土力学土的抗剪强度.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,*,*,*,土力学1-土的抗剪强度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 动强度与砂土的振动液化,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,大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾,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,平移滑动,2.各种类型的滑坡,5 土的抗剪强度,崩塌,旋转滑动,流滑,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,10,1994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,击沉拖轮、驳轮各一艘，渔船2只,1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡,崩塌体巨大石块滚入江内，无法通航,滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米。,乌江鸡冠岭山体崩塌,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,11,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,2.各种类型的滑坡,5.1 土体破坏与强度理论,12,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,13,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,14,天然坝,坝高290 m,滑坡堰塞湖,库容15亿方,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,15,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,16,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,17,日本新泻1964年地震引起大面积液化,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,18,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,19,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,20,5 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,21,三、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,22,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,tg,：,摩擦强度-正比于压力,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,23,N,T,=,Ntg,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,tg,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,0.02 0.06 0.2 0.6 2,30,20,颗粒直径 (mm),滑动摩擦角,u,粗粉 细砂 中砂 粗砂,5.1 土体破坏与强度理论,24,（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,tg,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,25,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,粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）,在其他条件相同时：,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,tg,5.1 土体破坏与强度理论,26,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,27,5 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,28,5 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,29,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,30,=,=,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,31,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,32,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：代表一个土单元（某点）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,33,f,直剪试验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,34,2.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：,有一对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园的公切线。,f,5 土的抗剪强度,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,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,36,（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,+,tg,（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,37,5 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,38,5 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,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,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）,3,=常数：,5 土的抗剪强度,5.1 土体破坏与强度理论,40,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,41,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,42,2,3,1f,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？,43,5.1 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 动强度与砂土的振动液化,5 土的抗剪强度,5 土的抗剪强度,44,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,45,主机系统,稳压调压系统,量测系统,常规三轴试验仪:,孔压传感器,体变管,轴向位移量测,轴向力量测,压力泵,调压阀,压力表,压力室,压力室底座,主机马达,主机框架,离合器,Casagrande 1930年首先使用，,可控制排水条件；可完整的描述试样受力、变形和破坏的全过程；可进行不同应力路径的试验；应力状态明确；变形量测简单,5,土的抗剪强度,5.2 抗剪强度测定试验,一、三轴试验,46,5.2 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,47,5.2 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,；,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,5 土的抗剪强度,一、三轴试验,48,强度包线,(,1,-,),f,c,(,1,-,),f,1,1,-,3,1,=15%,分别作围压,为,100,kPa,、,200,kPa,、,300,kPa,的三轴试验，得到破坏时相应的（,1,-,),f,绘制三个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,49,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,50,试验条件与现场条件,的对应关系,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,51,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,52,优点：,1,应力状态和应力路径明确；,2,排水条件清楚，可控制；,3,破坏面不是人为固定的,缺点：,设备相对复杂，现场难以试验,说明：,3,0 即为,无侧限抗压强度试验,4、优点和缺点,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,真三轴仪,空心圆柱扭剪仪,53,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,54,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0.02mm/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,55,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,56,设备简单，操作方便,结果便于整理,测试时间短,优点,试样应力状态复杂,应变不均匀,不易控制排水条件,剪切面固定,缺点,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,T,P,试样内的,变形分布,57,一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,5.2 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,58,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,59,5.1 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,60,5 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、孔隙水压力与孔压系数,四、总应力路径与有效应力路径,五、粘性土密度有效应力抗剪强度唯一性关系,61,5.3 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,土的应力应变关系特性,、,弹塑性、,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,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,62,5.3 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,特定点,p,O,q,p,q平面：,一个 点代表一个应力状态,63,3,1,1,3,，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,用应力平面,一点的,应力状态,一个,莫尔圆,一点,应力的,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,64,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,所有破坏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,65,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,5 土的抗剪强度,p,q,O,c,a,f,线,K,f,线,O,A,R,66,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,5 土的抗剪强度,二、强度包线与破坏主应力线,用若干点的最小二乘法确定,a,和,然后计算强度指标,c,和,确定强度指标,o,q,p,a,67,轴对称三维应力状态,=,+,等向压缩应力状态,偏差,应力状态,封闭土样,5 土的抗剪强度,5.3 应力路径与破坏主应力线,三、孔隙水压力与孔压系数,68,孔隙流体产生了超静孔隙水压力,u,B,土骨架的有效附加应力,孔隙流体的体积变化,孔隙流体的体积压缩系数为C,f,，单位孔隙压力作用引起的体应变,土骨架的体积变化,设土骨架的体积压缩系数为C,s,体积V,土骨架的体变等于孔隙流体的体变,V,1,=V,2,孔压系数B,土骨架为,线弹性体,5 土的抗剪强度,5.3 应力路径与破坏主应力线,三、孔隙水压力与孔压系数,(1)等向压缩应力状态,69,饱和土：,干 土：,非饱和土：,B是一个反映土饱和程度的指标,孔隙流体的体积压缩系数为C,f,，单位孔隙压力作用引起的体应变,设土骨架的体积压缩系数为C,s,孔压系数B,(1)等向压缩应力状态,5 土的抗剪强度,5.3 应力路径与破坏主应力线,三、孔隙水压力与孔压系数,70,孔隙流体产生了超静孔隙水压力,u,A,有效附加应力,孔隙流体的体积变化,土骨架的体积变化,土骨架的体变等于孔隙流体的体变,V,1,=V,2,土体不是弹性体,引入孔压系数A,体积V,暂时假定土骨架为线弹性体,轴向,侧向,总应力增量,应变增量,0,5 土的抗剪强度,5.3 应力路径与破坏主应力线,三、孔隙水压力与孔压系数,(2)偏差应力状态,71,孔压系数A,对饱和土:,剪切作用引起的孔压响应,对于线弹性体:,A=1/3,A不是常数，随加载过程而变化,A,1/3,A,3,时，土处于超固结状态，,p,1/3,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,99,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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,100,(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,101,3.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,102,(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,103,u,=0,c,u,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？（否）,(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,u,=0不意味着土摩擦强度为0，因为剪切面上存在有效应力，就该有摩擦强度，只不过在这种实验方法中，摩擦强度隐含于粘聚强度内。,C,u,依赖于初始状态,104,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 土的抗剪强度,5.4 抗剪强度指标,105,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,106,(5)不饱和试样的不排水强度,不饱和区,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,非饱和中有空气，试验过程中不排水，但加载时期体能压缩或部分溶于水，使土密度有所提高，抗前强度也随之增长，故破坏包线起始为曲线，土样饱和后，趋于水平线。,107,一,.,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,108,5 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,109,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,(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,k1,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,122,二、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,123,三、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。,124,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,125,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,126,127,日本阪神地震引起的路面塌陷,128,由于液化引起的河道破坏日本神户,129,阪神地震中新干线的倾覆,130,地基液化引起的储油罐倾斜日本神户,131,日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面,132,桩基础（房屋基础露出地面）,133,桥台基础（地震液化后突出地面）,134,5 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,.,135,5 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,136,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,粘性土密度有效应力抗剪强度唯一性关系,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,动三轴试验,液化现象,液化机理,液化危害,影响因素和防治,5 土的抗剪强度,137,