土力学土的抗剪强度.ppt
土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院 剪切面（剪切带）：土体剪切破坏是沿某一面发生与剪切方向一致的相对位移，这个面通常称为剪切面剪切面。土的抗剪土的抗剪强度强度 外力作用在土体上必然产生附加应力，也包括切应力，切应力达到一定程度时必然发生剪切破坏，而土体抵抗剪切破坏的极限能力就是土的抗剪强度。抗剪强度。土的土的抗剪强度抗剪强度取决于土的类型及组成、颗粒级配、矿物成分、取决于土的类型及组成、颗粒级配、矿物成分、含水状态、土粒结构等自身原因，同时还受到应力状态的影响。含水状态、土粒结构等自身原因，同时还受到应力状态的影响。土体发生剪切破坏最终要形成贯通的破坏面。土体发生剪切破坏最终要形成贯通的破坏面。峰值峰值强度：强度：土体破坏之前抗剪强度达到的最大值或临界值。残余强度：残余强度：土体破坏之后抗剪强度的最小值或稳定后的值。1土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院土的抗剪土的抗剪强度强度-工程危害示例工程危害示例大大阪阪的的港港口口码码头头档档土土墙墙由由于于液液化化前前倾倾2土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院龙观嘴龙观嘴黄崖沟黄崖沟乌江乌江土的抗剪土的抗剪强度强度-工程危害示例工程危害示例2000年年西西藏藏易易贡贡巨巨型型滑滑坡坡3土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院日本新泻日本新泻19641964年地震引起大面积液化年地震引起大面积液化4土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院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无粘性土一般无无粘性土一般无连结，抗剪强度连结，抗剪强度主要是由颗粒间主要是由颗粒间的摩擦力组成，的摩擦力组成，这与粒度、密实这与粒度、密实度和含水情况有度和含水情况有关。关。5土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院土的抗剪强度的数学表达土的抗剪强度的数学表达 f=tan 砂类土砂类土 f f=c+tan 粘性土粘性土c f总应力表示法总应力表示法可表示为总应力表示法总应力表示法和有效应力表示法有效应力表示法。其中其中 f 为抗剪为抗剪强度，强度，为法向应力，为法向应力，c为内聚力或粘聚力，为内聚力或粘聚力，为内摩擦角为内摩擦角6土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院1.作用于土体的有效应力等于总应力作用于土体的有效应力等于总应力和孔隙水压力和孔隙水压力u之差，即之差，即2.土体的强度及变形性质只取决于作用其上的有效应力，孔隙水土体的强度及变形性质只取决于作用其上的有效应力，孔隙水压力对这些性质无影响。压力对这些性质无影响。式中，式中，为土的有效粘聚力和有效内摩擦角。为土的有效粘聚力和有效内摩擦角。有效应力表示法：有效应力表示法：总应力表示法有广泛的应用性，因为当排水条件好，孔隙水压力很小总应力表示法有广泛的应用性，因为当排水条件好，孔隙水压力很小时，总应力几乎都作用在土体颗粒上，故总应力法在工程中有很多情时，总应力几乎都作用在土体颗粒上，故总应力法在工程中有很多情况下可以近似采用。况下可以近似采用。7土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院便于应用便于应用,但但u u不能产生抗剪强不能产生抗剪强度，不符合强度机理，应用时度，不符合强度机理，应用时要符合工程条件要符合工程条件土的抗剪强度的土的抗剪强度的有效应力指标有效应力指标c c,=c=c +tgtg =-u-u符合土的破坏机理，但有时符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力孔隙水压力u u无法确定无法确定土的抗剪强度的土的抗剪强度的总应力指标总应力指标c,c,=c+=c+tgtg 强度指标强度指标抗剪强度抗剪强度简单评价简单评价总应力表示法和有效应力表示法之比较总应力表示法和有效应力表示法之比较8土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院土的抗剪强度的试验方法土的抗剪强度的试验方法 按排水条件 分 UUUU试验试验-快剪（不排水剪）：快剪（不排水剪）：在剪切试验过程中土的含水量不变，因此，无论加垂直压力或水平剪力，都必须迅速进行，不让孔隙水排出。适用范围：加荷速率快，排水条件差 CUCU试验试验-固结快剪（固结不排水剪）：固结快剪（固结不排水剪）：试样在垂直压力下排水固结稳定后，迅速施加水平剪力，以保持土样的含水量在剪切前后基本不变。试用范围：一般建筑物地基的稳定性，施工期间具有一定的固结作用。CDCD试验试验-慢剪（固结排水剪）：慢剪（固结排水剪）：土样的上下两面均为透水石，以利排水，在垂直压力作用下，待充分排水固结稳定后，再缓慢施加水平剪力，直至土样破坏。适用范围：加荷速率慢，排水条件好，施工期长，9土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院直接剪切试验优点：仪器构造简单，操作方便缺点：（1）剪切面不一定是试样抗剪能力最弱的面；（2）剪切面上应力分布不均，且受面积愈来愈小；（3）不能控制排水条件，测不出孔隙水压力的变化。三轴剪切试验优点：（1）试验中能控制排水条件及测定孔隙水压力变化；（2）剪切面不固定；（3）应力状态明确；（4）除抗剪强度外，能测定其它指标。缺点：（1）操作复杂；（2）所需试样多；（3）主应力方向固定不变，且只反映轴对称情况，与实际情况尚不符。土的抗剪强度的试验方法土的抗剪强度的试验方法 按试验仪器 分 环剪试验优点：（1）试验中能控制排水条件及测定孔隙水压力变化；（2）应力状态明确；（3）剪切面积大，高速、高压，更接近实际情况（4）能测出峰值强度和残余强度。缺点：（1）剪切面人为确定；（2）操作复杂；（3）所需试样多，且为扰动样。10土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验直接剪切试验直接剪切试验试验仪器：试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）直剪仪（应力控制式，应变控制式）11土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院12土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院13土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院在法向应力在法向应力 作用下，剪应力与剪切位移关系曲线如图所示，可以显作用下，剪应力与剪切位移关系曲线如图所示，可以显示出峰值强度和残余强度。示出峰值强度和残余强度。直接剪切试验直接剪切试验a a b b 剪切位移剪切位移l(0.01mm)(0.01mm)剪应力剪应力（kPakPa)a点点对应峰值强度对应峰值强度b点点对应残余强度对应残余强度14土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院在不同的垂直压力在不同的垂直压力 下进行剪切试验，得相应的抗剪强度下进行剪切试验，得相应的抗剪强度f f，绘制绘制f f -曲线，得该土的抗剪强度包线曲线，得该土的抗剪强度包线15土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院三三轴轴剪剪切切试试验验16土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院 3 3 3 3 3 3 试验原理试验原理将试样置于压力室中，土样受三向压力，通过控制三向压力大小组合关系，研究土样产生斜向或沿弱面破裂的特征。试样破坏的本质是压剪型。根据受根据受压力大压力大小的组小的组合关系，合关系，可分为可分为常规三轴真三轴试验三轴挤长三轴压缩17土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院试验步骤试验步骤:2.施加周围压力3.施加竖向压力1.装样 分为不固结不排水分为不固结不排水试验、固结不排水试验试验、固结不排水试验和固结排水试验。和固结排水试验。18土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院三轴剪切试验三轴剪切试验抗剪强度包线抗剪强度包线 c 分别在不同的周围压力分别在不同的周围压力 3 3作用下进行剪切，得到作用下进行剪切，得到 3 34 4 个不同个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线。抗剪强度包线抗剪强度包线19土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院环剪试验环剪试验仪器名称：仪器名称：高速高压大型环剪试验机高速高压大型环剪试验机主要功能：主要功能：可测土的抗剪强度、孔隙可测土的抗剪强度、孔隙水压力随时间变化的历程水压力随时间变化的历程主要特点：主要特点：高速：最大运动速度可达30cm/s高压：最大压力可达500kPa20土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院环剪试验环剪试验仪器构造：仪器构造：一般包括三部分，即主机，一般包括三部分，即主机，控制台和控制系统控制台和控制系统可完成的试验项目可完成的试验项目排水排水不排水不排水固结慢剪固结慢剪 固结快剪固结快剪急速荷载急速荷载震动荷载震动荷载单向单向双向双向21土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院环剪试验环剪试验可测定参数：可测定参数：孔隙水压力孔隙水压力 动态发生变化动态发生变化内聚力内聚力土的抗剪强度：土的抗剪强度：峰值强度，残余强度峰值强度，残余强度摩擦角摩擦角：运动状态下运动状态下瞬时荷载下瞬时荷载下22土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院抗剪强度的基本理论抗剪强度的基本理论土的屈服特性：土的屈服是随应力作用经加荷、卸荷、再加荷反复过程不断硬化的过程，土的破坏是强度问题，而屈服过程的极限结果是破坏。控制土破坏的强度理论强度理论或破坏准则破坏准则是指对土的屈服、破坏现象和机理的科学假说。常常用用的的破破坏坏准准则则最大切应力理论最大切应力理论库仑库仑-莫尔莫尔(ColumbColumb-HohrHohr)理论理论米塞斯（米塞斯（MisesMises）理论理论DrukerDruker-PragerPrager理论理论23土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院最大切应力理论最大切应力理论先由库仑提出，后被特雷斯加推广应用到塑性流动的情况，表达式为先由库仑提出，后被特雷斯加推广应用到塑性流动的情况，表达式为米塞斯米塞斯（Mises）理论理论德鲁克德鲁克-普拉格普拉格理论理论该理论认为材料的应变能达到极限时就进入破坏状态，其方程表达式为该理论认为材料的应变能达到极限时就进入破坏状态，其方程表达式为式中式中I I1 1为应力偏张量第一不变量为应力偏张量第一不变量J J1 1为为应力偏张量的第二不变量应力偏张量的第二不变量24土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院各种破坏准则各种破坏准则25土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院库仑定律（剪切定律）f=c+tan 粘土粘土c f f=tan 砂土砂土 f17761776年，库仑根据年，库仑根据砂土砂土剪切试验剪切试验得到如下曲线，后推到粘性土中得到如下曲线，后推到粘性土中26土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院库仑定律：库仑定律：土的抗剪强度是剪切面土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力上的法向总应力 的线性函数的线性函数 c c:土的粘聚力土的粘聚力:土的内摩擦角土的内摩擦角（1）土的抗剪强度由土的内摩擦力和内聚力两部分组成；（2）内摩擦力与剪切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩擦系数 ；（3）表征抗剪强度指标：土的内摩擦角和内聚力c。砂土砂土粘性土粘性土库仑定律说明：27土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院库仑库仑摩尔理论摩尔理论摩尔在库仑研究的基础上提出了摩尔圆和强度理论摩尔在库仑研究的基础上提出了摩尔圆和强度理论 该理论认为，材料的破坏既和某一截面上的切应力大小有关，也该理论认为，材料的破坏既和某一截面上的切应力大小有关，也和作用于该面上的法向应力有关；在实际破坏面上切应力和法向应和作用于该面上的法向应力有关；在实际破坏面上切应力和法向应力呈某一函数关系，即上式也可以写成力呈某一函数关系，即上式也可以写成根据这个函数关系确定的曲线根据这个函数关系确定的曲线叫摩尔抗剪强度包络线叫摩尔抗剪强度包络线28土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院 在三向应力状态下，如果不考虑中间主应力的影响，对一点应在三向应力状态下，如果不考虑中间主应力的影响，对一点应力状态，有如下关系式力状态，有如下关系式上式显然为一圆方程，圆心坐标为上式显然为一圆方程，圆心坐标为 ，半径为，半径为 这就是莫尔圆方程。这就是莫尔圆方程。29土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院莫尔理论莫尔理论临界破坏角32确定c,3130土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院当土样处于破坏时的当土样处于破坏时的1，2，对应做出的莫尔圆成为极限莫对应做出的莫尔圆成为极限莫尔应力圆。显然它和抗剪强度包罗线相切。尔应力圆。显然它和抗剪强度包罗线相切。莫尔圆上每个点代表一个某种应力状态下的斜平面。莫尔圆上每个点代表一个某种应力状态下的斜平面。对一种土样可以有一系列的极限莫尔圆（对应不同的正应力对一种土样可以有一系列的极限莫尔圆（对应不同的正应力和抗剪强度），而抗剪强度包罗线就是这些极限应力圆的公和抗剪强度），而抗剪强度包罗线就是这些极限应力圆的公切线。切线。31土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院而实际破坏时临界状态时而实际破坏时临界状态时 ，即实际破，即实际破裂面和最大主应力作用面之间的夹角。裂面和最大主应力作用面之间的夹角。从图中可看出，对称于横轴，有另一组对应的莫尔从图中可看出，对称于横轴，有另一组对应的莫尔圆的切线，表明实际岩土体有两组破裂面，且最大圆的切线，表明实际岩土体有两组破裂面，且最大主应力作用面分别呈主应力作用面分别呈 从莫尔圆看出，最大切应力作用面位置从莫尔圆看出，最大切应力作用面位置 据此，可得据此，可得32土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院从从RTOAN可以得到可以得到极限平衡条件极限平衡条件或临塑条件临塑条件33土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院莫尔莫尔理论的缺点：理论的缺点：忽略了中间主应力忽略了中间主应力2的影响。的影响。为了消除或弥补这种缺陷，可考虑采用下面的形式：为了消除或弥补这种缺陷，可考虑采用下面的形式：34土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院库仑库仑莫莫尔尔理论的应用：理论的应用：1.确定土的确定土的 值。值。强度线强度线极限应力圆极限应力圆应力圆应力圆与强度线与强度线相离：相离：应力圆应力圆与强度线与强度线相切：相切：应力圆应力圆与强度线与强度线相割：相割：弹性平衡状态弹性平衡状态 极限平衡状态极限平衡状态 破坏状态破坏状态 35土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院也可以根据任意两个极限莫尔圆的也可以根据任意两个极限莫尔圆的 建立方程求解建立方程求解 值。值。上式中也可以用有效应力表示，可解出上式中也可以用有效应力表示，可解出 值。值。36土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院 2.判断土样的破坏。判断土样的破坏。37土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院砂类土的砂类土的抗剪强度特征抗剪强度特征内摩擦力的影响因素内摩擦力的影响因素颗粒间的摩擦力，咬合状态，剪胀作颗粒间的摩擦力，咬合状态，剪胀作用，颗粒形状及矿物成分用，颗粒形状及矿物成分 值作为抗剪强度的指标。是反映土的凝聚力和值作为抗剪强度的指标。是反映土的凝聚力和内摩擦力的量化体现。内摩擦力的量化体现。38土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院密实度对抗剪强度的影响密实度对抗剪强度的影响 见图，不同的密实度的砂在相同围压见图，不同的密实度的砂在相同围压 3作用下应力作用下应力-应变应变的关系，表现为明显的强度变化特征，峰值强度，残余强度很的关系，表现为明显的强度变化特征，峰值强度，残余强度很明显。明显。松松砂砂抗剪强度随轴向应变抗剪强度随轴向应变的增加而增大，呈硬化型，整的增加而增大，呈硬化型，整个剪切过程中表现为个剪切过程中表现为剪缩特性剪缩特性。密砂内摩擦角大，孔隙比密砂内摩擦角大，孔隙比小，变化不明显。小，变化不明显。剪胀特性剪胀特性。松砂和密砂在剪切最后最松砂和密砂在剪切最后最终强度趋于相同。终强度趋于相同。39土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院砂土临界孔隙比砂土临界孔隙比临界孔隙比的概念临界孔隙比的概念 砂土在一定围压作用下当具砂土在一定围压作用下当具有某一特定孔隙比时，在剪切过有某一特定孔隙比时，在剪切过程中其体积既不膨胀，也不缩小，程中其体积既不膨胀，也不缩小，此时的孔隙比就称为临界孔隙比，此时的孔隙比就称为临界孔隙比，以以ecr表示之。表示之。临界孔隙比和围压大小的关系：围压越围压越大，大，ecr越小；越小；围压越小，围压越小，ecr越大。越大。如果如果 e0 ecr，该砂就是松砂；该砂就是松砂；e0 ecr，该砂就是密砂。该砂就是密砂。砂土的临界孔隙比砂土的临界孔隙比在动在动荷载和静荷载下临界孔隙比不同。荷载和静荷载下临界孔隙比不同。40土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院室内实验的压力相对小，和实际工程有差异。室内实验的压力相对小，和实际工程有差异。而野外的高压力对土的抗剪强度影响是，强度趋而野外的高压力对土的抗剪强度影响是，强度趋于常量。在整个高压作用下的受力过程中，土的抗剪于常量。在整个高压作用下的受力过程中，土的抗剪强度包罗线可近似为三段：强度包罗线可近似为三段：砂类土在高压下的剪切特性：砂类土在高压下的剪切特性：初期斜直线段；中期直线斜率降低；后期塑性变形出现，呈另一直线段。41土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院例题例题5-15-142土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院例题例题5-2 5-2 同上题，说明为什么破坏面发生在同上题，说明为什么破坏面发生在=57的平面的平面上，而不是发生在最大切应力作用面上？上，而不是发生在最大切应力作用面上？解：解：由有效应力原理，在由有效应力原理，在实际破裂面实际破裂面上上在在=45的斜面上（的斜面上（最大切应力作用面最大切应力作用面）不不破坏破坏43土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院粘性土粘性土的的抗剪强度特征抗剪强度特征不排水剪强度不排水剪强度UU试验，或快剪试验试验，或快剪试验总应力圆有无数多个，而有效应力圆则只有一个，故无法确定有效总应力圆有无数多个，而有效应力圆则只有一个，故无法确定有效应力指标应力指标显然，总应力莫尔圆半径相等，故是一条平行于横轴的直线，即显然，总应力莫尔圆半径相等，故是一条平行于横轴的直线，即因此因此44土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验饱和黏性土，做单轴实验即饱和黏性土，做单轴实验即 ，则，则 ，如令，如令 为单轴抗压强度，则为单轴抗压强度，则上式表明饱和黏土的抗剪强度等于无侧限（单轴）抗压强度的一上式表明饱和黏土的抗剪强度等于无侧限（单轴）抗压强度的一半。半。利用无侧限抗压强度实验可以测定土的灵敏度。利用无侧限抗压强度实验可以测定土的灵敏度。十字板剪切试验十字板剪切试验弥补原状土样的试验精度而进行的现场试验。弥补原状土样的试验精度而进行的现场试验。45土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院固结不排水抗剪强度固结不排水抗剪强度CU试验，或称试验，或称固结快剪固结快剪通过通过pc和和3比较来区分固结和比较来区分固结和超固结超固结图图 饱和粘性土的饱和粘性土的CU试验试验46土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院按总应力表示抗剪强度的方程式按总应力表示抗剪强度的方程式按有效应力表示抗剪强度的方程式按有效应力表示抗剪强度的方程式47土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院固结排水抗剪强度固结排水抗剪强度CD试验或简称排水剪，过程中，试验或简称排水剪，过程中，u=0CDCD试验中应力应变关试验中应力应变关系和体积变化图系和体积变化图正常固结土（NC）剪缩超固结土(OC)刚开始剪缩，接着剪胀48土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院CD试验试验NC土的抗剪强度包络线通过坐标原点，即土的抗剪强度包络线通过坐标原点，即cd=0，抗剪强度方程为抗剪强度方程为CD试验试验OC土的抗剪强度包络线近似为一条直线，土的抗剪强度包络线近似为一条直线，抗剪强度抗剪强度方程为方程为49土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院饱和粘性土在不同排水条件下按有效应力表示法的结果基本相饱和粘性土在不同排水条件下按有效应力表示法的结果基本相同，即都可以得到一条近乎相同的抗剪强度包络线。同，即都可以得到一条近乎相同的抗剪强度包络线。饱和粘性土在不同排水条件下总应力表示法的结果差异较大；饱和粘性土在不同排水条件下总应力表示法的结果差异较大；抗剪强度只与有效应力有关抗剪强度只与有效应力有关 结论结论50土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院粘性土抗剪强度指标的选择应用粘性土抗剪强度指标的选择应用孔隙水压力能准确测定或计算出孔隙水压力能准确测定或计算出地基或边坡的长期稳定性地基或边坡的长期稳定性有效应力法有效应力法孔隙水压力难以测定或计算出孔隙水压力难以测定或计算出饱和粘土的短期稳定性饱和粘土的短期稳定性总应力法总应力法施工场地排水条件好，加荷速度慢施工场地排水条件好，加荷速度慢突发事件引发的稳定问题，如暴风、地震突发事件引发的稳定问题，如暴风、地震施工场地排水条件差，加荷速度快，工期短施工场地排水条件差，加荷速度快，工期短CD试验试验CU或或UU试验试验UU试验试验51土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院粘性土的超固结状况及扰动问题粘性土的超固结状况及扰动问题超固结土的特点超固结土的特点 剪切时有剪切时有剪胀剪胀现象，孔隙水压力为现象，孔隙水压力为负值负值；应力应变关系表现为应力应变关系表现为应变软化应变软化现象，有明显的峰值强度和现象，有明显的峰值强度和残余强度。残余强度。正常固结土的特点正常固结土的特点剪切时如有排水，则有剪切时如有排水，则有剪缩剪缩现象，孔隙水压力为现象，孔隙水压力为正值正值；应力应变关系表现为应力应变关系表现为应变硬化应变硬化现象，抗剪强度缓慢升高，现象，抗剪强度缓慢升高，最后趋于稳定。最后趋于稳定。为为保证土样的性质不变，要减小取样时对土的扰动性影响。保证土样的性质不变，要减小取样时对土的扰动性影响。52土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院式中式中 ，为土的体积压缩系数，为土的体积压缩系数，V为土样体积，为土样体积，E和和分别为土的弹分别为土的弹性模量和泊松比。性模量和泊松比。孔隙水压力及孔压系数孔隙水压力及孔压系数各向等压作用下孔隙水压力的变化各向等压作用下孔隙水压力的变化等压条件下，有效应力等压条件下，有效应力根据弹性理论根据弹性理论土样中由于孔隙水压力产生的孔隙体积压缩量为土样中由于孔隙水压力产生的孔隙体积压缩量为孔隙水压力变化过程孔隙水压力变化过程式中式中 为孔隙的体积压缩系数。为孔隙的体积压缩系数。53土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院式中，式中，为各向等压条件下的孔压系数为各向等压条件下的孔压系数前面两式相等，可得到前面两式相等，可得到完全饱和土而言，完全饱和土而言，因此，因此54土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院在偏向力（在偏向力（1-3）作用下孔隙水压力的变化作用下孔隙水压力的变化此时，有效应力为此时，有效应力为土样体积变化土样体积变化在孔隙压力作用在孔隙压力作用u1下孔隙体积变化下孔隙体积变化体积变化等于孔隙体积变化即，体积变化等于孔隙体积变化即，55土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院综合可得土非理想的弹性体，故土非理想的弹性体，故对饱和土，对饱和土，B=1，故，故UU试验中试验中CU试验中，前期固结完成，试验中，前期固结完成，u3=0CD试验中试验中56土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院应力路径应力路径概念：概念：土体加荷过程中，土体内某点应力状态的变化过程就称为应力路径，如土体加荷过程中，土体内某点应力状态的变化过程就称为应力路径，如果反映在坐标中，则以特征应力点在坐标中的移动轨迹。果反映在坐标中，则以特征应力点在坐标中的移动轨迹。各种不同类型的应力路径1.直剪试验中的应力路径2.三轴UU试验中的应力路径3.三轴CU试验中的应力路径4.三轴CD试验中的应力路径5.边坡稳定的应力路径6.分期加载时的应力路径略57土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院特殊粘性土的抗剪强度特征特殊粘性土的抗剪强度特征软粘土的抗剪强度特征膨胀性粘土的抗剪强度特征土压缩性高，透水性小，触变性明土压缩性高，透水性小，触变性明显，灵敏度高，流变性显著。显，灵敏度高，流变性显著。沿海型：沿海型：淤泥及淤泥质土淤泥及淤泥质土内陆型：内陆型：泥炭质土泥炭质土是指在一定压力下，浸湿、含水量是指在一定压力下，浸湿、含水量增加能够产生膨胀的土。增加能够产生膨胀的土。液限液限WL40%,自由膨自由膨胀率胀率富含亲水粘土矿物，如蒙脱石、伊利石是其重要特征。富含亲水粘土矿物，如蒙脱石、伊利石是其重要特征。58土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院红粘土的抗剪强度特征热带及亚热带地区，温度高，降雨多，化学和生物风化作用强烈作热带及亚热带地区，温度高，降雨多，化学和生物风化作用强烈作用下富含铁质氧化物的红色粘土。用下富含铁质氧化物的红色粘土。富含高岭石富含高岭石。压实粘性土的抗剪强度特征1.土粒结构的影响土粒结构的影响2.压实方法的影响压实方法的影响3.龄期龄期-触变效应触变效应 59土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院湿陷性黄土的抗剪强度特征我国黄土高原地区，及东北、新疆部分地区。以风成为主，少有水成。我国黄土高原地区，及东北、新疆部分地区。以风成为主，少有水成。特征：特征：粉粒比例特别大，粉粒比例特别大，50-80%。土粒结构为蜂窝状，孔隙比大，含钙等盐。土粒结构为蜂窝状，孔隙比大，含钙等盐类多；类多；天然含水量低，且钙质结核使使土在干时具有较大的强度。但遇水强度天然含水量低，且钙质结核使使土在干时具有较大的强度。但遇水强度明显减弱。明显减弱。60土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院粘性土的流变特征粘性土的流变特征1.蠕变和流动蠕变和流动蠕变：蠕变：是指在应力稳定情况下应变随时间增长的特性，又叫是指在应力稳定情况下应变随时间增长的特性，又叫徐变徐变。流动：流动：是蠕变的特殊情况，指随时间增长且有固定速率的剪切变形。是蠕变的特殊情况，指随时间增长且有固定速率的剪切变形。蠕变对软土地基沉降的影响蠕变对软土地基沉降的影响蠕变对边坡稳定性的影响蠕变对边坡稳定性的影响研究重点研究重点61土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院2.松弛特性松弛特性3.土的长期抗剪强度土的长期抗剪强度松弛：松弛：是指在应变一定时，应力随时间降低的特性。是指在应变一定时，应力随时间降低的特性。长期强度：长期强度：是指在当荷载小于某个数值时，土体在很长时间内也不会破是指在当荷载小于某个数值时，土体在很长时间内也不会破坏，如果荷载大于该数值，则土体在短期内不破坏，但在长期后则要破坏，坏，如果荷载大于该数值，则土体在短期内不破坏，但在长期后则要破坏，此界限荷载就称为土的长期强度。此界限荷载就称为土的长期强度。62土质学与土力学土质学与土力学 吉林大学建设工程学院吉林大学建设工程学院土的动力强度特征土的动力强度特征动荷载作用下土的抗剪强度降低动荷载作用下土的抗剪强度降低动荷载是指地震、爆破、动力机械、打桩、台风等引起振动荷载是指地震、爆破、动力机械、打桩、台风等引起振动荷载，它们的特点是都属于周期性反复荷载。动荷载，它们的特点是都属于周期性反复荷载。引起土抗剪强度降低，原因：引起土抗剪强度降低，原因：振幅、频率、加速度及质点运动速度等振幅、频率、加速度及质点运动速度等饱和砂土的振动液化饱和砂土的振动液化砂土的抗剪强度方程：砂土的抗剪强度方程：饱和砂土在瞬间振动荷载下孔隙水压力急剧上升，且振动饱和砂土在瞬间振动荷载下孔隙水压力急剧上升，且振动内摩擦角也大幅度降低，可使抗剪强度趋于内摩擦角也大幅度降低，可使抗剪强度趋于0，整个土体有，整个土体有液化趋势。液化趋势。砂土液化对工程影响巨大，属于地质灾害之一。砂土液化对工程影响巨大，属于地质灾害之一。63
