土质学与土力学 第七章 土的抗剪强度.ppt

第七章,土的抗剪强度,土工结构物或地基,土,渗透问题变形问题强度问题,渗透特性变形特性强度特性,7.1 概述7.2 土的抗剪强度理论7.3 土的抗剪强度试验7.4 三轴压缩试验中的孔隙压力系数7.5 饱和粘性土的土的抗剪强度7.6 应力路径与破坏主应力线简介,7 土的抗剪强度,7 土的抗剪强度,本章需要重点掌握内容：1）掌握库仑公式、莫尔库仑强度理论；2）掌握土的抗剪强度指标的测定方法；3）掌握不同固结和排水条件下土的抗剪强度指标的意义及其应用；本章需要了解内容：1）孔隙压力系数A和B2）应力路径概念3）抗剪强度的影响因素。4）能利用抗剪强度的基本理论和试验方法解决实际工程土中的强度和稳定问题。,一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型,7 土的抗剪强度,7.1 土的抗剪强度概述,一、土的强度特点：碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；2.三相体系：三相承受与传递荷载有效应力原理；3.自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。,7.1 土的抗剪强度概述,大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾,二、工程中土体的破坏类型,1.挡土结构物的破坏,7.1 土的抗剪强度概述,1.挡土结构物的破坏,二、工程中土体的破坏类型,广州京光广场基坑塌方,使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。,7.1 土的抗剪强度概述,挡土墙,滑裂面,基坑支护,1.挡土结构物的破坏,二、工程中土体的破坏类型,7.1 土的抗剪强度概述,平移滑动,2.各种类型的滑坡,崩塌,旋转滑动,流滑,二、工程中土体的破坏类型,7.1 土的抗剪强度概述,1994年4月30日崩塌体积400万方10万方进入乌江死4人，伤5人，失踪12人击沉拖轮、驳轮各一艘，渔船2只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡崩塌体巨大石块滚入江内，无法通航滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米。,乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌,2.各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,龙观嘴,黄崖沟,乌江,2000年西藏易贡巨型滑坡,2.各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,高程（m）,滑距（m）,5530,2200,4000,扎 木 弄 沟,滑坡堆积体,0,8000,4000,2000,6000,立面示意图,坡高 3330 m堆积体宽 约2500m总方量 约3亿方,2.各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,易贡滑坡堰塞湖,滑 坡 堆 积 区,扎木弄沟,2264m,2210m,2165m,2340m,平面示意图,5520m,滑坡堆积体,2.各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,天然坝 坝高290 m滑坡堰塞湖 库容15亿方,湖水每天上涨约50cm?,2.各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,边坡,2.各种类型的滑坡,二、工程中土体的破坏类型,粘土地基上的某谷仓地基破坏,3.地基的破坏,二、工程中土体的破坏类型,日本新泻1964年地震引起大面积液化,3.地基的破坏,二、工程中土体的破坏类型,地基,3.地基的破坏,二、工程中土体的破坏类型,土压力边坡稳定地基承载力,挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏,二、工程中土体的破坏类型,1.库仑公式2.应力状态与摩尔圆3.极限平衡应力状态4.摩尔-库仑强度理论5.破坏判断方法6.滑裂面的位置,7.2 土的抗剪强度理论,c 粘聚力 内摩擦角,f：土的抗剪强度tg：摩擦强度-正比于压力c：粘聚强度-与所受压力无关,固定滑裂面,一般应力状态如何？判断是否破坏？,借助于莫尔圆,库仑公式及抗剪强度指标（总应力法与有效应力法）,三维应力状态,二.应力莫尔圆,二维应力状态,莫尔圆应力分析符号规定,材料力学,+,-,+,-,土力学,正应力,剪应力,拉为正压为负,顺时针为正逆时针为负,压为正拉为负,逆时针为正顺时针为负,二.应力莫尔圆,O,1,3,二.应力莫尔圆,大主应力：,小主应力:,圆心：,半径：,z按顺时针方向旋转,x按顺时针方向旋转,莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力与,三.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=f土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔园的公切线。,f,三.极限平衡应力状态,f,强度包线以内：任何一个面上的一对应力与 都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：有一个面上的应力达到破坏；与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。,四.莫尔库仑强度理论,1.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力的单值函数,f=f()（莫尔：1900年）2.在一定的应力范围内，可以用线性函数近似f=c+tg3.某土单元的任一个平面上=f，该单元就达到了极限平衡应力状态,四.莫尔库仑强度理论,莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件,1f,3,四.莫尔库仑强度理论,莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件,根据应力状态计算出大小主应力1、3,判断破坏可能性,由3计算1f比较1与1f,11f 破坏状态,五.破坏判断方法,判别对象：土体微小单元（一点）,3=常数：,根据应力状态计算出大小主应力1、3,判断破坏可能性,由1计算3f比较3与3f,33f 弹性平衡状态3=3f 极限平衡状态33f 破坏状态,五.破坏判断方法,判别对象：土体微小单元（一点）,1=常数：,根据应力状态计算出大小主应力1、3,判断破坏可能性,由1、3计算与比较,安全状态=极限平衡状态 不可能状态,O,c,五.破坏判断方法,判别对象：土体微小单元（一点）,(1+3)/2=常数：圆心保持不变,O,c,1f,3,2,2,六.滑裂面的位置,与大主应力面夹角：=45+/2,一、室内试验二、野外试验,7.3 土的抗剪强度试验,直剪试验、三轴试验等 制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复,十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验 缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度,一、直接剪切试验（直剪试验）库仑（1776）试验原理,施加（=P/A），S量测（=T/A）,=100KPa,S,A,7.3 土的抗剪强度试验,直剪试验库仑（1776）试验原理试验结果,=100KPa,S,=200KPa,=300KPa,7.3 土的抗剪强度试验,c 粘聚力 内摩擦角,直剪试验库仑（1776）试验原理试验结果,库仑公式：,f：土的抗剪强度tg：摩擦强度-正比于压力c：粘聚强度-与所受压力无关,滑动摩擦,1.摩擦强度 tg,（1）滑动摩擦,（2）咬合摩擦引起的剪胀,滑动摩擦,咬合摩擦引起的剪胀,1.摩擦强度 tg,（3）颗粒的破碎与重排列,滑动摩擦,颗粒破碎与重排列,1.摩擦强度 tg,咬合摩擦引起的剪胀,密度（e,粒径级配（Cu,Cc）颗粒的矿物成分 对于：砂土粘性土；高岭石伊里石蒙脱石粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）在其他条件相同时：对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角 对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角,影响土的摩擦强度的主要因素：,1.摩擦强度 tg,粘聚强度机理静电引力（库仑力）范德华力颗粒间胶结假粘聚力（毛细力等）,粘聚强度影响因素地质历史粘土颗粒矿物成分密度离子价与离子浓度,2.凝聚强度,通过控制剪切速率来近似模拟排水条件,1.（固结）慢剪：施加正应力-充分固结 慢慢施加剪应力-小于 0.02mm/分，以保证无超静孔压2.固结快剪 施加正应力-充分固结 在3-5分钟内剪切破坏3.快剪 施加正应力后立即剪切，3-5分钟内剪切破坏,一.直剪试验,O,n,K0n,一.直剪试验,设备简单，操作方便 结果便于整理 测试时间短,优点,试样应力状态复杂 应变不均匀 不能控制排水条件 剪切面固定,缺点,一.直剪试验,类似试验：环剪试验单剪试验,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,二.三轴压缩（剪切）试验,1.试样应力特点与试验方法2.强度包线3.试验类型4.优缺点,二.三轴压缩试验,方法：首先试样施加静水压力室压（围压）1=2=3；然后通过活塞杆施加的是应力差1=1-3。,1.试样应力特点与试验方法：,特点：试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是大主应力；径向与切向应力总是相等r=，亦即1=z；2=3=r,强度包线,(1-)f,c,(1-)f,1,1-3,1=15%,分别作围压为100 kPa、200 kPa、300 kPa的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f,绘制三个破坏状态的应力摩尔圆，画出它们的公切线强度包线，得到强度指标 c 与,二.三轴压缩试验,2.强度包线,固结排水试验（CD试验）1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压,固结不排水试验（CU试验）1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水,不固结不排水试验（UU试验）1 关闭排水阀门，围压下不固结；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水,cd、d,ccu、cu,cu、u,3.试验类型,二.三轴压缩试验,固结排水试验（CD试验）Consolidated Drained Triaxial test(CD)抗剪强度指标：cd d（c）,试验类型汇总,固结不排水试验（CU试验）Consolidated Undrained Triaxial test(CU)抗剪强度指标：ccu cu,不固结不排水试验（UU试验）Unconsolidated Undrained Triaxial test(UU)抗剪强度指标：cu u（cuu uu）,二.三轴压缩试验,优点：1 应力状态和应力路径明确；2 排水条件清楚，可控制；3 破坏面不是人为固定的；4 试验单元体试验,缺点：设备相对复杂，现场无法试验,说明：30 即为无侧限抗压强度试验,4.优点和缺点,二.三轴压缩试验,无侧限抗压强度试验如同三轴压缩试验中3=0时的特殊情况。试验时，将圆柱形试样置于无侧限压缩仪中，对试样不加周围压力，仅对它施加垂直轴向压力1（见右图），剪切破坏时试样所承受的轴向压力称为无侧限抗压强度。无粘性土在无侧限条件下试样难以成型，故该试验主要用于粘性土，尤其适用于饱和软粘土。,三.无侧限抗压强度试验,对于饱和软粘土，在不固结不排水条件下进行剪切试验，可认为=0，其抗剪强度包线与轴平行。因而，由无侧限抗压强度试验所得的极限应力圆的水平切线即为饱和软粘土的不排水抗剪强度包线（水平线）。由图可知，其不排水抗剪强度cu为：cu=qu/2,真三轴仪空心圆柱扭剪仪,其它室内试验,四.十字板剪切试验,一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；,钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；,通过施加的扭矩计算土的抗剪强度,7.3 土的抗剪强度试验,时：,四、十字板剪切试验,?,几种简单的情形：,饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算附加应力情况,外荷载,附加应力z,土骨架：有效应力,(2)轴对称三维应力状态,(1)侧限应力状态,孔隙水：孔隙水压力,超静孔隙水压力,7.4 三轴压缩试验中的孔隙压力系数,侧限应力状态及一维渗流固结,附加应力作用情况,实践背景：大面积均布荷载,p0,不透水岩层,饱和压缩层,z=p0,p0,侧限应力状态,侧限应力状态及一维渗流固结,附加应力作用情况,物理模型：,钢筒侧限条件 弹簧土骨架 水体孔隙水 带孔活塞排水顶面 活塞小孔渗透性大小,初始状态,边界条件,渗透固结过程,p0,一般方程,侧限应力状态及一维渗流固结,附加应力作用情况,p,p,附加应力:z=p超静孔压:u=z=p有效应力:z=0,渗透固结过程,附加应力:z=p超静孔压:u 0,附加应力:z=p超静孔压:u=0有效应力:z=p,孔压系数：,不排水条件下相当于t=0时刻:,附加应力作用情况,侧限应力状态及一维渗流固结,渗透固结过程,u,随时间在变化,产生超静孔隙水压力,附加应力作用情况,轴对称三维应力状态,不固结不排水试验,从某一初始状态，阀门关闭，连接孔压传感器，施加围压不固结，量测超静孔隙水压力 uB施加1-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水压力 uA,一、孔压系数A和B,轴对称三维应力状态,=,+,等向压缩应力状态,偏差应力状态,封闭土样,1.等向压缩应力状态,孔隙流体产生了超静孔隙水压力uB,土骨架的有效附加应力,孔隙流体的体积变化,孔隙流体的体积压缩系数为Cv，单位孔隙压力作用引起的体应变,土骨架的体积变化,设土骨架的体积压缩系数为Cs,体积V,土骨架的体变等于孔隙流体的体变V1=V2,孔压系数B,线弹性体,饱和土：干 土：非饱和土：,B是一个反映土饱和程度的指标,孔隙流体的体积压缩系数为Cv，单位孔隙压力作用引起的体应变,设土骨架的体积压缩系数为Cs,孔压系数B,1.等向压缩应力状态,孔隙流体产生了超静孔隙水压力uA,有效附加应力,孔隙流体的体积变化,土骨架的体积变化,土骨架的体变等于孔隙流体的体变V1=V2,孔压系数A,2.偏差应力状态,体积V,假定为线弹性体,轴向,侧向,总应力增量,应变增量,0,孔压系数A,对饱和土:,剪切作用引起的孔压响应,对于线弹性体:,A=1/3,A不是常数，随加载过程而变化,A1/3,A1/3,剪胀：,剪缩：,2.偏差应力状态,A 是一个反映土剪胀性强弱的指标，其大小与土性有关,问题:能否对孔压系数 A 作进一步的解释？,问题:能否对孔压系数 A 作进一步的解释？,回答：,偏差应力状态,等向压缩应力状态,纯剪应力状态,纯剪应力状态,轴对称三维应力状态,等向压缩应力状态,偏差应力状态,强度指标：,峰值强度指标与残余强度指标,7.5 饱和粘性土的抗剪强度,粘聚力 c内摩擦角,工程应用,三种分类方法,总应力强度指标与有效应力强度指标,直剪强度指标与三轴试验强度指标,目的,分析方法,试验方法,应力应变状态,一.总应力指标与有效应力指标,两种强度指标的比较 有效应力、总应力强度包线与破坏主应力线,5.4 土的抗剪强度指标,7.5 饱和粘性土的抗剪强度,1.两种强度指标的比较,一.总应力指标与有效应力指标,土的抗剪强度的有效应力指标c,=c+tg=-u,符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u无法确定,土的抗剪强度的总应力指标c,=c+tg,便于应用,但u不能产生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要符合工程条件,强度指标,抗剪强度,简单评价,1,(),p(p),q,u,Kf,Kf,f,f,u,u,松砂及正常固结粘土(CU),一.总应力指标与有效应力指标,2.强度包线与破坏主应力线,思考题1：实际破裂面的方向？思考题2：如果破坏时孔隙水压力u(负孔压)，有效应力摩尔圆在总应力摩尔圆哪边？,(),c,c,f,f,超固结粘土的总应力与有效应力强度包线(CU),u(-),一.总应力指标与有效应力指标,2.强度包线与破坏主应力线,u(+),总应力,有效应力,二.三轴试验强度指标,剪切前固结条件,剪切中排水条件,固结Consolidated,排水Drained,1.固结排水试验（CD）,2.固结不排水试验（CU）,固结Consolidated,不排水Undrained,不固结Unconsolidated,不排水Undrained,三种试验,3.不固结不排水试验（UU）,5.4 土的抗剪强度指标,7.5 饱和粘性土的抗剪强度,1.固结排水试验,强度指标：cd，d(1)试验条件(2)松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线(3)密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线(4)超固结粘土+正常固结粘土的强度包线,二.三轴试验强度指标,(1)试验条件,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,1.固结排水试验,二.三轴试验强度指标,施加围压充分固结施加(1-)时，排水阀门始终打开，速度慢足以使孔压消散始终u=0，=-u=,1=1,d=,=,f=f,(1)试验条件,1.固结排水试验,二.三轴试验强度指标,总应力指标与有效应力指标一致:,cd=c,破坏面位置：,v,轴向应力渐进增加，体应变是体缩，最终二者均趋于稳定,(2)松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线,=,f=f,思考题：正常固结粘土包线为什么过原点？,1.固结排水试验,二.三轴试验强度指标,实验室的正常固结粘土：有效固结压力c 等于先期固结压力pc。,地基中的正常固结粘土：z cz pc取回室内,如 c z，不再是正常固结土。,f,“正常固结粘土”,(2)松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线,1.固结排水试验,二.三轴试验强度指标,抗剪强度指标有时失去其物理意义，而变成计算参数的含义,z,固结压力为0的正常固结粘土:当正常固结粘土试样的固结压力为0时，亦即其历史上的最大固结压力是0处于泥浆状态，抗剪强度为0。,c=0是否意味着正常固结粘土无粘聚力?粘聚力随增加而增加,v,v表示体缩v0表示体胀(剪胀),应力应变关系软化，体应变剪胀,峰值强度,残余强度,(3)密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线,峰值强度,残余强度,f,密砂强度包线,密砂应力应变关系曲线,1.固结排水试验,二.三轴试验强度指标,v表示体缩v0表示体胀(剪胀),超固结粘土强度包线,超固结粘土应力应变关系曲线,(3)密砂与超固结土试验曲线与强度包线,1.固结排水试验,二.三轴试验强度指标,应力应变关系软化，体应变剪胀,c0,e,pc,强度包线,f,pc,土的压缩曲线,(4)超固结粘土+正常固结粘土强度包线,pc，正常固结粘土；pc，超固结粘土,1.固结排水试验,二.三轴试验强度指标,固结排水试验小结,松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线：应变硬化与体积收缩，cd=0；密砂试验曲线与强度包线：应变软化与剪胀性，cd=0；超固结粘土试验曲线与强度包线：应变软化与剪胀性，cd与d;超固结粘土+正常固结粘土的强度包线:折线 c0 的直线近似,1.固结排水试验,二.三轴试验强度指标,教材199页图7-20,剪切前固结条件,剪切中排水条件,固结Consolidated,排水Drained,1.固结排水试验（CD）,2.固结不排水试验（CU）,固结Consolidated,不排水Undrained,不固结Unconsolidated,不排水Undrained,三种试验,3.不固结不排水试验（UU）,二.三轴试验强度指标,5.4 土的抗剪强度指标,7.5 饱和粘性土的抗剪强度,2.固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,强度指标：ccu，cu；c，(1)试验条件(2)正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线(3)超固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线(4)固结不排水三轴试验确定的强度指标,(1)试验条件施加围压充分固结施加(1-)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水压力 uu0，=-u,量测孔隙水压力,2.固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,2.固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,剪切过程中的超静孔隙水压力u对于饱和土试样：孔压系数B=1.0 u=BA(=A(对于剪切过程中无体积变化：A=1/3剪切过程中发生剪缩：A1/3剪切过程中发生剪胀：A1/3(甚至可能A0，u 0）,u,轴向应力和孔压渐进增加并趋于稳定，孔压 u 0,(2)正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线,f,f,cu,2.固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,u,应力应变关系软化，孔压可能小于0与超固结度有关,f,(3)超固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线,f,cu,u0,u0,2.固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,(4)固结不排水三轴试验确定的强度指标,2.固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,应力变量,试验量测,u,计算,=u=,确定的强度指标,ccu cu,c,固结不排水试验小结,剪切过程中的超静孔隙水压力u正常固结粘土的应力应变关系曲线:硬化正常固结粘土的有效应力与总应力的强度包线:cu 超固结粘土的应力应变关系曲线:软化超固结粘土的固结不排水强度指标:c ccu,cu固结不排水三轴试验确定的强度指标:ccu,cu;c,2.固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,教材198页图7-17、7-18,剪切前固结条件,剪切中排水条件,固结Consolidated,排水Drained,1.固结排水试验（CD）,2.固结不排水试验（CU）,固结Consolidated,不排水Undrained,不固结Unconsolidated,不排水Undrained,三种试验,3.不固结不排水试验（UU）,二.三轴试验强度指标,3.不固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,强度指标：cuu(cu)，uu(u)(1)试验条件(2)粘土的孔隙比有效应力抗剪强度唯一性关系(3)饱和试样的不排水强度指标cu(4)不排水试验与固结不排水试验(5)无侧限压缩试验：3=0的不排水试验(6)不饱和试样的不排水强度,(1)试验条件从某一初始状态开始，关闭阀门施加围压，产生孔隙水压力 u1=B施加（1-）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水压力u2=BA(),3.不固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,量测孔隙水压力,3.不固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,(2)粘土的孔隙比有效应力抗剪强度唯一性关系,强度的影响因素:,土的组成,土的状态,土的结构,应力状态,ef pf-qf 唯一性关系,ef f-f 唯一性关系,(p),(q),Kf线,f线,唯一的ef,应力历史,同一种正常固结粘土,土的状态(,e),应力状态,应力历史相同时也满足唯一性关系,研究表明,超固结粘土:,u=0,cu,并且有效应力摩尔圆是唯一的,思考题：可否由不排水试验确定有效应力强度指标？,(3)饱和试样的不排水强度指标,cu,u=B+A()B=1,3.不固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,cu,pc1,cu1,pc2,cu2,pc3,cu3,(4)不排水试验与固结不排水试验,3.不固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,正常固结粘土层,固结不排水试验强度包线上的每一点对应于一个具有相同先期固结压力的不排水强度指标,cu=qu/2,cu,qu=,(5)无侧限压缩试验：3=0的不排水试验,3.不固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,(6)不饱和试样的不排水强度,不饱和区,饱和区,3.不固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,不固结不排水试验小结,3.不固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,饱和试样的不排水强度指标:u=0,cu饱和试样的固结不排水试验与不排水强度指标:有关联无侧限压缩试验：3=0,是一种特殊的不排水试验不饱和试样的不排水强度指标:随3增加而增加并趋于稳定,教材197页图7-15,三.直剪试验强度指标,1.慢剪施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分，以保证无超静孔压2.固结快剪施加正应力-充分固结在3-5分钟内剪切破坏3.快剪施加正应力后立即剪切3-5分钟内剪切破坏,强度指标,对于砂土，三种试验结果都接近于c 对于粘性土，慢剪(Slowly:s)：csc s;由于摩擦和中主应力使其强度指标稍大 0.9csc,0.9s固结快剪（Consolidated Quickly:cq）ccqccu cqcu 快剪(Quickly:q):对于 k10-7 cm/s 粘土 cqcu qu,三.直剪试验强度指标,四.土的强度指标的工程应用,有效应力指标还是总应力指标？三轴试验指标还是直剪试验指标？峰值强度指标还是残余强度指标？,5.4 土的抗剪强度指标,7.5 饱和粘性土的抗剪强度,四.土的强度指标的工程应用,有效应力指标与总应力指标凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u的情况，都应当使用有效应力指标c，,四.土的强度指标的工程应用,三轴试验指标与直剪试验指标砂土：c,三轴排水试验指标与直剪试验指标（直剪试验得到的指标偏大）粘土：有效应力指标：固结排水、固结不排水 总应力指标：三轴固结不排水、不排水;直剪固结快剪、快剪,四.土的强度指标的工程应用,峰值强度指标与残余强度指标 峰值强度 一般问题 残余强度 古旧滑坡 断层夹泥 大变形问题,粘土地基上分层慢速施工的填方,稳定渗流期的土坝,天然粘土坡或在粘土中的开挖,固结排水强度指标的应用实例ccd cd,几种固结不排水强度指标的应用实例 ccu cu,在1层土固结后，施工2层,库水位从1骤降到2,在天然土坡上快速填方,几种不排水强度指标cu 在工程中的应用,软土地基上快速施工的填方,土坝快速施工，心墙未固结,粘土地基上快速施工的建筑物,例题：正常固结饱和粘土试样，在三轴压力室内保持300KPa周压条件下做排水剪切试验，测得 cd=0,d=30，问：（1）排水剪剪切破坏面的正应力、剪应力及方位。（2）保持300KPa周压条件下进行固结不排水剪切试验，破坏时的轴向压力差1-3=300KPa，求固结不排水剪总应力与有效应力抗剪强度指标；剪切破坏时试样中的孔压及相应的孔压系数；剪切破坏面的正应力、剪应力及方位。（3）若先在200KPa周压条件下使试样固结，然后也施加周压300KPa进行不排水剪切试验，求抗剪强度指标及剪切破坏面的正应力、剪应力及方位。（4）试比较排水剪、固结不排水剪、不排水剪的抗剪强度指标及剪切破坏面。,解：1）排水剪试验的抗剪强度曲线所表示的是有效应力抗剪强度指标及应力状态。,剪切破坏面的应力与方位是：,2）正常固结饱和粘土的固结不排水剪抗剪强度包线笔通过坐标原点，破坏应力圆与其相切，由图可得：,试样剪切破坏时的有效应力状态为：,因试样为完全饱和状态，孔压系数为：,固结不排水剪总应力抗剪强度包线与总应力破坏圆相切点所表示的是假想的剪切破坏面，该面与大主应力面的夹角与应力为：,固结不排水剪的真实剪切破坏面是有效应力抗剪强度包线与有效应力破坏圆相切点所表示的剪切面，该面与大主应力面的夹角与应力为：,3）不排水剪的剪切强度与试样初始的固结程度有关。由排水剪强度曲线与固结压力的剪切破坏应力圆相切可得：,当周压增至300kpa，进行不排水剪试验，其有效应力圆不变，将其平移u可得总应力圆，即：,4)在同样周压下，三种固结条件的剪切强度为：排水剪 d=30 cd=0固结不排水剪 cu=19.5 ccu=0不排水剪 u=0 cu=200kpa土样剪切破坏面的方位是唯一的，为有效应力破坏面与大主应力面间的夹角。,7.6 应力路径与破坏主应力线,一、应力路径及表示法二、强度包线与破坏主应力线三、总应力路径与有效应力路径,土的应力应变关系特性 弹塑性需要记录加载历史应力路径概念应力状态：土体中一点（微小单元）上作用的应力的大小与方向 土体中一点应力状态连续变化，在应力空间（平面）中的轨迹,7.6 应力路径与破坏主应力线,一、应力路径及表示法,应力圆某一特定面上的应力点通常选择最大剪应力面（与主应力面成45度的斜面）,O,3,1,13,固结排水三轴试验,莫尔圆圆心,莫尔圆半径,一个点代表一个摩尔圆；一条线代表一系列摩尔圆应力路径,一、应力路径及表示法,摩尔圆一个圆代表一个应力状态,p,q平面一个 点代表一个应力状态,保持为常数,二.摩尔圆与 p,q 平面上的应力路径,用摩尔圆,用应力平面,土中一点的应力状态,一个摩尔圆,一点,应力的变化过程,一系列摩尔圆,一条线,（应力路径）,极限应力状态,与强度包线相切的摩,尔圆,破坏主应力线上的一,点,破坏包线 f 在 坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线,破坏主应力线 Kf在p q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合,p,q,O,f 线,Kf线,固结排水三轴试验,7.6 应力路径与破坏主应力线,二、强度包线与破坏主应力线,两条直线与横坐标交点都是 0,破坏包线在 坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线,p,q,O,c,破坏主应力线在p q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合,a,f线,Kf线,O,A,R,固结排水三轴试验,二、强度包线与破坏主应力线,破坏包线在 坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线,p,q,O,c,破坏主应力线在p q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合,a,f线,Kf线,O,A,R,固结排水三轴试验,二、强度包线与破坏主应力线,破坏包线在 坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线,p,q,O,c,破坏主应力线在p q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合,a,f线,Kf线,O,A,R,固结排水三轴试验,二、强度包线与破坏主应力线,c a,0,q,p,用若干点的最小二乘法确定a 和 然后计算强度指标c和,a,确定强度指标,二、强度包线与破坏主应力线,总应力与有效应力状态有效应力原理典型三轴试验孔隙水压力计算,O,（13),固结不排水三轴试验,三、总应力路径与有效应力路径,总应力与有效应力路径关系,O,（13),u,1,3,3,1,三、总应力路径与有效应力路径,总应力与有效应力路径关系三轴试验总应力路径三轴固结不排水试验有效应力路径A=const松砂或正常固结粘土（A1/3）密砂或超固结粘土（A1/3）,三、总应力路径与有效应力路径,教材206页7-11：某饱和粘性土在三轴仪中进行固结不排水试验，得c0，28，如果这个试件受到1200kpa和3150kpa的作用，测得孔隙水压力，问该试件是否会破坏？为什么？,解：固结不排水试验指标可近似代替固结排水试验试验指标，因此上述c0，28可视为有效抗剪强度指标。土的极限平衡条件用有效应力表示。,11u200-100100kpa33u150-10050kpa,解法1：,O,1f,3,试样处于弹性平衡状态，故不会破坏。,解法2：,试样处于弹性平衡状态，故不会破坏。,解法3：,O,1,3,试样处于弹性平衡状态，故不会破坏。,