1、五、例題分析五、例題分析 【例】地基中某一單元土體上的大主應力為地基中某一單元土體上的大主應力為430kPa430kPa，小，小主應力為主應力為200kPa200kPa。通過試驗測得土的抗剪強度指標。通過試驗測得土的抗剪強度指標c c=15 =15 kPakPa， =20=20o o。試問該單元土體處于何種狀態(tài)？單元。試問該單元土體處于何種狀態(tài)？單元土體最大剪應力出現(xiàn)在哪個面上，是否會沿剪應力最大的土體最大剪應力出現(xiàn)在哪個面上，是否會沿剪應力最大的面發(fā)生剪破？面發(fā)生剪破？【解答解答】已知已知 1=430kPa=430kPa， 3=200kPa=200kPa，c=15kPa=15kPa， =20

2、=20o o 1.1.計算法計算法 kPacoof8 .450245tan2245tan231計算結果表明：計算結果表明： 1f大于該單元土體實際大主應力大于該單元土體實際大主應力 1，實際應力圓半徑小于極限應力圓半徑，所以，該單實際應力圓半徑小于極限應力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)元土體處于彈性平衡狀態(tài) kPacoof8 .189245tan2245tan213計算結果表明：計算結果表明： 3f小于該單元土體實際小主應小于該單元土體實際小主應力力 3，實際應力圓半徑小于極限應力圓半徑，實際應力圓半徑小于極限應力圓半徑 ，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)所以，該單元土體處于彈性平衡

3、狀態(tài) 在剪切面上在剪切面上 552459021fkPaf7.2752cos21213131kPaf1 .1082sin2131庫侖定律庫侖定律 kPacf3 .115tan 由于由于f ，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài) 2.2.圖解法圖解法 c 1 1f 3f實際應力圓實際應力圓極限應力圓極限應力圓最大剪應力與主應力作用面成最大剪應力與主應力作用面成4545o okPa11590sin2131max最大剪應力面上的法向應力最大剪應力面上的法向應力kPa31590cos21213131庫侖定律庫侖定律 kPacf7 .129tan最大剪應力面上最大剪應力面上f

4、 ，所以，不會沿剪應力最大的面發(fā)生破，所以，不會沿剪應力最大的面發(fā)生破壞壞 max土的 抗剪強度試驗 一、室內試驗一、室內試驗 二、野外試驗二、野外試驗直剪試驗、三軸試驗等直剪試驗、三軸試驗等 制樣（重塑土）或現(xiàn)場取樣制樣（重塑土）或現(xiàn)場取樣 缺點：擾動缺點：擾動 優(yōu)點：應力條件清楚，易重復優(yōu)點：應力條件清楚，易重復十字板扭剪試驗、旁壓試驗等十字板扭剪試驗、旁壓試驗等 原位試驗原位試驗 缺點：應力條件不易掌握缺點：應力條件不易掌握 優(yōu)點：原狀土的原位強度優(yōu)點：原狀土的原位強度 一、直接剪切試驗（室內試驗）一、直接剪切試驗（室內試驗）試驗儀器：試驗儀器：直剪儀（應力控制式，應變控制式）直剪儀（應

5、力控制式，應變控制式） 土的抗剪強度試驗 直接剪切儀分為應變控制式和應力控制式兩種，前者直接剪切儀分為應變控制式和應力控制式兩種，前者是等速推動試樣產生位移測定相應的剪應力，后者是等速推動試樣產生位移測定相應的剪應力，后者則是對試件分級施加水平剪應力測定相應的位移，目則是對試件分級施加水平剪應力測定相應的位移，目前我國普遍采用的是應變控制式直剪儀。前我國普遍采用的是應變控制式直剪儀。 一、直剪試驗土樣土樣 剪前施加在試樣頂面上的豎向壓力為剪破面上剪前施加在試樣頂面上的豎向壓力為剪破面上的法向應力的法向應力 ，剪應力由剪切力除以試樣面積：剪應力由剪切力除以試樣面積：APATf一、直接剪切試驗（室

6、內試驗）一、直接剪切試驗（室內試驗） 1、試驗過程：試驗過程：試驗時，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活試驗時，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石對試樣施加某一垂直壓力塞和透水石對試樣施加某一垂直壓力 ，然后等速轉動手然后等速轉動手輪對下盒施加水平推力，使試樣在上下盒的水平接觸面輪對下盒施加水平推力，使試樣在上下盒的水平接觸面上產生剪切變形，直至破壞，剪應力的大小可借助與土上產生剪切變形，直至破壞，剪應力的大小可借助與土盒接觸的量力環(huán)的變形值計算確定。盒接觸的量力環(huán)的變形值計算確定。在法向應力在法向應力 作用下，得到剪應力與剪切位移關系曲作用下，得到剪應力與剪切位移關系曲線，根據(jù)曲線得到該線，根據(jù)曲線得到該 作

7、用下作用下，土的抗剪強度土的抗剪強度4mm4mm a a b b 剪切位移剪切位移l (0.01mm)(0.01mm) 剪應力剪應力 （kPa)kPa) 1 1 2 2 一、直接剪切試驗（室內試驗）一、直接剪切試驗（室內試驗）2 2、抗剪強度指標的選取、抗剪強度指標的選取對硬黏土和密砂，曲線出現(xiàn)剪應力對硬黏土和密砂，曲線出現(xiàn)剪應力峰值，峰后強度隨剪切位移增大而峰值，峰后強度隨剪切位移增大而減小，稱為應變軟化現(xiàn)象，取減小，稱為應變軟化現(xiàn)象，取峰值峰值強度強度（a點）作為抗剪強度點）作為抗剪強度對軟黏土和松砂，曲線不出現(xiàn)剪應對軟黏土和松砂，曲線不出現(xiàn)剪應力峰值，強度隨剪切位移增大而增力峰值，強度隨

8、剪切位移增大而增大，稱為應變硬化現(xiàn)象，此時大，稱為應變硬化現(xiàn)象，此時應按應按某一剪切位移值（一般某一剪切位移值（一般4mm）作為作為抗剪破壞強度控制點（抗剪破壞強度控制點（b點）點）PSTA = 100KPa S = 200KPa = 300KPa Oc 3 3、試驗結果的整理、試驗結果的整理一、直接剪切試驗（室內試驗）一、直接剪切試驗（室內試驗）對對同一種土至少取對對同一種土至少取4個重度和含個重度和含水量相同的試樣，分別在不同垂直水量相同的試樣，分別在不同垂直壓力壓力 下剪切破壞，一般可取垂直下剪切破壞，一般可取垂直壓力為壓力為100、200、300、400 kPa，將試驗結果繪制抗剪強度

9、將試驗結果繪制抗剪強度f 和垂直和垂直壓力壓力 之間關系曲線。之間關系曲線。 在不同的垂直壓力在不同的垂直壓力 下進行剪切試驗，得相應的抗剪下進行剪切試驗，得相應的抗剪強度強度f，繪制，繪制f - 曲線，得該土的抗剪強度包線曲線，得該土的抗剪強度包線3 3、試驗結果的整理、試驗結果的整理通過控制剪切速率通過控制剪切速率來近似模擬排水條來近似模擬排水條件件（1 1） 快剪：快剪： 施加正應力后立即快速施加正應力后立即快速(0.02mm/(0.02mm/分分) )施加水平剪應力，以保證無超靜孔施加水平剪應力，以保證無超靜孔壓力產生壓力產生（2 2）固結快剪）固結快剪 施加正應力施加正應力- -充分

10、固結后，快速施充分固結后，快速施加水平剪應力使試樣剪切破壞。加水平剪應力使試樣剪切破壞。（3 3）慢剪）慢剪 施加正應力土體充分固結后，緩施加正應力土體充分固結后，緩慢施加水平剪應力使試樣剪切破壞。慢施加水平剪應力使試樣剪切破壞。PSTA一、直接剪切試驗（室內試驗）一、直接剪切試驗（室內試驗）4 4、直減試驗類型、直減試驗類型5 5、直剪試驗優(yōu)缺點、直剪試驗優(yōu)缺點 優(yōu)點：優(yōu)點：儀器構造簡單，試樣的制備和安裝方便，儀器構造簡單，試樣的制備和安裝方便，易于操作易于操作 缺點：缺點：剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實際情況，不一定是土樣的最薄弱面。實際

11、情況，不一定是土樣的最薄弱面。剪切面上的剪應力分布不均勻，剪切破壞開始剪切面上的剪應力分布不均勻，剪切破壞開始于邊緣，在邊緣發(fā)生應力集中現(xiàn)象。于邊緣，在邊緣發(fā)生應力集中現(xiàn)象。下盒的錯動，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減下盒的錯動，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減小，計算時卻還用原截面積。小，計算時卻還用原截面積。試驗中不能嚴格控制排水條件，對透水性強的試驗中不能嚴格控制排水條件，對透水性強的土尤為突出，不能量測土樣的孔隙水壓力。土尤為突出，不能量測土樣的孔隙水壓力。一、直接剪切試驗（室內試驗）一、直接剪切試驗（室內試驗）二、三軸壓縮試驗二、三軸壓縮試驗 第三節(jié) 土的抗剪強度試驗 三軸壓縮試驗也稱三軸剪

12、切試驗，是測定土抗剪強度的一三軸壓縮試驗也稱三軸剪切試驗，是測定土抗剪強度的一 種較為完善的種較為完善的方法。三軸壓縮儀由方法。三軸壓縮儀由壓力室壓力室、軸向加荷系統(tǒng)軸向加荷系統(tǒng)、施加圍壓系統(tǒng)施加圍壓系統(tǒng)、孔隙水壓力量孔隙水壓力量測系統(tǒng)測系統(tǒng)等組成。等組成。 應變控制式三軸應變控制式三軸儀：壓力室，量儀：壓力室，量測系統(tǒng)測系統(tǒng)二、三軸壓縮試驗二、三軸壓縮試驗試樣試樣壓力室壓力室壓力壓力水水排水管排水管閥門閥門軸向加壓桿軸向加壓桿有機玻璃罩有機玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石頂帽頂帽二、三軸壓縮試驗二、三軸壓縮試驗1 1、壓力室結構、壓力室結構 第三節(jié) 土的抗剪強度試驗2 2、試驗加載步驟和方法：

13、、試驗加載步驟和方法：1 3 3 3 3 1 二、三軸壓縮試驗二、三軸壓縮試驗（1）將土樣切成圓柱體套在橡膠膜內、）將土樣切成圓柱體套在橡膠膜內、放在密封的壓力室中放在密封的壓力室中（2）然后向壓力室內壓入水，使試樣）然后向壓力室內壓入水，使試樣各向受到圍壓各向受到圍壓 3 ，并使液壓在整個試驗，并使液壓在整個試驗過程中保持不變，這時試樣內各向的三過程中保持不變，這時試樣內各向的三個主應力都相等、因此不發(fā)生剪應力個主應力都相等、因此不發(fā)生剪應力。（3）然通過傳力桿對試樣施加豎向壓力，）然通過傳力桿對試樣施加豎向壓力，這樣，豎向主應力就大于水平向主應力這樣，豎向主應力就大于水平向主應力水平向主應

14、力保持不變。而豎向主應力水平向主應力保持不變。而豎向主應力逐漸增大，試件終于至剪切破壞。逐漸增大，試件終于至剪切破壞。 1= 2= 3 1= 1- 3強度包線強度包線( 1- )fc ( 1- )f 1 1- 3 1 =15%v分別作圍壓分別作圍壓 為為100 100 kPakPa 、200 200 kPakPa 、300 300 kPakPa的三軸試驗，得到的三軸試驗，得到破壞時相應的（破壞時相應的（ 1 1- - ) )f f，繪制主繪制主應力差與軸向應變關系曲線。應力差與軸向應變關系曲線。v繪制三個破壞狀態(tài)的應力摩爾圓，繪制三個破壞狀態(tài)的應力摩爾圓，畫出它們的公切線畫出它們的公切線強度包

15、線，強度包線，得到強度指標得到強度指標 c c 與與 3 3、強度包線、強度包線二、三軸壓縮試驗二、三軸壓縮試驗v固結排水試驗（CDCD試驗）1 打開排水閥門，打開排水閥門，施加圍壓施加圍壓 后充分固后充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散；結，超靜孔隙水壓力完全消散；2 打開排水閥門，慢慢施加軸向應力差打開排水閥門，慢慢施加軸向應力差 以便充分排水，避免產生超靜以便充分排水，避免產生超靜孔壓孔壓v固結不排水試驗（CUCU試驗）1 打開排水閥門，打開排水閥門，施加圍壓施加圍壓 后充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散；后充分固結，超靜孔隙水壓力完全消散；2 關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差關閉

16、排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差 過程中不排水過程中不排水v不固結不排水試驗（UUUU試驗）1 關閉排水閥門，關閉排水閥門，圍壓圍壓 下不固結；下不固結；2 關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差關閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應力差 過程中不排水過程中不排水cd 、 d ccu 、 cu 4 4、試驗類型、試驗類型二、三軸壓縮試驗二、三軸壓縮試驗c 、 試驗方法與現(xiàn)場條件試驗方法與現(xiàn)場條件的對應關系的對應關系粘土地基上的分層粘土地基上的分層慢速填方慢速填方在在1層固結后層固結后快速施工快速施工2層層12軟土地基上的快速填方軟土地基上的快速填方固結排水試驗固結排水試驗固結不

17、排水試驗固結不排水試驗不固結不排水試驗不固結不排水試驗v優(yōu)點：優(yōu)點：試驗中能夠嚴格控制試樣排水條件，量測試驗中能夠嚴格控制試樣排水條件，量測空隙水壓力，了解土中有效應力原理空隙水壓力，了解土中有效應力原理；試樣中的應力分布均勻；試樣中的應力分布均勻；破壞面不是人為固定的；破壞面不是人為固定的；v缺點：缺點：設備相對復雜，操作要求高；現(xiàn)場無法試驗設備相對復雜，操作要求高；現(xiàn)場無法試驗說明：說明： 3 30 0 即為即為無側限抗壓強度試驗無側限抗壓強度試驗5 5、優(yōu)點和缺點、優(yōu)點和缺點二、三軸壓縮試驗二、三軸壓縮試驗例題分析例題分析 【例】對某種飽和粘性土做固結不排水試驗，三個試對某種飽和粘性土做固結不排水試驗，三個試樣破壞時的大、小主應力和孔隙水壓力列于表中，試樣破壞時的大、小主應力和孔隙水壓力列于表中，試用作圖法確定土的強度指標用作圖法確定土的強度指標c ccucu、 cucu和和c c 、 周圍壓力周圍壓力 3/ kPa 1/ kPauf / kPa6060100100150150143143220220313313232340406767 第三節(jié) 土的抗剪強度試驗【解答解答】按比例繪出三個總應力極限應力圓，如圖