土力学清华大学剪切力.ppt

清华大学土木水利学院 岩 土 工 程 研 究 所,张 丙 印,土力学1之第五章,土的抗剪强度,12月6日习题讨论课,范围：第四章,内容： 小测验 习题讨论、方法讨论 难点讨论、其它讨论,提示,答疑,时间：12月5日晚8：00 10：00 地点：新水利馆227 （从正门进，上2楼，两个左拐，右手）,本章提要 学习难点,第五章： 土的抗剪强度,土是如何破坏的？ 如何衡量土的强度？ 如何测定土的强度？ 如何应用土的强度指标？ 土的抗剪强度理论及本质 土的抗剪强度指标及测试方法 土的抗剪强度指标的种类及选取,作业,5-1 5-3 5-5 3-9 5-8 5-4 5-9,§5.1 概述 §5.2 土体破坏与土的强度理论 §5.3 土的抗剪强度的测定试验 §5.4 应力路径与破坏主应力线 §5.5 土的抗剪强度指标 §5.6 土的动强度与砂土的振动液化,第五章： 土的抗剪强度,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,概 述,土体强度及其特点 工程中土的强度问题,土的抗剪强度 土的强度的特点,各种类型的滑坡(sliding) 挡土和支护结构的破坏 地基的破坏 砂土的液化(liquefaction),土的强度及其特点,天然状态下的砂,沿坡方向的平衡：,天然休止角，也是最松状态下的砂内摩擦角,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,土的强度及其特点,天然状态下的沙丘,固定沙丘背风坡角度接近天然休止角，一般为=30-35，大于矿物滑动摩擦角,颗粒间存在一定的咬合作用,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,土体强度的特点,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 三相体系：三相承受与传递荷载 - 有效应力原理 自然变异性：土的强度的结构性与复杂性,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,各种类型的滑坡,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,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；击沉多艘船只 1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡 滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米，无法通航。,乌江武隆鸡冠岭 山体崩塌,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,滑坡堰塞湖易贡湖 湖水每天上涨50cm！,天然坝 坝高290 m 滑坡堰塞湖 库容15亿方,2000年西藏易贡巨型滑坡,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,锚固破坏,整体滑动,底部破坏,土体下沉,墙体折断,挡土支护结构的破坏,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,广州京光广场基坑塌方,使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,地基的破坏,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,砂土的液化(liquefaction),日本新泻1964年地震引起大面积液化,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,土压力 边坡稳定性 地基承载力 振动液化特性,挡土结构物破坏 各种类型的滑坡 地基的破坏 砂土的液化,核心问题:,土体的强度理论,§5.1 概述 - 土体强度及其特点,§5.1 概述 §5.2 土的抗剪强度理论 §5.3 土的抗剪强度的测定试验 §5.4 应力路径与破坏主应力线 §5.5 土的抗剪强度指标 §5.6 土的动强度与砂土的振动液化,第五章： 土的抗剪强度,§5.2 土的抗剪强度理论,土的抗剪强度理论,直剪试验与库仑公式 土的抗剪强度机理 莫尔-库仑强度理论,§5.2 土的抗剪强度理论,法国军事工程师，在摩擦、电磁方面做出了奠基性的贡献。1773年发表了关于土压力方面论文，成为土压力的经典理论,库仑 （C. A. Coulomb） (1736-1806),§5.2 土的抗剪强度理论 直剪试验与库伦公式,直 剪 试 验,直剪试验,法向应力：,剪应力：,剪切变形S,§5.2 土的抗剪强度理论 直剪试验与库伦公式,直剪试验的强度包线,库仑公式：（1776）,f ： 土的抗剪强度 tg： 摩擦强度-正比于压力 ： 土的内摩擦角 c： 粘聚强度-与所受压力无关,§5.2 土的抗剪强度理论 直剪试验与库伦公式,土的抗剪强度指标,c和是决定土的抗剪强度的两个指标，称为抗剪强度指标,当采用总应力时，称为总应力抗剪强度指标 当采用有效应力时，称为有效应力抗剪强度指标,对无粘性土通常认为，粘聚力C=0,库仑公式:,§5.2 土的抗剪强度理论 直剪试验与库伦公式,摩 擦 强 度,摩擦强度：决定于剪切面上的正应力和土的内摩擦角,由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒的形状，矿物组成，级配等因素有关,滑动摩擦,§5.2 土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理,摩擦强度：决定于剪切面上的正应力和土的内摩擦角,是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用 当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处被剪断（C），才能移动 土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量,咬合摩擦,§5.2 土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理,摩 擦 强 度,摩 擦 强 度,密度 粒径级配 颗粒的矿物成分 粒径的形状 粘土颗粒表面的吸附水膜,影响土的摩擦强度的主要因素:,§5.2 土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理,凝 聚 强 度,细粒土：粘聚力c取决于土粒间的各种物理化学作用力,作用机理：库伦力（静电力）、范德华力、 胶结作用力和毛细力等 影响因素：地质历史、粘土颗粒矿物成分、 密度与离子浓度,粗粒土：一般认为是无粘性土，不具有粘聚强度：,当粗间有胶结物质存在时可具有一定的粘聚强度 非饱和砂土，粒间受毛细压力，具有假粘聚力,§5.2 土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理,应力状态与莫尔圆 极限平衡应力状态 莫尔-库仑强度理论 破坏判断方法 滑裂面的位置,莫尔-库仑强度理论,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,应力状态,三维应力状态,二维应力状态,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,莫尔圆应力分析符号规定,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,应力莫尔圆,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,极限平衡应力状态,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,极限平衡应力状态：当一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圆的公切线,切点=破坏面,应力莫尔圆与强度包线,强度包线以下：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,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论, 不可能发生,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） 在一定的应力范围内，可以用线性函数近似f=c+tg 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,莫尔库仑强度理论,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,莫尔-库仑强度理论的破坏准则,土的极限平衡条件： 处于极限平衡状态时， 1和3之间应满足的关系,无粘性土,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,土单元是否破坏的判别,根据极限平衡条件可以用来判别一点土体是否已发生剪切破坏,计算主应力1, 3：,确定土单元体的应力状态（x，z，xz）,判别是否剪切破坏：,由3 1f，比较1和1f 由1 3f，比较3和3f 由1 , 3 m，比较和m,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,土单元是否破坏的判别,1= 1f 极限平衡状态 （破坏） 11f 不可能状态 （破坏）,方法一： 由3 1f，比较1和1f,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,土单元是否破坏的判别,方法二： 由1 3f，比较3和3f,3= 3f 极限平衡状态 （破坏） 3 3f 安全状态 33f 不可能状态 （破坏）,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,土单元是否破坏的判别,方法三： 由1 , 3 m，比较和m,m 不可能状态 （破坏）,处于极限平衡状态所需的内摩擦角,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,剪切破坏面的位置,2=90+,=45+/2,可见土体破坏的剪切破坏不在45º最大剪应力面上，为什么？,与大主应力面夹角:,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,小 结,直剪试验与库仑公式 土的抗剪强度机理 莫尔-库仑强度理论,直剪试验 库仑公式 土的抗剪强度指标c和,应力状态与莫尔圆 极限平衡应力状态 莫尔-库仑强度理论 土体破坏判断方法 滑裂面的位置,摩擦强度：滑动、咬合摩擦 凝聚强度,§5.2 土的抗剪强度理论 莫尔-库仑强度理论,§5.1 概述 §5.2 土的抗剪强度理论 §5.3 土的抗剪强度的测定试验 §5.4 应力路径与破坏主应力线 §5.5 土的抗剪强度指标 §5.6 土的动强度与砂土的振动液化,第五章： 土的抗剪强度,§5.3 土的抗剪强度的测定试验,室内试验： 直剪试验 三轴试验等 野外试验： 十字板扭剪试验 旁压试验等,抗剪强度测定试验,重塑土制样或现场取样 缺点：扰动 优点：应力和边界条件 清楚，易重复,缺点：应力和边界条 件不易掌握 优点：原状土的原位 强度,§5.3 土的抗剪强度的测定试验,直 剪 试 验,P,T,土样,下盒,上盒,S,面积A,1,S,2,3,f1,f2,f3,直剪仪 (direct shear test apparatus),§5.3 土的抗剪强度的测定试验 直剪试验,直剪试验的类型,(1) 固结慢剪 施加正应力-充分固结 剪切速率很慢，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,通过控制剪切速率近似模拟排水条件,§5.3 土的抗剪强度的测定试验 直剪试验,直剪试验的优缺点,设备和操作简单 人为固定剪切面 剪切面应力状态复杂 应力、应变不均匀 主应力方向旋转 剪切面积逐渐减小 排水条件不明确,§5.3 土的抗剪强度的测定试验 直剪试验,直剪试验中的应力状态,剪切 破坏时,§5.3 土的抗剪强度的测定试验 直剪试验,三轴试验,试样应力特点 与试验方法 强度包线 试验类型 优缺点,§5.3 土的抗剪强度的测定试验 三轴试验,应力特点与试验方法,方法： 固结：试样施加围压力1=2=3 剪切：施加应力差1=1-3,应力特点： 试样是轴对称应力状态 垂直应力z一般是大主应力1 侧向应力总是相等x=y，且为中、小主应力2=3,§5.3 土的抗剪强度的测定试验 三轴试验,应力特点与试验方法,常用试验类型,§5.3 土的抗剪强度的测定试验 三轴试验,破坏偏差应力取值方法,松砂,密砂,取曲线的最大偏差应力值作为(1-3)f 取规定的轴向应变值（通常15%）所相应的偏差应力作为(1-3)f 以最大有效主应力比(1/3)max处的偏差应力值作为(1-3)f,§5.3 土的抗剪强度的测定试验 三轴试验,三轴试验确定土的强度包线,由不同围压的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f 分别绘制破坏状态的应力摩尔圆，其公切线即为强度包线，可得强度指标c与,§5.3 土的抗剪强度的测定试验 三轴试验,固结排水试验（CD试验） Consolidated Drained Triaxial test (CD) 总应力抗剪强度指标： cd d （c ）,试验类型与强度指标,固结不排水试验（CU试验） Consolidated Undrained Triaxial test (CU) 总应力抗剪强度指标：ccu cu,不固结不排水试验（UU试验） Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU) 总应力抗剪强度指标： cu u （ cuu uu ）,§5.3 土的抗剪强度的测定试验 三轴试验,常规三轴试验优缺点,单元体试验，试样内应力和应变相对均匀 应力状态和应力路径明确 排水条件清楚，可控制 破坏面不是人为固定的 设备操作复杂 现场无法试验 常规三轴试验不能反映2的影响,说明： 30 即为无侧限抗压强度试验,§5.3 土的抗剪强度的测定试验 三轴试验,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,§5.3 土的抗剪强度的测定试验十字板剪切试验,假定土体为各向同性，fh=fv=f：,十字板剪切试验,§5.3 土的抗剪强度的测定试验十字板剪切试验,§5.1 概述 §5.2 土的抗剪强度理论 §5.3 土的抗剪强度的测定试验 §5.4 应力路径与破坏主应力线 §5.5 土的抗剪强度指标 §5.6 土的动强度与砂土的振动液化,第五章： 土的抗剪强度,§5.4 应力路径与破坏主应力线,应力路径及表示法 强度包线与破坏主应力线 总应力路径与有效应力路径,应力路径与破坏主应力线,§5.4 应力路径与破坏主应力线,应力状态及应力路径,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 应力路径：土体中一点应力状态连续变化，在应力空间（平面）中的轨迹,§5.4 应力路径与破坏主应力线,应力状态及莫尔圆,应力状态可用莫尔圆表示,圆心坐标： R= () 半径：r = () 顶点坐标：(p,q) 其中，p=() q=(),应力状态也可用莫尔圆上的点，如（p,q）来表示,(p,q),§5.4 应力路径与破坏主应力线,应力路径及破坏主应力线,方法一：用一系列的莫尔圆表示,破坏时的莫尔圆与强度包线相切 不直观，易混乱,方法二：用p-q图上莫尔圆的顶点坐标的变化线表示,破坏点位于破坏主应力线上 方法直观，使用方便,§5.4 应力路径与破坏主应力线,莫尔圆与应力路径的比较,§5.4 应力路径与破坏主应力线,两条直线与横坐标交于一点O,强度包线f ：在 坐标系中所有破坏状态莫尔圆的公切线 破坏主应力线 Kf ：在pq 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合,强度包线与破坏主应力线,§5.4 应力路径与破坏主应力线,二者参数之间的关系,( , c a),用最小二乘法确定a 和 然后计算强度指标c和,确定强度指标:,强度包线与破坏主应力线,§5.4 应力路径与破坏主应力线,总应力与有效应力状态,有效应力原理： + u 或 - u,孔隙水压力： u=B3+AB(1-3),§5.4 应力路径与破坏主应力线,三轴试验的总应力路径,固结过程： p 0 p0 = 3,剪切过程： 3=0 1 0,A,B,§5.4 应力路径与破坏主应力线,三轴试验的有效应力路径,固结过程： p 0 p0 = 3,剪切过程： 3=0 1 0 u 0,当A是常数时，有效应力路径为直线， 一般情况下A不为常数，有效应力路径为曲线,§5.4 应力路径与破坏主应力线,孔压系数A与有效应力路径,弹性体：A=1/3 松砂或正常固结粘土：剪缩 A1/3 密砂或超固结粘土：剪胀 A1/3,§5.4 应力路径与破坏主应力线,应力路径 p-q平面上的应力路径与莫尔圆 强度包线与破坏主应力线 sin = tg；a = c cos 总应力路径与有效应力路径 有效应力原理 孔隙水压力系数 总应力状态与有效应力状态 三轴试验的总应力路径与有效应力路径,小 结,§5.4 应力路径与破坏主应力线,§5.1 概述 §5.2 土的抗剪强度理论 §5.3 土的抗剪强度的测定试验 §5.4 应力路径与破坏主应力线 §5.5 土的抗剪强度指标 §5.6 土的动强度与砂土的振动液化,第五章： 土的抗剪强度,§5.5 土的抗剪强度指标,强度指标的类型 总应力指标与有效应力指标 三轴试验强度指标 直剪试验强度指标 土的强度指标的工程应用,土的抗剪强度指标,库仑公式: f=c+tg c和 称为土的抗剪强度指标,§5.5 土的抗剪强度指标,抗剪强度指标的类型,峰值强度与残余强度指标 总应力强度与有效应力强度指标 直剪强度与三轴试验指标,三种强度指标：,根据应力变形特性分 根据应力分析方法分 根据试验方法分,§5.5 土的抗剪强度指标 指标类型,峰值强度残余强度指标,直剪和三轴试验中应变软化时: f 峰值强度指标 r 残余强度指标,大变形完全破坏了土的结构强度和咬合作用，残余强度破坏包线通过原点，其内摩擦角r只决定于土的矿物成分，与其所受的应力历史等因素无关,§5.5 土的抗剪强度指标 指标类型,总应力指标与有效应力指标,抗剪强度的有效应力指标c， c+ tg = -u 符合土的破坏的机理， 但有时孔隙水压力u 无法确定,抗剪强度的总应力指标c， c+ tg 是一种“全额生产率”的概念，因u不能产生抗剪强度，不符合强度机理。在无法确定u时便于应用，但要符合工程条件,§5.5 土的抗剪强度指标 指标类型,抗剪强度,u,抗剪强度的总应力指标,c, tg,我叫 u郭 处士，充 数而已！,在难以确定孔隙水压力的情况下使用 注意正确使用的方法：确定c，的试验中，应能大致模拟工程现场孔隙水压力的特性,§5.5 土的抗剪强度指标 指标类型,正常固结土的有效和总应力指标,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)，有效应力莫尔圆在总应力莫尔圆哪边？,§5.5 土的抗剪强度指标 指标类型,超固结粘土的有效应力 与总应力指标,§5.5 土的抗剪强度指标 指标类型,常规三轴压缩试验,试验类型与强度指标,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,固结排水试验,强度指标：cd ,d = c , 试验条件 松砂与正常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 超固结粘土+正常固结粘土的强度包线,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,固结排水试验,试验条件,施加围压充分固结 施加(1 -)时，排水阀门始终打开，剪切速度慢足以使试样内的孔压消散 始终u=0，=-u=,总应力指标即为有效应力指标,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,固结排水试验,轴向应力渐进增加 体应变是体缩 最终二者均趋于稳定 强度包线过原点cd=0,松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,思考题1：为什么正常固结粘土强度包线过原点？,什么是实验室三轴试验中的正常固结粘土,如对一个三轴试验 3 p= z，则不是正常固结土,固结排水试验,有效固结压力3 等于先期固结压力p,地基中的正常固结粘土，取样在试验室进行三轴试验时，是否一定为正常固结土,在三轴试验中，固结压力为0的正常固结粘土，是在其历史上最大固结压力为0的土，也即处于泥浆状态的土，其抗剪强度为0,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,思考题2： c=0是否意味着正常固结粘土无粘聚力?,固结排水试验,粘性土粘聚力的存在是客观的。在正常固结情况下，粘聚力c随增加而增加，从而使其隐含在摩擦强度之内 c和在物理意义上并不严格“真实”地反映粘聚和摩擦两个抗剪强度分量，而通常是“你中有我，我中有你”，从而失去其物理意义，变成仅为计算参数的含义,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,固结排水试验,应力应变关系软化，体应变后段发生剪胀 峰值强度包线,密砂过原点，超固结粘土不过原点 残余强度包线两者均过原点,密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,固结排水试验,天然土的强度包线 先期固结压力p,p时正常固结粘土；p时超固结粘土,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线 密砂的试验曲线与强度包线 超固结粘土试验曲线与强度包线 天然粘土：超固结+正常固结粘土的强度包线,固结排水试验小结,应变硬化与体积收缩，cd=0 应变软化与剪胀性，cd=0 应变软化与剪胀性，cd与d 折线 c0的直线近似,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,接教务科通知，期末土力学（1）的考试时间计划由原定的1月10日调整到1月9日。和上述调整有冲突的同学务请速到土水学院教务科协商。,考试时间 2005年1月9日（星期三） 上午8:0010:00，地点：5教5104,11月27日习题讨论课,范围：第五章,内容： 小测验 习题讨论、方法讨论 难点讨论、其它讨论,提示,答疑,时间：12月26日晚8：00 10：00 地点：新水利馆227 （从正门进，上2楼，两个左拐，右手）,固结不排水试验,强度指标：ccu ,cu c , 试验条件 正常固结粘土试验曲线与强度包线 超固结粘土试验曲线与强度包线 固结不排水试验确定的的强度参数 粘性土的孔隙比有效应力抗剪强度唯一性关系,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,固结不排水试验,施加围压充分固结 施加(1 -)时，排水阀门关闭，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力u 一般u0，=-u=,总应力指标同有效应力指标不同,试验条件,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,对于饱和土试样：孔压系数B=1.0 u=A( ,剪切过程中的超静孔隙水压力u,固结不排水试验,无剪缩（弹性体）：A=1/3 剪缩： A1/3 剪胀： A1/3 (甚至可能A0，u 0 ）,超静孔压由土骨架体积变形的趋势决定，骨架收缩的趋势使孔压增加,不排水试验的孔压，同相应排水试验的体变之间常有类似的规律,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,确定的强度指标,试验量测的项目： ， - ，u 计算的项目： = u ； = 确定的强度指标：ccu ，cu c ， ,固结不排水试验,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,轴向应力和孔压u渐进增加并趋于稳定 u0，cu 强度包线过原点ccu=c=0,正常固结粘土试验曲线与强度包线,固结不排水试验,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,固结不排水试验,应力应变关系软化，孔压后段减小，可小于零 强度包线不过原点，ccuc, cu 与超固结度有关,超固结粘土试验曲线与强度包线,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,固结不排水试验小结,剪切过程中的超静孔压：u = A() 试验确定的强度指标： cu，ccu 和 ，c 正常固结粘土： cu c0,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,粘性土有效应力密度抗剪强度 间的唯一性关系,Henkel(1960)等学者证实，对饱和正常固结粘土，在有效应力密度抗剪强度间存在唯一性关系：,存在单一的有效应力强度包线 破坏时含水量（孔隙比）和强度间存在唯一性关系 土体有效应力和含水量（孔隙比）间存在唯一性关系,和试验的类型及应力路径等无关,对具有相同的前期固结压力的超固结土也有相似的规律,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,粘性土有效应力密度抗剪强度 间的唯一性关系,ef=ef,两种试验得到相同的Kf线 Kf线上，pfqfef间存在唯一性关系 A点： ef=ef 有效应力和孔隙比间存在唯一性关系 B点： eB=eB,eB=eB,土样的密度不变，强度相同,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,不固结不排水试验,强度指标：cuu(cu), uu(u) 试验条件 饱和试样的不排水强度指标cu 不排水试验与固结不排水试验 无侧限压缩试验：3=0的不排水试验 不饱和试样的不排水强度,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,不固结不排水试验,排水阀门关闭，施加围压，产生孔隙水压力 u1=B 施加(1 -)时，排水阀门关闭，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力u2 = BA (),试验条件,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,饱和试样的不排水强度指标cu,不固结不排水试验,B=1 u1 = u2 = A (),试验过程中不排水，试样密度不变，不论周围压力3多大，抗剪强度和破坏时的有效应力状态相同 总应力抗剪强度包线水平 u=0， cu=(1-3)f/2 破坏时不同3试验的有效应力莫尔圆相同,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,思考题1：不排水试验的破裂面的方向？ 思考题2：u=0是否意味着土体不具有摩擦强度？ 思考题3：可否由UU试验确定有效应力强度指标？,不固结不排水试验,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,不排水试验与固结不排水试验,不固结不排水试验,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,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,无侧限压缩试验,不固结不排水试验,3=0,qu=,3=0的不排水试验 f=cu =qu/2 由于土样扰动等的影响，一般稍低于原位不排水强度,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,不饱和试样的不排水强度,不固结不排水试验,开始段非饱和，有效应力随围压增加增加，试样密度增加，强度增高 围压较大时，孔隙气被压缩或溶解于水，试样饱和，强度包线趋于水平线,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,饱和试样的不排水强度指标: u =0 ,cu 饱和CD与CU强度指标: 有关联 无侧限压缩试验： 3=0, 是特殊的UU试验 不饱和试样的UU强度指标: 随3增加而增加 并趋于稳定,不固结不排水试验小结,§5.5 土的抗剪强度指标 三轴试验指标,直剪试验类型和强度指标,§5.5 土的抗剪强度指标 直剪试验强度指标,排水条件不明确，但可以模拟实际工程问题,直剪试验强度指标,对于砂土，三种试验结果都接近于c 对于粘性土， 慢剪：csc ，s ， 一般强度指标稍大，常乘系数0.9 固结快剪：ccqccu cqcu 快剪： 对于 k10-7cm/s的粘土 cqcu qu,§5.5 土的抗剪强度指标 直剪试验强度指标,土的强度指标的工程应用,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？,§5.5 土的抗剪强度指标 工程应用,土的强度指标的工程应用,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， 采用总应力指标时，应根据现场土体可能的固结排水情况，选用不同的总应力强度指标,§5.5 土的抗剪强度指标 工程应用,三轴试验指标与直剪试验指标 应优先采用三轴试验指标 应按照不同土类和不同的固结排水条件，合理选用直剪试验指标 砂土：c, 三轴CD试验与直剪试验（直剪偏大） 粘土：有效应力指标：三轴CD或CU试验 总应力指标：三轴CU、UU试验 或直剪cq、q试验,土的强度指标的工程应用,§5.5 土的抗剪强度指标 工程应用,峰值强度指标与残余强度指标,土的强度指标的工程应用,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,§5.5 土的抗剪强度指标 工程应用,土的强度指标的工程应用,§5.5 土的抗剪强度指标 工程应用,不固结不排水剪（快剪） cu、u（cq、q）,粘土地基上快速施工的建筑物,土的强度指标的工程应用,§5.5 土的抗剪强度指标 工程应用,固结不排水剪（固结快剪） ccu、cu（ccq、cq）,土的强度指标的工程应用,在天然土坡上快速填方,§5.5 土的抗剪强度指标 工程应用,固结排水剪（慢剪） ccd、cd（cs、s）,粘土地基上慢速施工的建筑物,土的强度指标的工程应用,§5.5 土的抗剪强度指标 工程应用,强度指标的类型 总应力指标与有效应力指标 三轴试验强度指标 直剪试验强度指标 土的强度指标的工程应用,土的抗剪强度指标小结,§5.5 土的抗剪强度指标 工程应用,§5.1 概述 §5.2 土的抗剪强度理论 §5.3 土的抗剪强度的测定试验 §5.4 应力路径与破坏主应力线 §5.5 土的抗剪强度指标 §5.6 土的动强度与砂土的振动液化,第五章： 土的抗剪强度,§5.6 土的动强度与砂土的振动液化,土的动强度 - 动三轴试验,静力固结 动载试验 典型试验结果,§5.6 土的动强度与砂土的振动液化,土的动强度 破坏标准,极限平衡、液化和应变破坏振次Nf,临界孔隙水压力ucr,§5.6 土的动强度与砂土的振动液化,土的动强度,动强度曲线：试件45º面上的动剪应力d（即动应力幅do的一半）或动应力比do/23与破坏振次Nf间的曲线,§5.6 土的动强度与砂土的振动液化,饱和松砂的振动液化,液化现象,饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高 在瞬间砂土呈液态,§5.6 土的动强度与砂土的振动液化,饱和松砂的振动液化,液化机理,§5.6 土的动强度与砂土的振动液化,振前松砂的结构,振中颗粒悬浮， 有效应力为零,振后砂土 变密实,饱和松砂的振动液化,液化机理,§5.6 土的动强度与砂土的振动液化,§5.6 土的动强度与砂土的振动液化,喷砂遗井,§5.5 土的动强度与砂土的振动液化,日本阪神地震引起的路面塌陷,§5.5 土的动强度与砂土的振动液化,地基液化引起的储油罐倾斜 日本神户,§5.5 土的动强度与砂土的振动液化,阪神地震中新干线的倾覆,§5.5 土的动强度与砂土的振动液化,日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面,§5.5 土的动强度与砂土的振动液化,§5.5 土的动强度与砂土的振动液化,液化定义,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,§5.5 土的动强度与砂土的振动液化,饱和度 组成 状态 结构 其他,砂土液化的影响因素,粉细砂： d50 =0.07mm- 1.0mm 砾类土： 粒径大于5mm60% 粉土： Ip=（3-10）Il=0.75-1.0,排水条件 应力状态及历史 地震特性.,相对密度Dr50%,一般只能发生于饱和土,§5.5 土的动强度与砂土的振动液化,加固地基土：换土、加密、排水 围封 加固建筑物 深基础与桩基础,砂土液化的工程防治,§5.5 土的动强度与砂土的振动液化,§5.1 概述 §5.2 土的抗剪强度理论 §5.3 土的抗剪强度的测定试验 §5.4 应力路径与破坏主应力线 §5.5 土的抗剪强度指标 §5.6 土的动强度与砂土的振动液化 ,第五章： 土的抗剪强度,小 结,土的抗剪强度理论 抗剪强度测定试验 应力路径与破坏主应力线 抗剪强度指标 动强度与砂土液化,直剪试验与库仑公式 土的抗剪强度机理 莫尔-库仑强度理论,室内：直剪试验、三轴试验 野外：十字板试验,应力路径及表示法 强度包线与破坏主应力线 总应力路径与有效应力路径,强度指标的类型及特点 强度指标的工程应用,动三轴试验及动强度 沙土液化,§5 土的抗剪强度,作业,5-1 5-3 5-5 3-9 5-8 5-4 5-9,