《土力學(xué)課件第五章土的抗剪強(qiáng)度》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《土力學(xué)課件第五章土的抗剪強(qiáng)度（78頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度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 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度5-1 概 述

2、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 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 重 要 特 點(diǎn) 。 巖

3、 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度5-2 強(qiáng) 度 概 念 與 莫 爾 庫 侖 理 論一 、 固 體 間 的 摩 擦 力固 體 間 的 摩 擦 力 直 接 取 決 于 接 觸 面 上 的 法 向 力 和 接 觸 材 料的 摩 擦 角 。 0tgWTf 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度5-2 強(qiáng) 度 概 念 與 莫 爾 庫 侖 理 論一 、 固 體 間 的 摩 擦 力合 力 傾 角 af， 摩 擦 力 全 部 動(dòng) 用 ， 滑 動(dòng)產(chǎn) 生 ；滑 動(dòng) 準(zhǔn) 則 是 水 平 推 力 等 于 豎 向 反 力 所 能 提 供 的 摩擦 力 。 即合 力 的

4、 傾 角 等 于 外 摩 擦 角 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度二 、 莫 爾 應(yīng) 力 圓土 體 內(nèi) 部 的 滑 動(dòng) 可 沿 任 何 一 個(gè) 面 發(fā) 生 ， 只 要 該 面 上 的 剪 應(yīng)力 達(dá) 到 其 抗 剪 強(qiáng) 度 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度二 、 莫 爾 應(yīng) 力 圓研 究 土 體 內(nèi) 任 一 微 小 單 元 體 的 應(yīng) 力 狀 態(tài) 。1、 主 應(yīng) 力 與 主 應(yīng) 力 面2、 主 應(yīng) 力 相 互 正 交3、 任 意 一 面 上 ： 正 應(yīng) 力 和 剪 應(yīng) 力一 點(diǎn) 應(yīng) 力 狀 態(tài) 的 表 示 方 法 ： ？ ？ ？

5、 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度二 、 莫 爾 應(yīng) 力 圓在 -坐 標(biāo) 平 面 內(nèi) ， 土 單 元 體 的 應(yīng) 力 狀 態(tài) 的 軌 跡 是 一 個(gè) 圓 ， 圓 心 落 在 軸 上 ， 與 坐 標(biāo) 原 點(diǎn) 的 距 離 為 (1+ 2)/2,半 徑 為 (1- 2)/2, 該 圓 就 稱 為 莫 爾 應(yīng) 力 圓 。 2cos22 3131 2sin2 31 2cos22 3131 2312231 22 與 大 主 應(yīng) 力 1面 成 q角 的 面 上 的 正 應(yīng) 力 和 剪應(yīng) 力 t。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度二 、 莫 爾 應(yīng)

6、力 圓可 以 證 明 ： D點(diǎn) 對(duì) 應(yīng) 的 正 應(yīng) 力 和 剪 應(yīng) 力 剛 好 等 于 面 上 等于 正 應(yīng) 力 和 剪 應(yīng) 力 。莫 爾 應(yīng) 力 圓 圓 周 上 的 任 意 點(diǎn) ， 都 代 表 著 單 元 土 體 中 相 應(yīng) 面上 的 應(yīng) 力 狀 態(tài) 31 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度三 、 莫 爾 庫 侖 破 壞 準(zhǔn) 則（ 一 ） 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 規(guī) 律庫 侖 抗 剪 強(qiáng) 度 （ 總 應(yīng) 力 ） 表 達(dá)式 ： 對(duì) 于 砂 土 f=tg 對(duì) 于 粘 性 土 f=c+tgc、 為 土 體 總 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 指 標(biāo)； 庫 侖 抗 剪 強(qiáng) 度 （ 有 效

7、 應(yīng) 力 ） 表 達(dá) 式 ： 對(duì) 于 砂 土 f=tg 對(duì) 于 粘 性 土 f=c+tgc 、 為 土 體 有 效 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 指 標(biāo) ；對(duì) 粘 性 土 ， 抗 剪 強(qiáng) 度 由 凝 聚 分 量和 摩 擦 分 量 兩 部 分 組 成一 般 土 作 為 摩 擦 類 材 料 ： f 破 壞 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度（ 二 ） 土 的 極 限 平 衡 條 件=f 時(shí) 的 極 限 平 衡 狀 態(tài) 作 為 土 的 破 壞 準(zhǔn) 則 ： 土 體 中某 點(diǎn) 任 意 面 上 剪 應(yīng) 力 滿 足 該 式 ， 該 點(diǎn) 破 壞 ?？?以 把 莫 爾 應(yīng) 力 圓 與 庫 侖 抗

8、剪 強(qiáng) 度 定 律 互 相 結(jié) 合 起來 。通 過 兩 者 之 間 的 對(duì) 照 來 對(duì) 土 所 處 的 狀 態(tài) 進(jìn) 行 判 別 。把 莫 爾 應(yīng) 力 圓 與 庫 侖 抗 剪 強(qiáng) 度 線 相 切 時(shí) 的 應(yīng) 力 狀 態(tài)， 破 壞 狀 態(tài) 稱 為 莫 爾 庫 侖 破 壞 準(zhǔn) 則 ， 它 是 目 前判 別 土 體 (土 體 單 元 )所 處 狀 態(tài) 的 最 常 用 或 最 基 本 的 準(zhǔn)則 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度二 、 莫 爾 應(yīng) 力 圓可 以 證 明 ： D點(diǎn) 對(duì) 應(yīng) 的 正 應(yīng) 力 和 剪 應(yīng) 力 剛 好 等 于 面 上 等于 正 應(yīng) 力 和 剪 應(yīng)

9、力 。莫 爾 應(yīng) 力 圓 圓 周 上 的 任 意 點(diǎn) ， 都 代 表 著 單 元 土 體 中 相 應(yīng) 面上 的 應(yīng) 力 狀 態(tài) 3 1 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度（ 二 ） 土 的 極 限 平 衡 條 件根 據(jù) 這 一 準(zhǔn) 則 ， 當(dāng) 土 處 于 極 限 平 衡 狀 態(tài) 即 應(yīng) 理 解 為 破 壞 狀態(tài) ， 此 時(shí) 的 莫 爾 應(yīng) 力 圓 即 稱 為 極 限 應(yīng) 力 圓 或 破 壞 應(yīng) 力 圓 ，相 應(yīng) 的 一 對(duì) 平 面 即 稱 為 剪 切 破 壞 面 （ 簡(jiǎn) 稱 剪 破 面 ） 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度下 面 將

10、 根 據(jù) 莫 爾 庫 侖 破 壞 準(zhǔn) 則 來 研 究 某 一 土 體 單 元 處 于極 限 平 衡 狀 態(tài) 時(shí) 的 應(yīng) 力 條 件 及 其 大 、 小 主 應(yīng) 力 之 間 的 關(guān) 系， 該 關(guān) 系 稱 為 土 的 極 限 平 衡 條 件 。根 據(jù) 莫 爾 庫 侖 破 壞 準(zhǔn) 則 ， 當(dāng) 單 元 土 體 達(dá) 到 極 限 平 衡 狀 態(tài)時(shí) ， 莫 爾 應(yīng) 力 圓 恰 好 與 庫 侖 抗 剪 強(qiáng) 度 線 相 切 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度根 據(jù) 圖 中 的 幾 何 關(guān) 系 并 經(jīng) 過 三 角 公 式 的 變 換 ， 可 得上 式 即 為 土 的 極 限 平 衡

11、 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) 。 上 式 也 可 適 用 于 有 效 應(yīng) 力 ， 相 應(yīng) c， 應(yīng) 該 用 c， 。 cot2 2sin 31 31 c 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度上 式 也 可 適 用 于 有 效 應(yīng) 力 ， 相 應(yīng) c， 應(yīng) 該 用 c， 。 )245(2)245(2f1f3 tgctg )245(2)245( 2f3f1 tgctg 巖 土 工 程 研

12、究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度從 圖 中 還 可 以 看 出 ， 按 照 莫 爾 庫 侖 破 壞 準(zhǔn) 則 ， 當(dāng) 土 處于 極 限 平 衡 狀 態(tài) 時(shí) ， 其 極 限 應(yīng) 力 圓 與 抗 剪 強(qiáng) 度 線 相 切 與D點(diǎn) ， 這 說 明 此 時(shí) 土 體 中 已 出 現(xiàn) 了 一 對(duì) 剪 破 面 。剪 破 面 與 大 主 應(yīng) 力 面 的 夾 角 f 稱 為 破 壞 角 ， 從 圖 中 的 幾何 關(guān) 系 可 得 到 理 論 剪 破 角 為 ： f=45 +/2 注 意 ： 給 定 大 主 應(yīng) 力 時(shí) ， 小 主 應(yīng) 力 越 小 ， 越 接 近 破 壞 ； 給 定 小 主 應(yīng) 力 時(shí) ， 大

13、 主 應(yīng) 力 越 大 ， 越 接 近 破 壞 ； 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度【 例 題 5 2】 已 知 某 土 體 單 元 的 大 主 應(yīng) 力 1 480kPa，小 主 應(yīng) 力 3 210kPa。 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 210kPa ， c=20kPa， 18（ 1） 直 接 用 與 f的 關(guān) 系 來 判 別 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度由 式 （ 5 2） 和 （ 5

14、3） 分 別 求 出 剪 破 面 上 的 法 向 應(yīng) 力 和 剪 應(yīng) 力 為由 式 （ 5 6） 求 相 應(yīng) 面 上 的 抗 剪 強(qiáng) 度 f為由 于 f， 說 明 該 單 元 體 早 已 破 壞 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度（ 2） 利 用 公 式 （ 5 8） 或 式 （ 5 9） 的 極 限 平 衡 條 件來 判 別 由 式 （ 5 8） 設(shè) 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 公 式 （ 5 8） 中 ， 則

15、得 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 也 可 由 式 （ 5 9） 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 公 式 （ 5 8） 中 ， 則 得由 計(jì) 算 結(jié) 果 表 明 ， 3 3f , 1 1f ， 所 以 該 單元 土 體 早 已 破 壞 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度5-3 確 定 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 的 試 驗(yàn)測(cè) 定 土 抗 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 的 試 驗(yàn) 稱 為 剪 切 試

16、 驗(yàn) ；剪 切 試 驗(yàn) 可 以 在 試 驗(yàn) 室 內(nèi) 進(jìn) 行 ， 也 可 在 現(xiàn) 場(chǎng) 原 位 條 件 下 進(jìn)行 。按 常 用 的 試 驗(yàn) 儀 器 可 將 剪 切 試 驗(yàn) 分 為 直 接 剪 切 試 驗(yàn) 、 三 軸壓 縮 試 驗(yàn) 、 無 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng) 度 試 驗(yàn) 和 十 字 板 剪 切 試 驗(yàn) 四 種 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度5-3 確 定 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 的 試 驗(yàn)一 、 直 接 剪 切 試 驗(yàn)用 直 接 剪 切 儀 （ 簡(jiǎn) 稱 直 剪 儀 ） 來 測(cè) 定 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 的 試 驗(yàn)稱 為 直 接 剪 切 試 驗(yàn) 。直 接 剪 切 試 驗(yàn)

17、是 測(cè) 定 預(yù) 定 剪 破 面 上 抗 剪 強(qiáng) 度 的 最 簡(jiǎn) 便 和 最常 用 的 方 法 。 直 剪 儀 分 應(yīng) 變 控 制 式 和 應(yīng) 力 控 制 式 兩 種 ， 前者 以 等 應(yīng) 變 速 率 使 試 樣 產(chǎn) 生 剪 切 位 移 直 至 剪 破 ， 后 者 是 分級(jí) 施 加 水 平 剪 應(yīng) 力 并 測(cè) 定 相 應(yīng) 的 剪 切 位 移 。 目 前 我 國 使 用較 多 的 是 應(yīng) 變 控 制 式 直 剪 儀 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度為 了 考 慮 固 結(jié) 程 度 和 排 水 條 件 對(duì) 抗 剪 強(qiáng) 度 的 影 響 ， 根 據(jù) 加荷 速 率 的 快

18、慢 將 直 剪 試 驗(yàn) 劃 分 為 快 剪 、 固 結(jié) 快 剪 和 慢 剪 三種 試 驗(yàn) 類 型 。（ 一 ） 快 剪 （ Q） 土 工 試 驗(yàn) 方 法 標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 定 抗 剪 試 驗(yàn) 適 用 于 滲 透 系 數(shù) 小 于10 6cm / s的 細(xì) 粒 土 ， 試 驗(yàn) 時(shí) 在 試 樣 上 施 加 垂 直 壓 力 后 ，拔 去 固 定 銷 釘 ， 立 即 以 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度0.8mm/min的 剪 切 速 度 進(jìn) 行 剪 切 ， 使 試 樣 在 3min5min內(nèi) 剪 破 。 試 樣 每 產(chǎn) 生 剪 切 位 移 0.2mm 0.4mm測(cè)記 測(cè) 力 計(jì)

19、 和 位 移 讀 數(shù) ， 直 至 測(cè) 力 計(jì) 讀 數(shù) 出 現(xiàn) 峰 值 ， 或繼 續(xù) 剪 切 至 剪 切 位 移 為 4mm時(shí) 停 機(jī) ， 記 下 破 壞 值 ； 當(dāng)剪 切 過 程 中 測(cè) 力 計(jì) 讀 數(shù) 無 峰 值 時(shí) ， 應(yīng) 剪 切 至 剪 切 位 移為 6mm時(shí) 停 機(jī) ， 該 試 驗(yàn) 所 得 的 強(qiáng) 度 稱 為 快 剪 強(qiáng) 度 ， 相應(yīng) 的 指 標(biāo) 稱 為 快 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) ， 以 cQ， Q表 示 。（ 二 ） 固 結(jié) 快 剪 （ R）固 結(jié) 快 剪 試 驗(yàn) 也 適 用 于 滲 透 系 數(shù) 小 于 10 6cm/s的 細(xì) 粒土 。 試 驗(yàn) 時(shí) 對(duì) 試 樣 施 加 垂 直 壓 力

20、后 ， 每 小 時(shí) 測(cè) 讀 垂 直變 形 一 次 ， 直 至 變 形 穩(wěn) 定 。 變 形 穩(wěn) 定 標(biāo) 準(zhǔn) 為 變 形 量 每小 時(shí) 不 大 于 0.005mm， 在 拔 去 固 定 銷 ， 剪 切 過 程 同 快剪 試 驗(yàn) 。 所 得 強(qiáng) 度 稱 為 固 結(jié) 快 剪 強(qiáng) 度 ， 相 應(yīng) 指 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度標(biāo) 稱 為 固 結(jié) 快 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) ， 以 cR， R表 示 。（ 三 ） 慢 剪 （ S）慢 剪 試 驗(yàn) 是 對(duì) 試 樣 施 加 垂 直 壓 力 后 ， 待 固 結(jié) 穩(wěn) 定 后 ，再 拔 去 固 定 銷 ， 以 小 于 0.02mm/m

21、in的 剪 切 速 度 使 試 樣在 充 分 排 水 的 條 件 下 進(jìn) 行 剪 切 ， 這 樣 得 到 的 強(qiáng) 度 稱 為慢 剪 強(qiáng) 度 ， 其 相 應(yīng) 的 指 標(biāo) 稱 為 慢 剪 強(qiáng) 度 指 標(biāo) ， 以 cS，S表 示 。上 述 三 種 方 法 的 試 驗(yàn) 結(jié) 果 如 圖 5 10所 示 。從 圖 中 可 以 看 出 ， cQ cR cS ，而 Q R S。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度直 剪 試 驗(yàn) 的 設(shè) 備 簡(jiǎn) 單 ， 試 樣 的 制 備 和 安 裝 方 便 ， 且 操作 容 易 掌 握 ， 至 今 仍 為 工 程 單 位 廣 泛 采 用 。缺 點(diǎn)

22、：（ 1） 剪 破 面 固 定 ；（ 2） 排 水 條 件 不 易 控 制 ；（ 3） 應(yīng) 力 分 布 不 均 ； 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度二 、 三 軸 壓 縮 試 驗(yàn)三 軸 壓 縮 試 驗(yàn) 直 接 量 測(cè) 的 是 試 樣 在 不 同 恒 定 周 圍 壓 力下 的 抗 壓 強(qiáng) 度 ， 然 后 利 用 莫 爾 庫 侖 準(zhǔn) 則 間 接 推 求 土的 抗 剪 強(qiáng) 度 。 3 1 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度二 、 三 軸 壓 縮 試 驗(yàn)三 軸 是 指 一 個(gè) 豎 向 和 兩 個(gè) 側(cè) 向 而 言 ， 由 于 壓 力 室 和 試樣

23、 均 為 圓 柱 形 ， 因 此 ， 兩 個(gè) 側(cè) 向 （ 或 稱 周 圍 ） 的 應(yīng) 力相 等 并 為 小 主 應(yīng) 力 3 ， 而 豎 向 （ 或 軸 向 ）的 應(yīng) 力 為 大 主 應(yīng) 力 1。 在 增 加 1時(shí) 保 持3 不 變 ， 這 樣 條 件 下 的 試 驗(yàn) 稱 為 常 規(guī) 三軸 壓 縮 試 驗(yàn) 。三 軸 壓 縮 儀 主 要 由 壓 力 室 、 加 壓 系 統(tǒng) 和 量 測(cè) 系 統(tǒng) 三 大部 分 組 成 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度三 軸 試 驗(yàn) 根 據(jù) 試 樣 的 固 結(jié) 和 排 水 條 件 不 同 ， 可 分 為 不固 結(jié) 不 排 水 剪 （ U

24、U） 、 固 結(jié) 不 排 水 剪 （ CU)和 固 結(jié) 排水 剪 （ CD)三 種 方 法 。 分 別 對(duì) 應(yīng) 于 直 剪 試 驗(yàn) 的 快 剪 、 固結(jié) 快 剪 和 慢 剪 試 驗(yàn) 。 c c 3 31 31 q 3 不 固 結(jié) 或 固 結(jié) 是 對(duì) 周 圍 壓 力 增 量 而言 的不 排 水 或 排 水 是 對(duì) 附 加 軸 向 壓 力 而言 的 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度在 進(jìn) 行 不 同 方 法 的 三 軸 試 驗(yàn) 時(shí) ， 都 要 先 使 試 樣 在 周 圍壓 力 c下 固 結(jié) 穩(wěn) 定 ， 若 進(jìn) 行 不 固 結(jié) 不 排 水 剪 試 驗(yàn) ， 則在 不

25、排 水 條 件 下 施 加 周 圍 壓 力 增 量 3， 然 后 在 不 允 許有 水 進(jìn) 出 的 條 件 下 ， 逐 漸 施 加 附 加 軸 向 壓 力 q， 直 至 試樣 剪 破 。 因 此 ， 試 驗(yàn) 中 徑 向 應(yīng) 力 3等 于 （ c+ 3 ） ，軸 向 應(yīng) 力 1等 于 （ 3+q ） 。 若 進(jìn) 行 固 結(jié) 不 排 水 剪 試 驗(yàn)， 要 允 許 試 樣 在 周 圍 壓 力 增 量 3下 排 水 ， 待 固 結(jié) 穩(wěn) 定后 ， 再 在 不 允 許 有 水 進(jìn) 出 的 條 件 下 ， 逐 漸 施 加 附 加 軸向 壓 力 q， 直 至 試 樣 剪 破 。 固 結(jié) 排 水 剪 試 驗(yàn) 同

26、 樣 在 周 圍壓 力 增 量 3下 排 水 ， 待 固 結(jié) 穩(wěn) 定 后 ， 在 允 許 有 水 進(jìn) 出的 條 件 下 以 極 慢 的 速 率 對(duì) 試 樣 逐 漸 施 加 附 加 軸 向 壓 力 q， 直 至 試 樣 剪 破 。 可 以 看 出 ， 這 里 所 說 的 不 固 結(jié) 或 固結(jié) 是 對(duì) 周 圍 壓 力 增 量 而 言 的 ， 不 排 水 或 排 水 是 對(duì) 附 加軸 向 壓 力 而 言 的 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度三 軸 試 驗(yàn) 步 驟 ： 0 50 100 150 200 250 300 0 5 10 15 20 軸 向 應(yīng) 變 (%)

27、軸向 附加 應(yīng)力 q(k Pa) 100kPa 200kPa300kPa 400kPa 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度三 軸 試 驗(yàn) 步 驟 ： 0 50 100 150 200 250 300 0 5 10 15 20 軸 向 應(yīng) 變 (%) 軸向 附加 應(yīng)力 q(k Pa) 100kPa 200kPa300kPa 400kPa 0 50 100 150 200 250 300 0 5 10 15 20 軸 向 應(yīng) 變 (%) 孔隙 水應(yīng) 力u (kP a) 100kPa 200kPa300kPa 400kPafff u 33 fff u 11 巖 土 工 程

28、 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度三 、 無 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng) 度 試 驗(yàn)三 軸 壓 縮 試 驗(yàn) 中 當(dāng) 周 圍 壓 力 3 0時(shí) 即 為無 側(cè) 限 試 驗(yàn) 條 件 ， 這 時(shí) 只 有 q= 1。 所 以， 也 可 稱 為 單 軸 壓 縮 試 驗(yàn) 。 由 于 試 樣 的側(cè) 向 壓 力 為 零 ， 在 側(cè) 向 受 壓 時(shí) ， 其 側(cè) 向變 形 不 受 限 制 ， 故 又 稱 為 無 側(cè) 限 壓 縮 試驗(yàn) 。 同 時(shí) ， 又 由 于 試 樣 是 在 軸 向 壓 縮 的條 件 下 破 壞 的 ， 因 此 ， 把 這 種 情 況 下 土所 能 承 受 的 最 大 軸 向 壓 力 稱 為

29、 無 側(cè) 限 抗壓 強(qiáng) 度 以 qu表 示 。 試 驗(yàn) 時(shí) 仍 用 圓 柱 狀 試樣 ， 可 在 專 門 的 無 側(cè) 限 儀 上 進(jìn) 行 ， 也 可在 三 軸 儀 上 進(jìn) 行 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度在 施 加 軸 向 壓 力 的 過 程 中 ， 相 應(yīng) 地 量 測(cè) 試 樣 的 軸 向 壓 縮 變 形 ， 并繪 制 軸 向 壓 力 q與 軸 向 應(yīng) 變 的 關(guān) 系 曲 線 。 當(dāng) 軸 向 壓 力 與 軸 向 應(yīng) 變的 關(guān) 系 曲 線 出 現(xiàn) 明 顯 的 峰 值 時(shí) ， 則 以 峰 值 處 的 最 大 軸 向 壓 力 作 為土 的 無 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng)

30、 度 qu； 當(dāng) 軸 向 壓 力 與 軸 向 應(yīng) 變 的 關(guān) 系 曲 線 不 出現(xiàn) 峰 值 時(shí) ， 則 取 軸 向 應(yīng) 變 20 處 的 軸 向 壓 力 作 為 土 的 無 側(cè) 限 抗壓 強(qiáng) 度 qu。 求 得 土 的 無 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng) 度 qu后 ， 即 可 繪 出 極 限 應(yīng) 力 圓。 2qc uf 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度四 、 原 位 十 字 板 剪 切 試 驗(yàn)十 字 板 剪 切 試 驗(yàn) 是 一 種 利 用 十 字 板 剪 切 儀 在 現(xiàn) 場(chǎng) 測(cè) 定 土的 抗 剪 強(qiáng) 度 的 方 法 。 這 種 試 驗(yàn) 方 法 適 合 于 在 現(xiàn) 場(chǎng) 測(cè) 定

31、 飽和 粘 性 土 的 原 位 不 排 水 強(qiáng) 度 ， 特 別 適 用 于 均 勻 的 飽 和 粘性 土 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度十 字 板 剪 切 試 驗(yàn) 可 在 現(xiàn) 場(chǎng) 鉆 孔 內(nèi) 進(jìn) 行 。 試 驗(yàn) 時(shí) ， 先 將十 字 板 插 到 要 進(jìn) 行 試 驗(yàn) 的 深 度 ， 再 在 十 字 板 剪 切 儀 上端 的 加 力 架 上 以 一 定 的 轉(zhuǎn) 速 對(duì) 其 施 加 扭 力 矩 ， 使 板 內(nèi)的 土 體 與 其 周 圍 土 體 產(chǎn) 生 相 對(duì) 扭 剪 ， 直 至 剪 破 ， 測(cè) 出其 相 應(yīng) 的 最 大 扭 力 矩 。 然 后 ， 根 據(jù) 力 矩

32、的 平 衡 條 件 ，推 算 出 圓 柱 形 剪 破 面 上 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度假 定 ： (1) 剪 破 面 為 圓 柱 面 ； (2) 抗 剪 強(qiáng) 度 均 勻 ；21max MMM 21 DDHM f 3222 2202 DDrrdrM fD f 322 2max DDDDHM ff )3(22 max DHD Mf 在 飽 和 粘 土 不 固 結(jié) 不 排 水 剪 試 驗(yàn) 中 ， u 0， t f cu. 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度5-4 三 軸 壓 縮 試 驗(yàn) 中 的 孔 隙 應(yīng)

33、力 系 數(shù)在 常 規(guī) 三 軸 壓 縮 試 驗(yàn) 中 ， 試 樣 先 承 受 周 圍 壓 力 c固 結(jié) 穩(wěn)定 ， 以 模 擬 試 樣 的 原 位 應(yīng) 力 狀 態(tài) 。 這 時(shí) ， 超 孔 隙 水 應(yīng) 力uo為 零 。 在 試 驗(yàn) 中 分 兩 個(gè) 階 段 來 加 荷 ， 先 使 試 樣 承 受 周圍 壓 力 增 量 3， 然 后 在 周 圍 壓 力 不 變 的 條 件 下 施 加 大 、小 主 應(yīng) 力 之 差 （ 1 3)(即 附 加 軸 向 壓 力 q） 。 若 試 驗(yàn)是 在 不 排 水 條 件 下 進(jìn) 行 ， 則 3和 （ 1 3)的 施 加 必將 分 別 引 起 超 孔 隙 水 應(yīng) 力 增 量

34、u1和 u2。 超 孔 隙 水 應(yīng) 力的 總 增 量 為 u=u1+u2 ， 總 的 超 孔 隙 水 應(yīng) 力 為 u=u0+ u u 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度(一 ） 孔 隙 應(yīng) 力 系 數(shù) B當(dāng) 試 樣 在 不 排 水 條 件 下 受 到 各 向 相 等 壓 力 增 量 3時(shí) ， 產(chǎn) 生 的 孔隙 應(yīng) 力 增 量 為 u1， 將 u1與 3之 比 定 義 為 孔 隙 應(yīng) 力 系 數(shù) B， 即 B u1/3式 中 B是 在 各 向 施 加 相 等 壓 力 條 件 下 的 孔 隙 應(yīng) 力 系 數(shù) 。 它 是 反 映土 體 在 各 向 相 等 壓 力 作 用

35、下 ， 孔 隙 應(yīng) 力 變 化 情 況 的 指 標(biāo) ， 也 是 反映 土 體 飽 和 程 度 的 指 標(biāo) 。在 飽 和 土 的 不 固 結(jié) 不 排 水 剪 試 驗(yàn) 中 ， 周 圍 壓 力 增 量 將 完 全 由 孔 隙水 承 擔(dān) ， 所 以 B 1；當(dāng) 土 完 全 干 燥 時(shí) ， 孔 隙 氣 的 壓 縮 性 要 比 骨 架 的 壓 縮 性 高 的 多 ， 這時(shí) 周 圍 壓 力 增 量 將 完 全 由 土 骨 架 承 擔(dān) ， 于 是 B 0。 在 非 飽 和 土 中， 孔 隙 中 流 體 的 壓 縮 性 與 土 骨 架 的 壓 縮 性 為 同 一 量 級(jí) ， B介 于 0與1之 間 。 飽 和

36、度 越 大 ， B越 接 近 1。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度（ 二 ） 孔 隙 應(yīng) 力 系 數(shù) A當(dāng) 試 樣 受 到 軸 向 應(yīng) 力 增 量 q(即 主 應(yīng) 力 差 1 3） 作 用 時(shí)， 產(chǎn) 生 的 孔 隙 水 應(yīng) 力 為 u2， u2的 大 小 與 主 應(yīng) 力 差 13及 土 樣 的 飽 和 程 度 有 關(guān) ， 我 們 定 義 另 一 孔 壓 系 數(shù) A如下 ： u2=BA（ 1 3 ）式 中 A是 在 偏 應(yīng) 力 條 件 下 的 孔 隙 應(yīng) 力 系 數(shù) ， 其 數(shù) 值 與 土 的種 類 、 應(yīng) 力 歷 史 等 有 關(guān) 。 上 式 也 可 寫 成 ：式

37、 中 ： 是 綜 合 反 映 主 應(yīng) 力 差 （ 1 3） 作 用 下 孔 隙應(yīng) 力 變 化 情 況 的 一 個(gè) 指 標(biāo) 。 A u2=A(1 3 ) 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度三 向 壓 縮 條 件 下 的 孔 隙 應(yīng) 力 為 ： u= u1+ u2=B3 + BA（ 1 3 ）上 式 還 可 改 寫 成 或式 中 ： 也 是 一 個(gè) 孔 隙 應(yīng) 力 系 數(shù) ， 它 表 示 在 一 定 周 圍 應(yīng) 力增 量 作 用 下 ， 由 主 應(yīng) 力 增 量 1所 引 起 的 孔 隙 應(yīng) 力 變 化 的一 個(gè) 參 數(shù) 。 這 一 參 數(shù) 可 在 三 軸 壓 縮 試 驗(yàn)

38、 中 模 擬 土 的 實(shí) 際 受力 狀 態(tài) 來 測(cè) 定 。 在 堤 壩 穩(wěn) 定 分 析 中 ， 可 用 來 估 算 堤 壩 的 初始 孔 隙 應(yīng) 力 。B 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度飽 和 土 B=1： u1=B3 = 3 u2=BA（ 1 3 ） =A（ 1 3 ）飽 和 土 不 固 結(jié) 不 排 水 試 驗(yàn) 中 ： u= u1+ u2=B3 + BA（ 1 3 ）飽 和 土 固 結(jié) 不 排 水 試 驗(yàn) 中 ： u= u2= BA（ 1 3 ）固 結(jié) 排 水 試 驗(yàn) 中 ： u= 0 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度5-5 三

39、軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀一 、 砂 性 土 的 剪 切 性 狀（ 一 ） 砂 土 的 內(nèi) 摩 擦 角由 于 砂 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=tgd 式 中 ： d固 結(jié) 排 水 剪 求 得 的 內(nèi) 摩 擦 角 。砂 土 抗 剪 強(qiáng) 度 受 密 度 、 顆 粒 形 狀 、 表 面 粗 糙 度 和 級(jí) 配 影 響 ；飽 和 與 干 燥 ： 巖 土 工 程 研 究 所

40、第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度5-5 三 軸 試 驗(yàn) 中 土 的 剪 切 性 狀一 、 砂 性 土 的 剪 切 性 狀（ 二 ） 砂 土 的 應(yīng) 力 軸 向 應(yīng) 變 體 變砂 土 的 初 始 孔 隙 比 不 同 ， 在 受 剪 過 程 中 將 顯 示 出 非 常 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 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 來的 位 置 而

41、彼 此 才 能 相 互 滑 過 ， 從 而 導(dǎo) 致 體 積 膨 脹 ， 把 這 種 因剪 切 而 體 積 膨 脹 的 現(xiàn) 象 稱 為 剪 脹 性 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度然 而 ， 緊 砂 的 這 種 剪 脹 趨 勢(shì) 隨 著 周 圍 壓 力 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 。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

42、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 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度既 然 砂 土 在 低 周 圍 壓 力 下 由 于 初 始 孔 隙 比 的 不 同 ， 剪 破 時(shí)的 體 積 可 能 小 于 初 始 體 積 ， 也 可 能 大 于 初 始 體 積 ， 那 么 ，可 以 想 象 ， 砂 土 在 某 一 初 始 孔 隙 比 下 受 剪 ， 它 剪

43、破 時(shí) 的 體積 將 等 于 其 初 始 體 積 ， 這 一 初 始 孔 隙 比 稱 為 臨 界 孔 隙 比 。砂 土 的 初 始 孔 隙 比 將 隨 周 圍 壓 力 的 增 加 而 減 小 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度（ 三 ） 砂 土 的 殘 余 強(qiáng) 度同 一 種 砂 土 在 相 同 的 周 圍 壓 力 作 用 下 ， 由 于 其 初 始 孔隙 比 不 同 在 剪 切 過 程 中 將 出 現(xiàn) 不 同 的 應(yīng) 力 應(yīng) 變 特 征。 松 砂 的 應(yīng) 力 應(yīng) 變 曲 線 沒 有 一 個(gè) 明 顯 的 峰 值 ， 剪 應(yīng) 力隨 著 剪 應(yīng) 變 的 增 加 而 增

44、 大 ， 最 后 趨 于 某 一 恒 定 值 ； 緊砂 的 應(yīng) 力 應(yīng) 變 曲 線 有一 個(gè) 明 顯 的 峰 值 ， 過 此 峰 值 以 后 剪 應(yīng) 力便 隨 剪 應(yīng) 變 的 的 增 加 而 降 低 ， 最 后 趨 于松 砂 相 同 的 恒 定 值 ， 如 圖 5 21所 示 。 這一 恒 定 的 強(qiáng) 度 通 常 稱 為 殘 余 強(qiáng) 度 或 最 終 強(qiáng)度 ， 以 f表 示 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度（ 四 ） 砂 土 的 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 疏 松 的 粉 細(xì) 砂 ，

45、 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 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 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度二 、 粘 性 土 的 剪 切 性 狀正 常 固 結(jié) 試 樣 與 超 固 結(jié) 試 樣 （ 一 ） 正 常 固 結(jié) 粘 土1、 不 固 結(jié) 不 排 水 強(qiáng) 度 （ UU）

46、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 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度（ 一 ） 正 常 固 結(jié) 粘 土1、 不 固 結(jié) 不 排 水 強(qiáng) 度 （ UU） 如 果 使 試 樣 在 另 一 個(gè) 較高 的 剪 前 固 結(jié) 壓 力 下 固 結(jié) 穩(wěn) 定 后 進(jìn) 行 一 組不 固 結(jié) 不 排 水 試 驗(yàn) c1 c2 Cu1 Cu1 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度如 果 使 試 樣 在 另 一 個(gè) 較 高 的剪 前 固 結(jié) 壓 力 下 固

47、 結(jié) 穩(wěn) 定后 進(jìn) 行 一 組 不 固 結(jié) 不 排 水 試驗(yàn) ， 那 么 ， 由 于 固 結(jié) 壓 力 增大 ， 試 樣 的 剪 前 孔 隙 比 將 減少 ， 試 樣 的 不 排 水 強(qiáng) 度 將 增 大 。 與 通 常 呈線 性 關(guān) 系 ， 即 ， 其中 為 比 例 系 數(shù) 。 如 圖 5 24（ a） 、 （ b） 所 示 。c uc uc ccuc tg 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度2、 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 5 25所 示。 正 常 固 結(jié) 土 的 CU試 驗(yàn) 總 強(qiáng) 度 線 是 如

48、圖 5 26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 0cuc cuf tg 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度若 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

49、 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) 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 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度3、 固 結(jié) 排 水 強(qiáng) 度 （ CD)固 結(jié) 排 水 剪 切 試 驗(yàn) 的 過 程 如 圖 5 28所 示 。如 圖 5 29所 示 ， 由 于 試 驗(yàn) 過 程 中 孔 隙

50、 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 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 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度將 上 述 三 種 三 軸 壓 縮 試 驗(yàn) 的 結(jié)

51、果 匯 總于 圖 5 30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 測(cè) 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 ， 。 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

52、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 著 同 一 平 面剪 破 。 0 dcuu ccc 0 ucud 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度實(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 ；)245( 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗

53、剪 強(qiáng) 度（ 二 ） 超 固 結(jié) 粘 土1、 不 固 結(jié) 不 排 水 強(qiáng) 度 （ UU試 驗(yàn) ）超 固 結(jié) 飽 和 粘 性 土 的 試 驗(yàn) 方 法 和 過 程 與 正 常 固 結(jié) 土 的 情 況 完 全 相同 。 它 們 的 試 驗(yàn) 結(jié) 果 主 要 不 同 點(diǎn) 在 于 ： 對(duì) 試 樣 施 加 的 周 圍 壓 力 即初 始 有 效 固 結(jié) 應(yīng) 力 c小 于 原 位 應(yīng) 力 （ 或 先 期 固 結(jié) 應(yīng) 力 ） pc， 即 c pc， 體 現(xiàn) 試 樣 剪 前 為 超 固 結(jié) 狀 態(tài) 。在 UU試 驗(yàn) 中 ， 由 于 試 樣 不 允 許 有 水 進(jìn) 入 ， 所 以 強(qiáng) 超 固 結(jié) 土 破 壞 時(shí)的 孔

54、 隙 水 應(yīng) 力 為 負(fù) 值 ； 弱 超 固 結(jié) 土 破 壞 時(shí) 的 孔 隙 水 應(yīng) 力 雖 仍 為 正值 ， 但 比 正 常 固 結(jié) 土 要 小 的 多 。 如 圖 5 31所 示 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度由 于 UU試 驗(yàn) 不 允 許 試 樣 固 結(jié) 排 水 ， 所 以 ， 一 組 試 樣 在 剪 前的 有 效 應(yīng) 力 和 孔 隙 比 均 相 同 。 因 此 ， 它 們 具 有 相 同 直 徑 的 破壞 應(yīng) 力 圓 ， 其 強(qiáng) 度 包 線 也 是 一 條 水 平 線 ， 如 圖 5 32所 示 。如 果 在 試 驗(yàn) 中 測(cè) 出 破 壞 時(shí) 的 孔

55、隙 水 應(yīng) 力 uf， 同 樣 可 以 得 到 一個(gè) 與 總 應(yīng) 力 圓 等 直 徑 的 破 壞 時(shí) 的 有 效 應(yīng) 力 圓 ， 如 圖 5 32中虛 線 所 示 。 其 中 A， B兩 圓 是 強(qiáng) 超 固 結(jié) 土 的 總 應(yīng) 力 圓 ， 破 壞時(shí) 的 孔 隙 水 應(yīng) 力 為 負(fù) 值 ， 所 以 ， 有 效 應(yīng) 力 圓 在 總 應(yīng) 力 圓 的 右邊 ； C圓為 弱 超 固 結(jié) 土 （ 錯(cuò) ） 的 總 應(yīng) 力 圓 ，破 壞 時(shí) 的 孔 隙 水 應(yīng) 力 為 正 值 ，所 以 ， 有 效 應(yīng) 力 圓 在 總 應(yīng) 力 圓的 左 邊 。同 一 固 結(jié) 壓 力 下 ， 有 效 應(yīng) 力 圓 只 有 一 個(gè)

56、巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度2、 固 結(jié) 不 排 水 剪 強(qiáng) 度 （ CU試 驗(yàn) ）超 固 結(jié) 飽 和 粘 土 CU試 驗(yàn) 的 方 法 和 過 程 也 與 正 常 固 結(jié) 土 的情 況 相 同 。 超 固 結(jié) 飽 和 粘 土 試 驗(yàn) 的 抗 剪 強(qiáng) 度 可 表 達(dá) 為 tgccuf如 果 在 試 驗(yàn) 中 ， 測(cè) 出破 壞 時(shí) 的 孔 隙 水 應(yīng) 力uf， 則 可 得 到 以 有 效應(yīng) 力 表 示 的 破 壞 有 效應(yīng) 力 圓 及 其 強(qiáng) 度 包 線， 如 圖 5 34中 虛 線所 示 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度A圓 為

57、強(qiáng) 超 固 結(jié) 的 ， 破 壞 時(shí) 的 孔 隙 水 應(yīng) 力 為 負(fù) 值 ， 有 效 應(yīng)力 圓 在 總 應(yīng) 力 圓 的 右 側(cè) ； B圓 為 弱 超 固 結(jié) 的 ， 破 壞 時(shí) 的 孔隙 水 應(yīng) 力 為 正 值 ， 有 效 應(yīng) 力 圓 在 總 應(yīng) 力 圓 的 左 側(cè) 。 以 有 效應(yīng) 力 表 示 的 抗 剪 強(qiáng) 度 為從 圖 中 可 看 出 ， CU試 驗(yàn) 的 總 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 與 有 效 應(yīng) 力 強(qiáng) 度指 標(biāo) 的 關(guān) 系 是 ： ， 。 tgcfcccu cu 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度3、 固 結(jié) 排 水 剪 強(qiáng) 度 （ CD試 驗(yàn) ）超 固 結(jié)

58、 飽 和 粘 土 CD試 驗(yàn) 方 法 和 過 程 仍 與 正 常 固 結(jié) 土 的 情 況 一樣 。 由 于 CD試 驗(yàn) 允 許 試 樣 排 水 固 結(jié) ， 所 以 ， 試 樣 體 積 在 受 剪初 期 稍 有 縮 小 ， 接 著 產(chǎn) 生 膨 脹 ， 直 至 試 樣 體 積 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 大 于 原 始體 積 。 強(qiáng) 超 固 結(jié) 飽 和 粘 土 CD試 驗(yàn) 時(shí) 的 應(yīng) 力 應(yīng) 變 和 體 變 應(yīng)變 的 典 型 關(guān) 系 曲 線 如 圖 5 35所 示 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度3、 固 結(jié) 排 水 剪 強(qiáng) 度 （ CD試 驗(yàn) ）超 固 結(jié) 飽 和 粘 土 CD試

59、驗(yàn) 時(shí) 的 強(qiáng)度 變 化 規(guī) 律 與 CU試 驗(yàn) 的 變 化 規(guī)律 相 似 。 但 是 ， 由 于 在 CD試 驗(yàn)的 整 個(gè) 過 程 中 均 允 許 試 樣 排 水 固結(jié) ， 孔 隙 水 應(yīng) 力 始 終 為 零 ， 所 以， 剪 切 面 上 的 總 應(yīng) 力 全 部 轉(zhuǎn) 化 為有 效 應(yīng) 力 ， CD試 驗(yàn) 的 強(qiáng) 度 包 線 即 為 有 效 應(yīng) 力 強(qiáng) 度 包 線 ， 如 圖5 36所 示 。 其 抗 剪 強(qiáng) 度 可 表 示 為 ddf tgc 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度將 上 述 三 種 試 驗(yàn) 結(jié) 果 匯 總 于 圖 5 37中 ， 從 圖 中 可 以

60、看出 ， 對(duì) 于 超 固 結(jié) 飽 和 粘 土 ， 當(dāng) 采 用 三 種 不 同 的 試 驗(yàn) 方 法來 測(cè) 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) 是 一 條 水 平 線 ， CU和 CD試 驗(yàn) 是 一 條 不 通 過 坐 標(biāo) 原點(diǎn) 的 直 線 （ 實(shí) 際 上 是 微 彎 的 曲 線 ， 但 實(shí) 際 上 可 用 直 線 來代 替 ） 。 它 們 的 強(qiáng) 度 指 標(biāo) 關(guān) 系 是 cu ccu cd， d cu u 0。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度【 例 題 5 4】 某 飽 和 粘 土 曾 受 到 先 期 固 結(jié)

61、 應(yīng) 力 為 800kPa。在 固 結(jié) 不 排 水 試 驗(yàn) 中 測(cè) 得 的 結(jié) 果 列 于 表 （ a） 。 試 求 不 同 超固 結(jié) 比 OCR下 ， 試 樣 剪 破 時(shí) 的 孔 隙 水 應(yīng) 力 系 數(shù) Af值 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度【 解 】 在 固 結(jié) 不 排 水 剪 試 驗(yàn) 中 ， 孔 隙 水 應(yīng) 力 僅 由 主 應(yīng) 力 差產(chǎn) 生 ， 于 是 ， 按 式 （ 5 23） 剪 破 時(shí) 的 孔 隙 水 應(yīng) 力 系 數(shù)Af=u /(1 3)=uf /(1 3)f， 計(jì) 算 結(jié) 果 見 表 (b) 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗

62、剪 強(qiáng) 度（ 三 ） 粘 土 的 殘 余 強(qiáng) 度超 固 結(jié) 粘 土 在 剪 切 試 驗(yàn) 中 有 與 緊 砂 相 似 的 應(yīng) 力 應(yīng) 變 特 征 ，當(dāng) 強(qiáng) 度 隨 著 剪 位 移 達(dá) 到 峰 值 后 ， 如 果 剪 切 繼 續(xù) 進(jìn) 行 ， 隨 著 剪位 移 繼 續(xù) 增 大 ， 強(qiáng) 度 顯 著 降 低 ， 最 后 穩(wěn) 定 在 某 一 數(shù) 值 不 變 ，該 不 變 的 值 即 稱 為 粘 土 的 殘 余 強(qiáng) 度 。 正 常 固 結(jié) 粘 土 亦 有 此 現(xiàn)象 ， 只 是 降 低 的 幅 度 較 超 固 結(jié) 粘 土 要 小 些 。由 圖 5-39可 見 ：1、 粘 土 的 殘 余 強(qiáng) 度 與 它的 應(yīng)

63、力 歷 史 無 關(guān) ；2、 在 大 剪 位 移 下 超 固 結(jié)粘 土的 強(qiáng) 度 降 低 比 正 常 固 結(jié) 粘 土 的 大 ； 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度3、 殘 余 強(qiáng) 度 線 為 通 過 坐 標(biāo) 原 點(diǎn) 的 直 線 ， 即 r=tgr式 中 ： r粘 土 的 殘 余 強(qiáng) 度 ； 剪 破 面 上 的 法 向 應(yīng) 力 ； r殘 余 內(nèi) 摩 擦 角 。必 須 指 出 ， 在 大 位 移 下 粘 土 強(qiáng) 度 降 低 的 機(jī) 理 與 緊 砂 不 同 。緊 砂 是 由 于 土 粒 間 咬 合 作 用 被 克 服 ， 結(jié) 構(gòu) 崩 解 變 松 的 結(jié) 果， 而 粘 土

64、被 認(rèn) 為 是 由 于 在 受 剪 過 程 中 土 的 結(jié) 構(gòu) 性 損 傷 、 土粒 的 排 列 變 化 及 粒 間 引 力 減 少 ； 吸 著 水 層 中 水 分 子 的 定 向排 列 和 陽 離 子 的 分 布 因 受 剪 而 遭 到 破 壞 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度（ 四 ） 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 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

65、 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 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 比式 中 ： St粘 土 的 靈 敏 度 ； qu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 。 uut qqs 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度對(duì) 于 靈 敏 度 高 的 粘 土

66、， 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 。 巖 土 工 程 研 究 所 第 五 章 土 的 抗 剪 強(qiáng) 度（ 五 ） 粘 土 的 蠕 變?cè)?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 。 圖 5-40是 三 軸 不 排 水 剪 切 試 驗(yàn) 中 在 不 同 的恒 定 主 應(yīng) 力 差 （ 1- 3)作 用 下 軸 向 應(yīng) 變 隨 時(shí) 間 變 化 的 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