土的抗剪强度Ⅱ.pdf

15 土的抗剪强度Shear strength of soilPPT: soilfoundation@ (password:foundation)周葆春 博士 副教授Email： zhoubcxynu@25.1 土的抗剪强度概述5.2 抗剪强度的测定方法5.3 孔隙压力系数5.4 土的抗剪强度指标5.5 应力路径35.4 土的抗剪强度指标5.4.1 粘性土在不同固结和排水条件下的抗剪强度指标5.4.2 粘性土的残余强度指标5.4.3 无粘性土的抗剪强度指标5.4.4 抗剪强度指标的选择4剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained1.固结排水试验（ CD）2.固结不排水试验（ CU）固结Consolidated不排水Undrained不固结Unconsolidated不排水Undrained3种三轴压缩试验3.不固结不排水试验（ UU）5.4.1 粘性土在不同固结和排水条件下的抗剪强度指标55.4.1.1 固结不排水剪强度指标1. 特点饱和粘性土的固结不排水抗剪强度 在一定程度上受 应力历史 的影响，因此，在研究粘性土的因结不排水强度时， 要区别试样是正常固结还是超固结 。

如果试样所受到的 σ3>pc，属于正常固结试样；如果 σ31/3剪切过程中发生剪胀：A ϕcu超固结饱和粘性土固结不排水试验114. 固结不排水三轴试验确定的强度指标应力变量试验量测σ3σ1−σ3u计算σ3′= σ3− uσ1′−σ3′=σ1−σ3确定的强度指标ccuφcuc′φ′125.4.1.2 不固结不排水剪强度指标强度指标： cu， φu1. 特点2. 饱和试样的不固结不排水强度指标3. 对应于天然土层的情况4. 无侧限抗压强度试验131. 特点从某一初始状态开始，关闭阀门施加围压 σ3，产生孔隙水压力 Δu1=BΔσ3；施加（ σ1-σ3）时，阀门关闭，可连接孔压传感器，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力 Δu2= BA Δ(σ1−σ3)试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽量测孔隙水压力1415为什么有效应力莫尔圆是唯一的？由于不固结不排水，饱和土的体积不变，孔隙比不变，因此增加围压，只会引起孔隙压力的同等增加，而有效应力不变，即不同的 σ3下有效应力是相同的2. 饱和试样的不固结不排水强度指标τσφ′cuΔu = B[Δσ3+ A Δ(σ1−σ3)]B=1Cu依赖于初始状态163. 对应于天然土层的情况如果使试样在另一个较高的剪前固结压力下固结稳定后进行一组不固结不排水试验对应于天然土层的情况如果使试样在另一个较高的 剪前固结压力下固结稳定后 进行一组不固结不排水试验σc1σc2Cu1Cu1cσp1dσp2eσp3正常固结粘土层17如果使试样在另一个较高的剪前固结压力σc下固结稳定后进行一组不固结不排水试验，那么，由于固结压力增大，试样的剪前孔隙比将减少，试样的不排水强度 cu将增大。

cu与 σc通常呈线性关系，即 cu＝ k σc，其中 k＝ tan β 为比例系数如果使试样在另一个较高的剪前固结压力σc下固结稳定后进行一组不固结不排水试验，那么， 由于固结压力增大 ，试样的剪前孔隙比将减少 ， 试样的不排水强度 将增大 与 σc通常呈线性关系，即 ＝ σc，其中 ＝ β 为比例系数18cu = qu/2cuqu= σ1τσ4. 无侧限抗压强度试验（ σ3=0的不固结不排水试验）195.4.1.3 固结排水试验强度指标： cd， φd1. 特点2. 正常固结粘土试验曲线与强度包线3. 超固结粘土试验曲线与强度包线4. 超固结粘土 +正常固结粘土的强度包线20φφ′=′=ddcc1. 特点总应力指标与有效应力指标一致 : σ1′= σ1στφd=φ′σ3=σ′3τf′= τfcd= c′破坏面位置：452φ′+D21σ1−σ3ε1εv轴向应力渐进增加，体应变表现为体缩，最终二者均趋于稳定2. 正常固结粘土试验曲线与强度包线σ=σ′ττf=τf′22实验室的正常固结粘土 ：有效固结压力 σc等于先期固结压力 σp地基中的正常固结粘土 ：取回室内 , 如 σc0表示体缩εvα ； c > a用若干点的最小二乘法确定 a 和 α然后计算强度指标 c和 φ确定强度指标oqpaα59粘土的密度－有效应力－抗剪强度唯一性关系强度的影响因素 :土的组成土的状态土的结构应力状态应力历史同一种正常固结粘土土的状态(ρ ,e)应力状态应力路径应力路径Drucker 等基于在剑桥大学的理论和试验工作 ,提出临界状态土力学的框架 ,即 无论何种试验类型 和 土体初始状态 ,在 ( e, ln p , q) 空间内 ( e 为孔隙比 , p 为平均正应力 , q 为广义剪应力 ) 存在一条 临界状态线 ,这条线投影到( e,ln p) 平面上平行于正常固结线 ,将土的初始状态分为 “湿 ”和 “干 ”两类 ,沿这条线发生剪切变形而无体积变化 ;即 临界状态的概念为在很大应变时土体体积趋于常值 ,剪切抗力和孔隙比没有进一步变化和应变继续增大 。

60两种试验得到相同的 K′f线（ 破坏主应力线）K′f线上， p′f∼qf∼ef间存在唯一性关系Ö A点： ef1=ef2和试验的类型及应力路径等无关ef–p′f-qf唯一性关系ef– σ ′f- τf唯一性关系p′OqK′f线固结排水试验固结不排水试验ef1=ef21 2Ae02=ef1Drucker D C , Gibson R E , Henkel D J . Soil mechanics and work hardening theories of plasticity [J ] .Transactions of American Society of Civil Engineers ,1957 , (122) : 338-346.615.5.3 土木工程中的应力路径简述620 100 200 300 400 500 600 7000100200300400500600700800900p/kPaq/kPaσ3=50kPaσ3=100kPaσ3=150kPaσ3=200kPaσ3=250kPaσ3=300kPaσ3=350kPaσ3=400kPa0 100 200 300 400 5000100200300400500p/kPaq/kPap=100kPap=200kPap=300kPap=400kPa(a) DCTC应力路径 (b) DPTC应力路径dϕdc28.720.3DPTC027.5DCTCcd/kPaΦd/°应力路径周葆春 . 应力路径对重塑黏土有效抗剪强度参数的影响 [J]. 华中科技大学学报 (自然科学版 ), 2007, 35(12): 83-86. 63解释：PTC 应力路径下试样具有比较低的有效内摩擦角 ,实质就是试样在该应力路径下的抗剪能力比在 CTC 路径(平均正应力增大，孔隙比减小)下低 ,原因是剪切过程中围压的降低造成了侧向卸荷引起的土体抗剪能力下降 .PTC 应力路径下试样产生凝聚力的原因在于 :在试样剪切过程中排水边界条件为双面排水 ,加荷速率较慢 ,而应力路径为增加 σ1,减小σ3,试样破坏时的围压降为固结压力的一半左右 , 所以在排水剪切过程中存在超固结效应 , 从而产生了凝聚力 .周葆春 . 应力路径对重塑黏土有效抗剪强度参数的影响 [J]. 华中科技大学学报 (自然科学版 ), 2007, 35(12): 83-86. 28.720.3DPTC027.5DCTCcd/kPaΦd/°应力路径64Thanks for attention！。