng)達(dá)到飽和后，其壓縮情況與飽和土一樣第一節(jié)土的壓縮性一、土壓縮變形的特點與機理3二、土的壓縮性測試方法側(cè)限壓縮試驗水槽內(nèi)環(huán)環(huán)刀透水石傳壓板百分表測定：軸向應(yīng)力軸向變形*施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定*逐級加大荷載這樣可以得到不同荷載下的變形，于是可以求得不同的e－p值，作出e－p曲線試樣二、土的壓縮性測試方法側(cè)限壓縮試驗水槽內(nèi)環(huán)環(huán)刀透水石傳壓板百4直剪試驗和庫侖公式直剪試驗庫侖課件5三、壓縮定律與壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)是表征土壓縮性大小的主要指標(biāo)壓縮定律：在壓力范圍不大時，孔隙比的減小值與壓力的增加值成正比三、壓縮定律與壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)是表征土壓縮性大小的主要指標(biāo)6直剪試驗和庫侖公式直剪試驗庫侖課件7四、壓縮模量壓縮模量（Es）指土在側(cè)限壓縮條件下豎向附加壓應(yīng)力與應(yīng)變增量之比，單位為MPa。四、壓縮模量壓縮模量（Es）指土在側(cè)限壓縮條件下豎向附加壓應(yīng)8五、土的變形模量變形模量（E0）指土在無側(cè)限條件下附加壓應(yīng)力與壓縮應(yīng)變之比。

實際工程中常用，現(xiàn)場載荷試驗來確定。五、土的變形模量變形模量（E0）指土在無側(cè)限條件下附加壓應(yīng)力9六、飽和土壓縮過程（有效應(yīng)力原理）土＝孔隙水固體顆粒骨架+三相體系孔隙氣體+總應(yīng)力總應(yīng)力由土骨架和孔隙流體共同承受受外荷載作用六、飽和土壓縮過程（有效應(yīng)力原理）土＝孔隙水固體顆粒骨架+三101.Terzaghi一維（單向）固結(jié)理論土骨架孔隙水孔隙固結(jié)模型1.Terzaghi一維（單向）固結(jié)理論土骨架孔隙水孔11固結(jié)過程固結(jié)過程121.飽和土中的應(yīng)力形態(tài)PSPSVaaPSA為土單元的斷面積；Aw為孔隙水的斷面積；As為顆粒接觸點的面積且接近于0a-a斷面豎向力平衡：∴因為其中所以并且令有效應(yīng)力σ′=∑Psv/A得出有效應(yīng)力原理為：1.飽和土中的應(yīng)力形態(tài)PSPSVaaPSA為土單元的斷面積；132.飽和土的有效應(yīng)力原理（1）飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力可分為兩部分σ’和u，（2）土的變形與強度都只取決于有效應(yīng)力飽和土在一定荷載作用下的滲水壓密過程稱為滲透固結(jié)求得有效應(yīng)力總應(yīng)力已知或易知孔隙水壓測定或算定通常,通過2.飽和土的有效應(yīng)力原理（1）飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)14壓縮變形特征飽和砂土：單個孔隙大透水性好排水快壓縮速度快孔隙總體積小可壓縮空間少壓縮量小飽和細(xì)粒土：單個孔隙小透水性弱排水慢壓縮速度慢孔隙總體積大可壓縮空間多壓縮量大壓縮變形特征飽和砂土：15七、土的前期固結(jié)壓力土的前期固結(jié)壓力是指土層在過去歷史上曾經(jīng)受過的最大固結(jié)壓力。Pc（1）從e-logp曲線上找出曲率半徑最小的一點A，過A點作水平線A1和切線A2；（2）作

1A2的平分線A3，與e-logp曲線中直線段的延長線相交B點；（3）B點所對應(yīng)的有效應(yīng)力就是先期固結(jié)壓力σp′。七、土的前期固結(jié)壓力土的前期固結(jié)壓力是指土層在過去歷史上曾經(jīng)16超固結(jié)比R如果目前土層所受的上覆土層的自重壓力為P0，前期固結(jié)壓力為Pc，則超固結(jié)比R：于是，自然界中存在三種情況：（1）Pc＝P0，R=1，稱正常固結(jié)土是指目前土層的自重壓力，就是該地層在歷史上所受過的最大固結(jié)壓力，一般正常沉積且在自重壓力下固結(jié)的土層，均處于正常壓密狀態(tài)。圖3-4求前期固結(jié)壓力的作圖方法（2）Pc＞P0，R＞1，稱超固結(jié)土是指土層歷史上曾受過的固結(jié)壓力大于現(xiàn)有土層的自重壓力。如土層在過去歷史上曾有過相當(dāng)厚的沉積物，而后來由于侵蝕、沖刷、冰川等卸荷作用，或者由于古老建筑物的拆毀、地下水位的長期變化以及土的干縮等作用，使土層原有的密度超過現(xiàn)有土的自重壓力相對應(yīng)的密度，而形成超壓密狀態(tài)。（3）Pc＜P0，R＜1，稱欠固結(jié)土即土層在自重壓力下尚未完成固結(jié)。如新近沉積的淤泥、沖填土等均處于欠壓密狀態(tài)。超固結(jié)比R如果目前土層所受的上覆土層的自重壓力為P0，前期固17第二節(jié)土的抗剪性土的抗剪性是土的抗剪強度特性的簡稱，它是研究土體穩(wěn)定性的一個極為重要的工程地質(zhì)性質(zhì)。土的抗剪強度是指土抵抗剪切破壞的極限強度。許多建筑物地基的破壞，人工和自然斜坡的滑動以及擋土墻移動和傾倒等，都是由于土內(nèi)的剪應(yīng)力超過其本身的抗剪強度而引起的。因此，研究土的強度特性，主要是研究土的抗剪性。第二節(jié)土的抗剪性土的抗剪性是土的抗剪強度特性的簡稱，它是研18平移滑動崩塌旋轉(zhuǎn)滑動流滑平移滑動崩塌旋轉(zhuǎn)滑動流滑19

地基p

地基p20一、直剪試驗和庫侖公式直剪試驗庫侖（1776）

施加σ（=P/A）量測

（=T/A）

上盒下盒PSTA試驗原理一、直剪試驗和庫侖公式直剪試驗施加σ（=P/A）上盒下21

Oc

c粘聚力

內(nèi)摩擦角

σ

=100KPa

Sσ

=200KPaσ

=300KPa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-與所受壓力無關(guān)強度指標(biāo)：細(xì)粒土：粗粒土：Occ粘聚力σ=100KPaSσ=20022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2.三軸試驗（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23應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測系統(tǒng)組成應(yīng)力控制式三軸儀試驗步驟:1.裝樣2.施加周圍壓力3.施加豎向壓力

3

3

3

3

3

3△△三軸剪切試驗應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測系統(tǒng)組成3324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Δ1=

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)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方法：（1）試樣應(yīng)力特點與試驗方法：特點：25強度包線(

1-

)fc

(

1-

)f

1

1-3

1

=15%分別作圍壓

為100kPa、200kPa、300kPa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)力摩爾圓，畫出它們的公切線——強度包線，得到強度指標(biāo)c與

（2）強度包線強度包線(1-)fc(1-)f11-26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)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）試驗類型結(jié)果比較：d>

cu>

u

固結(jié)排水試驗（CD試驗）固結(jié)不排水試驗（CU試驗）不固結(jié)不排27第三節(jié)影響土力學(xué)性質(zhì)的因素及不同土力學(xué)性質(zhì)的特點一、影響土力學(xué)性質(zhì)的因素（一）受力條件1.荷載歷史；2.加荷速度；3.作用時間；4.載荷的性質(zhì)（二）土本身的因素親水性內(nèi)聚力c內(nèi)摩擦角孔隙總體積壓縮量壓縮速度粗粒土弱小大少小快細(xì)粒土強大小多大慢液性指數(shù)IL內(nèi)聚力c內(nèi)摩擦角壓縮系數(shù)a壓縮速度壓縮達(dá)到穩(wěn)定時間水多大（軟）小小大快長水少?。ㄓ玻┐蟠笮÷堂軐嵆潭葍?nèi)聚力c內(nèi)摩擦角壓縮系數(shù)a壓縮速度壓縮達(dá)到穩(wěn)定時間孔隙多松小小大快長孔隙少密大大小慢短1.粒度成分2.水的多少3.松密情況第三節(jié)影響土力學(xué)性質(zhì)的因素及不同土力學(xué)性質(zhì)的特點一、影響土28二、不同土力學(xué)性質(zhì)的特點粗粒土：粒度、密度、含水細(xì)粒土塑性（Ip）、稠度狀態(tài)（IL）、孔隙（e）二、不同土力學(xué)性質(zhì)的特點29密度（e,

粒徑級配（Cu,Cc）顆粒的礦物成分：對于

：砂土>粘性土；