1、清華大學(xué)土木水利學(xué)院 巖 土 工 程 研 究 所,張 丙 印,土力學(xué)1之第五章,土的抗剪強度,12月6日習(xí)題討論課,范圍：第四章,內(nèi)容： 小測驗 習(xí)題討論、方法討論 難點討論、其它討論,提示,答疑,時間：12月5日晚8：00 10：00 地點：新水利館227 （從正門進(jìn)，上2樓，兩個左拐，右手）,本章提要 學(xué)習(xí)難點,第五章： 土的抗剪強度,土是如何破壞的？ 如何衡量土的強度？ 如何測定土的強度？ 如何應(yīng)用土的強度指標(biāo)？ 土的抗剪強度理論及本質(zhì) 土的抗剪強度指標(biāo)及測試方法 土的抗剪強度指標(biāo)的種類及選取,作業(yè),5-1 5-3 5-5 3-9 5-8 5-4 5-9,5.1 概述 5.2 土體破壞與

2、土的強度理論 5.3 土的抗剪強度的測定試驗 5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線 5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 5.6 土的動強度與砂土的振動液化,第五章： 土的抗剪強度,5.1 概述 - 土體強度及其特點,概 述,土體強度及其特點 工程中土的強度問題,土的抗剪強度 土的強度的特點,各種類型的滑坡(sliding) 擋土和支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞 地基的破壞 砂土的液化(liquefaction),土的強度及其特點,天然狀態(tài)下的砂,沿坡方向的平衡：,天然休止角，也是最松狀態(tài)下的砂內(nèi)摩擦角,5.1 概述 - 土體強度及其特點,土的強度及其特點,天然狀態(tài)下的沙丘,固定沙丘背風(fēng)坡角度接近天然休止角，一般為=30-35

3、，大于礦物滑動摩擦角,顆粒間存在一定的咬合作用,5.1 概述 - 土體強度及其特點,土體強度的特點,碎散性：強度不是顆粒礦物本身的強度，而是顆粒間相互作用 - 主要是抗剪強度與剪切破壞，顆粒間粘聚力與摩擦力 三相體系：三相承受與傳遞荷載 - 有效應(yīng)力原理 自然變異性：土的強度的結(jié)構(gòu)性與復(fù)雜性,5.1 概述 - 土體強度及其特點,各種類型的滑坡,5.1 概述 - 土體強度及其特點,1994年4月30日 崩塌體積400萬方，10萬方進(jìn)入烏江 死4人，傷5人，失蹤12人；擊沉多艘船只 1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡 滑坡體崩入烏江近百萬方；江水位差數(shù)米，無法通航。,烏江武隆雞冠嶺山體崩塌,5

4、.1 概述 - 土體強度及其特點,滑坡堰塞湖易貢湖 湖水每天上漲50cm！,天然壩 壩高290 m 滑坡堰塞湖 庫容15億方,2000年西藏易貢巨型滑坡,5.1 概述 - 土體強度及其特點,錨固破壞,整體滑動,底部破壞,土體下沉,墻體折斷,擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞,5.1 概述 - 土體強度及其特點,廣州京光廣場基坑塌方,使基坑旁辦公室、民工宿舍和倉庫倒塌，死3人，傷17人,5.1 概述 - 土體強度及其特點,大阪的港口碼頭擋土墻由于液化前傾,5.1 概述 - 土體強度及其特點,地基的破壞,5.1 概述 - 土體強度及其特點,5.1 概述 - 土體強度及其特點,砂土的液化(liquefaction)

5、,日本新瀉1964年地震引起大面積液化,5.1 概述 - 土體強度及其特點,土壓力 邊坡穩(wěn)定性 地基承載力 振動液化特性,擋土結(jié)構(gòu)物破壞 各種類型的滑坡 地基的破壞 砂土的液化,核心問題:,土體的強度理論,5.1 概述 - 土體強度及其特點,5.1 概述 5.2 土的抗剪強度理論 5.3 土的抗剪強度的測定試驗 5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線 5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 5.6 土的動強度與砂土的振動液化,第五章： 土的抗剪強度,5.2 土的抗剪強度理論,土的抗剪強度理論,直剪試驗與庫侖公式 土的抗剪強度機理 莫爾-庫侖強度理論,5.2 土的抗剪強度理論,法國軍事工程師，在摩擦、電磁方面做出了奠

6、基性的貢獻(xiàn)。1773年發(fā)表了關(guān)于土壓力方面論文，成為土壓力的經(jīng)典理論,庫侖 （C. A. Coulomb） (1736-1806),5.2 土的抗剪強度理論 直剪試驗與庫倫公式,直 剪 試 驗,直剪試驗,法向應(yīng)力：,剪應(yīng)力：,剪切變形S,5.2 土的抗剪強度理論 直剪試驗與庫倫公式,直剪試驗的強度包線,庫侖公式：（1776）,f ： 土的抗剪強度 tg： 摩擦強度-正比于壓力 ： 土的內(nèi)摩擦角 c： 粘聚強度-與所受壓力無關(guān),5.2 土的抗剪強度理論 直剪試驗與庫倫公式,土的抗剪強度指標(biāo),c和是決定土的抗剪強度的兩個指標(biāo)，稱為抗剪強度指標(biāo),當(dāng)采用總應(yīng)力時，稱為總應(yīng)力抗剪強度指標(biāo) 當(dāng)采用有效應(yīng)力

7、時，稱為有效應(yīng)力抗剪強度指標(biāo),對無粘性土通常認(rèn)為，粘聚力C=0,庫侖公式:,5.2 土的抗剪強度理論 直剪試驗與庫倫公式,摩 擦 強 度,摩擦強度：決定于剪切面上的正應(yīng)力和土的內(nèi)摩擦角,由顆粒之間發(fā)生滑動時顆粒接觸面粗糙不平所引起，與顆粒的形狀，礦物組成，級配等因素有關(guān),滑動摩擦,5.2 土的抗剪強度理論 土的抗剪強度機理,摩擦強度：決定于剪切面上的正應(yīng)力和土的內(nèi)摩擦角,是指相鄰顆粒對于相對移動的約束作用 當(dāng)發(fā)生剪切破壞時，相互咬合著的顆粒A必須抬起，跨越相鄰顆粒B，或在尖角處被剪斷（C），才能移動 土體中的顆粒重新排列，也會消耗能量,咬合摩擦,5.2 土的抗剪強度理論 土的抗剪強度機理,摩

8、擦 強 度,摩 擦 強 度,密度 粒徑級配 顆粒的礦物成分 粒徑的形狀 粘土顆粒表面的吸附水膜,影響土的摩擦強度的主要因素:,5.2 土的抗剪強度理論 土的抗剪強度機理,凝 聚 強 度,細(xì)粒土：粘聚力c取決于土粒間的各種物理化學(xué)作用力,作用機理：庫倫力（靜電力）、范德華力、 膠結(jié)作用力和毛細(xì)力等 影響因素：地質(zhì)歷史、粘土顆粒礦物成分、 密度與離子濃度,粗粒土：一般認(rèn)為是無粘性土，不具有粘聚強度：,當(dāng)粗間有膠結(jié)物質(zhì)存在時可具有一定的粘聚強度 非飽和砂土，粒間受毛細(xì)壓力，具有假粘聚力,5.2 土的抗剪強度理論 土的抗剪強度機理,應(yīng)力狀態(tài)與莫爾圓 極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 莫爾-庫侖強度理論 破壞判斷方法

9、滑裂面的位置,莫爾-庫侖強度理論,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,應(yīng)力狀態(tài),三維應(yīng)力狀態(tài),二維應(yīng)力狀態(tài),5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,莫爾圓應(yīng)力分析符號規(guī)定,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,應(yīng)力莫爾圓,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,極限平衡應(yīng)力狀態(tài),5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,極限平衡應(yīng)力狀態(tài)：當(dāng)一面上的應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到=f 土的強度包線：所有達(dá)到極限平衡狀態(tài)的莫爾圓的公切線,切點=破壞面,應(yīng)力莫爾圓與強度包線,強度包線以下：任何一個面上的一對應(yīng)力與都沒有達(dá)到破壞包線，不破壞 與破壞包線相切：有一個面上的應(yīng)力達(dá)到破壞 與

10、破壞包線相交：有一些平面上的應(yīng)力超過強度,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論, 不可能發(fā)生,土單元的某一個平面上的抗剪強度f是該面上作用的法向應(yīng)力的單值函數(shù), f=f() （莫爾：1900年） 在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，可以用線性函數(shù)近似f=c+tg 某土單元的任一個平面上=f ，該單元就達(dá)到了極限平衡應(yīng)力狀態(tài),莫爾庫侖強度理論,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,莫爾-庫侖強度理論的破壞準(zhǔn)則,土的極限平衡條件： 處于極限平衡狀態(tài)時， 1和3之間應(yīng)滿足的關(guān)系,無粘性土,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,土單元是否破壞的判別,根據(jù)極限平衡條件可以用來判別一點土體是否已發(fā)

11、生剪切破壞,計算主應(yīng)力1, 3：,確定土單元體的應(yīng)力狀態(tài)（x，z，xz）,判別是否剪切破壞：,由3 1f，比較1和1f 由1 3f，比較3和3f 由1 , 3 m，比較和m,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,土單元是否破壞的判別,1= 1f 極限平衡狀態(tài) （破壞） 11f 不可能狀態(tài) （破壞）,方法一： 由3 1f，比較1和1f,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,土單元是否破壞的判別,方法二： 由1 3f，比較3和3f,3= 3f 極限平衡狀態(tài) （破壞） 3 3f 安全狀態(tài) 33f 不可能狀態(tài) （破壞）,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,土單元是否破壞的判別

12、,方法三： 由1 , 3 m，比較和m,m 不可能狀態(tài) （破壞）,處于極限平衡狀態(tài)所需的內(nèi)摩擦角,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,剪切破壞面的位置,2=90+,=45+/2,可見土體破壞的剪切破壞不在45最大剪應(yīng)力面上，為什么？,與大主應(yīng)力面夾角:,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,小 結(jié),直剪試驗與庫侖公式 土的抗剪強度機理 莫爾-庫侖強度理論,直剪試驗 庫侖公式 土的抗剪強度指標(biāo)c和,應(yīng)力狀態(tài)與莫爾圓 極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 莫爾-庫侖強度理論 土體破壞判斷方法 滑裂面的位置,摩擦強度：滑動、咬合摩擦 凝聚強度,5.2 土的抗剪強度理論 莫爾-庫侖強度理論,5.1 概述

13、 5.2 土的抗剪強度理論 5.3 土的抗剪強度的測定試驗 5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線 5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 5.6 土的動強度與砂土的振動液化,第五章： 土的抗剪強度,5.3 土的抗剪強度的測定試驗,室內(nèi)試驗： 直剪試驗 三軸試驗等 野外試驗： 十字板扭剪試驗 旁壓試驗等,抗剪強度測定試驗,重塑土制樣或現(xiàn)場取樣 缺點：擾動 優(yōu)點：應(yīng)力和邊界條件 清楚，易重復(fù),缺點：應(yīng)力和邊界條 件不易掌握 優(yōu)點：原狀土的原位 強度,5.3 土的抗剪強度的測定試驗,直 剪 試 驗,P,T,土樣,下盒,上盒,S,面積A,1,S,2,3,f1,f2,f3,直剪儀 (direct shear test ap

14、paratus),5.3 土的抗剪強度的測定試驗 直剪試驗,直剪試驗的類型,(1) 固結(jié)慢剪 施加正應(yīng)力-充分固結(jié) 剪切速率很慢，0.02mm/分， 以保證無超靜孔壓 (2) 固結(jié)快剪 施加正應(yīng)力-充分固結(jié) 在3-5分鐘內(nèi)剪切破壞 (3) 快剪 施加正應(yīng)力后立即剪切 3-5分鐘內(nèi)剪切破壞,通過控制剪切速率近似模擬排水條件,5.3 土的抗剪強度的測定試驗 直剪試驗,直剪試驗的優(yōu)缺點,設(shè)備和操作簡單 人為固定剪切面 剪切面應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜 應(yīng)力、應(yīng)變不均勻 主應(yīng)力方向旋轉(zhuǎn) 剪切面積逐漸減小 排水條件不明確,5.3 土的抗剪強度的測定試驗 直剪試驗,直剪試驗中的應(yīng)力狀態(tài),剪切 破壞時,5.3 土的抗剪強

15、度的測定試驗 直剪試驗,三軸試驗,試樣應(yīng)力特點與試驗方法 強度包線 試驗類型 優(yōu)缺點,5.3 土的抗剪強度的測定試驗 三軸試驗,應(yīng)力特點與試驗方法,方法： 固結(jié)：試樣施加圍壓力1=2=3 剪切：施加應(yīng)力差1=1-3,應(yīng)力特點： 試樣是軸對稱應(yīng)力狀態(tài) 垂直應(yīng)力z一般是大主應(yīng)力1 側(cè)向應(yīng)力總是相等x=y，且為中、小主應(yīng)力2=3,5.3 土的抗剪強度的測定試驗 三軸試驗,應(yīng)力特點與試驗方法,常用試驗類型,5.3 土的抗剪強度的測定試驗 三軸試驗,破壞偏差應(yīng)力取值方法,松砂,密砂,取曲線的最大偏差應(yīng)力值作為(1-3)f 取規(guī)定的軸向應(yīng)變值（通常15%）所相應(yīng)的偏差應(yīng)力作為(1-3)f 以最大有效主應(yīng)力

16、比(1/3)max處的偏差應(yīng)力值作為(1-3)f,5.3 土的抗剪強度的測定試驗 三軸試驗,三軸試驗確定土的強度包線,由不同圍壓的三軸試驗，得到破壞時相應(yīng)的（1-)f 分別繪制破壞狀態(tài)的應(yīng)力摩爾圓，其公切線即為強度包線，可得強度指標(biāo)c與,5.3 土的抗剪強度的測定試驗 三軸試驗,固結(jié)排水試驗（CD試驗） Consolidated Drained Triaxial test (CD) 總應(yīng)力抗剪強度指標(biāo)： cd d （c ）,試驗類型與強度指標(biāo),固結(jié)不排水試驗（CU試驗） Consolidated Undrained Triaxial test (CU) 總應(yīng)力抗剪強度指標(biāo)：ccu cu,不固結(jié)

17、不排水試驗（UU試驗） Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU) 總應(yīng)力抗剪強度指標(biāo)： cu u （ cuu uu ）,5.3 土的抗剪強度的測定試驗 三軸試驗,常規(guī)三軸試驗優(yōu)缺點,單元體試驗，試樣內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變相對均勻 應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力路徑明確 排水條件清楚，可控制 破壞面不是人為固定的 設(shè)備操作復(fù)雜 現(xiàn)場無法試驗 常規(guī)三軸試驗不能反映2的影響,說明： 30 即為無側(cè)限抗壓強度試驗,5.3 土的抗剪強度的測定試驗 三軸試驗,十字板剪切試驗,一般適用于測定軟粘土的不排水強度指標(biāo) 鉆孔到指定的土層，插入十字形的探頭 通過施加的扭矩計算土的抗剪強度,5.3

18、 土的抗剪強度的測定試驗十字板剪切試驗,假定土體為各向同性，fh=fv=f：,十字板剪切試驗,5.3 土的抗剪強度的測定試驗十字板剪切試驗,5.1 概述 5.2 土的抗剪強度理論 5.3 土的抗剪強度的測定試驗 5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線 5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 5.6 土的動強度與砂土的振動液化,第五章： 土的抗剪強度,5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,應(yīng)力路徑及表示法 強度包線與破壞主應(yīng)力線 總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑,應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力路徑,應(yīng)力狀態(tài)：土體中一點（微小單元）上作用的應(yīng)力的大小與方向 應(yīng)力路徑：土體中一點應(yīng)力狀態(tài)連續(xù)變化

19、，在應(yīng)力空間（平面）中的軌跡,5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,應(yīng)力狀態(tài)及莫爾圓,應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾圓表示,圓心坐標(biāo)： R= () 半徑：r = () 頂點坐標(biāo)：(p,q) 其中，p=() q=(),應(yīng)力狀態(tài)也可用莫爾圓上的點，如（p,q）來表示,(p,q),5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,應(yīng)力路徑及破壞主應(yīng)力線,方法一：用一系列的莫爾圓表示,破壞時的莫爾圓與強度包線相切 不直觀，易混亂,方法二：用p-q圖上莫爾圓的頂點坐標(biāo)的變化線表示,破壞點位于破壞主應(yīng)力線上 方法直觀，使用方便,5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,莫爾圓與應(yīng)力路徑的比較,5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,兩條直線與橫坐標(biāo)交于一點O,

20、強度包線f ：在 坐標(biāo)系中所有破壞狀態(tài)莫爾圓的公切線 破壞主應(yīng)力線 Kf ：在pq 坐標(biāo)系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)點的集合,強度包線與破壞主應(yīng)力線,5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,二者參數(shù)之間的關(guān)系,( , c a),用最小二乘法確定a 和 然后計算強度指標(biāo)c和,確定強度指標(biāo):,強度包線與破壞主應(yīng)力線,5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,總應(yīng)力與有效應(yīng)力狀態(tài),有效應(yīng)力原理： + u 或 - u,孔隙水壓力： u=B3+AB(1-3),5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,三軸試驗的總應(yīng)力路徑,固結(jié)過程： p 0 p0 = 3,剪切過程： 3=0 1 0,A,B,5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,三軸試驗

21、的有效應(yīng)力路徑,固結(jié)過程： p 0 p0 = 3,剪切過程： 3=0 1 0 u 0,當(dāng)A是常數(shù)時，有效應(yīng)力路徑為直線， 一般情況下A不為常數(shù)，有效應(yīng)力路徑為曲線,5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,孔壓系數(shù)A與有效應(yīng)力路徑,彈性體：A=1/3 松砂或正常固結(jié)粘土：剪縮 A1/3 密砂或超固結(jié)粘土：剪脹 A1/3,5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線,應(yīng)力路徑 p-q平面上的應(yīng)力路徑與莫爾圓 強度包線與破壞主應(yīng)力線 sin = tg；a = c cos 總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑 有效應(yīng)力原理 孔隙水壓力系數(shù) 總應(yīng)力狀態(tài)與有效應(yīng)力狀態(tài) 三軸試驗的總應(yīng)力路徑與有效應(yīng)力路徑,小 結(jié),5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)

22、力線,5.1 概述 5.2 土的抗剪強度理論 5.3 土的抗剪強度的測定試驗 5.4 應(yīng)力路徑與破壞主應(yīng)力線 5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 5.6 土的動強度與砂土的振動液化,第五章： 土的抗剪強度,5.5 土的抗剪強度指標(biāo),強度指標(biāo)的類型 總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo) 三軸試驗強度指標(biāo) 直剪試驗強度指標(biāo) 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,土的抗剪強度指標(biāo),庫侖公式: f=c+tg c和 稱為土的抗剪強度指標(biāo),5.5 土的抗剪強度指標(biāo),抗剪強度指標(biāo)的類型,峰值強度與殘余強度指標(biāo) 總應(yīng)力強度與有效應(yīng)力強度指標(biāo) 直剪強度與三軸試驗指標(biāo),三種強度指標(biāo)：,根據(jù)應(yīng)力變形特性分 根據(jù)應(yīng)力分析方法分 根據(jù)試驗方法分,5.5

23、土的抗剪強度指標(biāo) 指標(biāo)類型,峰值強度殘余強度指標(biāo),直剪和三軸試驗中應(yīng)變軟化時: f 峰值強度指標(biāo) r 殘余強度指標(biāo),大變形完全破壞了土的結(jié)構(gòu)強度和咬合作用，殘余強度破壞包線通過原點，其內(nèi)摩擦角r只決定于土的礦物成分，與其所受的應(yīng)力歷史等因素?zé)o關(guān),5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 指標(biāo)類型,總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo),抗剪強度的有效應(yīng)力指標(biāo)c， c+ tg = -u符合土的破壞的機理，但有時孔隙水壓力u無法確定,抗剪強度的總應(yīng)力指標(biāo)c， c+ tg 是一種“全額生產(chǎn)率”的概念，因u不能產(chǎn)生抗剪強度，不符合強度機理。在無法確定u時便于應(yīng)用，但要符合工程條件,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 指標(biāo)類型,抗剪強度,u,

24、抗剪強度的總應(yīng)力指標(biāo),c, tg,我叫 u郭 處士，充 數(shù)而已！,在難以確定孔隙水壓力的情況下使用 注意正確使用的方法：確定c，的試驗中，應(yīng)能大致模擬工程現(xiàn)場孔隙水壓力的特性,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 指標(biāo)類型,正常固結(jié)土的有效和總應(yīng)力指標(biāo),思考題1：實際破裂面的方向？ 思考題2：如果破壞時孔隙水壓力u(負(fù)孔壓)，有效應(yīng)力莫爾圓在總應(yīng)力莫爾圓哪邊？,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 指標(biāo)類型,超固結(jié)粘土的有效應(yīng)力與總應(yīng)力指標(biāo),5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 指標(biāo)類型,常規(guī)三軸壓縮試驗,試驗類型與強度指標(biāo),5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),固結(jié)排水試驗,強度指標(biāo)：cd ,d = c , 試驗條件 松砂與

25、正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線 密砂與超固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線 超固結(jié)粘土+正常固結(jié)粘土的強度包線,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),固結(jié)排水試驗,試驗條件,施加圍壓充分固結(jié) 施加(1 -)時，排水閥門始終打開，剪切速度慢足以使試樣內(nèi)的孔壓消散 始終u=0，=-u=,總應(yīng)力指標(biāo)即為有效應(yīng)力指標(biāo),5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),固結(jié)排水試驗,軸向應(yīng)力漸進(jìn)增加 體應(yīng)變是體縮 最終二者均趨于穩(wěn)定 強度包線過原點cd=0,松砂與正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),思考題1：為什么正常固結(jié)粘土強度包線過原點？,什么是實驗室三軸試驗中的正常固結(jié)粘土,如

26、對一個三軸試驗 3 p= z，則不是正常固結(jié)土,固結(jié)排水試驗,有效固結(jié)壓力3 等于先期固結(jié)壓力p,地基中的正常固結(jié)粘土，取樣在試驗室進(jìn)行三軸試驗時，是否一定為正常固結(jié)土,在三軸試驗中，固結(jié)壓力為0的正常固結(jié)粘土，是在其歷史上最大固結(jié)壓力為0的土，也即處于泥漿狀態(tài)的土，其抗剪強度為0,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),思考題2： c=0是否意味著正常固結(jié)粘土無粘聚力?,固結(jié)排水試驗,粘性土粘聚力的存在是客觀的。在正常固結(jié)情況下，粘聚力c隨增加而增加，從而使其隱含在摩擦強度之內(nèi) c和在物理意義上并不嚴(yán)格“真實”地反映粘聚和摩擦兩個抗剪強度分量，而通常是“你中有我，我中有你”，從而失去其物理意

27、義，變成僅為計算參數(shù)的含義,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),固結(jié)排水試驗,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系軟化，體應(yīng)變后段發(fā)生剪脹 峰值強度包線,密砂過原點，超固結(jié)粘土不過原點 殘余強度包線兩者均過原點,密砂與超固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),固結(jié)排水試驗,天然土的強度包線 先期固結(jié)壓力p,p時正常固結(jié)粘土；p時超固結(jié)粘土,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),松砂與正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線 密砂的試驗曲線與強度包線 超固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線 天然粘土：超固結(jié)+正常固結(jié)粘土的強度包線,固結(jié)排水試驗小結(jié),應(yīng)變硬化與體積收縮，cd=0 應(yīng)變軟化與剪脹性，cd=0

28、 應(yīng)變軟化與剪脹性，cd與d 折線 c0的直線近似,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),接教務(wù)科通知，期末土力學(xué)（1）的考試時間計劃由原定的1月10日調(diào)整到1月9日。和上述調(diào)整有沖突的同學(xué)務(wù)請速到土水學(xué)院教務(wù)科協(xié)商。,考試時間 2005年1月9日（星期三） 上午8:0010:00，地點：5教5104,11月27日習(xí)題討論課,范圍：第五章,內(nèi)容： 小測驗 習(xí)題討論、方法討論 難點討論、其它討論,提示,答疑,時間：12月26日晚8：00 10：00 地點：新水利館227 （從正門進(jìn)，上2樓，兩個左拐，右手）,固結(jié)不排水試驗,強度指標(biāo)：ccu ,cu c , 試驗條件 正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度

29、包線 超固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線 固結(jié)不排水試驗確定的的強度參數(shù) 粘性土的孔隙比有效應(yīng)力抗剪強度唯一性關(guān)系,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),固結(jié)不排水試驗,施加圍壓充分固結(jié) 施加(1 -)時，排水閥門關(guān)閉，量測剪切過程中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力u 一般u0，=-u=,總應(yīng)力指標(biāo)同有效應(yīng)力指標(biāo)不同,試驗條件,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),對于飽和土試樣：孔壓系數(shù)B=1.0 u=A( ,剪切過程中的超靜孔隙水壓力u,固結(jié)不排水試驗,無剪縮（彈性體）：A=1/3 剪縮： A1/3 剪脹： A1/3 (甚至可能A0，u 0 ）,超靜孔壓由土骨架體積變形的趨勢決定，骨架收縮的趨勢使孔壓增

30、加,不排水試驗的孔壓，同相應(yīng)排水試驗的體變之間常有類似的規(guī)律,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),確定的強度指標(biāo),試驗量測的項目： ， - ，u 計算的項目： = u ； = 確定的強度指標(biāo)：ccu ，cu c ， ,固結(jié)不排水試驗,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),軸向應(yīng)力和孔壓u漸進(jìn)增加并趨于穩(wěn)定 u0，cu 強度包線過原點ccu=c=0,正常固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線,固結(jié)不排水試驗,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),固結(jié)不排水試驗,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系軟化，孔壓后段減小，可小于零 強度包線不過原點，ccuc, cu 與超固結(jié)度有關(guān),超固結(jié)粘土試驗曲線與強度包線,5.5 土的抗剪

31、強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),固結(jié)不排水試驗小結(jié),剪切過程中的超靜孔壓：u = A() 試驗確定的強度指標(biāo)： cu，ccu 和 ，c 正常固結(jié)粘土： cu c0,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),粘性土有效應(yīng)力密度抗剪強度間的唯一性關(guān)系,Henkel(1960)等學(xué)者證實，對飽和正常固結(jié)粘土，在有效應(yīng)力密度抗剪強度間存在唯一性關(guān)系：,存在單一的有效應(yīng)力強度包線 破壞時含水量（孔隙比）和強度間存在唯一性關(guān)系 土體有效應(yīng)力和含水量（孔隙比）間存在唯一性關(guān)系,和試驗的類型及應(yīng)力路徑等無關(guān),對具有相同的前期固結(jié)壓力的超固結(jié)土也有相似的規(guī)律,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),粘性土有效應(yīng)力密度抗剪

32、強度間的唯一性關(guān)系,ef=ef,兩種試驗得到相同的Kf線 Kf線上，pfqfef間存在唯一性關(guān)系 A點： ef=ef 有效應(yīng)力和孔隙比間存在唯一性關(guān)系 B點： eB=eB,eB=eB,土樣的密度不變，強度相同,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),不固結(jié)不排水試驗,強度指標(biāo)：cuu(cu), uu(u) 試驗條件 飽和試樣的不排水強度指標(biāo)cu 不排水試驗與固結(jié)不排水試驗 無側(cè)限壓縮試驗：3=0的不排水試驗 不飽和試樣的不排水強度,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),不固結(jié)不排水試驗,排水閥門關(guān)閉，施加圍壓，產(chǎn)生孔隙水壓力 u1=B 施加(1 -)時，排水閥門關(guān)閉，量測剪切過程中產(chǎn)生的超靜

33、孔隙水壓力u2 = BA (),試驗條件,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),飽和試樣的不排水強度指標(biāo)cu,不固結(jié)不排水試驗,B=1 u1 = u2 = A (),試驗過程中不排水，試樣密度不變，不論周圍壓力3多大，抗剪強度和破壞時的有效應(yīng)力狀態(tài)相同 總應(yīng)力抗剪強度包線水平 u=0， cu=(1-3)f/2 破壞時不同3試驗的有效應(yīng)力莫爾圓相同,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),思考題1：不排水試驗的破裂面的方向？ 思考題2：u=0是否意味著土體不具有摩擦強度？ 思考題3：可否由UU試驗確定有效應(yīng)力強度指標(biāo)？,不固結(jié)不排水試驗,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),不排水試驗與固結(jié)

34、不排水試驗,不固結(jié)不排水試驗,固結(jié)不排水試驗強度包線上的每一點對應(yīng)于一個具有相同先期固結(jié)壓力的不排水強度指標(biāo),5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),無側(cè)限壓縮試驗,不固結(jié)不排水試驗,3=0,qu=,3=0的不排水試驗 f=cu =qu/2 由于土樣擾動等的影響，一般稍低于原位不排水強度,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),不飽和試樣的不排水強度,不固結(jié)不排水試驗,開始段非飽和，有效應(yīng)力隨圍壓增加增加，試樣密度增加，強度增高 圍壓較大時，孔隙氣被壓縮或溶解于水，試樣飽和，強度包線趨于水平線,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),飽和試樣的不排水強度指標(biāo): u =0 ,cu 飽和CD與CU

35、強度指標(biāo): 有關(guān)聯(lián) 無側(cè)限壓縮試驗： 3=0, 是特殊的UU試驗 不飽和試樣的UU強度指標(biāo): 隨3增加而增加 并趨于穩(wěn)定,不固結(jié)不排水試驗小結(jié),5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 三軸試驗指標(biāo),直剪試驗類型和強度指標(biāo),5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 直剪試驗強度指標(biāo),排水條件不明確，但可以模擬實際工程問題,直剪試驗強度指標(biāo),對于砂土，三種試驗結(jié)果都接近于c 對于粘性土， 慢剪：csc ，s ， 一般強度指標(biāo)稍大，常乘系數(shù)0.9 固結(jié)快剪：ccqccu cqcu 快剪： 對于 k10-7cm/s的粘土 cqcu qu,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 直剪試驗強度指標(biāo),土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,有效應(yīng)力指標(biāo)還是總應(yīng)力指標(biāo)

36、？ 三軸試驗指標(biāo)還是直剪試驗指標(biāo)？ 峰值強度指標(biāo)還是殘余強度指標(biāo)？,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 工程應(yīng)用,土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,有效應(yīng)力指標(biāo)與總應(yīng)力指標(biāo) 凡是可以確定（測量、計算）孔隙水壓力u的情況，都應(yīng)當(dāng)使用有效應(yīng)力指標(biāo)c， 采用總應(yīng)力指標(biāo)時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場土體可能的固結(jié)排水情況，選用不同的總應(yīng)力強度指標(biāo),5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 工程應(yīng)用,三軸試驗指標(biāo)與直剪試驗指標(biāo) 應(yīng)優(yōu)先采用三軸試驗指標(biāo) 應(yīng)按照不同土類和不同的固結(jié)排水條件，合理選用直剪試驗指標(biāo) 砂土：c, 三軸CD試驗與直剪試驗（直剪偏大） 粘土：有效應(yīng)力指標(biāo)：三軸CD或CU試驗 總應(yīng)力指標(biāo)：三軸CU、UU試驗 或直剪cq、q試驗,土的強度

37、指標(biāo)的工程應(yīng)用,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 工程應(yīng)用,峰值強度指標(biāo)與殘余強度指標(biāo),土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,峰值強度 ：一般問題 殘余強度 古舊滑坡 斷層夾泥 大變形問題,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 工程應(yīng)用,土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 工程應(yīng)用,不固結(jié)不排水剪（快剪） cu、u（cq、q）,粘土地基上快速施工的建筑物,土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 工程應(yīng)用,固結(jié)不排水剪（固結(jié)快剪） ccu、cu（ccq、cq）,土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,在天然土坡上快速填方,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 工程應(yīng)用,固結(jié)排水剪（慢剪） ccd、cd（cs、s）,粘土地基上慢速施工的建筑物,土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 工程應(yīng)用,強度指標(biāo)的類型 總應(yīng)力指標(biāo)與有效應(yīng)力指標(biāo) 三軸試驗強度指標(biāo) 直剪試驗強度指標(biāo) 土的強度指標(biāo)的工程應(yīng)用,土的抗剪強度指標(biāo)小結(jié),5.5 土的抗剪強度指標(biāo) 工程應(yīng)用,5.1 概述 5.2 土的抗剪