高等土力學(李廣信)35-土的排水與不排水強度課件

3.5

土的排水與不排水強度3.5.1

概述3.5.2

砂土的排水和不排水強度3.5.3

粘土的排水與不排水強度3.5土的排水與不排水強度3.5.1概述13.5.1

概述由于顆粒間接觸點的面積很小。圖3－53土粒的接觸飽和土的有效應力原理：3.5.1概述由于顆粒間接觸點的面積很小。圖3－53土粒23.6.1

概述飽和土的有效應力原理：有效應力部分產(chǎn)生抗剪強度。圖3－54土的有效應力原理示意圖3.6.1概述飽和土的有效應力原理：有效應力部分產(chǎn)生抗剪強3有效應力原理的適用范圍巖石與混凝土、非飽和土有效應力原理不一定適用某些多孔介質(zhì)的孔隙與固體可能都是連續(xù)的，固體的接觸面積不可忽略。圖3－55某些多孔介質(zhì)的孔隙有效應力原理的適用范圍某些多孔介質(zhì)的孔隙與固體可能都是連續(xù)的4孔壓系數(shù)三軸應力狀態(tài)的孔壓系數(shù)A與B一般應力狀態(tài)的孔壓系數(shù)B、a和c孔壓系數(shù)三軸應力狀態(tài)的孔壓系數(shù)A與B一般應力狀態(tài)的孔壓系數(shù)B5B=?孔隙流體小0（飽和）土骨架——壓縮系數(shù)大B=1B=0圖3－56孔壓系數(shù)BB=?孔隙流體小0（飽和）土骨架——壓縮系數(shù)大B=1B=06塊石或土(10-4×kPa-1)n（%）B巴斯石灰?guī)r0.06150.468滑石0.25300.647密砂15400.988硬粘土80420.997軟粘土400550.999表不同巖土的孔壓系數(shù)B塊石或土(10-4×kPa-1)nB巴斯石灰?guī)r0.061507非飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CUSr孔壓系數(shù)B飽和度圖3－78飽和度與孔壓系數(shù)B非飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CUSr孔壓系數(shù)B飽和度圖3－8對于彈塑性模型，相適應流動規(guī)則：B=1.0孔壓系數(shù)a:孔壓系數(shù)c:一般應力狀態(tài)下：其中對于彈塑性模型，相適應流動規(guī)則：B=1.0孔壓系數(shù)a:孔壓93.5.2砂土的排水和不排水強度密砂松砂圖3－57

砂土的排水試驗3.5.2砂土的排水和不排水強度密砂松砂圖3－57砂土10A:CU,Dr=30%B:CU,Dr=44%圖3－58不同密度砂土的三軸試驗C:CU,Dr

=47%D:CD,Dr

=30%c=400kPaA:CU,Dr=30%圖3－58不11圖3－59松砂土的最大應力差與最大應力比0((-總應力強度(峰值）有效應力強度最大應力差對應的強度總應力強度(殘余）(-1圖3－59松砂土的最大應力差與最大應力比0(12臨水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水總應力殘余強度只有3～5。圖3－60水松砂岸坡的流滑（液化）1-3臨水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水總應力殘余強度只有3～5133.5.3

粘土的排水與不排水強度1.飽和粘土的排水試驗CD2.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CU3.固結(jié)不排水試驗（CU）確定的強度指標4.粘土的不固結(jié)不排水試驗（UU）5.排水和不排水強度指標的工程應用6.非飽和土的強度與強度理論3.5.3粘土的排水與不排水強度1.飽和粘土的排水試驗C141.飽和粘土的排水試驗CDe正常固結(jié)粘土0固結(jié)壓縮試驗固結(jié)排水試驗強度包線（過原點）圖3－61正常固結(jié)粘土的壓縮曲線與強度包線1.飽和粘土的排水試驗CDe正常固結(jié)粘土0固結(jié)壓縮試驗151.飽和粘土的排水試驗CDe超固結(jié)粘土固結(jié)壓縮試驗固結(jié)排水試驗強度包線圖3－62超固結(jié)粘土的壓縮曲線與強度包線1.飽和粘土的排水試驗CDe超固結(jié)粘土固結(jié)壓縮試驗固162.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CU正常固結(jié)土－減縮（正孔壓）；超固結(jié)土－剪脹（負孔壓）圖3－63粘土的三軸固結(jié)不排水試驗2.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CU正常固結(jié)土－減縮（正孔173.

固結(jié)不排水試驗（CU）確定的強度指標超固結(jié)土正常固結(jié)土超固結(jié)土圖3－64總應力路徑與有效應力路徑3.固結(jié)不排水試驗（CU）確定的強度指標超固結(jié)土正常固結(jié)土18超固結(jié)正常固結(jié)p圖3－65先期固結(jié)壓力p附近的包線超固結(jié)正常固結(jié)p圖3－65先期固結(jié)壓力p附近的包19不固結(jié)不排水(UU)：unconsolidatedundrained固結(jié)不排水(CU)：consolidatedundrained固結(jié)排水(CD)：consolidateddrained

4.粘土的不固結(jié)不排水試驗（UU）不固結(jié)不排水(UU)：unconsolidatedundr20原狀土的不擾動取樣過程圖3－66

正常固結(jié)粘土的沉積、固結(jié)與取樣過程應力路徑原狀土的不擾動取樣過程圖3－66正常固結(jié)粘土的沉積、21（1）正常固結(jié)土的原位應力狀態(tài)vvhu=0h總應力超靜孔隙水壓力有效應力圖3－67原位應力狀態(tài)（1）正常固結(jié)土的原位應力狀態(tài)vvhu=0h總應力超22放入壓力室以前：體積不變,負孔壓

ur（2）取樣以后的應力狀態(tài)總應力有效應力v=-urh=-ur孔壓ur<000圖3－68原狀土取樣以后放入壓力室以前：體積不變,負孔壓ur（2）取樣以后的應力狀23如果：c=uc=－ur,則：u=0,′=c總應力c=ucvc=hc=c-ur-uc=-ur有效應力孔壓ur+ucuc＝c-ur-ur（3）施加圍壓后圖3－69施加圍壓c

產(chǎn)生超靜孔壓uc=

c如果：c=uc=－ur,則：u=0,′=c總24總應力vc=c+-ur-ucu=+uruhc=c+ur-ucu

=uru

有效應力孔壓ur+ucuc（4）剪切過程圖3－70施加軸向應力產(chǎn)生超靜孔壓±u總應力vc=c+-ur-ucu25總應力vc=c+-ur-ucuf=+uruf=1fhc=c+ur-ucuf=uruf=3f有效應力孔壓ur+ucufcf（5）試樣破壞時情況圖3－71試樣破壞時的應力狀態(tài)uf總應力vc=c+-ur-ucu26飽和土的不排水包線是一條水平線，其斜率uu＝u=0。圖3－72UU的強度包線飽和土的不排水包線是一條水平線，其斜率uu＝u=0。圖327非飽和粘土的三軸不排水試驗強度包線圖3－73

非飽和粘土UU的強度包線非飽和粘土的三軸不排水試驗強度包線圖3－73非飽和粘土UU285.排水和不排水強度指標的工程應用

（1）有效應力強度指標(CD)①對于砂土，在一般加載的速率下，用有效應力強度指標進行分析——CD。②對于粘性土，如果在計算中，超靜孔壓已經(jīng)全部消散(加載很慢），或者土中的孔隙水壓力可以準確地確定，也可以用有效應力強度指標。③有效應力強度指標可以通過排水試驗或者CU+孔壓量測來確定。5.排水和不排水強度指標的工程應用

（1）有效應力強度29（2）固結(jié)不排水（CU）強度指標

在一定的圍壓下固結(jié)已經(jīng)完成，很快施加剪應力，不能排水。（2）固結(jié)不排水（CU）強度指標在一定的圍壓30CU指標:軟粘土上（1）部分完成很長時間(2)部分快速施工的填方工程圖3－74軟粘土上分期填筑的土方工程CU指標:軟粘土上（1）部分完成很長時間圖3－74軟粘土上31水位驟降（土壩厚心墻）圖3－75土壩水位驟降水位驟降（土壩厚心墻）圖3－75土壩水位驟降32圖3－76天然土坡上快速填方圖3－76天然土坡上快速填方33（3）不排水（UU）強度指標

在原來的應力狀態(tài)上，施加圍壓和剪應力時，都不會排水，存在超靜孔壓。（3）不排水（UU）強度指標在原來的應力狀態(tài)上，34(c)粘土地基上，快速施工的建筑物(a)在軟粘土地基上快速施工的填方(b)土壩快速施工,竣工后,心墻未固結(jié)圖3－77UU強度指標的應用(c)粘土地基上，快速施工的建筑物(a)在軟粘土地基上快速施35土質(zhì)排水條件施工速度考慮的工況——根據(jù)對工程情況的了解，經(jīng)驗判斷選擇指標要考慮一下因素：土質(zhì)選擇指標要考慮一下因素：366.非飽和土的排水強度Bishop非飽和土的有效應力原理及強度準則：其中是一個與土的飽和度有關的參數(shù)，一般不易確定。6.非飽和土的排水強度Bishop非飽和土的有效應力原理及37弗雷德倫德（D.G.Fredlund）非飽和土的強度準則可見：

tg=tg，同樣不易確定。弗雷德倫德（D.G.Fredlund）非飽和土的強度準則38圖3－79非飽和土的強度包線圖3－79非飽和土的強度包線39s=ua-uwSr/%1000不是常數(shù)非飽和土的土水特征曲線圖3－80土水特征曲線s=ua-uwSr/%1000不是常數(shù)非飽和土的土水特征曲線403.5

土的排水與不排水強度3.5.1

概述3.5.2

砂土的排水和不排水強度3.5.3

粘土的排水與不排水強度3.5土的排水與不排水強度3.5.1概述413.5.1

概述由于顆粒間接觸點的面積很小。圖3－53土粒的接觸飽和土的有效應力原理：3.5.1概述由于顆粒間接觸點的面積很小。圖3－53土粒423.6.1

概述飽和土的有效應力原理：有效應力部分產(chǎn)生抗剪強度。圖3－54土的有效應力原理示意圖3.6.1概述飽和土的有效應力原理：有效應力部分產(chǎn)生抗剪強43有效應力原理的適用范圍巖石與混凝土、非飽和土有效應力原理不一定適用某些多孔介質(zhì)的孔隙與固體可能都是連續(xù)的，固體的接觸面積不可忽略。圖3－55某些多孔介質(zhì)的孔隙有效應力原理的適用范圍某些多孔介質(zhì)的孔隙與固體可能都是連續(xù)的44孔壓系數(shù)三軸應力狀態(tài)的孔壓系數(shù)A與B一般應力狀態(tài)的孔壓系數(shù)B、a和c孔壓系數(shù)三軸應力狀態(tài)的孔壓系數(shù)A與B一般應力狀態(tài)的孔壓系數(shù)B45B=?孔隙流體小0（飽和）土骨架——壓縮系數(shù)大B=1B=0圖3－56孔壓系數(shù)BB=?孔隙流體小0（飽和）土骨架——壓縮系數(shù)大B=1B=046塊石或土(10-4×kPa-1)n（%）B巴斯石灰?guī)r0.06150.468滑石0.25300.647密砂15400.988硬粘土80420.997軟粘土400550.999表不同巖土的孔壓系數(shù)B塊石或土(10-4×kPa-1)nB巴斯石灰?guī)r0.0615047非飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CUSr孔壓系數(shù)B飽和度圖3－78飽和度與孔壓系數(shù)B非飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CUSr孔壓系數(shù)B飽和度圖3－48對于彈塑性模型，相適應流動規(guī)則：B=1.0孔壓系數(shù)a:孔壓系數(shù)c:一般應力狀態(tài)下：其中對于彈塑性模型，相適應流動規(guī)則：B=1.0孔壓系數(shù)a:孔壓493.5.2砂土的排水和不排水強度密砂松砂圖3－57

砂土的排水試驗3.5.2砂土的排水和不排水強度密砂松砂圖3－57砂土50A:CU,Dr=30%B:CU,Dr=44%圖3－58不同密度砂土的三軸試驗C:CU,Dr

=47%D:CD,Dr

=30%c=400kPaA:CU,Dr=30%圖3－58不51圖3－59松砂土的最大應力差與最大應力比0((-總應力強度(峰值）有效應力強度最大應力差對應的強度總應力強度(殘余）(-1圖3－59松砂土的最大應力差與最大應力比0(52臨水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水總應力殘余強度只有3～5。圖3－60水松砂岸坡的流滑（液化）1-3臨水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水總應力殘余強度只有3～5533.5.3

粘土的排水與不排水強度1.飽和粘土的排水試驗CD2.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CU3.固結(jié)不排水試驗（CU）確定的強度指標4.粘土的不固結(jié)不排水試驗（UU）5.排水和不排水強度指標的工程應用6.非飽和土的強度與強度理論3.5.3粘土的排水與不排水強度1.飽和粘土的排水試驗C541.飽和粘土的排水試驗CDe正常固結(jié)粘土0固結(jié)壓縮試驗固結(jié)排水試驗強度包線（過原點）圖3－61正常固結(jié)粘土的壓縮曲線與強度包線1.飽和粘土的排水試驗CDe正常固結(jié)粘土0固結(jié)壓縮試驗551.飽和粘土的排水試驗CDe超固結(jié)粘土固結(jié)壓縮試驗固結(jié)排水試驗強度包線圖3－62超固結(jié)粘土的壓縮曲線與強度包線1.飽和粘土的排水試驗CDe超固結(jié)粘土固結(jié)壓縮試驗固562.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CU正常固結(jié)土－減縮（正孔壓）；超固結(jié)土－剪脹（負孔壓）圖3－63粘土的三軸固結(jié)不排水試驗2.飽和粘土的三軸固結(jié)不排水試驗CU正常固結(jié)土－減縮（正孔573.

固結(jié)不排水試驗（CU）確定的強度指標超固結(jié)土正常固結(jié)土超固結(jié)土圖3－64總應力路徑與有效應力路徑3.固結(jié)不排水試驗（CU）確定的強度指標超固結(jié)土正常固結(jié)土58超固結(jié)正常固結(jié)p圖3－65先期固結(jié)壓力p附近的包線超固結(jié)正常固結(jié)p圖3－65先期固結(jié)壓力p附近的包59不固結(jié)不排水(UU)：unconsolidatedundrained固結(jié)不排水(CU)：consolidatedundrained固結(jié)排水(CD)：consolidateddrained

4.粘土的不固結(jié)不排水試驗（UU）不固結(jié)不排水(UU)：unconsolidatedundr60原狀土的不擾動取樣過程圖3－66

正常固結(jié)粘土的沉積、固結(jié)與取樣過程應力路徑原狀土的不擾動取樣過程圖3－66正常固結(jié)粘土的沉積、61（1）正常固結(jié)土的原位應力狀態(tài)vvhu=0h總應力超靜孔隙水壓力有效應力圖3－67原位應力狀態(tài)（1）正常固結(jié)土的原位應力狀態(tài)vvhu=0h總應力超62放入壓力室以前：體積不變,負孔壓

ur（2）取樣以后的應力狀態(tài)總應力有效應力v=-urh=-ur孔壓ur<000圖3－68原狀土取樣以后放入壓力室以前：體積不變,負孔壓ur（2）取樣以后的應力狀63如果：c=uc=－ur,則：u=0,′=c總應力c=ucvc=hc=c-ur-uc=-ur有效應力孔壓ur+ucuc＝c-ur-ur（3）施加圍壓后圖3－69施加圍壓c

產(chǎn)生超靜孔壓uc=

c如果：c=uc=－ur,則：u=0,′=c總64總應力vc=c+-ur-ucu=+uruhc=c+ur-ucu

=uru

有效應力孔壓ur+ucuc（4）剪切過程圖3－70施加軸向應力產(chǎn)生超靜孔壓±u總應力vc=c+-ur-ucu65總應力vc=c+-ur-ucuf=+uruf=1fhc=c+ur-ucuf=uruf=3f有效應力孔壓ur+ucufcf（5）試樣破壞時情況圖3－71試樣破壞時的應力狀態(tài)uf總應力vc=c+-ur-ucu66飽和土的不排水包線是一條水平線，其斜率uu＝u=0。圖3－72UU的強度包線飽和土的不排水包線是一條水平線，其斜率uu＝u=0。圖367非飽和粘土的三軸不排水試驗強度包線圖3－73

非飽和粘土UU的強度包線非飽和粘土的三軸不排水試驗強度包線圖3－73非飽和粘土UU685.排水和不排水強度指標的工程應用

（1）有效應力強度指標(CD)①對于砂土，在一般加載的速率下，用有效應力強度指標進行分析——CD。②對于粘性土，如果在計算中，超靜孔壓已經(jīng)全部消散(加載很慢），或者土中的孔隙水壓力可以準確地確定，也可以用有效應力強度指標。③有效應力強度指標可以通過排水試驗或者CU+孔壓量測來確定。5.排水和不排水強度指標的工程應用

（1）有效應力強度