土力學(xué)_土的抗剪強(qiáng)與地基承載力

1、5-1 5-1 概述概述 與土體強(qiáng)度有關(guān)的工程問題：與土體強(qiáng)度有關(guān)的工程問題：建筑物地基穩(wěn)定性、填建筑物地基穩(wěn)定性、填 方或挖方邊坡、擋土墻土壓力方或挖方邊坡、擋土墻土壓力等。等。 土體強(qiáng)度表現(xiàn)為土體強(qiáng)度表現(xiàn)為：一部分土體相對(duì)與另一部分土體的一部分土體相對(duì)與另一部分土體的 滑動(dòng)，滑動(dòng)面上剪應(yīng)力超過了極限抵抗能力滑動(dòng)，滑動(dòng)面上剪應(yīng)力超過了極限抵抗能力抗剪強(qiáng)抗剪強(qiáng) 度度； 土的土的抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的 極限抵抗能力。極限抵抗能力。 5-1 5-1 概述概述 5-1 5-1 概述概述 5-1 5-1 概述概述 p土壓力土壓力 p邊坡穩(wěn)定

2、邊坡穩(wěn)定 p地基承載力地基承載力 p擋土結(jié)構(gòu)物破壞擋土結(jié)構(gòu)物破壞 p各種類型的滑坡各種類型的滑坡 p地基的破壞地基的破壞 核心核心 強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論 工程中土體的破壞類型工程中土體的破壞類型 在外荷載的作用下，土體中任一截面將同時(shí)產(chǎn)生法向在外荷載的作用下，土體中任一截面將同時(shí)產(chǎn)生法向 應(yīng)力和剪應(yīng)力，其中應(yīng)力和剪應(yīng)力，其中法向應(yīng)力作用將使土體發(fā)生壓密法向應(yīng)力作用將使土體發(fā)生壓密 ，而，而剪應(yīng)力作用可使土體發(fā)生剪切變形剪應(yīng)力作用可使土體發(fā)生剪切變形。 當(dāng)土中一點(diǎn)某一截面上由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土當(dāng)土中一點(diǎn)某一截面上由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土 的抗剪強(qiáng)度時(shí)，它將沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑的抗剪強(qiáng)

3、度時(shí)，它將沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑 動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。 土的破壞主要是由于剪切所引起的土的破壞主要是由于剪切所引起的，剪切破壞是土體，剪切破壞是土體 破壞的主要特點(diǎn)。破壞的主要特點(diǎn)。 5-1 5-1 概述概述 1. 1. 碎散性：碎散性：強(qiáng)度不是顆粒礦物本身的強(qiáng)度，而是顆粒間強(qiáng)度不是顆粒礦物本身的強(qiáng)度，而是顆粒間 相互作用相互作用主要是抗剪強(qiáng)度（剪切破壞），顆粒間主要是抗剪強(qiáng)度（剪切破壞），顆粒間 粘聚力與摩擦力；粘聚力與摩擦力； 2. 2. 三相體系三相體系：三相承受與傳遞荷載三相承受與傳遞荷載有效應(yīng)力原理；有效應(yīng)力原理； 3. 3. 自然變異性：自然變異性

4、：土的強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)性與復(fù)雜性。土的強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)性與復(fù)雜性。 首先需要了解土的強(qiáng)度特點(diǎn)首先需要了解土的強(qiáng)度特點(diǎn) 5-1 5-1 概述概述 5-2 5-2 土的抗剪強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度理論 一一 、庫倫公式及庫倫公式及抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度指標(biāo)指標(biāo) 庫倫庫倫 ( (CoulombCoulomb, , 17731773) ) 根據(jù)砂土的試驗(yàn)，將土的抗剪強(qiáng)度根據(jù)砂土的試驗(yàn)，將土的抗剪強(qiáng)度 ， 表達(dá)為滑動(dòng)面上法向總應(yīng)力表達(dá)為滑動(dòng)面上法向總應(yīng)力 的函數(shù)，即的函數(shù)，即 (5 (5 1) 1) tan f f P S T A O = 100KPa S = 200KPa = 300KPa 摩擦強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度 = 100KP

5、a S = 200KPa = 300KPa 直剪試驗(yàn)結(jié)果直剪試驗(yàn)結(jié)果 以后又提出了適合粘性土的更普遍的以后又提出了適合粘性土的更普遍的 表達(dá)式：表達(dá)式： （5 5 2 2） 式中式中：c c 土的粘聚力土的粘聚力( (內(nèi)聚力內(nèi)聚力) )，kPakPa； 土的內(nèi)摩擦角，度土的內(nèi)摩擦角，度； 式式 (5-1) (5-1) 和和 (5-2) (5-2) 統(tǒng)稱為庫倫公式，統(tǒng)稱為庫倫公式， 或庫倫定律，或庫倫定律，c c 、 稱為抗剪強(qiáng)度指標(biāo)稱為抗剪強(qiáng)度指標(biāo) ( (抗剪強(qiáng)度參數(shù)抗剪強(qiáng)度參數(shù) ) ) 。 O c tan f c 粘聚強(qiáng)度粘聚強(qiáng)度 摩擦強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度+ + P S T A 5-2 5-2 土的

6、抗剪強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度理論 N T= Ntgu u T 滑動(dòng)摩擦 土的強(qiáng)度機(jī)理土的強(qiáng)度機(jī)理摩擦強(qiáng)度粘聚強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度粘聚強(qiáng)度 （1 1）滑動(dòng)摩擦）滑動(dòng)摩擦 摩擦強(qiáng)度 tg 由顆粒之間發(fā)生滑動(dòng)時(shí)由顆粒之間發(fā)生滑動(dòng)時(shí) 顆粒接觸面粗糙不平所顆粒接觸面粗糙不平所 引起，與顆粒大小，礦引起，與顆粒大小，礦 物組成等因素有關(guān)物組成等因素有關(guān) 0.02 0.06 0.2 0.6 2 30 20 顆粒直徑顆粒直徑 (mm) 滑動(dòng)摩擦角滑動(dòng)摩擦角 u 粗粉粗粉 細(xì)砂細(xì)砂 中砂中砂 粗砂粗砂 （2 2）咬合摩擦咬合摩擦 摩擦強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度 tgtg CA B C A B 剪切面剪切面 是指相鄰顆粒對(duì)于相對(duì)移動(dòng)的約束

7、作用是指相鄰顆粒對(duì)于相對(duì)移動(dòng)的約束作用 當(dāng)發(fā)生剪切破壞時(shí)，相互咬合著的顆粒當(dāng)發(fā)生剪切破壞時(shí)，相互咬合著的顆粒A 必須抬起，跨越相鄰顆粒必須抬起，跨越相鄰顆粒B，或在尖角處或在尖角處 被剪斷（被剪斷（C），），才能移動(dòng)才能移動(dòng) 土體中的顆粒重新排列，也會(huì)消耗能量土體中的顆粒重新排列，也會(huì)消耗能量 5-2 5-2 土的抗剪強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度理論 密度（密度（e, 粒徑級(jí)配（粒徑級(jí)配（Cu, Cc） 顆粒的礦物成分顆粒的礦物成分 對(duì)于對(duì)于 ：砂土：砂土粘性土；粘性土； 高嶺石高嶺石伊里石伊里石蒙特石蒙特石 粒徑的形狀（顆粒的棱角與長寬比）粒徑的形狀（顆粒的棱角與長寬比） 在其他條件相同時(shí)：在其他條

8、件相同時(shí)： 一般，對(duì)于粗粒土，顆粒的棱角提高了內(nèi)摩擦角一般，對(duì)于粗粒土，顆粒的棱角提高了內(nèi)摩擦角 影響土的摩擦強(qiáng)度的主要因素：影響土的摩擦強(qiáng)度的主要因素： 摩擦強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度 tgtg 5-2 5-2 土的抗剪強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度理論 5-2 5-2 土的抗剪強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度理論 p粘聚強(qiáng)度機(jī)理 n靜電引力（庫侖力）靜電引力（庫侖力） n范德華力范德華力 n顆粒間膠結(jié)顆粒間膠結(jié) n假粘聚力（毛細(xì)力等）假粘聚力（毛細(xì)力等） p粘聚強(qiáng)度影響因素 n地質(zhì)歷史地質(zhì)歷史 n粘土顆粒礦物成分粘土顆粒礦物成分 n密度密度 n離子價(jià)與離子濃度離子價(jià)與離子濃度 - - - - + 粘聚強(qiáng)度粘聚強(qiáng)度 5-2 5

9、-2 土的抗剪強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度理論 土的抗剪強(qiáng)度有兩種表達(dá)方法，一種是以總應(yīng)力表示剪切破土的抗剪強(qiáng)度有兩種表達(dá)方法，一種是以總應(yīng)力表示剪切破 壞面上的法向應(yīng)力，抗剪強(qiáng)度表達(dá)式即為庫倫公式，稱為壞面上的法向應(yīng)力，抗剪強(qiáng)度表達(dá)式即為庫倫公式，稱為 抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度總應(yīng)力法總應(yīng)力法，相應(yīng)的，相應(yīng)的 c 、 稱為總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)稱為總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) ( ( 參數(shù)參數(shù) ) ) ；另一種則以有效應(yīng)力表示剪切破壞面上的法；另一種則以有效應(yīng)力表示剪切破壞面上的法 向應(yīng)力，稱為抗剪強(qiáng)度向應(yīng)力，稱為抗剪強(qiáng)度有效應(yīng)力法有效應(yīng)力法， c 、 稱為有效應(yīng)稱為有效應(yīng) 力強(qiáng)度指標(biāo)力強(qiáng)度指標(biāo) ( ( 參數(shù)參數(shù)) ) 。試驗(yàn)研

10、究表明，土的抗剪強(qiáng)度取。試驗(yàn)研究表明，土的抗剪強(qiáng)度取 決于土粒間的有效應(yīng)力，然而，決于土粒間的有效應(yīng)力，然而，由庫倫公式建立的概念在由庫倫公式建立的概念在 應(yīng)用上比較方便，許多土工問題的分析方法都還建立在這應(yīng)用上比較方便，許多土工問題的分析方法都還建立在這 種概念的基礎(chǔ)上，故在工程上仍沿用至今種概念的基礎(chǔ)上，故在工程上仍沿用至今。 抗剪強(qiáng)度有效應(yīng)力表達(dá)式抗剪強(qiáng)度有效應(yīng)力表達(dá)式： 對(duì)于砂土對(duì)于砂土 對(duì)于粘性土對(duì)于粘性土 tan c f tan f 二、莫爾二、莫爾庫倫強(qiáng)度理論庫倫強(qiáng)度理論 5-2 5-2 土的抗剪強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度理論 （1）土單元的某一個(gè)平面上的抗剪強(qiáng)度）土單元的某一個(gè)平面上

11、的抗剪強(qiáng)度 f是該面上作用的法向應(yīng)是該面上作用的法向應(yīng) 力力 的單值函數(shù)的單值函數(shù), f =f( ) （莫爾：莫爾：1900年）年） （2）在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，可以用線性函數(shù)近似：）在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，可以用線性函數(shù)近似： f = c + tg （3）某土單元的任一個(gè)平面上某土單元的任一個(gè)平面上 = f ，該單元就達(dá)到了極限平衡該單元就達(dá)到了極限平衡 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 二、莫爾二、莫爾庫倫強(qiáng)度理論庫倫強(qiáng)度理論 5-2 5-2 土的抗剪強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度理論 一、莫爾應(yīng)力圓一、莫爾應(yīng)力圓 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 莫爾圓應(yīng)力分析符號(hào)規(guī)定莫爾圓應(yīng)力分析

12、符號(hào)規(guī)定 材料力學(xué)材料力學(xué) x z xz zx + - z x xz zx + - 土力學(xué)土力學(xué) 正應(yīng)力正應(yīng)力剪應(yīng)力剪應(yīng)力 拉為正拉為正 壓為負(fù)壓為負(fù) 順時(shí)針為正順時(shí)針為正 逆時(shí)針為負(fù)逆時(shí)針為負(fù) 壓為正壓為正 拉為負(fù)拉為負(fù) 逆時(shí)針為正逆時(shí)針為正 順時(shí)針為負(fù)順時(shí)針為負(fù) 一、莫爾應(yīng)力圓一、莫爾應(yīng)力圓 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 O x 2 1 3 3 1 3 1 O 由材料力學(xué)知識(shí)，已知大小主應(yīng)力，可以求得與大主應(yīng)力作用由材料力學(xué)知識(shí)，已知大小主應(yīng)力，可以求得與大主應(yīng)力作用 平面成平面成 角的平面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力。角的平面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力。 土單元

13、應(yīng)力狀態(tài)的軌跡是一個(gè)圓。圓心離圓點(diǎn)距離土單元應(yīng)力狀態(tài)的軌跡是一個(gè)圓。圓心離圓點(diǎn)距離 圓半徑圓半徑 13 ()/2p 13 ()/2qr 一、莫爾應(yīng)力圓一、莫爾應(yīng)力圓 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 對(duì)于一般應(yīng)力狀態(tài)，即不知道大、小主應(yīng)力對(duì)于一般應(yīng)力狀態(tài)，即不知道大、小主應(yīng)力 O z + zx - xz x 2 1 3 r p 2 2 ()/2 xzxz r ()/2 xz p 1 pr 3 pr x zx xz + - 1 大主應(yīng)力：大主應(yīng)力： 小主應(yīng)力小主應(yīng)力: : 圓心：圓心： 半徑：半徑： z按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) x x按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)按

14、順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 莫莫 爾爾 圓：代表一個(gè)土單元的應(yīng)力狀態(tài)；圓：代表一個(gè)土單元的應(yīng)力狀態(tài)； 圓上一點(diǎn)：代表一個(gè)面上的兩個(gè)應(yīng)力圓上一點(diǎn)：代表一個(gè)面上的兩個(gè)應(yīng)力 與與 13 ()/2qr 13 ()/2p 極點(diǎn)的概念極點(diǎn)的概念 極點(diǎn)的應(yīng)用極點(diǎn)的應(yīng)用 二、極限平衡條件二、極限平衡條件 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 如果已知土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，同時(shí)土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)已經(jīng)確如果已知土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，同時(shí)土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)已經(jīng)確 定，就可將抗剪強(qiáng)度線與莫爾應(yīng)力圓畫在同一坐標(biāo)紙上，從而定，就可將抗剪強(qiáng)度線與莫爾應(yīng)力圓畫在同一坐標(biāo)紙上，從而 判別該點(diǎn)是否達(dá)到極限平衡狀態(tài)。判

15、別該點(diǎn)是否達(dá)到極限平衡狀態(tài)。 f 強(qiáng)度包線以內(nèi)：強(qiáng)度包線以內(nèi)：任何一個(gè)面上任何一個(gè)面上 的一對(duì)應(yīng)力的一對(duì)應(yīng)力 與與 都沒有達(dá)到都沒有達(dá)到 破壞包線，不破壞；破壞包線，不破壞； 與破壞包線相切：與破壞包線相切：該面上的應(yīng)該面上的應(yīng) 力達(dá)到破壞狀態(tài)；力達(dá)到破壞狀態(tài)； 與破壞包線相交：與破壞包線相交：有一些平面有一些平面 上的應(yīng)力超過強(qiáng)度；不可能發(fā)上的應(yīng)力超過強(qiáng)度；不可能發(fā) 生。生。 極限平衡應(yīng)力狀態(tài) 極限平衡應(yīng)力狀態(tài)：極限平衡應(yīng)力狀態(tài)： 有一對(duì)面上的應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到有一對(duì)面上的應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到 = = f f 土的強(qiáng)度包線：土的強(qiáng)度包線： 所有達(dá)到極限平衡狀態(tài)的莫爾園的公切線。所有達(dá)到極限平衡狀態(tài)的莫爾園

16、的公切線。 f 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 二、極限平衡條件二、極限平衡條件 莫爾莫爾- -庫侖強(qiáng)度理論表達(dá)式極限平衡條件庫侖強(qiáng)度理論表達(dá)式極限平衡條件 13 13 13 13 2 sin 2ctg ctg 2 c c 1 3 13 ctg 2 c tan f c O c 13 2 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 二、極限平衡條件二、極限平衡條件 剪破面與大主應(yīng)力作用平面的剪破面與大主應(yīng)力作用平面的 夾角夾角 稱為稱為破壞角破壞角，從圖中，從圖中 幾何關(guān)系可得理論剪破角為：幾何關(guān)系可得理論剪破角為： =45+/2

17、cr cr 2 cr 注意：剪破面并不是剪應(yīng)力最大平面注意：剪破面并不是剪應(yīng)力最大平面 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 二、極限平衡條件二、極限平衡條件 上式即為土的極限平衡條件。當(dāng)土的強(qiáng)度指標(biāo)上式即為土的極限平衡條件。當(dāng)土的強(qiáng)度指標(biāo)c， 為已知，若土為已知，若土 中某點(diǎn)的大小主應(yīng)力中某點(diǎn)的大小主應(yīng)力1和和3滿足上列關(guān)系式時(shí)，則該土體正好處于滿足上列關(guān)系式時(shí)，則該土體正好處于 極限平衡或破壞狀態(tài)極限平衡或破壞狀態(tài)。 2452245 2452245 2 13 2 31 tgctg tgctg 變換得到極限平衡狀態(tài)時(shí)大小主應(yīng)力之間的關(guān)系滿足：變換得到極限平衡狀

18、態(tài)時(shí)大小主應(yīng)力之間的關(guān)系滿足： 上式也可適用于有效應(yīng)力，相應(yīng)上式也可適用于有效應(yīng)力，相應(yīng)c，應(yīng)該用應(yīng)該用c，。 2452245 2452245 2 13 2 31 tgctg tgctg 【例題【例題51】已知某土體單元的大主應(yīng)力】已知某土體單元的大主應(yīng)力1480kPa，小小 主應(yīng)力主應(yīng)力3220kPa。通過試驗(yàn)測得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)通過試驗(yàn)測得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo) c=20kPa，18，問該單元土體處于什么狀態(tài)？問該單元土體處于什么狀態(tài)？ 【解】已知【解】已知1480kPa,3220kPa ,c=20kPa, 18 （1）直接用）直接用與與f的關(guān)系來判別的關(guān)系來判別 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力

19、極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 注意：剪破面注意：剪破面 并不是剪應(yīng)力并不是剪應(yīng)力 最大平面，先最大平面，先 畫莫爾圓畫莫爾圓 1 3 tan f c O c 90 + 分別求出剪破面上的法向應(yīng)力分別求出剪破面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力為為 求相應(yīng)面上的抗剪強(qiáng)度求相應(yīng)面上的抗剪強(qiáng)度f為為 由于由于 f，說明該單元體早已破壞。說明該單元體早已破壞。 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 220 220220 309.83kPa 123.64kPa =20+309.83tan18 =120.67kPa （2）利用極限平衡條件來判別）利用極限平衡條件來判別

20、由達(dá)到極限平衡條件所需要的小主應(yīng)力值為由達(dá)到極限平衡條件所需要的小主應(yīng)力值為3f，此此 時(shí)把實(shí)際存在的大主應(yīng)力時(shí)把實(shí)際存在的大主應(yīng)力3 = 480kPa及強(qiáng)度指標(biāo)及強(qiáng)度指標(biāo)c， 代入下式中，則得代入下式中，則得 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 也可由計(jì)算達(dá)到極限平衡條件時(shí)所需要得大主應(yīng)力也可由計(jì)算達(dá)到極限平衡條件時(shí)所需要得大主應(yīng)力 值為值為1f，此時(shí)把實(shí)際存在的大主應(yīng)力此時(shí)把實(shí)際存在的大主應(yīng)力3 =480kPa及及 強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)c，代入下式中，則得代入下式中，則得 由計(jì)算結(jié)果表明，雖然由計(jì)算結(jié)果表明，雖然 33f , 但但1 1f ，所所 以該單元土體

21、早已破壞。以該單元土體早已破壞。 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 220 220 471.83kPa 5-3 5-3 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 問：此例題中最大剪應(yīng)力平面上，是否也達(dá)到破壞？問：此例題中最大剪應(yīng)力平面上，是否也達(dá)到破壞？ 1 3 tan f c O c 90 最大剪應(yīng)力平面與大主應(yīng)力平面成最大剪應(yīng)力平面與大主應(yīng)力平面成45 角，正應(yīng)力角，正應(yīng)力 =(1+ 3 )/2=345kPa, f= =133.72kPa 剪應(yīng)力剪應(yīng)力= (1- 3 )/2=130kPa tan f c 由于由于 ；c c a a 用若干點(diǎn)的

22、最小二乘法用若干點(diǎn)的最小二乘法 確定確定a 和和 然后計(jì)算強(qiáng)度指標(biāo)然后計(jì)算強(qiáng)度指標(biāo)c和和 確定強(qiáng)度指標(biāo)確定強(qiáng)度指標(biāo) o q p a 5-6 5-6 應(yīng)力路徑的概念及其在強(qiáng)度問題中的應(yīng)用應(yīng)力路徑的概念及其在強(qiáng)度問題中的應(yīng)用 三、三、K Kf f線線 強(qiáng)度包線與破壞主應(yīng)力線的關(guān)系強(qiáng)度包線與破壞主應(yīng)力線的關(guān)系 5-6 5-6 應(yīng)力路徑的概念及其在強(qiáng)度問題中的應(yīng)用應(yīng)力路徑的概念及其在強(qiáng)度問題中的應(yīng)用 四、幾種典型條件下的應(yīng)力路徑四、幾種典型條件下的應(yīng)力路徑 三軸試驗(yàn)中的應(yīng)力路徑：三軸試驗(yàn)中的應(yīng)力路徑：ABAB、ACAC表示表示 不變，增加不變，增加 ，即常，即常 規(guī)三軸；規(guī)三軸；ADAD、AEAE為保

23、持為保持 ，減小，減小 ，即伸長破壞。，即伸長破壞。 A B C E D 1 增加 3 減小 O 1 3 1 3 實(shí)驗(yàn)室伸長破壞的強(qiáng)度要比壓縮破壞的強(qiáng)度低實(shí)驗(yàn)室伸長破壞的強(qiáng)度要比壓縮破壞的強(qiáng)度低15%15%20%20%。 5-6 5-6 應(yīng)力路徑的概念及其在強(qiáng)度問題中的應(yīng)用應(yīng)力路徑的概念及其在強(qiáng)度問題中的應(yīng)用 四、幾種典型條件下的應(yīng)力路徑四、幾種典型條件下的應(yīng)力路徑 三軸固結(jié)排水剪應(yīng)力路徑三軸固結(jié)排水剪應(yīng)力路徑ABAB，是斜率為是斜率為1 1的直線；伸長試驗(yàn)應(yīng)力的直線；伸長試驗(yàn)應(yīng)力 路徑是斜率為路徑是斜率為-1-1的直線。有效應(yīng)力路徑與總應(yīng)力路徑相同。的直線。有效應(yīng)力路徑與總應(yīng)力路徑相同。 p

24、(p) q u Kf Kf 正常固結(jié)土CU試驗(yàn) TSP ESP p q Kf 三軸伸長三軸伸長 正常固結(jié)土CD試驗(yàn) 三軸壓縮三軸壓縮 45 45 A B C 三軸固結(jié)不排水剪，總應(yīng)力路徑三軸固結(jié)不排水剪，總應(yīng)力路徑AMAM斜率為斜率為1 1；有效應(yīng)力路徑；有效應(yīng)力路徑ANAN上上 每一點(diǎn)的每一點(diǎn)的p p 值均與總應(yīng)力 值均與總應(yīng)力p p對(duì)應(yīng)的點(diǎn)相差孔隙水壓力對(duì)應(yīng)的點(diǎn)相差孔隙水壓力u u，正常固正常固 結(jié)粘土剪切破壞時(shí)孔壓為正，結(jié)粘土剪切破壞時(shí)孔壓為正，ESPESP在在TSPTSP左邊。左邊。 A M N 5-6 5-6 應(yīng)力路徑的概念及其在強(qiáng)度問題中的應(yīng)用應(yīng)力路徑的概念及其在強(qiáng)度問題中的應(yīng)用

25、四、幾種典型條件下的應(yīng)力路徑四、幾種典型條件下的應(yīng)力路徑 幾種典型工程的應(yīng)力路徑幾種典型工程的應(yīng)力路徑 )( hv2 1 )( hv2 1 hv hv 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 一、一、無粘性土無粘性土的剪切性狀的剪切性狀 1.無粘性土無粘性土的的內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角 由于由于無粘性無粘性土的透水性強(qiáng)，它在現(xiàn)場的受剪過程大多相當(dāng)于土的透水性強(qiáng)，它在現(xiàn)場的受剪過程大多相當(dāng)于 固結(jié)排水剪情況，由固結(jié)排水剪試驗(yàn)求得的強(qiáng)度包線一般為固結(jié)排水剪情況，由固結(jié)排水剪試驗(yàn)求得的強(qiáng)度包線一般為 通過坐標(biāo)于原點(diǎn)的直線，可表達(dá)為通過坐標(biāo)于原點(diǎn)的直線，可表達(dá)為f=tand 式中：式中：

26、d固結(jié)排水剪求得的內(nèi)摩擦角。固結(jié)排水剪求得的內(nèi)摩擦角。 抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度取決于有效法向應(yīng)力和內(nèi)摩擦角。內(nèi)摩擦角與初始取決于有效法向應(yīng)力和內(nèi)摩擦角。內(nèi)摩擦角與初始 孔隙比孔隙比、顆粒形狀、表面粗糙度和級(jí)配、顆粒形狀、表面粗糙度和級(jí)配有關(guān)有關(guān)；松砂內(nèi)摩擦角松砂內(nèi)摩擦角 大致等于天然休止角。大致等于天然休止角。 一、一、無粘性無粘性土的剪切性狀土的剪切性狀 2. 無粘性土的應(yīng)力應(yīng)變特性無粘性土的應(yīng)力應(yīng)變特性 剪縮性剪縮性、剪脹性剪脹性 無粘性無粘性土的土的密實(shí)度密實(shí)度不同，在受剪過程中將顯示出不同的性狀。松砂受剪時(shí)，不同，在受剪過程中將顯示出不同的性狀。松砂受剪時(shí)， 顆粒滾落到平衡位置，排列得更緊密

27、些，所以它的體積縮小，把這種因剪切顆粒滾落到平衡位置，排列得更緊密些，所以它的體積縮小，把這種因剪切 而體積縮小的現(xiàn)象稱為剪縮性；反之，緊砂受剪時(shí)，顆粒必須升高以離開它而體積縮小的現(xiàn)象稱為剪縮性；反之，緊砂受剪時(shí)，顆粒必須升高以離開它 們?cè)瓉淼奈恢枚舜瞬拍芟嗷セ^，從而導(dǎo)致體積膨脹，把這種現(xiàn)象稱為剪們?cè)瓉淼奈恢枚舜瞬拍芟嗷セ^，從而導(dǎo)致體積膨脹，把這種現(xiàn)象稱為剪 脹性。脹性。 然而，緊砂的這種剪脹趨勢隨圍壓的增大然而，緊砂的這種剪脹趨勢隨圍壓的增大、土粒的破碎而逐漸消失。在高土粒的破碎而逐漸消失。在高 周圍壓力下，不論砂土的松緊如何周圍壓力下，不論砂土的松緊如何,受剪都將剪縮。受剪都將剪縮

28、。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 一、一、無粘性無粘性土的剪切性狀土的剪切性狀 應(yīng)變硬化型應(yīng)變硬化型、應(yīng)變軟化型應(yīng)變軟化型 松砂的強(qiáng)度逐漸增大，應(yīng)力軸松砂的強(qiáng)度逐漸增大，應(yīng)力軸 向應(yīng)變關(guān)系呈應(yīng)變硬化型，它的向應(yīng)變關(guān)系呈應(yīng)變硬化型，它的 體積則逐漸減小。體積則逐漸減小。 緊砂的強(qiáng)度達(dá)一定值后，隨著軸緊砂的強(qiáng)度達(dá)一定值后，隨著軸 向應(yīng)變的繼續(xù)增加強(qiáng)度反而減小向應(yīng)變的繼續(xù)增加強(qiáng)度反而減小 ，應(yīng)力軸向應(yīng)變關(guān)系最后呈隨，應(yīng)力軸向應(yīng)變關(guān)系最后呈隨 應(yīng)變軟化型，它的體積開始時(shí)稍應(yīng)變軟化型，它的體積開始時(shí)稍 有減小，繼而增加，超過了它的有減小，繼而增加，超過了它的 初始體積。初

29、始體積。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 一、一、無粘性無粘性土的剪切性狀土的剪切性狀 殘余強(qiáng)度殘余強(qiáng)度 緊砂的強(qiáng)度達(dá)一定值后，隨著軸緊砂的強(qiáng)度達(dá)一定值后，隨著軸 向應(yīng)變的繼續(xù)增加強(qiáng)度減小，向應(yīng)變的繼續(xù)增加強(qiáng)度減小，最最 后趨于與松砂相同的恒定值，這后趨于與松砂相同的恒定值，這 一恒定的強(qiáng)度稱為一恒定的強(qiáng)度稱為應(yīng)力軸向應(yīng)應(yīng)力軸向應(yīng) 殘余強(qiáng)度。殘余強(qiáng)度。 密砂的這種強(qiáng)度減小被認(rèn)為是剪密砂的這種強(qiáng)度減小被認(rèn)為是剪 應(yīng)變克服了土粒間的咬合作用之應(yīng)變克服了土粒間的咬合作用之 后，無粘性土結(jié)構(gòu)崩解變松的結(jié)后，無粘性土結(jié)構(gòu)崩解變松的結(jié) 果。果。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的

30、剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 一、砂性土的剪切性狀一、砂性土的剪切性狀 4. 砂土的砂土的 振動(dòng)振動(dòng)液化液化 液化液化被定義為任何物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體的行為或過程。對(duì)于飽和被定義為任何物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體的行為或過程。對(duì)于飽和 疏松的粉細(xì)砂，當(dāng)受到突發(fā)的動(dòng)力荷載時(shí)，例如地震荷載，疏松的粉細(xì)砂，當(dāng)受到突發(fā)的動(dòng)力荷載時(shí)，例如地震荷載， 一方面由于動(dòng)剪應(yīng)力的作用有使體積縮小的趨勢，另一方面一方面由于動(dòng)剪應(yīng)力的作用有使體積縮小的趨勢，另一方面 由于時(shí)間短來不及向外排水，因此就產(chǎn)生了很大的孔隙水應(yīng)由于時(shí)間短來不及向外排水，因此就產(chǎn)生了很大的孔隙水應(yīng) 力。按有效應(yīng)力原理，無粘性土的抗剪強(qiáng)度應(yīng)表達(dá)為力。按有效應(yīng)力原理

31、，無粘性土的抗剪強(qiáng)度應(yīng)表達(dá)為 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 當(dāng)動(dòng)荷載引起的超孔隙水壓力當(dāng)動(dòng)荷載引起的超孔隙水壓力u達(dá)到達(dá)到時(shí)，則有效應(yīng)力為零時(shí)，則有效應(yīng)力為零 ，抗剪強(qiáng)度為零，此時(shí)無粘性土地基喪失承載力。，抗剪強(qiáng)度為零，此時(shí)無粘性土地基喪失承載力。 此外，振動(dòng)液化也可能發(fā)生在低塑性粘性土、粉土之中。此外，振動(dòng)液化也可能發(fā)生在低塑性粘性土、粉土之中。 振前松砂的振前松砂的 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 振中顆粒懸浮，振中顆粒懸浮， 有效應(yīng)力為零有效應(yīng)力為零 振后砂土振后砂土 變密實(shí)變密實(shí) 4. 砂土的砂土的 振動(dòng)振動(dòng)液化液化 液化機(jī)理及危害液化機(jī)理及危害 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土

32、的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 松砂層松砂層 地下水位地下水位 地震荷載地震荷載 建筑建筑 物物 噴噴 砂砂 地面下沉地面下沉 噴砂噴砂 遺井遺井 排出的剩排出的剩 余孔隙水余孔隙水 二、粘性土的剪切性狀二、粘性土的剪切性狀 1、 正常固結(jié)粘土正常固結(jié)粘土 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 在飽和土的不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中，總強(qiáng)度包線為一水平線。在飽和土的不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中，總強(qiáng)度包線為一水平線。 所以所以 ， 0 u 2 31ff uf c 不固結(jié)不排水強(qiáng)度（不固結(jié)不排水強(qiáng)度（UU） 1、 正常固結(jié)粘土正常固結(jié)粘土 固結(jié)不排水強(qiáng)度（固結(jié)不排水強(qiáng)度（CU） 固結(jié)不

33、排水剪切試驗(yàn)的過程如圖所示。固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)的過程如圖所示。 正常固結(jié)土的正常固結(jié)土的CU試驗(yàn)總強(qiáng)度線是如圖所示一條通過坐試驗(yàn)總強(qiáng)度線是如圖所示一條通過坐 標(biāo)原點(diǎn)的直線，傾角為標(biāo)原點(diǎn)的直線，傾角為 ， 。其抗剪強(qiáng)度可表其抗剪強(qiáng)度可表 示為示為 cu 0 cu c cuf tg 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 固結(jié)不排水強(qiáng)度（固結(jié)不排水強(qiáng)度（CU） 若在固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中量測孔隙水應(yīng)力，則結(jié)果可用有效應(yīng)力若在固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中量測孔隙水應(yīng)力，則結(jié)果可用有效應(yīng)力 整理。從破壞時(shí)的總應(yīng)力中減去整理。從破壞時(shí)的總應(yīng)力中減去 ,可得到相應(yīng)破壞時(shí)的有效大主可得到相應(yīng)破壞時(shí)的

34、有效大主 應(yīng)力應(yīng)力 和有效小主應(yīng)力和有效小主應(yīng)力 及破壞應(yīng)力圓，繪出這些破壞應(yīng)力圓及破壞應(yīng)力圓，繪出這些破壞應(yīng)力圓 的包線，可得有效應(yīng)力強(qiáng)度包線。由于正常固結(jié)土剪破時(shí)的孔隙的包線，可得有效應(yīng)力強(qiáng)度包線。由于正常固結(jié)土剪破時(shí)的孔隙 水應(yīng)力為正值，則剪破時(shí)的有效應(yīng)力圓總在總應(yīng)力圓的左邊。有水應(yīng)力為正值，則剪破時(shí)的有效應(yīng)力圓總在總應(yīng)力圓的左邊。有 效應(yīng)力強(qiáng)度包線也是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，直線的傾角效應(yīng)力強(qiáng)度包線也是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，直線的傾角 大于大于 ， ，于是用有效應(yīng)力表示的于是用有效應(yīng)力表示的CU試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度為試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度為 tg f f u f1 f3 cu 0 c 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)

35、中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 1、 正常固結(jié)粘土正常固結(jié)粘土 固結(jié)排水強(qiáng)度（固結(jié)排水強(qiáng)度（CD) 固結(jié)排水剪切試驗(yàn)的過程如圖所示。固結(jié)排水剪切試驗(yàn)的過程如圖所示。 如圖所示，由于試驗(yàn)過程中孔隙水應(yīng)力始終保持為零，有效如圖所示，由于試驗(yàn)過程中孔隙水應(yīng)力始終保持為零，有效 應(yīng)力就等于外加總應(yīng)力，極限總應(yīng)力圓就是極限有效應(yīng)力圓應(yīng)力就等于外加總應(yīng)力，極限總應(yīng)力圓就是極限有效應(yīng)力圓 ，因而總應(yīng)力強(qiáng)度包線即為有效應(yīng)力強(qiáng)度包線。，因而總應(yīng)力強(qiáng)度包線即為有效應(yīng)力強(qiáng)度包線。CD試驗(yàn)中的試驗(yàn)中的 有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)常用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)常用 ， 表示。其強(qiáng)度包線是一條通過表示。其強(qiáng)度包線是一條通過 坐標(biāo)原點(diǎn)的

36、直線，其傾角為坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，其傾角為 ， 。于是，于是，CD試驗(yàn)抗試驗(yàn)抗 剪強(qiáng)度可表示為剪強(qiáng)度可表示為 d c d d 0 d c df tg 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 1、 正常固結(jié)粘土正常固結(jié)粘土三種結(jié)果比較三種結(jié)果比較 將上述三種三軸壓縮試驗(yàn)的結(jié)果匯總將上述三種三軸壓縮試驗(yàn)的結(jié)果匯總 于圖中。由圖可見，對(duì)于同一種正常于圖中。由圖可見，對(duì)于同一種正常 固結(jié)的飽和粘土，當(dāng)采用三種不同的固結(jié)的飽和粘土，當(dāng)采用三種不同的 試驗(yàn)方法來測定其抗剪強(qiáng)度時(shí)，其強(qiáng)試驗(yàn)方法來測定其抗剪強(qiáng)度時(shí)，其強(qiáng) 度包線是不同的。其中度包線是不同的。其中UU試驗(yàn)結(jié)果是試驗(yàn)結(jié)果是 一條水

37、平線，一條水平線，CU和和CD試驗(yàn)各是一條試驗(yàn)各是一條 通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。三種方法所得。三種方法所得 到的強(qiáng)度指標(biāo)間的關(guān)系是到的強(qiáng)度指標(biāo)間的關(guān)系是 ，0 dcuu ccc0 ucud 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 1、 正常固結(jié)粘土正常固結(jié)粘土 三種試驗(yàn)結(jié)果比較三種試驗(yàn)結(jié)果比較 試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)用有效應(yīng)力表示試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，三種剪試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)用有效應(yīng)力表示試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，三種剪 切試驗(yàn)將得到基本相同的強(qiáng)度包線及十分接近的有效應(yīng)切試驗(yàn)將得到基本相同的強(qiáng)度包線及十分接近的有效應(yīng) 力強(qiáng)度指標(biāo)，這就意味著同一種土三種試驗(yàn)的試樣將沿力強(qiáng)度指標(biāo)，這就意味著同

38、一種土三種試驗(yàn)的試樣將沿 著同一平面剪破。著同一平面剪破。 實(shí)測資料表明，實(shí)測資料表明，f通常約為通常約為60，而粘性土的，而粘性土的 一般在一般在 30左右，實(shí)測的左右，實(shí)測的f角接近于角接近于 ，這也是有效應(yīng)這也是有效應(yīng) 力概念下的理論剪破角。力概念下的理論剪破角。 正常固結(jié)土為應(yīng)變硬化型，體變多表現(xiàn)為剪縮正常固結(jié)土為應(yīng)變硬化型，體變多表現(xiàn)為剪縮。 5-5 5-5 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 2/45 2、 超超固結(jié)粘土固結(jié)粘土三軸試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變特性三軸試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變特性 超固結(jié)粘土三軸試驗(yàn)指對(duì)試樣施加的圍壓即初始有效固結(jié)超固結(jié)粘土三軸試驗(yàn)指對(duì)試樣施加的圍壓即初始有效固結(jié) 應(yīng)

39、力小于先期固結(jié)壓力。其三軸應(yīng)力小于先期固結(jié)壓力。其三軸試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)類似于密砂出現(xiàn)類似于密砂 的剪漲特性的剪漲特性。CD試驗(yàn)試樣破壞時(shí)的體積增大（膨脹）。試驗(yàn)試樣破壞時(shí)的體積增大（膨脹）。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 超固結(jié)土超固結(jié)土 正常固結(jié)土正常固結(jié)土 a V V O a O 31 超固結(jié)土超固結(jié)土 正常固結(jié)土正常固結(jié)土 f31 )( f31 )( 應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)變曲線曲線 CD試驗(yàn)試驗(yàn)體變應(yīng)變體變應(yīng)變曲線曲線 2、 超超固結(jié)粘土固結(jié)粘土三軸試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變特性三軸試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變特性 在在UU、CU試驗(yàn)中，試樣體積不變，試樣內(nèi)先出現(xiàn)正的孔壓試驗(yàn)中，試樣體積

40、不變，試樣內(nèi)先出現(xiàn)正的孔壓 ，隨后減小。弱固結(jié)土破壞時(shí)的孔壓小于正常固結(jié)土，強(qiáng)超，隨后減小。弱固結(jié)土破壞時(shí)的孔壓小于正常固結(jié)土，強(qiáng)超 固結(jié)粘土破壞時(shí)的孔壓可能為負(fù)。固結(jié)粘土破壞時(shí)的孔壓可能為負(fù)。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 UU試驗(yàn)試驗(yàn)孔壓應(yīng)變孔壓應(yīng)變曲線曲線 CU試驗(yàn)試驗(yàn)孔壓應(yīng)變孔壓應(yīng)變曲線曲線 強(qiáng)超固結(jié)強(qiáng)超固結(jié) a u u O 1 u 超固結(jié)土超固結(jié)土 正常固結(jié)土正常固結(jié)土 a u u O f u f u 弱超固結(jié)弱超固結(jié) 2、 超超固結(jié)粘土固結(jié)粘土三軸試驗(yàn)三軸試驗(yàn) UU試驗(yàn)試驗(yàn) 在在UU試驗(yàn)中，一組試樣具有相同直徑的破壞應(yīng)力圓，強(qiáng)度試驗(yàn)中，一組試樣具有相

41、同直徑的破壞應(yīng)力圓，強(qiáng)度 包線是一條水平線，有效應(yīng)力圓與總應(yīng)力圓等直徑。包線是一條水平線，有效應(yīng)力圓與總應(yīng)力圓等直徑。 A、B為強(qiáng)超固結(jié)總應(yīng)力圓，為強(qiáng)超固結(jié)總應(yīng)力圓，C為弱超固結(jié)總應(yīng)力圓。為弱超固結(jié)總應(yīng)力圓。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 O 有效應(yīng)力圓有效應(yīng)力圓 u c f A BC A ufB uf C uf f1 f3 0 u 2、 超超固結(jié)粘土固結(jié)粘土三軸試驗(yàn)三軸試驗(yàn) CU試驗(yàn)試驗(yàn) 超固結(jié)粘土超固結(jié)粘土CU試驗(yàn)的強(qiáng)度包線（試驗(yàn)的強(qiáng)度包線（ ）是一條不通過圓點(diǎn)的）是一條不通過圓點(diǎn)的 直線。直線。A為強(qiáng)超固結(jié)總應(yīng)力圓（破壞時(shí)孔隙水壓力為負(fù)），為強(qiáng)超固結(jié)總應(yīng)力

42、圓（破壞時(shí)孔隙水壓力為負(fù)），B為為 弱超固結(jié)總應(yīng)力圓（破壞時(shí)孔壓為正）。弱超固結(jié)總應(yīng)力圓（破壞時(shí)孔壓為正）。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 O 有效應(yīng)力強(qiáng)度包線有效應(yīng)力強(qiáng)度包線 cu c f A B cu c 3 c 總應(yīng)力強(qiáng)度包線總應(yīng)力強(qiáng)度包線 2、 超超固結(jié)粘土固結(jié)粘土三軸試驗(yàn)三軸試驗(yàn) CD試驗(yàn)試驗(yàn) CD試驗(yàn)過程中總應(yīng)力等于有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力強(qiáng)度包線即有試驗(yàn)過程中總應(yīng)力等于有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力強(qiáng)度包線即有 效應(yīng)力強(qiáng)度包線。是一條不過圓點(diǎn)的微彎曲線，簡化為直線。效應(yīng)力強(qiáng)度包線。是一條不過圓點(diǎn)的微彎曲線，簡化為直線。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸

43、試驗(yàn)中土的剪切性狀 O 強(qiáng)度包線強(qiáng)度包線 ccd f d )( f3f3 )( f1f1 2、 超超固結(jié)粘土固結(jié)粘土三軸試驗(yàn)三軸試驗(yàn) UU、CU、CD試驗(yàn)比較試驗(yàn)比較 時(shí)，超固結(jié)粘土?xí)r，超固結(jié)粘土CU、CD強(qiáng)度包線簡化為一條不通過圓強(qiáng)度包線簡化為一條不通過圓 點(diǎn)的直線，點(diǎn)的直線， 時(shí)，與正常固結(jié)粘土強(qiáng)度包線重合，為過圓點(diǎn)時(shí)，與正常固結(jié)粘土強(qiáng)度包線重合，為過圓點(diǎn) 的直線。強(qiáng)度指標(biāo)關(guān)系的直線。強(qiáng)度指標(biāo)關(guān)系 ， 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 O 超固結(jié)超固結(jié) 正常固結(jié)正常固結(jié) u c f cu c 3 d c c 3 c 試驗(yàn)UU cu c d 0 u 試驗(yàn)CU 試驗(yàn)

44、CD 有效應(yīng)力圓有效應(yīng)力圓 總應(yīng)力圓總應(yīng)力圓 dcuu ccc0 ucud 【例題例題52】從某一飽和黏土樣中切取三個(gè)試樣進(jìn)行固結(jié)從某一飽和黏土樣中切取三個(gè)試樣進(jìn)行固結(jié) 不排水剪試驗(yàn)。三個(gè)試樣所受圍壓、剪破時(shí)大主應(yīng)力及剪不排水剪試驗(yàn)。三個(gè)試樣所受圍壓、剪破時(shí)大主應(yīng)力及剪 破時(shí)孔隙水壓力見附表。試求總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)破時(shí)孔隙水壓力見附表。試求總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) ， 和有和有 效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) ， 。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 cu c cu c 3 1fu 試樣編號(hào) (kPa) (kPa) (kPa) 50149.812.5 100244.537.2 20

45、0433.986.6 3 1 f u 【解】【解】 解法解法1：按照應(yīng)力圓繪圖求解：按照應(yīng)力圓繪圖求解 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 cucu 20kPa,18c 10kPa,28c cu 18 【解】【解】 解法解法2：按照應(yīng)力路徑的線求解：按照應(yīng)力路徑的線求解 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 1313 , 22 pq 試樣編號(hào) (kPa) (kPa)(kPa) p (kPa) q (kPa) 50149.812.599.949.9 100244.537.2172.2572.25 200433.986.6316.95116.95

46、3 1 f u 解法解法2：按照應(yīng)力路徑的線求解：按照應(yīng)力路徑的線求解 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 cucu 20.02kPa,17.99c 0.30891519.039392qp f K sintan cos a c 同理，計(jì)算得到有效應(yīng)力表示的強(qiáng)度參數(shù)同理，計(jì)算得到有效應(yīng)力表示的強(qiáng)度參數(shù) 0.4690458.905456qp 10.08kPa,27.97c 解法解法3：按照極限平衡條件求解：按照極限平衡條件求解 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 cucu 20.02kPa,17.99c 同理，計(jì)算得到有效應(yīng)力表示的強(qiáng)度參數(shù)同理，

47、計(jì)算得到有效應(yīng)力表示的強(qiáng)度參數(shù) 10.08kPa,27.97c 2 13 tan (45)2tan(45) 22 ff c 2 tan (45),2tan(45) 22 xyc 13ff xy 50149.8 100244.5 xy xy 1.894 55.1 x y 3、 粘土粘土的殘余強(qiáng)度的殘余強(qiáng)度 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 O 超固結(jié)土峰值超固結(jié)土峰值 d 豎向壓力豎向壓力= 正常固結(jié)土峰值正常固結(jié)土峰值 重塑土重塑土 s 殘余強(qiáng)度殘余強(qiáng)度 O c 超固結(jié)土超固結(jié)土 正常固結(jié)土正常固結(jié)土 d d f 粘土的殘余強(qiáng)度與它的應(yīng)力歷史有關(guān)；粘土的殘余強(qiáng)度與它

48、的應(yīng)力歷史有關(guān)； 在大剪切位移下超固結(jié)粘土的強(qiáng)度降低幅度比正常固結(jié)粘土大；在大剪切位移下超固結(jié)粘土的強(qiáng)度降低幅度比正常固結(jié)粘土大； 殘余強(qiáng)度為通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。殘余強(qiáng)度為通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。 4. 粘土的結(jié)構(gòu)性與靈敏度粘土的結(jié)構(gòu)性與靈敏度 土的強(qiáng)度同土的強(qiáng)度同土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。有著密切的關(guān)系。 粘土的強(qiáng)度（或其它性質(zhì)）隨著其結(jié)構(gòu)的改變而發(fā)生變化的特性稱為粘土的強(qiáng)度（或其它性質(zhì)）隨著其結(jié)構(gòu)的改變而發(fā)生變化的特性稱為 土的結(jié)構(gòu)性土的結(jié)構(gòu)性。 某些在含水率不變的條件下使其原有結(jié)構(gòu)受徹底擾動(dòng)的粘土，稱為某些在含水率不變的條件下使其原有結(jié)構(gòu)受徹底擾動(dòng)的粘土，稱為重重 塑土塑土。粘土對(duì)結(jié)構(gòu)

49、擾動(dòng)的敏感程度可用。粘土對(duì)結(jié)構(gòu)擾動(dòng)的敏感程度可用靈敏度靈敏度表示。表示。靈敏度定義為原靈敏度定義為原 狀試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與相同含水率下重塑試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度狀試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與相同含水率下重塑試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 之比之比 式中：式中： St粘土的靈敏度；粘土的靈敏度； qu原狀試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度；原狀試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度； qu重塑試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。重塑試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。 u u t q q s 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 粘土的粘土的觸變性觸變性 對(duì)于靈敏度高的粘土，經(jīng)重塑后停止擾動(dòng)，靜置一段時(shí)對(duì)于靈敏度高的粘土，經(jīng)重塑后停止擾動(dòng)，靜置

50、一段時(shí) 間后其強(qiáng)度又會(huì)部分恢復(fù)。在含水率不變的條件下粘土間后其強(qiáng)度又會(huì)部分恢復(fù)。在含水率不變的條件下粘土 因重塑而軟化（強(qiáng)度降低），軟化后又隨靜置時(shí)間的延因重塑而軟化（強(qiáng)度降低），軟化后又隨靜置時(shí)間的延 長而硬化（強(qiáng)度增長）的這種性質(zhì)稱為長而硬化（強(qiáng)度增長）的這種性質(zhì)稱為粘土的觸變性粘土的觸變性。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 5. 粘土的蠕變粘土的蠕變 在剪切過程中土的在剪切過程中土的蠕變?nèi)渥兪侵冈诤愣魬?yīng)力作用下應(yīng)變隨是指在恒定剪應(yīng)力作用下應(yīng)變隨 時(shí)間而增長的現(xiàn)象。時(shí)間而增長的現(xiàn)象。如圖為如圖為三軸不排水試驗(yàn)中在不同（三軸不排水試驗(yàn)中在不同（1- 3)作用下

51、軸向應(yīng)變變化過程線，即作用下軸向應(yīng)變變化過程線，即蠕變曲線蠕變曲線。 由圖可見，當(dāng)主應(yīng)力差很由圖可見，當(dāng)主應(yīng)力差很 小時(shí)，軸向應(yīng)變幾乎在瞬間發(fā)小時(shí)，軸向應(yīng)變幾乎在瞬間發(fā) 生，之后蠕變緩慢發(fā)展，軸向生，之后蠕變緩慢發(fā)展，軸向 應(yīng)變時(shí)間關(guān)系曲線最后呈水應(yīng)變時(shí)間關(guān)系曲線最后呈水 平線，土不會(huì)發(fā)生蠕變破壞。平線，土不會(huì)發(fā)生蠕變破壞。 當(dāng)主應(yīng)力差較大時(shí)，蠕變速率會(huì)相應(yīng)增大。當(dāng)主應(yīng)力差達(dá)當(dāng)主應(yīng)力差較大時(shí)，蠕變速率會(huì)相應(yīng)增大。當(dāng)主應(yīng)力差達(dá) 到某一值后，軸向應(yīng)變不斷發(fā)展，應(yīng)變速率增大，最終導(dǎo)到某一值后，軸向應(yīng)變不斷發(fā)展，應(yīng)變速率增大，最終導(dǎo) 致蠕變破壞。致蠕變破壞。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸

52、試驗(yàn)中土的剪切性狀 如圖所示，蠕變破壞的過程包括以下幾個(gè)階段：如圖所示，蠕變破壞的過程包括以下幾個(gè)階段： （1）彈性應(yīng)變階段彈性應(yīng)變階段：圖中：圖中OA段，對(duì)土而言，此階段的應(yīng)變值很??；段，對(duì)土而言，此階段的應(yīng)變值很??； （2）初始蠕變階段初始蠕變階段：圖中：圖中AB段，在這一階段，蠕變速率由大變小，如果這時(shí)段，在這一階段，蠕變速率由大變小，如果這時(shí) 卸除主應(yīng)力差，則先恢復(fù)瞬時(shí)彈性應(yīng)變，繼而恢復(fù)初期蠕變；卸除主應(yīng)力差，則先恢復(fù)瞬時(shí)彈性應(yīng)變，繼而恢復(fù)初期蠕變； （3）穩(wěn)定蠕變階段穩(wěn)定蠕變階段：圖中：圖中BC段，這一階段的蠕變速率為常數(shù)，這時(shí)若卸除主段，這一階段的蠕變速率為常數(shù)，這時(shí)若卸除主 應(yīng)力

53、差，土也將存在永久變形；應(yīng)力差，土也將存在永久變形； （4）加速蠕變階段加速蠕變階段：在這一階段，蠕變速率迅速增長，最后達(dá)到破壞。：在這一階段，蠕變速率迅速增長，最后達(dá)到破壞。 5-7 5-7 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 End of Chapter 5 結(jié)束 在外荷載的作用下，土體中任一截面將同時(shí)產(chǎn)生法向在外荷載的作用下，土體中任一截面將同時(shí)產(chǎn)生法向 應(yīng)力和剪應(yīng)力，其中應(yīng)力和剪應(yīng)力，其中法向應(yīng)力作用將使土體發(fā)生壓密法向應(yīng)力作用將使土體發(fā)生壓密 ，而，而剪應(yīng)力作用可使土體發(fā)生剪切變形剪應(yīng)力作用可使土體發(fā)生剪切變形。 當(dāng)土中一點(diǎn)某一截面上由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土當(dāng)土中一點(diǎn)某一截面上由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土 的抗剪強(qiáng)度時(shí)，它將沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑的抗剪強(qiáng)度時(shí)，它將沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑 動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。 土的破壞主要是由于剪切所引起