土排水與不排水強度

1、3.5 土的排水與不排水強度 3.5.1 有效應力原理及孔壓系數(shù) 3.5.2 砂土的排水和不排水強度 3.5.3 粘土的排水與不排水強度 3.5.1 有效應力原理及孔壓系數(shù) 由于顆粒間接觸點的面 積很小。 圖圖340 土粒的接觸 飽和土的有效應力原理： wc c c () (1) 0 PPPPu AA PP u AA A A u 3.5.1 有效應力原理及孔壓系數(shù) 飽和土的有效應力原理： 有效應力部分產(chǎn)生 抗剪強度。 u 圖圖3 土的土的有效應力原理示意圖 有效應力原理的適用范圍 巖石與混凝土、 非飽和土 有效應力原理不一定 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

2、忽 略。 圖圖3 某些多孔介質(zhì)的孔隙 孔壓系數(shù) 三軸應力狀態(tài)的孔壓系數(shù)A與B )( 313 10 AB uuu 一般應力狀態(tài)的孔壓系數(shù)B、a 和c d(ddd )uBpa qcq s v 1 1 C C n B B=? 孔隙流體小0 （飽和） 土骨架壓縮 系數(shù)大 B=1 B=0 圖圖3 孔壓系數(shù)B 塊石或土 (10- 4kPa-1) n （%） B 巴斯石灰 巖 0.06150.468 滑 石0.25300.647 密 砂15400.988 硬粘土80420.997 軟粘土400550.999 s C 表表3-3 不同巖土的孔壓系數(shù)B 非飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CU Sr 孔壓系數(shù)孔壓系數(shù)

3、B 飽和度飽和度 圖圖341 飽和度與孔壓系數(shù)B 0), (Hqpf)( pp v HH 對于彈塑性模型，相適應流動規(guī)則： B=1.0 )ddd(dcqqapBu ) ( pp v H q fH p f H f A ) /( p f p f KA p f q f Ka 孔壓系數(shù) a: ) /( 1 p f p f KA p ff q Kc 孔壓系數(shù) c: 一般應力狀態(tài)下： 其中 3.5.2 砂土的排水和不排水強度 密砂 松砂 圖圖3 砂土的排水試驗 A: CU, Dr= 30% B: CU, Dr= 44% 圖圖342 不同密度砂土的三軸試驗 C: CU, Dr = 47% D: CD, Dr

4、 = 30% c=400kPa 土排水與不排水強度 圖3 松砂土的最大應力差與最大應力比 0 ( (- 總應力強度 (峰值） 最大應力差對應的強度 總應力強度(殘余） (- 1 有效應力強度 臨水松砂岸坡的流滑：松砂的不排 水總應力殘余強度只有35。 圖圖343 水松砂岸坡的流滑（液化） 1-3 3.5.3 粘土的排水與不排水強度 1. 飽和粘土的排水試驗CD 2. 飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CU 3. 固結(jié)不排水試驗（CU）確定的強度指標 4. 粘土的不固結(jié)不排水試驗（UU） 5. 排水和不排水強度指標的工程應用 6. 非飽和土的強度與強度理論 1.飽和粘土的排水試驗CD e 正常固結(jié)粘土

5、 0 固結(jié)壓縮試驗 固結(jié)排水試驗強度包線 （過原點） 圖圖323 正常固結(jié)粘土的壓縮曲線與強度包線 1. 飽和粘土的排水試驗CD e 超固結(jié)粘土 固結(jié)壓縮試驗 固結(jié)排水試驗強度包線 圖圖362 超固結(jié)粘土的壓縮曲線與強度包線 2. 飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CU 正常固結(jié)土減縮（正孔壓）；超固結(jié)土剪脹 （負孔壓） 圖圖344 粘土的三軸固結(jié)不排水試驗 正常固結(jié)土超固結(jié)土 圖圖345 總應力路徑與有效應力路徑 超固結(jié)正常固結(jié) p 圖圖365 先期固結(jié)壓力p附近的包線 3. 固結(jié)不排水試驗（CU）確定的強度指標 正常固結(jié)土超固結(jié)土 圖圖3 總應力路徑與有效應力路徑 不固結(jié)不排水(UU)：unco

6、nsolidated undrained 固結(jié)不排水(CU)：consolidated undrained 固結(jié)排水(CD)：consolidated drained 4. 粘土的不固結(jié)不排水試驗（UU） 原狀土的不擾動取樣過程 圖圖349 正常固結(jié)粘土的沉積、 固結(jié)與取樣過程應力路徑 r 0 v （1）正常固結(jié)土的原位應力狀態(tài) h0v K v v h u=0 h 總應力 超靜孔隙水 壓力有效應力 圖圖3 原位應力狀態(tài) 放入壓力室以前：體積不變,負孔壓 ur （2）取樣以后的應力狀態(tài) 總應力 有效應力 v=-ur h=-ur 孔 壓 ur0 0 0 圖圖348(a) 原狀土取樣以后 如果：c=

7、uc=ur, 則：u=0, = c 總應力c =uc vc= hc= c-ur-uc= -ur 有效應力孔 壓 ur+ uc uc c -ur -ur （3）施加圍壓后 圖圖348(b) 施加圍壓c 產(chǎn)生超靜孔壓uc= c uc 總應力 vc= c+ - ur- uc u = ur u hc= cur c u =ur u 有效應力 孔壓 ur+ uc u c （4）剪切過程 圖圖348(c) 施加軸向應力 產(chǎn)生超靜孔壓u c 總應力 vc= c+f - ur- uc uf =f + ur uf=1f hc= c+ur- uc uf =ur uf =3f 有效應力 孔壓 ur+ uc uf c

8、f （5）試樣破壞時情況 圖圖348(d) 試樣破壞時的應力狀態(tài)uf 飽和土的不排水包線是一條水平線，其斜率uuu=0。 圖圖350 UU的的強度包線 非飽和粘土的三軸不排水試驗強度包線 圖圖351 非飽和粘土UU的強度包線 5 . 排水和不排水強度指標的工程應用 （1） 有效應力強度指標(CD) 對于砂土，在一般加載的速率下，用有 效應力強度指標進行分析CD。 對于粘性土，如果在計算中，超靜孔壓 已經(jīng)全部消散(加載很慢），或者土中的 孔隙水壓力可以準確地確定，也可以用 有效應力強度指標。 有效應力強度指標可以通過排水試驗或 者CU+孔壓量測來確定。 （2）固結(jié)不排水（CU）強度指標 在一定的

9、圍壓下固結(jié)已經(jīng)完成， 很快施加剪應力，不能排水。 CU指標:軟粘土上（1）部分完成很長時間 (2)部分快速施工的填方工程 圖圖352 軟粘土上分期填筑的土方工程 水位驟降（土壩厚心墻） 圖圖352 土壩水位驟降 圖圖352 天然土坡上快速填方 （3）不固結(jié)不排水（UU）強度指標 在原來的應力狀態(tài)上，施加圍壓和剪應 力時，都不會排水，存在超靜孔壓。 (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) 圖圖353 UU強度指標的應用 6. 非飽和土的排水強度 Bishop非飽和土的有效應力原理及強度準則： waa uuuu waa uuu tg waa f uuuc 其中是一個與土的飽和度有關的參數(shù)， 一般不易確定。 弗雷德倫德（D. G. Fredlund）非飽