《土力學(xué) 土的抗剪強(qiáng)度》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《土力學(xué) 土的抗剪強(qiáng)度（117頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、土 工 結(jié) 構(gòu) 物 或 地 基 土滲 透 問 題變 形 問 題強(qiáng) 度 問 題 滲 透 特 性變 形 特 性強(qiáng) 度 特 性 5-1 概 述與 土 體 強(qiáng) 度 有 關(guān) 的 工 程 問 題 ： 建 筑 物 地 基 穩(wěn) 定 性 、 填方 或 挖 方 邊 坡 、 擋 土 墻 土 壓 力 等 。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)度 ；土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 是 指 土 體 對(duì) 于 外 荷 載 所 產(chǎn) 生 的 剪 應(yīng) 力 的極 限 抵 抗 能 力 。 5-1 概 述

2、5-1 概 述 5-1 概 述p 土 壓 力p 邊 坡 穩(wěn) 定p 地 基 承 載 力 p 擋 土 結(jié) 構(gòu) 物 破 壞p 各 種 類 型 的 滑 坡p 地 基 的 破 壞核 心強(qiáng) 度 理 論工 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， 而 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 土的 抗 剪 強(qiáng) 度 時(shí) ， 它

3、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 。土 的 破 壞 主 要 是 由 于 剪 切 所 引 起 的 ， 剪 切 破 壞 是 土 體破 壞 的 主 要 特 點(diǎn) 。5-1 概 述 1. 碎 散 性 ： 強(qiáng) 度 不 是 顆 粒 礦 物 本 身 的 強(qiáng) 度 ， 而 是 顆 粒 間相 互 作 用 主 要 是 抗 剪 強(qiáng) 度 （ 剪 切 破 壞 ） ， 顆 粒 間粘 聚 力 與 摩 擦 力 ；2. 三 相 體 系 ： 三 相 承 受 與 傳 遞 荷 載 有 效 應(yīng) 力 原 理 ；3. 自 然 變 異 性 ： 土 的 強(qiáng) 度 的 結(jié) 構(gòu) 性 與

4、 復(fù) 雜 性 。首 先 需 要 了 解 土 的 強(qiáng) 度 特 點(diǎn)5-1 概 述 5-2 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 理 論一 、 庫(kù) 倫 公 式 及 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 庫(kù) 倫 (Coulomb, 1773) 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 的 函 數(shù) ， 即 (5 1) tanf f P STAO = 100KPa S = 200KPa = 300KPa摩 擦 強(qiáng) 度 = 100KPa S = 200KPa = 300KPa直 剪 試 驗(yàn) 結(jié) 果以 后 又 提 出 了 適 合 粘 性 土 的 更 普 遍 的表 達(dá)

5、式 ： （ 5 2） 式 中 ： c 土 的 粘 聚 力 (內(nèi) 聚 力 )， kPa； 土 的 內(nèi) 摩 擦 角 ， 度 ；式 (5-1) 和 (5-2) 統(tǒng) 稱 為 庫(kù) 倫 公 式 ，或 庫(kù) 倫 定 律 ， c 、 稱 為 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) (抗 剪 強(qiáng) 度 參 數(shù) ) 。 Oc tanf c 粘 聚 強(qiáng) 度 摩 擦 強(qiáng) 度 +P STA 5-2 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 理 論N T= NtguT 滑 動(dòng) 摩 擦 土 的 強(qiáng) 度 機(jī) 理 摩 擦 強(qiáng) 度 粘 聚 強(qiáng) 度（ 1） 滑 動(dòng) 摩 擦摩 擦 強(qiáng) 度 tg 由 顆 粒 之 間 發(fā) 生 滑 動(dòng) 時(shí)顆 粒 接 觸 面 粗 糙 不 平 所

6、引 起 ， 與 顆 粒 大 小 ， 礦物 組 成 等 因 素 有 關(guān) 0.02 0.06 0.2 0.6 23020 顆 粒 直 徑 (mm)滑動(dòng)摩擦角 u 粗 粉 細(xì) 砂 中 砂 粗 砂 （ 2） 咬 合 摩 擦摩 擦 強(qiáng) 度 tg CAB CAB剪 切 面 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 A必 須 抬 起 ， 跨 越 相 鄰 顆 粒 B， 或 在 尖 角 處被 剪 斷 （ C） ， 才 能 移 動(dòng) 土 體 中 的 顆 粒 重 新 排 列 ， 也 會(huì) 消 耗 能 量 5-2 土 的 抗 剪

7、 強(qiáng) 度 理 論 密 度 （ e, 粒 徑 級(jí) 配 （ Cu, Cc） 顆 粒 的 礦 物 成 分 對(duì) 于 ： 砂 土 粘 性 土 ； 高 嶺 石 伊 里 石 蒙 特 石 粒 徑 的 形 狀 （ 顆 粒 的 棱 角 與 長(zhǎng) 寬 比 ） 在 其 他 條 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 影 響 土 的 摩 擦 強(qiáng) 度 的 主 要 因 素 ：摩 擦 強(qiáng) 度 tg5-2 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 理 論 5-2 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 理 論p 粘 聚 強(qiáng) 度 機(jī) 理n 靜 電 引 力 （ 庫(kù) 侖 力 ）n 范 德 華 力n 顆 粒

8、 間 膠 結(jié)n 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n 粘 土 顆 粒 礦 物 成 分n 密 度n 離 子 價(jià) 與 離 子 濃 度- - -+粘 聚 強(qiáng) 度 5-2 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 破壞 面 上 的 法 向 應(yīng) 力 ， 抗 剪 強(qiáng) 度 表 達(dá) 式 即 為 庫(kù) 倫 公 式 ， 稱 為抗 剪 強(qiáng) 度 總 應(yīng) 力 法 ， 相 應(yīng) 的 c 、 稱 為 總 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 指 標(biāo) ( 參 數(shù) ) ； 另 一 種 則 以 有 效 應(yīng) 力

9、表 示 剪 切 破 壞 面 上 的 法向 應(yīng) 力 ， 稱 為 抗 剪 強(qiáng) 度 有 效 應(yīng) 力 法 ， c 、 稱 為 有 效 應(yīng)力 強(qiáng) 度 指 標(biāo) ( 參 數(shù) ) 。 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 ， 由 庫(kù) 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 這種 概 念 的 基 礎(chǔ) 上 ， 故 在 工 程 上 仍 沿 用 至 今 ?？?剪 強(qiáng) 度 有 效 應(yīng) 力 表 達(dá) 式 ：對(duì) 于 砂 土 對(duì) 于 粘 性 土 tan cf tan f

10、二 、 莫 爾 庫(kù) 倫 強(qiáng) 度 理 論5-2 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 f是 該 面 上 作 用 的 法 向 應(yīng)力 的 單 值 函 數(shù) , f =f() （ 莫 爾 ： 1900年 ）（ 2） 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 = f ， 該 單 元 就 達(dá) 到 了 極 限 平 衡應(yīng) 力 狀 態(tài) 二 、 莫 爾 庫(kù) 倫 強(qiáng) 度 理 論5-2 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 理 論 一 、 莫 爾 應(yīng) 力 圓5-3

11、 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) 定材 料 力 學(xué) xz xzzx +-z xxzzx +-土 力 學(xué) 正 應(yīng) 力 剪 應(yīng) 力拉 為 正壓 為 負(fù) 順 時(shí) 針 為 正逆 時(shí) 針 為 負(fù)壓 為 正拉 為 負(fù) 逆 時(shí) 針 為 正順 時(shí) 針 為 負(fù) 一 、 莫 爾 應(yīng) 力 圓5-3 土 中 一 點(diǎn) 的 應(yīng) 力 極 限 平 衡 條 件 O x 2133 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 用平 面 成 角 的 平 面 上 的 法 向 應(yīng) 力 和 剪 應(yīng) 力 。土

12、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 1 3( )/2p 1 3( )/2q r 一 、 莫 爾 應(yīng) 力 圓5-3 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 O z+zx-xz x 2 13 rp 2 2( )/2x z xzr ( )/2x zp 1 p r 3 p r x zx xz+ -1 大 主 應(yīng) 力 ：小 主 應(yīng) 力 : 圓 心 ：半 徑 ： z按 順 時(shí) 針 方 向 旋 轉(zhuǎn) x按 順 時(shí) 針 方 向 旋 轉(zhuǎn) 莫 爾 圓 ： 代 表 一 個(gè) 土

13、 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 與 1 3( )/2q r 1 3( )/2p 極 點(diǎn) 的 概 念 極 點(diǎn) 的 應(yīng) 用 二 、 極 限 平 衡 條 件5-3 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) 。 f 強(qiáng) 度 包 線 以 內(nèi) ： 任 何 一 個(gè) 面 上的

14、 一 對(duì) 應(yīng) 力 與 都 沒 有 達(dá) 到破 壞 包 線 ， 不 破 壞 ；與 破 壞 包 線 相 切 ： 該 面 上 的 應(yīng)力 達(dá) 到 破 壞 狀 態(tài) ；與 破 壞 包 線 相 交 ： 有 一 些 平 面上 的 應(yīng) 力 超 過 強(qiáng) 度 ； 不 可 能 發(fā) 生 。 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 = f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 。 f5-3 土 中 一 點(diǎn) 的 應(yīng) 力 極 限 平 衡 條 件二 、 極 限 平 衡 條 件 莫 爾 -庫(kù) 侖 強(qiáng)

15、 度 理 論 表 達(dá) 式 極 限 平 衡 條 件1 3 1 31 3 1 32sin 2 ctgctg2 cc 13 1 3ctg 2c tanf c O c 1 32 5-3 土 中 一 點(diǎn) 的 應(yīng) 力 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 的夾 角 稱 為 破 壞 角 ， 從 圖 中幾 何 關(guān) 系 可 得 理 論 剪 破 角 為 ： =45 +/2 crcr2cr 注 意 ： 剪 破 面 并 不 是 剪 應(yīng) 力 最 大 平 面 5-3 土 中 一 點(diǎn) 的 應(yīng) 力 極 限 平 衡 條 件二 、 極 限 平 衡 條 件上 式 即

16、為 土 的 極 限 平 衡 條 件 。 當(dāng) 土 的 強(qiáng) 度 指 標(biāo) c， 為 已 知 ， 若 土中 某 點(diǎn) 的 大 小 主 應(yīng) 力 1和 3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) 。 2452245 2452245213 231 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 ：上 式 也 可 適 用 于 有 效 應(yīng) 力 ， 相 應(yīng) c， 應(yīng) 該 用 c， 。 2452245 2452245 213 231 tgctg tgctg 【 例 題 5 1】 已 知 某 土

17、 體 單 元 的 大 主 應(yīng) 力 1 480kPa， 小主 應(yīng) 力 3 220kPa。 通 過 試 驗(yàn) 測(cè) 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) ？【 解 】 已 知 1 480kPa,3 220kPa ,c=20kPa, 18 （ 1） 直 接 用 與 f的 關(guān) 系 來(lái) 判 別 5-3 土 中 一 點(diǎn) 的 應(yīng) 力 極 限 平 衡 條 件注 意 ： 剪 破 面并 不 是 剪 應(yīng) 力最 大 平 面 ， 先畫 莫 爾 圓 13 tanf c O c 90 + 分 別 求 出 剪 破 面 上 的 法 向 應(yīng) 力 和 剪 應(yīng) 力

18、為求 相 應(yīng) 面 上 的 抗 剪 強(qiáng) 度 f為由 于 f， 說(shuō) 明 該 單 元 體 早 已 破 壞 。 5-3 土 中 一 點(diǎn) 的 應(yīng) 力 極 限 平 衡 條 件220220 220 309.83kPa123.64kPa =20+309.83tan18 =120.67kPa （ 2） 利 用 極 限 平 衡 條 件 來(lái) 判 別 由 達(dá) 到 極 限 平 衡 條 件 所 需 要 的 小 主 應(yīng) 力 值 為 3f， 此時(shí) 把 實(shí) 際 存 在 的 大 主 應(yīng) 力 3 = 480kPa及 強(qiáng) 度 指 標(biāo) c， 代 入 下 式 中 ， 則 得5-3 土 中 一 點(diǎn) 的 應(yīng) 力 極 限 平 衡 條 件 也

19、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 1f， 此 時(shí) 把 實(shí) 際 存 在 的 大 主 應(yīng) 力 3 =480kPa及強(qiáng) 度 指 標(biāo) c， 代 入 下 式 中 ， 則 得由 計(jì) 算 結(jié) 果 表 明 ， 雖 然 3 3f , 但 1 1f ， 所以 該 單 元 土 體 早 已 破 壞 。 5-3 土 中 一 點(diǎn) 的 應(yīng) 力 極 限 平 衡 條 件220220 471.83kPa 5-3 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 ？ 13 tanf c O

20、 c 90 最 大 剪 應(yīng) 力 平 面 與 大 主 應(yīng) 力 平 面 成 45 角 ， 正 應(yīng) 力=(1+ 3 )/2=345kPa, f= =133.72kPa剪 應(yīng) 力 = (1- 3 )/2=130kPa tanf c 由 于 ； c a用 若 干 點(diǎn) 的 最 小 二 乘 法確 定 a 和 然 后 計(jì) 算 強(qiáng) 度 指 標(biāo) c和 確 定 強(qiáng) 度 指 標(biāo)oq pa 5-6 應(yīng) 力 路 徑 的 概 念 及 其 在 強(qiáng) 度 問 題 中 的 應(yīng) 用三 、 Kf線 強(qiáng) 度 包 線 與 破 壞 主 應(yīng) 力 線 的 關(guān) 系 5-6 應(yīng) 力 路 徑 的 概 念 及 其 在 強(qiáng) 度 問 題 中 的 應(yīng) 用四

21、、 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 ： AB、 AC表 示 不 變 ， 增 加 ， 即 常規(guī) 三 軸 ； AD、 AE為 保 持 ， 減 小 ， 即 伸 長(zhǎng) 破 壞 。A B CED 1增 加3減 小 O 131 3實(shí) 驗(yàn) 室 伸 長(zhǎng) 破 壞 的 強(qiáng) 度 要 比 壓 縮 破 壞 的 強(qiáng) 度 低 15% 20%。 5-6 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 徑三 軸 固 結(jié) 排 水 剪 應(yīng) 力 路 徑 AB， 是 斜 率 為 1的 直 線 ； 伸 長(zhǎng) 試 驗(yàn)

22、 應(yīng) 力路 徑 是 斜 率 為 -1的 直 線 。 有 效 應(yīng) 力 路 徑 與 總 應(yīng) 力 路 徑 相 同 。 p(p)q u KfKf正常固結(jié)土CU試驗(yàn)TSPESPpq Kf三 軸 伸 長(zhǎng)正常固結(jié)土CD試驗(yàn)三 軸 壓 縮4545 A BC三 軸 固 結(jié) 不 排 水 剪 ， 總 應(yīng) 力 路 徑 AM斜 率 為 1； 有 效 應(yīng) 力 路 徑 AN上每 一 點(diǎn) 的 p 值 均 與 總 應(yīng) 力 p對(duì) 應(yīng) 的 點(diǎn) 相 差 孔 隙 水 壓 力 u， 正 常 固結(jié) 粘 土 剪 切 破 壞 時(shí) 孔 壓 為 正 ， ESP在 TSP左 邊 。A MN 5-6 應(yīng) 力 路 徑 的 概 念 及 其 在 強(qiáng) 度 問

23、 題 中 的 應(yīng) 用四 、 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)( hv21 )( hv21 hv hv 5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀一 、 無(wú) 粘 性 土 的 剪 切 性 狀1.無(wú) 粘 性 土 的 內(nèi) 摩 擦 角由 于 無(wú) 粘 性 土 的 透 水 性 強(qiáng) ， 它 在 現(xiàn) 場(chǎng) 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 為通 過 坐 標(biāo) 于 原 點(diǎn) 的 直 線 ， 可 表 達(dá) 為 f=tand 式 中 ： d固 結(jié) 排 水

24、剪 求 得 的 內(nèi) 摩 擦 角 。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 始孔 隙 比 、 顆 粒 形 狀 、 表 面 粗 糙 度 和 級(jí) 配 有 關(guān) ； 松 砂 內(nèi) 摩 擦 角大 致 等 于 天 然 休 止 角 。 一 、 無(wú) 粘 性 土 的 剪 切 性 狀2. 無(wú) 粘 性 土 的 應(yīng) 力 應(yīng) 變 特 性 剪 縮 性 、 剪 脹 性無(wú) 粘 性 土 的 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) ，顆 粒 滾 落 到 平 衡 位 置 ， 排 列 得 更 緊 密 些 ， 所

25、 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 它們 原 來(lái) 的 位 置 而 彼 此 才 能 相 互 滑 過 ， 從 而 導(dǎo) 致 體 積 膨 脹 ， 把 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 剪脹 性 。 然 而 ， 緊 砂 的 這 種 剪 脹 趨 勢(shì) 隨 圍 壓 的 增 大 、 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 ,受 剪 都 將 剪 縮 。5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 一 、

26、 無(wú) 粘 性 土 的 剪 切 性 狀應(yīng) 變 硬 化 型 、 應(yīng) 變 軟 化 型松 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 的體 積 則 逐 漸 減 小 。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， 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) 稍有 減 小 ， 繼 而 增 加 ， 超 過 了 它 的初 始 體 積 。5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 一 、 無(wú) 粘 性 土 的 剪 切 性 狀殘 余 強(qiáng)

27、 度緊 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 ， 最后 趨 于 與 松 砂 相 同 的 恒 定 值 ， 這一 恒 定 的 強(qiáng) 度 稱 為 應(yīng) 力 軸 向 應(yīng)殘 余 強(qiáng) 度 。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 之后 ， 無(wú) 粘 性 土 結(jié) 構(gòu) 崩 解 變 松 的 結(jié)果 。5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 一 、 砂 性 土 的 剪 切 性 狀4. 砂 土 的 振 動(dòng) 液 化液 化 被 定 義 為 任 何 物 質(zhì) 轉(zhuǎn) 化 為 液 體 的 行 為 或

28、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 ，一 方 面 由 于 動(dòng) 剪 應(yīng) 力 的 作 用 有 使 體 積 縮 小 的 趨 勢(shì) ， 另 一 方 面由 于 時(shí) 間 短 來(lái) 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(wú) 粘 性 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 應(yīng) 表 達(dá) 為5-7 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 u達(dá) 到 時(shí) ， 則 有 效 應(yīng) 力 為 零， 抗 剪 強(qiáng) 度 為 零 ，

29、此 時(shí) 無(wú) 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 。 振 前 松 砂 的結(jié) 構(gòu) 振 中 顆 粒 懸 浮 ，有 效 應(yīng) 力 為 零 振 后 砂 土變 密 實(shí) 4. 砂 土 的 振 動(dòng) 液 化 液 化 機(jī) 理 及 危 害5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀松 砂 層 地 下 水 位 地 震 荷 載建筑物 噴 砂 地 面 下 沉 噴 砂遺 井排 出 的 剩余 孔 隙 水 二 、 粘 性 土 的 剪 切 性 狀1、 正 常 固 結(jié) 粘 土5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀

30、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 ，0u 2 31 ffuf c 不 固 結(jié) 不 排 水 強(qiáng) 度 （ UU） 1、 正 常 固 結(jié) 粘 土 固 結(jié) 不 排 水 強(qiáng) 度 （ CU）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 CU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 ， 。 其 抗 剪 強(qiáng) 度 可 表示 為 cu 0cuccuf tg 5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 固 結(jié) 不 排 水 強(qiáng)

31、度 （ CU）若 在 固 結(jié) 不 排 水 剪 試 驗(yàn) 中 量 測(cè) 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 ,可 得 到 相 應(yīng) 破 壞 時(shí) 的 有 效 大 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 。 有效 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 包 線 也 是 通 過 坐 標(biāo)

32、 原 點(diǎn) 的 直 線 ， 直 線 的 傾 角 大 于 ， ， 于 是 用 有 效 應(yīng) 力 表 示 的 CU試 驗(yàn) 抗 剪 強(qiáng) 度 為 tg f fuf1 f3 cu0c 5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 1、 正 常 固 結(jié) 粘 土 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 。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， 因 而 總 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 包 線 即 為

33、有 效 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 包 線 。 CD試 驗(yàn) 中 的有 效 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 常 用 ， 表 示 。 其 強(qiáng) 度 包 線 是 一 條 通 過坐 標(biāo) 原 點(diǎn) 的 直 線 ， 其 傾 角 為 ， 。 于 是 ， CD試 驗(yàn) 抗剪 強(qiáng) 度 可 表 示 為 dc dd 0dcdf tg 5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 1、 正 常 固 結(jié) 粘 土 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 的試 驗(yàn) 方 法 來(lái) 測(cè)

34、 定 其 抗 剪 強(qiáng) 度 時(shí) ， 其 強(qiáng)度 包 線 是 不 同 的 。 其 中 UU試 驗(yàn) 結(jié) 果 是一 條 水 平 線 ， CU和 CD試 驗(yàn) 各 是 一 條通 過 坐 標(biāo) 原 點(diǎn) 的 直 線 。 三 種 方 法 所 得到 的 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 間 的 關(guān) 系 是 ，0 dcuu ccc 0 ucud 5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 1、 正 常 固 結(jié) 粘 土 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

35、 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 沿著 同 一 平 面 剪 破 。實(shí) 測(cè) 資 料 表 明 ， f通 常 約 為 60 ， 而 粘 性 土 的 一 般 在30 左 右 ， 實(shí) 測(cè) 的 f角 接 近 于 ， 這 也 是 有 效 應(yīng)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 。5-5 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 2/45 2、 超 固 結(jié) 粘 土 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

36、的 圍 壓 即 初 始 有 效 固 結(jié)應(yīng) 力 小 于 先 期 固 結(jié) 壓 力 。 其 三 軸 試 驗(yàn) 結(jié) 果 出 現(xiàn) 類 似 于 密 砂的 剪 漲 特 性 。 CD試 驗(yàn) 試 樣 破 壞 時(shí) 的 體 積 增 大 （ 膨 脹 ） 。5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 超 固 結(jié) 土正 常 固 結(jié) 土 aV V OaO31 超 固 結(jié) 土正 常 固 結(jié) 土f31 )( f31 )( 應(yīng) 力 應(yīng) 變 曲 線 CD試 驗(yàn) 體 變 應(yīng) 變 曲 線 2、 超 固 結(jié) 粘 土 三 軸 試 驗(yàn) 應(yīng) 力 應(yīng) 變 特 性在 UU、 CU試 驗(yàn) 中 ， 試 樣 體 積 不 變 ， 試 樣 內(nèi) 先 出

37、 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) 超固 結(jié) 粘 土 破 壞 時(shí) 的 孔 壓 可 能 為 負(fù) 。5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 UU試 驗(yàn) 孔 壓 應(yīng) 變 曲 線 CU試 驗(yàn) 孔 壓 應(yīng) 變 曲 線強(qiáng) 超 固 結(jié) au u O1u 超 固 結(jié) 土正 常 固 結(jié) 土 au u O fu fu弱 超 固 結(jié) 2、 超 固 結(jié) 粘 土 三 軸 試 驗(yàn) UU試 驗(yàn)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) 度包 線 是 一 條 水 平 線 ， 有

38、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 ， C為 弱 超 固 結(jié) 總 應(yīng) 力 圓 。5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀O 有 效 應(yīng) 力 圓 uc f A B CAuf Buf Cuf f1 f3 0u 2、 超 固 結(jié) 粘 土 三 軸 試 驗(yàn) CU試 驗(yàn)超 固 結(jié) 粘 土 CU試 驗(yàn) 的 強(qiáng) 度 包 線 （ ） 是 一 條 不 通 過 圓 點(diǎn) 的直 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) ） ， B為弱 超 固 結(jié) 總 應(yīng) 力 圓 （ 破 壞 時(shí) 孔 壓 為 正 ） 。5-

39、7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀O 有 效 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 包 線 cuc f A B cu c 3 c 總 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 包 線 2、 超 固 結(jié) 粘 土 三 軸 試 驗(yàn) CD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 有效 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 包 線 。 是 一 條 不 過 圓 點(diǎn) 的 微 彎 曲 線 ， 簡(jiǎn) 化 為 直 線 。5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀O 強(qiáng) 度 包 線 ccd f d )( f3f3 )( f1f1 2、 超 固 結(jié) 粘 土 三 軸 試 驗(yàn) UU、 CU、 CD試 驗(yàn)

40、比 較 時(shí) ， 超 固 結(jié) 粘 土 CU、 CD強(qiáng) 度 包 線 簡(jiǎn) 化 為 一 條 不 通 過 圓點(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)的 直 線 。 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 關(guān) 系 ，5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 O 超 固 結(jié) 正 常 固 結(jié)uc f cuc 3 dc c 3 c 試 驗(yàn)UUcuc d 0u試 驗(yàn)CU試 驗(yàn)CD有 效 應(yīng) 力 圓 總 應(yīng) 力 圓dcuu ccc 0 ucud 【 例 題 5 2】 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

41、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) ， 和 有效 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 指 標(biāo) ， 。 5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 cuc cuc 31fu 試 樣 編 號(hào) (kPa) (kPa) (kPa) 50 149.8 12.5 100 244.5 37.2 200 433.9 86.6 3 1 fu 【 解 】解 法 1： 按 照 應(yīng) 力 圓 繪 圖 求 解5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀cu cu20kPa, 18c 10kPa, 28c cu 18 【

42、 解 】解 法 2： 按 照 應(yīng) 力 路 徑 的 線 求 解5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀1 3 1 3,2 2p q 試 樣 編 號(hào) (kPa) (kPa) (kPa) p(kPa) q(kPa) 50 149.8 12.5 99.9 49.9 100 244.5 37.2 172.25 72.25 200 433.9 86.6 316.95 116.953 1 fu 解 法 2： 按 照 應(yīng) 力 路 徑 的 線 求 解5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 cu cu20.02kPa, 17.99c 0.308915 19.039392q p fK sin

43、tan cosac 同 理 ， 計(jì) 算 得 到 有 效 應(yīng) 力 表 示 的 強(qiáng) 度 參 數(shù)0.469045 8.905456q p 10.08kPa, 27.97c 解 法 3： 按 照 極 限 平 衡 條 件 求 解 5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 cu cu20.02kPa, 17.99c 同 理 ， 計(jì) 算 得 到 有 效 應(yīng) 力 表 示 的 強(qiáng) 度 參 數(shù) 10.08kPa, 27.97c 21 3 tan (45 ) 2 tan(45 )2 2f f c 2tan (45 ), 2 tan(45 )2 2x y c 1 3f f x y 50 149.8100 2

44、44.5x yx y 1.89455.1xy 3、 粘 土 的 殘 余 強(qiáng) 度5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀O 超 固 結(jié) 土 峰 值 d豎 向 壓 力 =正 常 固 結(jié) 土 峰 值重 塑 土 s殘 余 強(qiáng) 度 O c超 固 結(jié) 土正 常 固 結(jié) 土 ddf粘 土 的 殘 余 強(qiáng) 度 與 它 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 ；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 度土 的 強(qiáng) 度 同 土 的 結(jié) 構(gòu) 有 著

45、 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 重塑 土 。 粘 土 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 擾 動(dòng) 的 敏 感 程 度 可 用 靈 敏 度 表 示 。 靈 敏 度 定 義 為 原狀 試 樣 的 無(wú) 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng) 度 與 相 同 含 水 率 下 重 塑 試 樣 的 無(wú) 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng) 度之 比式 中 ： S t粘 土 的 靈 敏 度 ； qu原 狀 試 樣 的 無(wú) 側(cè)

46、 限 抗 壓 強(qiáng) 度 ； qu重 塑 試 樣 的 無(wú) 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng) 度 。uut qqs 5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 粘 土 的 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)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 延長(zhǎng) 而 硬 化 （ 強(qiáng) 度 增 長(zhǎng) ） 的 這 種 性 質(zhì) 稱 為 粘 土 的 觸 變 性 。5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 5

47、. 粘 土 的 蠕 變 在 剪 切 過 程 中 土 的 蠕 變 是 指 在 恒 定 剪 應(yīng) 力 作 用 下 應(yīng) 變 隨時(shí) 間 而 增 長(zhǎng) 的 現(xiàn) 象 。 如 圖 為 三 軸 不 排 水 試 驗(yàn) 中 在 不 同 （ 1- 3)作 用 下 軸 向 應(yīng) 變 變 化 過 程 線 ， 即 蠕 變 曲 線 。 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)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)

48、 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) 致 蠕 變 破 壞 。 5-7 三 軸 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 ：（ 1）彈性應(yīng)變階段： 圖 中 OA段 ， 對(duì) 土 而 言 ， 此 階 段 的 應(yīng) 變 值 很 小 ；（ 2）初始蠕變階段： 圖 中 AB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 ；（ 3）穩(wěn)定蠕變階段： 圖 中 BC段 ， 這 一 階 段 的 蠕 變 速 率 為 常 數(shù) ， 這 時(shí) 若 卸 除 主應(yīng) 力 差 ， 土 也 將 存 在 永 久 變 形 ；（ 4）加速蠕變階段： 在 這 一 階 段 ， 蠕 變 速 率 迅 速 增 長(zhǎng) ， 最 后 達(dá) 到 破 壞 。5-7 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀 End of Chapter 5結(jié) 束