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1、第七章土的抗剪强度17.17.1 概述概述1. 1. 碎散性：碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用相互作用主要是（剪切破坏），颗粒间粘聚力与主要是（剪切破坏），颗粒间粘聚力与摩擦力；摩擦力；2. 2. 三相体系：三相体系：三相承受与传递荷载三相承受与传递荷载有效应力原理；有效应力原理；3. 3. 自然变异性：自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。土的强度的结构性与复杂性。一、土的强度特点一、土的强度特点抗剪强度抗剪强度土体抵抗剪应力的极限值土体抵抗剪应力的极限值2二、工程中土体的破坏类型二、工程中土体的破坏类型3二、工程中土体的破坏类型二
2、、工程中土体的破坏类型4一、库伦公式一、库伦公式17731773年年C.A.CoulombC.A.Coulomb根据砂土试验，提出了：根据砂土试验，提出了： f f = = tantan 17761776年他又提出了适用于粘土的更普遍公式：年他又提出了适用于粘土的更普遍公式： f f = = c c + + tantan c c和和 是决定土的抗剪强度的两个指标，称为抗剪强度是决定土的抗剪强度的两个指标，称为抗剪强度指标。指标。7.27.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论5 以后，由于有效应力原理的发展，人们认识到土体内以后，由于有效应力原理的发展，人们认识到土体内的剪应力只能由土骨架承担，
3、只有有效应力的变化才的剪应力只能由土骨架承担，只有有效应力的变化才能引起抗剪强度的变化。因此，上述库伦公式应修改能引起抗剪强度的变化。因此，上述库伦公式应修改为：为：f = tan f = c + tan 式中：式中：c c 土的有效粘聚力；土的有效粘聚力； 土的有效内摩擦角。土的有效内摩擦角。 以上实际上将土的抗剪强度分成了以上实际上将土的抗剪强度分成了总应力表达法总应力表达法和和有有效应力表达法效应力表达法。6二、莫尔理论二、莫尔理论 莫尔（莫尔（Mohr）继库伦的早期研究工作之后，在）继库伦的早期研究工作之后，在1900年年提出了材料的剪切破坏理论。提出了材料的剪切破坏理论。 莫尔认为，
4、根据试验得到的各种应力状态下的极限应力莫尔认为，根据试验得到的各种应力状态下的极限应力圆具有一条公共包络线，如下图所示。一般来讲，这条圆具有一条公共包络线，如下图所示。一般来讲，这条包络线是曲线，并被称为莫尔包（络）线或抗剪强度包包络线是曲线，并被称为莫尔包（络）线或抗剪强度包线。线。ff = f ( )图5-1 莫尔包络线l如果材料中某点的应力圆位于如果材料中某点的应力圆位于包线之下，表明该点安全；包线之下，表明该点安全；l如果某点的应力圆与莫尔包线如果某点的应力圆与莫尔包线相切，表明该点处于极限平衡相切，表明该点处于极限平衡状态；状态；l如果应力圆与莫尔包线相交，如果应力圆与莫尔包线相交，
5、说明该点已经破坏。说明该点已经破坏。7 莫尔包线的一般表达式是莫尔包线的一般表达式是 f = f() 具体形式多种多样，有斜直线，双曲线、抛物线、具体形式多种多样，有斜直线，双曲线、抛物线、摆线等，应当通过试验确定，而不是靠什么理论摆线等，应当通过试验确定，而不是靠什么理论和假设推导出来。对各种型式的莫尔包络线的讨和假设推导出来。对各种型式的莫尔包络线的讨论在以后选修的岩石力学课程中能够见到。论在以后选修的岩石力学课程中能够见到。8PSTA三、莫尔三、莫尔- -库仑强度理论库仑强度理论固定滑裂面固定滑裂面一般应力状态如何判断是否破坏？一般应力状态如何判断是否破坏？借助于莫尔圆借助于莫尔圆库仑公
6、式 实验证明，在应力变化范围不很大的情况下，土的莫尔破坏包线实验证明，在应力变化范围不很大的情况下，土的莫尔破坏包线可以近似的用直线代替，该直线的方程与库伦公式一致。可以近似的用直线代替，该直线的方程与库伦公式一致。这种用库伦公式来这种用库伦公式来表示莫尔包线的强度理论就称为莫尔表示莫尔包线的强度理论就称为莫尔- -库伦强度理论库伦强度理论。9摩尔应力圆的意义和用法摩尔应力圆的意义和用法10摩尔应力圆的意义和用法摩尔应力圆的意义和用法11三、土的极限平衡状态三、土的极限平衡状态12三、土的极限平衡状态三、土的极限平衡状态13四、土的极限平衡状态四、土的极限平衡状态141516室内试验室内试验野
7、外试验野外试验7.3 7.3 抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验三轴试验、直剪试验等三轴试验、直剪试验等 制样（重塑土）或现场取样制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复优点：应力条件清楚，易重复十字板扭剪试验、旁压试验等十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验原位试验 缺点：应力条件不易掌握缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度优点：原状土的原位强度17一、一、 直剪试验直剪试验应变控制式：控制位移（我国较普遍）应变控制式：控制位移（我国较普遍）应力控制式：控制水平剪应力应力控制式：控制水平剪应力直剪试验结果直剪试验结果垂直压力一般取：垂直压力一般取：10
8、0kPa100kPa、200kPa200kPa、 300kPa300kPa、 400kPa400kPa = 100KPa S = 200KPa = 300KPa18通过控制剪切速率通过控制剪切速率来近似模拟排水条来近似模拟排水条件件一、直剪试验一、直剪试验PSTA(1) (1) 固结慢剪固结慢剪 施加正应力施加正应力- -充分固结充分固结 慢慢施加剪应力慢慢施加剪应力- -小于小于0.02mm/0.02mm/分，分， 以保证无超静孔压以保证无超静孔压(2) (2) 固结快剪固结快剪 施加正应力施加正应力- -充分固结充分固结 在在3-53-5分钟内剪切破坏分钟内剪切破坏(3) (3) 快剪快剪
9、 施加正应力后施加正应力后 立即剪切立即剪切3-53-5分钟内剪切破坏分钟内剪切破坏19l 设备简单，操作方便设备简单，操作方便l 结果便于整理结果便于整理l 测试时间短测试时间短优点优点l 试样应力状态复杂试样应力状态复杂l 应变不均匀应变不均匀l 不易控制排水条件不易控制排水条件l 剪切面固定剪切面固定缺点缺点PSTA类似试验：类似试验：环剪试验环剪试验单剪试验单剪试验一、直剪试验一、直剪试验TP试样内的试样内的变形分布变形分布20 Oc c： 粘聚力粘聚力 ：内摩擦角：内摩擦角 = 100KPa S = 200KPa = 300KPa库仑公式库仑公式 f ： 土的抗剪强度土的抗剪强度 t
10、g ： 摩擦强度摩擦强度-正比于压力正比于压力 c： 粘聚强度粘聚强度试验结果试验结果抗剪强度指标抗剪强度指标21 在不同的垂直压力在不同的垂直压力 下进行剪切试验，得相应的抗剪强下进行剪切试验，得相应的抗剪强度度f，绘制，绘制f - 曲线，得该土的抗剪强度包线曲线，得该土的抗剪强度包线C钢环变形常数钢环变形常数R变形量变形量2223241 1、试样应力特点与试验方法、试样应力特点与试验方法2 2、强度包线、强度包线3 3、试验类型、试验类型4 4、优缺点、优缺点试试样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体变或孔压量测体变或孔压二、三轴试验二、三轴试验由压力室、轴向
11、加荷由压力室、轴向加荷系统、施加围压系统、系统、施加围压系统、孔隙水压力量测系统孔隙水压力量测系统组成。组成。25方法：方法：首先试样施加静水压力首先试样施加静水压力室压（围压）室压（围压） 1 1= = 2 2= = 3 3 ； 然后通过活塞杆施加的是应力差然后通过活塞杆施加的是应力差 1 1= = 1 1- - 3 3 。 1 1、试样应力特点与试验方法、试样应力特点与试验方法特点：特点：试样是轴对称应力状态。垂直应力试样是轴对称应力状态。垂直应力 z z一般是大主应力；径向与切向应力总一般是大主应力；径向与切向应力总是相等是相等 r r= = ，亦即，亦即 1 1= = z z； 2 2
12、= = 3 3= = r r26强度包线强度包线( 1- )fc ( 1- )f 1 1- 3 1 =15%v分别作围压分别作围压 为为100 kPa 、200 kPa 、300 kPa的三轴试验，得到的三轴试验，得到破坏时相应的（破坏时相应的（ 1- )fv绘制三个破坏状态的应力莫尔圆，绘制三个破坏状态的应力莫尔圆，画出它们的公切线画出它们的公切线强度包线，强度包线，得到强度指标得到强度指标 c 与与 2 2、强度包线、强度包线27v固结排水试验（CDCD试验）1 打打开开排排水水阀阀门门，施施加加围围压压 后后充充分分固固结结，超静孔隙水压力完全消散；超静孔隙水压力完全消散；2 打打开开排
13、排水水阀阀门门，慢慢慢慢施施加加轴轴向向应应力力差差 以便充分排水，避免产生超静孔压以便充分排水，避免产生超静孔压v固结不排水试验（CUCU试验）1 打开排水阀门，打开排水阀门，施加围压施加围压 后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；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 过程中不排水过程中不排水v不固结不排水试验（UUUU试验）1 关闭排水阀门，关闭排水阀门，围压围压 下不固结；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 过程中不排水过程中不排水
14、cd 、 d ccu 、 cu cu 、 u 3 3、试验类型、试验类型28试验条件与现场条件试验条件与现场条件的对应关系的对应关系粘土地基上的分层慢粘土地基上的分层慢速填方速填方 在在1层固结后，快速施工层固结后，快速施工2层层12软土地基上的快速填方软土地基上的快速填方固结排水试验固结排水试验固结不排水试验固结不排水试验不固结不排水试验不固结不排水试验29v优点：1 应力状态和应力路径明确；应力状态和应力路径明确；2 排水条件清楚，可控制；排水条件清楚，可控制；3 破坏面不是人为固定的破坏面不是人为固定的v缺点：设备相对复杂，现场难以试验设备相对复杂，现场难以试验说明：说明： 3 30 0
15、 即为即为无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验4 4、优点和缺点、优点和缺点真三轴仪真三轴仪空心圆柱扭剪仪空心圆柱扭剪仪30v一般适用于测定软粘土的不一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；排水强度指标；v钻孔到指定的土层，插入十钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；字形的探头；v通过施加的扭矩计算土的抗通过施加的扭矩计算土的抗剪强度剪强度三、十字板剪切试验三、十字板剪切试验31时：M1H HDM2三、十字板剪切试验三、十字板剪切试验32轴对称三维应力状态轴对称三维应力状态=+等向压缩应力状态等向压缩应力状态偏差偏差应力状态应力状态封闭土样封闭土样7.4 7.4 三轴压缩试验中的孔隙压力系数三轴压
16、缩试验中的孔隙压力系数33(1) (1) 等向压缩应力状态等向压缩应力状态l孔隙流体产生了超静孔隙水压力孔隙流体产生了超静孔隙水压力u uB Bl土骨架的有效附加应力土骨架的有效附加应力l孔隙流体的体积变化孔隙流体的体积变化孔隙流体的体积压孔隙流体的体积压缩系数为缩系数为C Cv v ，单位，单位孔隙压力作用引起孔隙压力作用引起的体应变的体应变l土骨架的体积变化土骨架的体积变化设土骨架的体积压设土骨架的体积压缩系数为缩系数为C Cs s体积体积V Vl土骨架的体变等于孔隙流体的体变土骨架的体变等于孔隙流体的体变VV1 1=V=V2 2孔压系数孔压系数B B土骨架为土骨架为线弹性体线弹性体34饱
17、和土：饱和土：干干 土：土： 非饱和土：非饱和土：B B是一个反映土饱和程度的指标是一个反映土饱和程度的指标孔隙流体的体积孔隙流体的体积压缩系数为压缩系数为C Cv v ，单位孔隙压力作单位孔隙压力作用引起的体应变用引起的体应变设土骨架的体积设土骨架的体积压缩系数为压缩系数为C Cs s孔压系数孔压系数B B(1) (1) 等向压缩应力状态等向压缩应力状态35l孔隙流体产生了超静孔隙水压力孔隙流体产生了超静孔隙水压力u uA A有效附加应力有效附加应力l孔隙流体的体积变化孔隙流体的体积变化l土骨架的体积变化土骨架的体积变化l土骨架的体变等于孔隙流体的体变土骨架的体变等于孔隙流体的体变VV1 1
18、=V=V2 2孔压系数孔压系数A A(2) (2) 偏差应力状态偏差应力状态体积体积V V暂时假定土骨架为线弹性体暂时假定土骨架为线弹性体轴向轴向侧向侧向总应力增量总应力增量应变增量应变增量0 036孔压系数孔压系数A A对饱和土对饱和土: :剪切作用引起的孔压响应剪切作用引起的孔压响应对于线弹性体对于线弹性体: :A=1/3A=1/3A A不是常数，随加载过程而变化不是常数，随加载过程而变化A A1/31/3A A ；c c a a二、强度包线与破坏主应力线二、强度包线与破坏主应力线用若干点的最小二乘法用若干点的最小二乘法确定确定a 和和 然后计算强度指标然后计算强度指标c和和 确定强度指标
19、确定强度指标oqpa43 (p) (q)O (p)u 1 3 3 1以松砂固结不排水三轴试验为例以松砂固结不排水三轴试验为例三、总应力路径与有效应力路径三、总应力路径与有效应力路径1 1、总应力与有效应力状态、总应力与有效应力状态有效应力原理有效应力原理孔隙水压力孔隙水压力u44 32 2、总应力路径与有效应力路径、总应力路径与有效应力路径u 45pOqKfpqKfu uu45强度指标：强度指标：峰值强度指标峰值强度指标与与残余强度指标残余强度指标7.6 7.6 抗剪强度指标抗剪强度指标粘聚力粘聚力 c内摩擦角内摩擦角 工程应用工程应用三种分三种分类方法类方法总应力强度指标总应力强度指标与与有
20、效应力强度指标有效应力强度指标直剪强度指标直剪强度指标与与三轴试验强度指标三轴试验强度指标目的目的分析方法分析方法试验方法试验方法应力应变状态应力应变状态461. 两种强度指标的比较有效应力指标有效应力指标c , = c + tg = -u符合土的破坏机理，但符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力有时孔隙水压力u无法无法确定确定总应力指标总应力指标c, = c + tg 便于应用，但便于应用，但u不能产不能产生抗剪强度，不符合生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要强度机理，应用时要符合工程条件符合工程条件强度指标强度指标抗剪强度抗剪强度简单评价简单评价一一. . 总应力指标与有效应力指标总应力指标与
21、有效应力指标47 1 ( ) p(p)quKfKf f fuu松砂及正常固结粘土：CU试验一一. 总应力指标与有效应力指标总应力指标与有效应力指标2. 2. 强度包线与破坏主应力线强度包线与破坏主应力线思考题思考题1：实际破裂面的方向？：实际破裂面的方向？思考题思考题2：如果破坏时孔隙水压力：如果破坏时孔隙水压力u(负孔压负孔压)，有效应力，有效应力莫尔圆在总应力莫尔圆哪边？莫尔圆在总应力莫尔圆哪边？48 ( ) cc f f超固结粘土的总应力与有效应力强度包线(CU)u(-)一一. 总应力指标与有效应力指标总应力指标与有效应力指标2.2.强度包线与破坏主应力线强度包线与破坏主应力线u(+)总
22、应力总应力有效应力有效应力49二二. . 三轴试验强度指标三轴试验强度指标剪切前固结条件剪切前固结条件剪切中排水条件剪切中排水条件固结固结Consolidated排水排水Drained1.固结排水试验固结排水试验 （CD）2.固结不排水试验固结不排水试验（CU）固结固结Consolidated不排水不排水Undrained不固结不固结Unconsolidated不排水不排水Undrained三种试验三种试验3.不固结不排水试验不固结不排水试验（UU）501.1.固结排水试验固结排水试验强度指标：强度指标：cd， d(1) 特点特点(2) 松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包松砂与正常固结粘土试验
23、曲线与强度包线线(3) 密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线(4) 超固结粘土超固结粘土+正常固结粘土的强度包线正常固结粘土的强度包线二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标51(1)(1)特点特点1.1.固结排水试验固结排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标总应力指标与有效应力指标一致总应力指标与有效应力指标一致: : 1 = 1 d= = f= fc cd d = c= c破坏面位置：破坏面位置：52 v轴向应力渐进增加，体应变表现为体缩，最终二者均趋于稳定轴向应力渐进增加，体应变表现为体缩，最终二者均趋于稳定(2) (2) 松砂与正常固结粘土
24、试验曲线与强度包线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？思考题：正常固结粘土包线为什么过原点？1.1.固结排水试验固结排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标53实验室的正常固结粘土：实验室的正常固结粘土：有效固结压力有效固结压力 c c 等于先期固结压力等于先期固结压力 p p。地基中的正常固结粘土：地基中的正常固结粘土： z s p取回室内取回室内, , 如如 c c z z，不再是正常固结不再是正常固结土。土。 f“正常固结粘土正常固结粘土”(2) (2) 松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线
25、1.1.固结排水试验固结排水试验二二. .三轴试验强度指标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 z固结压力为固结压力为0 0的正常固结粘土的正常固结粘土: :当正常固结粘土试样的固结压力为当正常固结粘土试样的固结压力为0 0时，时，亦即其历史上的最大固结压力是亦即其历史上的最大固结压力是0 0处于泥浆状态，抗剪强度为处于泥浆状态，抗剪强度为0 0。c=0c=0是否意味着正常固结粘土无粘聚力是否意味着正常固结粘土无粘聚力? ?粘聚力随粘聚力随 增加而增加增加而增加54 v v v表示体缩表示体缩 v v 0 0表示体胀表示体胀( (剪胀剪胀) )应力应变关系软
26、化应力应变关系软化硬化硬化，体应变剪胀，体应变剪胀剪缩剪缩(3)(3)密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线 f密砂强度包线密砂强度包线密砂应力应变关系曲线密砂应力应变关系曲线1.1.固结排水试验固结排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标55 v v表示体缩表示体缩 v v 0 0表示体胀表示体胀( (剪胀剪胀) ) 峰值强度峰值强度残余强度残余强度 f超固结粘土强度包线超固结粘土强度包线超固结粘土应力应变关系曲线超固结粘土应力应变关系曲线(3)(3)密砂与超固结土试验曲线与强度包线密砂与超固结土试验曲线与强度包线1.1.固结排水试验固结排水试验二二.
27、 .三轴试验强度指标三轴试验强度指标应力应变关系软化应力应变关系软化硬化硬化，体应变剪胀，体应变剪胀剪缩剪缩cp0cr = 0 v残余强度残余强度峰值强度峰值强度56e p强度包线强度包线 f p土的压缩曲线土的压缩曲线(4)(4)超固结粘土超固结粘土+ +正常固结粘土强度包线正常固结粘土强度包线 p ，正常固结正常固结粘粘土土； p ，超固结粘土，超固结粘土1.1.固结排水试验固结排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标572.2.固结不排水试验固结不排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标强度指标：强度指标：ccu ， cu；c， (1) 特点特点(2) 正常固结粘土固
28、结不排水试验曲线与强度包线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固结不排水三轴试验确定的强度指标582.2.固结不排水试验固结不排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标剪切过程中的超静孔隙水压力剪切过程中的超静孔隙水压力 u u对于饱和土试样：孔压系数对于饱和土试样：孔压系数B=1.0B=1.0 u=BA (u=BA ( = = A (A ( 对于剪切过程中无剪胀性：对于剪切过程中无剪胀性： A=1/3A=1/3剪切过程中发生剪缩：剪切过程中发生剪缩： A1/
29、3A1/3剪切过程中发生剪胀：剪切过程中发生剪胀： A1/3 (A1/3 (甚至可能甚至可能A0A0，u 0 u 0(2) (2) 正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线 f f cu2.2.固结不排水试验固结不排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标60 u应力应变关系软化，孔压可能小于应力应变关系软化，孔压可能小于0与超固结度有关与超固结度有关 f(3) (3) 超固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线超固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线 f cuu02.2.固结不排水试验固结不排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标61(4)
30、 (4) 固结不排水三轴试验确定的强度指标固结不排水三轴试验确定的强度指标2.2.固结不排水试验固结不排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标应力变量应力变量试验量测试验量测 u计算计算 = u = 确定的强度指标确定的强度指标ccu cuc 623.3.不固结不排水试验不固结不排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标强度指标：强度指标：cuu (cu)， uu ( u) (1) 特点特点(2) 饱和试样的不排水强度指标饱和试样的不排水强度指标cu(3) 不排水试验与固结不排水试验不排水试验与固结不排水试验(4) 无侧限压缩试验：无侧限压缩试验： 3 = 0的不排水试验的不
31、排水试验(5) 不饱和试样的不排水强度不饱和试样的不排水强度63(1)特点特点从某一初始状态开始，关闭阀门从某一初始状态开始，关闭阀门施加围压施加围压 ，产生孔隙水压力，产生孔隙水压力 u1=B 施加（施加（ 1 - ）时，阀门关闭，可连接孔压）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传感器，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力水压力 u2 = BA ( )3.3.不固结不排水试验不固结不排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标试试样样压力室压力室压力水压力水排水管排水管阀门阀门轴向轴向加压杆加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽量测孔隙水压力量
32、测孔隙水压力64 u =0 , cu, 并且有效应力莫尔圆是唯一的并且有效应力莫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？(2)(2)饱和试样的不排水强度指标饱和试样的不排水强度指标 cu u = B + A ( )B=13.3.不固结不排水试验不固结不排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标Cu依赖于初始状态65 cu p1cu1p2cu2p3cu3(3)(3)不排水试验与固结不排水试验不排水试验与固结不排水试验3.3.不固结不排水试验不固结不排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标正常固结粘土层正常固结粘土层固结不排水试验强度包线上的固结不排水试验强度包
33、线上的每一点对应于一个具有相同先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期固结压力的不排水强度指标66cu = qu/2cuqu = (4)(4)无侧限压缩试验：无侧限压缩试验： 3 3 =0=0的不排水试验的不排水试验3.3.不固结不排水试验不固结不排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标67(5)(5)不饱和试样的不排水强度不饱和试样的不排水强度不饱和区不饱和区饱和区饱和区 3.3.不固结不排水试验不固结不排水试验二二. .三轴试验强度指标三轴试验强度指标68三三. . 直剪试验强度指标直剪试验强度指标1. 慢剪慢剪施加正应力施加正应力-充分固结充分固结慢慢施加剪应力
34、慢慢施加剪应力-小于小于0.02mm/分，以保证无超静孔分，以保证无超静孔压压2. 固结快剪固结快剪施加正应力施加正应力-充分固结充分固结在在3-5分钟内剪切破坏分钟内剪切破坏3. 快剪快剪施加正应力后施加正应力后立即剪切立即剪切3-5分钟内剪切破坏分钟内剪切破坏PSTA69强度指标强度指标l 对于砂土，三种试验结果都接近于对于砂土，三种试验结果都接近于c l 对于粘性土，对于粘性土，慢剪慢剪(Slowly: s) ：cs c s; 由于摩擦和中主应力使其强度指标稍大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（固结快剪（Consolidated Quickly
35、: cq） ccq ccu cqcu 快剪快剪 (Quickly: q) : 对于对于 k1 dN动应变动应变Kc=1uN孔压孔压 dN动荷载动荷载 3 3 1 1固结比固结比Kc= 1/ 35.5 5.5 砂土的振动液化砂土的振动液化一、动三轴试验一、动三轴试验79二、液化现象二、液化现象时间时间 T T孔压孔压u uF饱和松砂在振动情况饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高下孔压急剧升高F在瞬间砂土呈液态在瞬间砂土呈液态振动台振动台松砂松砂5.5 5.5 砂土的振动液化砂土的振动液化80三、液化机理三、液化机理（1 1）初始处于疏松状态）初始处于疏松状态（3 3）振后处于密实状态）振后处于密实状
36、态（2 2）振动过程中处于悬浮状态）振动过程中处于悬浮状态 - - 孔压升高（液化）孔压升高（液化） 5 5 土的抗剪强土的抗剪强度度5.5 5.5 砂土的振动液化砂土的振动液化液化定义：液化定义：在饱和砂土中，由于振动引起颗粒的悬在饱和砂土中，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，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。砂土呈液体流动状态，称为液化现象。81振前松砂振前松砂的结构的结构振中颗粒悬浮，振中颗粒悬浮，有效应力为零有效应力为零振后砂
37、土振后砂土变密实变密实排出的剩排出的剩余孔隙水余孔隙水5.5 5.5 砂土的振动液化砂土的振动液化三、液化机理三、液化机理82松砂层松砂层地下水位地下水位地震荷载地震荷载建建筑筑物物喷喷 砂砂地面下沉地面下沉喷砂喷砂遗井遗井排出的剩排出的剩余孔隙水余孔隙水地震前地震前 液化时液化时 液液化后化后 四、液化危害四、液化危害5.5 5.5 砂土的振动液化砂土的振动液化8384日本阪神地震引起的路面塌陷日本阪神地震引起的路面塌陷85由于液化引起的河道破坏由于液化引起的河道破坏日本神户日本神户86阪阪神神地地震震中中新新干干线线的的倾倾覆覆87地基液化引起的储油罐地基液化引起的储油罐倾斜倾斜日本神户日
38、本神户88日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面89桩基础（房屋基础露出地面）桩基础（房屋基础露出地面）90桥台基础（地震液化后突出地面）桥台基础（地震液化后突出地面）915.55.5土的动强度与砂土的振动液化土的动强度与砂土的振动液化五、影响因素和防治五、影响因素和防治1 1、影响因素、影响因素饱和度饱和度组成组成 粉细砂：粉细砂： d50 =0.07mm- 1.0mm 砾类土：砾类土： 粒径大于粒径大于5mm60% 粉粉 土：土： Ip=（3-10）Il=0.75-1.0状态：状态： 相对密度相对密度Dr50%结构结构其他：其他： 排水条件、应力状态及
39、历史、地震特性排水条件、应力状态及历史、地震特性.925.55.5土的动强度与砂土的振动液化土的动强度与砂土的振动液化五、影响因素和防治五、影响因素和防治2 2、工程防治措施、工程防治措施加固地基土：加固地基土：换土、加密换土、加密围封围封加固建筑物加固建筑物深基础与桩基础深基础与桩基础93土体破坏与土体破坏与强度理论强度理论抗剪强度抗剪强度测定试验测定试验应力路径应力路径与破坏主与破坏主应力线应力线抗剪强度抗剪强度指标指标砂土的砂土的振动液化振动液化小结小结土的强度特点土的强度特点工程中土体的破坏类型工程中土体的破坏类型土的强度机理土的强度机理莫尔莫尔- -库仑强度理论库仑强度理论三轴试验三轴试验直剪试验直剪试验十字板剪切试验十字板剪切试验应力路径及表示法应力路径及表示法强度包线与破坏主应力线强度包线与破坏主应力线总应力路径与有效应力路径总应力路径与有效应力路径粘性土密度有效应力抗粘性土密度有效应力抗剪强度唯一性关系剪强度唯一性关系总应力指标与有效应力指标总应力指标与有效应力指标三轴试验强度指标三轴试验强度指标直剪试验强度指标直剪试验强度指标土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用动三轴试验动三轴试验液化现象液化现象液化机理液化机理液化危害液化危害影响因素和防治影响因素和防治94
