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1、土的抗剪强度及其工程问题土的抗剪强度及其工程问题内内容容l土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验l工程中的抗剪强度问题工程中的抗剪强度问题lt t = = c p tan l 对于对于c0的土，称为纯摩擦材料，的土，称为纯摩擦材料， 内摩阻力内摩阻力包括土粒之间的包括土粒之间的表面摩擦力表面摩擦力和和由于土粒之间的联锁作用而产生的由于土粒之间的联锁作用而产生的咬合咬合力力。咬合力是指当土体相对滑动时，将。咬合力是指当土体相对滑动时，将嵌在其它颗粒之间的土粒拔出所需的力，嵌在其它颗粒之间的土粒拔出所需的力，土越密实，联锁作用则越强。土越密实，联锁作用则越强。 t tlt t = = c p tan l
2、 对于对于 0的土，称为凝聚性材料，的土，称为凝聚性材料，构成内聚力的物理原因是土的细颗粒表构成内聚力的物理原因是土的细颗粒表面作用，是一种物理化学作用。面作用，是一种物理化学作用。l 原始粘聚力原始粘聚力主要是由于土粒间水膜受主要是由于土粒间水膜受到相邻土粒之间的电分子引力而形成的，到相邻土粒之间的电分子引力而形成的，当土被压密时，土粒间的距离减小，原始当土被压密时，土粒间的距离减小，原始粘聚力随之增大。当土的天然结构被破坏粘聚力随之增大。当土的天然结构被破坏时，原始粘聚力将丧失一些，但会随着时时，原始粘聚力将丧失一些，但会随着时间而恢复其中的一部分或全部。间而恢复其中的一部分或全部。l 固
3、化粘聚力固化粘聚力是由于土中化合物的胶结是由于土中化合物的胶结作用而形成的，当土的天然结构被破坏时，作用而形成的，当土的天然结构被破坏时，则固化粘聚力随之丧失，而且不能恢复。则固化粘聚力随之丧失，而且不能恢复。 抗剪强度指标的测定方法抗剪强度指标的测定方法l 在室内试验中，可以用直剪试验或在室内试验中，可以用直剪试验或三轴试验来测定土的抗剪强度指标。三轴试验来测定土的抗剪强度指标。l 对粗粒土应当用大尺寸的仪器或现对粗粒土应当用大尺寸的仪器或现场大型直剪试验测定。场大型直剪试验测定。l 对软土，也可以用原位测试十字对软土，也可以用原位测试十字板试验测定。板试验测定。l 土的抗剪强度指标和土的原
4、始土的抗剪强度指标和土的原始状态、应力路径、应力历史、排水状态、应力路径、应力历史、排水条件等因素有关，考虑不同因素影条件等因素有关，考虑不同因素影响时，应采用不同的试验方法。响时，应采用不同的试验方法。l 考虑上述复杂因素的试验只能考虑上述复杂因素的试验只能用三轴仪才能模拟。三轴试验分为用三轴仪才能模拟。三轴试验分为常规的试验和特殊的试验两类。常规的试验和特殊的试验两类。 直剪试验直剪试验直剪试验结果直剪试验结果lt t f = = c p tan l第一级荷载必须大于上覆有效压力第一级荷载必须大于上覆有效压力直剪试验方法直剪试验方法快剪试验快剪试验 l 在土样上下两面安置不透水的铜板在土样
5、上下两面安置不透水的铜板或塑料膜，并在施加竖向压力后立即施或塑料膜，并在施加竖向压力后立即施加水平剪力进行剪切，而且剪切的速率加水平剪力进行剪切，而且剪切的速率也很快，一般只也很快，一般只3 5min 。采取这些措采取这些措施的目的是为了控制土样在试验时不固施的目的是为了控制土样在试验时不固结排水，以便测定天然状态的强度指标。结排水，以便测定天然状态的强度指标。快剪试验得到的指标用快剪试验得到的指标用 cq 、 q表示。表示。l 由于直剪仪固有的缺点，尽管采取由于直剪仪固有的缺点，尽管采取了上述措施，土样和环刀之间仍有渗水了上述措施，土样和环刀之间仍有渗水通道，不能保证土样处于完全不排水的通道
6、，不能保证土样处于完全不排水的状态，特别是对透水性比较大的土影响状态，特别是对透水性比较大的土影响更大。更大。固结快剪试验固结快剪试验 l 在在土土样样上上下下两两面面安安置置透透水水石石，在在施施加加竖竖向向压压力力以以后后给给以以充充分分时时间间使使土土样样固固结结排排水水。固固结结排排水水终终了了后后再再施施加加水水平平剪剪力，快速地将土样剪坏。力，快速地将土样剪坏。l 这种试验方法模拟在法向应力作用这种试验方法模拟在法向应力作用下固结完成但在剪应力作用下不排水的下固结完成但在剪应力作用下不排水的工况，由于放置了透水板，更不能保证工况，由于放置了透水板，更不能保证在剪切时处于完全不排水的
7、状态，对于在剪切时处于完全不排水的状态，对于透水性比较大的土样将会得到过大的抗透水性比较大的土样将会得到过大的抗剪强度值。固结快剪试验得到的指标用剪强度值。固结快剪试验得到的指标用 ccq 、 cq表示。表示。慢剪试验慢剪试验 l 施加竖向压力后土样固结排水的要求施加竖向压力后土样固结排水的要求与固结快剪试验相同，在固结终了后以与固结快剪试验相同，在固结终了后以相当慢的速度施加水平剪力，剪切速率相当慢的速度施加水平剪力，剪切速率控制在小于控制在小于0.02mm /min以使土样在剪切以使土样在剪切过程中有充分时间排水和产生体积变形，过程中有充分时间排水和产生体积变形，得到的指标模拟完全排水的工
8、况。慢剪得到的指标模拟完全排水的工况。慢剪试验指标用试验指标用 cs 、 s 。 直剪试验排水控制措施直剪试验排水控制措施竖向压力竖向压力剪应力剪应力结果结果快剪快剪不用透水板不用透水板立即剪切立即剪切快速快速固结快剪固结快剪用透水板用透水板快速快速剪切时透水剪切时透水途径通畅途径通畅慢剪慢剪用透水板用透水板慢速慢速直剪仪不能有效地控制排水直剪仪不能有效地控制排水l 直剪仪中的土样无法封闭，无论土直剪仪中的土样无法封闭，无论土样承受法向应力或剪应力，无论剪切速样承受法向应力或剪应力，无论剪切速度多快，孔隙水总会沿着土样和环刀之度多快，孔隙水总会沿着土样和环刀之间的缝隙流失，无法测定不排水条件下
9、间的缝隙流失，无法测定不排水条件下的强度，使快剪试验的结果特别离散，的强度，使快剪试验的结果特别离散，而且而且内摩擦角往往偏大，用于工程是偏内摩擦角往往偏大，用于工程是偏于危险的；于危险的；在在固结快剪试验中，剪切时固结快剪试验中，剪切时的排水也使内摩擦角偏大的排水也使内摩擦角偏大。l 曾有文献报道，对于塑性指数小于曾有文献报道，对于塑性指数小于11的的土，固结快剪试验的内摩擦角与慢剪试验的土，固结快剪试验的内摩擦角与慢剪试验的内摩擦角很接近，内摩擦角很接近， 一般只比慢剪试验的内摩一般只比慢剪试验的内摩擦角小擦角小1 2 ，但在塑性指数为，但在塑性指数为11 18的的土中，两者的数值相差很大
10、，一般为土中，两者的数值相差很大，一般为10 左左右。这是由于低塑性土的渗透系数比较大，右。这是由于低塑性土的渗透系数比较大，在固结快剪试验中孔隙水消散很快，剪切时在固结快剪试验中孔隙水消散很快，剪切时土的固结状态已接近于慢剪试验，因此两者土的固结状态已接近于慢剪试验，因此两者的结果相近。的结果相近。由此可见，直剪试验不适用于由此可见，直剪试验不适用于低塑性土。低塑性土。仪器构造的缺陷仪器构造的缺陷l直剪仪上下盒之间的缝隙直剪仪上下盒之间的缝隙 l为了避免上下盒之间的摩擦，为了避免上下盒之间的摩擦，在上下盒之在上下盒之间留有一定的缝隙间留有一定的缝隙。对软土作快剪试验时，由。对软土作快剪试验时
11、，由于竖向荷载对土样的挤压作用，软土侧面挤入于竖向荷载对土样的挤压作用，软土侧面挤入缝隙中，既破坏了土的结构，又影响了试验的缝隙中，既破坏了土的结构，又影响了试验的结果。试验砂土时，细小的砂粒嵌进上下盒之结果。试验砂土时，细小的砂粒嵌进上下盒之间的缝隙中使摩阻力增大，使试验结果失真。间的缝隙中使摩阻力增大，使试验结果失真。可见可见直剪仪也不适用于砂土和软土直剪仪也不适用于砂土和软土。 人为规定了剪切面人为规定了剪切面l 直剪试验时土样的直剪试验时土样的剪切面是人为规定的剪切面是人为规定的 。 由由于剪切总是发生在上下盒之间，剪切面人为规定为于剪切总是发生在上下盒之间，剪切面人为规定为水平方向，
12、这与实际工程中发生在土体内的剪切面水平方向，这与实际工程中发生在土体内的剪切面方向是不一致的。实际工程中，方向是不一致的。实际工程中，剪切总是沿着最薄剪切总是沿着最薄弱的方向发展，而水平方向往往并不是最薄弱的弱的方向发展，而水平方向往往并不是最薄弱的。特别在夹薄层粉砂的粘性土层中，如果硬性规定的特别在夹薄层粉砂的粘性土层中，如果硬性规定的剪切面正好在粉砂薄层中，就会得到过大的抗剪强剪切面正好在粉砂薄层中，就会得到过大的抗剪强度值。度值。 剪切过程中剪切面在变化剪切过程中剪切面在变化l 剪切面积随剪切位移的增加而减小剪切面积随剪切位移的增加而减小且土样应力条件非常复杂且土样应力条件非常复杂 这一
13、缺点限制这一缺点限制了直剪仪在研究方面的应用，但在工程了直剪仪在研究方面的应用，但在工程实用方面引起的误差是可以容许的。实用方面引起的误差是可以容许的。 关于直剪仪的总结关于直剪仪的总结l1. 直剪仪存在许多致命的缺陷，国外已直剪仪存在许多致命的缺陷，国外已经被淘汰，但我国还是常规武器；经被淘汰，但我国还是常规武器；l2. 我国地基设计规范对直剪仪的态度，我国地基设计规范对直剪仪的态度，经历了从限制使用条件到企图完全淘汰经历了从限制使用条件到企图完全淘汰的过程，但还没有具备淘汰的条件；的过程，但还没有具备淘汰的条件；l3. 在过渡的时间内，正确认识直剪仪的在过渡的时间内，正确认识直剪仪的问题，
14、不致发生滥用是至关重要的；问题，不致发生滥用是至关重要的；8989设计规范的限制条件还是合适的设计规范的限制条件还是合适的l直剪试验不适用于低塑性土。直剪试验不适用于低塑性土。 l直剪试验也不适用于砂土和软土。直剪试验也不适用于砂土和软土。 l如如8989版建筑地基基础设计规范规定版建筑地基基础设计规范规定直剪试验只适用于二级及三级建筑物的直剪试验只适用于二级及三级建筑物的可塑状粘性土和饱和度不大于可塑状粘性土和饱和度不大于0.5的粉土的粉土。 三轴试验三轴试验l 三轴试验的土样是在轴对称应力条三轴试验的土样是在轴对称应力条件下剪切的，圆柱形土样侧面作用着小件下剪切的，圆柱形土样侧面作用着小主
15、应力主应力 3 3 ，顶面和底面作用着大主应力顶面和底面作用着大主应力 1 1 ，大、小主应力可以根据试验要求控大、小主应力可以根据试验要求控制其大小和变化。土样包在不透水的橡制其大小和变化。土样包在不透水的橡皮膜中，在土样的底面和顶面都设置了皮膜中，在土样的底面和顶面都设置了可以控制的排水管道，通过阀门可以改可以控制的排水管道，通过阀门可以改变土样的排水条件，并可通过管道量测变土样的排水条件，并可通过管道量测土样顶部或内部的孔隙水压力土样顶部或内部的孔隙水压力 。三轴试验指标的测定与资料分析三轴试验指标的测定与资料分析l三轴试验原理三轴试验原理 :l以材料力学的摩尔圆表示一点的应力状以材料力
16、学的摩尔圆表示一点的应力状态为基础，以库仑强度理论为准则。态为基础，以库仑强度理论为准则。l三轴试验方法三轴试验方法: : l利用三轴仪的设备条件，用各种方法模利用三轴仪的设备条件，用各种方法模拟土的各种应力条件和物理状态。拟土的各种应力条件和物理状态。l三轴试验结果的资料整理三轴试验结果的资料整理 ：l试验资料的分析计算：试验资料的分析计算：三轴试验原理三轴试验原理l 三轴试验是建立在轴对称极限平衡三轴试验是建立在轴对称极限平衡理论基础上的一种土工试验，与直剪试理论基础上的一种土工试验，与直剪试验相比，应力条件明确，分析原理严密，验相比，应力条件明确，分析原理严密，可以模拟各种排水条件和应力
17、条件。可以模拟各种排水条件和应力条件。摩尔圆摩尔圆土体中一点土体中一点的应力状态的应力状态主应力的主应力的概念概念当截面的方当截面的方向变化时，向变化时，截面上应力截面上应力状态的变化状态的变化摩尔库仑摩尔库仑强度包线强度包线l破坏圆是破坏时的应力圆破坏圆是破坏时的应力圆l破坏圆的公切线即为强度包线破坏圆的公切线即为强度包线l l从从0点到圆心的距离等于半径除以点到圆心的距离等于半径除以sin ；l移项以后就得到极限平衡条件的表达式移项以后就得到极限平衡条件的表达式破坏圆上的应力条件破坏圆上的应力条件l 化简并通过三角函数间的变换关系，化简并通过三角函数间的变换关系，从而可得到常用的土的极限平
18、衡条件：从而可得到常用的土的极限平衡条件：l例例题题土土样样内内摩摩擦擦角角为为 =26，粘粘聚聚力力为为20kPa，承承受受大大主主应应力力和和小小主主应应力力分分别别为为450kPa和和150kPa，试判断该土样是否达到极限平衡状态？试判断该土样是否达到极限平衡状态？l 解解 已已知知小小主主应应力力，现现将将其其余余已已知知的的有有关关数数据据代代入到式入到式(6-6)的右侧，得小主应力的计算值为：的右侧，得小主应力的计算值为： l计计算算结结果果可可以以认认为为的的计计算算值值与与已已知知值值相相等等，所所以以该土样处于极限平衡状态。该土样处于极限平衡状态。 l 对上述问题：内摩擦角为
19、对上述问题：内摩擦角为 =26，粘，粘聚力为聚力为20kPa，承受大主应力和小主应力承受大主应力和小主应力分别为分别为450kPa和和150kPal 如果用图解法，则同样会得到摩尔如果用图解法，则同样会得到摩尔应力圆与抗剪强度线相切的结果。应力圆与抗剪强度线相切的结果。关于摩尔圆的几个概念关于摩尔圆的几个概念l1. 1 3时，摩尔圆为一个点；时，摩尔圆为一个点；l2. 在在 1逐渐增大的过程中，达到破坏以逐渐增大的过程中，达到破坏以前，土体都处于弹性状态；前，土体都处于弹性状态；l3. K0圆处于弹性状态。当土体处于圆处于弹性状态。当土体处于K0条条件时，如图中的件时，如图中的K0圆，此时的土
20、体处于圆，此时的土体处于弹性平衡状态，不会发生破坏。弹性平衡状态，不会发生破坏。l4. 从从K0圆到破坏圆的过程，就是土体剪圆到破坏圆的过程，就是土体剪切破坏的发生过程，是从弹性状态向塑切破坏的发生过程，是从弹性状态向塑性状态发展的过程。在破坏圆上，有两性状态发展的过程。在破坏圆上，有两个特征点，一个的最大剪应力，将每个个特征点，一个的最大剪应力，将每个破坏圆是的最大剪应力点连成破坏圆是的最大剪应力点连成Kf线，线，Kf线线不是强度包线。不是强度包线。l5. 一系列破坏圆的公切线才是摩尔强度一系列破坏圆的公切线才是摩尔强度包线，摩尔强度包线的参数才是抗剪强包线，摩尔强度包线的参数才是抗剪强度指
21、标。度指标。三轴仪设备三轴仪设备三轴仪的主机三轴仪的主机l 三三轴轴剪剪力力仪仪由由主主机机、稳稳压压系系统统和和量量测测系系统统三个部分组成。三个部分组成。l 主主机机包包括括压压力力室室、周周围围压压力力系系统统和和轴轴向向加加压压设设备备。圆圆柱柱形形的的土土样样用用橡橡皮皮膜膜包包裹裹密密封封后后置置于于压压力力室室内内，由由周周围围压压力力系系统统通通过过压压力力水水对对土土样样施施加加周周围围压压力力 3，由由轴轴向向加加压压设设备备通通过过量量力力环环、活活塞塞杆杆对对土土样样施施加加轴轴向向的的偏偏应应力力（ 1- 3），在在忽忽略略土土样样帽帽与与土土样样之之间间摩摩擦擦力力
22、的的条条件件下下，周周围围压压力力 3即即为为小小主主应应力力，偏偏应应力力与与周周围围压压力力之之和和 3 +( 1- 3)即为大主应力即为大主应力 1 。l 稳稳压压系系统统包包括括压压力力源源、调调压压筒筒和和压压力力表表等等，用用以以调调节节和和保保持持周周围围压压力力的的稳稳定，以保证使用结果的准确性。定，以保证使用结果的准确性。l 对对于于剪剪切切时时不不排排水水的的试试验验，采采用用量量测测稳稳压压系系统统中中补补充充给给压压力力室室的的水水量量来来测测定定土土样样的的体体积积变变形形，此此时时稳稳压压系系统统具具有有量量测测的的作作用用，但但对对压压力力水水去去除除气气泡泡的的
23、要要求很高。求很高。l 量量测测系系统统用用以以量量测测从从土土样样中中排排出出孔孔隙隙水水的的体体积积，测测定定孔孔隙隙水水压压力力的的变变化化以以及对土样施加应力的大小。及对土样施加应力的大小。l 三三轴轴仪仪的的控控制制系系统统可可以以分分别别控控制制土土样样在在周周围围压压力力和和偏偏应应力力作作用用时时的的排排水水条条件件，可可以以克克服服直直剪剪仪仪无无法法控控制制排排水水条条件件的的缺缺点点，因因此此能能够够测测定定在在不不同同固固结结排排水水条件下的抗剪强度指标。条件下的抗剪强度指标。三轴试验方法与分析方法三轴试验方法与分析方法l试验方法：试验方法：l不固结不排水剪不固结不排水
24、剪l固结不排水剪固结不排水剪l固结排水剪固结排水剪l分析方法：分析方法：l总应力法总应力法l有效应力法有效应力法三种试验的方法三种试验的方法试验方法试验方法施加施加周围压力周围压力施加施加偏差压力偏差压力孔隙水压力孔隙水压力不固结不排不固结不排水剪水剪UU关排水阀门关排水阀门 关排水阀门关排水阀门不测孔隙水不测孔隙水压力压力固结不排水固结不排水剪剪CU开排水阀门开排水阀门 关排水阀门关排水阀门测孔隙水压测孔隙水压力力排水剪排水剪CD开排水阀门开排水阀门 开排水阀门开排水阀门保持为零保持为零不固结不排水试验（不固结不排水试验（UUUU试验）试验）l 在在施施加加周周围围压压力力时时关关闭闭排排水
25、水阀阀门门，此此时时土土样样内内的的孔孔隙隙水水压压力力等等于于周周围围压压力力，随随后后也也在在关关闭闭排排水水阀阀门门的的条条件件下下施施加加偏偏应应力力，不不容容许许土土样样中中的的孔孔隙隙水水排排出出，直直至至土土样样剪剪切切破破坏坏，测测定定的的抗抗剪剪强强度度指指标标用用cu、 u 表示，对饱和土表示，对饱和土 u 。饱和土的不固结不排水试验饱和土的不固结不排水试验非饱和土的不固结不排水试验非饱和土的不固结不排水试验固结不排水试验（固结不排水试验（CUCU试验）试验）l 试试验验时时先先对对土土样样施施加加周周围围压压力力并并打打开开排排水水阀阀门门，在在土土样样排排水水所所过过程
26、程中中可可以以观观察察到到土土样样高高度度逐逐步步减减小小和和土土样样体体积积的的减减小小，如如果果同同时时量量测测孔孔隙隙水水压压力力则则可可观观察察到到孔孔隙隙水水压压力力逐逐步步消消散散。在在土土样样充充分分排排水水固固结结以以后后关关闭闭排排水水阀阀门门，然然后后施施加加偏偏应应力力直直至至破破坏坏，由由于于已已经经关关闭闭了了排排水水阀门，在剪切过程中不可能发生排水。阀门，在剪切过程中不可能发生排水。l 固结不排水试验得出的抗剪强度指固结不排水试验得出的抗剪强度指标用标用ccu、 cu 表示。表示。l 如果在剪切过程中打开孔隙水压力如果在剪切过程中打开孔隙水压力阀同时测定土样内的孔隙
27、水压力，则可阀同时测定土样内的孔隙水压力，则可得到孔隙水压力与剪切应变的关系曲线，得到孔隙水压力与剪切应变的关系曲线，并可以求得有效内摩擦角并可以求得有效内摩擦角 和有效内聚和有效内聚力力c 。固结排水试验（固结排水试验（CDCD试验）试验）l 在施加周围压力和偏应力的全过程在施加周围压力和偏应力的全过程中，土样始终处在排水状态，剪切速率中，土样始终处在排水状态，剪切速率应使孔隙水压力始终处于消散为零的状应使孔隙水压力始终处于消散为零的状态，因此排水阀门和孔隙水压力阀门始态，因此排水阀门和孔隙水压力阀门始终是打开的。所测定的抗剪强度指标用终是打开的。所测定的抗剪强度指标用cd、 d 表示，其物
28、理意义就是有效内摩表示，其物理意义就是有效内摩擦角。擦角。 三轴试验结果的资料整理三轴试验结果的资料整理l 有有4个土样分别在周围压力为个土样分别在周围压力为50kPa、100kPa、150kPa和和200kPa作用下固结不排水试验，测得剪作用下固结不排水试验，测得剪切破坏时的偏应力如表所示。根据已知的周围压切破坏时的偏应力如表所示。根据已知的周围压力和偏应力，所计算最大主应力以及破坏时摩尔力和偏应力，所计算最大主应力以及破坏时摩尔圆的圆心位置坐标和半径也列于表内：圆的圆心位置坐标和半径也列于表内：不固结不排水剪资料整理不固结不排水剪资料整理l 试验记录的是周围压力，即小主应试验记录的是周围压
29、力，即小主应力力 3和轴向的力，即测力计读数与测力和轴向的力，即测力计读数与测力计率定系数的乘积计率定系数的乘积C R;l 轴向力除以校正后的试样面积，就轴向力除以校正后的试样面积，就得到主应力差得到主应力差 1- 3 ;l主应力差除以主应力差除以2就得到破坏应力圆的半径。就得到破坏应力圆的半径。l破坏应力圆的半径破坏应力圆的半径l主应力差加小主应力就得到大主应力主应力差加小主应力就得到大主应力 1。l计算大、小主应力之和的一半，就得到破计算大、小主应力之和的一半，就得到破坏应力圆的圆心坐标值坏应力圆的圆心坐标值l已知圆心坐标和半径，就可以画破坏应力已知圆心坐标和半径，就可以画破坏应力圆。圆。
30、固结不排水剪资料整理固结不排水剪资料整理l试样固结后的高度试样固结后的高度l试样固结后的面积试样固结后的面积l试样面积校正试样面积校正总应力分析总应力分析轴向应变轴向应变圆心坐标圆心坐标莫尔圆半径莫尔圆半径有效应力分析有效应力分析l有效应力有效应力l孔隙水压力对强度的影响孔隙水压力对强度的影响l用有效应力表示的强度用有效应力表示的强度l有效应力圆的圆心坐标与半径的计算公有效应力圆的圆心坐标与半径的计算公式表明，有效应力圆的圆心与总应力圆式表明，有效应力圆的圆心与总应力圆的圆心之差为破坏时的孔隙水压力，有的圆心之差为破坏时的孔隙水压力，有效应力圆的半径与总应力圆相同。效应力圆的半径与总应力圆相同
31、。l有效大主应力有效大主应力l有效小主应力有效小主应力l有效主应力比有效主应力比l初始孔隙水压力系数初始孔隙水压力系数l破坏时孔隙水压力系数破坏时孔隙水压力系数孔隙水压力与应变的关系孔隙水压力与应变的关系有效主应力比与应变关系有效主应力比与应变关系应力路径曲线应力路径曲线l有效内摩擦角有效内摩擦角l有效内聚力有效内聚力破坏点的取值标准破坏点的取值标准l以主应力差的峰值作为破坏点以主应力差的峰值作为破坏点l以有效主应力比的峰值作为破坏点以有效主应力比的峰值作为破坏点l以有效应力路径的密集点为破坏点以有效应力路径的密集点为破坏点l以轴向应变以轴向应变15时的主应力差为破坏点时的主应力差为破坏点正确
32、使用不固结不排水抗剪强度正确使用不固结不排水抗剪强度l 不固结不排水强度是天然强度，不不固结不排水强度是天然强度，不是强度指标；是强度指标；l 不固结不排水强度是总强度，反映不固结不排水强度是总强度，反映了某种状态的结果；了某种状态的结果；l 无法反映土的抗剪强度随法向应力无法反映土的抗剪强度随法向应力变化的规律；变化的规律；l 如何提供土层的代表性数值？如何提供土层的代表性数值？正常压密土层正常压密土层l不固结不不固结不排水强度排水强度随深度增随深度增长，不能长，不能提供平均提供平均值。值。cuz 不适当的使用不固结不排水剪不适当的使用不固结不排水剪l用以计算地基承载力，不能反映基础埋置用以
33、计算地基承载力，不能反映基础埋置深度对承载力的影响；深度对承载力的影响；l用以计算土压力，不能反映实际的情况。用以计算土压力，不能反映实际的情况。固结不排水剪固结不排水剪不固结不排水剪不固结不排水剪无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验l相当于周围压力为零的三轴不固结不排相当于周围压力为零的三轴不固结不排水剪试验。水剪试验。l灵敏度灵敏度例例题题l1. 计算大主应力；计算大主应力；l2. 计算有效的大、小主应力；计算有效的大、小主应力；l3. 分别计算总应力圆和有效应力圆的半径分别计算总应力圆和有效应力圆的半径和圆心坐标。和圆心坐标。关于直剪和三轴仪的选用关于直剪和三轴仪的选用l地基规范已经废除
34、了直剪试验地基规范已经废除了直剪试验l勘察规范仍可有条件地使用勘察规范仍可有条件地使用l三次规范修订时对直剪和三轴的说法三次规范修订时对直剪和三轴的说法l我国面前大面积推广三轴的条件我国面前大面积推广三轴的条件l如何实现用三轴试验完成剪切试验？如何实现用三轴试验完成剪切试验？l仪器条件配备一定数量的设备仪器条件配备一定数量的设备l技术和人员具有一支技术队伍技术和人员具有一支技术队伍l技术要求少而精技术要求少而精非饱和土抗剪强度试验的问题非饱和土抗剪强度试验的问题l1.我们这里做三轴不固结不排水试验都是先让试样饱和，然后再进行试验，结果是硬塑至坚硬的土，其抗剪强度也很低（内聚力c小于30kPa，
35、内摩擦角小于10度）。不知道是否合理。 l2.建筑地基基础设计规范GB50007-2002要求土的剪切指标用三轴压缩试验中的不固结不排水试验确定，对于非饱和土，在试验前先进行饱和再试验，其试验结果还能代表实际地层的力学性质吗？l3. 不饱和的土比如黄土又如何确定内聚力c 和 内摩擦角 呢？ l l 自然界的土不全部都是饱和土，但传统自然界的土不全部都是饱和土，但传统的土力学却是在饱和土的基础上发展起的土力学却是在饱和土的基础上发展起来的，非饱和土的土力学还处在发展阶来的，非饱和土的土力学还处在发展阶段，非饱和土的试验比饱和土更为复杂。段，非饱和土的试验比饱和土更为复杂。由于理解上的误区和一些规
36、范的规定不由于理解上的误区和一些规范的规定不合适，引起了人们认识上的混乱，用饱合适，引起了人们认识上的混乱，用饱和土的试验方法来测定非饱和土的抗剪和土的试验方法来测定非饱和土的抗剪强度，这怎么能够得到符合实际的指标强度，这怎么能够得到符合实际的指标呢？呢？ 非饱和土的抗剪强度公式非饱和土的抗剪强度公式l 当当土土接接近近饱饱和和时时，基基质质吸吸力力趋趋向向于于零零，孔孔隙隙水水压压力力接接近近于于孔孔隙隙气气压压力力，上上式式中中的的第第3项项趋趋于于零零，就就变变为为饱饱和和土土的的抗抗剪强度公式。剪强度公式。l 如如果果要要得得到到上上述述公公式式中中的的3个个抗抗剪剪强强度度的的参参数
37、数，试试验验时时不不仅仅需需要要量量测测孔孔隙隙水水压压力力，而而且且还还需需要要量量测测孔孔隙隙气气压压力力，这这在在一一般般的的常常规规三三轴轴仪仪上上是是无无法法进进行行试试验验的的，必必须须配配备备特特殊殊的的量量测测孔孔隙隙气气压压力力的的设备。设备。l量量测测的的关关键键装装置置是是高高进进气气值值陶陶瓷瓷板板，它它具具有有许许多多均均匀匀小小孔孔，能能够够在在空空气气和和水水之之间间起起隔隔膜膜作作用用。陶陶瓷瓷板板用用高高岭岭土土焙焙烧烧制制成成，一一旦旦充充水水饱饱和和，由由于于收收缩缩膜膜的的阻阻挡挡，空空气气就就不不能能通通过过陶陶瓷瓷板板。陶陶瓷瓷板板所所以以能能够够阻
38、阻挡挡空空气气通通过过是是因因为为收收缩缩膜膜产产生生表表面面张张力力。收收缩缩膜膜上上方方的的空空气气压压力力与与收收缩缩膜膜下下面面的的水水压压之之间间的的差差值值定定义义为为基基质质吸吸力力。陶陶瓷瓷板板能能够够保保持持的的最最大大基基质质吸吸力力值值称称为为它它的的进进气气值值，进进气气值值的的大大小小与与板板的的孔孔径径成成反反比比。按按照照试试验验的的要要求求，可可以以选选用用不不同同进进气气值值规规格格的的陶陶瓷瓷板板，在在国外这种陶瓷板都有专门的生产。国外这种陶瓷板都有专门的生产。l进进行行非非饱饱和和土土试试验验时时，如如果果孔孔隙隙水水压压力力接接近近1大大气气压压，将将会
39、会遇遇到到困困难难。此此时时，水水将将出出现现水水蚀蚀现现象象，使使量量测测系系统统中中充充满满气气体体，量量测测系系统统中中的的水水会会被被迫迫进进入入土土中中。为为了了避避免免出出现现这这种种情情况况，通通常常采采用用轴轴平平移移技技术术，将将基基准准压压力力平平移移，使使孔孔隙隙水水压压力力能能以以正正的的空空气气压压力力作作为为量量测测基基准准。图图 是是采采用用轴轴平平移移技技术术在在非非饱饱和和土土试试样样中中量量测孔隙水压力的示意图。测孔隙水压力的示意图。l轴平移轴平移202kPal空气通过高进气空气通过高进气值陶瓷板面扩散值陶瓷板面扩散l非饱和土的三轴试验分为固结排水试验、非饱
40、和土的三轴试验分为固结排水试验、常含水量试验、固结不排水试验、不排常含水量试验、固结不排水试验、不排水试验和无侧限试验等五种不同的试验，水试验和无侧限试验等五种不同的试验，试验中是否排水和控制与量测的项目见试验中是否排水和控制与量测的项目见表。有些试验的名称虽然和饱和土的试表。有些试验的名称虽然和饱和土的试验名称一样，但是实际发生的物理过程验名称一样，但是实际发生的物理过程是不同的，例如非饱和土固结的过程与是不同的，例如非饱和土固结的过程与饱和土不同，它包括了孔隙水与孔隙气饱和土不同，它包括了孔隙水与孔隙气的外排，也包括气体部分的溶解与水或的外排，也包括气体部分的溶解与水或者水中气泡的逸出。者水中气泡的逸出。 非饱和土的不排水试验非饱和土的不排水试验结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！88
