土力学-李广信-土的抗碱强度.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第五章,土的抗剪强度,作业,5-1、5-2（CD试验）,5-3、5-5、3-9,5-8、,5-4、5-9,1,本章特点,有较严格的理论体系,各种关系较复杂,前面各章知识的综合运用,理清应力、应变、体变、孔压、强度间的关系,砂性土与粘性土强度的区别与联系,试验条件与实际工程情况的对应关系,正常固结粘性土的强度,不固结不排水剪的应力应变关系及强度,强度指标的运用,主要难点,学习要点,5 土的抗剪强度,2,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 土的抗剪强度,3,5 土的抗剪强度,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 砂土的振动液化,4,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,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、土的强度机理,四、莫尔-库仑强度理论,5,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,5 土的抗剪强度,1.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（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。,一、土的强度特点,6,美国某桥头挡土墙破坏（2003年9月10日）,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 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,7,1.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,使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,8,挡土墙,滑裂面,基坑支护,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,5 土的抗剪强度,1.挡土结构物的破坏,5.1 土体破坏与强度理论,9,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,二、工程中土体的破坏类型,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,2.各种类型的滑坡,10,立面示意图,高程（m）,滑距（m）,5530,2200,4000,扎 木 弄 沟,滑坡堆积体,0,8000,4000,2000,6000,坡高,3330 m,堆积体宽,约2500m,总方量,约3亿方,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,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,5.1 土体破坏与强度理论,关西空港一期17倍,11,平面示意图,易贡滑坡堰塞湖,滑 坡 堆 积 区,扎,木,弄,沟,2264m,2210m,2165m,2340m,5520m,滑坡堆积体,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,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,5.1 土体破坏与强度理论,12,天然坝,坝高290 m,滑坡堰塞湖,库容15亿方,10个月后溃坝,湖水每天上涨50cm,?,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,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,5.1 土体破坏与强度理论,13,边坡,滑裂面,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,5 土的抗剪强度,2.各种类型的滑坡,5.1 土体破坏与强度理论,14,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 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,15,地基,p,滑裂面,5 土的抗剪强度,二、工程中土体的破坏类型,5 土的抗剪强度,3.地基的破坏,5.1 土体破坏与强度理论,16,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 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,17,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,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、土的强度机理,四、莫尔-库仑强度理论,18,三、土的强度机理,5 土的抗剪强度,施加,（=,P/A,）,施加 S,量测,（=,T/A,）,上盒,下盒,P,S,T,A,5 土的抗剪强度,1、直剪试验（,库仑 1776）,试验方法,=,100KPa,S,=,200KPa,=,3,00KPa,5.1 土体破坏与强度理论,19,O,c,c,：粘聚力,：内摩擦角,=,100KPa,S,=,200KPa,=,3,00KPa,三、土的强度机理,5 土的抗剪强度,库仑公式,f,：,土的抗剪强度,tan,：,摩擦强度与正应力成正比,c,：,粘聚强度,5 土的抗剪强度,1.直剪试验,试验结果,抗剪强度指标,5.1 土体破坏与强度理论,20,2007年11月26日，中国国家航天局正式公布,嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像,21,N,T,=,N,tan,u,T,滑动摩擦,三、土的强度机理,5 土的抗剪强度,（1）滑动摩擦,5 土的抗剪强度,2、,摩擦强度,tan,由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒大小、矿物组成等因素有关,5.1 土体破坏与强度理论,22,（2）,咬合摩擦,三、土的强度机理,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,2.摩擦强度,tan,C,A,B,C,A,B,剪切面,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,5.1 土体破坏与强度理论,23,密度（e,粒径级配（C,u,C,c,）,颗粒的矿物成分,对于,：砂土粘性土；,高岭石伊里石蒙特石,颗粒的形状（颗粒的棱角与长宽比）,在其它条件相同时：,一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角,影响土的摩擦强度的主要因素：,三、土的强度机理,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,2.摩擦强度,tan,5.1 土体破坏与强度理论,24,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、土的强度机理,5 土的抗剪强度,3、粘聚强度,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,25,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,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、土的强度机理,四、莫尔-库仑强度理论,26,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,1.应力状态与莫尔圆,2.极限平衡应力状态,3.莫尔-库仑强度理论,4.破坏判断方法,5.滑裂面的位置,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,27,P,S,T,A,5 土的抗剪强度,四、莫尔-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,库仑公式,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,28,=,=,三维应力状态,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,1.应力状态与莫尔圆,二维应力状态,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,29,莫尔圆应力分析符号规定,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,5 土的抗剪强度,1.应力状态与莫尔圆,材料力学,+,-,+,-,土力学,正应力,剪应力,拉为正,压为负,顺时针为正,逆时针为负,压为正,拉为负,逆时针为正,顺时针为负,5.1 土体破坏与强度理论,30,O,z,+,zx,-,xz,x,2,1,3,r,p,+,-,1,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,大主应力：,小主应力:,圆心：,半径：,z,按顺时针方向旋转,x,按顺时针方向旋转,莫 尔 圆：,代表一个单元的应力状态；,圆上一点：,代表一个面上的两个应力,与,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,1.应力状态与莫尔圆,31,f,直剪试验：,破坏时的莫尔圆与库仑抗剪强度线的关系如何？为什么？,(c、,),三轴,(c、,),直剪,巧合吗？,c,与,的组合满足库仑公式才破坏,f,c,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,1.应力状态与莫尔圆,三轴试验结果,32,2.极限平衡应力状态,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,极限平衡应力状态：,有剪切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。,f,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,33,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,f,强度包线以内：,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：,该面上的应力达到破坏状态；,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。,5 土的抗剪强度,2.极限平衡应力状态,5.1 土体破坏与强度理论,34,（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,+,tan,（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,四、莫尔-库仑强度理论,5 土的抗剪强度,3.莫尔库仑强度理论,5.1 土体破坏与强度理论,35,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件,1,3,O,c,5 土的抗剪强度,3.,莫尔库仑强度理论,5.1 土体破坏与强度理论,36,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件,1,3,O,c,5 土的抗剪强度,3.,莫尔库仑强度理论,5.1 土体破坏与强度理论,37,根据应力状态计算出大小主应力,1,、,3,判断破坏可能性,由,3,计算,1f,比较,1,与,1f,1,1f,不可能状态,O,c,1f,3,1,1,4.破坏判断方法,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,判别对象：土体微小单元（一点）,已知条件：一般应力状态、抗剪强度指标,3,=常数：,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,38,根据应力状态计算出大小主应力,1,、,3,判断破坏可能性,由,1,计算,3f,比较,3,与,3f,3,3f,安全状态,3,=,3f,极限平衡状态,3,3f,不可能状态,O,c,1,3f,3,3,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,1,=常数：,5 土的抗剪强度,4.,破坏判断方法,5.1 土体破坏与强度理论,39,根据应力状态计算出大小主应力,1,、,3,判断破坏可能性,由,1,、,3,计算,与,比较,不可能,状态,O,c,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,(,1,+,3,)/2,=常数：圆心保持不变,5 土的抗剪强度,4.,破坏判断方法,5.1 土体破坏与强度理论,也可比较圆的直径,40,2,3,1f,45,/2,破裂面,O,c,1f,3,2,5.滑裂面的位置,与大主应力面夹角：,=45+,/2,5 土的抗剪强度,四、莫尔-库仑强度理论,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,破坏面为什么不在最大剪应力作用面上？,41,5.1 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 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,42,室内试验,野外试验,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,三轴试验、直剪试验等,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,5 土的抗剪强度,43,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,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 土的抗剪强度,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,量测体变或孔压,一、三轴试验,44,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,方法：,首先试样施加静水压力室压（围压）,1,=,2,=,3,=const；,然后通过活塞杆施加的是应力差,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,=const,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,45,强度包线,(,1,-,),f,c,(,1,-,),f,1,1,-,3,1,=15%,分别作一系列围压,（如,100,kPa,、,200,kPa,、,300,kPa,）,的三轴试验，得到破坏时相应的（,1,-,),f,绘制各围压下破坏状态的应力莫尔圆，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,2、强度包线,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,46,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,c,d、,d,c,cu、,cu,c,u、,u,3、试验类型,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,47,试验条件与现场条件,的对应关系,（以验算软粘土地基稳定性为例）,粘土地基上的分层慢速填方,在1层固结后，快速施工2层,1,2,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,软土地基上的快速填方,固结排水试验,固结不排水试验,不固结不排水试验,48,固结排水试验（,CD,试验）,Consolidated Drained Triaxial test (CD),抗剪强度指标,：,c,d,、,d,（,c,、,）,试验类型汇总,固结不排水试验（,CU,试验）,Consolidated Undrained Triaxial test (CU),抗剪强度指标,：,c,cu,、,cu,不固结不排水试验（,UU,试验）,Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU),抗剪强度指标,：,c,u,、,u,（,c,uu,、,uu,）,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,49,3,0 即为无侧限抗压强度试验,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,类似试验：,真三轴试验,空心圆柱扭剪试验,50,P,S,T,A,=,100KPa,S,=,200KPa,=,3,00KPa,O,c,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,二、直剪试验,5 土的抗剪强度,问题：,如何反映现场排水条件？,1、试验条件,51,通过控制剪切速率来近似模拟排水条件,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,二、直剪试验,P,S,T,A,5 土的抗剪强度,(1)固结慢剪,施加正应力，充分固结,慢慢施加剪应力,-,小于,0.02,mm,/,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,1、试验条件,52,O,n,K,0,n,P,S,T,A,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,二、直剪试验,2、应力变形状态,53,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,P,S,T,A,类似试验：,环剪试验,单剪试验,5 土的抗剪强度,二、直剪试验,试样内的变形分布,P,S,T,A,2、应力变形状态,54,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,二、直剪试验,三轴试验与直剪试验优缺点比较,三轴试验,直剪试验,优点,1、应力状态及其变化明确,2、排水条件清楚，可控制,3、破坏面非人为固定,1、设备简单，操作方便,2、结果便于整理,3、测试时间短,缺点,1、设备较复杂，现场难以试验,2、有时测试时间长,1、试样应力状态复杂,2、应变不均匀,3、不易控制排水条件,4、剪切面固定,55,一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；,施加扭矩至土体破坏，据此计算土的抗剪强度,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,三、十字板剪切试验,5 土的抗剪强度,56,时：,M,1,H,D,M,2,5.2 抗剪强度测定试验,5 土的抗剪强度,三、十字板剪切试验,5 土的抗剪强度,57,5.1 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 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,58,5 土的抗剪强度,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,四、粘性土密度有效应力抗剪强度唯一性关系,59,5.3 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,5 土的抗剪强度,土的力学特性,弹塑性、应力依赖性,需要记录加载历史,应力路径概念,土体中一点,应力状态,连续变化，在应力空间（平面）中的轨迹,60,5.3 应力路径与破坏主应力线,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,一、应力路径及表示法,+,-,1,O,z,+,zx,-,xz,x,2,1,3,r,p,1,3,q,p,莫尔,圆,应力,状态,圆上,特征点,p,O,q,p,q,平面：,一个 点代表一个应力状态,61,3,1,1,3,，p,O,，q,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,保持为常数,5 土的抗剪强度,一、应力路径及表示法,用莫尔圆,用,p,q,平面,一点的,应力状态,一个,莫尔圆,一点,应力状态,变化过程,一系列,莫尔圆,一条线,（应力路径）,极限应力状态,与强度包线相切的莫尔圆,破坏主应力线上的一点,莫尔圆与,p,q,平面上的应力路径,应力路径：,p,q,平面上应力状态变化的轨迹,62,p,q,O,f,线,K,f,线,以固结排水三轴试验为例,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,O,5 土的抗剪强度,强度包线,f,：,在,坐标系中,所有处于极限平衡状态莫尔圆的公切线,破坏主应力线,K,f,在,p,q,坐标系中所有处于极限平衡应力状态对应点的集合,O,63,p,q,O,c,a,f,线,K,f,线,O,A,R,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,p,q,O,c,a,f,线,K,f,线,O,A,R,64,p,q,O,c,a,f,线,K,f,线,O,A,R,5.3 应力路径与破坏主应力线,5 土的抗剪强度,；,c,a,二、强度包线与破坏主应力线,用若干点确定,a,和,然后计算强度指标,c,和,确定强度指标,o,q,p,a,65,以松砂固结不排水三轴试验为例,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,1、总应力与有效应力状态,有效应力原理,u,问题：,u(正孔压),和u(负孔压)时，有效应力莫尔圆在分别在总应力莫尔圆哪边？相应的（p,，q）,与（p，q）点呢？,(p),(q),O,(p,),u,1,3,3,1,66,3,5.3 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,2、总应力路径与有效应力路径,u,45,p,O,q,K,f,p,q,K,f,u,u,67,5 土的抗剪强度,四、粘土的密度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,应力历史,同一种正常固结粘土,土的状态,(,或e),应力状态,应力路径,5.3 应力路径与破坏主应力线,应力路径,68,两种试验得到相同的,K,f,线,K,f,线上，,p,f,q,f,e,f,间存在唯一性关系,A,点：,e,f,=,e,f,和试验的类型及应力路径等无关,e,f,p,f,q,f,唯一性关系,e,f,f,f,唯一性关系,5 土的抗剪强度,四、粘土的密度有效应力抗剪强度唯一性关系,5.3 应力路径与破坏主应力线,p,O,q,K,f,线,固结排水试验,固结不排水试验,e,f,=e,f,A,对具有相同的先期固结压力的超固结土也有相似的规律,e,0,=e,f,(e,f,),69,5.1 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 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,70,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,三轴试验强度指标,与,直剪试验强度指标,目的,分析方法,试验方法,应力应变状态,71,5 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,72,1.两种强度指标的比较,5 土的抗剪强度,有效应力指标,c,=c+tan,（=-u）,符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u无法确定,总应力指标,c,=c+tan,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,一.总应力指标与有效应力指标,5.4 抗剪强度指标,73,1,(),p(p),q,u,K,f,K,f,f,f,u,u,松砂及正常固结粘土：,CU,试验,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,问题：,实际破裂面的方向？,5.4 抗剪强度指标,74,5 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,75,二.三轴试验强度指标,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,Drained,1.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,76,1.固结排水试验,5 土的抗剪强度,强度指标：,c,d,，,d,(1)特点,(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,77,(1)特点,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:,1,=,1,d,=,=,f,=,f,c,d,=c,破坏面位置：,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,78,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,(2)松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线,=,f,=,f,问题：,正常固结粘土包线为什么过原点？,物理意义是什么？,1.固结排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,79,实验室的正常固结粘土：,目前有效固结压力,c,大于等于先期固结压力,p,，否则将变为超固结土。,地基中的正常固结粘土：,z ,s,p,土样取回室内,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,目前固结压力为0的正常固结粘土:,当正常固结粘土试样的目前固结压力为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。,问题：,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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,80,v,v,表示体缩,v,0表示体胀,随着围压的增加，应力应变关系软化,硬化,，体应变剪胀,剪缩,(3)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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,81,v,表示体缩,v,0表示体胀,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,随着围压的增加，应力应变关系软化,硬化,，体应变剪胀,剪缩,c,p,0,c,r,=0,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,v,残余强度,峰值强度,82,e,p,强度包线,f,p,压缩曲线,(4)超固结粘土+正常固结粘土强度包线,c,p,，超固结粘土,c,p,，,正常固结粘土,1.固结排水试验,5 土的抗剪强度,二.三轴试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,超固结段,正常固结段,83,2.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：,c,cu,，,cu,；c，,(1)特点,(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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,84,2.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(,对于剪切过程中无剪胀性：,A=1/3,剪切过程中发生剪缩：,A1/3,剪切过程中发生剪胀：,A1/3(甚至可能A0，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,cu,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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,86,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,cu,u0,2.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,87,(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,c,cu,cu,c,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,88,3.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：,c,uu,(c,u,)，,uu,(,u,),(1)特点,(2)饱和试样的不排水强度指标c,u,(3)不排水试验与固结不排水试验,(4)无侧限压缩试验：,3,=0的不排水试验,(5)不饱和试样的不排水强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,89,(1)特点,从某一,初始状态,开始，关闭阀门,施加围压,，产生孔隙水压力,u,1,=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,u,2,=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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,90,u,=0,c,u,并且有效应力莫尔圆是唯一的,问题：,可否由不排水试验确定有效应力强度指标？,(2)饱和试样的不排水强度指标,c,u,u=B,+A(,),（B=1）,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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,C,u,依赖于,初始状态,对一系列,初始状态,相同的试样，,施加不同围压,，进行一系列不固结不排水试验，比较其破坏时的应力状态,91,cu,p1,c,u1,p2,c,u2,p3,c,u3,(3)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(破坏主应力线)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，数值上等于相应莫尔圆的半径,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,cu,92,c,u,=q,u,/2,c,u,q,u,=,(4)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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,93,(5)不饱和试样的不排水强度,非饱和区,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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,94,一,.,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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,95,5 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 土的抗剪强度,P,S,T,A,5.4 抗剪强度指标,96,强度指标,对于砂土，三种直剪试验结果都接近于有效应力指标,对于粘性土，,慢剪,(Slowly:s),：,c,s,c,s,;,由于摩擦和中主应力使其强度指标稍大,0.9c,s,c,0.9,s,固结快剪（,Consolidated Quickly:,cq,）,c,cq,c,cu,cq,cu,快剪,(Quickly:q):,对于,k10,-7,cm/s,的粘土,c,q,c,u,q,u,5 土的抗剪强度,三.直剪试验强度指标,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,问题：,三轴试验指标与直剪试验指标哪个大？,97,一,.,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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,98,四.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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,99,四.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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,100,四.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,三轴试验指标优先采用,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、慢剪,总应力指标：,三轴固结不排水、不排水；,直剪固结快剪、快剪,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,101,四.土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,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,102,不固结不排水剪（快剪）c,u,、,u,（,c,q,、,q,）,粘土地基上快速施工建筑物,软土地基上快速填方,土坝快速施工，心墙未固结,四.土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,103,固结不排水剪（固结快剪）c,cu,、,cu,（,c,cq,、,cq,）,正常运行期水位骤降,在1层固结后，快速施工2层,1,2,四.土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,粘土地基预压固结后，快速施工建筑物,104,固结排水剪（慢剪）c,cd,、,cd,（,c,s,、,s,）,粘土地基上慢速施工建筑物,粘土地基上分层慢速填方,四.土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,稳定渗流期,105,名称,指标,验算地基稳定性,验算坝坡稳定性,不排水剪,(快剪),c,u、,u,c,q、,q,软土地基上,快速施工,土坝快速施工，,心墙未固结,固结不排水剪,(固结快剪),c,cu、,cu,c,cq、,cq,固结完成后,受快速荷载作用,正常运行期,水位骤降,固结排水剪,(慢剪),c,d、,d,c,s、,s,地基透水性强,施工较慢,稳定渗流期,或正常运行期,四.土的强度指标的工程应用,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,验算地基或坝坡稳定性,加载前取样试验，,新增荷载条件确定固结、加载条件,106,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,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 砂土的振动液化,107,一、动三轴试验,二、液化现象,三、液化机理,四、液化危害,五、影响因素和防治,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,108,3,3,1,1,静力固结 动载试验 典型试验结果,d,N,动应变,K,c,=1,u,N,孔压,d,N,动荷载,3,3,1,1,固结比,K,c,=,1,/,3,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,一、动三轴试验,109,二、液化现象,时间 T,孔压u,饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高,在瞬间砂土呈液态,振动台,松砂,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,110,三、液化机理,（1）初始处于疏松状态,（3）振后处于密实状态,（2）振动过程中处于悬浮状态,-孔压升高（液化）,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,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。,111,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,排出的剩余孔隙水,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,三、液化机理,112,松砂层,地下水位,地震荷载,建筑物,喷 砂,地面下沉,喷砂,遗井,排出的剩余孔隙水,地震前 液化时 液化后,四、液化危害,5 土的抗剪强度,5.5 砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,113,114,日本阪神地震引起的路面塌陷,115,由于液化引起的河道破坏日本神户,116,地基液化引起的储油罐倾斜日本神户,117,日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面,118,桩基础（房屋基础露出地面）,119,桥台基础（地震液化后突出地面）,120,5 土的抗剪强度,5.5土的动强度与砂土的振动液化,五、影响因素和防治,5 土的抗剪强度,1、影响因素,饱和度,组成,粉细砂：,d,50,=0.07mm-1.0mm,砾类土：,粒径大于,5mm60%,粉 土：,（,I,p,=3-10,）,I,l,=0.75-1.0,状态：,相对密度,Dr50%,结构,其他：,排水条件、应力状态及历史、地震特性,.,121,5 土的抗剪强度,5.5土的动强度与砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,五、影响因素和防治,2、工程防治措施,加固地基土：,换土、加密,围封,加固建筑物,深基础与桩基础,122,土体破坏与强度理论,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,砂土的,振动液化,小结,土的强度特点,工程中土体的破坏类型,土的强度机理,莫尔-库仑强度理论,三轴试验,直剪试验,十字板剪切试