第五章土的抗剪强度ppt课件.ppt

第五章,莫尔库伦抗剪强度理论,土的极限平衡条件,土的抗剪强度指标测定,饱和黏性土的抗剪强度性状,砂土的抗剪强度性状,地基承载力土压力土体稳定性,影响,土的抗剪强度,本章脉络,渗透特性变形特性强度特性,土的抗剪强度理论 土的抗剪强度试验 黏性土的抗剪强度 无黏性土的抗剪强度,建（构）筑地基必须同时满足下列两个技术条件,地基变形条件,地基强度条件,地基的沉降量、沉降差、倾斜与局部倾斜都不超过国家规范规定的地基变形允许值。,在建(构）筑物的上部荷载作用下，确保地基的稳定性，不发生地基剪切破坏或滑动。,土的强度,是指一部分土体相对于另一部分土体滑动时的抵抗力，实质上就是土体与土体之间的摩擦力。,土的破坏主要是由剪切所引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点。土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。,土的抗剪强度f,土体抵抗剪切破坏的极限能力。,剪切面,土体剪切破坏时沿某一面发生与剪切方向一致的相对位移，该面称为剪切面,极限平衡状态,土体中任意一点在某一面的剪应力达到土的抗剪强度时就发生剪切破坏，该点就处于了极限平衡状态。,极限平衡条件,土体处于极限平衡状态时，土的应力状态和抗剪强度指标之间的关系式，或叫剪切破坏条件。,与土的抗剪强度有关的工程问题,1、建筑物的地基问题 地基承载力,2、土工结构物的稳定性问题土坡稳定性,3、土作为工程结构的环境的问题土压力,（a）建筑地基承载力,（c）挡土墙地基的稳定,（b）土工建筑物的土坡稳定,1913年加拿大Transcona 谷仓,主要原因： 对谷仓地基土层事先未作勘察、试验与研究，采用的设计荷载超过地基土的抗剪强度，导致这一严重事故。,工程实例,1972年香港宝城滑坡,主要原因： 山坡上残积土本身强度较低，加之连续大暴雨，雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的抗剪强度，于是山坡土体发生滑动。,工程实例,土的应力-应变-强度关系复杂,（一）、库伦强度定律（公式）（1773年）,砂土：,黏性土：,图5.2.1,c 土的黏聚力； 土的内摩擦角,抗剪强度指标的大致取值范围,砂土：中砂、粗砂、砾砂一般为 =32o-40o； 粉砂、细砂一般为 =28o-36o。 c：一般为0，有时也取很小的值（约在10kPa之内）。,黏性土： 的变化范围很大，与土的种类、土的天然结构 是否破坏、排水固结程度及试验方法等因素有关， 一般为 = 0o-30o。 c：10kPa-200kPa。,抗剪强度指标(总应力强度指标）,土的抗剪强度的来源及影响因素,无黏性土,抗剪强度与剪切面上的法向总应力成正比。,抗剪强度来源：土颗粒间的摩擦阻力（内摩擦力）。,颗粒间的摩擦阻力,1、由于土颗粒粗糙产生的表面滑动摩擦阻力；,2、土颗粒凹凸面间的镶嵌作用所产生的咬合力。,无黏性土抗剪强度,大,小,矿物成分:石英矿物， ；云母矿物， 颗粒大小:颗粒越大， 级配状况：级配良好， 密实度：原始密度越大， 颗粒形状：土粒均匀， 粗糙程度:表面越粗糙， 含水量：含水量， ,抗剪强度影响因素,抗剪强度除了内摩擦力，还有土黏之间的黏聚力。,黏性土的抗剪强度,颗粒间的内摩擦力,取,决,大,小,土的黏聚力,土的黏聚力,矿物成分：含有各种胶结物质，c,土的结构：结构受扰动，c,静电引力效应,黏性土颗粒之间的胶结作用,含水量：含水量， c ,原始密度越大， c ,应力历史影响,黏性土,抗剪强度,含水量,缩限,塑限,液限,含水量对黏性土的抗剪强度的影响,抗剪强度,强度恢复,结构未破坏,结构破坏,时间lgt,土的结构对黏性土的抗剪强度的影响,S1：胶结作用固化黏聚力,S2：电分子引力作用原始黏聚力,S1,S2,库伦公式的有效应力表达形式,土的有效黏聚力 土的有效内摩擦角,有效应力强度指标,土的抗剪强度的表达方法,总应力法：,有效应力法：,或,如果剪切面上的剪应力为，那么f 有可能吗？,土的抗剪强度是否为定值？,讨论,（二）、莫尔-库伦强度理论,图5.2.2 莫尔破坏包线,由库伦公式表示莫尔破坏包线的强度理论称为莫尔库伦强度理论。,破坏标准：,极限平衡状态,根据静力平衡条件：,mn平面上的应力：,图5.3.1 土体中任意点的应力,（一）、土中某点的应力状态,图5.3.2 土体中任意点的应力,莫尔应力圆的方程：,土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述。莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。,、q坐标系,广义剪应力：,平均主应力：,二维问题：,圆心横坐标,半径,一点的应力状态,mn平面上的应力：,（二）、极限平衡条件,极限应力圆,抗剪强度包线,整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方(圆),图5.3.3 莫尔圆与抗剪强度包线之间的关系,抗剪强度包线是莫尔圆的一条割线(圆),莫尔圆与抗剪强度包线相切(极限应力圆),建立极限平衡条件,图5.3.4,由三角形ARD可知：,或,黏性土的极限平衡条件,或,无黏性土的极限平衡条件,或,土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为：,说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成 / 2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力max所控制。,土的莫尔库伦强度理论可归纳为如下几点,1、土的抗剪强度随该面上的正应力的大小而变；,2、土的强度破坏是由于土中任意点在某平面上的剪应力达 到土的抗剪强度所致；,4、破裂面不发生在最大剪应力作用面(=45)上，而是在应 力圆与强度包线相切点所代表的截面上，即与大主应力面成 f=45+ /2夹角(与小主应力的夹角为f=45- /2)的 斜面上；,5、如果同一种土有几个试样在不同的大、小主应力组合下 受剪破坏，则在-图上可得几个莫尔极限应力圆，这 些应力圆的公切线就是其抗剪强度包线。土的莫尔强度包 线可视为一直线。,3、根据摩尔库伦强度理论可建立土的极限平衡条件，即 1f、3f与c、 关系的表达式；,（三）、莫尔-库伦强度准则,以莫尔-库伦抗剪强度作为土中一点是否剪切破坏的基准而建立起来的强度准则称为莫尔-库伦强度准则。,判断土体中一点是否发生剪切破坏的方法,1、图解法 图解法是将土的抗剪强度曲线和土中一点的应力圆绘在同一坐标中， 比较二者位置的相对关系，来判定土中一点所处的应力状态， . 应力圆与抗剪强度线相离，土体 该点处于稳定平衡状态，如图圆 ； . 应力圆与抗剪强度线相切，土体 该点处于极限平衡状态，如图圆 ； . 应力圆与抗剪强度线相割，土体 该点破坏，如图圆 。,判断土体中一点是否发生剪切破坏的方法,2、特定面上的剪应力法 特定面上的剪应力法是将土中一点某给定平面上的剪应力与抗剪强度f比较，来判定土中一点给定平面所处的应力状态。当f 时，土体该平面被剪切破坏（不可能状态）。 该法主要用于土中一点给定平面所处的应力状态判定，不能直接用于一点的应力状态判定，若用于一点的应力状态判定，给定平面就必须是一个特定面，该特定面就是可能的破裂面，即与大主应力面夹角为45+/2的平面。,判断土体中一点是否发生剪切破坏的方法,3、应力倾角法,一点的应力状态按下列条件判定：当 时，土体该点被剪切破坏。对于无黏性土，应力倾角的物理意义是可能破裂面上的总应力与正应力的夹角 。,应力圆的切线与水平轴的夹角 称为应力倾角。,判断土体中一点是否发生剪切破坏的方法,4、主应力法,破坏,当q qf 时，土体该点被剪切破坏。,【例题5-1】已知土中某点的应力z=300kPa，x=220kPa，xz=30kPa，土的抗剪强度指标c=5.0kPa， =20，试判断该点的应力状态。,【解】,1、特定面上的剪应力法,实质：计算破坏面上的剪应力与抗剪强度f比较,破裂面上的正应力和剪应力：,破裂面上的抗剪强度：,该点处于稳定平衡状态,2、应力角法,该点处于稳定平衡状态,3、主应力法,该点处于稳定平衡状态,【习题5-1】某砂土地基的 =30, c=0，在均布条形荷载p作用下，计算得到土中某点1=100kPa，3=30kPa, 该点是否破坏？,【解】用四种方法计算,1、3、 、c1f,这表明：在3=30kPa的条件下，该点如处于极限平衡，则最大主应力为1f=90kPa。实际1应力大于该值，故可判断该点已破坏。,2、1、 、c3f,这表明：在1 =100kPa的条件下，该点如处于极限平衡，则最小主应力为3f=33.33kPa。实际3应力小于该值，故可判断该点已破坏。,3、计算破坏面上的剪应力与抗剪强度f比较,破坏面上土的抗剪强度为：,可判断该点已破坏。,4、3、 1 、c ,有效应力表示的极限平衡条件,可判断该点已破坏。,【例题5-2】已知土中某点的最大主应力1=300kPa，最小主应力3=180kPa，u=60kPa。土的抗剪强度指标c=10.0kPa ，=28。试判断该点是否发生破坏？,【解】,该点处于稳定平衡状态,利用极限平衡条件如何求？,小 结,库伦定律莫尔-库伦强度理论极限平衡条件,表达形式抗剪强度指标影响因素,含义,黏性土无黏性土,度的常用方法测定土的抗剪强,直接剪切试验,三轴压缩试验,无侧限抗压强度试验,现场十字板剪切试验,室内试验,现场试验,大型直接剪切试验,试验仪器：直剪仪（应变控制式、应力控制式）,（一） 、直接剪切试验,图5.4.1 应变控制式直剪仪示意图,应变控制式直剪仪,应变控制式直剪仪,应变控制式直剪仪,试验方法,对同一种土至少取4个重度和含水量一样的试样，分别在不同垂直压力（法向应力） 下剪切破坏。一般可取垂直压力为100、200、300、400kPa，分别测得不同垂直压力作用下所对应的抗剪强度f，绘制f - 曲线。,试验成果,黏性土直接剪切试验结果,无黏性土直接剪切试验结果,直接剪切试验按排水条件分类,快剪试验： 是在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平 cq q 剪应力使试样剪切破坏。,固结快剪：是允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳 ccq cq 定后，再快速施加水平剪应力使试剪切破坏。,慢剪试验：是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后， cs s 以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。,缺点：、人为地限制剪切面在上下盒之间，而不是沿土样最 薄弱的面剪坏。、剪切时上下盒错开，受剪面积逐渐减小，而在计算 抗剪强度时仍按土样原截面积计算。、剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时先从 边缘开始，在边缘发生应力集中现象；、试验时不能严格控制排水条件，不能测量孔隙水压 力，在进行不排水剪切时，试件仍有可能排水，因 此会对试验结果有影响。,直剪试验的优缺点,优点：仪器构造简单，操作方便，易于掌握,（二） 、三轴压缩试验,试验仪器：应变式三轴压缩仪、应力式三轴压缩仪,图5.4.3 三轴压缩仪,应变式三轴压缩仪,应变控制式三轴仪压力室,A,B,C,试验步骤,1.制备、装样,2.施加周围压力,3.施加竖向压力,4.结果处理,三轴压缩试验分类,三轴压缩试验按剪切前土样受周围压力的固结状态和剪切时的排水条件，可以分为三种试验方法：,1、不固结不排水试验 (UU)，简称不排水（剪）试验,2、固结不排水试验 (CU)，简称固结不排水（剪）试验,3、固结排水试验 (CD)，简称排水（剪）试验,分别对应于直剪试验的快剪、固结快剪和慢剪试验,1.不固结不排水剪（UU）,三轴试验：简称不排水（剪）试验。试验试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中部不允许排水， 试验自始至终关闭排水阀门。 cu u,直剪试验：通过试验加荷的快慢来实现是否排水。使试样在35min内剪破，称之为快剪。 cq q,2. 固结不排水剪（CU）,三轴试验：简称固结不排水（剪）试验。试样在施加周围压力时打开排水阀门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门， 再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。ccu cu,直剪试验：剪切前试样在垂直荷载下充分固结，剪切时速率较快，使土样在剪切过程中不排水，这种剪切方法为称固结快剪。ccq cq,3. 固结排水剪（CD）,三轴试验：简称排水（剪）试验。试样在施加周围压力时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。cd d,直剪试验：试样在垂直压力下固结稳定，再以缓慢的速率施加水平剪力，直至剪破，整个试验过程中尽量使土样排水，试验方法称为慢剪。 cs s,三轴试验的优缺点,优点：、试验中能严格控制试样排水条件及测定孔隙水压力 的变化。、试样受力状态比较明确；剪切面不固定，在主应力1及 3作用下，试样沿最薄弱的面产生剪切破坏。 、除抗剪强度指标外，还可测定孔隙水压力随3和1 3的变化及其相应的系数，或测定静止侧压力系数以 及进行其它项目的试验。,缺点：、操作复杂；、主应力方向固定不变，而且是在轴对称情况下进行的， 实际上土体的受力状态未必属于轴对称情况，与实情 况尚不能完全符合。,（三） 、无侧限抗压强度试验,试验仪器：无侧限抗压试验仪,图5.4.7 无侧限抗压试验仪示意图,试样所承受的最大轴向压力qu称为无侧向抗压强度,无侧限抗压试验仪,试验结果,无侧限抗压强度试验结果,根据试验结果，只能作一个极限应力圆（ ），因此对于一般黏性土就难以作出破坏包线。 代替饱和黏土UU试验，取极限应力圆的水平切线作为破坏包线即 。,无侧限抗压强度试验还可以用来测定土的灵敏度,土的不排水抗剪强度,无侧限抗压强度,u=0,cu,0,（四） 、十字板剪切试验（自学）,图5.4.8 十字板剪力仪,试验仪器,实用上为了简化计算，目前在常规的十字板试验中仍假设 ，将这一假设代入上式中，得：,试验步骤及原理,十字板剪切试验的优缺点,优点： 、不需取样，对土的结构扰动较小； 、仪器构造简单、操作方便； 、所得的软黏土不排水抗剪强度常比无侧限抗压强度试验 的结果大，但较反映实际条件； 、可测定软粘土的灵敏度；(5)、涉及到的土的体积比室内试验试样大很多;(6)、可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标。,缺点： (1)、难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件； (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； (3)、测试设备进入土层对土层也有一定扰动； (4)、试验应力路径无法很好控制，试验时的主应力方向与 实际工程往往不一致； (5)、应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结。,测试方法,室内试验,直接剪切试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验,试验的分类、结果,小 结,现场试验,十字板剪切试验,砂土的抗剪强度指标,图5.4.1 砂土的固结排水剪,密砂与松砂的受剪性状,密砂：应变软化型，剪胀,松砂：应变硬化化型，剪缩,图5.4.2 砂土受剪时的应力-应变-体变关系曲线,对同一种土，紧砂和松砂的强度最终趋向同一值。在高周围压力下，不论砂土的松紧如何，受剪时都将剪缩。,砂土的临界孔隙比ecr,相应于体积变化为零的初始孔隙比称为临界孔隙比ecr 。,天然休止角：干燥砂土堆积起来所形成的自然坡度。,松砂,密砂,图5.4.3 砂土的临界孔隙比,在三轴试验中，临界孔隙比与围压有关，不同的围压可得出不同的临界孔隙比。,液化的概念,美国土木工程师协会岩土工程分会土动力学委员 会（1979）对液化的定义,日本土力学与基础工程协会在土力学与基础工程 词典（1985）中给出了液化的定义,中国（王闻韶）的定义,砂土液化的原因及液化破坏机理,饱和疏松,排水不及时,强烈震动,三个条件,砂土液化的危害,喷砂冒水,砂土液化的危害,上浮,下沉、地基失效,砂土液化的危害,砂土液化的危害,砂土液化的危害,土层的地质年代 土层的相对密度Dr 土的组成与性状 地下水位的深度 地震烈度和地震持续时间 土的渗透性 上覆非液化土层厚度 土层的埋深 初始应力状态,砂土液化的影响因素,（一）、不固结不排水抗剪强度（UU）,有效应力圆,总应力圆,u=0,cu,ufA,试验结果,图5.5.1 饱和黏性土的不固结不排水试验结果,饱和黏性土在三组不同围压3作用下的不排水试验中得到A、B、C三个直径相同位置不同的极限总应力圆，但是只得到了一个极限有效应力圆，并且有效应力圆的直径与三个总应力圆直径相等 。,0,由于一组试件试验的结果，有效应力圆是同一个，因而就不能得到有效应力破坏包线和c、 值，所以这种试验一般只用于测定饱和黏土的不排水抗剪强度。,与其它试验关系,无侧限抗压强度试验、十字板剪切试验、快剪试验,应用,不排水抗剪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，地基土的黏性大，透水性小，排水条件差时应采用不排水抗剪强度。,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黏性较大的土样，快剪试验与UU试验结果基本相同低性黏或无黏性土，快剪试验与UU试验结果差别较大,快剪强度,图5.5.2 快剪试验结果,（二）、固结不排水抗剪强度（CU）,试验室土样划分,图5.5.3 固结不排水试验结果,（a）主应力差与轴向应变的关系,（b）孔隙水压力与轴向应变的关系,试验结果,正常固结饱和黏性土固结不排水试验结果,有效应力强度包线,总应力强度包线,ufA, ,cu,图5.5.4 正常固结饱和黏性土固结 不排水试验结果,0,超固结饱和黏性土固结不排水试验结果,cu,0,a,b,ccu,超固结,正常固结,图5.5.5 超固结土的固结不排水试验结果,有效应力强度包线,总应力强度包线, ,cu,0,ccu,c ,c,与其它试验关系,固结快剪试验,应用,与三轴固结不排水方法相对应，在直接试验中的固结快剪试验。注意：塑性指标数对试验结果的影响塑性指数高的土，各种指标比较符合三轴试验同类指标的变化规律；塑性指数较低的黏性土，不同方法所测得的 相差无几。,固结快剪强度,工程上如果土体在加载过程中既非完全不排水又非完全排水，而常处于两者之间时常采用。,图5.5.6 固结快剪试验结果,（三）、固结排水抗剪强度（CD）,图5.5.7 固结排水试验的应力应变关系和体积变化,固结排水试验结果，正常固结土的破坏包线通过原点，黏聚力cd=0，内摩擦角d 为2040。超固结土的破坏包线略弯曲，实用上用一条直线代替，cd约为525kPa， d比正常固结土的内摩擦角要小。,图5.5.8 固结排水试验结果,超固结,正常固结,与其它试验关系,固结慢剪试验,图5.5.9 固结慢剪试验结果,同一黏土三种不同排水条件下的试验结果： 如果以总应力表示，将得出完全不同的试验结果，而以有效应力表示，则不论采用那种试验方法，都得到近乎一条有效应力破坏包线(虚线)，可见，抗剪强度与有效应力的唯一对应关系。,图5.5.10 三种试验方法结果比较,某一饱和黏性土试样做三轴固结不排水试验，施加周围压力s3=200kPa，试件破坏时的主压力差s1-s3=280kPa，测得孔隙水压力uf=180kPa，整理试验结果得有效内摩擦角 =24，有效黏聚力c=80kPa，试求破坏面上的法向应力和剪应力及最大剪应力。,【例题5-3】,【解】,有效应力圆破坏面与大主应力作用面的夹角为：,思路：,大小主应力：,有效应力圆破坏面的法向应力与剪应力：,最大剪应力发生在 ：,为什么试样的破坏面发生在=570的平面而不发生在最大剪应力作用面=450？,破坏面的有效正应力与抗剪强度：,作用在=570的平面的剪应力：,最大剪应力面的有效正应力与抗剪强度：,不破坏,破坏,总应力强度指标与有效应力强度指标,c 、 为土的有效黏聚力和有效内摩擦角，即土的有效应力强度指标,c 、 为土的总应力强度指标,土的抗剪强度并不是由剪切面上的法向总应力决定，而是取决于剪切面上的法向有效应力。,（四）、抗剪强度指标的选择,由三轴固结不排水试验确定的有效应力强度指标 ，,宜用于分析地基的长期稳定问题（如土坡的长期稳定分析、估计挡土结构物的长期土压力、位于软土地基上结构物的地基长期稳定分析等）。 对于饱和软黏土的短期稳定问题，宜采用不固结不排水试验的强度指标 ， 。,抗剪强度指标的选择,首先要根据工程问题的性质确定采用分析方法，进而决定采用总应力或有效应力强度指标，然后选择测试方法。,1、当采用有效应力法进行工程设计时，应选用有效强度指标。只要能比较准确地确定孔隙压力，则采用有效强度指标是应该推荐的；有效强度指标可用不固结不排水试验和固结不排水试验（监测孔隙压力）等方法测定；,2、对一般工程问题多采用总应力分析法，其指标和测定方 法大选择大致如下：,当建筑地基为薄层黏性土、粉土或黏性土层中夹砂土层，透水性大，施工速度慢，应采用三轴固结排水(CD)试验或直接剪切慢剪试验。 若建筑地基为饱和状态厚层黏土，透水性小，快速施工，则可进行三轴不固结不排水(UU)试验，或直接剪切快剪试验。 如果介于以上两者之间，或地基已充分固结或竣工较久，荷载突增及一般地基的稳定验算采用固结不排水(CU)试验，或固结快剪试验。,【例5-5】某建筑物地基为一厚层均匀的淤泥质黏土层。地下水位与地面齐平。取土做三轴试验，测得土的重度=18.5kNm3；渗透系数k=210-7cms，压缩模量Es=3.5MPa，泊松比=0.5，不固结不排水剪强度指标cu=20kPa；固结不排水剪强度指标ccu=11.5kPa，cu=14；固结排水剪强度指标cd=15kPa，d =24。设在该地基表面上有宽为4m的条形基础，如图5.6.10所示，荷载作用在基底上的平均压力为100kPa。试分析在施加荷载较快的情况下，基础中心线下a、b两点处是否被剪切破坏。,【解】 、计算a、b两点处的应力,、a、b两点强度 土层深厚，渗透性低，施加荷载速率较快，排水不良，固结程度低，应采用不固结不排水剪强度指标cu=20 kPa，u=0。因此，f=cu=20kPa。,、a点可能破坏面上的剪应力 a点被剪切破坏。、b点可能破坏面上的剪应力 b点没被剪切破坏。,固结不排水抗剪强度（CU）,不固结不排水抗剪强度（UU）,小 结,固结排水抗剪强度（CD）,抗剪强度指标的选择,应力路径,对加荷过程中的土体内某点，其应力状态的变化可在应力坐标图中以应力点的移动轨迹表示，这种轨迹称为应力路径。,图5.6.1 应力路径,加荷方法不同，应力路径也不同,三轴被动压缩,三轴主动压缩,图5.6.2 不同加荷方式的应力路径,下图表示正常固结黏土三轴固结不排水试验的应力路径，总应力路径AB是直线，而有效应力路径AB 是曲线，两者之间的距离即为超孔隙水压力u，因为正常固结黏性土在不排水剪切时产生正的超孔隙水压力，故有效应力路径在总应力路径的左边，从A点开始，沿曲线至B 点剪破，uf为剪破时的超孔隙水压力，图中Kf和Kf 分别为以总应力和有效应力表示的极限应力圆顶点的连线。,总应力路径（TSP）与有效应力路径（ESP）,图5.6.3 三轴压缩固结不排水试验的应力路径,正常固结黏土,下图为超固结土的应力路径，AB和AB 为弱超固结土的总应力路径和有效应力路径，由于弱超固结土在受剪过程中产生正的超孔隙水压力，故有效应力路径在总应力路径左边；CD和CD 表示一强超固结试样的应力路径，由于强超固结试样开始出现正的超孔隙水压力，以后逐渐转为负值，故有效应力路径开始在总应力路径左边，后来逐渐转移到右边，至D 点剪坏。,总应力路径（TSP）与有效应力路径（ESP）,超固结黏土,图5.6.4 三轴压缩固结不排水试验的应力路径,利用固结不排水试验的有效应力路径确定的Kf 线，可以求得有效应力强度指标c和 。将Kf 线与破坏包线绘在同一张图上，有如下关系，这样就可以根据和反算c和 。,应力路径法,多数试验表明，在试件发生剪切破坏时，应力路径发生转折或趋于水平，因此认为应力路径发生转折点可作为判断试件破坏的标准。,三轴压缩试验中几种典型加载条件下的应力路径,A.W.Skempton（1914-2001），英国学者。 1954提出用孔隙压力系数表示孔隙水压力的发展和变化。 对土力学的主要贡献包括有效应力原理基础、黏土中的孔隙压力系数A和B、地基承载力和边坡稳定、变形发展三分法等。,孔隙压力系数,是指土体在不排水和不排气的条件下由外荷载引起的孔隙压力增量与应力增量（以总应力表示）的比值。,等向压缩应力孔隙压力系数B,偏差压缩应力孔隙压力系数C,轴对称三维应力增量引起的孔压增量为,在常规三轴压缩试验中，试样首先在周围压力sc作用下固结稳定，以模拟试样的原位应力状态。这时，超孔隙水应力u0=0。在试验中分两个阶段来加荷，先使试样承受周围压力增量Ds3，然后在周围压力不变的条件下施加大、小主应力之差(Ds1Ds3)(即附加轴向压力q)。若试验是在不排水条件（UU试验）下进行，则Ds3和(Ds1Ds3)的施加必将分别引起超孔隙水压力增量Du3和Du1。超孔隙水压力的总增量为Du=Du1+Du3，总的孔隙水压力为u=u0+Du=Du。,图5.7.1,等向压缩应力状态孔隙压力系数B,当试样在不排水条件下受到各向相等压力增量3作用时，产生的孔隙压力增量为u3 ，将u3与3之比定义为孔隙应力系数B，即,孔隙压力系数B的具体表达式的推求,土体积的变化,等向压缩应力状态：,有效应力增量：,土骨架的三向体积压缩系数,孔隙（流体）体积的变化,孔隙的三向体积压缩系数,饱和土：,孔隙压力系数B的取值讨论,干土：,非饱和土：,孔隙压力系数B反映了土体的饱和程度,偏差压缩应力状态孔隙压力系数A,轴向有效应力增量：,侧向有效应力增量：,土体积的变化,孔隙（流体）体积的变化,孔隙的三向体积压缩系数,只对弹性体使用,饱和土：,孔隙压力系数A反映了土体剪切过程中的胀缩特性,轴对称三维应力增量所引起的孔隙水压力增量,UU试验：,CU试验：,CD试验：,对于饱和土,1、掌握土的抗剪强度的表达方法；2、掌握土的极限平衡条件； 3、了解抗剪强度参数的测定方法及各类抗 剪强度参数的实际应用；4、熟知饱和黏性土三轴试验的分类、试验 过程及试验结果。,本章的基本要求,第五章内容结束,