自考 工程地質(zhì)及土力學-54 55 56

1、第5章 土的抗剪強度土的抗剪強度工程地質(zhì)及土力學重慶能源職業(yè)學院2012年12月2工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院概述5.1摩爾庫侖抗剪強度理論5.2土的抗剪強度試驗5.3 應力作用下的孔隙水壓力 5.4粘性土的抗剪強度性質(zhì)5.5無粘性土的抗剪強度性質(zhì)5.63工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.4 5.4 應力作用下的孔隙水壓力應力作用下的孔隙水壓力有效應力決定土體變形和抗剪強度的變化有效應力不能直接測量，利用有效應力原理（u），通過測定孔隙水壓力來確定4工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學

2、 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.4 5.4 應力作用下的孔隙水壓力應力作用下的孔隙水壓力 （不排水）三軸試驗結(jié)果表明：圍壓增量（不排水）三軸試驗結(jié)果表明：圍壓增量3 3和和軸壓增量軸壓增量（1，2）必然會引起土試樣中孔隙）必然會引起土試樣中孔隙水壓力增大水壓力增大u3和和u1：33Bu)(311Au33uB正應力引起正應力引起的孔隙水壓的孔隙水壓力系數(shù)力系數(shù)311uA剪應力引起剪應力引起的孔隙水壓的孔隙水壓力系數(shù)力系數(shù)5工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.4 5.4 應力作用下的孔隙水壓力應力作用下的孔隙水壓力飽和

3、土不固結(jié)、不飽和土不固結(jié)、不排水條件剪切試驗排水條件剪切試驗令令ABA)(313ABu則則全部正應力都由全部正應力都由孔隙水來承擔孔隙水來承擔B=1干土干土正應力完全由土正應力完全由土骨架來承擔骨架來承擔B=0非飽和土非飽和土0B16工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.4 5.4 應力作用下的孔隙水壓力應力作用下的孔隙水壓力高壓縮性粘土及松砂高壓縮性粘土及松砂A值較大值較大超固結(jié)粘土在剪應力作用下產(chǎn)超固結(jié)粘土在剪應力作用下產(chǎn)生剪脹，產(chǎn)生負孔隙水壓力生剪脹，產(chǎn)生負孔隙水壓力A為負值為負值對于同一種土，對于同一種土，A值非常值，它與初始應力值非

4、常值，它與初始應力狀態(tài)、應力歷史、施加應力的路徑等有關(guān)狀態(tài)、應力歷史、施加應力的路徑等有關(guān)工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院強度指標強度指標：5.55.5 粘性土的抗剪強度粘性土的抗剪強度粘聚力粘聚力 c內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角 按照分析方法，可分為總應力強度指按照分析方法，可分為總應力強度指標與有效應力強度指標；標與有效應力強度指標； 按照試驗方法，可分為直剪強度指標按照試驗方法，可分為直剪強度指標與三軸試驗強度指標；與三軸試驗強度指標； 按照應力應變狀態(tài)，可分為峰值強度按照應力應變狀態(tài)，可分為峰值強度指標與殘余強度指標。指標與殘余強度指標。工程地

5、質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院總應力指標與有效應力指標總應力指標與有效應力指標u抗剪強度的有效應力指抗剪強度的有效應力指標標c ， u c + tg = -u符合土的破壞的機理，符合土的破壞的機理，但有時孔隙水壓力但有時孔隙水壓力u無法確定無法確定u抗剪強度的總應力指標抗剪強度的總應力指標c， u c+ tg u是一種是一種“全額生產(chǎn)率全額生產(chǎn)率”的的概念，因概念，因u不能產(chǎn)生抗剪不能產(chǎn)生抗剪強度，不符合強度機理。強度，不符合強度機理。在無法確定在無法確定u時便于應用，時便于應用，但要符合工程條件但要符合工程條件5.55.5 粘性土的抗剪強度粘

6、性土的抗剪強度工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院一. 不固結(jié)不排水剪切試驗強度二. 固結(jié)不排水剪切試驗強度三. 固結(jié)排水剪切試驗強度四. 三種排水條件的試驗強度指標的應用本節(jié)主要內(nèi)容：工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院n三軸試驗：三軸試驗：施加周圍壓力施加周圍壓力 3、軸向壓力、軸向壓力 直至剪直至剪破的整個過程都關(guān)閉排水破的整個過程都關(guān)閉排水閥門，不允許試樣排水固閥門，不允許試樣排水固結(jié)結(jié) 3 3 3 3 3 3 n直剪試驗：直剪試驗：通過試驗加荷通過試驗加荷的快慢來實現(xiàn)是否排水。的快慢來

7、實現(xiàn)是否排水。使試樣在使試樣在3 35 5minmin之內(nèi)剪破，之內(nèi)剪破，稱之為快剪稱之為快剪關(guān)閉排關(guān)閉排水閥水閥5.5.1 不固結(jié)不排水剪切試驗強度不固結(jié)不排水剪切試驗強度工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.1 不固結(jié)不排水剪切試驗強度不固結(jié)不排水剪切試驗強度1、三軸儀中不排水剪強度 UUT-只用于測定不排水剪強度0ufufc)(2131 土的不固結(jié)不排水剪強度cu，簡稱不排水剪強度，常被視為土的天然原位強度。工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.1 不固結(jié)不排水剪切試驗強度不固

8、結(jié)不排水剪切試驗強度1、三軸儀中不排水剪強度 UUT有效應力圓有效應力圓總應力圓總應力圓 u u=0=0BCcu uAA 3A 1A 飽和粘性土在飽和粘性土在三組三組 3 3下的不排下的不排水剪試驗得到水剪試驗得到A、B、C三個不同三個不同 3 3作用下破壞時的作用下破壞時的總應力圓。總應力圓。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，但破壞時的主應力差相等，三個極限應力圓的直徑相等，壞時的主應力差相等，三個極限應力圓的直徑相等，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力圓一個有效應力圓 B=1工程

9、地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.1 不固結(jié)不排水剪切試驗強度不固結(jié)不排水剪切試驗強度2、直接剪切儀中的快剪強度 QQT 直接剪切儀中的不固結(jié)不排水試驗常稱快剪試驗。qvqfctanqcqfv快剪試驗強度f 的意義和三軸不排水剪切試驗一樣，也為土的天然強度。工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.2 固結(jié)不排水剪切試驗強度固結(jié)不排水剪切試驗強度1、三軸固結(jié)不排水剪強度 CUT 該實驗的目的是探討土試樣在有效固結(jié)應力增量作用下抗剪強度變化的特性。正常固結(jié)狀態(tài)的固結(jié)不排水剪切試驗超固結(jié)狀態(tài)

10、的固結(jié)不排水剪切試驗工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.2 固結(jié)不排水剪切試驗強度固結(jié)不排水剪切試驗強度1、三軸固結(jié)不排水剪強度 CUT 正常固結(jié)試樣剪切時體積有減少的趨勢 (剪縮)。但由于不允許排水，產(chǎn)生正的孔隙水壓力。 超固結(jié)試樣在剪切時體積有增加的趨勢( 剪脹)，開始產(chǎn)生正的孔隙水壓力,以后轉(zhuǎn)為負值。 工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.2 固結(jié)不排水剪切試驗強度固結(jié)不排水剪切試驗強度1、三軸固結(jié)不排水剪強度 CUT有效應力和總應力的強度包線都通過原點，這說明正常固結(jié)狀態(tài)的

11、飽和粘性土未受過任何固結(jié)壓力時，相當于土顆粒處于懸浮狀態(tài)的泥漿，抗剪強度為零或很小。正常固結(jié)土工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.2 固結(jié)不排水剪切試驗強度固結(jié)不排水剪切試驗強度1、三軸固結(jié)不排水剪強度 CUT總應力強度包線可表示為cuftan有效應力強度包線可表示為tanf-總應力強度包線的傾角，稱為固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角；cu-有效應力強度包線的傾角，稱為有效應力內(nèi)摩擦角， 比cu約大一倍；，-分別為作用于剪切破壞面時的法向應力和法向有效應力。正常固結(jié)土工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)

12、學院5.5.2 固結(jié)不排水剪切試驗強度固結(jié)不排水剪切試驗強度1、三軸固結(jié)不排水剪強度 CUT超固結(jié)狀態(tài)的孔隙水壓力為負值，其有效應力破壞包線為：tan cf常用于具備不排水條件的工程的地基穩(wěn)定性分析、和、cccucu超固結(jié)土固結(jié)不排水的物理意義-其斜率反映破壞面上正應力的變化引起的土的抗剪強度的增長率。工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.2 固結(jié)不排水剪切試驗強度固結(jié)不排水剪切試驗強度1、三軸固結(jié)不排水剪強度 CUTccftan正常固結(jié)土-有效固結(jié)壓力強度公式cccfctan有效固結(jié)土-有效固結(jié)強度公式工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學

13、第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.2 固結(jié)不排水剪切試驗強度固結(jié)不排水剪切試驗強度1、三軸固結(jié)不排水剪強度 CUT上述公式也可用固結(jié)不排水指標ccu和cu表達cuccuftan)sin1( )tan)(sin1(cuccucufccucuctan)sin1(tancucuccc)sin1(正常固結(jié)情況超固結(jié)情況故式中工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.2 固結(jié)不排水剪切試驗強度固結(jié)不排水剪切試驗強度2、直剪的固結(jié)快剪強度 CQT cuvftancqvcqfctan正常固結(jié)情況超固結(jié)情況工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及

14、土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.3 固結(jié)不水剪切試驗強度固結(jié)不水剪切試驗強度1、三軸儀中固結(jié)排水剪強度 CDT dftanddfctan正常固結(jié)情況超固結(jié)情況 固結(jié)排水試驗在整個試驗過程中，孔隙水壓力始終為零，總應力最后全部轉(zhuǎn)化為有效應力，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。 工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.3 固結(jié)不水剪切試驗強度固結(jié)不水剪切試驗強度1、三軸儀中固結(jié)快剪強度 CDT （a)a)正常固結(jié)正常固結(jié) (b) (b) 超固結(jié)超固結(jié) 工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土

15、力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.3 固結(jié)不水剪切試驗強度固結(jié)不水剪切試驗強度2、直剪慢剪試驗強度 CST 慢剪的抗剪強度表達式為：慢剪的抗剪強度表達式為：ssfctan 慢剪的強度指標一般略高于有效應力強度指標。慢剪的強度指標一般略高于有效應力強度指標。所以，若把所以，若把cs、s作為有效應力強度指標，應乘以作為有效應力強度指標，應乘以0.90.9的系數(shù)。的系數(shù)。工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.3 固結(jié)不水剪切試驗強度固結(jié)不水剪切試驗強度2、直剪慢剪試驗強度 CST 如果以總應如果以總應力表示，將得

16、出力表示，將得出完全不同的試驗完全不同的試驗結(jié)果，而以有效結(jié)果，而以有效應力表示，則不應力表示，則不論采用那種試驗論采用那種試驗方法，都得到近方法，都得到近乎同一條有效應乎同一條有效應力破壞包線。由力破壞包線。由此可見，此可見， 抗剪強抗剪強度與有效應力有度與有效應力有唯一的對應關(guān)系。唯一的對應關(guān)系。工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院5.5.3 固結(jié)不水剪切試驗強度固結(jié)不水剪切試驗強度1 1、不排水剪強度、不排水剪強度cucu相當于土的天然原位強度；相當于土的天然原位強度；2 2、固結(jié)不排水剪強度主要取決于剪切前的有效固結(jié)壓力、固結(jié)不排水剪強

17、度主要取決于剪切前的有效固結(jié)壓力c c，并，并隨隨c c的大小而變化，強度包線的斜率（的大小而變化，強度包線的斜率（tantan）為抗剪強度隨有）為抗剪強度隨有效固結(jié)壓力效固結(jié)壓力c c變化的增長率；變化的增長率；3 3、固結(jié)不排水剪的有效應力強度包線和固結(jié)排水剪強度包線都、固結(jié)不排水剪的有效應力強度包線和固結(jié)排水剪強度包線都有強度隨有效壓力變化的關(guān)系式。因排水條件和剪切速率的差異，有強度隨有效壓力變化的關(guān)系式。因排水條件和剪切速率的差異，兩者的強度指標兩者的強度指標和和d d應有所差異。應有所差異。三種實驗結(jié)果的強度含義說明工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強

18、度重慶能源職業(yè)學院低滲透性（低滲透性（k5k5* *1010-7-7cm/scm/s）、層厚均質(zhì)的飽和粘）、層厚均質(zhì)的飽和粘性土，且施工加載速率較快，短期建成的工程性土，且施工加載速率較快，短期建成的工程5.5.4 三種試驗強度指標的應用三種試驗強度指標的應用三軸不排水不固結(jié)，或其他不排水試驗三軸不排水不固結(jié)，或其他不排水試驗排水良好，施工加載速率較慢，施工工期較長的工程排水良好，施工加載速率較慢，施工工期較長的工程固結(jié)排水試驗固結(jié)排水試驗軟土地基采用分級分期逐步加載建造的工程軟土地基采用分級分期逐步加載建造的工程固結(jié)不排水試驗固結(jié)不排水試驗工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院1 1、砂土的內(nèi)摩擦角、砂土的內(nèi)摩擦角dftan影響因素：砂土的干容重或初孔隙比，同時還與土的顆粒形狀和級配關(guān)系。5.65.6 無粘性土的抗剪強度無粘性土的抗剪強度工程地質(zhì)及土力學工程地質(zhì)及土力學 第第5章章 土的抗剪強度土的抗剪強度重慶能源職業(yè)學院2 2、砂土的臨界孔隙比、砂土的臨界孔隙比0:5329 松砂的強度隨軸向應變的增加而增大應力應變關(guān)系呈應變硬化型，其