土力学课件(清华大学)第五章

第五章土的抗剪强度 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 §5.1土体破坏与强度理论§5.2抗剪强度测定试验§5.3应力路径与破坏主应力线§5.4抗剪强度指标§5.5动强度与砂土的振动液化§5土的抗剪强度 一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型三、土的强度的机理四、摩尔-库仑强度理论§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论 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。§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论 大阪的港口码头档土墙由于液化前倾§5土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型1.挡土结构物的破坏§5.1土体破坏与土的强度理论 1.挡土结构物的破坏§5土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型广州京光广场基坑塌方§5.1土体破坏与土的强度理论使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。 挡土墙滑裂面基坑支护1.挡土结构物的破坏§5土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论 平移滑动2.各种类型的滑坡§5土的抗剪强度崩塌旋转滑动流滑二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论 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§5土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论 龙观嘴黄崖沟乌江2000年西藏易贡巨型滑坡§5土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论 高程（m）滑距（m）553022004000扎木弄沟滑坡堆积体08000400020006000立面示意图坡高3330m堆积体宽约2500m总方量约3亿方§5土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论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2264m2210m2165m2340m平面示意图5520m滑坡堆积体§5土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论2000年西藏易贡巨型滑坡 天然坝坝高290m滑坡堰塞湖库容15亿方湖水每天上涨50cm?§5土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论2000年西藏易贡巨型滑坡 边坡滑裂面§5土的抗剪强度2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论 粘土地基上的某谷仓地基破坏3.地基的破坏§5土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论 日本新泻1964年地震引起大面积液化3.地基的破坏§5土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论 地基p滑裂面3.地基的破坏§5土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论 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核心强度理论§5土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论 一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型三、土的强度的机理四、摩尔-库仑强度理论§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论 三、土的强度的机理§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论直剪试验库仑（1776）试验原理施加σ（=P/A），S量测（=T/A）上盒下盒PSTσ=100KPaSA 直剪试验库仑（1776）试验原理试验结果σ=100KPaSσ=200KPaσ=300KPa三、土的强度的机理§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论PSTA Occ粘聚力内摩擦角σ=100KPaSσ=200KPaσ=300KPa直剪试验库仑（1776）试验原理试验结果三、土的强度的机理§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论库仑公式：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 NT=NT滑动摩擦三、土的强度的机理§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论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三、土的强度的机理§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论1.摩擦强度tg （3）颗粒的破碎与重排列滑动摩擦NT颗粒破碎与重排列三、土的强度的机理§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论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>蒙特石粒径的形状（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：三、土的强度的机理§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论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----+三、土的强度的机理§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论2.凝聚强度 §5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论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 PSTAc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§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论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1.库仑公式 ==三维应力状态§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论2.应力莫尔圆二维应力状态 Oz+zx-xzx213rR+-1§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论2.应力莫尔圆大主应力：小主应力:圆心：半径：σz按顺时针方向旋转ασx按顺时针方向旋转α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 3.极限平衡应力状态§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论极限平衡应力状态：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 3.极限平衡应力状态§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论f强度包线以内：下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。 4.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+tg（3）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§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论 4.莫尔—库仑强度理论§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-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Oc 4.莫尔—库仑强度理论§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-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Oc 根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ3计算σ1f比较σ1与σ1fσ1<σ1f弹性平衡状态σ1=σ1f极限平衡状态σ1>σ1f破坏状态Oc1f3115.破坏判断方法§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论判别对象：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σ1、σ3判断破坏可能性由σ1计算σ3f比较σ3与σ3fσ3>σ3f弹性平衡状态σ3=σ3f极限平衡状态σ3<σ3f破坏状态Oc13f335.破坏判断方法§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论判别对象：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σ1、σ3判断破坏可能性由σ1、σ3计算与比较>不可能状态=极限平衡状态<安全状态Oc5.破坏判断方法§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论判别对象：土体微小单元（一点）(1+3)/2=常数：圆心保持不变 Oc1f3231f45°＋/2破裂面26.滑裂面的位置与大主应力面夹角：α=45+/2§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论四、摩尔-库仑强度理论 一、室内试验二、野外试验§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度直剪试验、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 PSTAσ=100KPaSσ=200KPaσ=300KPaOc§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度一、室内试验1.直剪试验 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§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度一、室内试验1.直剪试验PSTA OnK0nPSTA§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度一、室内试验1.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§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度一、室内试验1.直剪试验PSTA类似试验：环剪试验单剪试验 试样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§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度一、室内试验2.三轴试验（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 §5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度一、室内试验2.三轴试验方法：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Δ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-)fc(1-)f11-31=15%分别作围压为100kPa、200kPa、300kPa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§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度一、室内试验2.三轴试验（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、dccu、cucu、u（3）试验类型§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度一、室内试验2.三轴试验 固结排水试验（CD试验）ConsolidatedDrainedTriaxialtest(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）ConsolidatedUndrainedTriaxialtest(CU)抗剪强度指标：ccucu不固结不排水试验（UU试验）UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest(UU)抗剪强度指标：cuu（cuuuu）§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度一、室内试验2.三轴试验 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：3＝0即为无侧限抗压强度试验（4）优点和缺点§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度一、室内试验2.三轴试验 真三轴仪空心圆柱扭剪仪§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度一、室内试验3.其它室内试验 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§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度二、野外试验 时：M1HDM2§5.2抗剪强度测定试验§5土的抗剪强度二、野外试验十字板剪切试验 5.3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§5.3应力路径与破坏主应力线§5土的抗剪强度一、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13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§5.3应力路径与破坏主应力线§5土的抗剪强度一、应力路径及表示法摩尔园－一个园代表一个应力状态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pqOf线Kf线固结排水三轴试验§5.3应力路径与破坏主应力线§5土的抗剪强度二、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pq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’AR固结排水三轴试验§5.3应力路径与破坏主应力线§5土的抗剪强度二、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pq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’AR固结排水三轴试验§5.3应力路径与破坏主应力线§5土的抗剪强度二、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pq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’AR固结排水三轴试验§5.3应力路径与破坏主应力线§5土的抗剪强度二、强度包线与破坏主应力线>c>a 0qp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§5.3应力路径与破坏主应力线§5土的抗剪强度二、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’（13)u13’3’1固结不排水三轴试验§5.3应力路径与破坏主应力线§5土的抗剪强度三、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’（13)u13’3’1§5.3应力路径与破坏主应力线§5土的抗剪强度三、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（A>1/3）密砂或超固结粘土（A<1/3）pO3q45°Kfp’O3q’K’f45°§5.3应力路径与破坏主应力线§5土的抗剪强度三、总应力路径与有效应力路径 作业习题3-9习题5-8 强度指标：峰值强度指标与残余强度指标§5土的抗剪强度§5.4抗剪强度指标粘聚力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 §5.4抗剪强度指标§5土的抗剪强度一.总应力指标与有效应力指标二.三轴试验强度指标三.直剪试验强度指标四.土的强度指标的工程应用 §5土的抗剪强度一.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抗剪强度指标 1.两种强度指标的比较一.总应力指标与有效应力指标§5土的抗剪强度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§5.4抗剪强度指标 1(’)p(p’)quKfKfffuu松砂及正常固结粘土(CU)一.总应力指标与有效应力指标§5.4抗剪强度指标§5土的抗剪强度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？ (’)cc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§5土的抗剪强度2.强度包线与破坏主应力线u(+)总应力有效应力§5.4抗剪强度指标 §5土的抗剪强度一.总应力指标与有效应力指标二.三轴试验强度指标三.直剪试验强度指标四.土的强度指标的工程应用§5.4抗剪强度指标 二.三轴试验强度指标§5土的抗剪强度剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained1.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抗剪强度指标 1.固结排水试验§5土的抗剪强度强度指标：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§5.4抗剪强度指标 (1)试验条件试样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§5土的抗剪强度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=§5.4抗剪强度指标 1=1d==f=f(1)试验条件1.固结排水试验§5土的抗剪强度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：§5.4抗剪强度指标 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§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 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p。地基中的正常固结粘土：’zsp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§5土的抗剪强度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§5.4抗剪强度指标 vv表示体缩v0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§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 v表示体缩v0表示体胀(剪胀)v峰值强度残余强度峰值强度残余强度f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§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标应力应变关系软化，体应变剪胀c≠0§5.4抗剪强度指标 ep强度包线fp土的压缩曲线(4)超固结粘土+正常固结粘土强度包线p，正常固结粘土；p，超固结粘土1.固结排水试验§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 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→c≠0的直线近似1.固结排水试验§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained1.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土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 2.固结不排水试验§5土的抗剪强度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§5.4抗剪强度指标 (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uu0，=-u试样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量测孔隙水压力2.固结不排水试验§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 2.固结不排水试验§5土的抗剪强度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：A>1/3剪切过程中发生剪胀：A<1/3(甚至可能A<0，u<0）§5.4抗剪强度指标 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cu2.固结不排水试验§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 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cuu<0u>02.固结不排水试验§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 (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§5土的抗剪强度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cuc§5.4抗剪强度指标 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§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained1.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土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 3.不固结不排水试验§5土的抗剪强度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§5.4抗剪强度指标 (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§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标试样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量测孔隙水压力§5.4抗剪强度指标 3.不固结不排水试验§5土的抗剪强度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–p´f-qf唯一性关系ef–σ´f-τf唯一性关系’(p’)(q)K’f线f线α’唯一的ef应力历史同一种正常固结粘土土的状态(ρ,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:§5.4抗剪强度指标 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=13.不固结不排水试验§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 cuσp1cu1σp2cu2σp3cu3(4)不排水试验与固结不排水试验3.不固结不排水试验§5土的抗剪强度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§5.4抗剪强度指标 cu=qu/2cuqu=(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§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 (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§5土的抗剪强度二.三轴试验强度指标§5.4抗剪强度指标 不固结不排水试验小结3.不固结不排水试验§5土的抗剪强度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§5.4抗剪强度指标 一.总应力指标与有效应力指标二.三轴试验强度指标三.直剪试验强度指标四.土的强度指标的工程应用§5土的抗剪强度§5.4抗剪强度指标 §5土的抗剪强度三.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§5.4抗剪强度指标 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)：cscs;由于摩擦和中主应力使其强度指标稍大0.9csc,0.9s固结快剪（ConsolidatedQuickly:cq）ccqccucqcu快剪(Quickly:q):对于k<10-7cm/s粘土cqcuqu§5土的抗剪强度三.直剪试验强度指标§5.4抗剪强度指标 一.总应力指标与有效应力指标二.三轴试验强度指标三.直剪试验强度指标四.土的强度指标的工程应用§5土的抗剪强度§5.4抗剪强度指标 四.土的强度指标的工程应用§5土的抗剪强度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抗剪强度指标 四.土的强度指标的工程应用§5土的抗剪强度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，§5.4抗剪强度指标 四.土的强度指标的工程应用§5土的抗剪强度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§5.4抗剪强度指标 四.土的强度指标的工程应用§5土的抗剪强度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§5.4抗剪强度指标 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 作业:5-45-9 一、周期荷载下饱和砂土的动强度二、饱和松砂的振动液化§5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化 饱和松砂：dkPa随着循环次数的增加，孔隙水压力接近等于初始围压，有效应力等于0—轴向应变突然加大，土样破坏。初始围压应力循环次数N应力循环次数N轴向应变孔隙水压力§5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化一、周期荷载下饱和砂土的动强度 周期荷载下饱和砂土的孔压积累与动强度动应力d应力循环次数logNu周期荷载下饱和砂土强度用途与循环次数关系N§5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化一、周期荷载下饱和砂土的动强度 饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高在瞬间砂土呈液态时间T孔压U§5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化1.液化现象 日本阪神地震引起的路面塌陷 由于液化引起的河道破坏—日本神户 阪神地震中新干线的倾覆 地基液化引起的储油罐倾斜—日本神户 日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面 桩基础（房屋基础露出地面） 桥台基础（地震液化后突出地面） （1）初始的疏松状态（2）振动以后处于悬浮状态—孔压升高（液化）（3）振后处于密实状态§5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化2.液化机理 振前砂土结构振中颗粒悬浮，有效应力为零振后砂土变密实§5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化2.液化机理 §5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化2.液化机理 §5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化2.液化机理 砾类土：粒径大于5mm<60%大粒径颗粒处于悬浮状态，细颗粒的液化导致整体液化。§5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化2.液化机理 在饱和砂土中，由于振动引起颗粒的悬浮，超静孔隙水压力急剧升高，直到其孔隙水压力等于总应力时，有效应力为零，砂土的强度丧失，砂土呈液体流动状态，称为液化现象。§5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化3.液化定义 4.1饱和度4.2组成粉细砂：d50=0.07mm-1.0mm砾类土：粒径大于5mm<60%粉土：Ip=（3-10）Il=0.75-1.04.3状态：相对密度Dr<50%4.4结构4.5其他：排水条件、应力状态及历史、地震特性…….§5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化二.饱和松砂的振动液化4.砂土液化的影响因素 5.砂土液化的工程防治加固地基土：换土、加密围封加固建筑物深基础与桩基础§5土的抗剪强度§5.5土的动强度与砂土的振动液化