1、第七章第七章 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度n7.1 7.1 概述概述n7.2 7.2 土的抗剪強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度理論n7.3 7.3 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)n7.4 7.4 三軸壓縮試驗(yàn)的孔隙壓力系數(shù)三軸壓縮試驗(yàn)的孔隙壓力系數(shù)n7.5 7.5 飽和粘土的抗剪強(qiáng)度飽和粘土的抗剪強(qiáng)度n7.6 7.6 應(yīng)力路徑在強(qiáng)度問(wèn)題中的應(yīng)用應(yīng)力路徑在強(qiáng)度問(wèn)題中的應(yīng)用n7.5 7.5 無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度主要內(nèi)容掌握土的抗剪強(qiáng)度理論，黏性土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的掌握土的抗剪強(qiáng)度理論，黏性土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定和選擇；測(cè)定和選擇；熟悉無(wú)黏性土的剪脹性熟悉無(wú)黏性土的剪脹性( (剪縮稱(chēng)為負(fù)剪脹剪縮稱(chēng)為

2、負(fù)剪脹) )和臨界孔和臨界孔隙比，孔隙壓力系數(shù)的概念和用途，隙比，孔隙壓力系數(shù)的概念和用途，了解應(yīng)力歷史、應(yīng)力路徑對(duì)土體強(qiáng)度指標(biāo)的影響，了解應(yīng)力歷史、應(yīng)力路徑對(duì)土體強(qiáng)度指標(biāo)的影響，無(wú)黏性土休止角試驗(yàn)的概念。無(wú)黏性土休止角試驗(yàn)的概念。 大綱要求大綱要求7.17.1概述概述土的抗剪強(qiáng)度：土的抗剪強(qiáng)度：土體抵抗剪切破壞的極限能力土體抵抗剪切破壞的極限能力 工程中的強(qiáng)度問(wèn)題工程中的強(qiáng)度問(wèn)題7.2 7.2 土的抗剪強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度理論7.2.1 7.2.1 庫(kù)侖定律抗剪強(qiáng)度指標(biāo)庫(kù)侖定律抗剪強(qiáng)度指標(biāo)17761776年，庫(kù)侖根據(jù)年，庫(kù)侖根據(jù)砂土砂土剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn) f = tan 砂土砂土后來(lái)，根據(jù)后來(lái)

3、，根據(jù)粘性土粘性土剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn) f =c+ tan 粘土粘土c 1）庫(kù)侖定律：）庫(kù)侖定律：土的抗剪強(qiáng)土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的法向總應(yīng)力度是剪切面上的法向總應(yīng)力 的線性函數(shù)的線性函數(shù) ftan ftancc土的粘聚力，土的粘聚力，kPakPa 土的內(nèi)摩擦角土的內(nèi)摩擦角, ,度度 f f2）土體抗剪強(qiáng)度影響因素）土體抗剪強(qiáng)度影響因素土體抗剪強(qiáng)度本質(zhì)土體抗剪強(qiáng)度本質(zhì) （1 1）無(wú)黏性土）無(wú)黏性土：來(lái)源于摩阻力：來(lái)源于摩阻力 滑動(dòng)摩擦：滑動(dòng)摩擦：剪切面土粒間表面的粗糙所產(chǎn)生的摩擦剪切面土粒間表面的粗糙所產(chǎn)生的摩擦 咬合摩擦：咬合摩擦：土粒間互相嵌入所產(chǎn)生的摩阻力；土粒間互相嵌入所產(chǎn)生的摩阻力； （

4、2 2）粘性土：）粘性土：來(lái)源于摩阻力和粘聚力來(lái)源于摩阻力和粘聚力 粘聚力：粘聚力：由土粒之間的膠結(jié)作用和電分子引力等因素由土粒之間的膠結(jié)作用和電分子引力等因素形成；形成； 抗剪強(qiáng)度影響因素抗剪強(qiáng)度影響因素 摩擦力摩擦力剪切面上的法向總應(yīng)力、土的初始密度、土粒剪切面上的法向總應(yīng)力、土的初始密度、土粒級(jí)配、土粒形狀以及表面粗糙程度；級(jí)配、土粒形狀以及表面粗糙程度； 粘聚力粘聚力土中礦物成分、粘粒含量、含水量以及土的結(jié)土中礦物成分、粘粒含量、含水量以及土的結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件排水條件、剪切速率、應(yīng)力歷史等排水條件、剪切速率、應(yīng)力歷史等3 3）抗剪強(qiáng)度的有效應(yīng)力表示）抗剪強(qiáng)度的有效應(yīng)力表示f

5、tan(u)tanftanc(u)tanc 有效正應(yīng)力，有效正應(yīng)力，kPakPac土的有效粘聚力，土的有效粘聚力，kPakPa 土的有效內(nèi)摩擦角土的有效內(nèi)摩擦角, ,度度7.2.2 莫爾-庫(kù)倫強(qiáng)度理論及極限平衡條件1 1、莫爾強(qiáng)度理論表述、莫爾強(qiáng)度理論表述當(dāng)材料體內(nèi)任一平面上的剪應(yīng)力等于材料的抗剪強(qiáng)當(dāng)材料體內(nèi)任一平面上的剪應(yīng)力等于材料的抗剪強(qiáng)度時(shí)，該面就發(fā)生破壞；破壞面上的剪應(yīng)力（即抗度時(shí)，該面就發(fā)生破壞；破壞面上的剪應(yīng)力（即抗剪強(qiáng)度）剪強(qiáng)度） f f是該面上法向應(yīng)力是該面上法向應(yīng)力 的函數(shù)，即的函數(shù)，即ff () 該函數(shù)在該函數(shù)在 f f - - 坐標(biāo)中是一坐標(biāo)中是一條曲線，成為莫爾包絡(luò)線條

6、曲線，成為莫爾包絡(luò)線土的莫爾包絡(luò)線通?？梢越朴猛恋哪獱柊j(luò)線通常可以近似用直線代替，其方程與庫(kù)倫表達(dá)式直線代替，其方程與庫(kù)倫表達(dá)式一致，故其強(qiáng)度理論統(tǒng)稱(chēng)為莫爾一致，故其強(qiáng)度理論統(tǒng)稱(chēng)為莫爾- -庫(kù)倫強(qiáng)度理論。庫(kù)倫強(qiáng)度理論。2 2、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)n土體內(nèi)一點(diǎn)處土體內(nèi)一點(diǎn)處不同方位不同方位的截面上應(yīng)力的集合的截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)（剪應(yīng)力力 和法向應(yīng)力和法向應(yīng)力 ） 3 3 1 1 3 1 dsdscos dssin 楔體靜楔體靜力平衡力平衡30ds sinds sinds cos 10ds cosds cosds sin 2cos212131312sin213123122

7、312121 3 1 dsdscos dssin 斜面上的應(yīng)力斜面上的應(yīng)力莫爾應(yīng)力圓方程莫爾應(yīng)力圓方程 O 1 3( 1 + 3 )/2 2 A( , )圓心坐標(biāo)圓心坐標(biāo)(1 +3 )/2，0應(yīng)力圓半徑應(yīng)力圓半徑r(13 )/2土中某點(diǎn)的應(yīng)土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用莫力狀態(tài)可用莫爾應(yīng)力圓描述爾應(yīng)力圓描述 3 3、土的極限平衡條件、土的極限平衡條件應(yīng)力圓應(yīng)力圓與強(qiáng)度線與強(qiáng)度線相離：相離： 強(qiáng)度線強(qiáng)度線應(yīng)力圓應(yīng)力圓與強(qiáng)度線與強(qiáng)度線相切：相切：應(yīng)力圓應(yīng)力圓與強(qiáng)度線與強(qiáng)度線相割：相割：極限應(yīng)極限應(yīng)力圓力圓f 破壞狀態(tài)破壞狀態(tài) c 莫爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則莫爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則n莫爾應(yīng)力圓與庫(kù)侖強(qiáng)度線相切的應(yīng)力狀態(tài)作莫爾

8、應(yīng)力圓與庫(kù)侖強(qiáng)度線相切的應(yīng)力狀態(tài)作為土的破壞準(zhǔn)則為土的破壞準(zhǔn)則(目前判別土體所處狀態(tài)的最常用準(zhǔn)則目前判別土體所處狀態(tài)的最常用準(zhǔn)則) 強(qiáng)度線強(qiáng)度線 土的極限平衡條件：土的極限平衡條件： 3 1c f2 fA cctg ( 1 + 3 )/2313121cot21sinc245tan2245tan231ooc245tan2245tan213ooc無(wú)粘性土：無(wú)粘性土：c=0245tan231o245tan213on土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，破壞面與大主應(yīng)力作土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為用面的夾角為 f f2 f 3 1c A cctg ( 1 + 3 )/2 1904522f

9、 45max 說(shuō)明：說(shuō)明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成剪應(yīng)力面成 / 2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力由最大剪應(yīng)力max所控制所控制 max五、例題分析五、例題分析n【例】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為430430kPakPa，小小主應(yīng)力為主應(yīng)力為200200kPakPa。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c c=15 =15 kPakPa， =20=20o o。試問(wèn)該單元土體處于何種狀態(tài)？單元試問(wèn)該單元土體處于何種狀態(tài)？單元土體土體最

10、大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個(gè)面上，是否會(huì)沿剪應(yīng)力最大最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個(gè)面上，是否會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？的面發(fā)生剪破？【解答】解答】已知已知 1=430=430kPakPa， 3=200kPa=200kPa，c=15kPa=15kPa， =20=20o o 1.1.計(jì)算法計(jì)算法kPacoof8 .450245tan2245tan231計(jì)算結(jié)果表明：計(jì)算結(jié)果表明： 1f大于該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力大于該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力 1，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)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 .189245tan22

11、45tan213計(jì)算結(jié)果表明：計(jì)算結(jié)果表明： 3f小于該單元土體實(shí)際小主應(yīng)小于該單元土體實(shí)際小主應(yīng)力力 3，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)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狀態(tài) 在剪切面上在剪切面上 552459021fkPaf7.2752cos21213131kPaf1 .1082sin2131庫(kù)侖定律庫(kù)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(shí)際應(yīng)力圓實(shí)際應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓最大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成最

12、大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成4545o okPa11590sin2131max最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力kPa31590cos21213131庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律 kPacf7 .129tan最大剪應(yīng)力面上最大剪應(yīng)力面上f ，所以，不所以，不會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破破壞壞 max7.3 7.3 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) n7.3.17.3.1直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)1 1、試驗(yàn)儀器：、試驗(yàn)儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn)剪前施加在試樣頂面上剪前施加在試樣頂面上的豎向壓力為剪破面上的豎向壓力為剪破面

13、上的法向應(yīng)力的法向應(yīng)力 ，剪應(yīng)力由剪應(yīng)力由剪切力除以試樣面積剪切力除以試樣面積在法向應(yīng)力在法向應(yīng)力 作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，根據(jù)曲線得到該根據(jù)曲線得到該 作用下作用下，土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度APATf4mm4mm a a b b 剪切位移剪切位移l (0.01mm)(0.01mm) 剪應(yīng)力剪應(yīng)力 （kPa)kPa) 1 1 2 2 n在不同的垂直壓力在不同的垂直壓力 下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗剪下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度強(qiáng)度f(wàn)，繪制繪制f - 曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)

14、造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，易于操作易于操作 n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：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(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面。實(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面。試驗(yàn)中不能?chē)?yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的試驗(yàn)中不能?chē)?yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力。土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力。 剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻剪切破壞從邊緣剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻剪切破壞從邊緣開(kāi)始，在邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；開(kāi)始，在邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過(guò)程中試樣剪切面積逐漸上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪

15、切過(guò)程中試樣剪切面積逐漸減小，而計(jì)算面積不變。減小，而計(jì)算面積不變。7.3.2 7.3.2 三軸剪切試驗(yàn)三軸剪切試驗(yàn)n應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測(cè)系應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測(cè)系統(tǒng)組成統(tǒng)組成n應(yīng)力控制式三軸儀應(yīng)力控制式三軸儀n試驗(yàn)步驟試驗(yàn)步驟: : 3 3 3 3 3 3 2.2.施加周?chē)鷫毫κ┘又車(chē)鷫毫?.3.施加豎向壓力施加豎向壓力1.1.裝樣裝樣1 1、試驗(yàn)儀器及步驟、試驗(yàn)儀器及步驟n應(yīng)變控制式三軸應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，量?jī)x：壓力室，量測(cè)系統(tǒng)測(cè)系統(tǒng)三軸壓縮儀示意圖三軸壓縮儀示意圖2 2、抗剪強(qiáng)度包線、抗剪強(qiáng)度包線n分別在不同的周?chē)鷫毫Ψ謩e在不同的周?chē)鷫毫?3作

16、用下進(jìn)行剪切，得到作用下進(jìn)行剪切，得到3 34 4 個(gè)不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓的公個(gè)不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓的公切線即為土的抗剪強(qiáng)度包線切線即為土的抗剪強(qiáng)度包線 抗剪強(qiáng)度包線抗剪強(qiáng)度包線 c 3 3、三種試驗(yàn)方法、三種試驗(yàn)方法 1 1）不固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)（）不固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)（UUUU試驗(yàn)）試驗(yàn)） 2 2）固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)（）固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)（CUCU試驗(yàn)）試驗(yàn)） 3 3）固結(jié)排水三軸試驗(yàn)（）固結(jié)排水三軸試驗(yàn)（CDCD試驗(yàn)）試驗(yàn)）4 4、三軸試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)、三軸試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)中能?chē)?yán)格控制試樣排水條件，量測(cè)孔隙水壓試驗(yàn)中能?chē)?yán)格控制試樣排水條件，量測(cè)孔隙水壓力，了解土

17、中有效應(yīng)力變化情況力，了解土中有效應(yīng)力變化情況試樣中的應(yīng)力分布比較均勻試樣中的應(yīng)力分布比較均勻 n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：試驗(yàn)儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)試驗(yàn)儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)雜雜 試驗(yàn)在試驗(yàn)在 2 2= = 3 3的軸對(duì)稱(chēng)條件下進(jìn)行，與土體實(shí)際受的軸對(duì)稱(chēng)條件下進(jìn)行，與土體實(shí)際受力情況可能不符力情況可能不符 7.3.3 7.3.3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)ququ加壓加壓框架框架量表量表量力環(huán)量力環(huán)升降升降螺桿螺桿無(wú)側(cè)限壓縮儀無(wú)側(cè)限壓縮儀無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是三軸剪切試驗(yàn)的特例，對(duì)試樣不施加周?chē)鸁o(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是三軸剪切試驗(yàn)的特例，對(duì)試樣不施加周?chē)鷫毫?，即壓力，?/p>

18、 3=0，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，試樣在無(wú)側(cè)限壓，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，試樣在無(wú)側(cè)限壓力條件下，剪切破壞時(shí)試樣承受的最大軸向壓力力條件下，剪切破壞時(shí)試樣承受的最大軸向壓力qu，稱(chēng)為稱(chēng)為無(wú)側(cè)限無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度 試試樣樣無(wú)側(cè)限無(wú)側(cè)限壓縮儀壓縮儀根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果只能作出一個(gè)極限應(yīng)力圓（根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果只能作出一個(gè)極限應(yīng)力圓（ 3 3=0=0， 1 1= =qu）。）。因此對(duì)一般粘性土，無(wú)法作出強(qiáng)度包線因此對(duì)一般粘性土，無(wú)法作出強(qiáng)度包線 說(shuō)明：說(shuō)明：對(duì)于飽和軟粘土，根據(jù)對(duì)于飽和軟粘土，根據(jù)三軸不排水剪試驗(yàn)成果，其強(qiáng)三軸不排水剪試驗(yàn)成果，其強(qiáng)度包線近似于一水平線，即度包線近似于一水平線，即 u

19、u=0=0，因此無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試因此無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)適用于測(cè)定飽和軟粘土的不驗(yàn)適用于測(cè)定飽和軟粘土的不排水強(qiáng)度排水強(qiáng)度qucu u=02uufqc 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，可代替三軸試驗(yàn)測(cè)定飽和軟粘土的不排水強(qiáng)度可代替三軸試驗(yàn)測(cè)定飽和軟粘土的不排水強(qiáng)度 靈敏度靈敏度n粘性土的原狀土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與原土結(jié)構(gòu)完全粘性土的原狀土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比值破壞的重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比值uutqqS 反映土的結(jié)構(gòu)反映土的結(jié)構(gòu)受撓動(dòng)對(duì)強(qiáng)度受撓動(dòng)對(duì)強(qiáng)度的影響程度的影響程度 根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分類(lèi)：根據(jù)靈

20、敏度將飽和粘性土分類(lèi)：低靈敏度土低靈敏度土 1St2中靈敏度土中靈敏度土 24 適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性土的不排水強(qiáng)度，粘性土的不排水強(qiáng)度，尤其適用于均勻的飽尤其適用于均勻的飽和軟粘土和軟粘土7.3.4 7.3.4 十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)21maxMMM2324221DDMf22DDHMf322maxDHDMf柱體上下平面的柱體上下平面的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的抗扭力矩抗扭力矩柱體側(cè)面剪應(yīng)力柱體側(cè)面剪應(yīng)力產(chǎn)生的抗扭力矩產(chǎn)生的抗扭力矩7.4 7.4 三軸壓縮試驗(yàn)中的孔隙壓力系數(shù)三軸壓縮試驗(yàn)中的孔隙壓力系數(shù)1 1、三軸壓縮試驗(yàn)中孔隙壓力的發(fā)展、三軸壓縮試驗(yàn)中孔隙壓力的發(fā)展

21、2 2、三軸壓縮試驗(yàn)中孔隙壓力的計(jì)算公式、三軸壓縮試驗(yàn)中孔隙壓力的計(jì)算公式 313uBA 式中：式中：A A、B B稱(chēng)為孔隙壓力系數(shù)；稱(chēng)為孔隙壓力系數(shù)；B B由圍壓力增量引起由圍壓力增量引起 313uA 3uB 13uA 130 當(dāng)當(dāng)，即即固固結(jié)結(jié)過(guò)過(guò)程程中中：30 當(dāng)當(dāng)，即即剪剪切切過(guò)過(guò)程程中中： A A由偏應(yīng)力增量作用引起，由偏應(yīng)力增量作用引起，隨偏應(yīng)力增加呈非線性變化，隨偏應(yīng)力增加呈非線性變化，對(duì)同一類(lèi)土，也不是常數(shù)；其大小與土的應(yīng)變大小、初始應(yīng)對(duì)同一類(lèi)土，也不是常數(shù)；其大小與土的應(yīng)變大小、初始應(yīng)力狀態(tài)和固結(jié)程度有關(guān)。各類(lèi)土的力狀態(tài)和固結(jié)程度有關(guān)。各類(lèi)土的A A值可參考表值可參考表7-1

22、7-1，或由實(shí)，或由實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定。驗(yàn)直接測(cè)定。 對(duì)于飽和土，對(duì)于飽和土，B=1B=1， 孔隙壓力系數(shù)孔隙壓力系數(shù)A A7.5 7.5 飽和粘土的抗剪強(qiáng)度飽和粘土的抗剪強(qiáng)度n一、總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)一、總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)cftan庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律說(shuō)明：說(shuō)明：施加于試樣上的垂直法向應(yīng)力施加于試樣上的垂直法向應(yīng)力 為總應(yīng)力，為總應(yīng)力，c c、 為總為總應(yīng)力意義上的土的粘聚力和內(nèi)摩擦角，稱(chēng)之為總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)力意義上的土的粘聚力和內(nèi)摩擦角，稱(chēng)之為總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) 根據(jù)有效應(yīng)力原理：根據(jù)有效應(yīng)力原理：土的抗剪強(qiáng)度并不是由剪切面上的土的抗剪強(qiáng)度并不是由剪切面上的法向總應(yīng)力決定，而是

23、取決于剪切面上的法向總應(yīng)力決定，而是取決于剪切面上的法向有效應(yīng)力法向有效應(yīng)力 cucftantanc 、 為土的有效為土的有效粘聚力和有效內(nèi)摩粘聚力和有效內(nèi)摩擦角，即土的有效擦角，即土的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) 有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)確切地表有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)確切地表達(dá)出了土的抗剪強(qiáng)度的實(shí)質(zhì)，達(dá)出了土的抗剪強(qiáng)度的實(shí)質(zhì)，是比較合理的表達(dá)方法是比較合理的表達(dá)方法 7.5.17.5.1不固結(jié)不排水剪（不固結(jié)不排水剪（UUUU）抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度 n三軸試驗(yàn)：三軸試驗(yàn)：施加周?chē)鷫毫κ┘又車(chē)鷫毫?3、軸向壓力、軸向壓力 直至剪直至剪破的整個(gè)過(guò)程都關(guān)閉排水破的整個(gè)過(guò)程都關(guān)閉排水閥門(mén)，不允許試樣排水固閥門(mén)，不允許

24、試樣排水固結(jié)結(jié) 3 3 3 3 3 3 n直剪試驗(yàn)：直剪試驗(yàn)：通過(guò)試驗(yàn)加荷通過(guò)試驗(yàn)加荷的快慢來(lái)實(shí)現(xiàn)是否排水。的快慢來(lái)實(shí)現(xiàn)是否排水。使試樣在使試樣在3 35 5minmin之內(nèi)剪破，之內(nèi)剪破，稱(chēng)之為快剪稱(chēng)之為快剪關(guān)閉排關(guān)閉排水閥水閥 3 3 3 3 3 3 有效應(yīng)力圓有效應(yīng)力圓總應(yīng)力圓總應(yīng)力圓 u u=0=0BCcu uAA 3A 1A飽和粘性土在三組飽和粘性土在三組 3 3下的不排水剪下的不排水剪試驗(yàn)得到試驗(yàn)得到A、B、C三個(gè)不同三個(gè)不同 3 3作用作用下破壞時(shí)的總應(yīng)力圓下破壞時(shí)的總應(yīng)力圓試驗(yàn)表明：試驗(yàn)表明：雖然三個(gè)試樣的周?chē)鷫毫﹄m然三個(gè)試樣的周?chē)鷫毫?3 3不同，但破不同，但破壞時(shí)的主應(yīng)力差

25、相等，三個(gè)極限應(yīng)力圓的直徑相等，壞時(shí)的主應(yīng)力差相等，三個(gè)極限應(yīng)力圓的直徑相等，因而強(qiáng)度包線是一條水平線因而強(qiáng)度包線是一條水平線三個(gè)試樣只能得到三個(gè)試樣只能得到一個(gè)有效應(yīng)力圓一個(gè)有效應(yīng)力圓 7.5.2 7.5.2 固結(jié)不排水剪（固結(jié)不排水剪（CUCU）抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度 n三軸試驗(yàn)：三軸試驗(yàn)：施加周?chē)鷫毫κ┘又車(chē)鷫毫?3 3時(shí)打開(kāi)排水閥門(mén)，試樣完全時(shí)打開(kāi)排水閥門(mén)，試樣完全排水固結(jié)，孔隙水壓力完全排水固結(jié)，孔隙水壓力完全消散。然后關(guān)閉排水閥門(mén)，消散。然后關(guān)閉排水閥門(mén)，再施加軸向壓力增量再施加軸向壓力增量 ，使，使試樣在不排水條件下剪切破試樣在不排水條件下剪切破壞壞 3 3 3 3 3 3 n直剪試驗(yàn)

26、：直剪試驗(yàn)：剪切前試樣在垂剪切前試樣在垂直荷載下充分固結(jié)，剪切時(shí)直荷載下充分固結(jié)，剪切時(shí)速率較快，使土樣在剪切過(guò)速率較快，使土樣在剪切過(guò)程中不排水，這種剪切方法程中不排水，這種剪切方法為稱(chēng)固結(jié)快剪為稱(chēng)固結(jié)快剪打開(kāi)打開(kāi)排排水閥水閥關(guān)閉關(guān)閉排排水閥水閥 3 3 3 3 3 3 將總應(yīng)力圓在水平軸上左移將總應(yīng)力圓在水平軸上左移u uf f得到相應(yīng)的有效應(yīng)力得到相應(yīng)的有效應(yīng)力圓，按有效應(yīng)力圓強(qiáng)度包線可確定圓，按有效應(yīng)力圓強(qiáng)度包線可確定c 、 ccuc cucu 飽和粘性土在三組飽和粘性土在三組 3 3下進(jìn)行固結(jié)不排水剪下進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗(yàn)得到試驗(yàn)得到A、B、C三個(gè)不同三個(gè)不同 3 3作用下破壞作用下

27、破壞時(shí)的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強(qiáng)度包線確定時(shí)的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強(qiáng)度包線確定固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)ccu、 cuABC7.5.3 7.5.3 固結(jié)排水剪（固結(jié)排水剪（CDCD）抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度 n三軸試驗(yàn)：三軸試驗(yàn)：試樣在周?chē)鷫毫υ嚇釉谥車(chē)鷫毫?3 3作用下排水固結(jié)，再緩慢作用下排水固結(jié)，再緩慢施加軸向壓力增量施加軸向壓力增量 ，直，直至剪破，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中打至剪破，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中打開(kāi)排水閥門(mén)，始終保持試樣開(kāi)排水閥門(mén)，始終保持試樣的孔隙水壓力為零的孔隙水壓力為零 3 3 3 3 3 3 n直剪試驗(yàn)：直剪試驗(yàn)：試樣在垂直壓力下固試樣在垂直壓力下固結(jié)穩(wěn)定，再以緩慢的速

28、率施加水結(jié)穩(wěn)定，再以緩慢的速率施加水平剪力，直至剪破，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)平剪力，直至剪破，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中盡量使土樣排水，試驗(yàn)方法程中盡量使土樣排水，試驗(yàn)方法稱(chēng)為慢剪稱(chēng)為慢剪打開(kāi)打開(kāi)排排水閥水閥在整個(gè)排水剪試驗(yàn)過(guò)程中，在整個(gè)排水剪試驗(yàn)過(guò)程中， uf 0 0，總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化，總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓即是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓即是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力強(qiáng)度線即是有效應(yīng)力強(qiáng)度線。強(qiáng)度指標(biāo)為強(qiáng)度線即是有效應(yīng)力強(qiáng)度線。強(qiáng)度指標(biāo)為cd、 d d cd d d總結(jié)總結(jié): : 3 3 3 3 3 3 對(duì)于同一種土，在不同的排水條件下進(jìn)行試驗(yàn)，總應(yīng)力對(duì)于同一種土，在不同的排水條件下進(jìn)行試驗(yàn)，

29、總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)完全不同強(qiáng)度指標(biāo)完全不同有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)不隨試驗(yàn)方法的改變而不同，抗剪強(qiáng)有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)不隨試驗(yàn)方法的改變而不同，抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系度與有效應(yīng)力有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系7.5.4 7.5.4 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨試驗(yàn)方法、排水條件的不同而異，對(duì)于土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨試驗(yàn)方法、排水條件的不同而異，對(duì)于具體工程問(wèn)題，應(yīng)該盡可能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件決定采用實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)具體工程問(wèn)題，應(yīng)該盡可能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件決定采用實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)方法，以獲得合適的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)方法，以獲得合適的抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法適用條件適用條件不排水剪或不排水剪或快剪快剪地基土的透

30、水性和排水條件不良，建筑物地基土的透水性和排水條件不良，建筑物施工速度較快施工速度較快排水剪或慢排水剪或慢剪剪地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑物加荷速率較慢物加荷速率較慢固結(jié)不排水固結(jié)不排水剪或固結(jié)快剪或固結(jié)快剪剪建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，或地基條件等介于上述兩種情況之間或地基條件等介于上述兩種情況之間7.6 7.6 應(yīng)力路徑在強(qiáng)度問(wèn)題中的應(yīng)用應(yīng)力路徑在強(qiáng)度問(wèn)題中的應(yīng)用1 1、應(yīng)力空間：、應(yīng)力空間：以應(yīng)力作為坐標(biāo)軸構(gòu)成的空間；以應(yīng)力作為坐標(biāo)軸構(gòu)成的空間；2 2、應(yīng)力路徑：、應(yīng)力路徑：在應(yīng)力空間中，一點(diǎn)的應(yīng)力變化軌跡；在應(yīng)力空間中，一點(diǎn)的應(yīng)力變化軌跡；3 3、常規(guī)三軸試驗(yàn)的應(yīng)力路徑、常規(guī)三軸試驗(yàn)的應(yīng)力路徑（在