土力學(xué)第七章

第七章土的抗剪強(qiáng)度第一節(jié)概述第二節(jié)土體破壞準(zhǔn)則和土的強(qiáng)度理論第三節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)及參數(shù)確定參數(shù)確定第四節(jié)土的應(yīng)力應(yīng)變特征第五節(jié)有效應(yīng)力路徑本章主要內(nèi)容：第一節(jié)概述什么是土的抗剪強(qiáng)度？土的抗剪強(qiáng)度：是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。為什么要研究土的抗剪強(qiáng)度？剪切破壞是土體破壞的重要特點(diǎn)。

變形破壞沉降、位移等超過(guò)規(guī)定限值(已學(xué))

地基破壞

強(qiáng)度破壞地基整體或局部滑移、土工構(gòu)筑物失穩(wěn)、滑坡工程背景

1.建筑物地基承載力問(wèn)題

基礎(chǔ)下的地基土體產(chǎn)生整體滑動(dòng)或因局部剪切破壞而導(dǎo)致過(guò)大的地基變形甚至傾覆。

1.建筑物地基承載力問(wèn)題(圖1)

建筑物地基承載力問(wèn)題(圖2)2.構(gòu)筑物環(huán)境的安全性問(wèn)題即土壓力問(wèn)題

擋土墻、基坑等工程中，墻后土體強(qiáng)度破壞將造成過(guò)大的側(cè)向土壓力，導(dǎo)致墻體滑動(dòng)、傾覆或支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞事故。

2.構(gòu)筑物環(huán)境的安全性問(wèn)題即土壓力問(wèn)題

3.土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問(wèn)題3.土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問(wèn)題土壩、路堤等填方邊坡以及天然土坡等，在超載、滲流乃至暴雨作用下引起土體強(qiáng)度破壞后將產(chǎn)生整體失穩(wěn)邊坡滑坡等事故。土體強(qiáng)度破壞的機(jī)理是什么？

在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，當(dāng)土中某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。stripfootingembankmentfailuresurfacemobilisedshearresistancestripfootingembankmentfailuresurfacemobilisedshearresistance一、土的強(qiáng)度特點(diǎn)二、土的強(qiáng)度的機(jī)理三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論第二節(jié)土體破壞準(zhǔn)則與土的強(qiáng)度理論一、土的強(qiáng)度特點(diǎn)：碎散性：強(qiáng)度不是顆粒礦物本身的強(qiáng)度，而是顆粒間相互作用——主要是抗剪強(qiáng)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(yīng)力原理；3.自然變異性：土的強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)性與復(fù)雜性。直剪試驗(yàn)庫(kù)侖（1776）試驗(yàn)原理試驗(yàn)結(jié)果

σ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPa二、土的強(qiáng)度的機(jī)理PSTA上盒下盒施加σ（=P/A），S量測(cè)（=T/A）Occ

粘聚力內(nèi)摩擦角σ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPa直剪試驗(yàn)庫(kù)侖（1776）試驗(yàn)原理試驗(yàn)結(jié)果二、土的強(qiáng)度的機(jī)理庫(kù)侖公式：f

：

土的抗剪強(qiáng)度tg：

摩擦強(qiáng)度-正比于壓力c：

粘聚強(qiáng)度-與所受壓力無(wú)關(guān)密度（e,粒徑級(jí)配（Cu,Cc）顆粒的礦物成分對(duì)于：砂土>粘性土；高嶺石>伊里石>蒙特石粒徑的形狀（顆粒的棱角與長(zhǎng)寬比）在其他條件相同時(shí)：對(duì)于砂土，顆粒的棱角提高了內(nèi)摩擦角對(duì)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(qiáng)度的主要因素：二、土的強(qiáng)度的機(jī)理1.摩擦強(qiáng)度tg粘聚強(qiáng)度機(jī)理靜電引力（庫(kù)侖力）范德華力顆粒間膠結(jié)假粘聚力（毛細(xì)力等）粘聚強(qiáng)度影響因素地質(zhì)歷史粘土顆粒礦物成分密度離子價(jià)與離子濃度----+二、土的強(qiáng)度的機(jī)理2.凝聚強(qiáng)度三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論1.庫(kù)侖公式2.應(yīng)力狀態(tài)與摩爾圓3.極限平衡應(yīng)力狀態(tài)4.摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論5.破壞判斷方法6.滑裂面的位置PSTAc

粘聚力內(nèi)摩擦角f

：

土的抗剪強(qiáng)度tg：

摩擦強(qiáng)度-正比于壓力c：

粘聚強(qiáng)度-與所受壓力無(wú)關(guān)三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論固定滑裂面一般應(yīng)力狀態(tài)如何判斷是否破壞？借助于莫爾圓1.庫(kù)侖公式==三維應(yīng)力狀態(tài)三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論2.應(yīng)力莫爾圓二維應(yīng)力狀態(tài)莫爾圓應(yīng)力分析符號(hào)規(guī)定材料力學(xué)+-+-土力學(xué)正應(yīng)力剪應(yīng)力拉為正壓為負(fù)順時(shí)針為正逆時(shí)針為負(fù)壓為正拉為負(fù)逆時(shí)針為正順時(shí)針為負(fù)三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論2.應(yīng)力莫爾圓Oz+zx-xzx213rR+-1三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論2.應(yīng)力莫爾圓大主應(yīng)力：小主應(yīng)力:圓心：半徑：σz按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)ασx按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)α莫爾圓：代表一個(gè)土單元的應(yīng)力狀態(tài)；圓周上一點(diǎn)代表一個(gè)面上的兩個(gè)應(yīng)力與3.極限平衡應(yīng)力狀態(tài)三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論f強(qiáng)度包線以內(nèi)：下任何一個(gè)面上的一對(duì)應(yīng)力與都沒(méi)有達(dá)到破壞包線，不破壞；與破壞包線相切：有一個(gè)面上的應(yīng)力達(dá)到破壞；與破壞包線相交：有一些平面上的應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度；不可能發(fā)生。3.極限平衡應(yīng)力狀態(tài)三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論極限平衡應(yīng)力狀態(tài)：有一對(duì)面上的應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到=f土的強(qiáng)度包線：所有達(dá)到極限平衡狀態(tài)的莫爾園的公切線。f4.莫爾—庫(kù)侖強(qiáng)度理論（1）土單元的某一個(gè)平面上的抗剪強(qiáng)度f(wàn)是該面上作用的法向應(yīng)力的單值函數(shù),f=f()（莫爾：1900年）（2）在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，可以用線性函數(shù)近似f

=c+tg（3）某土單元的任一個(gè)平面上=f

，該單元就達(dá)到了極限平衡應(yīng)力狀態(tài)三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論4.莫爾—庫(kù)侖強(qiáng)度理論莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論表達(dá)式－極限平衡條件1f3Oc三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論4.莫爾—庫(kù)侖強(qiáng)度理論三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論表達(dá)式－極限平衡條件1f3Oc根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算出大小主應(yīng)力σ1、σ3判斷破壞可能性由σ3計(jì)算σ1f比較σ1與σ1fσ1<σ1f

彈性平衡狀態(tài)σ1=σ1f

極限平衡狀態(tài)σ1>σ1f

破壞狀態(tài)Oc1f3115.破壞判斷方法三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論判別對(duì)象：土體微小單元（一點(diǎn)）3=常數(shù)：根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算出大小主應(yīng)力σ1、σ3判斷破壞可能性由σ1計(jì)算σ3f比較σ3與σ3fσ3>σ3f

彈性平衡狀態(tài)σ3=σ3f

極限平衡狀態(tài)σ3<σ3f

破壞狀態(tài)Oc13f335.破壞判斷方法三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論判別對(duì)象：土體微小單元（一點(diǎn)）1=常數(shù)：根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算出大小主應(yīng)力σ1、σ3判斷破壞可能性由σ1、σ3計(jì)算與比較

>

安全狀態(tài)

=

極限平衡狀態(tài)

<

不可能狀態(tài)Oc5.破壞判斷方法三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論判別對(duì)象：土體微小單元（一點(diǎn)）(1+3)/2

=常數(shù)：圓心保持不變Oc1f3231f45°＋/2破裂面26.滑裂面的位置

與大主應(yīng)力面夾角：α=45+/2三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論1、室內(nèi)試驗(yàn)2、野外試驗(yàn)第三節(jié)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)及參數(shù)確定直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)等制樣（重塑土）或現(xiàn)場(chǎng)取樣缺點(diǎn)：擾動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)力條件清楚，易重復(fù)十字板扭剪試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等原位試驗(yàn)缺點(diǎn)：應(yīng)力條件不易掌握優(yōu)點(diǎn)：原狀土的原位強(qiáng)度一、土的剪切試驗(yàn)方法

1.直接剪切試驗(yàn)試驗(yàn)儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）

直剪儀(圖1)

直剪儀(圖2)PSTAσ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPaOc1.直接剪切試驗(yàn)通過(guò)控制剪切速率來(lái)近似模擬排水條件1.固結(jié)慢剪：施加正應(yīng)力-充分固結(jié)慢慢施加剪應(yīng)力-小于0.02mm/分，以保證無(wú)超靜孔壓2.固結(jié)快剪施加正應(yīng)力-充分固結(jié)在3-5分鐘內(nèi)剪切破壞3.快剪施加正應(yīng)力后立即剪切3-5分鐘內(nèi)剪切破壞

PSTA1.直接剪切試驗(yàn)OnK0nPSTA1.直接剪切試驗(yàn)

設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便結(jié)果便于整理測(cè)試時(shí)間短優(yōu)點(diǎn)

試樣應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜應(yīng)變不均勻不能控制排水條件剪切面固定缺點(diǎn)PSTA類似試驗(yàn)：環(huán)剪試驗(yàn)單剪試驗(yàn)1.直接剪切試驗(yàn)2.三軸壓縮試驗(yàn)儀器設(shè)備：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測(cè)系統(tǒng)等組成。

3

3

3

3

3

3

△

△

2.施加周?chē)鷫毫?.施加豎向壓力1.裝樣應(yīng)力狀態(tài)2.三軸試驗(yàn)方法：首先試樣施加靜水壓力—室壓（圍壓）1=2=3

；然后通過(guò)活塞桿施加的是應(yīng)力差Δ1=

1-31=3+Δ1（1）試樣應(yīng)力特點(diǎn)與試驗(yàn)方法：特點(diǎn)：試樣是軸對(duì)稱應(yīng)力狀態(tài)。垂直應(yīng)力z一般是大主應(yīng)力；徑向與切向應(yīng)力總是相等r=，亦即1=z；2=3=r固結(jié)排水試驗(yàn)（CD試驗(yàn)）1打開(kāi)排水閥門(mén)，施加圍壓后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；2打開(kāi)排水閥門(mén)，慢慢施加軸向應(yīng)力差以便充分排水，避免產(chǎn)生超靜孔壓固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU試驗(yàn)）1打開(kāi)排水閥門(mén)，施加圍壓后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；2關(guān)閉排水閥門(mén)，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差過(guò)程中不排水不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU試驗(yàn)）1關(guān)閉排水閥門(mén)，圍壓下不固結(jié)；2關(guān)閉排水閥門(mén)，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差過(guò)程中不排水cd、d

ccu、cu

cu、u

（2）試驗(yàn)類型（4）三軸試驗(yàn)結(jié)果

三軸試驗(yàn)結(jié)果—抗剪強(qiáng)度包線抗剪強(qiáng)度包線

c

分別在不同的周?chē)鷫毫?作用下進(jìn)行剪切，得到3～4個(gè)不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓的公切線即為土的抗剪強(qiáng)度包線

有效應(yīng)力圓總應(yīng)力圓u=0B

C

cu

uAA

3A

1A飽和粘性土在三組3下的不排水剪試驗(yàn)得到A、B、C三個(gè)不同3作用下破壞時(shí)的總應(yīng)力圓

試驗(yàn)表明：三個(gè)試樣的周?chē)鷫毫?不同，但破壞時(shí)的主應(yīng)力差相等，三個(gè)極限應(yīng)力圓的直徑相等，因而強(qiáng)度包線是一條水平線

三個(gè)試樣只能得到一個(gè)有效應(yīng)力圓

（1）不固結(jié)不排水剪（UU）不同試驗(yàn)方法的剪切試驗(yàn)結(jié)果

（1）不固結(jié)不排水剪的剪切試驗(yàn)結(jié)果將總應(yīng)力圓在水平軸上左移uf得到相應(yīng)的有效應(yīng)力圓，按有效應(yīng)力圓強(qiáng)度包線可確定c、

ccuc

cu

飽和粘性土在三組3下進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗(yàn)得到A、B、C三個(gè)不同3作用下破壞時(shí)的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強(qiáng)度包線確定固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)ccu、

cuABC（2）固結(jié)不排水剪（CU）

（2）固結(jié)不排水剪的剪切試驗(yàn)結(jié)果在整個(gè)排水剪試驗(yàn)過(guò)程中，uf

＝0，總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓即是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力強(qiáng)度線即是有效應(yīng)力強(qiáng)度線。強(qiáng)度指標(biāo)為cd、d

cdd

總結(jié):對(duì)于同一種土，在不同的排水條件下進(jìn)行試驗(yàn)，總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)完全不同

有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)不隨試驗(yàn)方法的改變而不同，抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系（3）固結(jié)排水剪（CD）

（3）固結(jié)排水剪的剪切試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)點(diǎn)：1應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)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(yàn)單元體試驗(yàn)缺點(diǎn)：設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法試驗(yàn)說(shuō)明：3＝0即為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)（4）優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)一般適用于測(cè)定軟粘土的不排水強(qiáng)度指標(biāo)；鉆孔到指定的土層，插入十字形的探頭；通過(guò)施加的扭矩計(jì)算土的抗剪強(qiáng)度3、十字板剪切試驗(yàn)時(shí)：M1HDM2AlecWestleySkempton

5-4三軸壓縮試驗(yàn)中的孔隙應(yīng)力系數(shù)-2孔隙應(yīng)力系數(shù)B當(dāng)試樣在不排水條件下受到各向相等壓力增量Δσ3時(shí)，產(chǎn)生的孔隙應(yīng)力增量為Δu1，將Δu1與Δσ3之比定義為孔隙應(yīng)力系數(shù)B，即

B＝Δu1/Δσ3式中B是在各向施加相等壓力條件下的孔隙應(yīng)力系數(shù)。它是反映土體在各向相等壓力作用下，孔隙應(yīng)力變化情況的指標(biāo)，也是反映土體飽和程度的指標(biāo)。在飽和土的不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中，周?chē)鷫毫υ隽繉⑼耆煽紫端袚?dān)，所以B＝1；當(dāng)土完全干燥時(shí)，這時(shí)周?chē)鷫毫υ隽繉⑼耆赏凉羌艹袚?dān)，于是B＝0。在非飽和土中，孔隙中流體的壓縮性與土骨架的壓縮性為同一量級(jí)，B介于0與1之間。飽和度越大，B越接近1。

5-4三軸壓縮試驗(yàn)中的孔隙應(yīng)力系數(shù)-3孔隙應(yīng)力系數(shù)A當(dāng)試樣受到軸向應(yīng)力增量q(即主應(yīng)力差Δσ1－Δσ3）作用時(shí)，產(chǎn)生的孔隙水應(yīng)力為Δu2，Δu2的大小與主應(yīng)力差Δσ1－Δσ3及土樣的飽和程度有關(guān)，我們定義另一孔壓系數(shù)A如下：

Δu2=BA（Δσ1－Δσ3

）式中A是在偏應(yīng)力條件下的孔隙應(yīng)力系數(shù)，其數(shù)值與土的種類、應(yīng)力歷史等有關(guān)。上式也可寫(xiě)成：式中：A是綜合反映主應(yīng)力差（Δσ1－Δσ3）作用下孔隙應(yīng)力變化情況的一個(gè)指標(biāo)。Δu2=A(Δσ1－Δσ3)5-4三軸壓縮試驗(yàn)中的孔隙應(yīng)力系數(shù)-4綜合兩個(gè)加載階段有

Δu=Δu1+Δu2

=BΔσ3+BA（Δσ1－Δσ3

）Y13u=?Skempton’s孔隙應(yīng)力系數(shù)

AandB飽和土B＝15-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-1砂性土的剪切性狀（一）砂土的內(nèi)摩擦角由于砂土的透水性強(qiáng)，它在現(xiàn)場(chǎng)的受剪過(guò)程大多相當(dāng)于固結(jié)排水剪情況，由固結(jié)排水剪試驗(yàn)求得的強(qiáng)度包線一般為通過(guò)坐標(biāo)于原點(diǎn)的直線，可表達(dá)為τf=σtgφd

式中：φd——固結(jié)排水剪求得的內(nèi)摩擦角。砂土抗剪強(qiáng)度受密度、顆粒形狀、表面粗糙度和級(jí)配影響5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-1（二）砂土的應(yīng)力－軸向應(yīng)變－體變彈性材料受剪切體積不發(fā)生變化，但土體則不然松砂與緊砂的不同－1：剪縮（松砂）：顆粒滾落到平衡位置剪脹（緊砂）：顆粒必須升高以離開(kāi)它們?cè)瓉?lái)的位置而彼此才能相互滑過(guò)。緊砂的這種剪脹趨勢(shì)隨著周?chē)鷫毫Φ脑龃?，土粒的破碎而逐漸消失。在高周?chē)鷫毫ο?，不論砂土的松緊如何，受剪都將剪縮5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-2松砂與緊砂的不同－2：松砂：應(yīng)變硬化型（土越來(lái)越密），體積則逐漸減小緊砂：應(yīng)變軟化型（超過(guò)咬合能力），體積開(kāi)始時(shí)稍有減小，繼而增加，超過(guò)了它的初始體積。5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-3松砂與緊砂的不同－3：松砂：不排水條件下，總體積不變，但松砂體積有減小的趨勢(shì)，因此產(chǎn)生正的孔隙水壓力緊砂：不排水條件下，總體積不變，但緊砂體積有增大的趨勢(shì)，因此產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-4（三）砂土的殘余強(qiáng)度同一種砂土在相同的周?chē)鷫毫ψ饔孟?，由于其初始孔隙比不同在剪切過(guò)程中將出現(xiàn)不同的應(yīng)力～應(yīng)變特征。兩者的最終都趨于一個(gè)相同的恒定值，這一恒定的強(qiáng)度通常稱為殘余強(qiáng)度或最終強(qiáng)度，以τr表示。5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-5（四）砂土的液化液化被定義為任何物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體的行為或過(guò)程。對(duì)于飽和疏松的粉細(xì)砂，當(dāng)受到突發(fā)的動(dòng)力荷載時(shí)，例如地震荷載，一方面由于動(dòng)剪應(yīng)力的作用有使體積縮小的趨勢(shì)，另一方面由于時(shí)間短來(lái)不及向外排水，因此就產(chǎn)生了很大的孔隙水應(yīng)力。5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-6粘性土的剪切形狀飽和正常固結(jié)土（一）UU試驗(yàn)－不固結(jié)不排水強(qiáng)度5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-7在同一σc作用下，由于在加Δσ3時(shí)不排水，因此只有一個(gè)有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力圓大小相等因此5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-8如果使試樣在另一個(gè)較高的剪前固結(jié)壓力σc下固結(jié)穩(wěn)定后進(jìn)行一組不固結(jié)不排水試驗(yàn)

sc1

sc2

Cu1

Cu2

土的抗剪強(qiáng)度取決于剪前有效應(yīng)力。5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-9土的抗剪強(qiáng)度取決于有效應(yīng)力。5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-10（二）CU試驗(yàn)－固結(jié)不排水強(qiáng)度可直接加到σ35-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-11由于在加Δσ3時(shí)排水，剪前有效應(yīng)力是增加的，因此隨著σ3的增加，總應(yīng)力圓越來(lái)越大，即抗剪強(qiáng)度越來(lái)越大5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-12正常固結(jié)土的CU試驗(yàn)總強(qiáng)度線是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，傾角為，。其抗剪強(qiáng)度可表示為若在固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中量測(cè)孔隙水應(yīng)力，則結(jié)果可用有效應(yīng)力整理。由于正常固結(jié)土剪破時(shí)的孔隙水應(yīng)力為正值（類似于松砂，體積有減小的趨勢(shì)），則剪破時(shí)的有效應(yīng)力圓總在總應(yīng)力圓的左邊。有效應(yīng)力強(qiáng)度包線也是通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，直線的傾角大于，，于是用有效應(yīng)力表示的CU試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度為5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-13（三）CD試驗(yàn)－固結(jié)排水強(qiáng)度5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-14由于在加Δσ3及加q時(shí)排水，因此總應(yīng)力圓與有效應(yīng)力圓重合剪前有效應(yīng)力是增加的，因此隨著σ3的增加，總（有效）應(yīng)力圓越來(lái)越大，即抗剪強(qiáng)度越來(lái)越大5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-12正常固結(jié)土的CD試驗(yàn)總（有效）強(qiáng)度線是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，傾角為，。其抗剪強(qiáng)度可表示為對(duì)于同一種正常固結(jié)的飽和粘土，當(dāng)采用三種不同的試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定其抗剪強(qiáng)度時(shí)，其強(qiáng)度包線是不同的。其中UU試驗(yàn)結(jié)果是一條水平線，CU和CD試驗(yàn)各是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。三種方法所得到的強(qiáng)度指標(biāo)間的關(guān)系是：而各試驗(yàn)測(cè)得的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)很接近，這就意味著同一種土三種試驗(yàn)的試樣將沿著同一平面剪破。實(shí)測(cè)的θf(wàn)角接近5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-135-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-14超固結(jié)土

超固結(jié)土與正常固結(jié)土的不同主要就類似于緊砂與松砂的不同，即（強(qiáng)）超固結(jié)土剪脹，而正常固結(jié)土剪縮；（強(qiáng)）超固結(jié)土應(yīng)變軟化，而正常固結(jié)土應(yīng)變硬化；不排水條件下，（強(qiáng)）超固結(jié)土產(chǎn)生負(fù)的孔壓，而正常固結(jié)土產(chǎn)生正的孔壓；弱固結(jié)土的性狀與正常固結(jié)土類似。5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-15（一）UU試驗(yàn)－不固結(jié)不排水強(qiáng)度AB：強(qiáng)固結(jié)土C：弱固結(jié)土5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-16（二）CU試驗(yàn)－固結(jié)不排水強(qiáng)度超固結(jié)土的CU試驗(yàn)總（有效）強(qiáng)度線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-17（三）CD試驗(yàn)－固結(jié)排水強(qiáng)度超固結(jié)土的CD試驗(yàn)總（有效）強(qiáng)度線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-18對(duì)于同一種超固結(jié)的飽和粘土，當(dāng)采用三種不同的試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定其抗剪強(qiáng)度時(shí)，其強(qiáng)度包線是不同的。其中UU試驗(yàn)結(jié)果是一條水平線，CU和CD試驗(yàn)各是一條通過(guò)不坐標(biāo)原點(diǎn)的直線（實(shí)際上是一條微彎的曲線）三種方法所得到的強(qiáng)度指標(biāo)間的關(guān)系是：cu＞ccu

＞cd，φd

＞φcu

＞φu

＝0。5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-19粘土的殘余強(qiáng)度超固結(jié)粘土在剪切試驗(yàn)中有與緊砂相似的應(yīng)力～應(yīng)變特征，當(dāng)強(qiáng)度隨著剪位移達(dá)到峰值后，如果剪切繼續(xù)進(jìn)行，隨著剪位移繼續(xù)增大，強(qiáng)度顯著降低，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值不變，該不變的值即稱為粘土的殘余強(qiáng)度。正常固結(jié)粘土亦有此現(xiàn)象，只是降低的幅度較超固結(jié)粘土要小些。5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-20粘土的結(jié)構(gòu)性與靈敏度土的強(qiáng)度同土的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。粘土的強(qiáng)度（或其它性質(zhì)）隨著其結(jié)構(gòu)的改變而發(fā)生變化的特性稱為土的結(jié)構(gòu)性。某些在含水率不變的條件下使其原有結(jié)構(gòu)受徹底擾動(dòng)的粘土，稱為重塑土。粘土對(duì)結(jié)構(gòu)擾動(dòng)的敏感程度可用靈敏度表示。靈敏度定義為原狀試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與相同含水率下重塑試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比5-5三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀-21對(duì)于靈敏度高的粘土，經(jīng)重塑后停止擾動(dòng)，靜置一段時(shí)間后其強(qiáng)度又會(huì)部分恢復(fù)。在含水率不變的條件下粘土因重塑而軟化（強(qiáng)度降低），軟化后又隨靜置時(shí)間的延長(zhǎng)而硬化（強(qiáng)度增長(zhǎng)）的這種性質(zhì)稱為粘土的觸變性。粘土的蠕變?cè)诩羟羞^(guò)程中土的蠕變是指在恒定剪應(yīng)力作用下應(yīng)變隨時(shí)間而增長(zhǎng)的現(xiàn)象第五章土的抗剪強(qiáng)度飽和土B=1：Δu1=BΔσ3=Δσ3

Δu2=BA（Δσ1－Δσ3

）=A（Δσ1－Δσ3

）飽和土不固結(jié)不排水試驗(yàn)中：

Δu=Δu1+Δu2=BΔσ3+BA（Δσ1－Δσ3

）飽和土固結(jié)不排水試驗(yàn)中：

Δu=Δu2=BA（Δσ1－Δσ3

）固結(jié)排水試驗(yàn)中：

Δu=0剪切過(guò)程中的超靜孔隙水壓力u對(duì)于飽和土試樣：孔壓系數(shù)B=1.0

u=BA(=A(對(duì)于剪切過(guò)程中無(wú)體積變化：

A=1/3剪切過(guò)程中發(fā)生剪縮：

A>1/3剪切過(guò)程中發(fā)生剪脹：

A<1/3(甚至可能A<0，u<0）第五節(jié)有效應(yīng)力路徑一、應(yīng)力路徑及表示法二、總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系特性

彈塑性需要記錄加載歷史應(yīng)力路徑概念應(yīng)力狀態(tài)：土體中一點(diǎn)（微小單元）上作用的應(yīng)力的大小與方向

土體中一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)連續(xù)變化，在應(yīng)力空間（平面）中的軌跡一、應(yīng)力路徑及表示法應(yīng)力圓某一特定面上的應(yīng)力點(diǎn)通常選擇最大剪應(yīng)力面（與主應(yīng)力面成45度的斜面）O3113固結(jié)排水三軸試驗(yàn)?zāi)獱枅A圓心莫爾圓半徑一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)摩爾圓；一條線代表一系列摩爾圓—應(yīng)力路徑摩爾圓－一個(gè)圓代表一個(gè)應(yīng)力狀態(tài)p,q平面－一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)應(yīng)力狀態(tài)

保持為常數(shù)二.摩爾圓與p,q平面上的應(yīng)力路徑用摩爾圓用應(yīng)力平面土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)一個(gè)摩爾圓一點(diǎn)應(yīng)力的變化過(guò)程一系列摩爾圓一條線（應(yīng)力路徑）極限應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度包線相切的摩爾圓破壞主應(yīng)力線上的一點(diǎn)破壞包線f

在~

坐標(biāo)系中所有破壞狀態(tài)摩爾圓的公切線破壞主應(yīng)力線Kf在p~q坐標(biāo)系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)的集合pqOf線Kf線固結(jié)排水三軸試驗(yàn)二、強(qiáng)度包線與破壞主應(yīng)力線兩條直線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)都是0’破壞包線在~

坐標(biāo)系中所有破壞狀態(tài)摩爾圓的公切線pqOc破壞主應(yīng)力線在p~q坐標(biāo)系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)的集合af線Kf線O’AR固結(jié)排水三軸試驗(yàn)破壞包線在~

坐標(biāo)系中所有破壞狀態(tài)摩爾圓的公切線pqOc破壞主應(yīng)力線在p~q坐標(biāo)系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)的集合af線Kf線O’AR固結(jié)排水三軸試驗(yàn)破壞包線在~

坐標(biāo)系中所有破壞狀態(tài)摩爾圓的公切線pqOc破壞主應(yīng)力線在p~q坐標(biāo)系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)的集合af線Kf線O’AR固結(jié)排水三軸試驗(yàn)>

c>a0qp用若干點(diǎn)的最小二乘法確定a和然后計(jì)算強(qiáng)度指標(biāo)c和a確定強(qiáng)度指標(biāo)二、強(qiáng)度包線與破壞主應(yīng)力線總應(yīng)力與有效應(yīng)力狀態(tài)有效應(yīng)力原理典型三軸試驗(yàn)孔隙水壓力計(jì)算O’（13)u13’3’1固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)三、總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑總應(yīng)力與有效應(yīng)力路徑關(guān)系O’（13)u13’3’1三、總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑總應(yīng)力與有效應(yīng)力路徑關(guān)系三軸試驗(yàn)總應(yīng)力路徑三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)有效應(yīng)力路徑A=const松砂或正常固結(jié)粘土（A>1/3）密砂或超固結(jié)粘土（A<1/3）pO3q45°Kfp’O3q