第五章土的抗剪强度ppt课件

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1、第五章第五章 土的抗剪强度土的抗剪强度地基承载力地基承载力土压力土压力土体稳定性土体稳定性影影响响土的抗剪强度土的抗剪强度本章脉络本章脉络 渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性s 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论s 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验s 黏性土的抗剪强度黏性土的抗剪强度s 无黏性土的抗剪强度无黏性土的抗剪强度建（构）筑地基必须同时满足下列两个技术条件建（构）筑地基必须同时满足下列两个技术条件u 地基变形条地基变形条件件u 地基强度条地基强度条件件地基的地基的沉降量、沉降差、倾斜沉降量、沉降差、倾斜与与局部倾斜局部倾斜都不都不超过国家超过国家规范规范规定的地基变形允许值

2、。规定的地基变形允许值。在建在建( (构）筑物的上部荷载作用下，确保地基构）筑物的上部荷载作用下，确保地基的稳定性，不发生地基剪切破坏或滑动。的稳定性，不发生地基剪切破坏或滑动。土的强度土的强度是是指指一一部部分分土土体体相相对对于于另另一一部部分分土土体体滑滑动动时时的的抵抵抗力，实质上就是土体与土体之间的摩擦力。抗力，实质上就是土体与土体之间的摩擦力。 土的破坏主要是由剪切土的破坏主要是由剪切所引起的，剪切破坏是土所引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点。土的体破坏的重要特点。土的强度问题实质上就是土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。抗剪强度问题。一、一、 概述概述土的抗剪强度土的抗剪强

3、度f f土体抵抗剪切破坏的极限能力土体抵抗剪切破坏的极限能力。剪切面剪切面土土体体剪剪切切破破坏坏时时沿沿某某一一面面发发生生与与剪剪切切方方向向一一致致的的相相对对位位移移，该该面面称为剪切面称为剪切面极限平衡状态极限平衡状态土土体体中中任任意意一一点点在在某某一一面面的的剪剪应应力力达达到到土土的的抗抗剪剪强强度度时时就就发发生生剪剪切切破破坏坏，该该点点就就处处于于了了极极限限平平衡衡状态。状态。极限平衡条件极限平衡条件土土体体处处于于极极限限平平衡衡状状态态时时，土土的的应应力力状状态态和和抗抗剪剪强强度度指指标标之之间间的的关系式，或叫剪切破坏条件。关系式，或叫剪切破坏条件。 与土的

4、抗剪强度有关的工程问题与土的抗剪强度有关的工程问题 1 1、建筑物的地基问题、建筑物的地基问题 地基承载力地基承载力2 2、土工结构物的稳定性问题土工结构物的稳定性问题土坡稳定性土坡稳定性 3 3、土作为工程结构的环境的问题、土作为工程结构的环境的问题土压力土压力（a a）建筑地基承载力）建筑地基承载力（c c）挡土墙地基的稳定）挡土墙地基的稳定（b b）土工建筑物的土坡稳定）土工建筑物的土坡稳定 19131913年加拿大年加拿大TransconaTranscona 谷仓谷仓主要原因：主要原因： 对对谷谷仓仓地地基基土土层层事事先先未未作作勘勘察察、试试验验与与研研究究，采采用用的的设设计计荷

5、荷载载超超过过地地基基土土的的抗抗剪剪强强度度，导导致致这这一严重事故。一严重事故。 工程实例工程实例 19721972年香港宝城滑坡年香港宝城滑坡主要原因：主要原因： 山山坡坡上上残残积积土土本本身身强强度度较较低低，加加之之连连续续大大暴暴雨雨，雨雨水水入入渗渗使使其其强强度度进进一一步步大大大大降降低低，使使得得土土体体滑滑动动力力超超过过土土的的抗抗剪剪强强度度，于于是是山山坡土体发生滑动。坡土体发生滑动。工程实例工程实例 土的应力土的应力-应变应变-强度关系复杂强度关系复杂二、二、 莫尔莫尔库伦抗剪强度理论库伦抗剪强度理论（一）、库伦强度定律（公式）（一）、库伦强度定律（公式）（17

6、731773年）年）砂土：砂土： 黏性土：黏性土： 图图5.2.15.2.1 c c 土的黏聚力；土的黏聚力； 土的内摩擦角土的内摩擦角F 抗剪强度指标的大致取值范围抗剪强度指标的大致取值范围砂土砂土：中砂、粗砂、砾砂一般为：中砂、粗砂、砾砂一般为 = =3232o o-40-40o o； 粉砂、细砂一般为粉砂、细砂一般为 =28=28o o-36-36o o。 c c：一般为：一般为0 0，有时也取很小的值（约在，有时也取很小的值（约在10kPa10kPa之内）。之内）。黏性土黏性土： 的变化范围很大，与土的种类、土的天然结构的变化范围很大，与土的种类、土的天然结构 是否是否破坏、排水固结程

7、度及试验方法等因素有关，破坏、排水固结程度及试验方法等因素有关， 一般为一般为 = = 0 0o o-30-30o o。 c c：10kPa-200kPa10kPa-200kPa。 抗剪强度指标抗剪强度指标( (总应力强度指标）总应力强度指标） 土的抗剪强度的来源及影响因素土的抗剪强度的来源及影响因素 F 无黏性土无黏性土抗剪强度与抗剪强度与剪切剪切面上的法向总应力成正比。面上的法向总应力成正比。s 抗剪强度抗剪强度来源来源：土颗粒间的摩擦阻力（内摩擦力）。土颗粒间的摩擦阻力（内摩擦力）。颗粒颗粒间的间的摩擦摩擦阻力阻力1、由于土颗粒粗糙产生的表面、由于土颗粒粗糙产生的表面滑动滑动摩擦阻力摩擦

8、阻力；2、土颗粒凹凸面间的镶嵌作用所产生的、土颗粒凹凸面间的镶嵌作用所产生的咬合力咬合力。无无黏黏性性土土抗抗剪剪强强度度大大小小矿物成分矿物成分: :石英矿物石英矿物， ；云母矿物云母矿物， 颗粒大小颗粒大小: :颗粒越大，颗粒越大， 级配状况级配状况：级配良好，：级配良好， 密实度密实度：原始密度越大，：原始密度越大， 颗粒形状颗粒形状：土粒均匀，：土粒均匀， 粗糙程度粗糙程度: :表面越粗糙，表面越粗糙， 含水量含水量：含水量：含水量， s 抗剪强度影响因素抗剪强度影响因素抗剪强度除了内摩擦力，还有土黏之间的黏聚力。抗剪强度除了内摩擦力，还有土黏之间的黏聚力。黏性土黏性土的抗剪的抗剪强度

9、强度颗粒间的颗粒间的内摩擦力内摩擦力取取决决大大小小土的土的黏聚力黏聚力土土的的黏黏聚聚力力矿物成分矿物成分：含有各种胶结物质，：含有各种胶结物质，c c土的结构土的结构：结构受扰动，：结构受扰动，c c静电引力效应静电引力效应黏性土颗粒之间的黏性土颗粒之间的胶结作用胶结作用含水量含水量：含水量：含水量， c c 原始密度原始密度越大，越大， c c 应力历史影响应力历史影响F 黏性土黏性土抗抗剪剪强强度度含水量含水量缩限缩限 塑限塑限液限液限 含水量对黏性土的抗剪强度的影响含水量对黏性土的抗剪强度的影响抗抗剪剪强强度度强度恢复强度恢复结构未破坏结构未破坏结结构构破破坏坏时间时间lgtlgt

10、土的结构对黏性土的抗剪强度的影响土的结构对黏性土的抗剪强度的影响S S1 1：胶结作用：胶结作用固化黏聚力固化黏聚力S S2 2：电分子引力作用：电分子引力作用原始黏聚力原始黏聚力S S1 1S S2 2 库伦公式的有效应力表达形式库伦公式的有效应力表达形式 土的有效黏聚力土的有效黏聚力 土的有效内摩擦角土的有效内摩擦角有效应力强度指标有效应力强度指标土的抗剪强度的表达方法土的抗剪强度的表达方法总应力法：总应力法：有效应力法：有效应力法：或或如果剪切面上的剪应如果剪切面上的剪应力为力为，那么，那么f f 有可能吗？有可能吗？土的抗剪强度是土的抗剪强度是否为定值？否为定值？ 讨论讨论（二）、莫尔

11、（二）、莫尔- -库伦强度理论库伦强度理论图图5.2.2 5.2.2 莫尔破坏包线莫尔破坏包线 由库伦公式表示莫尔破坏由库伦公式表示莫尔破坏包线的强度理论称为包线的强度理论称为莫尔莫尔库伦强度理论。库伦强度理论。 破坏标准破坏标准：极限平极限平衡状态衡状态 根据静力平衡条件：根据静力平衡条件： mnmn平面上的应力：平面上的应力：图图5.3.1 5.3.1 土体中任意点的应力土体中任意点的应力（一）、土中某点的应力状态（一）、土中某点的应力状态三、三、 土体的极限平衡条件土体的极限平衡条件图图5.3.2 5.3.2 土体中任意点的应力土体中任意点的应力 莫尔应力圆的方程：莫尔应力圆的方程：土土

12、中中某某点点的的应应力力状状态态可可用用莫莫尔尔应应力力圆圆描描述述。莫莫尔尔圆圆圆圆周周上上各各点点的的坐坐标标就就表表示示该该点点在在相相应应平平面面上上的的正正应应力和剪应力力和剪应力。 p p、q q坐标系坐标系 广义剪应力：广义剪应力： 平均主应力：平均主应力： 二维问题：二维问题：圆心横坐标圆心横坐标半径半径一点的应一点的应力状态力状态 mnmn平面上的应力：平面上的应力：（二）、极限平衡条件（二）、极限平衡条件极限应极限应力圆力圆抗剪强抗剪强度包线度包线s整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方( (圆圆) 图图5.3.3 5.3.3 莫尔圆与抗剪强度包线

13、之间的关系莫尔圆与抗剪强度包线之间的关系s抗剪强度包线是莫尔圆的一条割线抗剪强度包线是莫尔圆的一条割线( (圆圆) s莫尔圆与抗剪强度包线相切莫尔圆与抗剪强度包线相切( (极限应力圆极限应力圆) 建立极限平衡条件建立极限平衡条件 图图5.3.45.3.4 由三角形由三角形ARDARD可知：可知： 或或 黏性土的极限平衡条件黏性土的极限平衡条件或或 无黏性土的极限平衡条件无黏性土的极限平衡条件或或土体处于极限平衡状态时，破坏面土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为与大主应力作用面的夹角为：说明说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最

14、大剪应力面成面成 / 2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力力max所控制。所控制。 土的莫尔土的莫尔库伦强度理论可归纳为如下几点库伦强度理论可归纳为如下几点1 1、土的抗剪强度随该面上的正应力的大小而变；、土的抗剪强度随该面上的正应力的大小而变；2 2、土的强度破坏是由于土中任意点在某平面上的剪应力达、土的强度破坏是由于土中任意点在某平面上的剪应力达 到土的抗剪强度所致；到土的抗剪强度所致；4 4、破裂面不发生在最大剪应力作用面、破裂面不发生在最大剪应力作用面(=45(=45) )上，而是在应上，而是在应 力圆与强度包线相切点所代表的截面上，

15、即与大主应力面成力圆与强度包线相切点所代表的截面上，即与大主应力面成 f f=45=45+ + /2/2夹角夹角( (与小主应力的夹角为与小主应力的夹角为f f=45=45- - /2)/2)的的 斜面上；斜面上；5 5、如果同一种土有几个试样在不同的大、小主应力组合下、如果同一种土有几个试样在不同的大、小主应力组合下 受剪破坏，则在受剪破坏，则在-图上可得几个莫尔极限应力圆，这图上可得几个莫尔极限应力圆，这 些应力圆的公切线就是其抗剪强度包线。土的莫尔强度包些应力圆的公切线就是其抗剪强度包线。土的莫尔强度包 线可视为一直线。线可视为一直线。3 3、根据摩尔、根据摩尔库伦强度理论可建立土的极限

16、平衡条件，即库伦强度理论可建立土的极限平衡条件，即 1f1f、3f3f与与c c、 关系的表达式；关系的表达式；（三）、莫尔（三）、莫尔- -库伦强度准则库伦强度准则以莫尔以莫尔- -库伦抗剪强度作为土中一点是否剪切破坏的基准而建立库伦抗剪强度作为土中一点是否剪切破坏的基准而建立起来的强度准则称为莫尔起来的强度准则称为莫尔- -库伦强度准则。库伦强度准则。 u 判断土体中一点是否发生剪切破坏的方法判断土体中一点是否发生剪切破坏的方法 1 1、图解法、图解法 图解法是将土的抗剪强度曲线和土中一点的应力圆绘在同一坐标中，图解法是将土的抗剪强度曲线和土中一点的应力圆绘在同一坐标中， 比较二者位置的相

17、对关系，来判定土中一点所处的应力状态，比较二者位置的相对关系，来判定土中一点所处的应力状态， . . 应力圆与抗剪强度线相离，土体应力圆与抗剪强度线相离，土体 该点处于稳定平衡状态，如图圆该点处于稳定平衡状态，如图圆 ； . . 应力圆与抗剪强度线相切，土体应力圆与抗剪强度线相切，土体 该点处于极限平衡状态，如图圆该点处于极限平衡状态，如图圆 ； . . 应力圆与抗剪强度线相割，土体应力圆与抗剪强度线相割，土体 该点破坏，如图圆该点破坏，如图圆 。u 判断土体中一点是否发生剪切破坏的方法判断土体中一点是否发生剪切破坏的方法 2 2、特定面上的剪应力法、特定面上的剪应力法 特特定定面面上上的的剪

18、剪应应力力法法是是将将土土中中一一点点某某给给定定平平面面上上的的剪剪应应力力 与与抗抗剪剪强强度度 f f比较，来判定土中一点给定平面所处的应力状态。比较，来判定土中一点给定平面所处的应力状态。当当 f f 时，土体该平面被剪切破坏（不可能状态）。时，土体该平面被剪切破坏（不可能状态）。 该该法法主主要要用用于于土土中中一一点点给给定定平平面面所所处处的的应应力力状状态态判判定定，不不能能直直接接用用于于一一点点的的应应力力状状态态判判定定，若若用用于于一一点点的的应应力力状状态态判判定定，给给定定平平面面就就必必须须是是一一个个特特定定面面，该该特特定定面面就就是是可可能能的的破破裂裂面面

19、，即即与与大大主主应应力力面面夹夹角角为为4545 + + /2/2的平面。的平面。u 判断土体中一点是否发生剪切破坏的方法判断土体中一点是否发生剪切破坏的方法 3 3、应力倾角法、应力倾角法一点的应力状态按下列条件判定：一点的应力状态按下列条件判定：当当 时，土体该点被剪切破坏。时，土体该点被剪切破坏。对于无黏性土，应力倾角的物理意义是可能对于无黏性土，应力倾角的物理意义是可能破裂面上的总应力与正应力的夹角破裂面上的总应力与正应力的夹角 。应力圆的切线与水平轴的夹角应力圆的切线与水平轴的夹角 称为应力倾角。称为应力倾角。 u 判断土体中一点是否发生剪切破坏的方法判断土体中一点是否发生剪切破坏

20、的方法 4 4、主应力法、主应力法破坏破坏当当q q q qf f 时，土体该点被剪切破坏。时，土体该点被剪切破坏。 【例例 题题 5 5- -1 1】已已知知土土中中某某点点的的应应力力 z z= =3 30 00 0k kP Pa a， x x= =2 22 20 0k kP Pa a， xzxz=30kPa=30kPa，土的抗剪强度指标，土的抗剪强度指标c=5.0kPac=5.0kPa， =20=20 ，试判断，试判断该点的应力状态。该点的应力状态。【解解】1 1、特定面上的剪应力法、特定面上的剪应力法实质：计算破坏面上的剪应力实质：计算破坏面上的剪应力与抗剪强度与抗剪强度f f比较比较

21、破裂面上的正应力和剪应力：破裂面上的正应力和剪应力：破裂面上的抗剪强度：破裂面上的抗剪强度：该点处于稳定平衡状态该点处于稳定平衡状态 2 2、应力角法、应力角法该点处于稳定平衡状态该点处于稳定平衡状态 3 3、主应力法、主应力法该点处于稳定平衡状态该点处于稳定平衡状态 【习习题题5-15-1】某某砂砂土土地地基基的的 =30, =30, c=0c=0，在在均均布布条条形形荷荷载载p p作作用用下，计算得到土中某点下，计算得到土中某点1 1=100kPa=100kPa，3 3=30kPa,=30kPa, 该点是否破坏？该点是否破坏？【解解】用四种方法计算用四种方法计算1 1、3 3、 、cc1f

22、1f 这表明：在这表明：在3=30kPa=30kPa的条件下，该点如处于极限平衡，则最大主的条件下，该点如处于极限平衡，则最大主应力为应力为1f=90kPa90kPa。实际。实际1应力大于该值，故可判断该点已破坏。应力大于该值，故可判断该点已破坏。2 2、1 1、 、cc3f3f 这表明：在这表明：在1 =100kPa=100kPa的条件下，该点如处于极限平衡，则最小主的条件下，该点如处于极限平衡，则最小主应力为应力为3f=33.33kPa33.33kPa。实际实际3应力小于该值，应力小于该值，故可判断该点已破坏。故可判断该点已破坏。3 3、计算破坏面上的剪应力、计算破坏面上的剪应力与抗剪强度

23、与抗剪强度f比较比较破坏面上土的抗剪强度为：破坏面上土的抗剪强度为：可判断该点已破坏。可判断该点已破坏。4 4、3 3、 1 1 、c c 有效应力表示的极限平衡条件有效应力表示的极限平衡条件可判断该点已破坏。可判断该点已破坏。【例题例题5-25-2】已知土中某点的最大主应力已知土中某点的最大主应力 1 1=300kPa=300kPa，最小主应，最小主应力力 3 3= =1 18 80 0k kP Pa a，u u= =6 60 0k kP Pa a。土土的的抗抗剪剪强强度度指指标标c c = =1 10 0. .0 0k kP Pa a ，=28=28 。试判断该点是否发生破坏？。试判断该点

24、是否发生破坏？【解解】该点处于稳定平衡状态该点处于稳定平衡状态 利用极限平衡条件如何求？利用极限平衡条件如何求？ 小小 结结F库伦定律库伦定律F莫尔莫尔- -库伦强库伦强度理论度理论F极限平衡条件极限平衡条件表达形式表达形式抗剪强度指标抗剪强度指标影响因素影响因素含义含义黏性土黏性土无黏性土无黏性土度度的的常常用用方方法法测测定定土土的的抗抗剪剪强强直接剪切试验直接剪切试验三轴压缩试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验现场十字板剪切试验现场十字板剪切试验室内试验室内试验现场试验现场试验大型直接剪切试验大型直接剪切试验 三、三、 土的抗剪强度指标的测定土的抗剪强度指标的测定试验仪器

25、试验仪器：直剪仪（应变控制式、应力控制式）：直剪仪（应变控制式、应力控制式）（一）（一） 、直接剪切试验、直接剪切试验图图5.4.1 5.4.1 应变控制式直剪仪示意图应变控制式直剪仪示意图应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪 试验方法试验方法 对对同同一一种种土土至至少少取取4 4个个重重度度和和含含水水量量一一样样的的试试样样，分分别别在在不不同同垂垂直直压压力力（法法向向应应力力） 下下剪剪切切破破坏坏。一一般般可可取取垂垂直直压压力力为为100100、200200、300300、400kPa400kPa，分分别别测测得得不不同

26、同垂垂直直压压力力作作用用下下所所对对应的抗剪强度应的抗剪强度f f，绘制，绘制f f - - 曲线曲线。 试验成果试验成果 黏性土直接剪切试验结果黏性土直接剪切试验结果 无黏性土直接剪切试验结果无黏性土直接剪切试验结果 直接剪切试验按排水条件分类直接剪切试验按排水条件分类快剪试验快剪试验： 是在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平是在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平 cq q 剪应力使试样剪切破坏。剪应力使试样剪切破坏。固结快剪固结快剪：是允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳是允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳 ccq cq 定后，再快速施加水平剪应力使试剪切破坏。定后，再快速施加

27、水平剪应力使试剪切破坏。慢剪试验慢剪试验：是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后， cs s 以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。缺点：缺点：、人为地限制剪切面在上下盒之间，而不是沿土样最、人为地限制剪切面在上下盒之间，而不是沿土样最 薄弱的面剪坏。薄弱的面剪坏。、剪切时上下盒错开，受剪面积逐渐减小，而在计算、剪切时上下盒错开，受剪面积逐渐减小，而在计算 抗剪强度时仍按土样原截面积计算。抗剪强度时仍按土样原截面积计算。、剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时先从、剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏

28、时先从 边缘开始，在边缘发生应力集中现象；边缘开始，在边缘发生应力集中现象；、试验时不能严格控制排水条件，不能测量孔隙水压、试验时不能严格控制排水条件，不能测量孔隙水压 力，在进行不排水剪切时，试件仍有可能排水，因力，在进行不排水剪切时，试件仍有可能排水，因 此会对试验结果有影响。此会对试验结果有影响。 直剪试验的优缺点直剪试验的优缺点优点：优点：仪器构造简单，操作方便，易于掌握仪器构造简单，操作方便，易于掌握 （二）（二） 、三轴压缩试验、三轴压缩试验试验仪器试验仪器：应变式三轴压缩仪、应力式三轴压缩仪：应变式三轴压缩仪、应力式三轴压缩仪图图5.4.3 5.4.3 三轴压缩仪三轴压缩仪应变式

29、三轴压缩仪应变式三轴压缩仪应变控制式三轴仪压力室应变控制式三轴仪压力室ABC 试验步骤试验步骤1.1.制备、装样制备、装样2.2.施加周围压力施加周围压力3.3.施加竖向压力施加竖向压力4.4.结果处理结果处理 三轴压缩试验分类三轴压缩试验分类 三轴压缩试验按剪切前土样受周围压力的三轴压缩试验按剪切前土样受周围压力的固结状固结状态态和剪切时的和剪切时的排水条件排水条件，可以分为三种试验方法，可以分为三种试验方法：1 1、不固结不排水试验、不固结不排水试验 ( (UU)UU)，简称不排水（剪）试验，简称不排水（剪）试验2 2、固结不排水试验、固结不排水试验 ( (CU)CU)，简称固结不排水（剪

30、）试验，简称固结不排水（剪）试验3 3、固结排水试验、固结排水试验 ( (CD)CD)，简称排水（剪）试验，简称排水（剪）试验分别对应于直剪试验的分别对应于直剪试验的快剪、固结快剪快剪、固结快剪和和慢剪慢剪试验试验1.1.不固结不排水剪（不固结不排水剪（UUUU） 三三轴轴试试验验：简简称称不不排排水水（剪剪）试试验验。试试验验试试样样在在施施加加周周围围压压力力和和随随后后施施加加竖竖向向压压力力直直至至剪剪切切破破坏坏的的整整个个过过程程中中部部不不允允许许排排水水， 试试验验自自始始至至终终关关闭闭排排水阀门。水阀门。 cu u 3 3 3 3 3 3 直直剪剪试试验验：通通过过试试验验

31、加加荷荷的的快快慢慢来来实实现现是是否否排排水水。使使试试样样在在3 35min5min内内剪剪破破，称称之之为为快快剪。剪。 cq q 关闭排关闭排水阀水阀2. 2. 固结不排水剪（固结不排水剪（CUCU） 三三轴轴试试验验：简简称称固固结结不不排排水水（剪剪）试试验验。试试样样在在施施加加周周围围压压力力时时打打开开排排水水阀阀门门，允允许许排排水水固固结结，待待固固结结稳稳定定后后关关闭闭排排水水阀阀门门， 再再施施加加竖竖向向压压力力，使使试试样样在在不不排排水水的的条条件件下下剪剪切切破坏。破坏。ccu cu 3 3 3 3 3 3 直直剪剪试试验验：剪剪切切前前试试样样在在垂垂直直

32、荷荷载载下下充充分分固固结结，剪剪切切时时速速率率较较快快，使使土土样样在在剪剪切切过过程程中中不不排排水水，这这种种剪剪切切方方法法为为称称固固结快剪。结快剪。ccq cq 打开打开排排水阀水阀关闭关闭排排水阀水阀3. 3. 固结排水剪（固结排水剪（CDCD） 三三轴轴试试验验：简简称称排排水水（剪剪）试试验验。试试样样在在施施加加周周围围压压力力时时允允许许排排水水固固结结，待待固固结结稳稳定定后后，再再在在排排水水条条件件下下施施加加竖竖向向压压力力至至试试件剪切破坏。件剪切破坏。cd d 3 3 3 3 3 3 直直剪剪试试验验：试试样样在在垂垂直直压压力力下下固固结结稳稳定定，再再以

33、以缓缓慢慢的的速速率率施施加加水水平平剪剪力力，直直至至剪剪破破，整整个个试试验验过过程程中中尽尽量量使使土土样样排排水水，试试验验方方法称为慢剪。法称为慢剪。 cs s打开打开排排水阀水阀 三轴试验的优缺点三轴试验的优缺点优点：优点：、试验中能严格控制试样排水条件及测定孔隙水压力、试验中能严格控制试样排水条件及测定孔隙水压力 的变化。的变化。、试样受力状态比较明确；剪切面不固定，在主应力、试样受力状态比较明确；剪切面不固定，在主应力1 1及及 3 3作用下，试样沿最薄弱的面产生剪切破坏。作用下，试样沿最薄弱的面产生剪切破坏。 、除抗剪强度指标外，还可测定孔隙水压力随、除抗剪强度指标外，还可测

34、定孔隙水压力随3 3和和1 1 3 3的变化及其相应的系数，或测定静止侧压力系数以的变化及其相应的系数，或测定静止侧压力系数以 及进行其它项目的试验。及进行其它项目的试验。 缺点：缺点：、操作复杂；操作复杂；、主应力方向固定不变，而且是在轴对称情况下进行、主应力方向固定不变，而且是在轴对称情况下进行的，的， 实际上土体的受力状态未必属于轴对称情况，与实实际上土体的受力状态未必属于轴对称情况，与实情情 况尚不能完全符合。况尚不能完全符合。（三）（三） 、无侧限抗压强度试验、无侧限抗压强度试验试验仪器试验仪器：无侧限抗压试验仪：无侧限抗压试验仪图图5.4.7 5.4.7 无侧限抗压试验仪示意图无侧

35、限抗压试验仪示意图试试样样所所承承受受的的最最大大轴轴向向压压力力qu称称为为无无侧向抗压强度侧向抗压强度 无无侧侧限限抗抗压压试试验验仪仪 试验结果试验结果无侧限抗压强度试验结果无侧限抗压强度试验结果 根据试验结果，只能作一个根据试验结果，只能作一个极限应力圆（极限应力圆（ ），），因此对于一般黏性土就难以作因此对于一般黏性土就难以作出破坏包线。出破坏包线。 代替饱和黏土代替饱和黏土UU试验，取试验，取极限应力圆的水平切线作为破极限应力圆的水平切线作为破坏包线即坏包线即 。 无无侧侧限限抗抗压压强强度度试试验验还还可可以以用来测定土的灵敏度用来测定土的灵敏度 土的不排水土的不排水抗剪强度抗剪

36、强度无侧限抗无侧限抗压强度压强度 u u=0=0cu0（四）（四） 、十字板剪切试验、十字板剪切试验（自学）（自学）图图5.4.8 5.4.8 十字板剪力仪十字板剪力仪 试验仪器试验仪器 实实用用上上为为了了简简化化计计算算，目目前前在在常常规规的的十十字字板板试试验验中中仍仍假设假设 ，将这一假设代入上式中，得：，将这一假设代入上式中，得： 试验步骤及原理试验步骤及原理 十字板剪切试验的优缺点十字板剪切试验的优缺点优点：优点： 、不需取样，对土的结构扰动较小；不需取样，对土的结构扰动较小； 、仪器构造简单、操作方便；、仪器构造简单、操作方便； 、所得的软黏土不排水抗剪强度常比无侧限抗压强度试

37、验、所得的软黏土不排水抗剪强度常比无侧限抗压强度试验 的结果大，但较反映实际条件；的结果大，但较反映实际条件； 、可测定软粘土的灵敏度；、可测定软粘土的灵敏度；(5)(5)、涉及到的土的体积比室内试验试样大很多、涉及到的土的体积比室内试验试样大很多; ;(6)(6)、可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标。、可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标。缺点：缺点： (1)(1)、难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件；、难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件； (2)(2)、测试数据和土的工程性质的关系建立在统计经验关、测试数据和土的工程性质的关系建立在统计经验关

38、系上；系上； (3)(3)、测试设备进入土层对土层也有一定扰动；、测试设备进入土层对土层也有一定扰动； (4)(4)、试验应力路径无法很好控制，试验时的主应力方向与、试验应力路径无法很好控制，试验时的主应力方向与 实际工程往往不一致；实际工程往往不一致； (5)(5)、应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结。、应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结。测测试试方方法法室内试验室内试验直接剪切试验直接剪切试验三轴压缩试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验试验的分类、试验的分类、结果结果小小 结结现场试验现场试验十字板剪切试验十字板剪切试验 砂土的抗剪强度指标砂土的抗剪强度

39、指标四、四、 砂土的抗剪强度性状砂土的抗剪强度性状图图5.4.1 5.4.1 砂土的固结排水剪砂土的固结排水剪 密砂与松砂的受剪性状密砂与松砂的受剪性状 密砂密砂：应变软化型，剪胀应变软化型，剪胀松砂松砂：应变硬化化型，剪缩应变硬化化型，剪缩图图5.4.2 5.4.2 砂土受剪时的应力砂土受剪时的应力- -应变应变- -体变关系曲线体变关系曲线对同一种土，紧砂和松砂的对同一种土，紧砂和松砂的强度最终趋向同一值。在高强度最终趋向同一值。在高周围压力下，不论砂土的松周围压力下，不论砂土的松紧如何，受剪时都将剪缩。紧如何，受剪时都将剪缩。四、四、 砂土的抗剪强度性状砂土的抗剪强度性状 砂土的临界孔隙

40、比砂土的临界孔隙比e ecrcr 相相应应于于体体积积变变化化为为零零的的初初始始孔孔隙隙比比称称为为临临界界孔隙比孔隙比ecr 。天天然然休休止止角角：干干燥燥砂砂土土堆堆积积起起来来所所形形成成的的自然坡度。自然坡度。 松砂松砂密砂密砂图图5.4.3 5.4.3 砂土的临界孔隙比砂土的临界孔隙比在在三三轴轴试试验验中中，临临界界孔孔隙隙比比与与围围压压有有关关，不不同同的的围围压压可可得得出出不不同同的的临临界孔隙比。界孔隙比。 液化的概念液化的概念 美国土木工程师协会岩土工程分会土动力学委员美国土木工程师协会岩土工程分会土动力学委员 会（会（19791979）对液化的定义）对液化的定义

41、日本土力学与基础工程协会在日本土力学与基础工程协会在土力学与基础工土力学与基础工程程 词典词典（19851985）中给出了液化的定义）中给出了液化的定义 中国（中国（王闻韶王闻韶）的定义）的定义 四、四、 砂土的抗剪强度性状砂土的抗剪强度性状 砂土液化的原因及液化破坏机理砂土液化的原因及液化破坏机理饱和疏松饱和疏松排水不及时排水不及时强烈震动强烈震动三个三个条件条件 砂土液化的危害砂土液化的危害s 喷砂冒水喷砂冒水四、四、 砂土的抗剪强度性状砂土的抗剪强度性状 砂土液化的危害砂土液化的危害四、四、 砂土的抗剪强度性状砂土的抗剪强度性状s 上浮上浮s 下沉、地基失效下沉、地基失效 砂土液化的危害

42、砂土液化的危害四、四、 砂土的抗剪强度性状砂土的抗剪强度性状 砂土液化的危害砂土液化的危害四、四、 砂土的抗剪强度性状砂土的抗剪强度性状 砂土液化的危害砂土液化的危害四、四、 砂土的抗剪强度性状砂土的抗剪强度性状F 土层的地质年代土层的地质年代F 土层的相对密度土层的相对密度Dr Dr F 土的组成与性状土的组成与性状 F 地下水位的深度地下水位的深度 F 地震烈度和地震持续时间地震烈度和地震持续时间 F 土的渗透性土的渗透性F 上覆非液化土层厚度上覆非液化土层厚度 F 土层的埋深土层的埋深F 初始应力状态初始应力状态 砂土液化的影响因素砂土液化的影响因素四、四、 砂土的抗剪强度性状砂土的抗剪

43、强度性状（一）、不固结不排水抗剪强度（一）、不固结不排水抗剪强度（UUUU） 有效应力圆有效应力圆总应力圆总应力圆 u u=0=0BCcu ufAA 3A 1A 试验结果试验结果图图5.5.1 5.5.1 饱和黏性土的不固结不排水试验结果饱和黏性土的不固结不排水试验结果 3 3 3 3 3 3 关闭排关闭排水阀水阀 饱饱和和黏黏性性土土在在三三组组不不同同围围压压 3 3作作用用下下的的不不排排水水试试验验中中得得到到A、B、C三三个个直直径径相相同同位位置置不不同同的的极极限限总总应应力力圆圆，但但是是只只得得到到了了一一个个极极限限有有效效应应力力圆圆，并并且且有有效效应力圆的直径与三个总

44、应力圆直径相等应力圆的直径与三个总应力圆直径相等 。0五、五、 饱和黏性土的抗剪强度性状饱和黏性土的抗剪强度性状 由由于于一一组组试试件件试试验验的的结结果果，有有效效应应力力圆圆是是同同一一个个，因因而而就就不不能能得得到到有有效效应应力力破破坏坏包包线线和和c c 、 值值，所所以以这这种种试试验验一般只用于测定饱和黏土的不排水抗剪强度。一般只用于测定饱和黏土的不排水抗剪强度。s 与其它试验关系与其它试验关系 无侧限抗压强度试验、十字板剪切试验、快剪试验无侧限抗压强度试验、十字板剪切试验、快剪试验 s 应用应用 不排水抗剪强度用于荷载增加所引起的孔隙水压力不消不排水抗剪强度用于荷载增加所引

45、起的孔隙水压力不消散散，密密度度保保持持不不变变的的情情况况，如如地地基基的的极极限限承承载载计计算算中中，若若建建筑筑物物的的施施工工速速度度快快，地地基基土土的的黏黏性性大大，透透水水性性小小，排排水水条件差时应采用不排水条件差时应采用不排水抗剪抗剪强度。强度。与三轴不固结不排水试验方法相对应，在直剪试验中称为快剪试验与三轴不固结不排水试验方法相对应，在直剪试验中称为快剪试验黏性较大的土样，快剪试验与黏性较大的土样，快剪试验与UUUU试验结果基本相同试验结果基本相同低性黏或无黏性土，快剪试验与低性黏或无黏性土，快剪试验与UUUU试验结果差别较大试验结果差别较大s 快剪强度快剪强度 图图5.

46、5.2 5.5.2 快剪试验结果快剪试验结果（二）、固结不排水抗剪强度（二）、固结不排水抗剪强度（CUCU） 试验室土样划分试验室土样划分图图5.5.3 5.5.3 固结不排水试验结果固结不排水试验结果（a a）主应力差与轴向应变的关系）主应力差与轴向应变的关系（b b）孔隙水压力与轴向应变的关系）孔隙水压力与轴向应变的关系 试验结果试验结果 正常固结饱和黏性土固结不排水试验结果正常固结饱和黏性土固结不排水试验结果 3 3 3 3 3 3 打开打开排排水阀水阀关闭关闭排排水阀水阀有效应力有效应力强度包线强度包线总应力强总应力强度包线度包线B ufAA 3A 1AC cu图图5.5.4 5.5.

47、4 正常固结饱和黏性土固结正常固结饱和黏性土固结 不排水试验结果不排水试验结果0 超固结饱和黏性土固结不排水试验结果超固结饱和黏性土固结不排水试验结果 cu0abccu超固结超固结正常固正常固结结图图5.5.5 5.5.5 超固结土的固结不排水试验结果超固结土的固结不排水试验结果有效应力有效应力强度包线强度包线总应力强总应力强度包线度包线 cu0ccuc cs 与其它试验关系与其它试验关系 固结快剪试验固结快剪试验固结快剪试验固结快剪试验s 应用应用 与三轴固结不排水方法相对应，在与三轴固结不排水方法相对应，在直接试验中的固结快剪试验。直接试验中的固结快剪试验。注意注意：塑性指标数对试验结果的

48、影响塑：塑性指标数对试验结果的影响塑性指数高的土，各种指标比较符合三轴性指数高的土，各种指标比较符合三轴试验同类指标的变化规律；试验同类指标的变化规律；塑性指数较低的黏性土，不同方法所测塑性指数较低的黏性土，不同方法所测得的得的 相差无几。相差无几。s 固结快剪强度固结快剪强度 工程上如果土体在加载过程中既非完全不排水又非完全排水，工程上如果土体在加载过程中既非完全不排水又非完全排水，而常处于两者之间时常采用。而常处于两者之间时常采用。图图5.5.6 5.5.6 固结快剪试验结果固结快剪试验结果 3 3 3 3 3 3 打开打开排排水阀水阀（三）、固结排水抗剪强度（三）、固结排水抗剪强度（CD

49、CD） 图图5.5.7 5.5.7 固结排水试验的应力应变关系和体积变化固结排水试验的应力应变关系和体积变化 固固结结排排水水试试验验结结果果，正正常常固固结结土土的的破破坏坏包包线线通通过过原原点点，黏黏聚聚力力c cd d=0=0，内内摩摩擦擦角角 d d 为为20204040。超超固固结结土土的的破破坏坏包包线线略略弯弯曲曲，实实用用上上用用一一条条直直线线代代替替，c cd d约约为为5 525kPa25kPa， d d比比正正常常固固结结土的内摩擦角要小。土的内摩擦角要小。图图5.5.8 5.5.8 固结排水试验结果固结排水试验结果超固结超固结正常固结正常固结s 与其它试验关系与其它

50、试验关系 固结慢剪试验固结慢剪试验固结慢剪试验固结慢剪试验图图5.5.9 5.5.9 固结慢剪试验结果固结慢剪试验结果同一黏土三种不同排水条件下的试验结果：同一黏土三种不同排水条件下的试验结果： 如如果果以以总总应应力力表表示示，将将得得出出完完全全不不同同的的试试验验结结果果，而而以以有有效效应应力力表表示示，则则不不论论采采用用那那种种试试验验方方法法，都都得得到到近近乎乎一一条条有有效效应应力力破破坏坏包包线线( (虚虚线线) )，可可见见，抗抗剪剪强强度度与与有有效效应应力力的的唯唯一一对对应应关系。关系。图图5.5.10 5.5.10 三种试验方法结果比较三种试验方法结果比较 某某一

51、一饱饱和和黏黏性性土土试试样样做做三三轴轴固固结结不不排排水水试试验验，施施加加周周围围压压力力 3=200kPa，试试件件破破坏坏时时的的主主压压力力差差 1- 3=280kPa，测测得得孔孔隙隙水水压压力力uf=180kPa，整整理理试试验验结结果果得得有有效效内内摩摩擦擦角角 =24=24，有有效效黏黏聚聚力力c =80kPa，试试求求破破坏坏面面上上的的法法向应力和剪应力及最大剪应力。向应力和剪应力及最大剪应力。【例题例题5-35-3】【解解】s 有效应力圆破坏面与大主应力作用面的夹角为：有效应力圆破坏面与大主应力作用面的夹角为：思路：思路：s 大小主应力：大小主应力：s 有效应力圆破

52、坏面的法向应力与剪应力：有效应力圆破坏面的法向应力与剪应力：s 最大剪应力发生在最大剪应力发生在 ：为什么试样的破坏面发生在为什么试样的破坏面发生在=57=570 0的平面而不发生的平面而不发生在最大剪应力作用面在最大剪应力作用面=45=450 0？s 破坏面的有效正应力与抗剪强度：破坏面的有效正应力与抗剪强度：作用在作用在=57=570 0的平面的剪应力：的平面的剪应力：s 最大剪应力面的有效正应力与抗剪强度：最大剪应力面的有效正应力与抗剪强度：不破坏不破坏破坏破坏总应力强度指标与有效应力强度指标总应力强度指标与有效应力强度指标c 、 为土的有效为土的有效黏聚力和有效内摩黏聚力和有效内摩擦角

53、，即土的有效擦角，即土的有效应力强度指标应力强度指标 c 、 为土的总应为土的总应力强度指标力强度指标 土土的的抗抗剪剪强强度度并并不不是是由由剪剪切切面面上上的的法法向向总总应应力力决决定定，而而是是取取决决于于剪剪切切面面上上 的的 法法 向向 有有 效效 应应 力力 。 （四）、抗剪强度指标的选择（四）、抗剪强度指标的选择由三轴固结不排水试验确定的有效应力强度指标由三轴固结不排水试验确定的有效应力强度指标 ，宜宜用用于于分分析析地地基基的的长长期期稳稳定定问问题题（如如土土坡坡的的长长期期稳稳定定分分析析、估估计计挡挡土土结结构构物物的的长长期期土土压压力力、位位于于软软土土地地基基上上

54、结结构构物物的的地基长期稳定分析等）。地基长期稳定分析等）。 对对于于饱饱和和软软黏黏土土的的短短期期稳稳定定问问题题，宜宜采采用用不不固固结结不不排排水水试验的强度指标试验的强度指标 ， 。抗剪强度指标的选择抗剪强度指标的选择 首首先先要要根根据据工工程程问问题题的的性性质质确确定定采采用用分分析析方方法法，进进而而决决定定采采用用总总应应力力或或有有效效应应力力强强度度指指标标，然然后后选选择测试方法。择测试方法。 1、当当采采用用有有效效应应力力法法进进行行工工程程设设计计时时，应应选选用用有有效效强强度度指指标标。只只要要能能比比较较准准确确地地确确定定孔孔隙隙压压力力，则则采采用用有

55、有效效强强度度指指标标是是应应该该推推荐荐的的；有有效效强强度度指指标标可可用用不不固固结结不不排排水水试试验验和和固结不排水试验（监测孔隙压力）等方法测定；固结不排水试验（监测孔隙压力）等方法测定；2 2、对一般工程问题多采用总应力分析法，其指标和测定方、对一般工程问题多采用总应力分析法，其指标和测定方 法大选择大致如下：法大选择大致如下： 当当建建筑筑地地基基为为薄薄层层黏黏性性土土、粉粉土土或或黏黏性性土土层层中中夹夹砂砂土土层层，透透水水性性大大，施施工工速速度度慢慢，应应采采用用三三轴轴固固结结排排水水(CD)(CD)试试验验或或直接剪切慢剪试验。直接剪切慢剪试验。 若若建建筑筑地地

56、基基为为饱饱和和状状态态厚厚层层黏黏土土，透透水水性性小小，快快速速施施工工，则则可可进进行行三三轴轴不不固固结结不不排排水水(UU)(UU)试试验验，或或直直接接剪剪切切快快剪剪试试验。验。 如如果果介介于于以以上上两两者者之之间间，或或地地基基已已充充分分固固结结或或竣竣工工较较久久，荷荷载载突突增增及及一一般般地地基基的的稳稳定定验验算算采采用用固固结结不不排排水水(CU)(CU)试试验验，或固结快剪试验。或固结快剪试验。直剪试验不直剪试验不直剪试验不直剪试验不能控制排水能控制排水能控制排水能控制排水条件，但设条件，但设条件，但设条件，但设备简单，操备简单，操备简单，操备简单，操作方便，

57、比作方便，比作方便，比作方便，比较普及。较普及。较普及。较普及。【例例5-55-5】某某建建筑筑物物地地基基为为一一厚厚层层均均匀匀的的淤淤泥泥质质黏黏土土层层。地地下下水水位位与与地地面面齐齐平平。取取土土做做三三轴轴试试验验，测测得得土土的的重重度度 =18.5kN=18.5kNm m3 3；渗渗透透系系数数k=2k=2 1010-7-7cmcms s，压压缩缩模模量量Es=3.5MPaEs=3.5MPa，泊泊松松比比 =0.5=0.5，不不固固结结不不排排水水剪剪强强度度指指标标c cu u=20kPa=20kPa；固固结结不不排排水水剪剪强强度度指指标标c ccucu=11.5kPa=

58、11.5kPa， cucu=14=14 ；固固结结排排水水剪剪强强度度指指标标c cd d=15kPa=15kPa， d d =24=24 。设设在在该该地地基基表表面面上上有有宽宽为为4m4m的的条条形形基基础础，如如图图5.6.105.6.10所所示示，荷荷载载作作用用在在基基底底上上的的平平均均压压力力为为100kPa100kPa。试试分分析析在在施施加加荷荷载载较较快快的的情情况下，基础中心线下况下，基础中心线下a a、b b两点处是否被剪切破坏。两点处是否被剪切破坏。【解解】 、计算、计算a a、b b两点处的应力两点处的应力计算计算点点自重应力自重应力附加应力附加应力主应力主应力

59、czcz cxcx z z x x 1 1 3 3a a25.525.525.525.567.067.08.58.592.592.534.034.0b b51.051.051.051.039.739.71.61.690.790.752.652.6、a a、b b两点强度两点强度 土层深厚，渗透性低，施加荷载速率较快，排水不良，固结程度低，应土层深厚，渗透性低，施加荷载速率较快，排水不良，固结程度低，应采用不固结不排水剪强度指标采用不固结不排水剪强度指标c cu u=20 =20 kPakPa， u u=0=0 。因此，。因此， f f= =c cu u=20kPa=20kPa。、a a点可能破

60、坏面上的剪应力点可能破坏面上的剪应力 a a点被剪切破坏。点被剪切破坏。、b b点可能破坏面上的剪应力点可能破坏面上的剪应力 b b点没被剪切破坏点没被剪切破坏。n 固结不排水抗剪强度（固结不排水抗剪强度（CUCU）n 不固结不排水抗剪强度（不固结不排水抗剪强度（UUUU）小小 结结n 固结排水抗剪强度（固结排水抗剪强度（CDCD）抗剪强度指标的选择抗剪强度指标的选择过程过程结果结果 应力路径应力路径 对加荷过程中的土体内某点，其应力状态的变化可在应力对加荷过程中的土体内某点，其应力状态的变化可在应力坐标图中以应力点的移动轨迹表示，这种轨迹称为应力路径。坐标图中以应力点的移动轨迹表示，这种轨迹

61、称为应力路径。图图5.6.1 5.6.1 应力路径应力路径六、六、 应力路径应力路径 加荷方法不同，应力路径也不同加荷方法不同，应力路径也不同 三轴被动压缩三轴被动压缩三轴主动压缩三轴主动压缩 图图5.6.2 5.6.2 不同加荷方式的应力路径不同加荷方式的应力路径 下下图图表表示示正正常常固固结结黏黏土土三三轴轴固固结结不不排排水水试试验验的的应应力力路路径径，总总应应力力路路径径ABAB是是直直线线，而而有有效效应应力力路路径径AB AB 是是曲曲线线，两两者者之之间间的的距距离离即即为为超超孔孔隙隙水水压压力力u u，因因为为正正常常固固结结黏黏性性土土在在不不排排水水剪剪切切时时产产生

62、生正正的的超超孔孔隙隙水水压压力力，故故有有效效应应力力路路径径在在总总应应力力路路径径的的左左边边，从从A A点点开开始始，沿沿曲曲线线至至B B 点点剪剪破破，u uf f为为剪剪破破时时的的超超孔孔隙隙水水压压力力，图图中中K Kf f和和K Kf f 分分别别为为以以总总应应力力和和有有效效应应力力表表示示的的极极限限应应力力圆圆顶顶点点的的连连线。线。 总应力路径（总应力路径（TSPTSP）与有效应力路径（）与有效应力路径（ESPESP） 图图5.6.3 5.6.3 三轴压缩固结不排水试验的应力路径三轴压缩固结不排水试验的应力路径正常固结黏土正常固结黏土 下下图图为为超超固固结结土土

63、的的应应力力路路径径，ABAB和和AB AB 为为弱弱超超固固结结土土的的总总应应力力路路径径和和有有效效应应力力路路径径，由由于于弱弱超超固固结结土土在在受受剪剪过过程程中中产产生生正正的的超超孔孔隙隙水水压压力力，故故有有效效应应力力路路径径在在总总应应力力路路径径左左边边；CDCD和和CD CD 表表示示一一强强超超固固结结试试样样的的应应力力路路径径，由由于于强强超超固固结结试试样样开开始始出出现现正正的的超超孔孔隙隙水水压压力力，以以后后逐逐渐渐转转为为负负值值，故故有有效效应应力力路径开始在总应力路径左边，后来逐渐转移到右边，至路径开始在总应力路径左边，后来逐渐转移到右边，至D D

64、 点剪坏。点剪坏。 总应力路径（总应力路径（TSPTSP）与有效应力路径（）与有效应力路径（ESPESP） 超固结黏土超固结黏土图图5.6.4 5.6.4 三轴压缩固结不排水试验的应力路径三轴压缩固结不排水试验的应力路径 利用固结不排水试验的有效应力路径确定的利用固结不排水试验的有效应力路径确定的K Kf f 线线，可以求得有效应力强，可以求得有效应力强度指标度指标c c 和和 。将。将K Kf f 线线与破坏包线绘在同一张图上，有如下关系，这样就与破坏包线绘在同一张图上，有如下关系，这样就可以根据可以根据可以根据可以根据 和和和和 反算反算反算反算c c c c 和和和和 。 应力路径法应力

65、路径法 多多数数试试验验表表明明，在在试试件件发发生生剪剪切切破破坏坏时时，应应力力路路径径发发生生转转折折或或趋趋于于水水平平，因因此此认认为为应应力力路路径径发发生生转转折折点点可可作作为为判判断试件破坏的标准。断试件破坏的标准。 三轴压缩试验中几种典型加载条件下的应力路径三轴压缩试验中几种典型加载条件下的应力路径 A.W.Skempton（1914-2001），英国学者。），英国学者。 1954提出用孔隙压力提出用孔隙压力系数表示孔隙水压力的系数表示孔隙水压力的发展和变化。发展和变化。 对对土土力力学学的的主主要要贡贡献献包包括括有有效效应应力力原原理理基基础础、黏黏土土中中的的孔孔隙隙

66、压压力力系系数数A和和B、地地基基承承载载力力和和边边坡坡稳稳定定、变变形形发发展展三分法等。三分法等。七、七、 孔隙水压力系数孔隙水压力系数孔隙压力系数孔隙压力系数 是指土体在不排水和不排气的条件下由外荷载引起的是指土体在不排水和不排气的条件下由外荷载引起的孔隙压力增量与应力增量（以总应力表示）的比值。孔隙压力增量与应力增量（以总应力表示）的比值。 等向压缩应力等向压缩应力孔隙压力系数孔隙压力系数B B 偏差偏差压缩压缩应力应力孔隙压力系数孔隙压力系数C C 轴对称三维应力增量引起的孔压增量为轴对称三维应力增量引起的孔压增量为 在在常常规规三三轴轴压压缩缩试试验验中中，试试样样首首先先在在周

67、周围围压压力力 c作作用用下下固固结结稳稳定定，以以模模拟拟试试样样的的原原位位应应力力状状态态。这这时时，超超孔孔隙隙水水应应力力u0=0。在在试试验验中中分分两两个个阶阶段段来来加加荷荷，先先使使试试样样承承受受周周围围压压力力增增量量DD3，然然后后在在周周围围压压力力不不变变的的条条件件下下施施加加大大、小小主主应应力力之之差差(DD1DD3)(即即附附加加轴轴向向压压力力q)。若若试试验验是是在在不不排排水水条条件件（UU试试验验）下下进进行行，则则DD3和和(DD1DD3)的的施施加加必必将将分分别别引引起起超超孔孔隙隙水水压压力力增增量量D Du3和和D Du1。超超孔孔隙隙水水

68、压压力力的的总总增增量量为为D Du=D Du1+D Du3，总总的的孔孔隙隙水压力为水压力为u=u0+D Du=D Du。图图5.7.15.7.1 等向压缩应力状态等向压缩应力状态孔隙压力系数孔隙压力系数B B 当当试试样样在在不不排排水水条条件件下下受受到到各各向向相相等等压压力力增增量量3 3作作用用时时，产产生生的的孔孔隙隙压压力力增增量量为为u u3 3 ，将将u u3 3与与3 3之之比比定定义义为孔隙应力系数为孔隙应力系数B B，即，即u 孔隙压力系数孔隙压力系数B B的具体表达式的推求的具体表达式的推求 s 土体积的变化土体积的变化 等向压缩应力状态：等向压缩应力状态：有效应力

69、增量：有效应力增量：土骨架的三向体土骨架的三向体积压缩系数积压缩系数 s 孔隙（流体）体积的变化孔隙（流体）体积的变化 孔隙的三向体积孔隙的三向体积压缩系数压缩系数 饱和土：饱和土： 孔隙压力系数孔隙压力系数B B的取值讨论的取值讨论 干土：干土： 非饱和土：非饱和土： 孔隙压力系数孔隙压力系数B B反映了土体的饱和程度反映了土体的饱和程度 偏差压缩应力状态偏差压缩应力状态孔隙压力系数孔隙压力系数A A轴向有效应力增量：轴向有效应力增量： 侧向有效应力增量：侧向有效应力增量： s 土体积的变化土体积的变化 s 孔隙（流体）体积的变化孔隙（流体）体积的变化 孔隙的三向体积孔隙的三向体积压缩系数压

70、缩系数 只对弹性只对弹性体使用体使用 饱和土：饱和土： 孔隙压力系数孔隙压力系数A A反映了土体剪切过程中的胀缩特性反映了土体剪切过程中的胀缩特性 轴对称三维应力增量所引起的孔隙水压力增量轴对称三维应力增量所引起的孔隙水压力增量UUUU试验：试验：CUCU试验：试验：CDCD试验：试验：对于饱和土对于饱和土1 1、掌握土的抗剪强度的表达方法；、掌握土的抗剪强度的表达方法；2 2、掌握土的极限平衡条件；、掌握土的极限平衡条件； 3 3、了解、了解抗剪强度参数的测定方法及抗剪强度参数的测定方法及各类抗各类抗各类抗各类抗 剪强度参数的实际应用剪强度参数的实际应用剪强度参数的实际应用剪强度参数的实际应用；4 4、熟知饱和黏性土三轴试验的分类、试验熟知饱和黏性土三轴试验的分类、试验 过程及试验结果。过程及试验结果。 本章的基本要求本章的基本要求第五章内容结束第五章内容结束