土力学1-第五章 土的抗剪强度[1]学习资料.ppt

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1、土力学1-第五章土的抗剪强度1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2 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 动强度与砂土的振动液化动强度与砂土的振动液化3 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

2、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），颗粒间主要是抗剪强度（剪切破坏），颗粒间粘聚力与摩擦力；粘聚力与摩擦力；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。

3、一、土的强度特点一、土的强度特点5大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾 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61.1.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

4、坏与强度理论7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8平移滑动平移滑动2.2.各种类型的滑坡各种类型的滑坡 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度崩塌崩塌旋转滑动旋转滑动流滑流滑二、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919941994年年4 4月月3030日日崩塌体积崩塌体积400400万方万方1010万方进入乌江万方进入乌江死死

5、4 4人，伤人，伤5 5人，失踪人，失踪1212人人击沉拖轮、驳轮各一艘，渔击沉拖轮、驳轮各一艘，渔船船2 2只只19941994年年7 7月月2-32-3日降雨引起再日降雨引起再次滑坡次滑坡崩塌体巨大石块滚入江内，崩塌体巨大石块滚入江内，无法通航无法通航滑坡体崩入乌江近百万方；滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米。江水位差数米。乌江鸡冠岭山体崩塌乌江鸡冠岭山体崩塌 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10龙观嘴龙观嘴黄崖沟黄崖沟乌江乌江2000

6、2000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11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

7、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滑坡堆积体滑坡堆积体 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13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

8、方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14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15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

9、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16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 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17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18p

10、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p挡土结构物破坏挡土结构物破坏p各种类型的滑坡各种类型的滑坡p地基的破坏地基的破坏核心核心强度理论强度理论 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19 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20三、土的强度机理三、土的

11、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量测量测 （=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21 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 tg：摩擦强度摩擦强度-正比于压力正比于压力 c：粘聚强度粘聚强度 5 土的抗剪强度1.1.直剪试验

12、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22NT=Ntgu 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 tg由颗粒之间发生滑动时由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒大小，矿引起，与颗粒大小，矿物组成等因素有关物组成等因素有关0.02 0.06 0.2 0.6 230 20 颗粒直径颗粒直径 (mm)滑动摩擦角滑动摩擦角 u粗粉粗粉 细砂细砂 中砂中砂 粗砂粗砂5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强

13、度理论23（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 tgtg CABCAB剪切面剪切面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 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24密度（密度（e,粒径级配（粒径级配（Cu,

14、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粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）在其他条件相同时：在其他条件相同时：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 tgtg 5.1 5.1 土体破坏与强度理论土体破坏与强度理论25p粘聚强度机理n静电引力（库仑力）静电引力（库仑力）n范德华力范德华力n颗

15、粒间胶结颗粒间胶结n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n地质历史地质历史n粘土颗粒矿物成分粘土颗粒矿物成分n密度密度n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26 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

16、论27 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28PSTA 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29=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

17、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30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31 O z+zx-xz x2 1 3rp

18、+-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尔圆：代表一个土单元（某点）的应力状态；莫尔圆：代表一个土单元（某点）的应力状态；圆上一点：代表一个面上的两个应力圆上一点：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32 f直剪试验的莫尔圆与库仑抗剪强直剪试验的莫尔圆与库仑抗剪强度线的关系如何？为什么？度线的关系如何？为什么？(c(c

19、、)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332.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：有一对面上的应力状态达到有一对面上的应力状态达到 =f 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园的公切线。所有达到极限

20、平衡状态的莫尔园的公切线。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34 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

21、理论土体破坏与强度理论35（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+tg（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36

22、 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 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

23、小主应力1、3判断破坏可能性判断破坏可能性由由3计计算算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）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、3判断破坏可能性判断破坏可能性由由1计计算算3f比较比较3与与3f33f 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

24、 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40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1、3计计算算 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

25、体破坏与强度理论也可比较圆的直径也可比较圆的直径412 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？425.1 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.

26、5 5.5 动强度与砂土的振动液化动强度与砂土的振动液化 5 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 5 土的抗剪强度43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44p 主机系统主机系统p

27、稳压调压系统稳压调压系统p 量测系统量测系统 常规三轴试验仪:孔压传感器孔压传感器体变管体变管轴向位移量测轴向位移量测轴向力量测轴向力量测压力泵压力泵调压阀调压阀压力表压力表压力室压力室压力室底座压力室底座主机马达主机马达主机框架主机框架离合器离合器Casagrande 1930年首先使用，年首先使用，可控制排水条件；可完整的可控制排水条件；可完整的描述试样受力、变形和破坏描述试样受力、变形和破坏的全过程；可进行不同应力的全过程；可进行不同应力路径的试验；应力状态明确；路径的试验；应力状态明确；变形量测简单变形量测简单5 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一、三轴试验

28、455.2 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465.2 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 ；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

29、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一般是大主应力；径向与切向应力总一般是大主应力；径向与切向应力总是相等是相等 r r=，亦即，亦即 1 1=z z；2 2=3 3=r r 5 土的抗剪强度一、三轴试验一、三轴试验47强度包线强度包线(1-)fc (1-)f 1 1-3 1=15%v分别作围压分别作围压 为为100 kPa、200 kPa、300 kPa的三轴试验，得到的三轴试验，得到破坏时相应的（破坏时相应的（1-)fv绘制三个破坏状态的应力莫尔圆，绘制三个破坏状态的应力

30、莫尔圆，画出它们的公切线画出它们的公切线强度包线，强度包线，得到强度指标得到强度指标 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48v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

31、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49

32、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50v固结排水试验（CDCD试验）Consolidated Drained Triaxial test (CD)抗剪强度指标：cd d （c ）试验类型汇总试验类型汇总v固结不排水试验（CUCU

33、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51v优点：1 应力状态和应力路径明确；应力状态和应力路径明确；2 排水条件清楚，可控制；排水条件清楚，可控制；3 破坏面不是人为固定的破坏面不是人为固定的v缺点：设备相对复杂，现场难以试验设备相对复杂，

34、现场难以试验说明：说明：3 30 0 即为即为无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验4 4、优点和缺点、优点和缺点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、三轴试验真三轴仪真三轴仪空心圆柱扭剪仪空心圆柱扭剪仪52PSTA=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53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

35、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 施加正应力施加正应力-充分固结充分固结 慢慢施加剪应力慢慢施加剪应力-小于小于0.02mm/0.02mm/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54 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、

36、直剪试验二、直剪试验55l 设备简单，操作方便设备简单，操作方便l 结果便于整理结果便于整理l 测试时间短测试时间短优点优点l 试样应力状态复杂试样应力状态复杂l 应变不均匀应变不均匀l 不易控制排水条件不易控制排水条件l 剪切面固定剪切面固定缺点缺点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TP试样内的试样内的变形分布变形分布56v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

37、入十字形的探头；字形的探头；v通过施加的扭矩计算土的抗通过施加的扭矩计算土的抗剪强度剪强度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57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585.1 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

38、.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59 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、孔隙水压力与孔压系数三、孔隙水压力与孔压系数四、总应力路径与有效应力路径四、总应力路径与有效应力路径五、粘性土密度有效应力抗剪强度唯一性关系五、粘性土密度有效应力抗剪强度唯一性关系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

39、土的应力应变关系特性土的应力应变关系特性、弹塑性、弹塑性、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应力状态土体中一点应力状态连续变化，在应力空连续变化，在应力空间（平面）中的轨迹间（平面）中的轨迹应力状态：应力状态：土体中一点（微小单元）土体中一点（微小单元）上作用的应力的大小与方向上作用的应力的大小与方向615.3 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定点特定点pOq

40、p,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62 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 用应力平面用应力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的应力的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

41、尔圆与 p,q p,q 平面上的应力路径平面上的应力路径63pq O f 线线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破坏状态莫尔圆的公切线所有破坏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O64pq O c a f线

42、线Kf线线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 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 5 土的抗剪强度pq O c a f线线Kf线线OAR65pq O c a f线线Kf线线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 5 土的抗剪强度土的抗剪强度 ；c c a a 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用若干点的最小二乘法用若干点的最小二乘法确定确定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oqpa66轴对称三维应力状态轴对称

43、三维应力状态=+等向压缩应力状态等向压缩应力状态偏差偏差应力状态应力状态封闭土样封闭土样 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三、孔隙水压力与孔压系数三、孔隙水压力与孔压系数67l孔隙流体产生了超静孔隙水压力孔隙流体产生了超静孔隙水压力uuB Bl土骨架的有效附加应力土骨架的有效附加应力l孔隙流体的体积变化孔隙流体的体积变化孔隙流体的体积压孔隙流体的体积压缩系数为缩系数为C Cf f ，单位，单位孔隙压力作用引起孔隙压力作用引起的体应变的体应变l土骨架的体积变化土骨架的体积变化设土骨架的体积压设土骨架的体积压缩系数为缩系数为C Cs s体积体积V Vl土

44、骨架的体变等于孔隙流体的体变土骨架的体变等于孔隙流体的体变VV1 1=V=V2 2孔压系数孔压系数B B土骨架为土骨架为线弹性体线弹性体 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三、孔隙水压力与孔压系数三、孔隙水压力与孔压系数(1)(1)等向压缩应力状态等向压缩应力状态68饱和土：饱和土：干干 土：土：非饱和土：非饱和土：B B是一个反映土饱和程度的指标是一个反映土饱和程度的指标孔隙流体的体积孔隙流体的体积压缩系数为压缩系数为C Cf f ，单位孔隙压力作单位孔隙压力作用引起的体应变用引起的体应变设土骨架的体积设土骨架的体积压缩系数为压缩系数为C Cs s孔

45、压系数孔压系数B B(1)(1)等向压缩应力状态等向压缩应力状态 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三、孔隙水压力与孔压系数三、孔隙水压力与孔压系数69l孔隙流体产生了超静孔隙水压力孔隙流体产生了超静孔隙水压力uuA A有效附加应力有效附加应力l孔隙流体的体积变化孔隙流体的体积变化l土骨架的体积变化土骨架的体积变化l土骨架的体变等于孔隙流体的体变土骨架的体变等于孔隙流体的体变VV1 1=V=V2 2土体不是弹性体土体不是弹性体引入孔压系数引入孔压系数A A体积体积V V暂时假定土骨架为线弹性体暂时假定土骨架为线弹性体轴向轴向侧向侧向总应力增量总应力增量

46、应变增量应变增量0 0 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三、孔隙水压力与孔压系数三、孔隙水压力与孔压系数(2)(2)偏差应力状态偏差应力状态70孔压系数孔压系数A A对饱和土对饱和土:剪切作用引起的孔压响应剪切作用引起的孔压响应对于线弹性体对于线弹性体:A=1/3A=1/3A A不是常数，随加载过程而变化不是常数，随加载过程而变化A A1/31/3A A 3 3时，土处时，土处于超固结状态，于超固结状态，p p1/3 A1/3剪切过程中发生剪胀：剪切过程中发生剪胀：A1/3(A1/3(甚至可能甚至可能A0A0，u 0 u 0(2)(2)正常固结粘土固

47、结不排水试验曲线与强度包线正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线 f f cu2.2.固结不排水试验固结不排水试验 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98 u应力应变关系软化，孔压可能小于应力应变关系软化，孔压可能小于0与超固结度有关与超固结度有关 f(3)(3)超固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线超固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线 f cuu02.2.固结不排水试验固结不排水试验 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

48、指标抗剪强度指标99(4)(4)固结不排水三轴试验确定的强度指标固结不排水三轴试验确定的强度指标2.2.固结不排水试验固结不排水试验 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应力变量应力变量试验量测试验量测 u计算计算 =u =确定的强度指标确定的强度指标ccu cuc 5 土的抗剪强度5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标1003.3.不固结不排水试验不固结不排水试验 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强度指标：强度指标：cuu(cu)，uu(u)(1)特点特点(2)饱和试样的不排水强度指标饱和试样的不排水强度指标cu(3)

49、不排水试验与固结不排水试验不排水试验与固结不排水试验(4)无侧限压缩试验：无侧限压缩试验：3=0的不排水试验的不排水试验(5)不饱和试样的不排水强度不饱和试样的不排水强度 5 土的抗剪强度5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标101(1)特点特点从某一初始状态开始，关闭阀门从某一初始状态开始，关闭阀门施加围压施加围压 ，产生孔隙水压力，产生孔隙水压力 u1=B 施加（施加（1-）时，阀门关闭，可连接孔压）时，阀门关闭，可连接孔压传感器，量测剪切过程中产生的超静孔隙传感器，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力水压力 u2=BA ()3.3.不固结不排水试验不固结不排水试验 5 5 土的抗剪强度土

50、的抗剪强度二二.三轴试验强度指标三轴试验强度指标试试样样压力室压力室压力水压力水排水管排水管阀门阀门轴向加压杆轴向加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽量测孔隙水压力量测孔隙水压力 5 土的抗剪强度5.4 5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标102 u=0,cu,并且有效应力莫尔圆是唯一的并且有效应力莫尔圆是唯一的思考题：可否由不排水试验确定有效应力强度指标？（否）(2)(2)饱和试样的不排水强度指标饱和试样的不排水强度指标 cu u=B +A ()B=13.3.不固结不排水试验不固结不排水试验 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