岩土力学土的抗剪强背景为黑色.pptx

会计学1岩土力学土的抗剪强背景为黑色岩土力学土的抗剪强背景为黑色2023/2/262滑动面滑动面滑前边坡滑前边坡原地面原地面滑动面滑动面图图5-15-1土坡滑动土坡滑动图图5-25-2地基失稳地基失稳第1页/共50页2023/2/263二、工程中常见的强度问题二、工程中常见的强度问题二、工程中常见的强度问题二、工程中常见的强度问题（1 1）土作为土工结构物的稳定性问题）土作为土工结构物的稳定性问题）土作为土工结构物的稳定性问题）土作为土工结构物的稳定性问题如人工筑成的路堤，土坝的边坡以及天然土坡等的稳定性问题。如人工筑成的路堤，土坝的边坡以及天然土坡等的稳定性问题。如人工筑成的路堤，土坝的边坡以及天然土坡等的稳定性问题。如人工筑成的路堤，土坝的边坡以及天然土坡等的稳定性问题。（2 2）土作为工程结构的环境的问题）土作为工程结构的环境的问题）土作为工程结构的环境的问题）土作为工程结构的环境的问题即土压力问题。这和边坡稳定问题有直接联系，若边坡较陡不能保持稳定，又由于场地或其他条件限制而不允许采用平缓边坡时，就可以修筑挡土墙来保持力的平衡。这类工程问题如挡土墙、桥台、地下隧道等。即土压力问题。这和边坡稳定问题有直接联系，若边坡较陡不能保持稳定，又由于场地或其他条件限制而不允许采用平缓边坡时，就可以修筑挡土墙来保持力的平衡。这类工程问题如挡土墙、桥台、地下隧道等。即土压力问题。这和边坡稳定问题有直接联系，若边坡较陡不能保持稳定，又由于场地或其他条件限制而不允许采用平缓边坡时，就可以修筑挡土墙来保持力的平衡。这类工程问题如挡土墙、桥台、地下隧道等。即土压力问题。这和边坡稳定问题有直接联系，若边坡较陡不能保持稳定，又由于场地或其他条件限制而不允许采用平缓边坡时，就可以修筑挡土墙来保持力的平衡。这类工程问题如挡土墙、桥台、地下隧道等。（3 3）土作为建筑物的地基问题，即地基承载力的问题。）土作为建筑物的地基问题，即地基承载力的问题。）土作为建筑物的地基问题，即地基承载力的问题。）土作为建筑物的地基问题，即地基承载力的问题。三、土的抗剪强度测试方法三、土的抗剪强度测试方法三、土的抗剪强度测试方法三、土的抗剪强度测试方法室内试验室内试验室内试验室内试验：应力状态被改变，取土过程受到干扰：应力状态被改变，取土过程受到干扰：应力状态被改变，取土过程受到干扰：应力状态被改变，取土过程受到干扰原位测试原位测试原位测试原位测试：精度不高：精度不高：精度不高：精度不高第2页/共50页2023/2/2642 2 土的抗剪强度和破坏理论土的抗剪强度和破坏理论土的抗剪强度和破坏理论土的抗剪强度和破坏理论屈服或塑流：软土屈服或塑流：软土材料破坏形式材料破坏形式断裂：岩石，硬粘土断裂：岩石，硬粘土一、土的屈服与破坏一、土的屈服与破坏一、土的屈服与破坏一、土的屈服与破坏1 1理想弹、塑性材料的应力理想弹、塑性材料的应力-应变关系应变关系应力应力-应变成直线关系应变成直线关系 变形是完全弹性的应力变形是完全弹性的应力-应变关系是应变关系是唯一的，与应力路径和应力历史无关唯一的，与应力路径和应力历史无关称屈服应力或破坏应力称屈服应力或破坏应力 abba123应变硬化应变软化弹性阶段1图5-3第3页/共50页2023/2/2652 2土的应力土的应力-应变关系应变关系（1 1）正常固结（松砂），）正常固结（松砂），图5-3曲线（曲线（3 3）加工硬化加工硬化,屈服点至屈服点至b b点点,无峰值无峰值（2 2）超固结（密松），）超固结（密松），图5-3曲线（曲线（2 2）加工软化，出现峰值加工软化，出现峰值3 3实际计算时土的弹塑性问题实际计算时土的弹塑性问题（1 1）按线弹性体）按线弹性体（2 2）按理想塑性材料）按理想塑性材料二、莫尔二、莫尔二、莫尔二、莫尔库伦破坏理论库伦破坏理论库伦破坏理论库伦破坏理论（一）土的破坏理论（一）土的破坏理论1 1广义特莱斯卡理论广义特莱斯卡理论1-313=300kpa3=200kpa3=100kpa图5-4土的应力应力-应变关系应变关系第4页/共50页2023/2/2662 2广义密色斯理论广义密色斯理论广义密色斯理论广义密色斯理论式中式中式中式中EE材料的弹性模量材料的弹性模量材料的弹性模量材料的弹性模量材料的泊松比材料的泊松比材料的泊松比材料的泊松比畸变能的极限值畸变能的极限值畸变能的极限值畸变能的极限值，3 3莫尔莫尔莫尔莫尔库伦理论库伦理论库伦理论库伦理论 图图图图5-55-5固定剪切面的剪切试验固定剪切面的剪切试验固定剪切面的剪切试验固定剪切面的剪切试验第5页/共50页2023/2/267（1 1）库伦公式基本形式（总应力抗剪强度公式）库伦公式基本形式（总应力抗剪强度公式）库伦公式基本形式（总应力抗剪强度公式）库伦公式基本形式（总应力抗剪强度公式）式中式中式中式中剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度破坏面上的法向应力破坏面上的法向应力破坏面上的法向应力破坏面上的法向应力土的粘聚力，对于无粘性土，土的粘聚力，对于无粘性土，土的粘聚力，对于无粘性土，土的粘聚力，对于无粘性土，土的内摩擦角土的内摩擦角土的内摩擦角土的内摩擦角*称为抗剪强度指标，同一种土，它们与试验方法有关称为抗剪强度指标，同一种土，它们与试验方法有关称为抗剪强度指标，同一种土，它们与试验方法有关称为抗剪强度指标，同一种土，它们与试验方法有关（2 2）有效应力抗剪强度公式）有效应力抗剪强度公式）有效应力抗剪强度公式）有效应力抗剪强度公式式中式中式中式中剪切破坏面上的有效法向应力剪切破坏面上的有效法向应力剪切破坏面上的有效法向应力剪切破坏面上的有效法向应力uu土中的超静孔隙水压力土中的超静孔隙水压力土中的超静孔隙水压力土中的超静孔隙水压力土的有效粘聚力土的有效粘聚力土的有效粘聚力土的有效粘聚力土的有效内摩擦角土的有效内摩擦角土的有效内摩擦角土的有效内摩擦角，土的有效抗剪强度指标，对于同一种土，其值理论上与试验方法无关，应接近于常数。土的有效抗剪强度指标，对于同一种土，其值理论上与试验方法无关，应接近于常数。土的有效抗剪强度指标，对于同一种土，其值理论上与试验方法无关，应接近于常数。土的有效抗剪强度指标，对于同一种土，其值理论上与试验方法无关，应接近于常数。第6页/共50页2023/2/2684 4莫尔抗剪强度公式莫尔抗剪强度公式当应力变化范围不很大时可用当应力变化范围不很大时可用库伦直线代替莫尔破坏包线库伦直线代替莫尔破坏包线（二）莫尔（二）莫尔库伦破坏准则库伦破坏准则极限平衡条件极限平衡条件1 1土体中剪切破坏面位置的确定土体中剪切破坏面位置的确定（1 1）在地面荷载）在地面荷载p p作用下，土中作用下，土中某点某点MM的应力状态应力圆在强度的应力状态应力圆在强度包线下面，该点应力条件处于弹包线下面，该点应力条件处于弹性状态应力圆正好与强度相切，性状态应力圆正好与强度相切，该点处于极限平衡状态该点处于极限平衡状态.A.C.BMp第7页/共50页2023/2/269OO450+/2450+/2 1f1f（2 2）破裂面位置与最大主平面成）破裂面位置与最大主平面成2 2极限平衡条件推导极限平衡条件推导由由(5-7)(5-7)整理后：整理后：33 1f1f c c图图5-75-7土的破裂面确定土的破裂面确定第8页/共50页2023/2/2610又因又因又因又因故得故得故得故得（5-75-75-75-7）又因又因又因又因得：得：得：得：故公式（故公式（故公式（故公式（5-75-75-75-7）可写为：可写为：可写为：可写为：第9页/共50页2023/2/2611若若若若，即对洁净的砂土，则有，即对洁净的砂土，则有，即对洁净的砂土，则有，即对洁净的砂土，则有 当当当当时，时，时，时，归纳莫尔归纳莫尔归纳莫尔归纳莫尔库伦破坏理论，可表达为如下三个要点：库伦破坏理论，可表达为如下三个要点：库伦破坏理论，可表达为如下三个要点：库伦破坏理论，可表达为如下三个要点：1 1破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。破坏面上，材料的抗剪强度是法向应力的函数。可表达为：可表达为：可表达为：可表达为：2 2当法向应力不很大时，抗剪强度可简化为法向应力的线性函数，即表示为库伦公式当法向应力不很大时，抗剪强度可简化为法向应力的线性函数，即表示为库伦公式当法向应力不很大时，抗剪强度可简化为法向应力的线性函数，即表示为库伦公式当法向应力不很大时，抗剪强度可简化为法向应力的线性函数，即表示为库伦公式第10页/共50页2023/2/26123 3土单元体中，任何一个面上的剪应力大于该面上土的抗剪强度，土单元体即发生破坏，用破坏准则表示即为式（土单元体中，任何一个面上的剪应力大于该面上土的抗剪强度，土单元体即发生破坏，用破坏准则表示即为式（土单元体中，任何一个面上的剪应力大于该面上土的抗剪强度，土单元体即发生破坏，用破坏准则表示即为式（土单元体中，任何一个面上的剪应力大于该面上土的抗剪强度，土单元体即发生破坏，用破坏准则表示即为式（5-75-7）至式（）至式（）至式（）至式（5-105-10）的极限平衡条件）的极限平衡条件）的极限平衡条件）的极限平衡条件（三）极限平衡条件的应用（三）极限平衡条件的应用（三）极限平衡条件的应用（三）极限平衡条件的应用达到极限平衡所要求的内磨擦角达到极限平衡所要求的内磨擦角达到极限平衡所要求的内磨擦角达到极限平衡所要求的内磨擦角单元体已破坏单元体已破坏单元体已破坏单元体已破坏单元体处于弹性平衡状态单元体处于弹性平衡状态单元体处于弹性平衡状态单元体处于弹性平衡状态单元体处于塑性平衡状态单元体处于塑性平衡状态单元体处于塑性平衡状态单元体处于塑性平衡状态 达极限平衡所要求的大主应力达极限平衡所要求的大主应力达极限平衡所要求的大主应力达极限平衡所要求的大主应力处于弹性平衡状态处于弹性平衡状态处于弹性平衡状态处于弹性平衡状态,反之已破坏反之已破坏反之已破坏反之已破坏.第11页/共50页2023/2/26133 3 土的抗剪强度试验方法土的抗剪强度试验方法土的抗剪强度试验方法土的抗剪强度试验方法一、三轴剪切试验一、三轴剪切试验一、三轴剪切试验一、三轴剪切试验（一）常规三轴剪切试验方法（一）常规三轴剪切试验方法（1 1）排水剪：图及试验结果见第四章第二节）排水剪：图及试验结果见第四章第二节（2 2）不排水剪：）不排水剪：详细讨论见第五节详细讨论见第五节图图5-115-11不排水剪切的应力不排水剪切的应力-应变应变-孔压关系曲线孔压关系曲线密实中密轴向应变轴向应变 1 1(%)(%)u密实中密松0松轴向应变轴向应变 1 1(%)(%)-1000-50050100第12页/共50页2023/2/2614（二）破坏包线和抗剪强度指标1 1从应力从应力-应变关系曲线寻找破坏时应变关系曲线寻找破坏时的偏差应力的偏差应力的方法有三种的方法有三种（1 1）取曲线的最大偏差应力值）取曲线的最大偏差应力值当需要用土的残余强度时取当需要用土的残余强度时取试验曲线的终值试验曲线的终值作作（2 2）以最大有效主应力比）以最大有效主应力比处的偏差应力值作为处的偏差应力值作为（3 3）取规定的轴向应变值）取规定的轴向应变值所相应的偏差应力作为所相应的偏差应力作为值值2 2包络线的作法包络线的作法由可作出包络线l第13页/共50页2023/2/2615（三）三轴试验中的应力路径和破坏主应力线（三）三轴试验中的应力路径和破坏主应力线1 1三轴排水三轴排水所以所以应力路径：直线p=q*破坏主应力线，破坏点的连线图图5-135-13排水剪切应力路径排水剪切应力路径apKfq450第14页/共50页2023/2/26162 2三轴不排水试验三轴不排水试验a.a.总应力（不考虑总应力（不考虑）增加增加，有有b.b.有效应力路径有效应力路径增加增加其中其中，所以所以u u不是常量。不是常量。450apKfq=(1-3)/2P=(1+3)/2P/=(1/+3/)/2图图5-145-14不排水剪切应力路径不排水剪切应力路径Kf/第15页/共50页2023/2/2617 c c 33 11 OOOO/p pq q a a ff线线K Kff线线RR3 3）破坏包线与破坏主应力线关系）破坏包线与破坏主应力线关系故故又又故故图5-15破坏包线与破坏主应力线破坏包线与破坏主应力线第16页/共50页2023/2/2618（四）（四）（四）（四）三轴试验的发展三轴试验的发展三轴试验的发展三轴试验的发展令令令令第17页/共50页2023/2/2619二、直剪试验二、直剪试验二、直剪试验二、直剪试验（一）试验设备和试验方法一）试验设备和试验方法设备：应变控制式直接剪切仪设备：应变控制式直接剪切仪取破坏时的正应力和剪应力值作出取破坏时的正应力和剪应力值作出曲线曲线取值：取值：取剪应力取剪应力剪变形曲线峰值为剪变形曲线峰值为取值：取值：曲线之终值曲线之终值第18页/共50页2023/2/2620（二）优缺点及新发展（二）优缺点及新发展（二）优缺点及新发展（二）优缺点及新发展优点：（优点：（优点：（优点：（1 1）固结快，试验历时短）固结快，试验历时短）固结快，试验历时短）固结快，试验历时短（2 2）无侧向膨胀）无侧向膨胀）无侧向膨胀）无侧向膨胀 竖向变形直接算出竖向变形直接算出竖向变形直接算出竖向变形直接算出缺缺缺缺点点点点：（1 1）剪剪剪剪切切切切面面面面上上上上剪剪剪剪应应应应力力力力分分分分布布布布不不不不均均均均匀匀匀匀，中中中中间小边缘大间小边缘大间小边缘大间小边缘大 （2 2）不不不不能能能能控控控控制制制制排排排排水水水水条条条条件件件件，无无无无法法法法测测测测出出出出孔孔孔孔隙水压力隙水压力隙水压力隙水压力 （3 3）剪剪剪剪切切切切面面面面上上上上土土土土的的的的性性性性值值值值不不不不能能能能代代代代表表表表其其其其他他他他部位土部位土部位土部位土深基坑不能做直剪试验，应作三轴试验深基坑不能做直剪试验，应作三轴试验深基坑不能做直剪试验，应作三轴试验深基坑不能做直剪试验，应作三轴试验发展方向：单剪仪发展方向：单剪仪发展方向：单剪仪发展方向：单剪仪第19页/共50页2023/2/2621（三）无侧限压缩试验（三）无侧限压缩试验（三）无侧限压缩试验（三）无侧限压缩试验根据土的极限平衡条件根据土的极限平衡条件根据土的极限平衡条件根据土的极限平衡条件IfThen应用：应用：应用：应用：11代替三轴试验（当代替三轴试验（当代替三轴试验（当代替三轴试验（当）22可用来求土的灵敏度可用来求土的灵敏度可用来求土的灵敏度可用来求土的灵敏度 缺点：缺点：缺点：缺点：11太软土（流塑）不可太软土（流塑）不可太软土（流塑）不可太软土（流塑）不可22试验快试验快试验快试验快,水来不及排除水来不及排除水来不及排除水来不及排除第20页/共50页2023/2/2622四、十字板剪切试验四、十字板剪切试验四、十字板剪切试验四、十字板剪切试验原位试验原位试验原位试验原位试验（一）土的原位测试技术的优点（一）土的原位测试技术的优点1 1可在现场进行，避免取样可在现场进行，避免取样可在现场进行，避免取样可在现场进行，避免取样2 2涉及的土体积比室内试验样品大很多涉及的土体积比室内试验样品大很多涉及的土体积比室内试验样品大很多涉及的土体积比室内试验样品大很多3 3可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标4 4具有快速经济的优点具有快速经济的优点具有快速经济的优点具有快速经济的优点土的原位测试技术的缺点土的原位测试技术的缺点土的原位测试技术的缺点土的原位测试技术的缺点1 1难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件2 2测试数据和土的工程性质的关系建立在统计经验关系上测试数据和土的工程性质的关系建立在统计经验关系上测试数据和土的工程性质的关系建立在统计经验关系上测试数据和土的工程性质的关系建立在统计经验关系上3 3测试设备进入土层对土层也有一定扰动测试设备进入土层对土层也有一定扰动测试设备进入土层对土层也有一定扰动测试设备进入土层对土层也有一定扰动4 4试验应力路径无法很好控制，试验时的主应力方向与实际试验应力路径无法很好控制，试验时的主应力方向与实际试验应力路径无法很好控制，试验时的主应力方向与实际试验应力路径无法很好控制，试验时的主应力方向与实际工程往往不一致工程往往不一致工程往往不一致工程往往不一致5 5应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结第21页/共50页2023/2/2623（二）十字板剪切试验适用范围（二）十字板剪切试验适用范围（二）十字板剪切试验适用范围（二）十字板剪切试验适用范围测定正常固结饱和软粘土测定正常固结饱和软粘土测定正常固结饱和软粘土测定正常固结饱和软粘土的不排水抗剪强度的不排水抗剪强度的不排水抗剪强度的不排水抗剪强度和灵敏度和灵敏度和灵敏度和灵敏度（三）测试原理：（三）测试原理：（三）测试原理：（三）测试原理：其中：假其中：假其中：假其中：假（各向同性）（各向同性）（各向同性）（各向同性）柱体的上、下面的抗剪强度对柱体的上、下面的抗剪强度对柱体的上、下面的抗剪强度对柱体的上、下面的抗剪强度对圆心所产生的抗扭力矩圆心所产生的抗扭力矩圆心所产生的抗扭力矩圆心所产生的抗扭力矩圆柱面上的剪应力对圆心所产圆柱面上的剪应力对圆心所产圆柱面上的剪应力对圆心所产圆柱面上的剪应力对圆心所产生的抗扭力矩生的抗扭力矩生的抗扭力矩生的抗扭力矩1 1影响测试精度的主要因素影响测试精度的主要因素（1 1）旋转速率）旋转速率（2 2）土的各向异性）土的各向异性（3 3）十字板头规格）十字板头规格图5-23第22页/共50页2023/2/2624（4 4）排水条件）排水条件）排水条件）排水条件（5 5）轴杆与孔壁摩擦）轴杆与孔壁摩擦）轴杆与孔壁摩擦）轴杆与孔壁摩擦2 2成果分析应用成果分析应用成果分析应用成果分析应用（1 1）计算软粘土的不排水抗剪强度峰值，残余峰和灵敏度）计算软粘土的不排水抗剪强度峰值，残余峰和灵敏度）计算软粘土的不排水抗剪强度峰值，残余峰和灵敏度）计算软粘土的不排水抗剪强度峰值，残余峰和灵敏度（2 2）绘制）绘制）绘制）绘制CuCu随深度变化曲线随深度变化曲线随深度变化曲线随深度变化曲线（3 3）土的长期强度仅为峰值强度的）土的长期强度仅为峰值强度的）土的长期强度仅为峰值强度的）土的长期强度仅为峰值强度的6070%6070%，应修正，应修正，应修正，应修正（4 4）十字板不排水抗剪强度的应用）十字板不排水抗剪强度的应用）十字板不排水抗剪强度的应用）十字板不排水抗剪强度的应用a.a.计算地基承载力计算地基承载力计算地基承载力计算地基承载力b.b.预估单桩承载力预估单桩承载力预估单桩承载力预估单桩承载力c.c.求软粘土灵敏度求软粘土灵敏度求软粘土灵敏度求软粘土灵敏度d.d.软土地区堤坝的临界高度软土地区堤坝的临界高度软土地区堤坝的临界高度软土地区堤坝的临界高度e.e.地基抗滑稳定分析地基抗滑稳定分析地基抗滑稳定分析地基抗滑稳定分析f.f.估计土的液性指数估计土的液性指数估计土的液性指数估计土的液性指数g.g.检验地基加固效果检验地基加固效果检验地基加固效果检验地基加固效果h.h.根据根据根据根据Cu-zCu-z变化曲线关系，判定软土固结历史变化曲线关系，判定软土固结历史变化曲线关系，判定软土固结历史变化曲线关系，判定软土固结历史第23页/共50页2023/2/26254 4 土的抗剪强度机理和影响因素土的抗剪强度机理和影响因素土的抗剪强度机理和影响因素土的抗剪强度机理和影响因素一、摩擦强度一、摩擦强度一般由两部分组成：一般由两部分组成：一是颗粒之间滑动时产生的滑动摩擦，一是颗粒之间滑动时产生的滑动摩擦，一是颗粒之间脱离咬合状态而移动所产生的咬合摩擦。一是颗粒之间脱离咬合状态而移动所产生的咬合摩擦。滑动摩擦与颗粒形状、矿物组成、级配有关滑动摩擦与颗粒形状、矿物组成、级配有关咬合摩擦与土的密度、磨圆度有关咬合摩擦与土的密度、磨圆度有关影响（粗粒土）的因素：影响（粗粒土）的因素：（1 1）密度）密度（2 2）粒经级配）粒经级配（3 3）颗粒形状）颗粒形状（4 4）矿物成分）矿物成分第24页/共50页2023/2/2626二、粘聚强度二、粘聚强度细粒土的粘聚力取决于土粒间的细粒土的粘聚力取决于土粒间的各种物理化学作用力，包括库伦力各种物理化学作用力，包括库伦力（静电力）、范得华力、胶结作用（静电力）、范得华力、胶结作用力等。对粘聚力的微观研究是一个很力等。对粘聚力的微观研究是一个很复杂的问题，目前还存在着各种不同复杂的问题，目前还存在着各种不同的见解。的见解。三、摩擦强度和粘聚强度的内在联系三、摩擦强度和粘聚强度的内在联系接触点面积：接触点面积：Ai=Ni/y式中式中 y材料的屈服强度材料的屈服强度又又 ff=s=sAi 所以所以其中其中 f f可看成摩擦系数，可看成摩擦系数，f=tgf=tg 隙隙空空空空隙隙PPNiAi(a)(b)图图5-30 5-30 土颗粒的微观接触土颗粒的微观接触(a)(a)荷载教小时荷载教小时(b)(b)荷载增加，接触点屈荷载增加，接触点屈服服第25页/共50页2023/2/2627结论结论土的抗剪强度虽然形式上区分为摩擦强度和土的抗剪强度虽然形式上区分为摩擦强度和粘聚强度，而其物理实质则难以截然区分；粘聚强度，而其物理实质则难以截然区分；c=0,c=0,并非无摩擦强度，而是隐含在并非无摩擦强度，而是隐含在cc中；中；=0=0，并非无，并非无粘聚强度，而是隐含于粘聚强度，而是隐含于c c 中。中。学习中，既要看到摩擦强度和粘聚强度间有学习中，既要看到摩擦强度和粘聚强度间有区别的一面又要看到它们之间有相同的一面。区别的一面又要看到它们之间有相同的一面。第26页/共50页2023/2/2628四四四四、密密密密度度度度对对对对抗抗抗抗剪剪剪剪强强强强度度度度的的的的影影影影响响响响密密密密度度度度有有有有效效效效应应应应力力力力抗抗抗抗剪剪剪剪强度的唯一性关系强度的唯一性关系强度的唯一性关系强度的唯一性关系影响抗剪强度最主要的因素：影响抗剪强度最主要的因素：土的组成土的组成土的密度土的密度土的结构及所受应力状态土的结构及所受应力状态证明土的密度证明土的密度有效应力有效应力抗剪强度唯一性关系抗剪强度唯一性关系（a a）排水试验：密度增大）排水试验：密度增大,(b)(b)固结不排水试验固结不排水试验 不变不变第27页/共50页2023/2/2629剪切至破坏剪切至破坏试样试样1 11（排水）（排水）试验试验1 1（排水试验）（排水试验）固结固结2孔孔隙隙水水压压力力u u试样试样2 2剪切至破坏剪切至破坏（不排水）（不排水）固结固结试验试验2 2（固界不排水试验）固界不排水试验）45012图5-31唯一性试验验证第28页/共50页2023/2/2630实验结论：实验结论：（1 1）正常固结土，）正常固结土，唯一性关系不受唯一性关系不受加载路径影响加载路径影响（2 2）对于超固结土，只要应力历史相同，）对于超固结土，只要应力历史相同，唯一性的原则仍可适用。唯一性的原则仍可适用。因此，应力历史相同的土，密度愈高，因此，应力历史相同的土，密度愈高，抗剪强度愈大，有效应力愈高，抗剪强度也愈抗剪强度愈大，有效应力愈高，抗剪强度也愈大。大。第29页/共50页2023/2/26315 5 土在剪切中的性状和各类抗剪强度指标土在剪切中的性状和各类抗剪强度指标土在剪切中的性状和各类抗剪强度指标土在剪切中的性状和各类抗剪强度指标土的特点：土的特点：同一种土，用同一台仪器做试验，如果采用的试验方法，特别是排水条件不一样，测得的结果往往差别很大，有时甚至相当悬殊。同一种土，用同一台仪器做试验，如果采用的试验方法，特别是排水条件不一样，测得的结果往往差别很大，有时甚至相当悬殊。一、土在排水和不排水条件下的剪切状态一、土在排水和不排水条件下的剪切状态土与弹性材相比，有一个重要的特征：即受剪切时不仅产生形状的变化，还要产生体积的变化土与弹性材相比，有一个重要的特征：即受剪切时不仅产生形状的变化，还要产生体积的变化“剪胀性剪胀性剪胀性剪胀性”，它包括体积剪胀和剪缩。，它包括体积剪胀和剪缩。对于对于土体积的变化完全由于孔隙流体（水和气）体积的变化土体积的变化完全由于孔隙流体（水和气）体积的变化非饱和土：非饱和土：变化变化首先表现为气体的体积变化首先表现为气体的体积变化与土的透气性有关与土的透气性有关饱和土：饱和土：变化变化吸入或挤出水分吸入或挤出水分与渗透系数与渗透系数K有关，有关，K大，体积变化时间短大，体积变化时间短第30页/共50页2023/2/26321 1、排水剪、排水剪密砂：密砂：很小，收缩很小，收缩膨胀膨胀密度降低密度降低承受剪应力能力降低承受剪应力能力降低峰值峰值残余值残余值松砂：松砂：剪缩剪缩密度增大密度增大稳定的应力稳定的应力竖向应变密砂l松砂松砂竖向应变体积应变增大密砂v图图3-33-3三轴试验应力应变曲线三轴试验应力应变曲线第31页/共50页2023/2/2633结论：结论：若两种不同密实状态的砂的组成相同，则若两种不同密实状态的砂的组成相同，则若两种不同密实状态的砂的组成相同，则若两种不同密实状态的砂的组成相同，则剪应变很大时两种砂的密度和残余强度将趋于剪应变很大时两种砂的密度和残余强度将趋于剪应变很大时两种砂的密度和残余强度将趋于剪应变很大时两种砂的密度和残余强度将趋于一致，对应于该密度的孔隙比，称为临界孔隙一致，对应于该密度的孔隙比，称为临界孔隙一致，对应于该密度的孔隙比，称为临界孔隙一致，对应于该密度的孔隙比，称为临界孔隙比比比比，它表示土处于这种密实状态时，受剪，它表示土处于这种密实状态时，受剪，它表示土处于这种密实状态时，受剪，它表示土处于这种密实状态时，受剪切作用只产生剪应变而不产生体应变。切作用只产生剪应变而不产生体应变。切作用只产生剪应变而不产生体应变。切作用只产生剪应变而不产生体应变。第32页/共50页2023/2/2634细粒土：类似粗料土性状细粒土：类似粗料土性状细粒土：类似粗料土性状细粒土：类似粗料土性状正正正正常常常常固固固固结结结结及及及及轻轻轻轻度度度度超超超超固固固固结结结结土土土土类类类类似似似似于于于于松松松松砂砂砂砂和和和和中中中中密密密密砂砂砂砂重重重重度度度度的的的的超固结土则类似于密砂。超固结土则类似于密砂。超固结土则类似于密砂。超固结土则类似于密砂。2 2不排水剪不排水剪不排水剪不排水剪剪切中不让土样排水，控制体积固定不变剪切中不让土样排水，控制体积固定不变剪切中不让土样排水，控制体积固定不变剪切中不让土样排水，控制体积固定不变机理：机理：机理：机理：土土土土体体体体积积积积有有有有膨膨膨膨胀胀胀胀趋趋趋趋势势势势土土土土产产产产生生生生负负负负值值值值的的的的孔孔孔孔隙隙隙隙水水水水压压压压力力力力作作作作用于骨架的有效应力增加，使土体不能膨胀。用于骨架的有效应力增加，使土体不能膨胀。用于骨架的有效应力增加，使土体不能膨胀。用于骨架的有效应力增加，使土体不能膨胀。土土土土体体体体有有有有收收收收缩缩缩缩的的的的趋趋趋趋势势势势而而而而控控控控制制制制不不不不让让让让其其其其收收收收缩缩缩缩时时时时土土土土产产产产生生生生正正正正的的的的孔孔孔孔隙隙隙隙水水水水压压压压力力力力减减减减小小小小作作作作用用用用于于于于骨骨骨骨架架架架上上上上的的的的有有有有效效效效应应应应力力力力土土土土体体体体不不不不发生收缩。发生收缩。发生收缩。发生收缩。第33页/共50页2023/2/2635结论结论：密砂产生负值孔隙水压力，增加土的抗剪强度；松砂密砂产生负值孔隙水压力，增加土的抗剪强度；松砂则产生正值孔隙水压力，降低土的抗剪强度则产生正值孔隙水压力，降低土的抗剪强度正常固结土和轻度超固结土，类似于松砂和中密砂正常固结土和轻度超固结土，类似于松砂和中密砂，重度超固结土类似于密砂。，重度超固结土类似于密砂。第34页/共50页2023/2/2636二、总应力抗剪强度指标和有效应力抗二、总应力抗剪强度指标和有效应力抗二、总应力抗剪强度指标和有效应力抗二、总应力抗剪强度指标和有效应力抗 剪强剪强剪强剪强度指标度指标度指标度指标砂：总应力：砂：总应力：有效应力：有效应力：式中：式中：总应力内摩擦角总应力内摩擦角有效应力内摩擦角有效应力内摩擦角同一个试件，同一种试验方法测得的强度只有一个，但却有两种表达方式同一个试件，同一种试验方法测得的强度只有一个，但却有两种表达方式显然：显然：例：松砂：例：松砂：密砂：密砂：/uf/图图5-325-32 有有效效应应力力破破坏坏包包线和总应力破坏包线线和总应力破坏包线第35页/共50页2023/2/2637结论结论结论结论有效应力强度指标与总应力强度指标的差别实质上是反映试件中孔隙水压力对土的抗剪强度的影响。有效应力强度指标与总应力强度指标的差别实质上是反映试件中孔隙水压力对土的抗剪强度的影响。有效应力强度指标与总应力强度指标的差别实质上是反映试件中孔隙水压力对土的抗剪强度的影响。有效应力强度指标与总应力强度指标的差别实质上是反映试件中孔隙水压力对土的抗剪强度的影响。总应力法：用试验方法模拟原位土体的工作条件测总应力法：用试验方法模拟原位土体的工作条件测总应力法：用试验方法模拟原位土体的工作条件测总应力法：用试验方法模拟原位土体的工作条件测。有效应力法：确切反映土的抗剪强度的实质，是今后发展方向。但孔隙水压力有效应力法：确切反映土的抗剪强度的实质，是今后发展方向。但孔隙水压力有效应力法：确切反映土的抗剪强度的实质，是今后发展方向。但孔隙水压力有效应力法：确切反映土的抗剪强度的实质，是今后发展方向。但孔隙水压力不易测得。不易测得。不易测得。不易测得。说明：理论上，若试件中的孔压比说明：理论上，若试件中的孔压比说明：理论上，若试件中的孔压比说明：理论上，若试件中的孔压比（为滑动面上的正应力）与原位土体的孔压比相同，则用总应力法与有效应力法得到的抗剪强度就能相互一致。为滑动面上的正应力）与原位土体的孔压比相同，则用总应力法与有效应力法得到的抗剪强度就能相互一致。为滑动面上的正应力）与原位土体的孔压比相同，则用总应力法与有效应力法得到的抗剪强度就能相互一致。为滑动面上的正应力）与原位土体的孔压比相同，则用总应力法与有效应力法得到的抗剪强度就能相互一致。第36页/共50页2023/2/2638三、三轴不固结不排水剪切试验（三、三轴不固结不排水剪切试验（三、三轴不固结不排水剪切试验（三、三轴不固结不排水剪切试验（UUUU）和）和）和）和直剪快剪试验直剪快剪试验直剪快剪试验直剪快剪试验1 1、主要试验过程、主要试验过程土样土样第37页/共50页2023/2/2639cu/uc/uIII图图5-335-33饱和土不固结不排水强度包饱和土不固结不排水强度包线线2 2试验结论试验结论1 1）饱和试件：）饱和试件：不变不变不变不变不变不变 大小取决于先期固结压力大小取决于先期固结压力愈高，愈高，愈小，愈小，愈大。愈大。2 2）饱和土的孔压系数）饱和土的孔压系数B=1B=1。有效应力圆只有一个。有效应力圆只有一个证明：证明：设饱和粘土试样在地层中所受的垂直固结压力为设饱和粘土试样在地层中所受的垂直固结压力为，则侧向固结压力为，则侧向固结压力为（为侧向压力系数）为侧向压力系数）第38页/共50页2023/2/2640应力圆I，相当于时的情况应力圆II，相当于对I试件：其中初始孔隙水压力（1）试样II：有效应力圆只有一个有效应力圆只有一个第39页/共50页2023/2/26413 3与其它试验关系与其它试验关系无侧限压缩，十字板剪切测得的无侧限压缩，十字板剪切测得的4 4应用应用不排水强度用于荷载增加所引起的孔隙水压力不消散，密度保持不变的情况，如地基的极限承载计算中，若建筑物的施工速度快，地基土的粘性大，透水性小，排水条件差时应采用不排水强度。不排水强度用于荷载增加所引起的孔隙水压力不消散，密度保持不变的情况，如地基的极限承载计算中，若建筑物的施工速度快，地基土的粘性大，透水性小，排水条件差时应采用不排水强度。（二）快剪试验（二）快剪试验与三轴不固结不排水试验方法相对应，在直剪试验中称为快剪试验与三轴不固结不排水试验方法相对应，在直剪试验中称为快剪试验粘性较大的土样，快剪试验与粘性较大的土样，快剪试验与UUUU试验性质基本相同试验性质基本相同低性粘或无粘性土，快剪试验与低性粘或无粘性土，快剪试验与UUUU试验性质差别较大试验性质差别较大第40页/共50页2023/2/2642四、三轴固结排水试验和直剪慢剪试验四、三轴固结排水试验和直剪慢剪试验四、三轴固结排水试验和直剪慢剪试验四、三轴固结排水试验和直剪慢剪试验土样土样2 2试验结论试验结论试验结论试验结论（1 1）（2 2）试验室土样划分）试验室土样划分）试验室土样划分）试验室土样划分注：上述定义与天然土层正常固结、超固结定义有区别注：上述定义与天然土层正常固结、超固结定义有区别第41页/共50页2023/2/2643正常固结土：正常固结土：正常固结土：正常固结土：天然土：天然土：天然土：天然土：3 3应用应用应用应用（1 1）施工速度较慢，地基土的粘性小，透水性大，排水条件良好时应采用排水强度。）施工速度较慢，地基土的粘性小，透水性大，排水条件良好时应采用排水强度。）施工速度较慢，地基土的粘性小，透水性大，排水条件良好时应采用排水强度。）施工速度较慢，地基土的粘性小，透水性大，排水条件良好时应采用排水强度。（二）慢剪试验（二）慢剪试验（二）慢剪试验（二）慢剪试验与三轴排水试验方法相对应，在直剪试验中为慢剪试验。与三轴排水试验方法相对应，在直剪试验中为慢剪试验。与三轴排水试验方法相对应，在直剪试验中为慢剪试验。与三轴排水试验方法相对应，在直剪试验中为慢剪试验。do摩擦强度粘聚强度图图5-355-35正常固结土强度包线正常固结土强度包线cdob正常固结段正常固结段超固结段超固结段p图图5-365-36天然土天然土f包线包线dceda第42页/共50页2023/2/2644五三轴固结不排水试验和直剪快剪试验五三轴固结不排水试验和直剪快剪试验五三轴固结不排水试验和直剪快剪试验五三轴固结不排水试验和直剪快剪试验土样土样（一）三轴固结不排水试验一）三轴固结不排水试验一）三轴固结不排水试验一）三轴固结不排水试验1 1、试验过程、试验过程、试验过程、试验过程2 2试验结论试验结论试验结论试验结论将试样在不同的将试样在不同的将试样在不同的将试样在不同的下作不排水剪试验，即可得破坏圆下作不排水剪试验，即可得破坏圆下作不排水剪试验，即可得破坏圆下作不排水剪试验，即可得破坏圆ccu2ccu1ccucu图5-38固结不排水强度包线固结不排水强度包线第43页/共50页2023/2/2645正常固结：正常固结：天然土试件：天然土试件：有效应力抗剪指标：有效应力抗剪指标：obcu图5-39正常固结土和天然正常固结土和天然土的固结不排水强度包线土的固结不排水强度包线ccuob正常固结段正常固结段超固结段超固结段（/）ccuc/-u1+u2超固超固结结正常固结正常固结图图5-405-40总应力强度包线和有效应力强度包线总应力强度包线和有效应力强度包线总应力圆总应力圆有效应力圆有效应力圆第44页/共5