第五章 抗剪強度

1、第五章第五章 土的抗剪強度理論土的抗剪強度理論主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 庫侖定律和摩爾庫侖定律和摩爾- -庫侖強度準則（重點）庫侖強度準則（重點）第三節(jié)第三節(jié) 抗剪強度指標的試驗方法及其應用抗剪強度指標的試驗方法及其應用第四節(jié)第四節(jié) 孔隙應力系數(shù)及土的剪脹性（難點）孔隙應力系數(shù)及土的剪脹性（難點）第五節(jié)第五節(jié) 土的抗剪強度特性的幾個問題土的抗剪強度特性的幾個問題一、材料的破壞形式一、材料的破壞形式 鑄鐵鑄鐵：（1 1）斷裂型破壞斷裂型破壞（脆斷破壞）；（脆斷破壞）； 拉伸試件拉伸試件沿橫截面斷裂，沿橫截面斷裂，扭轉圓試件扭轉圓試件沿斜截面斷裂，但斷裂沿斜截面斷裂，但斷

2、裂面都是面都是最大拉應力最大拉應力所在平面；是正截面破壞；所在平面；是正截面破壞；（2 2）剪切型破壞剪切型破壞（屈服破壞）：（屈服破壞）： 壓縮試件壓縮試件沿斜截面發(fā)生錯動而破壞，是由于斜截面上的剪沿斜截面發(fā)生錯動而破壞，是由于斜截面上的剪應力所引起的剪斷破壞。應力所引起的剪斷破壞。 低碳鋼低碳鋼： 拉伸和壓縮試件拉伸和壓縮試件的破壞由的破壞由斜截面上的剪應力斜截面上的剪應力引起，屬于引起，屬于剪切剪切型破壞型破壞。結論結論： 材料的破壞按其物理本質而言分為材料的破壞按其物理本質而言分為斷裂型斷裂型和和剪切型剪切型兩大類。兩大類。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述二、材料的強度理論二、材料的強度理論

3、1 1強度理論定義：假設材料的某一種類型的破壞是由某種強度理論定義：假設材料的某一種類型的破壞是由某種因素所引起的，這種假說通常就稱為強度理論。因素所引起的，這種假說通常就稱為強度理論。 2 2常用的強度理論：常用的強度理論： （1 1）最大拉應力理論（第一強度理論）：）最大拉應力理論（第一強度理論）：脆斷破壞脆斷破壞。 （2 2）最大伸長線應變理論（第二強度理論）：）最大伸長線應變理論（第二強度理論）：脆斷破壞脆斷破壞。 （3 3）最大剪應力理論（第三強度理論）：最大剪應力理論（第三強度理論）：屈服破壞屈服破壞。 （4 4）形狀改變比能理論（第四強度理論）：）形狀改變比能理論（第四強度理論）

4、：屈服破壞屈服破壞。 問題：土的破壞型式是什么？它的強度理論是什么？問題：土的破壞型式是什么？它的強度理論是什么？邊坡邊坡滑裂面滑裂面 三、土的破壞形式三、土的破壞形式剪切破壞剪切破壞 因為土顆粒自身的強度遠大于顆粒間的聯(lián)接強度，在外力因為土顆粒自身的強度遠大于顆粒間的聯(lián)接強度，在外力作用下，土中的顆粒沿接觸處互相錯動而發(fā)生剪切破壞。作用下，土中的顆粒沿接觸處互相錯動而發(fā)生剪切破壞。 四、土的強度理論四、土的強度理論 滑裂面上的剪應力達到極限值?；衙嫔系募魬_到極限值。（注：與最大剪應力理論不同）（注：與最大剪應力理論不同）土的抗剪強度定義土的抗剪強度定義土體抵抗剪切破壞的極限能力。土體抵

5、抗剪切破壞的極限能力。剪切破壞時滑動面上的剪應力。剪切破壞時滑動面上的剪應力。工程應用工程應用邊坡的穩(wěn)定性由強度控制；邊坡的穩(wěn)定性由強度控制；土壓力的計算；土壓力的計算；地基的承載力需通過強度確定。地基的承載力需通過強度確定。土力學研究內(nèi)容土力學研究內(nèi)容基礎基礎物理性質物理性質先導土中土中應力應力具體應用土壓力土壓力土坡穩(wěn)定土坡穩(wěn)定地基承載力地基承載力核心核心滲透特性滲透特性變形特性變形特性強度特性強度特性第二節(jié)第二節(jié) 庫侖定律與摩爾庫侖定律與摩爾- -庫侖強度準則庫侖強度準則（一）直剪試驗（一）直剪試驗（法國庫侖）（法國庫侖） 1. 1. 試驗原理試驗原理施加施加 （=P/A），剪），剪切變

6、形切變形S量測量測 （=T/A）上盒上盒下盒下盒PST = 100KPa SA一、庫倫（一、庫倫（CoulombCoulomb）定律）定律2. 2. 試驗試驗結果結果 = 100KPa S = 200KPa = 300KPaPSTA Oc tanfcc c 粘聚力粘聚力 內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角 = 100KPa S = 200KPa = 300KPa庫侖公式：庫侖公式： f ： 土的抗剪強度土的抗剪強度 tg ： 摩擦強度摩擦強度-正比于壓力正比于壓力 c： 粘聚強度粘聚強度-與所受壓力無關與所受壓力無關2. 2. 試驗結果試驗結果 砂土砂土: : f f =tg =tg 粘性土粘性土: : f f

7、 = c +tg = c +tg 有效應力原理：有效應力原理： 有效應力與抗剪強度存在唯一對應關系有效應力與抗剪強度存在唯一對應關系用有效應力表達用有效應力表達： f =c + tg =c +（-u）tg 3 3、抗剪強度公式、抗剪強度公式（庫侖定律）（庫侖定律）NT= NT滑動摩擦滑動摩擦 （二）土的強度的機理（二）土的強度的機理1. 1. 摩擦強度摩擦強度 tgtg （1 1）滑動摩擦）滑動摩擦（2 2）咬合摩擦引起的剪脹咬合摩擦引起的剪脹滑動摩擦滑動摩擦 咬合摩擦引起的剪脹咬合摩擦引起的剪脹1. 1. 摩擦強度摩擦強度 tgtg （二）土的強度的機理（二）土的強度的機理密度（密度（e,

8、粒徑級配（粒徑級配（Cu, Cc）顆粒的礦物成分顆粒的礦物成分 對于對于 ：砂土：砂土粘性土；粘性土； 高嶺石高嶺石伊里石伊里石蒙特石蒙特石粒徑的形狀（顆粒的棱角與長寬比）粒徑的形狀（顆粒的棱角與長寬比） 在其他條件相同時：在其他條件相同時： 對于砂土，顆粒的棱角提高了內(nèi)摩擦角對于砂土，顆粒的棱角提高了內(nèi)摩擦角 對于碎石土，顆粒的棱角可能降低其內(nèi)摩擦角對于碎石土，顆粒的棱角可能降低其內(nèi)摩擦角 影響土的摩擦強度的主要因素：影響土的摩擦強度的主要因素：1. 1. 摩擦強度摩擦強度 tgtg （二）土的強度的機理（二）土的強度的機理p粘聚強度機理n靜電引力（庫侖力）靜電引力（庫侖力）n范德華力范德華

9、力n顆粒間膠結顆粒間膠結n假粘聚力（毛細力等）假粘聚力（毛細力等）p粘聚強度影響因素n地質歷史地質歷史n粘土顆粒礦物成分粘土顆粒礦物成分n密度密度n離子價與離子濃度離子價與離子濃度-+2. 2. 凝聚強度凝聚強度（二）土的強度的機理（二）土的強度的機理（三）應力狀態(tài)分析（三）應力狀態(tài)分析f f 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)=f f 極限平衡狀態(tài)（土趨于破壞的臨界狀態(tài)）極限平衡狀態(tài)（土趨于破壞的臨界狀態(tài)）ff 破壞狀態(tài)破壞狀態(tài) 小結：小結： 從變形過程看，抗剪強度僅當施加了剪應力，發(fā)生從變形過程看，抗剪強度僅當施加了剪應力，發(fā)生了剪切變形后才能表現(xiàn)出來，所以抗剪強度只能用了剪切變形后才能表現(xiàn)出來，所以抗剪強

10、度只能用達到極限平衡時的剪應力來衡量達到極限平衡時的剪應力來衡量。二、摩爾二、摩爾- -庫侖強度理論（庫侖強度理論（19101910年）年）（一）（一）摩爾理論摩爾理論：摩爾認為材料的破壞是剪切破壞：摩爾認為材料的破壞是剪切破壞)( ff這個函數(shù)在這個函數(shù)在 f f - - 坐標中是一條曲線，坐標中是一條曲線，稱為稱為摩爾包線摩爾包線（或抗剪強度包線）（或抗剪強度包線）（二）（二）摩爾摩爾庫侖強度理論庫侖強度理論在土力學中，為了實用的目的，在土力學中，為了實用的目的，在較小的側向壓力作用下，可近似的用直線來代替在較小的側向壓力作用下，可近似的用直線來代替摩爾包線摩爾包線，該直線方程就是該直線方

11、程就是庫侖公式庫侖公式。定義：用庫侖公式表示摩爾包線的強度理論定義：用庫侖公式表示摩爾包線的強度理論摩爾包線摩爾包線極限平衡狀態(tài)極限平衡狀態(tài)：土單元體中任一平面上的土單元體中任一平面上的=f 的臨界狀態(tài)。的臨界狀態(tài)。極限平衡條件極限平衡條件：土體中土體中某點某點處于極限平衡狀態(tài)時的應力條件。處于極限平衡狀態(tài)時的應力條件。 （=f ，土的剪切破壞條件），土的剪切破壞條件）基本概念基本概念一般應力狀態(tài)如何判斷一般應力狀態(tài)如何判斷是否破壞？是否破壞？借助于摩爾圓借助于摩爾圓摩爾摩爾- -庫侖強度準則庫侖強度準則 2sin212cos2121mn313131平面上的應力解根據(jù)隔離體上靜力平衡 )0 ,

12、21(213131 圓心：圓心：半徑半徑摩爾應力圓的摩爾應力圓的1. 1. 土中一點土中一點 的應力狀態(tài)的應力狀態(tài) （平面應變）（平面應變）（三）土的極限平衡條件（三）土的極限平衡條件摩爾圓：代表一個土單元的應力狀態(tài)；摩爾圓：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圓周上一點代表一個面上的兩個應力 與與 摩爾應力圓與抗剪強度包線之間的關系有三種：摩爾應力圓與抗剪強度包線之間的關系有三種：（1 1）整個摩爾圓位于抗剪強度包線的）整個摩爾圓位于抗剪強度包線的下方下方平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)（2 2）摩爾圓與抗剪強度包線）摩爾圓與抗剪強度包線相切相切（切點為（切點為A A）極限平衡狀態(tài)極限

13、平衡狀態(tài)（3 3）摩爾圓與抗剪強度包線）摩爾圓與抗剪強度包線相割相割破壞狀態(tài)破壞狀態(tài)I. II. III. Ac摩爾圓與抗剪強度包線之間的關系摩爾圓與抗剪強度包線之間的關系2、摩爾、摩爾庫倫破壞準則庫倫破壞準則l根據(jù)根據(jù)Mohr-CoulombMohr-Coulomb破壞理論，破壞時的破壞理論，破壞時的MohrMohr應力圓必定與破壞包線應力圓必定與破壞包線。l切點所代表的平面滿足切點所代表的平面滿足=f f的條件，該的條件，該點處于點處于。131313132sin2ctgctg2cc 1f 313ctg2ctanfc O c132極限平衡條件表達式極限平衡條件表達式極限平衡條件表達式極限平衡

14、條件表達式213231452tg 4522452tg 4522fftgctgc 1f 313ctg2ctanfc O c132213452tg 4522ftgc根據(jù)應力狀態(tài)計算出根據(jù)應力狀態(tài)計算出大小主應力大小主應力1、3221,3422xzxzxz判斷破壞可能性判斷破壞可能性由由3計算計算1f比較比較1與與1f1 1f 破壞狀態(tài)破壞狀態(tài) O c 1f 3 1 1三、破壞判別方法三、破壞判別方法判別對象：土體微小單元（一點）判別對象：土體微小單元（一點） 3 3= = 常數(shù)：常數(shù)：根據(jù)應力狀態(tài)計算出根據(jù)應力狀態(tài)計算出大小主應力大小主應力1、3221,3422xzxzxz判斷破壞可能性判斷破壞可

15、能性231452tg 4522ftgc由由1計算計算3f比較比較3與與3f3 3f 彈性平衡狀態(tài)彈性平衡狀態(tài)3= =3f 極限平衡狀態(tài)極限平衡狀態(tài)3 3f 破壞狀態(tài)破壞狀態(tài) O c 1 3f 3 3判別對象：土體微小單元（一點）判別對象：土體微小單元（一點） 1 1= = 常數(shù)：常數(shù)：三、破壞判別方法三、破壞判別方法 O c 1f 32 tanfc290 3 1f45 /2破裂面破裂面2 滑裂面的位置滑裂面的位置 與大主應力作用面夾角與大主應力作用面夾角:=45 + /2剪切破裂面上，土體的抗剪強度是法向應力的函數(shù)剪切破裂面上，土體的抗剪強度是法向應力的函數(shù) f=f（）q當法向應力不大時，該函

16、數(shù)可以簡化為線性函數(shù)關當法向應力不大時，該函數(shù)可以簡化為線性函數(shù)關系，用系，用Coulomb公式來表示公式來表示 f=c+tgl土單元體的任何一個面上土單元體的任何一個面上=f時，就會發(fā)生剪切破壞。時，就會發(fā)生剪切破壞。此時土單元體的應力狀態(tài)滿足極限平衡條件。此時土單元體的應力狀態(tài)滿足極限平衡條件。 莫爾莫爾庫侖強度理論庫侖強度理論與與材料力學中的材料力學中的最大剪應力最大剪應力理論理論有何區(qū)別？土體的剪切破壞是發(fā)生在有何區(qū)別？土體的剪切破壞是發(fā)生在maxmax作作用面上嗎？用面上嗎？答：答：M-CM-C理論中理論中f f = = tantan + + c c是隨正應力的增大而是隨正應力的增大

17、而增大的，不是一個定值，也不等于增大的，不是一個定值，也不等于maxmax。 最大剪應力理論假設材料沿最大剪應力理論假設材料沿maxmax所在截面滑移而所在截面滑移而發(fā)生屈服破壞。發(fā)生屈服破壞。 土的破壞點不一定在土的破壞點不一定在maxmax作用面上，破壞面與作用面上，破壞面與1 1作用面的夾角：作用面的夾角：f f=45+/2=45+/2，不是，不是4545。只有當。只有當=0=0時，破壞面才是時，破壞面才是maxmax作用面，這是特例。作用面，這是特例。 思考題思考題第三節(jié)第三節(jié) 抗剪強度指標的試驗方法及其應用抗剪強度指標的試驗方法及其應用剪切試驗的類型剪切試驗的類型室內(nèi)剪切試驗室內(nèi)剪切

18、試驗（直直剪試驗、三軸壓縮試驗和無側限壓縮試驗）剪試驗、三軸壓縮試驗和無側限壓縮試驗）現(xiàn)場原位測試（十字板剪切試驗）現(xiàn)場原位測試（十字板剪切試驗）室內(nèi)試驗的特點室內(nèi)試驗的特點邊界條件比較明確，且容易控制。但室內(nèi)試驗要求從現(xiàn)邊界條件比較明確，且容易控制。但室內(nèi)試驗要求從現(xiàn)場采取試樣，在取樣的過程中不可避免地引起應力釋放場采取試樣，在取樣的過程中不可避免地引起應力釋放和土的結構擾動。和土的結構擾動?，F(xiàn)場原位試驗的優(yōu)點現(xiàn)場原位試驗的優(yōu)點直接在現(xiàn)場原位進行，不需取試樣，因而能夠更好地反直接在現(xiàn)場原位進行，不需取試樣，因而能夠更好地反映土的結構和構造特性；對無法進行或很難進行室內(nèi)試映土的結構和構造特性；

19、對無法進行或很難進行室內(nèi)試驗的土，如粗顆粒土、極軟粘土及巖土接觸面等，可以驗的土，如粗顆粒土、極軟粘土及巖土接觸面等，可以取得必要的力學指標。取得必要的力學指標。1、試驗裝置及試驗方法：試驗裝置及試驗方法： 試驗裝置試驗裝置應變控制式和應力控制式應變控制式和應力控制式 直剪試驗根據(jù)直剪試驗根據(jù)排水條件排水條件可分為：可分為：快剪快剪、固結快剪固結快剪和和慢剪慢剪快剪快剪：豎向應力施加后，立即快速施加水平剪力使試豎向應力施加后，立即快速施加水平剪力使試樣剪切破壞樣剪切破壞, ,以模擬不排水的工況。如以模擬不排水的工況。如土工試驗規(guī)程土工試驗規(guī)程規(guī)規(guī)定，要使試樣在定，要使試樣在3 35 5分鐘內(nèi)剪

20、壞。其快剪強度指標為分鐘內(nèi)剪壞。其快剪強度指標為c cq q、 q q。 （2 2）固結快剪固結快剪：豎向應力施加后，讓試樣充分固結。固結豎向應力施加后，讓試樣充分固結。固結完成后，再進行快速剪切，其剪切速率與快剪相同。其固完成后，再進行快速剪切，其剪切速率與快剪相同。其固快指標為快指標為c ccqcq、 cqcq。 （3 3）慢剪慢剪：豎向應力施加后，允許試樣排水固結。待固結豎向應力施加后，允許試樣排水固結。待固結完成后，施加水平剪應力，剪切速率放慢，使試樣在剪切完成后，施加水平剪應力，剪切速率放慢，使試樣在剪切過程中有充分的時間產(chǎn)生體積變形和排水（對剪脹性土為過程中有充分的時間產(chǎn)生體積變形

21、和排水（對剪脹性土為吸水）。其慢剪強度指標為吸水）。其慢剪強度指標為c cs s、 s s。2 2、試驗分類、試驗分類（1）無粘性土）無粘性土滲透性好，即使快剪也能使其排水固滲透性好，即使快剪也能使其排水固結。故結。故土工試驗規(guī)程土工試驗規(guī)程規(guī)定：對無粘性土，一律采規(guī)定：對無粘性土，一律采用一種加荷速率進行試驗。用一種加荷速率進行試驗。（2）正常固結的粘性土（通常為軟土），在豎向應力和）正常固結的粘性土（通常為軟土），在豎向應力和剪應力作用下，土樣都被壓縮，所以通常在一定應力剪應力作用下，土樣都被壓縮，所以通常在一定應力范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，qcqs。（飽和軟粘土飽和軟粘土q一般在一般在05之間之間

22、）4、直剪試驗的優(yōu)缺點、直剪試驗的優(yōu)缺點優(yōu)點優(yōu)點：直接剪切儀構造簡單，操作方便等：直接剪切儀構造簡單，操作方便等缺點缺點： 限定的剪切面；限定的剪切面； 剪切面上剪應力分布不均勻；剪切面上剪應力分布不均勻； 在計算抗剪強度時按土樣的原截面積計算的；在計算抗剪強度時按土樣的原截面積計算的； 試驗時不能嚴格控制排水條件，不能量測孔隙水試驗時不能嚴格控制排水條件，不能量測孔隙水 壓力壓力二、三軸試驗二、三軸試驗1. 三軸壓縮儀組成三軸壓縮儀組成壓力室壓力室軸向加荷系統(tǒng)軸向加荷系統(tǒng)周圍壓力系統(tǒng)周圍壓力系統(tǒng)孔壓量測系統(tǒng)孔壓量測系統(tǒng) 試樣試樣壓力室壓力室壓力壓力水水排水管排水管閥門閥門軸向加壓桿軸向加壓桿

23、有機玻璃罩有機玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石頂帽頂帽333331=3+1=3+2 2、試驗方法與試驗特點、試驗方法與試驗特點試驗特點：試驗特點：試樣是軸對稱應力狀態(tài)。試樣是軸對稱應力狀態(tài)。垂直應力垂直應力 z一般是大主應力；一般是大主應力；徑向與切向應力總是相等徑向與切向應力總是相等 r= ，即即 1= z； 2= 3= r試驗方法：試驗方法：首先試樣施加靜水壓力首先試樣施加靜水壓力圍壓圍壓 1 1= 2 2= 3 3 ； 然后通過活塞桿施加的是應力差然后通過活塞桿施加的是應力差 = 1 1- - 3 3 。 強度包線強度包線( 1- )fc ( 1- )f 1 1- 3 1 =15%v分別作

24、圍壓分別作圍壓 為為100 100 kPakPa 、200200kPakPa 、300 300 kPakPa的三軸試驗，的三軸試驗，得到破壞時相應的（得到破壞時相應的（ 1 1- - ) )f fv繪制三個破壞狀態(tài)的應力摩爾圓，繪制三個破壞狀態(tài)的應力摩爾圓，畫出它們的公切線畫出它們的公切線強度包線，強度包線，得到強度指標得到強度指標 c c 與與 3. 3. 強度包線強度包線v固結排水試驗（CDCD試驗）（1）施加圍壓施加圍壓 后，打開排水閥門充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散；后，打開排水閥門充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散；（2）打開排水閥門，慢慢施加）打開排水閥門，慢慢施加 以便充分排水，

25、避免產(chǎn)生超靜孔壓以便充分排水，避免產(chǎn)生超靜孔壓v固結不排水試驗（CUCU試驗）（1）施加圍壓施加圍壓 后后，打開排水閥門，充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散打開排水閥門，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）關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差 過程中不排水過程中不排水v不固結不排水試驗（UUUU試驗）（1）圍壓圍壓 下關閉排水閥門，不固結；下關閉排水閥門，不固結；（2）關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加）關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差軸向應力差 過程中不排水過程中不排水cd 、 d ccu 、 cu cu 、 u 4. 4.

26、試驗類型試驗類型分類依據(jù)：按剪切前的分類依據(jù)：按剪切前的、剪切過程中的剪切過程中的v固結排水試驗（CDCD試驗） Consolidated Drained shear test (CD) 抗剪強度指標： cd d （c ）三軸試驗類型匯總三軸試驗類型匯總v固結不排水試驗（CUCU試驗） Consolidated Undrained shear test (CU) 抗剪強度指標：ccu cuv不固結不排水試驗（UUUU試驗） Unconsolidated Undrained shear test (UU) 抗剪強度指標： cu u （ cuu uu ）v優(yōu)點：優(yōu)點：1 應力狀態(tài)和應力路徑明確；應

27、力狀態(tài)和應力路徑明確；2 排水條件清楚，可控制；排水條件清楚，可控制；3 可量測孔隙水壓力可量測孔隙水壓力4 破壞面不是人為固定的。破壞面不是人為固定的。v缺點：缺點：1 1 2 2= = 3 3，軸對稱，軸對稱2 設備相對復雜，現(xiàn)場無法試驗；設備相對復雜，現(xiàn)場無法試驗；5. 5. 優(yōu)點和缺點優(yōu)點和缺點6、飽和粘性土的抗剪強度、飽和粘性土的抗剪強度31210ufuc 313131ffuu不排水條件下不排水條件下, ,試樣在試驗過程中試樣在試驗過程中含水量不變含水量不變, ,體積不變體積不變, ,改變周圍壓力增量只能引起改變周圍壓力增量只能引起孔隙水壓力的變化孔隙水壓力的變化, ,并不會改變試樣

28、中的并不會改變試樣中的有效應力有效應力, ,各試樣在剪切前的有效應力相同各試樣在剪切前的有效應力相同, ,因此因此抗剪強度不變抗剪強度不變。（2）固結不排水抗剪強度）固結不排水抗剪強度l正常固結土正常固結土lOO點說明未受任何固結壓點說明未受任何固結壓力的土，它力的土，它不具有不具有抗剪抗剪強度。強度。 有效應力圓有效應力圓直徑與直徑與總應力圓總應力圓直徑直徑相等相等。 但位置不同，兩者之間相差但位置不同，兩者之間相差uf。 一般正常固結土一般正常固結土 比比 cu大一倍左右。大一倍左右。 31313311ffuu（3）固結排水抗剪強度）固結排水抗剪強度 在整個試驗過程中，在整個試驗過程中，孔

29、隙水壓力始終為零孔隙水壓力始終為零； 總應力等于有效應力，所以總應力圓就是有效應力圓；總應力等于有效應力，所以總應力圓就是有效應力圓； 總應力破壞包線就是有效應力破壞包線；總應力破壞包線就是有效應力破壞包線； cd、 d與與CU試驗得到的試驗得到的c、 相近相近 。v同一種土不同排水條件下的試驗結果對比同一種土不同排水條件下的試驗結果對比（1 1）以）以總應力法總應力法表示，將得出不同的試驗結果，表示，將得出不同的試驗結果，一般一般 u u cucu d d ，c c值也不相同；值也不相同；（2 2）以）以有效應力法有效應力法表示，則不論采用哪種試驗方表示，則不論采用哪種試驗方法，都得到近乎法

30、，都得到近乎同一條同一條有效應力破壞包線。有效應力破壞包線。 結論結論：抗剪強度與有效應力有唯一對應的關系。：抗剪強度與有效應力有唯一對應的關系。三、真三軸試驗三、真三軸試驗四、無側限抗壓強度試驗四、無側限抗壓強度試驗 試驗時圍壓試驗時圍壓3 3=0=0（無側限），試樣在軸向壓力下產(chǎn)（無側限），試樣在軸向壓力下產(chǎn)生剪切破壞。生剪切破壞。 破壞時的軸向壓力稱為破壞時的軸向壓力稱為無側限抗壓強度無側限抗壓強度，以，以 q qu u 表示。表示。不排水抗剪強度uuufcqc 2適用于適用于飽和軟粘土飽和軟粘土五、十字板剪切試驗五、十字板剪切試驗適用于飽和軟粘土適用于飽和軟粘土 322 DHDMcuf

31、 量測設備量測設備加力裝置加力裝置板頭板頭fvfhDDHDDMMM 2)34(2221max)3(22maxDHDMf飽和軟粘土六、抗剪強度指標的選擇六、抗剪強度指標的選擇1 1、粘性土的抗剪強度與剪切條件、試驗條件、試驗方法等有關，、粘性土的抗剪強度與剪切條件、試驗條件、試驗方法等有關，總應力總應力分析法用分析法用總應力總應力抗剪強度指標；抗剪強度指標； 有效應力有效應力分析法用分析法用有效應力有效應力抗剪強度指標?？辜魪姸戎笜恕? 2、各種試驗方法的適用范圍、各種試驗方法的適用范圍UU/UU/快剪試驗快剪試驗地基為透水性差的飽和粘性土，排水不良，且建筑物施工地基為透水性差的飽和粘性土，排水

32、不良，且建筑物施工速度快。常用于施工期的強度與穩(wěn)定驗算；速度快。常用于施工期的強度與穩(wěn)定驗算；CU/CU/固快試驗固快試驗建筑物竣工后較長時間，突遇荷載增大。如房屋加層、天建筑物竣工后較長時間，突遇荷載增大。如房屋加層、天然土坡上堆載等；然土坡上堆載等；CD/CD/慢剪試驗的有效應力強度指標慢剪試驗的有效應力強度指標地基的透水性較好（如砂土等），排水條件良好（如粘土地基的透水性較好（如砂土等），排水條件良好（如粘土中夾有砂層），而建筑物施工速度慢。中夾有砂層），而建筑物施工速度慢。第四節(jié)第四節(jié) 孔隙應力系數(shù)孔隙應力系數(shù) 及土的剪脹性及土的剪脹性教學重點教學重點孔隙應力系數(shù)的物理意義孔隙應力系數(shù)

33、的物理意義一、孔隙應力系數(shù)定義一、孔隙應力系數(shù)定義 土體在不排水和不排氣的條件下，土體在不排水和不排氣的條件下，外荷載引起的外荷載引起的孔隙應力增量孔隙應力增量與與應力增量應力增量（用總應力表示）的比值，其表征了孔（用總應力表示）的比值，其表征了孔隙應力對總應力變化的反映。隙應力對總應力變化的反映。增量形式：增量形式：1 1、軸對稱三維應力狀態(tài)、軸對稱三維應力狀態(tài)3210031333321等向壓縮應力狀態(tài)等向壓縮應力狀態(tài) 偏差應力狀態(tài)偏差應力狀態(tài)二、孔隙壓力系數(shù)的推導二、孔隙壓力系數(shù)的推導參見教材圖5-19（1）等向壓縮應力狀態(tài)）等向壓縮應力狀態(tài)孔隙應力系數(shù)孔隙應力系數(shù)B孔隙應力系數(shù)孔隙應力系

34、數(shù)B B：表示單位周圍壓力增量所引起的孔隙應力增量表示單位周圍壓力增量所引起的孔隙應力增量01VnuCVfv 孔隙流體的孔隙流體的C Cs s土骨架的體積壓縮系數(shù)，表示單位有效周圍壓力作用下土骨架的體應變；土骨架的體積壓縮系數(shù)，表示單位有效周圍壓力作用下土骨架的體應變； C Cf f孔隙流體的體積壓縮系數(shù)，表示單位孔隙壓力作用下，單位體積孔隙流體孔隙流體的體積壓縮系數(shù)，表示單位孔隙壓力作用下，單位體積孔隙流體的體積變化。的體積變化。 33111 BCCnuVVsfvs013S13333210SV213213V)Vu(CE)(C)u(EVssvv 令令土土骨骨架架3111 uCCnBsfv對于飽

35、和土，對于飽和土，Cf=CwCs， B=0； ( Ca-( Ca-空氣的體積壓縮系數(shù)空氣的體積壓縮系數(shù)) )v對于部分飽和土對于部分飽和土 B=01 之間。之間。v所以所以B值是可用作反映值是可用作反映土體飽和程度土體飽和程度的指標。的指標。說明：偏差應力為軸向壓力與周圍壓力之差（2）偏差應力狀態(tài)）偏差應力狀態(tài)孔隙應力系數(shù)孔隙應力系數(shù)A2311)(u2230uu EuEu223112)(EuEuEu2231232)()(313)(33)(212312312310uCuCuEVVsssv（2）偏差應力狀態(tài)）偏差應力狀態(tài)孔隙應力系數(shù)孔隙應力系數(shù)A 0231023131/321VuCVVVuEsss

36、v 土骨架土骨架02VnuCVfv 孔隙流體的孔隙流體的 31312313111 BCCnuVVsfvs說明：說明：上式假設土體為彈性體。彈性體的剪應力只引起受力上式假設土體為彈性體。彈性體的剪應力只引起受力體的形狀變化而不引起體積變化。而土并非理想彈性體，在體的形狀變化而不引起體積變化。而土并非理想彈性體，在受剪后，體積要發(fā)生膨脹或收縮，故上式系數(shù)受剪后，體積要發(fā)生膨脹或收縮，故上式系數(shù)1/31/3只適用于只適用于彈性體而不符合實際土體的情況。彈性體而不符合實際土體的情況。引入經(jīng)驗系數(shù)引入經(jīng)驗系數(shù)A代替代替1/3 n對于飽和土，對于飽和土，B=1 ，u2 =A（1-3）n飽和土的孔隙應力系數(shù)

37、飽和土的孔隙應力系數(shù)A A -312 uA考慮土的剪脹性，考慮土的剪脹性，A.W.SkemptonA.W.Skempton引入經(jīng)驗系數(shù)引入經(jīng)驗系數(shù)A A代替代替1/31/3 312 ABuv孔隙應力系數(shù)孔隙應力系數(shù)A A飽和土體在單位偏應力增量飽和土體在單位偏應力增量( ( 1 1- - 3 3) )作用下產(chǎn)生的孔隙水應力增量。作用下產(chǎn)生的孔隙水應力增量。vA值是反映土體值是反映土體剪脹性剪脹性的重要指標。的重要指標。 對于非完全飽和土，對于非完全飽和土，B1B1，而且隨應力水平而變化，故：，而且隨應力水平而變化，故： 總結：土體在軸對稱三維應力增量作用下所引起的總結：土體在軸對稱三維應力增量作用下所引起的總孔隙應力增量為：總孔隙應力增量為： 31321 ABBuuu312 uAB實際工程問題中求土體在實際工程問題中求土體在剪切破壞時剪切破壞時的孔隙壓力系數(shù)的孔隙壓力系數(shù)Af： 對于對于飽和土飽和土：fffuA)(31孔隙應力系數(shù)孔隙應力系數(shù)A A、B B均可在均可在室內(nèi)常規(guī)三軸試驗室內(nèi)常規(guī)三軸