土質學與土力學第七章土的抗剪強度.ppt

第七章,土的抗剪強度,土工結構物或地基,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,7.1 概述 7.2 土的抗剪強度理論 7.3 土的抗剪強度試驗 7.4 三軸壓縮試驗中的孔隙壓力系數(shù) 7.5 飽和粘性土的土的抗剪強度 7.6 應力路徑與破壞主應力線簡介,7 土的抗剪強度,7 土的抗剪強度,本章需要重點掌握內容： 1）掌握庫侖公式、莫爾庫侖強度理論； 2）掌握土的抗剪強度指標的測定方法； 3）掌握不同固結和排水條件下土的抗剪強度指標的意義及其應用； 本章需要了解內容： 1）孔隙壓力系數(shù)A和B 2）應力路徑概念 3）抗剪強度的影響因素。 4）能利用抗剪強度的基本理論和試驗方法解決實際工程土中的強度和穩(wěn)定問題。,一、土的強度特點 二、工程中土體的破壞類型,7 土的抗剪強度,7.1 土的抗剪強度概述,一、土的強度特點： 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與剪切破壞，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力原理； 3. 自然變異性：土的強度的結構性與復雜性。,7.1 土的抗剪強度概述,大阪的港口碼頭擋土墻由于液化前傾,二、工程中土體的破壞類型,1. 擋土結構物的破壞,7.1 土的抗剪強度概述,1. 擋土結構物的破壞,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。,7.1 土的抗剪強度概述,擋土墻,滑裂面,基坑支護,1. 擋土結構物的破壞,二、工程中土體的破壞類型,7.1 土的抗剪強度概述,平移滑動,2. 各種類型的滑坡,崩塌,旋轉滑動,流滑,二、工程中土體的破壞類型,7.1 土的抗剪強度概述,1994年4月30日 崩塌體積400萬方 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，無法通航 滑坡體崩入烏江近百萬方；江水位差數(shù)米。,烏江武隆縣興順鄉(xiāng)雞冠嶺山體崩塌,2. 各種類型的滑坡,二、工程中土體的破壞類型,龍觀嘴,黃崖溝,烏江,2000年西藏易貢巨型滑坡,2. 各種類型的滑坡,二、工程中土體的破壞類型,高程（m）,滑距（m）,5530,2200,4000,扎 木 弄 溝,滑坡堆積體,0,8000,4000,2000,6000,立面示意圖,坡高 3330 m 堆積體寬 約2500m 總方量 約3億方,2. 各種類型的滑坡,二、工程中土體的破壞類型,2000年西藏易貢巨型滑坡,易貢滑坡堰塞湖,滑 坡 堆 積 區(qū),扎 木 弄 溝,2264m,2210m,2165m,2340m,平面示意圖,5520m,滑坡堆積體,2. 各種類型的滑坡,二、工程中土體的破壞類型,2000年西藏易貢巨型滑坡,天然壩 壩高290 m 滑坡堰塞湖 庫容15億方,湖水每天上漲約50cm?,2. 各種類型的滑坡,二、工程中土體的破壞類型,2000年西藏易貢巨型滑坡,邊坡,2. 各種類型的滑坡,二、工程中土體的破壞類型,粘土地基上的某谷倉地基破壞,3. 地基的破壞,二、工程中土體的破壞類型,日本新瀉1964年地震引起大面積液化,3. 地基的破壞,二、工程中土體的破壞類型,地基,3. 地基的破壞,二、工程中土體的破壞類型,土壓力 邊坡穩(wěn)定 地基承載力,擋土結構物破壞 各種類型的滑坡 地基的破壞,二、工程中土體的破壞類型,1. 庫侖公式 2. 應力狀態(tài)與摩爾圓 3. 極限平衡應力狀態(tài) 4. 摩爾-庫侖強度理論 5. 破壞判斷方法 6. 滑裂面的位置,7.2 土的抗剪強度理論,c 粘聚力 內摩擦角,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,固定滑裂面,一般應力狀態(tài)如何？判斷是否破壞？,借助于莫爾圓,庫侖公式及抗剪強度指標 （總應力法與有效應力法）,三維應力狀態(tài),二. 應力莫爾圓,二維應力狀態(tài),莫爾圓應力分析符號規(guī)定,材料力學,+,-,+,-,土力學,正應力,剪應力,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,二. 應力莫爾圓,O,1,3,二. 應力莫爾圓,大主應力：,小主應力:,圓心：,半徑：,z按順時針方向旋轉,x按順時針方向旋轉,莫爾圓：代表一個土單元的應力狀態(tài)；圓周上一點代表一個面上的兩個應力與,三. 極限平衡應力狀態(tài),極限平衡應力狀態(tài)： 有一對面上的應力狀態(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,三. 極限平衡應力狀態(tài),f,強度包線以內：任何一個面上的一對應力與 都沒有達到破壞包線，不破壞； 與破壞包線相切：有一個面上的應力達到破壞； 與破壞包線相交：有一些平面上的應力超過強度；不可能發(fā)生。,四. 莫爾庫侖強度理論,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力的單值函數(shù), f =f() （莫爾：1900年） 2.在一定的應力范圍內，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力狀態(tài),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,1f,3,四. 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,根據(jù)應力狀態(tài)計算出大小主應力1、3,判斷破壞可能性,由3計算1f 比較1與1f,11f 破壞狀態(tài),五. 破壞判斷方法,判別對象：土體微小單元（一點）,3= 常數(shù)：,根據(jù)應力狀態(tài)計算出大小主應力1、3,判斷破壞可能性,由1計算3f 比較3與3f,33f 彈性平衡狀態(tài) 3=3f 極限平衡狀態(tài) 33f 破壞狀態(tài),五. 破壞判斷方法,判別對象：土體微小單元（一點）,1= 常數(shù)：,根據(jù)應力狀態(tài)計算出大小主應力1、3,判斷破壞可能性,由1、3計算與比較, 安全狀態(tài) = 極限平衡狀態(tài) 不可能狀態(tài),O,c,五. 破壞判斷方法,判別對象：土體微小單元（一點）,(1 + 3)/2 = 常數(shù)：圓心保持不變,O,c,1f,3,2,2,六. 滑裂面的位置,與大主應力面夾角： =45 + /2,一、室內試驗 二、野外試驗,7.3 土的抗剪強度試驗,直剪試驗、三軸試驗等 制樣（重塑土）或現(xiàn)場取樣 缺點：擾動 優(yōu)點：應力條件清楚，易重復,十字板扭剪試驗、旁壓試驗等 原位試驗 缺點：應力條件不易掌握 優(yōu)點：原狀土的原位強度,一、直接剪切試驗（直剪試驗） 庫侖（1776） 試驗原理,施加 （=P/A），S 量測 （=T/A）, = 100KPa,S,A,7.3 土的抗剪強度試驗,直剪試驗 庫侖（1776） 試驗原理 試驗結果, = 100KPa,S, = 200KPa, = 300KPa,7.3 土的抗剪強度試驗,c 粘聚力 內摩擦角,直剪試驗 庫侖（1776） 試驗原理 試驗結果,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,滑動摩擦,1. 摩擦強度 tg,（1）滑動摩擦,（2）咬合摩擦引起的剪脹,滑動摩擦,咬合摩擦引起的剪脹,1. 摩擦強度 tg,（3）顆粒的破碎與重排列,滑動摩擦,顆粒破碎與重排列,1. 摩擦強度 tg,咬合摩擦引起的剪脹,密度（e, 粒徑級配（Cu, Cc） 顆粒的礦物成分 對于：砂土粘性土； 高嶺石伊里石蒙脫石 粒徑的形狀（顆粒的棱角與長寬比） 在其他條件相同時： 對于砂土，顆粒的棱角提高了內摩擦角 對于碎石土，顆粒的棱角可能降低其內摩擦角,影響土的摩擦強度的主要因素：,1. 摩擦強度 tg,粘聚強度機理 靜電引力（庫侖力） 范德華力 顆粒間膠結 假粘聚力（毛細力等）,粘聚強度影響因素 地質歷史 粘土顆粒礦物成分 密度 離子價與離子濃度,2. 凝聚強度,通過控制剪切速率來近似模擬排水條件,1. （固結）慢剪： 施加正應力-充分固結 慢慢施加剪應力-小于 0.02mm/分，以保證無超靜孔壓 2. 固結快剪 施加正應力-充分固結 在3-5分鐘內剪切破壞 3. 快剪 施加正應力后立即剪切， 3-5分鐘內剪切破壞,一. 直剪試驗,O,n,K0n,一. 直剪試驗,設備簡單，操作方便 結果便于整理 測試時間短,優(yōu)點,試樣應力狀態(tài)復雜 應變不均勻 不能控制排水條件 剪切面固定,缺點,一. 直剪試驗,類似試驗： 環(huán)剪試驗 單剪試驗,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,二. 三軸壓縮（剪切）試驗,1.試樣應力特點與試驗方法 2.強度包線 3.試驗類型 4.優(yōu)缺點,二. 三軸壓縮試驗,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力差 1= 1-3 。,1.試樣應力特點與試驗方法：,特點： 試樣是軸對稱應力狀態(tài)。垂直應力z一般是大主應力；徑向與切向應力總是相等r=，亦即1=z；2=3=r,強度包線,(1-)f,c,(1-)f,1,1- 3,1 =15%,分別作圍壓為100 kPa 、200 kPa 、300 kPa的三軸試驗，得到破壞時相應的（1-)f,繪制三個破壞狀態(tài)的應力摩爾圓，畫出它們的公切線強度包線，得到強度指標 c 與 ,二. 三軸壓縮試驗,2.強度包線,固結排水試驗（CD試驗） 1 打開排水閥門，施加圍壓后充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散； 2 打開排水閥門，慢慢施加軸向應力差以便充分排水，避免產生超靜孔壓,固結不排水試驗（CU試驗） 1 打開排水閥門，施加圍壓后充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散； 2 關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差過程中不排水,不固結不排水試驗（UU試驗） 1 關閉排水閥門，圍壓下不固結； 2 關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差過程中不排水,cd 、d,ccu 、cu,cu 、u,3.試驗類型,二. 三軸壓縮試驗,固結排水試驗（CD試驗） Consolidated Drained Triaxial test (CD) 抗剪強度指標： cd d （c ）,試驗類型匯總,固結不排水試驗（CU試驗） Consolidated Undrained Triaxial test (CU) 抗剪強度指標：ccu cu,不固結不排水試驗（UU試驗） Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU) 抗剪強度指標： cu u （ cuu uu ）,二. 三軸壓縮試驗,優(yōu)點： 1 應力狀態(tài)和應力路徑明確； 2 排水條件清楚，可控制； 3 破壞面不是人為固定的； 4 試驗單元體試驗,缺點： 設備相對復雜，現(xiàn)場無法試驗,說明： 30 即為無側限抗壓強度試驗,4.優(yōu)點和缺點,二. 三軸壓縮試驗,無側限抗壓強度試驗如同三軸壓縮試驗中3 =0時的特殊情況。試驗時，將圓柱形試樣置于無側限壓縮儀中，對試樣不加周圍壓力，僅對它施加垂直軸向壓力1（見右圖），剪切破壞時試樣所承受的軸向壓力稱為無側限抗壓強度。無粘性土在無側限條件下試樣難以成型，故該試驗主要用于粘性土，尤其適用于飽和軟粘土。,三.無側限抗壓強度試驗,對于飽和軟粘土，在不固結不排水條件下進行剪切試驗，可認為=0，其抗剪強度包線與軸平行。因而，由無側限抗壓強度試驗所得的極限應力圓的水平切線即為飽和軟粘土的不排水抗剪強度包線（水平線）。 由圖可知，其不排水抗剪強度cu為： cu=qu/2,真三軸儀 空心圓柱扭剪儀,其它室內試驗,四.十字板剪切試驗,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；,通過施加的扭矩計算土的抗剪強度,7.3 土的抗剪強度試驗,時：,四、十字板剪切試驗,?,幾種簡單的情形：,飽和土中孔隙水壓力和有效應力的計算附加應力情況,外荷載,附加應力z,土骨架：有效應力,(2) 軸對稱三維應力狀態(tài),(1) 側限應力狀態(tài),孔隙水：孔隙水壓力,超靜孔隙水壓力,7.4 三軸壓縮試驗中的孔隙壓力系數(shù),側限應力狀態(tài)及一維滲流固結,附加應力作用情況,實踐背景：大面積均布荷載,p0,不透水巖層,飽和壓縮層,z=p0,p0,側限應力狀態(tài),側限應力狀態(tài)及一維滲流固結,附加應力作用情況,物理模型：,鋼筒側限條件 彈簧土骨架 水體孔隙水 帶孔活塞排水頂面 活塞小孔滲透性大小,初始狀態(tài),邊界條件,滲透固結過程,p0,一般方程,側限應力狀態(tài)及一維滲流固結,附加應力作用情況,p,p,附加應力:z=p 超靜孔壓: u = z=p 有效應力:z=0,滲透固結過程,附加應力:z=p 超靜孔壓: u 0,附加應力:z=p 超靜孔壓: u =0 有效應力:z=p,孔壓系數(shù)：,不排水條件下相當于t=0時刻:,附加應力作用情況,側限應力狀態(tài)及一維滲流固結,滲透固結過程,u,隨時間在變化,產生超靜孔隙水壓力,附加應力作用情況,軸對稱三維應力狀態(tài),不固結不排水試驗,從某一初始狀態(tài)，閥門關閉，連接孔壓傳感器，施加圍壓不固結，量測超靜孔隙水壓力 uB 施加1 -時，閥門關閉，可連接孔壓傳感器，量測剪切過程中產生的超靜孔隙水壓力 uA,一、孔壓系數(shù)A和B,軸對稱三維應力狀態(tài),=,+,等向壓縮應力狀態(tài),偏差應力狀態(tài),封閉土樣,1. 等向壓縮應力狀態(tài),孔隙流體產生了超靜孔隙水壓力uB,土骨架的有效附加應力,孔隙流體的體積變化,孔隙流體的體積壓縮系數(shù)為Cv ，單位孔隙壓力作用引起的體應變,土骨架的體積變化,設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,線彈性體,飽和土： 干 土： 非飽和土：,B是一個反映土飽和程度的指標,孔隙流體的體積壓縮系數(shù)為Cv ，單位孔隙壓力作用引起的體應變,設土骨架的體積壓縮系數(shù)為Cs,孔壓系數(shù)B,1. 等向壓縮應力狀態(tài),孔隙流體產生了超靜孔隙水壓力uA,有效附加應力,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. 偏差應力狀態(tài),體積V,假定為線彈性體,軸向,側向,總應力增量,應變增量,0,孔壓系數(shù)A,對飽和土:,剪切作用引起的孔壓響應,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. 偏差應力狀態(tài),A 是一個反映土剪脹性強弱的指標，其大小與土性有關,問題: 能否對孔壓系數(shù) A 作進一步的解釋？,問題: 能否對孔壓系數(shù) A 作進一步的解釋？,回答：,偏差應力狀態(tài),等向壓縮應力狀態(tài),純剪應力狀態(tài),純剪應力狀態(tài),軸對稱三維應力狀態(tài),等向壓縮應力狀態(tài),偏差應力狀態(tài),強度指標：,峰值強度指標 與 殘余強度指標,7.5 飽和粘性土的抗剪強度,粘聚力 c 內摩擦角 ,工程應用,三種分類方法,總應力強度指標 與 有效應力強度指標,直剪強度指標 與 三軸試驗強度指標,目的,分析方法,試驗方法,應力應變狀態(tài),一. 總應力指標與有效應力指標,兩種強度指標的比較 有效應力、總應力強度包線與破壞主應力線,5.4 土的抗剪強度指標,7.5 飽和粘性土的抗剪強度,1. 兩種強度指標的比較,一. 總應力指標與有效應力指標,土的抗剪強度的 有效應力指標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,土的抗剪強度的 總應力指標c, , = c + tg,便于應用,但u不能產生抗剪強度，不符合強度機理，應用時要符合工程條件,強度指標,抗剪強度,簡單評價,1,(),p(p),q,u,Kf,Kf,f,f,u,u,松砂及正常固結粘土(CU),一. 總應力指標與有效應力指標,2. 強度包線與破壞主應力線,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)，有效應力摩爾圓在總應力摩爾圓哪邊？,(),c,c,f,f,超固結粘土的總應力與有效應力強度包線(CU),u(-),一. 總應力指標與有效應力指標,2.強度包線與破壞主應力線,u(+),總應力,有效應力,二. 三軸試驗強度指標,剪切前固結條件,剪切中排水條件,固結 Consolidated,排水 Drained,1.固結排水試驗 （CD）,2.固結不排水試驗 （CU）,固結 Consolidated,不排水 Undrained,不固結 Unconsolidated,不排水 Undrained,三種試驗,3.不固結不排水試驗 （UU）,5.4 土的抗剪強度指標,7.5 飽和粘性土的抗剪強度,1.固結排水試驗,強度指標：cd，d (1) 試驗條件 (2) 松砂與正常固結粘土試驗曲線與強度包線 (3) 密砂與超固結粘土試驗曲線與強度包線 (4) 超固結粘土+正常固結粘土的強度包線,二.三軸試驗強度指標,(1)試驗條件,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,1.固結排水試驗,二.三軸試驗強度指標,施加圍壓充分固結 施加(1 -)時，排水閥門始終打開，速度慢足以使孔壓消散 始終u=0，=-u=,1= 1,d=,=,f= f,(1)試驗條件,1.固結排水試驗,二.三軸試驗強度指標,總應力指標與有效應力指標一致:,cd = c,破壞面位置：,v,軸向應力漸進增加，體應變是體縮，最終二者均趨于穩(wěn)定,(2) 松砂與正常固結粘土試驗曲線與強度包線,=,f=f,思考題：正常固結粘土包線為什么過原點？,1.固結排水試驗,二.三軸試驗強度指標,實驗室的正常固結粘土： 有效固結壓力c 等于先期固結壓力pc。,地基中的正常固結粘土： z cz pc 取回室內, 如 c z，不再是正常固結土。,f,“正常固結粘土”,(2) 松砂與正常固結粘土試驗曲線與強度包線,1.固結排水試驗,二.三軸試驗強度指標,抗剪強度指標有時失去其物理意義，而變成計算參數(shù)的含義,z,固結壓力為0的正常固結粘土: 當正常固結粘土試樣的固結壓力為0時，亦即其歷史上的最大固結壓力是0 處于泥漿狀態(tài)，抗剪強度為0。,c=0是否意味著正常固結粘土無粘聚力? 粘聚力隨增加而增加,v,v表示體縮 v0表示體脹(剪脹),應力應變關系軟化，體應變剪脹,峰值強度,殘余強度,(3)密砂與超固結粘土試驗曲線與強度包線,峰值強度,殘余強度,f,密砂強度包線,密砂應力應變關系曲線,1.固結排水試驗,二.三軸試驗強度指標,v表示體縮 v0表示體脹(剪脹),超固結粘土強度包線,超固結粘土應力應變關系曲線,(3)密砂與超固結土試驗曲線與強度包線,1.固結排水試驗,二.三軸試驗強度指標,應力應變關系軟化，體應變剪脹,c0,e,pc,強度包線,f,pc,土的壓縮曲線,(4)超固結粘土+正常固結粘土強度包線, pc ，正常固結粘土； pc ，超固結粘土,1.固結排水試驗,二.三軸試驗強度指標,固結排水試驗小結,松砂與正常固結粘土試驗曲線與強度包線： 應變硬化與體積收縮，cd = 0； 密砂試驗曲線與強度包線： 應變軟化與剪脹性，cd = 0； 超固結粘土試驗曲線與強度包線： 應變軟化與剪脹性，cd與d; 超固結粘土+正常固結粘土的強度包線: 折線 c0 的直線近似,1.固結排水試驗,二.三軸試驗強度指標,教材199頁圖7-20,剪切前固結條件,剪切中排水條件,固結 Consolidated,排水 Drained,1.固結排水試驗 （CD）,2.固結不排水試驗 （CU）,固結 Consolidated,不排水 Undrained,不固結 Unconsolidated,不排水 Undrained,三種試驗,3.不固結不排水試驗 （UU）,二.三軸試驗強度指標,5.4 土的抗剪強度指標,7.5 飽和粘性土的抗剪強度,2.固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,強度指標：ccu ，cu；c， (1) 試驗條件 (2) 正常固結粘土固結不排水試驗曲線與強度包線 (3) 超固結粘土固結不排水試驗曲線與強度包線 (4) 固結不排水三軸試驗確定的強度指標,(1)試驗條件 施加圍壓充分固結 施加(1 -)時，閥門關閉，可連接孔壓傳感器，量測剪切過程中產生的超靜孔隙水壓力 u u0，=-u,量測孔隙水壓力,2.固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,2.固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,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 ( 對于剪切過程中無體積變化： 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 ）,u,軸向應力和孔壓漸進增加并趨于穩(wěn)定， 孔壓 u 0,(2) 正常固結粘土固結不排水試驗曲線與強度包線,f,f,cu,2.固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,u,應力應變關系軟化，孔壓可能小于0 與超固結度有關,f,(3) 超固結粘土固結不排水試驗曲線與強度包線,f,cu,u0,u0,2.固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,(4) 固結不排水三軸試驗確定的強度指標,2.固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,應力變量,試驗量測, u,計算,= u =,確定的強度指標,ccu cu,c ,固結不排水試驗小結,剪切過程中的超靜孔隙水壓力u 正常固結粘土的應力應變關系曲線: 硬化 正常固結粘土的有效應力與總應力的強度包線: cu 超固結粘土的應力應變關系曲線: 軟化 超固結粘土的固結不排水強度指標: c ccu, cu 固結不排水三軸試驗確定的強度指標: ccu, cu; c, ,2.固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,教材198頁圖7-17、7-18,剪切前固結條件,剪切中排水條件,固結 Consolidated,排水 Drained,1.固結排水試驗 （CD）,2.固結不排水試驗 （CU）,固結 Consolidated,不排水 Undrained,不固結 Unconsolidated,不排水 Undrained,三種試驗,3.不固結不排水試驗 （UU）,二.三軸試驗強度指標,3.不固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,強度指標：cuu (cu)，uu (u) (1) 試驗條件 (2) 粘土的孔隙比有效應力抗剪強度唯一性關系 (3) 飽和試樣的不排水強度指標cu (4) 不排水試驗與固結不排水試驗 (5) 無側限壓縮試驗：3 = 0的不排水試驗 (6) 不飽和試樣的不排水強度,(1)試驗條件 從某一初始狀態(tài)開始，關閉閥門施加圍壓，產生孔隙水壓力 u1=B 施加（1 -）時，閥門關閉，可連接孔壓傳感器，量測剪切過程中產生的超靜孔隙水壓力u2 = BA (),3.不固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,量測孔隙水壓力,3.不固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,(2)粘土的孔隙比有效應力抗剪強度唯一性關系,強度的影響因素:,土的組成,土的狀態(tài),土的結構,應力狀態(tài),ef pf - qf 唯一性關系,ef f - f 唯一性關系, (p), (q),Kf線,f線,唯一的ef,應力歷史,同一種正常 固結粘土,土的狀態(tài) (,e),應力狀態(tài),應力歷史相同時 也滿足唯一性關系,研究表明,超固結粘土:,u =0 , cu, 并且有效應力摩爾圓是唯一的,思考題：可否由不排水試驗確定有效應力強度指標？,(3)飽和試樣的不排水強度指標,cu,u = B + A () B=1,3.不固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,cu, pc1,cu1,pc2,cu2,pc3,cu3,(4)不排水試驗與固結不排水試驗,3.不固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,正常固結粘土層,固結不排水試驗強度包線上的每一點對應于一個具有相同先期固結壓力的不排水強度指標,cu = qu/2,cu,qu = ,(5)無側限壓縮試驗：3 =0的不排水試驗,3.不固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,(6)不飽和試樣的不排水強度,不飽和區(qū),飽和區(qū),3.不固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,不固結不排水試驗小結,3.不固結不排水試驗,二.三軸試驗強度指標,飽和試樣的不排水強度指標: u =0 , cu 飽和試樣的固結不排水試驗與不排水強度指標: 有關聯(lián) 無側限壓縮試驗： 3=0, 是一種特殊的不排水試驗 不飽和試樣的不排水強度指標: 隨3增加而增加并趨于穩(wěn)定,教材197頁圖7-15,三. 直剪試驗強度指標,1. 慢剪 施加正應力-充分固結 慢慢施加剪應力-小于0.02mm/分，以保證無超靜孔壓 2. 固結快剪 施加正應力-充分固結 在3-5分鐘內剪切破壞 3. 快剪 施加正應力后 立即剪切3-5分鐘內剪切破壞,強度指標,對于砂土，三種試驗結果都接近于c 對于粘性土， 慢剪(Slowly: s) ：csc s; 由于摩擦和中主應力使其強度指標稍大 0.9csc, 0.9s 固結快剪（Consolidated Quickly : cq） ccqccu cqcu 快剪 (Quickly: q) : 對于 k10-7 cm/s 粘土 cqcu qu,三. 直剪試驗強度指標,四. 土的強度指標的工程應用,有效應力指標還是總應力指標？ 三軸試驗指標還是直剪試驗指標？ 峰值強度指標還是殘余強度指標？,5.4 土的抗剪強度指標,7.5 飽和粘性土的抗剪強度,四. 土的強度指標的工程應用,有效應力指標與總應力指標 凡是可以確定（測量、計算）孔隙水壓力u的情況，都應當使用有效應力指標c，,四. 土的強度指標的工程應用,三軸試驗指標與直剪試驗指標 砂土： c, 三軸排水試驗指標與直剪試驗指標 （直剪試驗得到的指標偏大） 粘土： 有效應力指標：固結排水、固結不排水 總應力指標：三軸固結不排水、不排水; 直剪固結快剪、快剪,四. 土的強度指標的工程應用,峰值強度指標與殘余強度指標 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,粘土地基上分層慢速施工的填方,穩(wěn)定滲流期的土壩,天然粘土坡或在粘土中的開挖,固結排水強度指標的應用實例 ccd cd,幾種固結不排水強度指標的應用實例 ccu cu,在1層土固結后，施工2層,庫水位從1驟降到2,在天然土坡上快速填方,幾種不排水強度指標 cu 在工程中的應用,軟土地基上快速施工的填方,土壩快速施工，心墻未固結,粘土地基上快速施工的建筑物,例題：正常固結飽和粘土試樣，在三軸壓力室內保持300KPa周壓條件下做排水剪切試驗，測得 cd=0,d=30，問： （1）排水剪剪切破壞面的正應力、剪應力及方位。 （2）保持300KPa周壓條件下進行固結不排水剪切試驗，破壞時的軸向壓力差1-3=300KPa ，求固結不排水剪總應力與有效應力抗剪強度指標；剪切破壞時試樣中的孔壓及相應的孔壓系數(shù)；剪切破壞面的正應力、剪應力及方位。 （3）若先在200KPa周壓條件下使試樣固結，然后也施加周壓300KPa進行不排水剪切試驗，求抗剪強度指標及剪切破壞面的正應力、剪應力及方位。 （4）試比較排水剪、固結不排水剪、不排水剪的抗剪強度指標及剪切破壞面。,解：1）排水剪試驗的抗剪強度曲線所表示的是有效應力抗剪強度指標及應力狀態(tài)。,剪切破壞面的應力與方位是：,2）正常固結飽和粘土的固結不排水剪抗剪強度包線筆通過坐標原點，破壞應力圓與其相切，由圖可得：,試樣剪切破壞時的有效應力狀態(tài)為：,因試樣為完全飽和狀態(tài)，孔壓系數(shù)為：,固結不排水剪總應力抗剪強度包線與總應力破壞圓相切點所表示的是假想的剪切破壞面，該面與大主應力面的夾角與應力為：,固結不排水剪的真實剪切破壞面是有效應力抗剪強度包線與有效應力破壞圓相切點所表示的剪切面，該面與大主應力面的夾角與應力為：,3）不排水剪的剪切強度與試樣初始的固結程度有關。由排水剪強度曲線與固結壓力的剪切破壞應力圓相切可得：,當周壓增至300kpa，進行不排水剪試驗，其有效應力圓不變，將其平移u可得總應力圓，即：,4)在同樣周壓下，三種固結條件的剪切強度為： 排水剪 d=30 cd=0 固結不排水剪 cu=19.5 ccu=0 不排水剪 u=0 cu=200kpa 土樣剪切破壞面的方位是唯一的，為有效應力破壞面與大主應力面間的夾角。,7.6 應力路徑與破壞主應力線,一、應力路徑及表示法 二、強度包線與破壞主應力線 三、總應力路徑與有效應力路徑,土的應力應變關系特性 彈塑性 需要記錄加載歷史 應力路徑概念 應力狀態(tài)：土體中一點（微小單元）上作用的應力的大小與方向 土體中一點應