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1、土的坑剪強度學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握土的抗剪強度表示方法和抗剪強度指標(biāo)的測定方法，學(xué)會利用土的極限平衡條件分析土中平衡狀態(tài)的方法。學(xué)習(xí)基本要求學(xué)習(xí)基本要求學(xué)習(xí)基本要求學(xué)習(xí)基本要求1.掌握抗剪強度公式，熟悉抗剪強度的影響因素2掌握摩爾一庫侖抗剪強度理論和極限平衡理論3掌握抗剪強度指標(biāo)的測定方法4掌握不同固結(jié)和排水條件下土的抗剪強度指標(biāo)的意義及應(yīng)用5了解應(yīng)力路徑的概念5.1 土的強度概念土的強度概念（1）抗壓強度抗壓強度 抗剪強度抗剪強度 抗拉強度抗拉強度土的強度概念在使用一種建筑材料考慮其力學(xué)特性時，首先要提到強度問題，也就會聯(lián)想到應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，以一種材料如剛材，可以作同一條關(guān)系曲

2、線，可以分析其在某一應(yīng)力下材料發(fā)生的應(yīng)變。并能確定在多大的應(yīng)力作用下材料發(fā)生破壞，而對于到目前為止還沒有能找到這樣一條普遍適用的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。5.1 土的強度概念（）土的強度概念（）對一般建筑材料，有抗拉，抗壓，抗剪切三個強度，而對于土一般不考慮取抗拉強度（除特殊情況）由于土是散粒體，沒有被壓壞的問題，土體受壓后愈來愈密實。5.1 土的強度概念（）土的強度概念（）所以土受壓力作用不以強度控制，而是以變形沉降控制，土的強度一般以抗剪能力的大小控制，土體受破壞一般呈現(xiàn)破裂狀態(tài)，破裂以前的剪應(yīng)力超過了土的抗剪強度，土體發(fā)生相對滑動而產(chǎn)生破壞，而且研究土的抗剪強度要比研究土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系容易的多，所

3、以，從土的抗剪強度研究土的極限狀態(tài)是土力學(xué)中一個很重要的問題。無粘性土：散粒，顆粒只有重力作用，無抗拉強度。5.1 土的強度概念（）土的強度概念（）粘性土粘性土：有一定的抗拉強度，顆粒間有粘聚力，以前不為人們注意，壩體，心墻沉降大，產(chǎn)生剪應(yīng)力，反映在壩頂心墻上，分解為拉應(yīng)力，出現(xiàn)縱向裂縫。5.1 土的強度概念（）土的強度概念（）土的抗剪強度是指土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，當(dāng)土中某點由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強度時，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對滑動，該點便發(fā)生剪切破壞。工程實踐和室內(nèi)試驗都證實了土是由于受剪而產(chǎn)生破壞，剪切破壞

4、是土體強度破壞的重要特點，因此，土的強度問題實質(zhì)上就是土的抗剪強度問題。5.1 土的強度概念（）土的強度概念（）在工程實踐中與土的抗剪強度有關(guān)的工程問題主要有三類：第一類是以土作為建造材料的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題，如土壩、路堤等填方邊坡以及天然土坡等的穩(wěn)定性問題（圖5-la）；5.1 土的強度概念（）土的強度概念（）第二類是土作為工程構(gòu)筑物環(huán)境的安全性問題，即土壓力問題，如擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土體，它的強度破壞將造成對墻體過大的側(cè)向土壓力，以至可能導(dǎo)致這些工程構(gòu)筑物發(fā)生滑動、傾覆等破壞事故（圖5-1b）；5.1 土的強度概念（）土的強度概念（）第三類是土作為建筑物地基的承載力問題，如果基礎(chǔ)

5、下的地基土體產(chǎn)生整體滑動或因局部剪切破壞而導(dǎo)致過大的地基變形，將會造成上部結(jié)構(gòu)的破壞或影響其正常使用功能（圖5-1c）。有關(guān)土的強度破壞的工程實例如下：5.1 土的強度概念（）土的強度概念（）（圖5-1c）（圖5-1b）（圖5-1a）5.1 土的強度概念（）土的強度概念（）5.1 土的強度概念（）土的強度概念（）加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉（1）加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉平面呈矩形，長59.44m，寬23.47m，高31.00m，容積36368m3。谷倉為圓筒倉，每排13個圓筒倉，5排，一共65個圓筒倉組成。谷倉的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏基，厚61cm，基礎(chǔ)理深3

6、.66m。谷倉于1911年開始施工，1913年秋完工。谷倉自重20000t，相當(dāng)于裝滿谷物后滿載總重量的42.5。1913年9月起往谷倉裝谷物，仔細(xì)地裝載，使谷物均勻分布。10月，當(dāng)谷倉裝了31822m3谷物時，發(fā)現(xiàn)1小時內(nèi)垂直沉降達(dá)30.5cm。結(jié)構(gòu)物向西傾斜，并在24小時內(nèi)谷倉傾倒，傾斜度離垂線達(dá)2653。谷倉西端下沉7.32m，東端上抬1.52m。加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉（2）近代世界上最嚴(yán)重的建筑物破壞之一是美國的一座水泥倉庫。這座水泥倉庫位于紐約市漢森河旁。建筑地基土分四層：表層為黃色粘土，厚 5.5m；第二層為青色粘土，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N8擊，承載力為84105kPa，層厚

7、17.0m；第三層為碎石夾粘土，厚度較小，僅1.8m；第四層為巖石。水泥倉庫上部結(jié)構(gòu)為圓筒形，直徑d13m，基礎(chǔ)為整塊板式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)理深2.8m，位于表層黃色粘土中部。美國紐約某水泥倉庫美國紐約某水泥倉庫加拿大特朗斯康谷倉嚴(yán)重傾倒，是地基整體滑動強度破壞的典型工程實例。1913年10月18日谷倉傾倒后，上部鋼筋混凝土筒倉堅如盤石，僅有極少的表面裂縫。1914年水泥筒倉地基軟粘土嚴(yán)重超載，引起地基土剪切破壞而滑動。地基滑動使水泥筒倉傾倒呈45，地基土被擠出地面，高達(dá)5.18m。與此同時，離筒倉凈距23m以外的辦公樓受地基滑動的影響，發(fā)生傾斜。5.1 土的強度概念（土的強度概念（2）5.1 土的強

8、度概念（土的強度概念（3）當(dāng)這座水泥倉庫第一次發(fā)生大量沉降災(zāi)難的預(yù)兆時，如果立即卸除儲藏的極重的水泥，很容易挽救，可以在倉庫下托換基礎(chǔ)。但負(fù)責(zé)人僅安排了仔細(xì)進(jìn)行沉降觀測與記錄，未采取卸荷措施，結(jié)果發(fā)展成災(zāi)難。5.1 土的強度概念（土的強度概念（4）5.2 土的強度理論（摩爾土的強度理論（摩爾-庫侖強度理論）庫侖強度理論）一、一、土的抗剪強度土的抗剪強度（1）1 直剪試驗5.2 一、土的抗剪強度（一、土的抗剪強度（2）5.2 一、土的抗剪強度（）一、土的抗剪強度（）最先采用的確定抗剪強度的儀器，并且現(xiàn)在仍在我國工程上被大量使用。直剪儀構(gòu)造及試驗原理。對一個試樣做試驗時，先加一個固定的垂直力。然后

9、再逐漸增加水平剪力。最后使土樣剪壞。對一個試樣，加一個固定的。則土樣受到的垂直應(yīng)力為，然后加水平剪力，荷載逐級增加。這樣，在每一個剪應(yīng)力作用下都對應(yīng)著相應(yīng)的剪變形。5.2 一、土的抗剪強度（）一、土的抗剪強度（）剪應(yīng)力：剪變形：這樣，在 -坐標(biāo)上可得到一條曲線，如圖所示。土樣1：是密砂或硬粘土，可得到曲線，可以取f 峰值強度，對古老滑坡，抗剪強度用終值強度。土樣2：松砂，抗剪強度=終值強度，沒有峰值土樣1土樣2f 峰值強度f 終值強度5.2 一、土的抗剪強度（）一、土的抗剪強度（）2.抗剪強度的庫侖強度公式抗剪強度的庫侖強度公式 土體發(fā)生剪切破壞時，將沿著其內(nèi)部某一曲面（滑動面）產(chǎn)生相對滑動，

10、而該滑動面上的剪應(yīng)力就等于土的抗剪強度。1776年，法國學(xué)者 庫侖庫侖 根據(jù)砂土的試驗結(jié)果（圖5-2a），將土的抗剪強度表達(dá)為滑動面上法向應(yīng)力的函數(shù)，即(51)ftg 5.2 一、土的抗剪強度（）一、土的抗剪強度（）以后庫侖又根據(jù)粘性土的試驗結(jié)果（圖5-2b），提出更為普遍的抗剪強度表達(dá)形式：(52)fctg 式中 土的抗剪強度，kPa；剪切滑動面上的法向應(yīng)力，kPa；c 土的粘聚力，kPa；土的內(nèi)摩擦角，度。f5.2 一、土的抗剪強度（）一、土的抗剪強度（）圖5-2a 砂土的試驗結(jié)果 圖5-2b 粘性土的試驗結(jié)果(a)(b)5.2 一、土的抗剪強度（）一、土的抗剪強度（）上述土的抗剪強度數(shù)學(xué)

11、表達(dá)式，也稱為庫侖定律，它表明在一般應(yīng)力水平下，土的抗剪強度與滑動面上的法向應(yīng)力之間呈直線關(guān)系，其中 c、稱為土的抗剪強度指標(biāo)。這一基本關(guān)系式能滿足一般工程的精度要求，是目前研究土的抗剪強度的基本定律。上述土的抗剪強度表達(dá)式中采用的法向應(yīng)力為總應(yīng)力，稱為總應(yīng)力表達(dá)式。5.2 一、土的抗剪強度（）一、土的抗剪強度（）根據(jù)有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理，土中某點的總應(yīng)力 等于有效應(yīng)力 和孔隙水壓力u之和，即=+u。若法向應(yīng)力采用有效應(yīng)力，則可以得到如下抗剪強度的有效應(yīng)力表達(dá)式：或式中 c、分別為有效粘聚力和有效內(nèi)摩擦角，統(tǒng)稱為有效應(yīng)力抗剪強度指標(biāo)。(53)tanfc ()tanfcu(5-4)5.2 一

12、、土的抗剪強度（）一、土的抗剪強度（）3.土的抗剪強度的機理土的抗剪強度的機理摩擦強度：滑動摩擦 咬合摩擦 粘結(jié)強度：原始粘結(jié)力 固化粘結(jié)力由土的抗剪強度表達(dá)式可以看出，砂土的抗剪強度是由內(nèi)摩阻力構(gòu)成，而粘性土的抗剪強度則由內(nèi)摩阻力和粘聚力兩個部分所構(gòu)成。5.2 一、土的抗剪強度（）一、土的抗剪強度（）內(nèi)摩阻力內(nèi)摩阻力包括土粒之間的表面摩擦力和由于土粒之間的連鎖作用而產(chǎn)生的咬合力。咬合力是指當(dāng)土體相對滑動時，將嵌在其它顆粒之間的土粒拔出所需的力。土越密實，連鎖作用則越強。粘聚力粘聚力包括原始粘聚力、固化粘聚力和毛細(xì)粘聚力。5.2 一、土的抗剪強度（一、土的抗剪強度（2）原始粘聚力主要是由于土粒

13、間水膜受到相鄰?fù)亮Ｖg的電分子引力而形成的，當(dāng)土被壓密時，土粒間的距離減小，原始粘聚力隨之增大，當(dāng)土的天然結(jié)構(gòu)被破壞時，原始粘聚力將喪失一些，但會隨著時間而恢復(fù)其中的一部分或全部。固化粘聚力是由于土中化合物的膠結(jié)作用而形成的，當(dāng)土的天然結(jié)構(gòu)被破壞時，則固化粘聚力隨之喪失，而且不能恢復(fù)。毛細(xì)粘聚力是由于毛細(xì)壓力所引起的，一般可忽略不計。5.2 一、土的抗剪強度（）一、土的抗剪強度（）土的抗剪強度指標(biāo)的工程數(shù)值：土的抗剪強度指標(biāo)的工程數(shù)值：砂土的內(nèi)摩擦角 變化范圍不是很大，中砂、粗砂、礫砂一般為 =3240；粉砂、細(xì)砂一般為 2836?？紫侗扔?，愈大，但含水飽和的粉砂、細(xì)砂很容易失去穩(wěn)定，因此對

14、其內(nèi)摩擦角的取值宜慎重，有時規(guī)定取 =20左右。砂土有時也有很小的粘聚力（約10kPa以內(nèi)），這可能是由于砂土中夾有一些粘土顆粒，也可能是由于毛細(xì)粘聚力的緣故。二、土的極限平衡條件與強度理論二、土的極限平衡條件與強度理論（1）1、土中一點的應(yīng)力狀態(tài) 設(shè)某一土體單元上作用著的大、小主應(yīng)力分別為1 和3,根據(jù)材料力學(xué)理論，此土體單元內(nèi)與大主應(yīng)力 1 與作用平面成 a 角的平面上的正應(yīng)力 和剪應(yīng)力可分別表示如下：1313(55)11()()cos222aa 13(55)1()sin22ba .2 二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（2）粘性土的抗剪強度指標(biāo)的變化范圍很大，

15、它與土的種類有關(guān)，并且與土的天然結(jié)構(gòu)是否破壞、試樣在法向壓力下的排水固結(jié)程度及試驗方法等因素有關(guān)。內(nèi)摩擦角的變化范圍大致為 030；粘聚力則可從小于10kPa變化到200kPa以上。上述關(guān)系也可用 坐標(biāo)系中直徑為(1 3)、圓心坐標(biāo)為(1 3)/2，0 的摩爾應(yīng)力圓上一點的坐標(biāo)大小來表示，如圖53中之 A 點。（a）單元體應(yīng)力 （b）摩爾應(yīng)力圓圖53 土中應(yīng)力狀態(tài).2 二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（3）.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（4）當(dāng)土體中任意一點在某一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強度時，就發(fā)生剪切破壞，該點也即處于極限

16、平衡狀態(tài)。為了簡化分析，下面僅考慮平面問題來建立土的極限平衡條件，并且引用材料力學(xué)中有關(guān)表達(dá)一點應(yīng)力狀態(tài)的摩爾圓方法。2 土體的極限平衡條件土體的極限平衡條件將抗剪強度包線與摩爾應(yīng)力圖畫在同一坐標(biāo)圖上，觀察應(yīng)力圓與抗剪強度包線之間的位置變化，如圖54所示。圖54 土中應(yīng)力與土的平衡狀態(tài) 觀看動畫.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（5）隨著土中應(yīng)力狀態(tài)的改變，應(yīng)力圓與強度包線之間的位置關(guān)系將發(fā)生三種變化情況，土中也將出現(xiàn)相應(yīng)的三種平衡狀態(tài)：當(dāng)整個摩爾應(yīng)力圓位于抗剪強度包線的下方時，表明通過該點的任意平面上的剪應(yīng)力都小于土的抗剪強度，此時該點處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，不會發(fā)

17、生剪切破壞；.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（6）當(dāng)土體中任意一點在某一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強度時，就發(fā)生剪切破壞，該點也即處于極限平衡狀態(tài)。為了簡化分析，下面僅考慮平面問題來建立土的極限平衡條件，并且引用材料力學(xué)中有關(guān)表達(dá)一點應(yīng)力狀態(tài)的摩爾圓方法。.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（7）當(dāng)摩爾應(yīng)力圓與抗剪強度包線相切時（切點如圖54中的A點），表明在相切點所代表的平面上，剪應(yīng)力正好等于土的抗剪強度，此時該點處于極限平衡狀態(tài)，相應(yīng)的應(yīng)力圓稱為極限應(yīng)力圓。當(dāng)摩爾應(yīng)力圓與抗剪強度包線相割時，表明該點某些平面上的剪應(yīng)力已超過了土

18、的抗剪強度，此時該點已發(fā)生剪切破壞（由于此時地基應(yīng)力將發(fā)生重分布，事實上該應(yīng)力圓所代表的應(yīng)力狀態(tài)并不存在）；.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（8）土的極限平衡條件土的極限平衡條件 根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強度包線之間的幾何關(guān)系，可建立以土中主應(yīng)力表示的土的極限平衡條件如下：1313(58)sin2 cotc 213(56)tan452tan4522c 231tan452tan4522c(5-7).2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（9）土的極限平衡條件同時表明，土體剪切破壞時的破裂面不是發(fā)生在最大剪應(yīng)力 max的作用面 a45上，而是

19、發(fā)生在與大主應(yīng)力的作用面成 a45/2的平面上。.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（0）土的極限平衡條件的應(yīng)用土的極限平衡條件的應(yīng)用 土的極限平衡條件常用來評判土中某點的平衡狀態(tài)，具體方法是根據(jù)實際最小主應(yīng)力 3 及土的極限平衡條件式（57）,可推求土體處于極限平衡狀態(tài)時所能承受的最大主應(yīng)力 s1f,或根據(jù)實際最大主應(yīng)力 1 及土的極限平衡條件式（58）推求出土體處于極限平衡狀態(tài)時所能承受的最大主應(yīng)力 s3f，再通過比較計算值與實際值即可評判該點的平衡狀態(tài)：.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（1）（1）當(dāng) 1 3f 時，土體中該點

20、處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)；（2）當(dāng) 1=1f或3=3f時，土體中該點處于極限平衡狀態(tài)；（3）當(dāng) 1 1f 或3 3f，可判定該土樣處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。上述計算也可以根據(jù)實際最小主應(yīng)力 3 計算 1f 的方法進(jìn)行。采用應(yīng)力圓與抗剪強度包絡(luò)線相互位置關(guān)系來評判的圖解法也可以得到相同的結(jié)果。.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（5）為了進(jìn)一步理解土的極限平衡條件在評判土中平衡狀態(tài)時的應(yīng)用方法，請在演示模擬評判動畫中輸入不同的土樣條件與應(yīng)力條件，觀看土樣可能出現(xiàn)的平衡狀態(tài)。3 摩爾一摩爾一 庫侖強度理論庫侖強度理論 在一定的壓力范圍內(nèi)，土的抗剪強度可用庫侖公式表示，當(dāng)土體中某點的任

21、一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強度時，就認(rèn)為該點已發(fā)生剪切破壞，該點也即處于極限平衡狀態(tài)。土的這種強度理論稱為摩爾一庫侖強度理論。.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（6）1910年 摩爾 提出了材料破壞的第三強度理論即最大剪應(yīng)力理論，并指出在破壞面上的剪應(yīng)力 f是為該面上法向應(yīng)力 的函數(shù)，即這個函數(shù)在 f 座標(biāo)中是一條曲線，稱為摩爾包線。當(dāng)摩爾包線采用庫侖定律表示的直線關(guān)系時，即形成了土的摩爾一庫侖強度理論。.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（7）1910年摩爾（Mohr）提出材料的破壞是剪切破壞，并指出在破壞面上的剪應(yīng)力f是為該面

22、上法向應(yīng)力的函數(shù)，即 f=f()（5-3）.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（18）這個函數(shù)在f-坐標(biāo)中是一條曲線，稱為摩爾包線，如圖5-3實線所示。摩爾包線表示材料受到不同應(yīng)力作用達(dá)到極限狀態(tài)時，滑動面上法向應(yīng)力。與剪應(yīng)力f的關(guān)系。土的摩爾包線通?？梢越频赜弥本€表示，如圖 5-3虛線所示，該直線方程就是庫侖定律所表示的方程。由庫侖公式表示摩爾包線的土體強度理論可稱為摩爾一庫侖強度理論.2二、土的極限平衡條件與強度理論（二、土的極限平衡條件與強度理論（19）圖摩爾包線剪切試驗的類型 測定土的抗剪強度指標(biāo)的試驗方法主要有室內(nèi)剪切試驗和現(xiàn)場剪切試驗二大類，室內(nèi)剪切

23、試驗常用的方法有直接剪切試驗、三軸壓縮試驗和無側(cè)限抗壓強度試驗等，現(xiàn)場剪切試驗常用的方法主要有十字板剪切試驗。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗確定強度指標(biāo)的試驗 1.直接剪切試驗（1）直剪試驗原理 直接剪切試驗是測定土的抗剪強度的最簡單的方法，它所測定的是土樣預(yù)定剪切面上的抗剪強度。直剪試驗所使用的儀器稱為直剪儀，按加荷方式的不同，直剪儀可分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種。前者是以等速水平推動試樣產(chǎn)生位移并測定相應(yīng)的剪應(yīng)力；后者則是對試樣分級施加水平剪應(yīng)力，同時測定相應(yīng)的位移。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（1）我國目前普遍采用的是應(yīng)變控制式直剪儀應(yīng)變控制式直剪儀，該儀器的主要部件由固

24、定的上盒和活動的下盒組成，試樣放在盒內(nèi)上下兩塊透水石之間，如圖57所示。試驗時，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石對試樣施加某一法向應(yīng)力 ，然后等速推動下盒，使試樣在沿上下盒之間的水平面上受剪直至破壞，剪應(yīng)力 的大小可借助與上盒接觸的量力環(huán)測定，試驗過程參見直剪試驗演示。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（2）試驗中通常對同一種土取34個試樣，分別在不同的法向應(yīng)力下剪切破壞，可將試驗結(jié)果繪制成抗剪強度 f 與法向應(yīng)力 之間的關(guān)系，如圖圖52所示。試驗結(jié)果表明，對于砂性土，抗剪強度與法向應(yīng)力之間的關(guān)系是一條通過原點的直線，直線方程可用庫侖公式（51）表示；對于粘性土，抗剪強度與法向應(yīng)力之

25、間也基本成直線關(guān)系，該直線與橫軸的夾角為內(nèi)摩擦角 ，在縱軸上的截距為粘聚力 c，直線方程可用庫侖公式（52）表示。直剪儀的各組成部分可查看直剪儀的各組成部分可查看直剪儀示意圖圖應(yīng)變控制式直剪儀輪軸；底座；透水石；測微表；活塞上盒；土樣；測微表；量力環(huán)；下盒（2）直剪試驗強度取值）直剪試驗強度取值試驗結(jié)果表明，不同土性的土樣在剪切試驗時的剪應(yīng)力 與剪切位移 d關(guān)系曲線形態(tài)時有較大差異的。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（3）土樣的抗剪強度應(yīng)根據(jù)其 Dl 曲線形態(tài)分別確定：對密實砂土、堅硬粘土等，其 Dl 曲線將出現(xiàn)峰值(圖 5-8中3、4曲線)，可取峰值剪應(yīng)力作為該級法向應(yīng)力 下的

26、抗剪強度 f；對松砂、軟土等，Dl 曲線一般無峰值出現(xiàn)（圖5-8中1、2曲線），可取剪切位移Dl 4mm時所對應(yīng)的剪應(yīng)力作為該級法向應(yīng)力 下的抗剪強度 f5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（4）剪切位移（）圖58 剪應(yīng)力 與剪切位移 Dl 關(guān)系曲線 5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（5）（3 3）直剪試驗方法分類）直剪試驗方法分類大量的試驗和工程實踐都表明，土的抗剪強度是與土受力后的排水固結(jié)狀況有關(guān)，故測定強度指標(biāo)的試驗方法應(yīng)與現(xiàn)場的施工加荷條件一致。直剪試驗由于其儀器構(gòu)造的局限無法做到任意控制試樣的排水條件，為了在直剪試驗中能盡量考慮實際工程中存在的不同固結(jié)排水條件

27、，通常采用不同加荷速率的試驗方法來近似模擬土體在受剪時的不同排水條件，由此產(chǎn)生了三種不同的直剪試驗方法，即快剪、固結(jié)快剪和慢剪。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（6）（1 1）快剪）快剪快剪試驗是在對試樣施加豎向壓力后，立即以0.8mm/min的剪切速率快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。一般從加荷到土樣剪壞只用35分鐘。由于剪切速率較快，可認(rèn)為對于滲透系數(shù)小于106cm/s的粘性土在剪切過程中試樣沒有排水固結(jié)，近似模擬了“不排水剪切”過程，得到的抗剪強度指標(biāo)用 cq、q 表示。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（7）（2）固結(jié)快剪）固結(jié)快剪固結(jié)快剪是在對試樣施加豎向壓

28、力后，讓試樣充分排水固結(jié)，待沉降穩(wěn)定后，再0.8mm/min的剪切速率快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。固結(jié)快剪試驗近似模擬了“固結(jié)不排水剪切”過程，它也只適用于滲透系數(shù)小于106cm/s的粘性土，得到的抗剪強度指標(biāo)用 ccq、cq 表示。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（8）（3）慢剪）慢剪慢剪試樣是在對試樣施加豎向壓力后，讓試樣充分排水固結(jié)，待沉降穩(wěn)定后，以小于0.02mm/min的剪切速率施加水平剪應(yīng)力直至試樣剪切破壞，使試樣在受剪過程中一直充分排水和產(chǎn)生體積變形，模擬了“固結(jié)排水剪切”過程，得到的抗剪強度指標(biāo)用 cs、s 表示。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試

29、驗（9）（4）直剪試驗的優(yōu)缺點）直剪試驗的優(yōu)缺點直剪試驗具有設(shè)備簡單，土樣制備及試驗操作方便等優(yōu)點，因而至今仍為國內(nèi)一般工程所廣泛使用。但也存在不少缺點，主要有：1）剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的面剪切破壞；2）剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，且豎向荷載會發(fā)生偏轉(zhuǎn)（上下盒的中軸線不重合），主應(yīng)力的大小及方向都是變化的；3）在剪切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而在計算抗剪強度時仍按土樣的原截面積計算；4）試驗時不能嚴(yán)格控制排水條件，并且不能量測孔隙水壓力；5）試驗時上下盒之間的縫隙中易嵌入砂粒，使試驗結(jié)果偏大。2.三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗（1）（1）三軸壓縮試驗儀器三軸壓縮試驗所使用

30、的儀器是三軸三軸壓縮儀壓縮儀（也稱三軸剪切儀），主要由三個部分所組成：主機、穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)以及量測系統(tǒng)。2.三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗（2）5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（10）(a)(b)(c)5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（11）三軸壓縮儀三軸壓縮儀5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（12）1調(diào)壓筒；調(diào)壓筒；2周圍壓力表；周圍壓力表；3周周圍壓力閥；圍壓力閥；4排水閥；排水閥；5體變管；體變管；6排水管；排水管；7變形量表；變形量表；8量量力環(huán)；力環(huán)；9排氣孔；排氣孔；10軸向加壓軸向加壓設(shè)備設(shè)備11壓力室；壓力室；12量管閥；量管閥；13零位指示器

31、；零位指示器；14空隙壓力表；空隙壓力表；15量管；量管；16空隙壓力閥；空隙壓力閥；17離合器；離合器；18手輪；手輪；19馬達(dá)；馬達(dá)；20變速箱變速箱三軸壓縮儀三軸壓縮儀5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（13）主機部分包括壓力室、軸向加荷系統(tǒng)等。壓力室是三軸儀的主要組成部分，它是一個由金屬上蓋、底座以及透明有機玻璃圓筒組成的密閉容器，壓力室底座通常有3個小孔分別與穩(wěn)壓系統(tǒng)以及體積變形和孔隙水壓力量測系統(tǒng)相連。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（14）穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)由壓力泵、調(diào)壓閥和壓力表等組成。試驗時通過壓力室對試樣施加周圍壓力，并在試驗過程中根據(jù)不同的試驗要求對壓

32、力予以控制或調(diào)節(jié)，如保持恒壓或變化壓力等。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（15）量測系統(tǒng)由排水管、體變管和孔隙水壓力量測裝置等組成。試驗時分別測出試樣受力后土中排出的水量變化以及土中孔隙水壓力的變化。對于試樣的豎向變形，則利用置于壓力室上方的測微表或位移傳感器測讀。其它常用的三軸壓縮儀其它常用的三軸壓縮儀 常規(guī)液壓三軸儀常規(guī)液壓三軸儀 三軸壓縮儀三軸壓縮儀 非飽和土三軸壓縮儀非飽和土三軸壓縮儀動靜壓縮儀動靜壓縮儀（2）三軸試驗的基本原理）三軸試驗的基本原理常規(guī)三軸試驗一般按如下步驟進(jìn)行：1）將土樣切制成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)，放在密閉的壓力室中，根據(jù)試驗排水要求啟閉有關(guān)的閥門開關(guān)。

33、2）向壓力室內(nèi)注入氣壓或液壓，使試樣承受周圍壓力3 作用，并使該周圍壓力在整個試驗過程中保持不變。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（16）3）通過活塞桿對樣施加豎向壓力，隨著豎向壓力逐漸增大，試樣最終將因受剪而破壞。上述試驗過程將依據(jù)試驗要求不同而有所變化，可分別參見不固結(jié)不排水剪不固結(jié)不排水剪、固結(jié)不排水剪固結(jié)不排水剪和固結(jié)排水剪固結(jié)排水剪的試驗演示。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（17）設(shè)剪切破壞時軸向加荷系統(tǒng)加在試樣上的豎向壓應(yīng)力（稱為偏應(yīng)力）為 1，則試樣上的大主應(yīng)力為 1=3+1，而小主應(yīng)力為 3，據(jù)此可作出一個極限應(yīng)力圓。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確

34、定強度指標(biāo)的試驗（18）用同一種土樣的若干個試件（一般34個）分別在不同的周圍壓力3 下進(jìn)行試驗，可得一組極限應(yīng)力圓，如圖510(c)中的圓、圓和圓。作出這些極限應(yīng)力圓的公切線，即為該土樣的抗剪強度包絡(luò)線，由此便可求得土樣的抗剪強度指標(biāo)c、值。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（19）圖510 三軸試驗基本原理(a)試樣圍壓 (b)破壞時試樣主應(yīng)力 (c)應(yīng)力圓與強度包線(a)(b)(c)（3）三軸試驗方法）三軸試驗方法通過控制土樣在周圍壓力作用下固結(jié)條件和剪切時的排水條件，可形成如下三種三軸試驗方法：5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（20）（1）不固結(jié)不排水剪（）不

35、固結(jié)不排水剪（UU試驗）試驗）試樣在施加周圍壓力和隨后施加偏應(yīng)力直至剪壞的整個試驗過程中都不允許排水，即從開始加壓直至試樣剪壞，土中的含水量始終保持不變，孔隙水壓力也不會消散。UU試驗得到的抗剪強度指標(biāo)用cu、u 表示，這種試驗方法所對應(yīng)的實際工程條件相當(dāng)于飽和軟粘土中快速加荷時的應(yīng)力狀況。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（21）施加施加：周圍壓力f 偏應(yīng)力直至剪壞f 不允許排水，從開始加壓直至試樣剪壞，土中的含水量始終保持不變，孔隙水壓力也不會消散。破壞時：極限主應(yīng)力破壞時：極限主應(yīng)力 1=3+f 3 u f（由（由 1 和和 3引起）引起）13fuufu=0C=Cu33333

36、315.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（22）5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（23）（2）固結(jié)不排水剪（）固結(jié)不排水剪（CU試驗）試驗）在施加周圍壓力 3 時，將排水閥門打開，允許試樣充分排水，待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，然后再施加偏應(yīng)力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。在剪切過程中,試樣沒有任何體積變形。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（24）若要在受剪過程中量測孔隙水壓力，則要打開試樣與孔隙水壓力量測系統(tǒng)間的管路閥門。CU試驗得到的抗剪強度指標(biāo)用ccu、cu 表示，其適用的實際工程條件為一般正常固結(jié)土層在工程竣工或在使用階段受到大量、快速的活荷載或新

37、增荷載的作用下所對應(yīng)的受力情況，在實際工程中經(jīng)常采用這種試驗方法。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（25）在施加周圍壓力 3 時，將排水閥門打開，允許試樣充分排水，待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，然后再施加偏應(yīng)力f，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。破壞時：極限主應(yīng)力破壞時：極限主應(yīng)力 1=3+f 3 uf（由（由 f 引起）引起）5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（26）3313333fu=0uf31cdC=Ccd5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（27）（3）固結(jié)排水剪（）固結(jié)排水剪（CD試驗）試驗）在施加周圍壓力及隨后施加偏應(yīng)力直至剪壞的整個試驗過程中都將排

38、水閥門打開，并給予充分的時間讓試樣中的孔隙水壓力能夠完全消散。CD試驗得到的抗剪強度指標(biāo)用cd、d 表示5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（28）在施加周圍壓力 3 時，將排水閥門打開，允許試樣充分排水，然后再施加偏應(yīng)力f，使試樣在排水的條件下剪切破壞。破壞時：極限主應(yīng)力破壞時：極限主應(yīng)力 1=3+f 3 uf=03313333u=0Uf=031dC=Cd5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（29）5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（30）（4）三軸試驗結(jié)果的整理）三軸試驗結(jié)果的整理 下面通過一個實例數(shù)據(jù)來說明如何用總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法整理三軸試驗的成果?！纠?/p>

39、題5-2】設(shè)有一組飽和粘土試樣作固結(jié)不排水試驗，3個試樣分別施加的周圍壓力 3、剪破時的偏應(yīng)力(13)f和孔隙水壓力uf等有關(guān)數(shù)據(jù)及部分計算結(jié)果見表5-1。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（31）上述三軸試驗數(shù)據(jù)的整理過程主要包括以下步驟：在 坐標(biāo)系中分別作出三個總應(yīng)力摩爾圓，再作出其公切線即為總應(yīng)力強度包線 f，量出強度包線的 軸上的截距和水平傾角即為總應(yīng)力抗剪強度指標(biāo)，其值分別為c=10kPa、18。用相同的步驟作出有效應(yīng)力摩爾圓和有效應(yīng)力強度包線，量出相應(yīng)的有效應(yīng)力抗剪強度指標(biāo)為 c=6 kPa、2。如圖5-11所示。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（32）圖

40、511三軸試驗數(shù)據(jù)整理 特別提示特別提示（1）實際上，由于土的強度特性會受某些因素如應(yīng)力歷史、應(yīng)力水平等的影響，加上土樣的不均勻性以及試驗誤差等原因，使得土的強度包線并非一條直線，因此極限應(yīng)力圓上的破壞點不一定落在其公切線上。特別提示特別提示（2）考慮到目前采用非線性強度包線的方法仍未成熟到實用的程度，故工程實際中一般仍將強度包線簡化為直線。因此，在三軸試驗數(shù)據(jù)的整理中其極限應(yīng)力圓的公切線的繪制是比較困難的，往往需通過經(jīng)驗判斷后才能作出。（5）三軸試驗的優(yōu)缺點）三軸試驗的優(yōu)缺點三軸試驗的突出優(yōu)點是能夠控制排水條件以及可以量測土樣中孔隙水壓力的變化。此外，三軸試驗中試樣的應(yīng)力狀態(tài)也比較明確，剪切

41、破壞時的破裂面在試樣的最弱處，而不像直剪試驗?zāi)菢酉薅ㄔ谏舷潞兄g。一般來說，三軸試驗的結(jié)果還是比較可靠的，因此，三軸壓縮儀是土工試驗不可缺少的儀器設(shè)備。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（33）三軸壓縮試驗的主要缺點是試驗操作比較復(fù)雜，對試驗人員的操作技術(shù)要求比較高。另外，常規(guī)三軸試驗中的試樣所受的力是軸對稱的，與工程實際中土體的受力情況不太相符，要滿足土樣在三向應(yīng)力條件下進(jìn)行剪切試驗，就必須采用更為復(fù)雜的真三軸儀真三軸儀進(jìn)行試驗。特別提示特別提示（3）從不同試驗方法的試驗結(jié)果可以看到，同一種土施加的總應(yīng)力 雖然相同而試驗方法或者說控制的排水條件不同時，則所得的強度指標(biāo)就不相同，故

42、土的抗剪強度與總應(yīng)力之間沒有唯一的對應(yīng)關(guān)系。因此，若采用總應(yīng)力方法表達(dá)土的抗剪強度時，其強度指標(biāo)應(yīng)與相應(yīng)的試驗方法（主要是排水條件）相對應(yīng)。特別提示（4）理論上說，土的抗剪強度與有效應(yīng)力之間具有很好的對應(yīng)關(guān)系，若在試驗時量測土樣的孔隙水壓力，據(jù)此算出土中的有效應(yīng)力，則可以采用與試驗方法無關(guān)的有效應(yīng)力指標(biāo)來表達(dá)土的抗剪強度。3.無側(cè)限抗壓強度試驗無側(cè)限抗壓強度試驗(a)(b)5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（34）（1）試驗原理）試驗原理無側(cè)限抗壓強度試驗是三軸壓縮試驗中周圍壓力3=0的一種特殊情況，所以又稱單軸試驗。無側(cè)限抗壓強度試驗所使用的無側(cè)限壓力儀,其結(jié)構(gòu)構(gòu)造可查閱其示意圖

43、查閱其示意圖，但現(xiàn)在也常利用三軸儀作該種試驗，試驗時，在不加任何側(cè)向壓力的情況下，對圓柱體試樣施加軸向壓力，直至試樣剪切破壞為止。試樣破壞時的軸向壓力以qu表示，稱為無側(cè)限抗壓強度。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（35）由于不能施加周圍壓力，因而根據(jù)試驗結(jié)果，只能作一個極限應(yīng)力圓，難以得到破壞包線，如圖5-12。飽和粘性土的三軸不固結(jié)不排水試驗結(jié)果表明，其破壞包線為一水平線，即u=0。因此，對于飽和粘性土的不排水抗剪強度，就可利用無側(cè)限抗壓強度qu 來得到，即 （5-9）2ufuqc式中：f-土的不排水抗剪強度，kPa；Cu-土的不排水粘聚力，kPa；Qu-無側(cè)限抗壓強度，kP

44、a。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（36）圖512 土的無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果（2）抗壓強度試驗指標(biāo)其他工程的應(yīng)用）抗壓強度試驗指標(biāo)其他工程的應(yīng)用無側(cè)限抗壓強度試驗除了可以測定飽和粘性土的抗剪強度指標(biāo)外，還可以測定飽和粘性土的靈敏度St。土的靈敏度是以原狀土的強度與同一土經(jīng)重塑后（完全擾動但含水量不變）的強度之比來表示的，即0(510)utqSq 式中式中 qu原狀土的無側(cè)限抗壓強度，原狀土的無側(cè)限抗壓強度，kPa；q0重塑土的無側(cè)限抗壓強度，重塑土的無側(cè)限抗壓強度，kPa。根據(jù)靈敏度的大小，根據(jù)靈敏度的大小，可將飽和粘性土分為三類：可將飽和粘性土分為三類：1St2 低靈敏土低

45、靈敏土 2St4 中靈敏土中靈敏土 St4 高靈敏土高靈敏土 特別提示特別提示（5）無側(cè)限抗壓強度試驗適用于測定飽和軟粘土的抗剪強度指標(biāo)。土的靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強，受擾動后土的強度降低就愈多。粘性土受擾動而強度降低的性質(zhì)，一般說來對工程建設(shè)是不利的，如在基坑開挖過程中，因施工可能造成土的擾動而會使地基強度降低。4.十字板剪切試驗十字板剪切試驗（1）十字板剪切試驗適用條件）十字板剪切試驗適用條件 十字板剪切試驗是一種土的抗剪強度的原位測試方法，這種試驗方法適合于在現(xiàn)場測定飽和粘性土的原位不排水抗剪強度，特別適用于均勻飽和軟粘土均勻飽和軟粘土。（2）十字板剪切試驗的基本操作）十字板剪切試驗的基

46、本操作 十字板剪切試驗采用的試驗設(shè)備主要是十字板剪力儀，十字板剪力儀通常由十字板頭、扭力裝置和量測裝置三部分組成，其構(gòu)造情況可查閱其構(gòu)造示意圖查閱其構(gòu)造示意圖。試驗時，先把套管打到要求測試深度以下75cm，將套管內(nèi)的土清除，再通過套管將安裝在鉆桿下的十字板壓入土中至測試的深度。加荷是由地面上的扭力裝置對鉆桿施加扭矩，使埋在土中的十字板扭轉(zhuǎn)，直至土體剪切破壞（破壞面為十字板旋轉(zhuǎn)所形成的圓柱面）。示意圖（1）MVHD（3）十字板抗剪強度計算十字板抗剪強度計算設(shè)土體剪切破壞時所施加的扭矩為M，則它應(yīng)該與剪切破壞圓柱面（包括側(cè)面和上下面）上土的抗剪強度所產(chǎn)生的抵抗力矩相等，即22322431126vH

47、vHDDDMDHD HD （5-11）5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（37）式中 M 剪切破壞時的扭矩，kNm；V，H 分別為剪切破壞時圓柱體側(cè)面和上下面土的抗剪強度，kPa；H 十字板的高度，m；D 十字板的直徑，m。22322431126vHvHDDDMDHD HD 5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（38）天然狀態(tài)的土體是各向異性的，但實用上為了簡化計算，假定土體為各向同性體，即VH，并記作，則式（511）可寫成：式中，十字板測定的土的抗剪強度，kPa。2(512)()3MDDH 特別提示特別提示（）（）室內(nèi)試驗都要求事先取得原狀土樣，由于試樣在采取、運送、保

48、存和制備等過程中不可避免地會受到擾動，土的含水量也難以保持天然狀態(tài)，特別是對于高靈敏度的粘性土擾動更大，故試驗結(jié)果對土的實際情況的反映將會受到不同程度的影響。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（39）十字板剪切試驗由于是直接在原位進(jìn)行試驗，不必取土樣，故土體所受的擾動較小，被認(rèn)為是比較能反映土體原位強度的測試方法，但如果在軟土層中夾有薄層粉砂，則十字板試驗結(jié)果就可能會偏大。靈敏度靈敏度：原狀土與重塑土無側(cè)限抗 壓強度的比值。5.總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法在實際工程中，地基條件與加荷情況不一定非常明確，如加荷速度的快慢、土層的厚薄、荷載大小以及加荷過程等都沒有定量的界限

49、值，而常規(guī)的直剪試驗與三軸試驗是在理想化的室內(nèi)試驗條件下進(jìn)行，與實際工程之間存在一定的差異。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（40）因此，在選用強度指標(biāo)前需要認(rèn)真分析實際工程的地基條件與加荷條件，并結(jié)合類似工程的經(jīng)驗加以判斷，選用合適的試驗方法與強度指標(biāo)。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（41）相對于三軸試驗而言，直剪試驗的設(shè)備簡單，操作方便，故目前在實際工程中使用比較普遍。然而，直剪試驗中只是用剪切速率的“快”與“慢”來模擬試驗中的“不排水”和“排水”，對試驗排水條件的控制是很不嚴(yán)格的，因此在有條件的情況下應(yīng)盡量采用三軸試驗方法。另外，土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（GBJ12

50、3 88）規(guī)定直剪試驗的固結(jié)快剪和快剪試驗只適用于滲透系數(shù)小于106cm/s的粘土，對于其它的土類，則不宜采用直剪試驗方法。1）總應(yīng)力法）總應(yīng)力法31=3+f31fctgcuf133f2）有效應(yīng)力法）有效應(yīng)力法1=3+f3-uf1=3+f -uf3=3-ufc33115.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（42）有效應(yīng)力強度指標(biāo)有效應(yīng)力強度指標(biāo)用有效應(yīng)力法及相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行計算，概念明確，指標(biāo)穩(wěn)定，是一種比較合理的分析方法，只要能比較準(zhǔn)確地確定孔隙水壓力，則應(yīng)該推薦采用有效應(yīng)力強度指標(biāo)。當(dāng)土中的孔隙水壓力能通過實驗、計算或其它方法加以確定時，宜采用有效應(yīng)力法。有效應(yīng)力強度指標(biāo)可用三軸排水剪

51、成三軸固結(jié)不排水剪（測孔隙水壓力）測定。不固結(jié)不排水剪指標(biāo)不固結(jié)不排水剪指標(biāo)土樣進(jìn)行不固結(jié)不排水剪切時，所施加的外力將全部由孔隙水壓力承擔(dān)，土樣完全保持初始的有效應(yīng)力狀況，所測得的強度即為土的天然強度。在對可能發(fā)生快速加荷的正常固結(jié)粘性土上的路堤進(jìn)行短期穩(wěn)定分析時，可采用不固結(jié)不排水的強度指標(biāo)；對于土層較厚、滲透性較小、施工速度較快工程的施工期或竣工時，分析也可采用不固結(jié)不排水剪的強度指標(biāo)。固結(jié)不排水剪指標(biāo)固結(jié)不排水剪指標(biāo)土樣進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗時，周圍固結(jié)壓力3將全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力而施加的偏應(yīng)力將產(chǎn)生孔隙水壓力。在對土層較薄、滲透性較大、施工速度較慢的工程進(jìn)行分析時，可采用固結(jié)不排水剪的強度

52、指標(biāo)。6.應(yīng)力路徑的概念應(yīng)力路徑的概念（1）應(yīng)力路徑的定義 應(yīng)力路徑是指在外力作用下土中某一點的應(yīng)力變化過程在應(yīng)力座標(biāo)圖中的軌跡。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（43）應(yīng)力路徑是描述土體在外力作用下應(yīng)力變化情況或過程的一種方法。對于同一種土，當(dāng)采用不同的試驗手段和不同的加荷方法使之剪切破壞時，其應(yīng)力變化的過程是不同的，相應(yīng)的土的變形與強度特性也將出現(xiàn)很大的差異。通過土的應(yīng)力路徑可以模擬土體實際的應(yīng)力歷史，對全面研究應(yīng)力變化過程對土的力學(xué)性質(zhì)的影響，進(jìn)而在土體的變形和強度分析中反映土的應(yīng)力歷史條件等具有十分重要的意義。（2）應(yīng)力路徑表示方法）應(yīng)力路徑表示方法（1）常用的應(yīng)力路徑表

53、示方法主要有下列兩種：1）直角坐標(biāo)系統(tǒng)：常用于表示已定剪破面上法向應(yīng)力和剪應(yīng)力變化的應(yīng)力路徑。2）pq直角坐標(biāo)系統(tǒng)，其中p=（13）/2，q=（13）/2；常用以表示最大剪應(yīng)力面上的應(yīng)力變化情況。f 包線 直角坐標(biāo)系統(tǒng)：直角坐標(biāo)系統(tǒng)：應(yīng)力圓的切點連線應(yīng)力圓的切點連線總應(yīng)力路徑總應(yīng)力路徑（總應(yīng)力圓增長的軌跡）（總應(yīng)力圓增長的軌跡）（2）應(yīng)力路徑表示方法）應(yīng)力路徑表示方法（2）f 包線u有效應(yīng)力路徑有效應(yīng)力路徑（有效應(yīng)力圓增長的軌跡）（有效應(yīng)力圓增長的軌跡）分級加荷可提高土的抗剪強度分級加荷可提高土的抗剪強度（2）應(yīng)力路徑表示方法）應(yīng)力路徑表示方法（3）直角坐標(biāo)系統(tǒng)：直角坐標(biāo)系統(tǒng)：應(yīng)力圓的切點連線

54、應(yīng)力圓的切點連線總應(yīng)力路徑（總應(yīng)力圓增長的軌跡）5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（44）由于土中應(yīng)力有總應(yīng)力和有效應(yīng)力之分，因此在同一應(yīng)力座標(biāo)圖中也存在著兩種不同的應(yīng)力路徑，即總應(yīng)力路徑（Total Stress Path，簡寫TSP）和有效應(yīng)力路徑（Effective StressPath，簡寫ESP）。前者是指受荷后土中某點的總應(yīng)力變化的軌跡，它與加荷條件有關(guān)，而與土質(zhì)和土的排水條件無關(guān)；后者則指在已知的總應(yīng)力條件下，土中某點有效應(yīng)力變化的軌跡，它不僅與加荷條件有關(guān)，而且也與土體排水條件及土的初始狀態(tài)、初始固結(jié)條件及土類等土質(zhì)條件有關(guān)。（3）常規(guī)試驗中的應(yīng)力路徑）常規(guī)試驗中的

55、應(yīng)力路徑每一個土樣剪切的全過程都可以按應(yīng)力-應(yīng)變的記錄整理出一條總應(yīng)力路徑，若在試驗中還記錄了土中孔隙壓力的數(shù)據(jù)，則可繪出土中任一點的有效應(yīng)力路徑。下面以三軸固結(jié)不排水試驗為例，采用pq直角坐標(biāo)系統(tǒng)分析其土樣中的應(yīng)力路徑。1）正常固結(jié)土的應(yīng)力路徑）正常固結(jié)土的應(yīng)力路徑圖5-19（a）為正常固結(jié)土的應(yīng)力路徑，圖中AB是總應(yīng)力路徑，AB是有效應(yīng)力路徑，它們可以按下列步驟作出的：施加圍壓時，土樣在試驗中是等向固結(jié)（1=3），故兩條應(yīng)力路徑線同時出發(fā)于（p=3，q=0）的A點。施加偏應(yīng)力土樣受剪時，總應(yīng)力路徑是向右上方延伸的直線（Dq/Dp=1.0，AB直線與橫軸夾角為45），而有效應(yīng)力路徑是向左上方

56、彎曲的曲線。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（45）在同一坐標(biāo)圖中繪出該土樣的總應(yīng)力強度包線Kf和有效應(yīng)力強度包線Kf，則兩條應(yīng)力路徑將分別終止于Kf線上的B點和Kf線上的B。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（46）圖515a 正常固結(jié)土的應(yīng)力路徑 2）超固結(jié)土的應(yīng)力路徑）超固結(jié)土的應(yīng)力路徑圖519（b）為超固結(jié)土的應(yīng)力路徑，其中AB和AB分別為弱超固結(jié)土的總應(yīng)力路徑和有效應(yīng)力路徑，CD和CD分別為強超固結(jié)土的總應(yīng)力路徑和有效應(yīng)力路徑。5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（47）由于弱超固結(jié)土在受剪過程中產(chǎn)生正的孔隙壓力，故其有效應(yīng)力路徑仍然在總應(yīng)力路徑的

57、右邊；由于強超固結(jié)土具有剪脹性，在受剪過程中開始時是出現(xiàn)正的孔隙壓力，以后逐漸轉(zhuǎn)為負(fù)值，因此強超固結(jié)土的有效應(yīng)力路徑開始時是在總應(yīng)力路徑的左邊，以后逐漸轉(zhuǎn)移到總應(yīng)力路徑的右邊，直至剪切破壞而終止于Kf線上的D點。圖515b 超固結(jié)和弱固結(jié)土的應(yīng)力路徑 5.3 確定強度指標(biāo)的試驗（確定強度指標(biāo)的試驗（48）3）一般規(guī)律）一般規(guī)律總應(yīng)力路徑線TSP與有效應(yīng)力路徑線ESP之間各點橫座標(biāo)的差值即為施加偏應(yīng)力（13）過程中所產(chǎn)生的孔隙壓力u，而B與B兩點間的橫座標(biāo)差值即為土樣剪損時的孔隙壓力uf。由于有效應(yīng)力圓與總應(yīng)力圓的半徑是相等的，所以B、B 兩點的縱坐標(biāo)（即強度值）是相同的。5.4 孔隙水壓力系數(shù)

58、孔隙水壓力系數(shù)（1）孔壓系數(shù) A B分別由（周壓力）3和（偏應(yīng)力增量）（3-u3）引起的孔壓則：B33331;C1CwuBuBnD DDD5.4 孔隙水壓力系數(shù)（）孔隙水壓力系數(shù)（）系數(shù) A)(A.)(A.1131311DDDDDBcnCwu對飽和土：B=1干土：B=05.4 孔隙水壓力系數(shù)孔隙水壓力系數(shù)（）（）000u D3uD3D3D+=1uD31DD0 13uuuDDDDD03DD01+5.4 孔隙水壓力系數(shù)（）孔隙水壓力系數(shù)（）若土骨架壓縮性為C，土體積變化V=-CV（3-u3），而孔隙體積變化Vv=-CwnV u3（V/V=e=E）式中:Cw為孔隙流體(空氣+水)的壓縮性；V為土體的

59、起始體積；n為孔隙率而且,V=VV,即-CV(3-u3)=-CwnV u35.4 孔隙水壓力系數(shù)（）孔隙水壓力系數(shù)（）在應(yīng)力差(1-3)作用下,豎向和水平向產(chǎn)生的有效應(yīng)力增量分別為 1=(1-3)-u1,3=-u1按彈性理論土骨架的彈性 V=-CV1/3(1-3)-u1,而土孔隙變化,Vv=-Cw.n.V.u1兩式相等:11313111.().()331wuBnCcDDDDD5.4 孔隙水壓力系數(shù)（）孔隙水壓力系數(shù)（）但土不是彈性體,用A代替1/3,則 u1=A.B(1-3)u=u3+u1=B(3+A(1-3)對飽和土B=1，u=u3+A(1-3)所以，知土中任一點大、小主應(yīng)力變化，就可根據(jù)孔

60、壓系數(shù)計算相應(yīng)的孔隙壓力?？讐合禂?shù) A P254表2 B=015.5 5.5 三軸試驗中土的剪切性狀三軸試驗中土的剪切性狀(1)(1)一、砂性土的剪切性狀1、砂土的內(nèi)磨擦角。同一種土，初始孔隙比 ，強度 ，同一種土，同一 ，飽和時，稍小于干燥時的（小20左右）2、砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變形變體變（點交）剪脹、剪縮臨界孔隙比ecr，在某p下，剪破時的體積等于初始體積，則此e =ecr5.5 5.5 三軸試驗中土的剪切性狀三軸試驗中土的剪切性狀(2)(2)3、砂土的殘余強度4、土的振動液化若振動使，使得則振動液化不僅限于砂土：飽和的粉砂、細(xì)砂和粉土都可能液化。判別：根據(jù)，埋芷深度、飽和程度、緣配、密

61、實度等內(nèi)容判別。1、總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法 總應(yīng)力法 有效應(yīng)力法 總應(yīng)力強度指標(biāo)和有效應(yīng)力強度指標(biāo)二、粘性土的剪切性狀二、粘性土的剪切性狀5.5 5.5 三軸試驗中土的剪切性狀（）三軸試驗中土的剪切性狀（）我們在有效應(yīng)力原理中討論過，飽和粘性土的固結(jié)過程就是孔隙水壓力消散過程，和有效應(yīng)力增加的過程，土的抗剪強度不 是取決于剪切面上的總法向應(yīng)力增加的過程，土的抗剪強度不是取決于剪切面上的總法向應(yīng)力，而是取決全剪切面上的有效的法向應(yīng)力，在本章開頭的總應(yīng)力，而是取決于剪切面上的有效法向應(yīng)力。5.5 5.5 三軸試驗中土的剪切性狀（）三軸試驗中土的剪切性狀（）在本章開頭一節(jié)土的強度機理中也分析到：土的強

62、度包括磨擦強度的粘結(jié)強度，而磨擦強度的產(chǎn)生是由于土顆粒之間的法向應(yīng)力，這就是有效應(yīng)力，如果在試驗中使總法向應(yīng)力不變而使有效法向應(yīng)力增加，土的抗剪強度會不斷增長也就是說，粘性土固結(jié)的過程也就是抗剪強度增長的過程。5.5 5.5 三軸試驗中土的剪切性狀（）三軸試驗中土的剪切性狀（）粘性土的抗剪強度（庫侖公式）有兩套表示方法：總應(yīng)力法試驗時不管土樣內(nèi)部孔隙水壓力的變化只考慮加在土樣上的總應(yīng)力，作總應(yīng)力的極限應(yīng)力園，作總應(yīng)力強度包線，得到總應(yīng)力強度指標(biāo)。有效應(yīng)力法：有效應(yīng)力法強度指標(biāo)5.5 5.5 三軸試驗三軸試驗中土中土的剪切性狀（）的剪切性狀（）在三軸剪切試驗時，可以不斷地增加軸向力增量，一直加到

63、破壞時。這時可以通過測壓管測出土樣破壞時的孔隙水壓力。這時周向有效應(yīng)力軸向有效應(yīng)力5.5 5.5 三軸試驗中土的剪切性狀（）三軸試驗中土的剪切性狀（）作出虛線表示的有效應(yīng)力的極限應(yīng)力圓，可以繪出有效應(yīng)力強度包線，得到有效應(yīng)力強度指標(biāo)。從上面分析看出，有效應(yīng)力表示的土強度概念比較明確，但在實際工程中應(yīng)用，一定要知道地基中的孔隙水壓力變化，這就給實際應(yīng)用帶來一定困難，在有關(guān)工程中選用哪一種方法，在后面要專門討論。（1）三軸試驗這里我們討論一下飽和土體在不同排水條件下的抗剪強度指標(biāo)，由于三軸試驗可以控制土樣的孔隙水排出，所以著重討論三軸試驗時不同排水條件下的指標(biāo)。2、飽和粘性土不同排水條件的抗剪強度

64、、飽和粘性土不同排水條件的抗剪強度5.5 5.5 三軸試驗中土的剪切性狀（）三軸試驗中土的剪切性狀（）1）不固結(jié)不排水剪 2）固結(jié)不排水剪 3）固結(jié)排水剪直剪1）快剪對應(yīng)于三軸的不排水量2）固結(jié)快剪對應(yīng)三軸固結(jié)不排水剪。3）慢剪對應(yīng)三軸固結(jié)排水剪。對 值大的砂土，因直剪不能有效的控制排水條件，這三種指標(biāo)是很相近的。5.5 5.5 三軸試驗中土的剪切性狀（）三軸試驗中土的剪切性狀（）選擇土的抗剪強度指標(biāo)，要綜合考慮下面幾個因素：土的性質(zhì)：是無粘性土，粘性土，加荷以前土是否固結(jié)；施工條件：是無粘性土，粘性土，加荷以前土是否固結(jié)；試驗條件：在現(xiàn)有的試驗條件下能不能量測到孔隙水壓力。本章小結(jié)本章小結(jié)（

65、1）本章主要介紹了土的抗剪強度公式、土的極限平衡條件和抗剪強度指標(biāo)的試驗測定方法。土的抗剪強度理論是研究與計算地基承載能力和分析地基承載穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。土的抗剪強度可以采用庫侖公式表達(dá)，基于摩爾庫侖強度理論導(dǎo)出的土的極限平衡條件是判定土中一點平衡狀態(tài)的基準(zhǔn)。土的抗剪強度指標(biāo)c、值一般通過試驗確定，試驗條件尤其是排水條件對強度指標(biāo)將帶來很大的影響，故在選擇抗剪強度指標(biāo)時應(yīng)盡可能符合工程實際的受力條件和排水條件。本章小結(jié)本章小結(jié)本章小結(jié)（）本章小結(jié)（）在前面學(xué)習(xí)了三類共六種抗剪強度指標(biāo)的測定方法，有指標(biāo)這此指標(biāo)在工程中如何使用，就是說，我們準(zhǔn)備在指定的地基上建一建筑物，地基的地質(zhì)情況已經(jīng)了解（知道了土質(zhì)：土的種類）施工條件也知道可以確定，（對土體來說就是如何加荷，加荷速率是快還是慢）這時要確定地基土的強度，究竟應(yīng)該選用哪一種試驗方法確定地基土的抗剪強度，這就是下面所要討論的抗剪強度指標(biāo)選擇。