土力学_李广信_土的抗剪强度.ppt

土力学_李广信_土的抗剪强度 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望本章特点本章特点有较严格的理论体系有较严格的理论体系各种关系较复杂各种关系较复杂前面各章知识的综合运用前面各章知识的综合运用理清应力、应变、体变、孔压、强度间的关系理清应力、应变、体变、孔压、强度间的关系砂性土与粘性土强度的区别与联系砂性土与粘性土强度的区别与联系试验条件与实际工程情况的对应关系试验条件与实际工程情况的对应关系 正常固结粘性土的强度正常固结粘性土的强度不固结不排水剪的应力应变关系及强度不固结不排水剪的应力应变关系及强度强度指标的运用强度指标的运用主要难点主要难点学习要点学习要点 5 土的抗剪强度2土工结构物或地基土渗透问题渗透问题变形问题变形问题强度问题强度问题渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性 5 土的抗剪强度3 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标5.5 5.5 砂土的振动液化砂土的振动液化4 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论 5 土的抗剪强度一、土的强度特点一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型三、土的强度机理三、土的强度机理四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论5 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论 5 土的抗剪强度1.1.碎散性：碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用相互作用主要是抗剪强度（剪切破坏），颗粒间粘主要是抗剪强度（剪切破坏），颗粒间粘聚力与摩擦力；聚力与摩擦力；2.2.三相体系：三相体系：三相承受与传递荷载三相承受与传递荷载有效应力原理；有效应力原理；3.3.自然变异性：自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。土的强度的结构性与复杂性。一、土的强度特点一、土的强度特点6美国某桥头挡土墙破坏（美国某桥头挡土墙破坏（2003年年9月月10日）日）5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型1.挡土结构物的破坏 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论71.1.挡土结构物的破坏挡土结构物的破坏 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型广州京光广场基坑塌方广州京光广场基坑塌方使基坑旁办公室、民使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，工宿舍和仓库倒塌，死死3 3人，伤人，伤1717人。人。5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论8挡土墙挡土墙滑裂面滑裂面基坑支护基坑支护 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型 5 土的抗剪强度1.1.挡土结构物的破坏挡土结构物的破坏5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论9龙观嘴龙观嘴黄崖沟黄崖沟乌江乌江20002000年西藏易贡巨型滑坡年西藏易贡巨型滑坡 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡10立面示意图高程（高程（m）滑距（滑距（m）553022004000扎扎 木木 弄弄 沟沟滑坡堆积体滑坡堆积体08000400020006000坡高坡高 3330 m 3330 m堆积体宽堆积体宽 约约2500m2500m总方量总方量 约约3 3亿方亿方 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型20002000年西藏易贡巨型滑坡年西藏易贡巨型滑坡 5 土的抗剪强度2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论关西空港一期关西空港一期1717倍倍11平面示意图易贡滑坡堰塞湖易贡滑坡堰塞湖滑滑 坡坡 堆堆 积积 区区扎扎木木弄弄沟沟2264m2210m2165m2340m5520m滑坡堆滑坡堆积体体 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型20002000年西藏易贡巨型滑坡年西藏易贡巨型滑坡 5 土的抗剪强度2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论12天然坝天然坝 坝高坝高290 m滑坡堰塞湖滑坡堰塞湖 库容库容15亿方亿方 10个月后溃坝个月后溃坝湖水每天上涨湖水每天上涨50cm 50cm?5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型20002000年西藏易贡巨型滑坡年西藏易贡巨型滑坡 5 土的抗剪强度2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论13边坡边坡滑裂面滑裂面 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型 5 土的抗剪强度2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论14粘土地基上的某谷仓地基破坏粘土地基上的某谷仓地基破坏3.3.地基的破坏地基的破坏 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论15地基地基p滑裂面滑裂面 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型 5 土的抗剪强度3.3.地基的破坏地基的破坏5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论16p土压力土压力p边坡稳定边坡稳定p地基承载力地基承载力u挡土结构物破坏挡土结构物破坏u各种类型的滑坡各种类型的滑坡u地基的破坏地基的破坏核心强度理论 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论17 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论 5 土的抗剪强度一、土的强度特点一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型三、土的强度机理三、土的强度机理四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论18三、土的强度机理三、土的强度机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度施加施加 （=P/A）施加施加 S S量量测 （=T/A）上盒上盒下盒下盒PSTA 5 土的抗剪强度1、直剪试验（库仑 1776）试验方法试验方法=100KPa S=200KPa=300KPa5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论19 Oc c：粘聚力粘聚力 ：内摩擦角：内摩擦角 =100KPa S=200KPa=300KPa三、土的强度机理三、土的强度机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度库仑公式库仑公式 f：土的抗剪强度土的抗剪强度 tan：摩擦强度与正应力摩擦强度与正应力 成正比成正比c：粘聚强度粘聚强度 5 土的抗剪强度1.1.直剪试验直剪试验试验结果试验结果抗剪强度指标抗剪强度指标5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论2020072007年年1111月月2626日，中国国家航天局正式公布日，中国国家航天局正式公布嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像21NT=Ntanu uT滑动摩擦 三、土的强度机理三、土的强度机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度（1 1）滑动摩擦）滑动摩擦 5 土的抗剪强度2、摩擦强度 tan由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒大小、矿物组成等不平所引起，与颗粒大小、矿物组成等因素有关因素有关5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论22（2 2）咬合摩擦咬合摩擦三、土的强度机理三、土的强度机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度2.2.摩擦强度摩擦强度 tan CABCAB剪切面剪切面u是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用u当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A必须抬起，跨越相邻颗粒必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处，或在尖角处被剪断（被剪断（C），才能移动），才能移动 u土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量 5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论23密度（密度（e,粒径级配（粒径级配（Cu,Cc）颗粒的矿物成分颗粒的矿物成分 对于对于：砂土：砂土粘性土；粘性土；高岭石高岭石伊里石伊里石蒙特石蒙特石颗粒的形状（颗粒的棱角与长宽比）颗粒的形状（颗粒的棱角与长宽比）在其它条件相同时：在其它条件相同时：一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角 影响土的摩擦强度的主要因素：影响土的摩擦强度的主要因素：三、土的强度机理三、土的强度机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度2.2.摩擦强度摩擦强度 tan 5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论24p粘聚强度机理粘聚强度机理u静电引力（库仑力）静电引力（库仑力）u范德华力范德华力u颗粒间胶结颗粒间胶结u假粘聚力（毛细力等）假粘聚力（毛细力等）p粘聚强度影响因素粘聚强度影响因素u地质历史地质历史u粘土颗粒矿物成分粘土颗粒矿物成分u密度密度u离子价与离子浓度离子价与离子浓度-+三、土的强度机理三、土的强度机理 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度3 3、粘聚强度、粘聚强度 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论25 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论 5 土的抗剪强度一、土的强度特点一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型三、土的强度机理三、土的强度机理四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论26 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论1.应力状态与莫尔圆2.极限平衡应力状态3.莫尔-库仑强度理论4.破坏判断方法5.滑裂面的位置 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论27PSTA 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论固定滑裂面固定滑裂面一般应力状态，如何判断是否破坏？一般应力状态，如何判断是否破坏？借助于莫尔圆借助于莫尔圆库仑公式 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论28=三维应力状态三维应力状态 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论1.应力状态与莫尔圆二维应力状态二维应力状态 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论29莫尔圆应力分析符号规定莫尔圆应力分析符号规定 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论 5 土的抗剪强度1.1.应力状态与莫尔圆应力状态与莫尔圆材料力学材料力学+-+-土力学土力学正应力正应力剪应力剪应力拉为正拉为正压为负压为负顺时针为正顺时针为正逆时针为负逆时针为负压为正压为正拉为负拉为负逆时针为正逆时针为正顺时针为负顺时针为负5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论30 O z+zx-xz x2 1 3rp+-1 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论大主应力：大主应力：小主应力小主应力:圆心：圆心：半径：半径：z按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转x x按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转莫莫 尔尔 圆：圆：代表一个单元的应力状态；代表一个单元的应力状态；圆上一点：圆上一点：代表一个面上的两个应力代表一个面上的两个应力 与与 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论1.1.应力状态与莫尔圆应力状态与莫尔圆31 f直剪试验：直剪试验：破坏时的莫尔圆与库仑抗剪强度破坏时的莫尔圆与库仑抗剪强度线的关系如何？为什么？线的关系如何？为什么？(c(c、)三轴三轴 (c(c、)直剪直剪 巧合吗？巧合吗？c 与与 的组合满足库仑公式才破坏的组合满足库仑公式才破坏 f c 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论1.1.应力状态与莫尔圆应力状态与莫尔圆三轴试验结果三轴试验结果322.极限平衡应力状态 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论极限平衡应力状态：极限平衡应力状态：有剪切面上的应力状态达到有剪切面上的应力状态达到 =f土的强度包线：土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线。所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线。f 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论33 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论 f强度包线以内：强度包线以内：任何一个面上任何一个面上的一对应力的一对应力 与与 都没有达到都没有达到破坏包线，不破坏；破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：与破坏包线相切：该面上的应该面上的应力达到破坏状态；力达到破坏状态；与破坏包线相交：与破坏包线相交：有一些平面有一些平面上的应力超过强度；不可能发上的应力超过强度；不可能发生。生。5 土的抗剪强度2.2.极限平衡应力状态极限平衡应力状态5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论34（1）土单元的某一个平面上的抗剪强度）土单元的某一个平面上的抗剪强度 f是该面上作用的法向应是该面上作用的法向应力力 的单值函数的单值函数,f=f()（莫尔：（莫尔：1900年）年）（2）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似：）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似：f=c+tan（3）某土单元的任一个平面上）某土单元的任一个平面上 =f，该单元就达到了极限平衡应，该单元就达到了极限平衡应力状态力状态 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论 5 土的抗剪强度3.莫尔库仑强度理论5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论35 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论莫尔莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件库仑强度理论表达式极限平衡条件 1 3 O c 5 土的抗剪强度3.3.莫尔莫尔库仑强度理论库仑强度理论5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论36 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论莫尔莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件库仑强度理论表达式极限平衡条件 1 3 O c 5 土的抗剪强度3.3.莫尔莫尔库仑强度理论库仑强度理论5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论37根据应力状态计算出根据应力状态计算出大小主应力大小主应力1、3判断破坏可能性判断破坏可能性由由3计算计算1f比较比较1与与1f11f 不可能状态不可能状态 O c 1f 3 1 14.破坏判断方法 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论判别对象：土体微小单元（一点）判别对象：土体微小单元（一点）已知条件：一般应力状态、抗剪强度指标已知条件：一般应力状态、抗剪强度指标 3 3=常数：常数：5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论38根据应力状态计算出根据应力状态计算出大小主应力大小主应力1 1、3 3判断破坏可能性判断破坏可能性由由1 1计算计算3f3f比较比较3 3与与3f3f33f 安全状态安全状态3=3f 极限平衡状态极限平衡状态33f 不可能状态不可能状态 O c 1 3f 3 3 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论 1 1=常数：常数：5 土的抗剪强度4.4.破坏判断方法破坏判断方法5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论39根据应力状态计算出根据应力状态计算出大小主应力大小主应力1 1、3 3判断破坏可能性判断破坏可能性由由1 1、3 3计算计算 与与 比较比较 不可能不可能状态状态 O c 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论(1 1+3 3)/2)/2 =常数：圆心保持不变常数：圆心保持不变 5 土的抗剪强度4.4.破坏判断方法破坏判断方法5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论也可比较圆的直径也可比较圆的直径402 3 1f45/2破裂面破裂面 O c 1f 32 5.滑裂面的位置 与大主应力面夹角：与大主应力面夹角：=45 +/2 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度四、莫尔四、莫尔-库仑强度理论库仑强度理论 5 土的抗剪强度5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论破坏面为什么不在最大剪应破坏面为什么不在最大剪应力作用面上？力作用面上？415.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标5.5 5.5 砂土的振动液化砂土的振动液化 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度42室内试验室内试验野外试验野外试验5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度三轴试验、直剪试验等三轴试验、直剪试验等 制样（重塑土）或现场取样制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复优点：应力条件清楚，易重复十字板扭剪试验、旁压试验等十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验原位试验 缺点：应力条件不易掌握缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度优点：原状土的原位强度 5 土的抗剪强度435.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度1 1、试样应力特点与试验方法、试样应力特点与试验方法2 2、强度包线、强度包线3 3、试验类型、试验类型4 4、优缺点、优缺点 5 土的抗剪强度试试样样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽量测体变或孔压量测体变或孔压一、三轴试验一、三轴试验445.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度方法：方法：首先试样施加静水压力首先试样施加静水压力室压（围压）室压（围压）1 1=2 2=3 3=const=const；然后通过活塞杆施加的是应力差然后通过活塞杆施加的是应力差 1 1=1 1-3 3 。1 1、试样应力特点与试验方法、试样应力特点与试验方法特点：特点：试样是轴对称应力状态。垂直应力试样是轴对称应力状态。垂直应力 z z一般是一般是大主应力；径向与切向应力总是相等大主应力；径向与切向应力总是相等 r r=，亦即亦即 1 1=z z；2 2=3 3=r r=const=const 5 土的抗剪强度一、三轴试验一、三轴试验45强度包线强度包线(1-)fc (1-)f 1 1-3 1=15%v分别作一系列围压分别作一系列围压 （如（如100 kPa、200 kPa、300 kPa）的三轴试验，的三轴试验，得到破坏时相应的（得到破坏时相应的（1-)fv绘制各围压下破坏状态的应力莫绘制各围压下破坏状态的应力莫尔圆，画出它们的公切线尔圆，画出它们的公切线强强度包线，得到强度指标度包线，得到强度指标 c 与与 5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度2 2、强度包线、强度包线 5 土的抗剪强度一、三轴试验一、三轴试验46v固结排水试验（CDCD试验）1 打打开开排排水水阀阀门门，施施加加围围压压 后后充充分分固固结结，超静孔隙水压力完全消散；超静孔隙水压力完全消散；2 打打开开排排水水阀阀门门，慢慢慢慢施施加加轴轴向向应应力力差差 以便充分排水，避免产生超静孔压以便充分排水，避免产生超静孔压v固结不排水试验（CUCU试验）1 打开排水阀门，打开排水阀门，施加围压施加围压 后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差 过程中不排水过程中不排水v不固结不排水试验（UUUU试验）1 关闭排水阀门，关闭排水阀门，围压围压 下不固结；下不固结；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差 过程中不排水过程中不排水cd、d ccu、cu cu、u 3 3、试验类型、试验类型5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度一、三轴试验一、三轴试验47试验条件与现场条件试验条件与现场条件的对应关系的对应关系（以验算软粘土地基稳定性为例）（以验算软粘土地基稳定性为例）粘土地基上的分层慢粘土地基上的分层慢速填方速填方 在在1层固结后，快速施工层固结后，快速施工2层层125.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度一、三轴试验一、三轴试验软土地基上的快速填方软土地基上的快速填方固结排水试验固结排水试验固结不排水试验固结不排水试验不固结不排水试验不固结不排水试验48v固结排水试验（CDCD试验）Consolidated Drained Triaxial test (CD)抗剪强度指标：cd、d （c 、）试验类型汇总v固结不排水试验（CUCU试验）Consolidated Undrained Triaxial test (CU)抗剪强度指标：ccu、cuv不固结不排水试验（UUUU试验）Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU)抗剪强度指标：cu、u（cuu、uu）5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度一、三轴试验一、三轴试验49 3 30 0 即为无侧限抗压强度试验即为无侧限抗压强度试验5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度一、三轴试验一、三轴试验类似试验：类似试验：真三轴试验真三轴试验空心圆柱扭剪试验空心圆柱扭剪试验50PSTA=100KPa S=200KPa=300KPa Oc 5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、二、直剪试验直剪试验 5 土的抗剪强度问题：如何反映现场排水条件？1 1、试验条件、试验条件51通过控制剪切速率通过控制剪切速率来近似模拟排水条来近似模拟排水条件件5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、直剪试验二、直剪试验PSTA 5 土的抗剪强度(1)(1)固结慢剪固结慢剪施加正应力，充分固结施加正应力，充分固结慢慢施加剪应力慢慢施加剪应力-小于小于0.020.02mm/分，分，以保证无超静孔压以保证无超静孔压(2)(2)固结快剪固结快剪施加正应力施加正应力-充分固结充分固结在在3-53-5分钟内剪切破坏分钟内剪切破坏(3)(3)快剪快剪施加正应力后施加正应力后立即剪切，立即剪切，3-53-5分钟内剪切破坏分钟内剪切破坏1 1、试验条件、试验条件52 O nK0 nPSTA5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度二、直剪试验二、直剪试验2 2、应力变形状态、应力变形状态535.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度PSTA类似试验：类似试验：环剪试验环剪试验单剪试验单剪试验 5 土的抗剪强度二、直剪试验二、直剪试验试样内的变形分布试样内的变形分布PSTA2 2、应力变形状态、应力变形状态545.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度二、直剪试验二、直剪试验三轴试验与直剪试验优缺点比较三轴试验与直剪试验优缺点比较 三轴试验 直剪试验优点 1、应力状态及其变化明确、应力状态及其变化明确 2、排水条件清楚，可控制、排水条件清楚，可控制 3、破坏面非人为固定、破坏面非人为固定 1、设备简单，操作方便、设备简单，操作方便 2、结果便于整理、结果便于整理 3、测试时间短、测试时间短缺点 1、设备较复杂，现场难以试验、设备较复杂，现场难以试验 2、有时测试时间长、有时测试时间长 1、试样应力状态复杂、试样应力状态复杂 2、应变不均匀、应变不均匀 3、不易控制排水条件、不易控制排水条件 4、剪切面固定、剪切面固定55v一般适用于测定软粘土的不一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；排水强度指标；v钻孔到指定的土层，插入十钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；字形的探头；v施加扭矩至土体破坏，据此施加扭矩至土体破坏，据此计算土的抗剪强度计算土的抗剪强度5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度三、十字板剪切试验三、十字板剪切试验 5 土的抗剪强度56时：M1H HDM25.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度三、十字板剪切试验三、十字板剪切试验 5 土的抗剪强度575.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标5.5 5.5 砂土的振动液化砂土的振动液化 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度58 5 土的抗剪强度5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线一、应力路径及表示法一、应力路径及表示法二、强度包线与破坏主应力线二、强度包线与破坏主应力线三、总应力路径与有效应力路径三、总应力路径与有效应力路径四、粘性土密度有效应力抗剪强度唯一性关系四、粘性土密度有效应力抗剪强度唯一性关系595.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度一、应力路径及表示法一、应力路径及表示法 5 土的抗剪强度土的力学特性土的力学特性 弹塑性、应力依赖性弹塑性、应力依赖性需要记录加载历史需要记录加载历史应力路径概念应力路径概念土体中一点土体中一点应力状态应力状态连续变化，在应力空连续变化，在应力空间（平面）中的轨迹间（平面）中的轨迹605.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度一、应力路径及表示法一、应力路径及表示法+-1 O z+zx-xz x2 1 3rp 1 3qp莫尔莫尔圆圆应力应力状态状态圆上圆上特征点特征点pOqp,q平面：平面：一个一个 点点代表一个应力状态代表一个应力状态61 3 1 1 3，pO，q固结排水三轴试验固结排水三轴试验5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 保持为常数保持为常数 5 土的抗剪强度一、应力路径及表示法一、应力路径及表示法用莫尔圆用莫尔圆用用p,q平面平面一点的一点的应力状态应力状态一个一个莫尔圆莫尔圆一点一点应力状态应力状态变化过程变化过程一系列一系列莫尔圆莫尔圆一条线一条线（应力路径）（应力路径）极限应力极限应力状态状态与强度包与强度包线相切的线相切的莫尔圆莫尔圆破坏主应力线破坏主应力线上的一点上的一点莫尔圆与莫尔圆与 p,q 平面上的应力路径平面上的应力路径应力路径：应力路径：p,q平面上应力状态变化的轨迹平面上应力状态变化的轨迹62pq O f 线Kf线线以固结排水三轴试验为例以固结排水三轴试验为例5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二、强度包线与破坏主应力线二、强度包线与破坏主应力线两条直线两条直线与横坐标交点都是与横坐标交点都是 O 5 土的抗剪强度强度包线强度包线 f：在在 坐标系中坐标系中所有处于极限平衡状态莫尔圆的公切线所有处于极限平衡状态莫尔圆的公切线破坏主应力线破坏主应力线 Kf在在p q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态对应点的集合坐标系中所有处于极限平衡应力状态对应点的集合O63pq O c a f线Kf线OAR5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线 5 土的抗剪强度二、强度包线与破坏主应力线二、强度包线与破坏主应力线pq O c a f线Kf线OAR64pq O c a f线Kf线OAR5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线 5 土的抗剪强度 ；c a二、强度包线与破坏主应力线二、强度包线与破坏主应力线用若干点确定用若干点确定a 和和 然后计算强度指标然后计算强度指标c和和 确定强度指标确定强度指标oqpa65以松砂固结不排水三轴试验为例以松砂固结不排水三轴试验为例5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线 5 土的抗剪强度三、总应力路径与有效应力路径三、总应力路径与有效应力路径1 1、总应力与有效应力状态、总应力与有效应力状态有效应力原理有效应力原理u问题：问题：u(正孔压正孔压)和和u(负孔压负孔压)时，有效应力莫尔圆在分时，有效应力莫尔圆在分别在总应力莫尔圆哪边？相应的（别在总应力莫尔圆哪边？相应的（p，q）与（与（p，q）点呢？）点呢？(p)(q)O(p)u 1 3 3 166 35.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线 5 土的抗剪强度三、总应力路径与有效应力路径三、总应力路径与有效应力路径2 2、总应力路径与有效应力路径、总应力路径与有效应力路径u 45pOqKfpqKfu uu67 5 土的抗剪强度四、粘土的密度有效应力抗剪强度唯一性关系四、粘土的密度有效应力抗剪强度唯一性关系强度的影响因素强度的影响因素:土的组成土的组成土的状态土的状态土的结构土的结构应力状态应力状态应力历史应力历史同一种正常固结粘土同一种正常固结粘土土的状态土的状态(或或e)e)应力状态应力状态应力路径应力路径5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线应力路径应力路径68两种试验得到相同的两种试验得到相同的K f线线K f线上，线上，p f qf ef间存间存在唯一性关系在唯一性关系 A点：点：ef=ef和试验的类型及应力路径和试验的类型及应力路径等无关等无关ef p f qf 唯一性关系唯一性关系 ef f f 唯一性关系唯一性关系 5 土的抗剪强度四、粘土的密度有效应力抗剪强度唯一性关系四、粘土的密度有效应力抗剪强度唯一性关系5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线p OqK f线线固结排水试验固结排水试验固结不排水试验固结不排水试验ef=efA对具有相同的先期固结对具有相同的先期固结压力的超固结土也有相压力的超固结土也有相似的规律似的规律e0=ef(ef)695.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论5.2 5.2 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验5.3 5.3 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标5.5 5.5 砂土的振动液化砂土的振动液化 5 土的抗剪强度70强度指标：强度指标：峰值强度指标峰值强度指标与与残余强度指标残余强度指标 5 土的抗剪强度5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标粘聚力粘聚力 c内摩擦角内摩擦角 工程应用工程应用三种分三种分类方法类方法总应力强度指标总应力强度指标与与有效应力强度指标有效应力强度指标三轴试验强度指标三轴试验强度指标与与直剪试验强度指标直剪试验强度指标目的目的分析方法分析方法试验方法试验方法应力应变状态应力应变状态71 5 土的抗剪强度一一.总应力指标与有效应力指标总应力指标与有效应力指标二二.三轴试验强度指标三轴试验强度指标三三.直剪试验强度指标直剪试验强度指标四四.土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标721.两种强度指标的比较 5 土的抗剪强度有效应力指标有效应力指标c,=c +tan（=-u）符合土的破坏机理，但符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力有时孔隙水压力u无法无法确定确定总应力指标总应力指标c,=c+tan 便于应用，但便于应用，但u不能产不能产生抗剪强度，不符合生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要强度机理，应用时要符合工程条件符合工程条件强度指标强度指标抗剪强度抗剪强度简单评价简单评价一一.总应力指标与有效应力指标总应力指标与有效应力指标5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标73 1 ()p(p)quKfKf f fuu松砂及正常固结粘土：CU试验一一.总应力指标与有效应力指标总应力指标与有效应力指标 5 土的抗剪强度2.2.强度包线与破坏主应力线强度包线与破坏主应力线问题：问题：实际破裂面的方向？实际破裂面的方向？5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标74 5 土的抗剪强度 一一.总应力指标与有效应力指标总应力指标与有效应力指标 二二.三轴试验强度指标三轴试验强度指标l 三三.直剪试验强度指标直剪试验强度指标l 四四.土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标75二二.三轴试验强度指标三轴试验强度指标 5 土的抗剪强度剪切前固结条件剪切前固结条件剪切中排水条件剪切中排水条件固结固结Consolidated排水排水Drained1.固结排水试验固结排水试验（CD）2.固结不排水试验固结不排水试验（CU）固结固结Consolidated不排水不排水Undrained不固结不固结Unconsolidated不排水不排水Undrained三种试验三种试验3.不固结不排水试验不固结不排水试验（UU）5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标761.1.固结排水试验固结排水试验 5 土的抗剪强度强度指标：强度指标：cd，d(1)特点特点(2)松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线线(3)密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线(4)超固结粘土超固结粘土+正常固结粘土的强度包线正常固结粘土的强度包线二二.三轴试验强度指标三轴试验强度指标5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标77(1)(1)特点特点1.1.固结排水试验固结排水试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二二.三轴试验强度指标三轴试验强度指标总应力指标与有效应力指标一致总应力指标与有效应力指标一致:1=1 d=f=fc cd d=c=c破坏面位置：破坏面位置：5 土的抗剪强度5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标78 v轴向应力渐进增加，体应变表现为体缩，最终二者均趋于稳定轴向应力渐进增加，体应变表现为体缩，最终二者均趋于稳定(2)(2)松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线=f=f问题：问题：正常固结粘土包线为什么过原点？正常固结粘土包线为什么过原点？物理意义是什么？物理意义是什么？1.1.固结排水试验固结排水试验 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度二二.三轴试验强度指标三轴试验强度指标 5 土的抗剪强度5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标79实验室的正常固结粘土：实验室的正常固结粘土：目前有效