1、1,第7章,土的抗剪强度,2,本章提要 学习难点,土是如何破坏的？ 如何衡量土的强度？ 如何测定土的强度？ 如何应用土的强度指标？ 土的抗剪强度理论及本质 土的抗剪强度指标及测试方法 土的抗剪强度指标的种类及选取,7 土的抗剪强度,3,土工结构物或地基,土,渗透问题变形问题强度问题,渗透特性变形特性强度特性,7 土的抗剪强度,4,7 土的抗剪强度,7.1 概述7.2 土的抗剪强度理论7.3 土的抗剪强度试验7.4 三轴压缩试验中的孔隙压力系数7.5 饱和黏性土的抗剪强度7.6 应力路径在强度问题中的应用7.7 无黏性土的抗剪强度,5,土体强度及其特点 工程中土的强度问题,土的抗剪强度 土的强度
2、的特点,各种类型的滑坡(sliding) 挡土和支护结构的破坏 地基的破坏 砂土的液化(liquefaction),7 土的抗剪强度,7.1概述,6,土的抗剪强度：是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极 限抵抗能力。,变形破坏 沉降、位移、不均匀沉降等超过规定限值(已学) 地基破坏 强度破坏 地基整体或局部滑移、隆起， 土工构筑物失稳、 滑坡,土体强度破坏的机理： 在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。,7 土的抗剪强度,7.1概述,土的抗剪强度,7,5 土的抗剪强度,7 土的抗剪强
3、度,1. 碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用主要是抗剪强度（剪切破坏），颗粒间粘聚力与摩擦力；2. 三相体系：三相承受与传递荷载有效应力原理；3. 自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。,土的强度特点,7.1概述,8,大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾,5 土的抗剪强度,工程中土体的破坏类型,1. 挡土结构物的破坏,7 土的抗剪强度,7.1概述,9,1. 挡土结构物的破坏,工程中土体的破坏类型,广州京光广场基坑塌方,使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。,7 土的抗剪强度,7.1概述,10,挡土墙,滑裂面,基坑支护,工程中土体的破坏类型,1. 挡土结构物的破坏
4、,7 土的抗剪强度,7.1概述,11,平移滑动,2. 各种类型的滑坡,崩塌,旋转滑动,流滑,工程中土体的破坏类型,7 土的抗剪强度,7.1概述,12,1994年4月30日崩塌体积400万方10万方进入乌江死4人，伤5人，失踪12人击沉拖轮、驳轮各一艘，渔船2只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡崩塌体巨大石块滚入江内，无法通航滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米。,乌江鸡冠岭山体崩塌,工程中土体的破坏类型,2. 各种类型的滑坡,7 土的抗剪强度,7.1概述,13,龙观嘴,黄崖沟,乌江,2000年西藏易贡巨型滑坡,工程中土体的破坏类型,2. 各种类型的滑坡,7 土的抗剪强度,7.1概述,14,
5、立面示意图,工程中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,2. 各种类型的滑坡,7 土的抗剪强度,7.1概述,15,平面示意图,工程中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,2. 各种类型的滑坡,7 土的抗剪强度,7.1概述,16,天然坝 坝高290 m滑坡堰塞湖 库容15亿方,湖水每天上涨50cm ?,工程中土体的破坏类型,2000年西藏易贡巨型滑坡,2. 各种类型的滑坡,7 土的抗剪强度,7.1概述,17,边坡,滑裂面,工程中土体的破坏类型,2. 各种类型的滑坡,7 土的抗剪强度,7.1概述,18,粘土地基上的某谷仓地基破坏,3. 地基的破坏,工程中土体的破坏类型,7 土的抗剪强度
6、,7.1概述,19,日本新泻1964年地震引起大面积液化,工程中土体的破坏类型,3. 地基的破坏,7 土的抗剪强度,7.1概述,20,2006年3月27日下午4时45分，太原到旧关高速公路寿阳段发生严重塌陷，路面整体沉陷，路基向外滑移，塌陷处长130米，宽12米，深8.5米，所幸没有发生交通事故，未造成人员伤亡。 专家勘察后，初步确定此地段原是旧河槽，底层土壤渗水液化造成塌陷。,石太高速寿阳段塌陷现场严重,2006年03月30日星期四 央视焦点访谈,工程中土体的破坏类型,3. 地基的破坏,7 土的抗剪强度,7.1概述,21,石太高速寿阳段塌陷现场严重,石太高速公路寿阳段塌陷现场（3月28日摄）
7、。,2006年03月30日星期四 央视焦点访谈,工程中土体的破坏类型,3. 地基的破坏,7 土的抗剪强度,7.1概述,22,石太高速寿阳段塌陷现场严重,石太高速公路寿阳段塌陷现场（3月28日摄）。,3月28日，公路勘察人员在查看石太高速公路寿阳段塌陷后的裂缝。,2006年03月30日星期四 央视焦点访谈,工程中土体的破坏类型,3. 地基的破坏,7 土的抗剪强度,7.1概述,23,地基,工程中土体的破坏类型,3. 地基的破坏,7 土的抗剪强度,7.1概述,24,土压力边坡稳定地基承载力,挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏,核心强度理论,工程中土体的破坏类型,7 土的抗剪强度,7.1概述,25
8、,5 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,7 土的抗剪强度,库仑公式及抗剪强度指标莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,26,法国军事工程师，在摩擦、电磁方面做出了奠基性的贡献。1773年发表了关于土压力方面论文，成为土压力的经典理论,库仑（C. A. Coulomb）(1736-1806),7 土的抗剪强度,27,库仑公式及抗剪强度指标,5 土的抗剪强度,施加 （=P/A）施加 S量测 （=T/A）,上盒,下盒,P,A,7 土的抗剪强度,1、直剪试验（库仑 1776）,试验方法, = 100KPa, = 200KPa, = 300KPa,7.2 土的抗剪强度理论,28,c： 粘聚力 ：内摩擦
9、角,库仑公式,f ： 土的抗剪强度tg： 摩擦强度-正比于压力c： 粘聚强度,1. 直剪试验,试验结果,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,29,c和是决定土的抗剪强度的两个指标，称为抗剪强度指标,当采用总应力时，称为总应力抗剪强度指标当采用有效应力时，称为有效应力抗剪强度指标,对无粘性土通常认为，粘聚力C=0,库仑公式:,1. 直剪试验,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,30,（1）滑动摩擦,2、摩擦强度 tg,由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒大小，矿物组成等因素有关,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,31,（2）咬合摩擦,2. 摩擦强度 tg
10、,剪切面,是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处被剪断（C），才能移动,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,32,（3）颗粒的破碎与重排列,2. 摩擦强度 tg,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量,33,密度（e, 粒径级配（Cu, Cc）颗粒的矿物成分 对于：砂土粘性土； 高岭石伊里石蒙特石粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比） 在其他条件相同时： 一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角,影响土的摩擦强度的主要因素：,2. 摩擦强度 tg,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强
11、度理论,34,粘聚强度机理静电引力（库仑力）范德华力颗粒间胶结假粘聚力（毛细力等）,粘聚强度影响因素地质历史粘土颗粒矿物成分密度离子价与离子浓度,3、粘聚强度,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,粗粒土：一般认为是无粘性土，不具有粘聚强度：,当粗颗粒间有胶结物质存在时可具有一定的粘聚 强度 非饱和砂土，粒间受毛细压力，具有假粘聚力,35,土的抗剪强度不仅与土的性质有关，还与试验时的排水条件、剪切速率、应力状态和应力历史等许多因素有关，其中最重要的是试验时的排水条件。根据太沙基有效应力原理：土体内的剪应力只能由土骨架承担。因此土的抗剪强度f 应表示为,这是抗剪强度的有效应力表达法。c、
12、为有效应力强度指标。试验研究表明，土的抗剪强度取决于土粒间的有效应力，但总应力法在应用上更为方便，所以在工程上沿用至今。总应力法与有效应力法二者的计算结果稍有不同,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,36,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,1. 应力状态与莫尔圆2. 莫尔-库仑强度理论3. 极限平衡应力状态4. 破坏判断方法5. 滑裂面的位置,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,37,Christian Otto Mohr (1835-1918),Mohr 1835 年生于德国， 16 岁入 Hannover 技术学院学习。毕业后，在 铁路工作，作为结构工程师，曾设计了不少一流
13、的钢桁架结构和德国一些最著名的桥梁。他是 19 世纪欧洲最杰出的土木工程师之一。与此同时， Mohr 也一直在进行力学和材料强度方面的理论研究工作。 1873 年 , Mohr 到德累斯顿 (Dresden) 技术学院任教，直到 1900 年他 65 岁时。退休后 , Mohr 留在德累斯顿 ( 继续从事科学研究工作直至 1918 年去世。 Mohr 提出了用应力圆表示一点应力的方法（所以应力圆也被成为 Mohr 圆），并将其扩展到三维问题。应用应力圆，他提出了第一强度理论。 Mohr 对结构理论也有重要的贡献，如计算梁挠度的图乘法、应用虚位移原理计算超静定结构的位移等。,莫尔-库仑强度理论及
14、极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,38,Mohr1910年提出：材料的破坏是剪切破坏，当土体内一点任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，并提出在破坏面上的剪应力f是该面上法向应力的函数：,莫尔包线,理论分析和实验都证明，土的莫尔包线通常可以近似用直线代替，该直线方程就是库仑公式表达方程。由库仑公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔-库仑强度理论,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,39,固定滑裂面,一般应力状态如何判断是否破坏？,借助于莫尔圆,库仑公式,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的
15、抗剪强度理论,f ： 土的抗剪强度tg： 摩擦强度-正比于压力c： 粘聚强度-与所受压力无关,40,三维应力状态,1. 应力状态与莫尔圆,二维应力状态,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,41,莫尔圆应力分析符号规定,1. 应力状态与莫尔圆,材料力学,土力学,正应力,剪应力,拉为正压为负,顺时针为正逆时针为负,压为正拉为负,逆时针为正顺时针为负,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,42,z,+zx,-xz,x,2,1,3,大主应力：,小主应力:,圆心：,半径：,z按顺时针方向旋转,x按顺时针方向旋转,莫 尔 圆
16、：代表一个土单元的应力状态；圆上一点：代表一个面上的两个应力与,1. 应力状态与莫尔圆,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,43,三、土中一点的应力状态,土体内一点处不同方位的截面上应力的集合（剪应力 和法向应力）,楔体静力平衡,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,44,斜面上的应力,莫尔应力圆方程,A(, ),圆心坐标1/2(1 +3 )，0,应力圆半径r1/2(13 ),土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,45,f,直剪试验的莫
17、尔圆与库仑抗剪强度线的关系如何？为什么？,(c、 )三轴 (c、 )直剪 巧合吗？,与的组合满足库仑公式才破坏,1. 应力状态与莫尔圆,三轴试验结果,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,46,极限平衡应力状态： 有一对面上的应力状态达到 = f土的强度包线： 所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线。,f,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,47,强度包线以内：任何一个面上的一对应力与 都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：该面上的应力达到破坏状态；与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。,莫
18、尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,48,（1）土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面上作用的法向应力的单值函数, f =f() （莫尔：1910年）（2）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似：f = c +tg（3）某土单元的任一个平面上 = f ，该单元就达到了极限平衡应力状态,莫尔库仑强度理论,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,49,土的极限平衡条件：处于极限平衡状态时， 1和3之间应满足的关系,无粘性土,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,50,根据极限平衡条
19、件可以用来判别一点土体是否已发生剪切破坏,计算主应力1, 3：,确定土单元体的应力状态（x，z，xz）,判别是否剪切破坏：,由3 1f，比较1和1f 由1 3f，比较3和3f 由1 , 3 m，比较和m,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,51,1= 1f 极限平衡状态 （破坏）11f 不可能状态 （破坏）,方法一： 由3 1f，比较1和1f,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,52,方法二： 由1 3f，比较3和3f,3= 3f 极限平衡状态 （破坏）3 3f 安全状态33f 不可能状态 （破坏）,莫尔-库仑
20、强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,53,方法三： 由1 , 3 m，比较和m,m 不可能状态 （破坏）,处于极限平衡状态所需的内摩擦角,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,54,2=90+,=45+/2,可见土体破坏的剪切破坏不在45最大剪应力面上，为什么？,与大主应力面夹角:,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,55,例题分析,【例】地基中某一单元土体上的大主应力为430kPa，小主应力为200kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=15 kPa， =20o。试问该单元土体处
21、于何种状态？单元土体最大剪应力出现在哪个面上，是否会沿剪应力最大的面发生剪破？,【解答】,已知1=430kPa，3=200kPa，c=15kPa， =20o,1.计算法,计算结果表明：1f大于该单元土体实际大主应力1，实际应力圆半径小于极限应力圆半径，所以，该单元土体处于弹性平衡状态,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,56,计算结果表明： 3f小于该单元土体实际小主应力 3，实际应力圆半径小于极限应力圆半径 ，所以，该单元土体处于弹性平衡状态,在剪切面上,库仑定律,由于f ，所以，该单元土体处于弹性平衡状态,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的
22、抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,57,2.图解法,c,最大剪应力与主应力作用面成45o,最大剪应力面上的法向应力,库仑定律,最大剪应力面上f ，所以，不会沿剪应力最大的面发生破坏,max,莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件,7 土的抗剪强度,7.2 土的抗剪强度理论,58,室内试验野外试验,7.3 土的抗剪强度试验,5 土的抗剪强度,三轴试验、直剪试验等 制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复,十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验 缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度,7 土的抗剪强度,59,测定土的抗剪强度的最简单方法是直接剪切试验。这种试验使用的仪器称
23、为直接剪切仪(简称直剪仪)，仪器的主要部件见下图。 1.试验装置 应变控制式与应力控制式两种，前者以等应变速率使试样产生剪切位移直至剪破，后者是分级施加水平剪应力并测定相应的剪切位移。目前我国使用较多的是应变控制式直剪仪。,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,60,直剪仪(图2),61,2.试验方法与步骤 3.试验成果 剪切位移l 剪切位移按下式计算：式中， l剪切位移，0.01mm; l 手轮转一圈的位移量，0.01mm； n手轮转动的圈数； R测力计读数，0.01mm。 剪应力 剪应力按下式计算：式中，试样的剪应力，kPa； C测力计率定系数，N/0.01mm； A0试样初始断面积
24、，cm2； 10单位换算系数。,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,62,剪前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力，剪应力由剪切力除以试样面积,在法向应力作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该作用下，土的抗剪强度,密砂、坚硬粘土,松砂、软粘土,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,63,7.3 土的抗剪强度试验,5 土的抗剪强度,一、 直剪试验,7 土的抗剪强度,在不同垂直压力下做三组以上试验,64,通过控制剪切速率来近似模拟排水条件,一、直剪试验,(1) 固结慢剪 施加正应力-充分固结 慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分， 以保证无超静孔压(2) 固结快剪
25、 施加正应力-充分固结 在3-5分钟内剪切破坏(3) 快剪 施加正应力后 立即剪切3-5分钟内剪切破坏,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,65,1.快剪(Q) 适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土，以cq，q 表示。2.固结快剪(R) 也适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土，以ccq，cq表示。3.慢剪(S) 以cs，s表示。 上述三种方法的试验结果如图所示。 从图中可以看出， cq ccq cs ， 而 q cq s 。,一、直剪试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,66,n,K0n,一、直剪试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,67,设备简单，
26、操作方便 结果便于整理 测试时间短,优点,试样应力状态复杂 应变不均匀 不易控制排水条件 剪切面固定,缺点,类似试验：环剪试验单剪试验,一、直剪试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,68,1、试样应力特点与试验方法2、强度包线3、试验类型4、优缺点,二、三轴试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,69,70,二、三轴试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,71,方法：首先试样施加静水压力室压（围压） 1=2=3 ； 然后通过活塞杆施加的是应力差1= 1-3 。,1、试样应力特点与试验方法,特点：试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是大主应力；径向与切向应力总是相
27、等r=，亦即1=z；2=3=r,二、三轴试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,72,强度包线,(1-)f,c,(1-)f,1 =15%,分别作围压为100 kPa 、200 kPa 、300 kPa的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f,绘制三个破坏状态的应力莫尔圆，画出它们的公切线强度包线，得到强度指标 c 与 ,2、强度包线,二、三轴试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,73,固结排水试验（CD试验）1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压,固结不排水试验（CU试验）1 打开排水
28、阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水,不固结不排水试验（UU试验）1 关闭排水阀门，围压下不固结；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水,cd 、d,ccu 、cu,cu 、u,3、试验类型,二、三轴试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,74,试验条件与现场条件的对应关系,二、三轴试验,固结排水试验,固结不排水试验,不固结不排水试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,75,固结排水试验（CD试验） Consolidated Drained Triaxial test (CD)
29、抗剪强度指标： cd d （c ）,试验类型汇总,固结不排水试验（CU试验） Consolidated Undrained Triaxial test (CU) 抗剪强度指标：ccu cu,不固结不排水试验（UU试验） Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU) 抗剪强度指标： cu u （ cuu uu ）,二、三轴试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,76,优点：1 应力状态和应力路径明确；2 排水条件清楚，可控制；3 破坏面不是人为固定的,缺点：设备相对复杂，现场难以试验,4、优点和缺点,真三轴仪空心圆柱扭剪仪,二、三轴试验,7.3
30、 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,77,无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度,三、无侧限抗压强度试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,78,无侧限压缩仪,79,根据试验结果只能作出一个极限应力圆（3=0，1=qu）。因此对一般粘性土，无法作出强度包线,说明：对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验成果，其强度包线近似于一水平线，即u=0，因此无侧限抗压强度试验适用于测定饱和软粘土的不排水强度,qu,cu,u=0,无侧限抗压强度试验仪器构造简
31、单，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度,三、无侧限抗压强度试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,80,灵敏度,粘性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值,反映土的结构受扰动对强度的影响程度,根据灵敏度将饱和粘性土分类：,低灵敏度土 1St2,中灵敏度土 24,三、无侧限抗压强度试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,81,一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；,钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；,通过施加的扭矩计算土的抗剪强度,四、十字板剪切试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,82,时：,四、十字板剪切试验
32、,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,83,示意图,宽度dr,四、十字板剪切试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,84,十字板现场剪切试验为不排水剪切试验。因此，其结果与无侧限抗压强度试验结果接近，饱和软土u=0,则:,优点 (1)不需取样，对土的结构扰动较小； (2)仪器构造简单、操作方便，具有快速经济的优点； (3)所得的软粘土不排水抗剪强度常比无侧限抗压强度试验的结果大，但较反映 实际条件； (4)可测定软粘土的灵敏度。 (5)涉及的土体积比室内试验样品大很多 (6)可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标 缺点 (1)难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力
33、条件 (2)测试数据和土的工程性质的关系建立在统计经验关系上 (3)测试设备进入土层对土层也有一定扰动 (4)试验应力路径无法很好控制，试验时的主应力方向与实际工程往往不一致 (5)应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结,四、十字板剪切试验,7.3 土的抗剪强度试验,7 土的抗剪强度,85,7.4 三轴压缩试验中的孔隙压力系数,7 土的抗剪强度,根据有效应力原理，可由已知的总应力得到有效应力。其关键问题是准确得到孔隙水压力值。斯肯普顿于1954年提出以孔隙压力系数表示孔隙水压力的发展和变化。根据三轴试验结果，引用孔隙压力系数A和B，建立了轴对称应力状态下土中孔隙压力与大、小主应力间的关系
34、。,土单元在各向相同的c下固结。初始孔隙水压力u0为0,u0=0,u3,c,3=3-u3,施加围压3后产生超孔隙水压力u3。,根据弹性理论，在各向应力相等且无剪力作用下土体积的变化为：,Cs（土骨架三向体积压缩系数）,86,7.4 三轴压缩试验中的孔隙压力系数,7 土的抗剪强度,因为孔隙压力u3使土中水和气体产生压缩：,孔隙三向体积压缩系数,因为土颗粒压缩量很小，可认为v=vv,B为各向应力相等条件下的孔隙压力系数。是土体在等向压缩应力状态时，单位围压增量引起的孔隙压力增量。,对于饱和土，孔隙中充满水因为水的压缩性比土骨架的压缩性小得多，CV/Cs0 B=1得u3=3,对于干土， CV/Cs B=0,对于非饱和土，0B1/3剪切过程中发生剪胀： A1/3 (甚至可能A0，u 0,(2) 正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线,f,f,cu,2.固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,7 土的抗剪强度,7.5 饱和黏性土的抗剪强度指标,107,u,应力应变关系软化，孔压可能小于0与超固结度有关,f,(3) 超固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线,f,cu,u0,2.固结不排水试验,二.三轴试验强度指标,7 土的抗剪强度,7.5 饱和黏性土的抗剪强度指标,108,(4) 固结不排水三轴试验确定的强度指标,
