第七章 土的強度理論

1、第七章第七章 土的抗剪強度土的抗剪強度抗剪強度的理論問題抗剪強度的理論問題破壞準(zhǔn)則破壞準(zhǔn)則( (極限平衡條件極限平衡條件) )抗剪強度測定問題抗剪強度測定問題( (抗剪強度參數(shù)的確定抗剪強度參數(shù)的確定) )土的抗剪強度的工程意義土的抗剪強度的工程意義 以土作為建造材料的土工構(gòu)筑物的以土作為建造材料的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題，如土壩、路堤等填方邊坡穩(wěn)定性問題，如土壩、路堤等填方邊坡以及天然土坡等的穩(wěn)定性問題。以及天然土坡等的穩(wěn)定性問題。 土作為工程構(gòu)筑物環(huán)境的安全性問題，即土作為工程構(gòu)筑物環(huán)境的安全性問題，即土壓力問題，如擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土土壓力問題，如擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土體，它的強

2、度破壞將造成對墻體過大的側(cè)向土體，它的強度破壞將造成對墻體過大的側(cè)向土壓力，以至可能導(dǎo)致這些工程構(gòu)筑物發(fā)生滑動、壓力，以至可能導(dǎo)致這些工程構(gòu)筑物發(fā)生滑動、傾覆等破壞事故傾覆等破壞事故 。 土作為建筑物地基的承載力問土作為建筑物地基的承載力問題，如果基礎(chǔ)下的地基土體產(chǎn)生整題，如果基礎(chǔ)下的地基土體產(chǎn)生整體滑動或因局部剪切破壞而導(dǎo)致過體滑動或因局部剪切破壞而導(dǎo)致過大的地基變形，將會造成上部結(jié)構(gòu)大的地基變形，將會造成上部結(jié)構(gòu)的破壞或影響其正常使用功能的破壞或影響其正常使用功能 。路堤塌方路堤塌方擋土結(jié)構(gòu)物破壞擋土結(jié)構(gòu)物破壞地基失穩(wěn)地基失穩(wěn) 土的剪切破壞：土的剪切破壞： 在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)在外荷

3、載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，當(dāng)土中某點生剪應(yīng)力和剪切變形，當(dāng)土中某點由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強度時，土就沿著剪應(yīng)力作用方剪強度時，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對滑動，該點便發(fā)生剪切向產(chǎn)生相對滑動，該點便發(fā)生剪切破壞。破壞。7.17.1概述概述土的抗剪強度土的抗剪強度 土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。土的強度問題實質(zhì)上就是土的抗剪強度問題。土的強度問題實質(zhì)上就是土的抗剪強度問題。 7.27.2土的抗剪強度與極限平衡條件土的抗剪強度與極限平衡條件一、庫侖公式及抗剪強度指標(biāo)一、庫侖公式及抗剪強度

4、指標(biāo)17761776年，庫侖根據(jù)年，庫侖根據(jù)砂土砂土剪切試驗，提出：剪切試驗，提出：后來，根據(jù)后來，根據(jù)粘性土粘性土剪切試驗，又提出更普遍的表達(dá)式：剪切試驗，又提出更普遍的表達(dá)式：tanfcftanc: :土的粘聚力土的粘聚力 : :土的內(nèi)摩擦角土的內(nèi)摩擦角 f =c+ tan 粘土粘土c f f = tan 砂土砂土 f 抗剪強度指標(biāo)抗剪強度指標(biāo)與土的性質(zhì)有關(guān)：與土的性質(zhì)有關(guān)： 無粘性土的抗剪強度無粘性土的抗剪強度與剪切面上的法向應(yīng)力成正比，其本質(zhì)是由于土粒之與剪切面上的法向應(yīng)力成正比，其本質(zhì)是由于土粒之間的滑動摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的摩阻力，其大小決定于土粒表間的滑動摩擦以及凹凸

5、面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的摩阻力，其大小決定于土粒表面的粗糙度、密實度、土顆粒的大小以及顆粒級配等因素。面的粗糙度、密實度、土顆粒的大小以及顆粒級配等因素。粘性土的抗剪強度粘性土的抗剪強度由兩部分組成，一部分是摩擦力由兩部分組成，一部分是摩擦力(與法向應(yīng)力成正比與法向應(yīng)力成正比)，另另部分是土粒之間的粘結(jié)力，它是由于粘性土顆粒之間的膠結(jié)作用和靜電引部分是土粒之間的粘結(jié)力，它是由于粘性土顆粒之間的膠結(jié)作用和靜電引力效應(yīng)等因素引起的。力效應(yīng)等因素引起的。與排水條件有關(guān)：與排水條件有關(guān)： 根據(jù)有效應(yīng)力概念，土體內(nèi)的剪應(yīng)力僅能由土的骨架根據(jù)有效應(yīng)力概念，土體內(nèi)的剪應(yīng)力僅能由土的骨架承擔(dān)庫倫公式應(yīng)修改為：承

6、擔(dān)庫倫公式應(yīng)修改為：f = tan 或或f = c tan 式中式中 剪切滑動面上的法向有效應(yīng)力，剪切滑動面上的法向有效應(yīng)力，kPa c 土的有效粘聚力土的有效粘聚力(內(nèi)聚力內(nèi)聚力)，kPa 土的有效內(nèi)摩擦角土的有效內(nèi)摩擦角，度度。與剪切速率、應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力歷史等許多因素有關(guān)。與剪切速率、應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力歷史等許多因素有關(guān)。土的抗剪強度的兩種表示方法土的抗剪強度的兩種表示方法二、土體抗剪強度影響因素二、土體抗剪強度影響因素 三、莫爾三、莫爾庫倫強度理論庫倫強度理論1910年莫爾年莫爾(Mohr)提出材料的破壞是剪切破壞，當(dāng)任一平面上的剪提出材料的破壞是剪切破壞，當(dāng)任一平面上的剪應(yīng)力等于材料的抗剪

7、強度時該點就發(fā)生破壞，并提出在破壞面上的剪應(yīng)應(yīng)力等于材料的抗剪強度時該點就發(fā)生破壞，并提出在破壞面上的剪應(yīng)力力f 是該面上法向應(yīng)力是該面上法向應(yīng)力 的函數(shù)，即的函數(shù)，即f f （ ）。莫爾理論對土比較合。莫爾理論對土比較合適，土的莫爾包線通常近似地用直線代替，該直線方程就是庫倫公式。適，土的莫爾包線通常近似地用直線代替，該直線方程就是庫倫公式。由庫倫公式表示莫爾包線的強度理論稱為由庫倫公式表示莫爾包線的強度理論稱為莫爾莫爾庫倫強度理論庫倫強度理論。四、莫爾四、莫爾庫倫破壞準(zhǔn)則庫倫破壞準(zhǔn)則 土的極限平衡條件土的極限平衡條件 將抗剪強度包線與應(yīng)力狀將抗剪強度包線與應(yīng)力狀態(tài)（采用莫爾應(yīng)力圓表示）畫態(tài)

8、（采用莫爾應(yīng)力圓表示）畫在同一張坐標(biāo)圖上。它們之間在同一張坐標(biāo)圖上。它們之間的關(guān)系有以下三種情況：的關(guān)系有以下三種情況：穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)極限平衡狀態(tài)極限平衡狀態(tài)不可能狀態(tài)不可能狀態(tài)極限平衡條件：極限平衡條件： 當(dāng)土體中任意一點在某一平面當(dāng)土體中任意一點在某一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強度時，就上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強度時，就發(fā)生剪切破壞。此時，土體處于發(fā)生剪切破壞。此時，土體處于極限極限平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)。此狀態(tài)下，大、小主應(yīng)力。此狀態(tài)下，大、小主應(yīng)力之間的關(guān)系，稱為之間的關(guān)系，稱為莫爾莫爾庫倫破壞準(zhǔn)庫倫破壞準(zhǔn)則則。 3 3 1 1 c 強度線強度線極限應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓 1 1 1 31 1、任

9、意一點的某一平面的、任意一點的某一平面的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力法向應(yīng)力和剪應(yīng)力 3 3 1 1 3 1 dldlcos dlsin 楔體靜楔體靜力平衡力平衡0cossinsin3dldldl0sincoscos1dldldl2cos212131312sin213123122312121莫爾應(yīng)力圓方程莫爾應(yīng)力圓方程 O 2 A( , )圓心坐標(biāo)圓心坐標(biāo) (1 +3 ) /2 ，0應(yīng)力圓半徑應(yīng)力圓半徑 r (13 ) /22 2、一點的應(yīng)力狀態(tài)（、一點的應(yīng)力狀態(tài)（莫爾應(yīng)力圓表示法莫爾應(yīng)力圓表示法）( 1 + 3 ) /2 1 3A點的應(yīng)力點的應(yīng)力 3 3 1 1 3 3、莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則、莫爾庫侖破壞準(zhǔn)

10、則c f2 fA cctg 313121cot21sinc245tan2245tan231ooc245tan2245tan213ooc無粘性土：無粘性土：c=0245tan231o245tan213o( 1 + 3 ) /2 3 1 破壞面與大主應(yīng)力破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為作用面的夾角為 f2459021f特別指出：特別指出：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成 / 2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力max 所控制所控制 3 3 1 1 f max五、例題分析五、例題分析

11、【例】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為430kPa430kPa，小，小主應(yīng)力為主應(yīng)力為200kPa200kPa。通過試驗測得土的抗剪強度指標(biāo)。通過試驗測得土的抗剪強度指標(biāo)c c=15 =15 kPakPa， =20=20o o。試問。試問該單元土體處于何種狀態(tài)？該單元土體處于何種狀態(tài)？單元單元土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個面上，是否會沿剪應(yīng)力最大的土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個面上，是否會沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？面發(fā)生剪破？【解答】解答】已知已知 1=430kPa=430kPa， 3=200kPa=200kPa，c=15kPa=15kPa， =20=20o o 1.1.計

12、算法計算法A AkPacoof8 .450245tan2245tan231計算結(jié)果表明：計算結(jié)果表明： 1f大于該單元土體實際大主應(yīng)力大于該單元土體實際大主應(yīng)力 1，實，實際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)處于彈性平衡狀態(tài) kPacoof8 .189245tan2245tan213計算結(jié)果表明：計算結(jié)果表明： 3f小于該單元土體實際小主應(yīng)力小于該單元土體實際小主應(yīng)力 3，實際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑實際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑 ，所以，該單元，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)土體處于彈性平衡狀態(tài) 在剪切面上在

13、剪切面上 552459021fkPaf7.2752cos21213131kPaf1 .1082sin2131庫侖定律庫侖定律 kPacf3 .115tan 由于由于f ，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài) 2 2.計算法計算法B B3.3.圖解法圖解法 c 1 1f 3f實際應(yīng)力圓實際應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓最大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成最大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成4545o okPa11590sin2131max最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力kPa31590cos21213131庫侖定律庫侖定律 kPacf7 .129tan最大剪應(yīng)力面上最大剪應(yīng)

14、力面上f ，所以，不會沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破，所以，不會沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破壞壞 max7.3 7.3 土的抗剪強度指標(biāo)及測定土的抗剪強度指標(biāo)及測定 一、直接剪切試驗一、直接剪切試驗試驗儀器：試驗儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）直接剪切試驗直接剪切試驗Zhjshy.swf直剪試驗方法分類直剪試驗方法分類 土的抗剪強度是與土受力后的排水固結(jié)狀況有關(guān)，故測定強度指土的抗剪強度是與土受力后的排水固結(jié)狀況有關(guān)，故測定強度指標(biāo)的試驗方法應(yīng)與現(xiàn)場的施工加荷條件一致。標(biāo)的試驗方法應(yīng)與現(xiàn)場的施工加荷條件一致。直剪試驗由于其儀器構(gòu)造的局限無法做到任意控制試樣的排水條件，直

15、剪試驗由于其儀器構(gòu)造的局限無法做到任意控制試樣的排水條件，為了在直剪試驗中能盡量考慮實際工程中存在的不同固結(jié)排水條件，為了在直剪試驗中能盡量考慮實際工程中存在的不同固結(jié)排水條件，通常采用不同加荷速率的試驗方法來近似模擬土體在受剪時的不同通常采用不同加荷速率的試驗方法來近似模擬土體在受剪時的不同排水條件，由此產(chǎn)生了三種不同的直剪試驗方法，即：排水條件，由此產(chǎn)生了三種不同的直剪試驗方法，即：快剪快剪（cq， q ）：為模擬）：為模擬 “不排水剪切不排水剪切”；施加豎向壓力后，以；施加豎向壓力后，以0.8 mm/min的剪切速率快速施加水剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。的剪切速率快速施加水剪應(yīng)力使試樣剪切破壞

16、。 固結(jié)快剪固結(jié)快剪（ccq， cq ）：為模擬）：為模擬 “固結(jié)不排水剪切固結(jié)不排水剪切”；施加豎向壓；施加豎向壓力后，讓試樣充分排水固結(jié)，待沉降穩(wěn)定后，再力后，讓試樣充分排水固結(jié)，待沉降穩(wěn)定后，再0.8 mm/min的剪的剪切速率快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。切速率快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。 慢剪慢剪（cs， s ）：為模擬）：為模擬 “固結(jié)排水剪切固結(jié)排水剪切”，施加豎向壓力后，施加豎向壓力后，讓試樣充分排水固結(jié)，待沉降穩(wěn)定后，以小于讓試樣充分排水固結(jié)，待沉降穩(wěn)定后，以小于0.02 mm/min的剪切的剪切速率施加水平剪應(yīng)力直至試樣剪切破壞，使試樣在受剪過程中一直速率施加水平

17、剪應(yīng)力直至試樣剪切破壞，使試樣在受剪過程中一直充分排水和產(chǎn)生體積變形充分排水和產(chǎn)生體積變形 。 剪切試驗剪切試驗直剪試驗強度取值直剪試驗強度取值 剪前施加在試樣頂面上剪前施加在試樣頂面上的豎向壓力為剪破面上的豎向壓力為剪破面上的法向應(yīng)力的法向應(yīng)力 ，剪應(yīng)力由剪應(yīng)力由剪切力除以試樣面積剪切力除以試樣面積在法向應(yīng)力在法向應(yīng)力 作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，根據(jù)曲線得到該根據(jù)曲線得到該 作用下作用下，土的抗剪強度土的抗剪強度APATf4mm4mm a a b b 剪切位移剪切位移l (0.01mm)(0.01mm) 剪應(yīng)力剪應(yīng)力 （kPa)kPa) 1 1 2

18、2 在不同的垂直壓力在不同的垂直壓力 下進(jìn)行剪切試驗，得相應(yīng)的抗剪下進(jìn)行剪切試驗，得相應(yīng)的抗剪強度強度f，繪制，繪制f - 曲線，得該土的抗剪強度包線曲線，得該土的抗剪強度包線剪切試驗剪切試驗成果整理成果整理直剪試驗優(yōu)缺點直剪試驗優(yōu)缺點 優(yōu)點：優(yōu)點：儀器構(gòu)造簡單，試樣的制備和安裝方便，儀器構(gòu)造簡單，試樣的制備和安裝方便，易于操作易于操作 缺點：缺點：剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實際情況，不一定是土樣的最薄弱面。實際情況，不一定是土樣的最薄弱面。試驗中不能嚴(yán)格控制排水條件，對透水性強的試驗中不能嚴(yán)格控制排水條件，對透水性強的土尤為突出，不能量測

19、土樣的孔隙水壓力。土尤為突出，不能量測土樣的孔隙水壓力。 上下盒的錯動，剪切過程中試樣剪切面積逐漸上下盒的錯動，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻二、三軸剪切試驗二、三軸剪切試驗 應(yīng)變控制式三軸儀：壓力應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測系統(tǒng)室，加壓系統(tǒng)，量測系統(tǒng)組成組成 應(yīng)力控制式三軸儀應(yīng)力控制式三軸儀 3 3 3 3 3 3 試驗步驟試驗步驟: :將土樣切制成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)，將土樣切制成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)，放在密閉的壓力室中，根據(jù)試驗排放在密閉的壓力室中，根據(jù)試驗排水要求啟閉有關(guān)的閥門開關(guān)。水要求啟閉有關(guān)的閥門開關(guān)。向壓力室內(nèi)

20、注入氣壓或液壓，使試向壓力室內(nèi)注入氣壓或液壓，使試樣承受周圍壓力樣承受周圍壓力 3作用，并使該周作用，并使該周圍壓力在整個試驗過程中保持不變。圍壓力在整個試驗過程中保持不變。通過活塞桿對試樣加豎向壓力，隨通過活塞桿對試樣加豎向壓力，隨著豎向壓力逐漸增大，試樣最終將著豎向壓力逐漸增大，試樣最終將因受剪而破壞。因受剪而破壞。 應(yīng)變控制式三軸應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，量儀：壓力室，量測系統(tǒng)測系統(tǒng)三軸壓縮試驗方法三軸壓縮試驗方法 三軸壓縮試驗按剪切前的固結(jié)程度和剪切時三軸壓縮試驗按剪切前的固結(jié)程度和剪切時的排水條件，分為以下三種試驗方法：的排水條件，分為以下三種試驗方法： 不固結(jié)不排水試驗不固結(jié)不排水

21、試驗(UU Test)：試樣在施加周圍壓：試樣在施加周圍壓力和隨后施加豎向壓力直至剪切破壞的整個過程力和隨后施加豎向壓力直至剪切破壞的整個過程中都不允許排水，試驗自始至終關(guān)閉排水閥門。中都不允許排水，試驗自始至終關(guān)閉排水閥門。 固結(jié)不排水試驗固結(jié)不排水試驗(CU Test)：試樣在施加周圍壓：試樣在施加周圍壓力力 3 后打并排水閥門，允許排水固結(jié)，穩(wěn)定后關(guān)后打并排水閥門，允許排水固結(jié)，穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，再施加豎向壓力、使試樣在不排水閉排水閥門，再施加豎向壓力、使試樣在不排水的條件下剪切破壞。的條件下剪切破壞。 固結(jié)排水試驗固結(jié)排水試驗(CD Test)：試樣在施加周圍壓力：試樣在施加周圍壓力

22、 3時允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條時允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓力至試樣剪切破壞。件下施加豎向壓力至試樣剪切破壞。UU Test unconsolidated undrained shear testCU Testconsolidated undrained shear testCD Test consolidated drained shear test抗剪強度包線抗剪強度包線 分別在不同的周圍壓力分別在不同的周圍壓力 3 3作用下進(jìn)行剪切，作用下進(jìn)行剪切，得到得到3 34 4 個不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓個不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓的公切線即為土的

23、抗剪強度包線。的公切線即為土的抗剪強度包線。 抗剪強度包線抗剪強度包線 c 三軸試驗優(yōu)缺點三軸試驗優(yōu)缺點 優(yōu)點：優(yōu)點：試驗中能嚴(yán)格控制試樣排水條件，量測孔隙水壓試驗中能嚴(yán)格控制試樣排水條件，量測孔隙水壓力，了解土中有效應(yīng)力變化情況力，了解土中有效應(yīng)力變化情況試樣中的應(yīng)力分布比較均勻試樣中的應(yīng)力分布比較均勻 缺點：缺點：試驗儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)試驗儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)雜雜 試驗在試驗在 2 2= = 3 3的軸對稱條件下進(jìn)行，與土體實際受的軸對稱條件下進(jìn)行，與土體實際受力情況可能不符力情況可能不符 三、無側(cè)限抗壓強度試驗三、無側(cè)限抗壓強度試驗ququ加壓加壓框

24、架框架量表量表量力環(huán)量力環(huán)升降升降螺桿螺桿無側(cè)限壓縮儀無側(cè)限壓縮儀無側(cè)限抗壓強度試驗是三軸剪切試驗的特例，對試樣不無側(cè)限抗壓強度試驗是三軸剪切試驗的特例，對試樣不施加周圍壓力，即施加周圍壓力，即 3=0，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，試樣在無側(cè)限壓力條件下，剪切破壞時試樣承受的最大試樣在無側(cè)限壓力條件下，剪切破壞時試樣承受的最大軸向壓力軸向壓力qu，稱為，稱為無側(cè)限抗壓強度無側(cè)限抗壓強度 試試樣樣無側(cè)限無側(cè)限壓縮儀壓縮儀UC testUC testkyqddh.swf (unconfined compression)(unconfined compression)根據(jù)

25、試驗結(jié)果只能作出一個極限應(yīng)力圓（根據(jù)試驗結(jié)果只能作出一個極限應(yīng)力圓（ 3 3=0=0， 1 1= =qu）。因此對一般粘性土，無法作出強度包線）。因此對一般粘性土，無法作出強度包線 說明：說明：對于飽和軟粘土，根據(jù)對于飽和軟粘土，根據(jù)三軸不排水剪試驗成果，其強三軸不排水剪試驗成果，其強度包線近似于一水平線，即度包線近似于一水平線，即 u u=0=0，因此無側(cè)限抗壓強度試，因此無側(cè)限抗壓強度試驗適用于測定飽和軟粘土的不驗適用于測定飽和軟粘土的不排水強度排水強度qucu u=02uufqc 無側(cè)限抗壓強度試驗儀器構(gòu)造簡單，操作方便，無側(cè)限抗壓強度試驗儀器構(gòu)造簡單，操作方便，可代替三軸試驗測定飽和軟

26、粘土的不排水強度可代替三軸試驗測定飽和軟粘土的不排水強度 靈敏度靈敏度 粘性土的原狀土無側(cè)限抗壓強度與原土結(jié)構(gòu)完全破粘性土的原狀土無側(cè)限抗壓強度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的無側(cè)限抗壓強度的比值壞的重塑土的無側(cè)限抗壓強度的比值uutqqS 反映土的結(jié)構(gòu)反映土的結(jié)構(gòu)受撓動對強度受撓動對強度的影響程度的影響程度 低靈敏度土低靈敏度土 1St2中靈敏度土中靈敏度土 24適用于現(xiàn)場測定飽和粘性適用于現(xiàn)場測定飽和粘性土的不排水強度，尤土的不排水強度，尤其適用于均勻的飽和其適用于均勻的飽和軟粘土軟粘土四、十字板剪切試驗四、十字板剪切試驗21maxMMM2324221DDMf22DDHMf322maxDHDM

27、f柱體上下平面的柱體上下平面的抗剪強度產(chǎn)生的抗剪強度產(chǎn)生的抗扭力矩抗扭力矩柱體側(cè)面剪應(yīng)力柱體側(cè)面剪應(yīng)力產(chǎn)生的抗扭力矩產(chǎn)生的抗扭力矩十字板剪切試驗十字板剪切試驗shzbshy.swf7.4 7.4 飽和粘性土抗剪強度飽和粘性土抗剪強度 孔隙壓力系數(shù)孔隙壓力系數(shù) 不固結(jié)不排水剪（不固結(jié)不排水剪（UU） 固結(jié)不排水剪（固結(jié)不排水剪（CU） 固結(jié)排水剪（固結(jié)排水剪（CD）求取有效應(yīng)力在于求取孔隙水壓力。斯開普頓（求取有效應(yīng)力在于求取孔隙水壓力。斯開普頓（Skempton ，1954 ）根據(jù)）根據(jù)有效應(yīng)力原理、彈性理論，和三軸試驗結(jié)果，建立了軸對稱應(yīng)力狀態(tài)下土中有效應(yīng)力原理、彈性理論，和三軸試驗結(jié)果，建

28、立了軸對稱應(yīng)力狀態(tài)下土中孔隙壓力與大、小主應(yīng)力之間的關(guān)系。孔隙壓力與大、小主應(yīng)力之間的關(guān)系。土單元在各向相等的有效應(yīng)力土單元在各向相等的有效應(yīng)力 c 作用下固結(jié)，初始孔隙水壓力：作用下固結(jié)，初始孔隙水壓力：u00。土單元受到各向相等的壓力土單元受到各向相等的壓力 3 的作用，孔隙壓力的增長為：的作用，孔隙壓力的增長為： u3 ； 如果在試樣上施加軸內(nèi)壓力增量如果在試樣上施加軸內(nèi)壓力增量( 1 - 3 )，孔隙水壓力增量為：，孔隙水壓力增量為： u1。孔隙壓力系數(shù)孔隙壓力系數(shù) c c c c 3 3 3 3 1 - 3 1 - 3 c + 3 c + 3 c + 1 c + 1+ + += =u

29、00 u3 u1 u3B)(31AB)(313AB偏差應(yīng)力狀態(tài)偏差應(yīng)力狀態(tài)等向壓縮等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)(1) 等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)等向壓縮應(yīng)力狀態(tài) 孔壓系數(shù)孔壓系數(shù)B孔壓系數(shù)孔壓系數(shù) B 表示單位等向壓力增量所引起的孔壓增量。對于完全飽和土，表示單位等向壓力增量所引起的孔壓增量。對于完全飽和土，孔隙全部被水充滿，則孔隙全部被水充滿，則 B 1。對于干土，孔隙中全部為空氣，空氣的壓縮性。對于干土，孔隙中全部為空氣，空氣的壓縮性很大，因而很大，因而 B0。對于部分飽和土，。對于部分飽和土，B值介于值介于01之間。所以之間。所以B值可用作反映值可用作反映土體飽和程度的指標(biāo)對于具有不同飽和度的土，可通

30、過室內(nèi)三軸試驗進(jìn)行土體飽和程度的指標(biāo)對于具有不同飽和度的土，可通過室內(nèi)三軸試驗進(jìn)行B值的測定。值的測定。(2)偏差應(yīng)力狀態(tài)偏差應(yīng)力狀態(tài) 孔壓系數(shù)孔壓系數(shù)A孔壓系數(shù)孔壓系數(shù)A是飽和土體在單位偏差應(yīng)力增量是飽和土體在單位偏差應(yīng)力增量( 1 - 3 )作用下產(chǎn)生的作用下產(chǎn)生的孔隙水壓力增量，可用來反映土體剪切過程中的脹縮特性（土體為非孔隙水壓力增量，可用來反映土體剪切過程中的脹縮特性（土體為非彈性體彈性體）。）。對于彈件體：對于彈件體：A1/3 ，對于土體則不是常量。它取決于偏差應(yīng)力增量，對于土體則不是常量。它取決于偏差應(yīng)力增量( 1 - 3 )所引起的體積變化，主要與土的類型、狀態(tài)、應(yīng)力歷史以及加

31、載過程等因所引起的體積變化，主要與土的類型、狀態(tài)、應(yīng)力歷史以及加載過程等因素有關(guān)，如果素有關(guān)，如果A1/3，屬于剪脹土，如密實砂和超固結(jié)粘性土等。如果，屬于剪脹土，如密實砂和超固結(jié)粘性土等。如果A1/3 則屬于剪縮土，如較松的砂和正常固結(jié)粘性土等；。則屬于剪縮土，如較松的砂和正常固結(jié)粘性土等；?？讐合禂?shù)討論孔壓系數(shù)討論總應(yīng)力強度指標(biāo)與有效應(yīng)力強度指標(biāo)總應(yīng)力強度指標(biāo)與有效應(yīng)力強度指標(biāo)cftan庫侖定律庫侖定律說明：說明：施加于試樣上的垂直法向應(yīng)力施加于試樣上的垂直法向應(yīng)力 為總應(yīng)力，為總應(yīng)力，c c、 為總為總應(yīng)力意義上的土的粘聚力和內(nèi)摩擦角，稱之為總應(yīng)力強度指標(biāo)應(yīng)力意義上的土的粘聚力和內(nèi)摩擦角

32、，稱之為總應(yīng)力強度指標(biāo) 根據(jù)有效應(yīng)力原理：根據(jù)有效應(yīng)力原理：土的抗剪強度并不是由剪切面上的土的抗剪強度并不是由剪切面上的法向總應(yīng)力決定，而是取決于剪切面上的法向總應(yīng)力決定，而是取決于剪切面上的法向有效應(yīng)力法向有效應(yīng)力 cucftantanc 、 為土的有效為土的有效粘聚力和有效內(nèi)摩粘聚力和有效內(nèi)摩擦角，即土的有效擦角，即土的有效應(yīng)力強度指標(biāo)應(yīng)力強度指標(biāo) 有效應(yīng)力強度指標(biāo)確切地表有效應(yīng)力強度指標(biāo)確切地表達(dá)出了土的抗剪強度的實質(zhì)，達(dá)出了土的抗剪強度的實質(zhì)，是比較合理的表達(dá)方法是比較合理的表達(dá)方法 不固結(jié)不排水剪（一）不固結(jié)不排水剪（一） 三軸試驗：三軸試驗：施加周圍壓力施加周圍壓力 3 3、軸、軸

33、向壓力向壓力 直至剪破的整個過程直至剪破的整個過程都關(guān)閉排水閥門，不允許試樣排都關(guān)閉排水閥門，不允許試樣排水固結(jié)水固結(jié)。 不排水條件下，試樣在試驗過程不排水條件下，試樣在試驗過程中含水量不變，體積不變，孔壓中含水量不變，體積不變，孔壓系數(shù)系數(shù)B1，改變圍壓增量只能引，改變圍壓增量只能引起孔隙水壓力的變化，并不會改起孔隙水壓力的變化，并不會改變試樣中的有效應(yīng)力，各試樣在變試樣中的有效應(yīng)力，各試樣在剪切前的有效應(yīng)力相等，因此抗剪切前的有效應(yīng)力相等，因此抗剪強度不變。剪強度不變。 3 3 3 3 3 3 關(guān)閉排關(guān)閉排水閥水閥 3 3 3 3 3 3 有效應(yīng)力圓有效應(yīng)力圓總應(yīng)力圓總應(yīng)力圓 u u=0=

34、0BCcu uAA 3A 1A飽和粘性土在三組飽和粘性土在三組 3 3下的不排水剪下的不排水剪試驗得到試驗得到A、B、C三個不同三個不同 3 3作用作用下破壞時的總應(yīng)力圓下破壞時的總應(yīng)力圓試驗表明：試驗表明：雖然三個試樣的周圍壓力雖然三個試樣的周圍壓力 3 3不同，但破不同，但破壞時的主應(yīng)力差相等，三個極限應(yīng)力圓的直徑相等，壞時的主應(yīng)力差相等，三個極限應(yīng)力圓的直徑相等，因而強度包線是一條水平線因而強度包線是一條水平線三個試樣只能得到三個試樣只能得到一個有效應(yīng)力圓一個有效應(yīng)力圓 不固結(jié)不排水剪（二）不固結(jié)不排水剪（二） 固結(jié)不排水剪（一）固結(jié)不排水剪（一） n三軸試驗：施加周圍壓力三軸試驗：施加

35、周圍壓力 3 3時打開排水閥門，試樣完全時打開排水閥門，試樣完全排水固結(jié)，孔隙水壓力完全排水固結(jié)，孔隙水壓力完全消散消散 u u3 30 0 。然后關(guān)閉排水。然后關(guān)閉排水閥門，再施加施加偏應(yīng)力閥門，再施加施加偏應(yīng)力 剪切，使試樣在不排水條件剪切，使試樣在不排水條件下剪切破壞，試樣中的孔隙下剪切破壞，試樣中的孔隙水壓力隨偏應(yīng)力的增加而不水壓力隨偏應(yīng)力的增加而不斷變化：斷變化： u u1 1 A A 3 3 3 3 3 3 打開打開排排水閥水閥關(guān)閉關(guān)閉排排水閥水閥固結(jié)不排水剪（二）固結(jié)不排水剪（二） 飽和粘性土的固結(jié)不排水抗剪強度在一定程度上受應(yīng)力歷史的影響，飽和粘性土的固結(jié)不排水抗剪強度在一定程

36、度上受應(yīng)力歷史的影響，因此，要區(qū)別試樣是正常固結(jié)還是超固結(jié)。如果試樣所受到的因此，要區(qū)別試樣是正常固結(jié)還是超固結(jié)。如果試樣所受到的 3 c，屬，屬于于正常固結(jié)試樣正常固結(jié)試樣；如果；如果 3 c，則屬于，則屬于超固結(jié)試樣超固結(jié)試樣。試驗結(jié)果證明，這兩。試驗結(jié)果證明，這兩種不同固結(jié)狀態(tài)的試樣，其抗剪強度性狀是不同的。種不同固結(jié)狀態(tài)的試樣，其抗剪強度性狀是不同的。正常固結(jié)試樣剪切時正常固結(jié)試樣剪切時體積有減少的趨勢體積有減少的趨勢 （剪（剪縮）。但由于不允許排縮）。但由于不允許排水，產(chǎn)生正的孔隙水壓水，產(chǎn)生正的孔隙水壓力，超固結(jié)試樣在剪切力，超固結(jié)試樣在剪切時體積有增加的趨勢時體積有增加的趨勢（剪

37、脹）。（剪脹）。強超固結(jié)試樣在剪強超固結(jié)試樣在剪切過程中開始產(chǎn)生正切過程中開始產(chǎn)生正的孔隙水壓力以后轉(zhuǎn)的孔隙水壓力以后轉(zhuǎn)為負(fù)值。為負(fù)值。 c 3正常固結(jié)土的固結(jié)不排水抗剪強度正常固結(jié)土的固結(jié)不排水抗剪強度AB cufu11fu333131ufC有效應(yīng)力圓與總應(yīng)力圓直徑相等、僅位置不同。兩者之間的距離為有效應(yīng)力圓與總應(yīng)力圓直徑相等、僅位置不同。兩者之間的距離為uf，因正常固結(jié)，因正常固結(jié)試樣在剪切破壞時產(chǎn)生正的孔隙水壓力，故有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左方?？倯?yīng)力試樣在剪切破壞時產(chǎn)生正的孔隙水壓力，故有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左方?？倯?yīng)力破壞包線和有效應(yīng)力破壞包線都通原點，說明未受任何固結(jié)壓力的土破壞包線

38、和有效應(yīng)力破壞包線都通原點，說明未受任何固結(jié)壓力的土(如泥漿狀土如泥漿狀土)不不具有抗剪強度。具有抗剪強度?？倯?yīng)力破壞包線總應(yīng)力破壞包線的傾角以的傾角以 cu表示，表示，一般在一般在1020之之間，有效應(yīng)力破間，有效應(yīng)力破壞包線的傾角壞包線的傾角 稱為有效內(nèi)摩擦稱為有效內(nèi)摩擦角，角， 比比 cu大一大一倍左右。倍左右。超固結(jié)土的固結(jié)不排水抗剪強度超固結(jié)土的固結(jié)不排水抗剪強度B A c超固結(jié)超固結(jié)正常固結(jié)正常固結(jié)ccuc cuCACuc0固結(jié)排水剪（一）固結(jié)排水剪（一） n三軸試驗三軸試驗：試樣在周圍壓力：試樣在周圍壓力 3 3作用下排水固結(jié)，再緩慢施加作用下排水固結(jié)，再緩慢施加軸向壓力增量軸向

39、壓力增量 ，直至剪破，直至剪破，整個試驗過程中打開排水閥門，整個試驗過程中打開排水閥門，始終保持試樣的孔隙水壓力為始終保持試樣的孔隙水壓力為零，總應(yīng)力最后全部轉(zhuǎn)化為有零，總應(yīng)力最后全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力。效應(yīng)力。 3 3 3 3 3 3 打開打開排排水閥水閥固結(jié)排水剪（二）固結(jié)排水剪（二）固結(jié)排水試驗在整個試驗過程中，孔隙水壓力始終為零，總應(yīng)力最后全部固結(jié)排水試驗在整個試驗過程中，孔隙水壓力始終為零，總應(yīng)力最后全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓就是有效應(yīng)力圓總應(yīng)力破壞包線就是有效應(yīng)轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓就是有效應(yīng)力圓總應(yīng)力破壞包線就是有效應(yīng)力破壞包線。力破壞包線。固結(jié)排水剪的強度包線可表達(dá)為：

40、固結(jié)排水剪的強度包線可表達(dá)為： f = cd tan d試驗證明，試驗證明， cd 、 d與固結(jié)不排水試驗得到的與固結(jié)不排水試驗得到的c 、 接近，由于固結(jié)排水試接近，由于固結(jié)排水試驗所需的時間太長故實用上用驗所需的時間太長故實用上用c 、 代替代替cd 、 d ，但是兩者的試驗條件是有，但是兩者的試驗條件是有差別的，固結(jié)不排水試驗在剪切過程中試樣的體積保持不變，而固結(jié)排水試驗差別的，固結(jié)不排水試驗在剪切過程中試樣的體積保持不變，而固結(jié)排水試驗在剪切過程中試樣的體積一般發(fā)生變化，在剪切過程中試樣的體積一般發(fā)生變化， cd 、 d 略大于略大于c 、 ?？辜魪姸戎笜?biāo)選用抗剪強度指標(biāo)選用 對于具體工程問題，如何確定土的抗剪強度指標(biāo)是一件不容易的事情。對于具體工程問題，如何確定土的抗剪強度指標(biāo)是一件不容易的事情。首先要根據(jù)工程問題的性質(zhì)確定分析方法，進(jìn)而決定采用總應(yīng)力或有效首先要根據(jù)工程問題的性質(zhì)確定分析