清华大学土力学1张丙印.pptx

清华大学土木水利学院清华大学土木水利学院 岩岩 土土 工工 程程 研研 究究 所所张张 丙丙 印印土力学土力学1 1之第五章之第五章土的抗剪强度土的抗剪强度n 12月6日习题讨论课范围：第四章范围：第四章 内容：内容：小测验小测验 习题讨论、方法讨论习题讨论、方法讨论 难点讨论、其它讨论难点讨论、其它讨论n 答疑时间：时间：1212月月5 5日晚日晚8 8：00 00 10 10：0000地点：新水利馆地点：新水利馆227227 （从正门进，上（从正门进，上2 2楼，两个左拐，右手）楼，两个左拐，右手）本章提要本章提要 学习难点学习难点第五章：第五章：土的抗剪强度土的抗剪强度 土是如何破坏的？土是如何破坏的？如何衡量土的强度？如何衡量土的强度？如何测定土的强度？如何测定土的强度？如何应用土的强度指标？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及测试方法 土的抗剪强度指标的种类及选取土的抗剪强度指标的种类及选取 5-1 5-1 5-3 5-3 5-5 5-5 3-9 3-9 5-8 5-8 5-4 5-4 5-9 5-95.1 5.1 概述概述5.2 5.2 土体破坏与土的强度理论土体破坏与土的强度理论 5.3 5.3 土的抗剪强度的测定试验土的抗剪强度的测定试验5.4 5.4 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标5.6 5.6 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第五章：第五章：土的抗剪强度土的抗剪强度仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点概概 述述F 土体强度及其特点土体强度及其特点F 工程中土的强度问题工程中土的强度问题 土的抗剪强度土的抗剪强度 土的强度的特点土的强度的特点 各种类型的滑坡各种类型的滑坡(sliding)挡土和支护结构的破坏挡土和支护结构的破坏 地基的破坏地基的破坏 砂土的液化砂土的液化(liquefaction)仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的强度及其特点土的强度及其特点n 天然状态下的砂天然状态下的砂沿坡方向的平衡：沿坡方向的平衡：F 天然休止角，也是最天然休止角，也是最松状态下的砂内摩擦角松状态下的砂内摩擦角 砂堆砂堆 TWN5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的强度及其特点土的强度及其特点静止砂丘静止砂丘 移动砂丘移动砂丘3035 n 天然状态下的沙丘天然状态下的沙丘F固定沙丘背风坡角度接近天然休止角，一般固定沙丘背风坡角度接近天然休止角，一般为为=30-35，大于矿物滑动摩擦角，大于矿物滑动摩擦角颗粒间存在一定的咬合作用颗粒间存在一定的咬合作用5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土体强度的特点土体强度的特点F碎散性：碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用而是颗粒间相互作用-主要是抗剪强度与主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力F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-有效应有效应力原理力原理 F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5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水各种类型的滑坡各种类型的滑坡崩塌崩塌平移滑动平移滑动旋转滑动旋转滑动流滑流滑滑裂面滑裂面5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水u19941994年年4 4月月3030日日u崩塌体积崩塌体积400400万方，万方，1010万方进入万方进入乌江乌江u死死4 4人，伤人，伤5 5人，失踪人，失踪1212人；击沉人；击沉多艘船只多艘船只u19941994年年7 7月月2-32-3日降雨引起再次滑日降雨引起再次滑坡坡u滑坡体崩入乌江近百万方；江水滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米，无法通航。位差数米，无法通航。乌江武隆鸡冠岭山体崩塌5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水滑坡堰塞湖滑坡堰塞湖易贡湖易贡湖湖水每天上涨湖水每天上涨50cm！天然坝天然坝 坝高坝高290 m滑坡堰塞湖滑坡堰塞湖 库容库容15亿方亿方20002000年西藏易贡巨型滑坡年西藏易贡巨型滑坡5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水锚固破坏锚固破坏整体滑动整体滑动底部破坏底部破坏土体下沉土体下沉墙体折断墙体折断挡土支护结构的破坏挡土支护结构的破坏5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水广州京光广场基坑塌方使基坑旁办公室、民工宿舍使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死和仓库倒塌，死3人，伤人，伤17人人5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水地基的破坏地基的破坏地基地基P滑裂面滑裂面5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水某某谷谷仓仓地地基基的的破破坏坏5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水砂土的液化砂土的液化(liquefaction)日本新泻日本新泻1964年地震引起大面积液化年地震引起大面积液化5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F 土压力土压力F 边坡稳定性边坡稳定性F 地基承载力地基承载力F 振动液化特性振动液化特性n 挡土结构物破坏挡土结构物破坏n 各种类型的滑坡各种类型的滑坡n 地基的破坏地基的破坏n 砂土的液化砂土的液化核心问题核心问题:土体的强度理论土体的强度理论5.1 5.1 概述概述 -土体强度及其特点土体强度及其特点5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论5.3 5.3 土的抗剪强度的测定试验土的抗剪强度的测定试验5.4 5.4 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标5.6 5.6 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第五章：第五章：土的抗剪强度土的抗剪强度5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论F直剪试验与库仑公式直剪试验与库仑公式F土的抗剪强度机理土的抗剪强度机理F 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水法国军事工程师，在摩法国军事工程师，在摩擦、电磁方面做出了奠擦、电磁方面做出了奠基性的贡献。基性的贡献。17731773年发年发表了关于土压力方面论表了关于土压力方面论文，成为土压力的经典文，成为土压力的经典理论理论库仑（C.A.Coulomb）(1736-1806)5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 直剪试验与库伦公式直剪试验与库伦公式仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水直直 剪剪 试试 验验PT土样土样下盒下盒上盒上盒S面积面积An 直剪试验直剪试验 法向应力法向应力：剪应力剪应力：剪切变形剪切变形S1 S235.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 直剪试验与库伦公式直剪试验与库伦公式仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水直剪试验的强度包线直剪试验的强度包线 S123 Ocn 库仑公式库仑公式：（：（17761776）f1 f2 f3 f：土的抗剪强度土的抗剪强度 tg：摩擦强度摩擦强度-正比于压力正比于压力 ：土的内摩擦角土的内摩擦角 c：粘聚强度粘聚强度-与所受压力无关与所受压力无关5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 直剪试验与库伦公式直剪试验与库伦公式仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标Fc和和 是决定土的抗剪强度的两个指标，称是决定土的抗剪强度的两个指标，称为抗剪强度指标为抗剪强度指标当当 采用总应力时，称为采用总应力时，称为总应力抗剪强度指标总应力抗剪强度指标当当 采用有效应力时，称为采用有效应力时，称为有效应力抗剪强度指标有效应力抗剪强度指标对无粘性土通常认为，粘聚力对无粘性土通常认为，粘聚力C=0n 库仑公式库仑公式:5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 直剪试验与库伦公式直剪试验与库伦公式仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水摩摩 擦擦 强强 度度n 摩擦强度：摩擦强度：决定于剪切面上的正应力决定于剪切面上的正应力和土的内摩擦角和土的内摩擦角 由颗粒之间发生滑动时颗粒接触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，级配等因素有关状，矿物组成，级配等因素有关0.02 0.06 0.2 0.6 230 20 颗粒直径颗粒直径 (mm)滑动摩擦角滑动摩擦角 u粗粉粗粉 细砂细砂 中砂中砂 粗砂粗砂 滑动摩擦滑动摩擦 咬合摩擦咬合摩擦 包括如下两个包括如下两个组成部分组成部分：滑动摩擦滑动摩擦5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理土的抗剪强度机理仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 摩擦强度：摩擦强度：决定于剪切面上的正应力决定于剪切面上的正应力和土的内摩擦角和土的内摩擦角 滑动摩擦滑动摩擦 咬合摩擦咬合摩擦 包括如下两个包括如下两个组成部分组成部分：是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用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，跨越相邻颗粒必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处，或在尖角处被剪断（被剪断（C），才能移动），才能移动 土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量 咬合摩擦咬合摩擦CABCAB剪切面剪切面5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理土的抗剪强度机理摩摩 擦擦 强强 度度仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水摩摩 擦擦 强强 度度F密度密度F粒径级配粒径级配F颗粒的矿物成分颗粒的矿物成分F粒径的形状粒径的形状F粘土颗粒表面的吸附水膜粘土颗粒表面的吸附水膜n 影响土的摩擦强度的主要因素影响土的摩擦强度的主要因素:5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理土的抗剪强度机理仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水凝凝 聚聚 强强 度度n 细粒土：细粒土：粘聚力粘聚力c取决于土粒间的各种物理化学作用力取决于土粒间的各种物理化学作用力F作用机理：库伦力（静电力）、范德华力、作用机理：库伦力（静电力）、范德华力、胶结作用力和毛细力等胶结作用力和毛细力等F影响因素：地质历史、粘土颗粒矿物成分、影响因素：地质历史、粘土颗粒矿物成分、密度与离子浓度密度与离子浓度n 粗粒土：粗粒土：一般认为是无粘性土，不具有粘聚强度：一般认为是无粘性土，不具有粘聚强度：F 当粗间有胶结物质存在时可具有一定的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F 非饱和砂土，粒间受毛细压力，具有假粘聚力非饱和砂土，粒间受毛细压力，具有假粘聚力5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 土的抗剪强度机理土的抗剪强度机理仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F 应力状态与莫尔圆应力状态与莫尔圆F 极限平衡应力状态极限平衡应力状态F 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论F 破坏判断方法破坏判断方法F 滑裂面的位置滑裂面的位置莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水应力状态应力状态 y yz xy zx x z三维应力状态三维应力状态二维应力状态二维应力状态 zx z xz x5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水莫尔圆应力分析符号规定莫尔圆应力分析符号规定n 材料力学材料力学+-正应力正应力剪应力剪应力拉为正拉为正压为负压为负顺时针为正顺时针为正逆时针为负逆时针为负+-n 土力学土力学压为正压为正拉为负拉为负逆时针为正逆时针为正顺时针为负顺时针为负5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水应力莫尔圆应力莫尔圆 O2 1 3rp大主应力：大主应力：小主应力小主应力:圆心：圆心：半径：半径：zx z xz x 1(z,zx)(x,xz)莫尔圆：单元的应力状态莫尔圆：单元的应力状态圆上点：一个面上的圆上点：一个面上的 与与 莫尔圆转角莫尔圆转角2：作用面转角：作用面转角 5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水极限平衡应力状态极限平衡应力状态5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论F极限平衡应力状态：当极限平衡应力状态：当一面上的应力状态达到一面上的应力状态达到=fF土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线 切点切点=破坏面破坏面仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水应力莫尔圆与强度包线应力莫尔圆与强度包线 f强度包线以下：强度包线以下：任何一个面任何一个面上的一对应力上的一对应力 与与 都没有达都没有达到破坏包线，不破坏到破坏包线，不破坏与破坏包线相切：与破坏包线相切：有一个面有一个面上的应力达到破坏上的应力达到破坏与破坏包线相交：与破坏包线相交：有一些平有一些平面上的应力超过强度面上的应力超过强度5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论 不可能发生不可能发生仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.1.土单元的某一个平面上的抗剪强度土单元的某一个平面上的抗剪强度 f f是该面是该面上作用的法向应力上作用的法向应力 的单值函数的单值函数,f f=f(=f()（莫尔：（莫尔：19001900年）年）2.2.在一定的应力范围内，可以用线性函数近似在一定的应力范围内，可以用线性函数近似 f f=c+=c+tgtg 3.3.某土单元的任一个平面上某土单元的任一个平面上=f f ，该单元就达，该单元就达到了极限平衡应力状态到了极限平衡应力状态莫尔莫尔库仑强度理论库仑强度理论5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 O c f=c+tg 1 3莫尔莫尔-库仑强度理论的破坏准则库仑强度理论的破坏准则n 土的极限平衡条件：土的极限平衡条件：处于极限平衡状态时，处于极限平衡状态时，1和和 3之间应满足的关系之间应满足的关系无粘性土无粘性土5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土单元是否破坏的判别土单元是否破坏的判别n根据极限平衡条件可以用来判别一点土体是否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已发生剪切破坏F 计算主应力计算主应力 1,3：F 确定土单元体的应力状态（确定土单元体的应力状态（x，z，xz）F判别是否剪判别是否剪切破坏：切破坏：由由 3 1f，比较，比较 1和和 1f 由由 1 3f，比较，比较 3和和 3f 由由 1,3 m，比较，比较 和和 m5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 c f=c+tg O土单元是否破坏的判别土单元是否破坏的判别F 1=1f 极限平衡状态极限平衡状态 （破坏）（破坏）F 1 1f 不可能状态不可能状态 （破坏）（破坏）1f 3n 方法一：方法一：由由 3 1f，比较，比较 1和和 1f5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 O c f=c+tg 土单元是否破坏的判别土单元是否破坏的判别n 方法二：方法二：由由 1 3f，比较，比较 3和和 3fF 3=3f 极限平衡状态极限平衡状态 （破坏）（破坏）F 3 3f 安全状态安全状态F 3 3f 不可能状态不可能状态 （破坏）（破坏）1 3f5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 O f=c+tg O c 土单元是否破坏的判别土单元是否破坏的判别n 方法三：方法三：由由 1,3 m，比较，比较 和和 mF m 不可能状态不可能状态 （破坏）（破坏）F处于极限平衡状态处于极限平衡状态所需的内摩擦角所需的内摩擦角5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水剪切破坏面的位置剪切破坏面的位置 3 1f2 2=90+=45+/2 O 1f 3F可可见见土土体体破破坏坏的的剪剪切切破破坏坏不不在在45最最大大剪剪应应力力面面上，为什么？上，为什么？n 与大主应力面夹角与大主应力面夹角:2 5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水小小 结结F直剪试验与库仑公式直剪试验与库仑公式F土的抗剪强度机理土的抗剪强度机理F 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论直剪试验直剪试验库仑公式库仑公式土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标c和和 应力状态与莫尔圆应力状态与莫尔圆极限平衡应力状态极限平衡应力状态莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论土体破坏判断方法土体破坏判断方法滑裂面的位置滑裂面的位置摩擦强度：滑动、咬合摩擦摩擦强度：滑动、咬合摩擦凝聚强度凝聚强度5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 莫尔莫尔-库仑强度理论库仑强度理论5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 5.3 5.3 土的抗剪强度的测定试验土的抗剪强度的测定试验5.4 5.4 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标5.6 5.6 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第五章：第五章：土的抗剪强度土的抗剪强度5.3 5.3 土的抗剪强度的测定试验土的抗剪强度的测定试验仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 室内试验：室内试验：直剪试验直剪试验三轴试验等三轴试验等n 野外试验：野外试验：十字板扭剪试验十字板扭剪试验旁压试验等旁压试验等抗剪强度测定试验抗剪强度测定试验F重塑土制样或现场取样重塑土制样或现场取样F缺点：扰动缺点：扰动F优点：应力和边界条件优点：应力和边界条件 清楚，易重复清楚，易重复F缺点：应力和边界条缺点：应力和边界条 件不易掌握件不易掌握F优点：原状土的原位优点：原状土的原位 强度强度5.3 5.3 土的抗剪强度的测定试验土的抗剪强度的测定试验仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水直直 剪剪 试试 验验PT土样土样下盒下盒上盒上盒S面积面积A Oc 1 S23 f1 f2 f3直剪仪直剪仪(direct shear test apparatus)5.3 5.3 土的抗剪强度的测定试验土的抗剪强度的测定试验 直剪试验直剪试验仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水直剪试验的类型直剪试验的类型(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 剪切速率很慢，剪切速率很慢，0.02mm/,c a)用最小二乘法确定用最小二乘法确定a 和和 然后计算强度指标然后计算强度指标c和和 确定强度指标确定强度指标:强度包线与破坏主应力线强度包线与破坏主应力线5.4 5.4 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水pO q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：+u 或或 -u孔隙水压力：孔隙水压力：u=Bu=B3 3+AB(+AB(1 1-3 3)1 331u有效有效应力应力总应力总应力uu5.4 5.4 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水pOqKf线线三轴试验的总应力路径三轴试验的总应力路径n 固结过程：固结过程：p 0 p0=3n 剪切过程：剪切过程：3 3=0 =0 1 1 0 0AB剪切剪切p0=3固结固结115.4 5.4 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水pp Oq q 饱和土固结不排水试验饱和土固结不排水试验uuf三轴试验的有效应力路径三轴试验的有效应力路径n 固结过程：固结过程：p 0 p0=3n 剪切过程：剪切过程：3 3=0 =0 1 1 0 u 0 u 0 总应力总应力K f线线当当A是常数时，有效应力路径为直线，是常数时，有效应力路径为直线，一般情况下一般情况下A不为常数，有效应力路径为曲线不为常数，有效应力路径为曲线有效有效应力应力Kf线线p0=35.4 5.4 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水孔压系数孔压系数A A与有效应力路径与有效应力路径F弹性体：弹性体：A=1/3F松砂或正常固结粘松砂或正常固结粘土：剪缩土：剪缩 A1/3F密砂或超固结粘土：密砂或超固结粘土：剪胀剪胀 A1/3 p Oq p0=3A=0(u=0)饱和土固结排水试验饱和土固结排水试验A0u1f0有效应有效应力力K f线线u1f0u1/3剪胀：剪胀：A1/3 (甚至可能甚至可能A0，u 0，cuc,cu 与超固结度有关与超固结度有关O=13 23n 超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cu f fccuu1fu2fu1fu2f f fc 5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水固结不排水试验小结固结不排水试验小结F 剪切过程中的超静孔压：剪切过程中的超静孔压：u=A()F 试验确定的强度指标：试验确定的强度指标：cu，ccu 和和 ，c F 正常固结粘土：正常固结粘土：cu c 0 5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水粘性土有效应力粘性土有效应力 密度密度 抗剪强度抗剪强度间的唯一性关系间的唯一性关系nHenkel(1960)等学者证实，对饱和正常固结粘土，等学者证实，对饱和正常固结粘土，在有效应力在有效应力 密度密度 抗剪强度间存在唯一性关系：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存在单一的有效应力强度包线破坏时含水量（孔隙比）和强破坏时含水量（孔隙比）和强度间存在唯一性关系度间存在唯一性关系土体有效应力和含水量（孔隙土体有效应力和含水量（孔隙比）间存在唯一性关系比）间存在唯一性关系和试验的类型和试验的类型及应力路径等及应力路径等无关无关n对具有相同的前期固结压力的超固结土也有相似的规律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 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水p Oq K f线线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粘性土有效应力粘性土有效应力 密度密度 抗剪强度抗剪强度间的唯一性关系间的唯一性关系ef=ef两种试验得到相同的两种试验得到相同的K f线线K f线上，线上，p f qf ef间存在唯一性关系间存在唯一性关系 A点：点：ef=ef有效应力和孔隙比间有效应力和孔隙比间存在唯一性关系存在唯一性关系 B点：点：eB=eBABeB=eB土样的密度不变，强度相同土样的密度不变，强度相同5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水不固结不排水试验不固结不排水试验n强度指标：强度指标：cuu(cu),uu(u)F试验条件试验条件F饱和试样的不排水强度指标饱和试样的不排水强度指标cuF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F无侧限压缩试验：无侧限压缩试验：3=0的不排水试验的不排水试验F不饱和试样的不排水强度不饱和试样的不排水强度5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水试试样样围压围压力力 3阀门阀门阀门阀门马达马达横梁横梁量力环量力环百分表百分表量量水水管管孔压孔压量测量测不固结不排水试验不固结不排水试验F排水阀门关闭，排水阀门关闭，施加施加围压围压 ，产生孔隙水，产生孔隙水压力压力 u1=B F施加施加(1 1-)时，时，排水排水阀门关闭，阀门关闭，量测剪切量测剪切过程中产生的超静孔过程中产生的超静孔隙水压力隙水压力 u2=BA ()n 试验条件试验条件5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n饱和试样的不排饱和试样的不排水强度指标水强度指标c cu u不固结不排水试验不固结不排水试验O=13 u=0 fcu 23 fc 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总应力抗剪强度包线水平 u=0，cu=(1-3)f/2 破坏时不同破坏时不同 3试验的有效应力莫尔圆相同试验的有效应力莫尔圆相同u1fu2f有效应力有效应力莫尔圆莫尔圆总应力总应力莫尔圆莫尔圆5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水思考题思考题1 1：不排水试验的破裂面的方向？：不排水试验的破裂面的方向？思考题思考题2 2：u u=0=0是否意味着土体不具有摩擦强度？是否意味着土体不具有摩擦强度？思考题思考题3 3：可否由：可否由UUUU试验确定有效应力强度指标？试验确定有效应力强度指标？O=13 u=0 fcu 23 fc 有效应力有效应力莫尔圆莫尔圆总应力总应力莫尔圆莫尔圆不固结不排水试验不固结不排水试验5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水O=cu f正正常常固固结结粘粘土土层层 p1先期固先期固结压力结压力 p2 p3cu1cu2cu3 p1 p2 p3n 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不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个具有相同先期固结压力的不排水强度指标5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 无侧限压缩试验无侧限压缩试验不固结不排水试验不固结不排水试验O=u=0 fcu 3=0qu=F 3 3=0 0的不排水试验的不排水试验F f f=c=cu u=q=qu u/2/2F由于土样扰动等的由于土样扰动等的影响，一般稍低于影响，一般稍低于原位不排水强度原位不排水强度5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 不饱和试样的不排水强度不饱和试样的不排水强度不固结不排水试验不固结不排水试验=fF开开始始段段非非饱饱和和，有有效效应应力力随随围围压压增增加加增增加加，试试样样密密度度增增加加，强强度度增高增高F围围压压较较大大时时，孔孔隙隙气气被被压压缩缩或或溶溶解解于于水水，试试样样饱饱和和，强强度度包包线线趋于水平线趋于水平线不饱和区不饱和区饱和区饱和区5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F饱和试样的不排水强度指标饱和试样的不排水强度指标:u u =0,=0,c cu uF饱和饱和CDCD与与CUCU强度指标强度指标:有关联有关联F无侧限压缩试验：无侧限压缩试验：3 3=0,=0,是特殊的是特殊的UUUU试验试验F不饱和试样的不饱和试样的UUUU强度指标强度指标:随随 3 3增加而增加增加而增加 并趋于稳定并趋于稳定不固结不排水试验小结不固结不排水试验小结5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 三轴试验指标三轴试验指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水试验类型试验类型试验方法试验方法强度指标强度指标慢剪慢剪Slow Shear 施加正应力施加正应力-充分固结充分固结 慢剪，保证无超静孔压慢剪，保证无超静孔压 cs，s固结快剪固结快剪Consolidated Quick Shear 施加正应力施加正应力-充分固结充分固结 快剪，在快剪，在3-5分钟内剪切坏分钟内剪切坏ccq，cq快剪快剪Quick Shear 施加正应力后不固结，施加正应力后不固结，立即快剪，立即快剪，3-5分钟内剪坏分钟内剪坏cq，q直剪试验类型和强度指标直剪试验类型和强度指标5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 直剪试验强度指标直剪试验强度指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 排水条件不明确，但可以模拟实际工程问题排水条件不明确，但可以模拟实际工程问题直剪试验强度指标直剪试验强度指标F 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 F 对于粘性土，对于粘性土，慢剪：慢剪：cs c ，s，一般强度指标稍大，常乘系数一般强度指标稍大，常乘系数0.9固结快剪：固结快剪：ccq ccu cqcu 快剪：快剪：对于对于 k10-7cm/s的粘土的粘土 cq cu qu5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 直剪试验强度指标直剪试验强度指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用F 有效应力指标还是总应力指标？有效应力指标还是总应力指标？F 三轴试验指标还是直剪试验指标？三轴试验指标还是直剪试验指标？F 峰值强度指标还是残余强度指标？峰值强度指标还是残余强度指标？5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 工程应用工程应用仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用n 有效应力指标与总应力指标有效应力指标与总应力指标F凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u u的情况，都应当使用有效应力指标的情况，都应当使用有效应力指标c c，F采用总应力指标时，应根据现场土体可能采用总应力指标时，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的固结排水情况，选用不同的总应力强度指标指标5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 工程应用工程应用仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 三轴试验指标与直剪试验指标三轴试验指标与直剪试验指标F应优先采用三轴试验指标应优先采用三轴试验指标F应按照不同土类和不同的固结排水条件，合理选用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直剪试验指标 F砂土：砂土：c,三轴三轴CD试验与直剪试验（直剪偏大）试验与直剪试验（直剪偏大）F粘土：有效应力指标：三轴粘土：有效应力指标：三轴CD或或CU试验试验 总应力指标：三轴总应力指标：三轴CU、UU试验试验 或直剪或直剪cq、q试验试验 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 工程应用工程应用仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 峰值强度指标与残余强度指标峰值强度指标与残余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F 峰值强度峰值强度 ：一般问题：一般问题F 残余强度残余强度古旧滑坡古旧滑坡断层夹泥断层夹泥大变形问题大变形问题5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 工程应用工程应用仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用名称名称指标指标应用应用不排水剪不排水剪(快剪快剪)c cu u、u uc cq q、q q软土地基软土地基快速施工快速施工固结不排水剪固结不排水剪(固结快剪固结快剪)c ccucu、cucuc ccqcq、cqcq固结完成后固结完成后受突然荷载受突然荷载固结排水剪固结排水剪(慢剪慢剪)c cd d、d dc cs s、s s地基透水性强地基透水性强施工较慢或正常运行期施工较慢或正常运行期5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 工程应用工程应用仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 不固结不排水剪（快剪）不固结不排水剪（快剪）c cu u、u u（c cq q、q q）粘土地基上快速粘土地基上快速施工的建筑物施工的建筑物土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用软土地基上的快速填方软土地基上的快速填方土坝快速施工，心墙未固结土坝快速施工，心墙未固结5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 工程应用工程应用仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 固结不排水剪（固结快剪）固结不排水剪（固结快剪）c ccucu、cucu（c ccqcq、cqcq）土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用 在天然土坡在天然土坡上快速填方上快速填方水位骤降水位骤降在在1层固结后，施工层固结后，施工2层层125.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 工程应用工程应用仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 固结排水剪（慢剪）固结排水剪（慢剪）c ccdcd、cdcd（c cs s、s s）粘土地基上慢速粘土地基上慢速施工的建筑物施工的建筑物土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用粘土地基上的分层粘土地基上的分层慢速填方慢速填方稳定渗流期的土坝稳定渗流期的土坝5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 工程应用工程应用仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水F强度指标的类型强度指标的类型F总应力指标与有效应力指标总应力指标与有效应力指标F三轴试验强度指标三轴试验强度指标F直剪试验强度指标直剪试验强度指标F土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用土的抗剪强度指标小结土的抗剪强度指标小结5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 工程应用工程应用5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论 5.3 5.3 土的抗剪强度的测定试验土的抗剪强度的测定试验 5.4 5.4 应力路径与破坏主应力线应力路径与破坏主应力线 5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 5.6 5.6 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第五章：第五章：土的抗剪强度土的抗剪强度5.6 5.6 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仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的动强度土的动强度 -动三轴试验动三轴试验 3 3 1 1静力固结静力固结 动载试验动载试验 典型试验结果典型试验结果 rdN总应变总应变 dN动应变动应变uN孔压孔压 dN动荷载动荷载 3 3 1 1固结比固结比Kc=1/35.6 5.6 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仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 rdN总应变总应变N d动应变动应变uN孔压孔压土的动强度土的动强度 破坏标准破坏标准F 极限平衡、液化和应变破坏振次极限平衡、液化和应变破坏振次N