土的抗剪强度及其工程问题高大钊ppt课件

1、同济大学同济大学 高大钊高大钊 二二六年四月六年四月l土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验l工程中的抗剪强度问题工程中的抗剪强度问题l土的抗剪强度实验土的抗剪强度实验l这是两个不同的概念，但经常被人们这是两个不同的概念，但经常被人们混淆，看一个土坡的最简单的例子：混淆，看一个土坡的最简单的例子：l平行滑动面的力是滑动力平行滑动面的力是滑动力Tl抵抗滑动的是滑动面上的抗剪强度抵抗滑动的是滑动面上的抗剪强度滑动面上的力系滑动面上的力系TNGA-滑动面的面积滑动面的面积l 滑动面上的抗剪强度滑动面上的抗剪强度 由两部分组成，由两部分组成，一部分与滑动面上的法向应力成正比，另一部分与滑动面上的法向应力成正

2、比，另一部分与法向应力无关，可以写成如下的一部分与法向应力无关，可以写成如下的表达式，式中的表达式，式中的c 称为内聚力，称为内聚力， 称为内称为内摩擦角，内聚力和内摩擦角就是这两个抗摩擦角，内聚力和内摩擦角就是这两个抗剪强度目的。剪强度目的。l 这个表达式被称为库仑强度准那么：这个表达式被称为库仑强度准那么：l cptanlp=N/Al 从整个土坡滑动面从整个土坡滑动面A上平均地看：上平均地看：l当当T A时，土坡不会滑动，时，土坡不会滑动，l当当T A时，土坡就失稳了，时，土坡就失稳了，l当当T A时，称为极限平衡。时，称为极限平衡。l 抗剪强度目的是土体的固有性质，抗剪强度目的是土体的固

3、有性质，是描画土体中的抗剪强度随法向应力变是描画土体中的抗剪强度随法向应力变化规律的参数；化规律的参数；l 抗剪强度是在一定的应力条件下，抗剪强度是在一定的应力条件下，土体滑动面上抵抗滑动的总强度。土体滑动面上抵抗滑动的总强度。l抗剪强度目的的物理概念抗剪强度目的的物理概念l直剪实验目的的测定直剪实验目的的测定l三轴实验目的的测定与资料分析三轴实验目的的测定与资料分析 l 土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的才干。在土力学中，采用摩尔坏的才干。在土力学中，采用摩尔库库仑强度准那么，用内摩擦角和内聚力两仑强度准那么，用内摩擦角和内聚力两个目的描画土的抗剪强度规律，即在

4、土个目的描画土的抗剪强度规律，即在土的破裂面上，抗剪强度随法向应力增长的破裂面上，抗剪强度随法向应力增长的规律。摩尔的规律。摩尔库仑强度准那么是土力库仑强度准那么是土力学的三大定律之一。学的三大定律之一。 lt = c t = c p tanp tan l 对于对于c c0 0的土，称为纯摩擦的土，称为纯摩擦资料，资料， 内摩阻力包括土粒之间内摩阻力包括土粒之间的外表摩擦力和由于土粒之间的的外表摩擦力和由于土粒之间的联锁作用而产生的咬合力。咬合联锁作用而产生的咬合力。咬合力是指当土体相对滑动时，将嵌力是指当土体相对滑动时，将嵌在其它颗粒之间的土粒拔出所需在其它颗粒之间的土粒拔出所需的力，土越密

5、实，联锁作用那么的力，土越密实，联锁作用那么越强。越强。 t tlt = c t = c p tanp tan l 对于对于 0 0的土，称为凝聚的土，称为凝聚性资料，构成内聚力的物理缘由性资料，构成内聚力的物理缘由是土的细颗粒外表作用，是一种是土的细颗粒外表作用，是一种物理化学作用。物理化学作用。l 原始粘聚力主要是由于土粒间水膜遭原始粘聚力主要是由于土粒间水膜遭到相邻土粒之间的电分子引力而构成的，到相邻土粒之间的电分子引力而构成的，当土被压密时，土粒间的间隔减小，原始当土被压密时，土粒间的间隔减小，原始粘聚力随之增大。当土的天然构造被破坏粘聚力随之增大。当土的天然构造被破坏时，原始粘聚力将

6、丧失一些，但会随着时时，原始粘聚力将丧失一些，但会随着时间而恢复其中的一部分或全部。间而恢复其中的一部分或全部。l 固化粘聚力是由于土中化合物的胶结固化粘聚力是由于土中化合物的胶结作用而构成的，当土的天然构造被破坏时，作用而构成的，当土的天然构造被破坏时，那么固化粘聚力随之丧失，而且不能恢复。那么固化粘聚力随之丧失，而且不能恢复。 l 在室内实验中，可以用直剪实验或在室内实验中，可以用直剪实验或三轴实验来测定土的抗剪强度目的。三轴实验来测定土的抗剪强度目的。l 对粗粒土该当用大尺寸的仪器或现对粗粒土该当用大尺寸的仪器或现场大型直剪实验测定。场大型直剪实验测定。l 对软土，也可以用原位测试对软土

7、，也可以用原位测试十字板实验测定。十字板实验测定。l 土的抗剪强度目的和土的原始土的抗剪强度目的和土的原始形状、应力途径、应力历史、排水形状、应力途径、应力历史、排水条件等要素有关，思索不同要素影条件等要素有关，思索不同要素影响时，应采用不同的实验方法。响时，应采用不同的实验方法。l 思索上述复杂要素的实验只能思索上述复杂要素的实验只能用三轴仪才干模拟。三轴实验分为用三轴仪才干模拟。三轴实验分为常规的实验和特殊的实验两类。常规的实验和特殊的实验两类。 AT=tANp =lt f = c t f = c p tanp tan l第一级荷载必需大于上覆有效压力第一级荷载必需大于上覆有效压力快剪实验

8、快剪实验 在土样上下两面安顿不透水的铜在土样上下两面安顿不透水的铜板或塑料膜，并在施加竖向压力后板或塑料膜，并在施加竖向压力后立刻施加程度剪力进展剪切，而且立刻施加程度剪力进展剪切，而且剪切的速率也很快，普通只剪切的速率也很快，普通只3 3 5min 5min 。采取这些措施的目的是为。采取这些措施的目的是为了控制土样在实验时不固结排水，了控制土样在实验时不固结排水，以便测定天然形状的强度目的。快以便测定天然形状的强度目的。快剪实验得到的目的用剪实验得到的目的用 cq cq 、 q q表表示。示。l 由于直剪仪固有的缺陷，虽然采取由于直剪仪固有的缺陷，虽然采取了上述措施，土样和环刀之间仍有渗水

9、了上述措施，土样和环刀之间仍有渗水通道，不能保证土样处于完全不排水的通道，不能保证土样处于完全不排水的形状，特别是对透水性比较大的土影响形状，特别是对透水性比较大的土影响更大。更大。固结快剪实验固结快剪实验 在土样上下两面安顿透水石，在在土样上下两面安顿透水石，在施加竖向压力以后给以充分时间使施加竖向压力以后给以充分时间使土样固结排水。固结排水终了后再土样固结排水。固结排水终了后再施加程度剪力，快速地将土样剪坏。施加程度剪力，快速地将土样剪坏。l 这种实验方法模拟在法向应力作用这种实验方法模拟在法向应力作用下固结完成但在剪应力作用下不排水的下固结完成但在剪应力作用下不排水的工况，由于放置了透水

10、板，更不能保证工况，由于放置了透水板，更不能保证在剪切时处于完全不排水的形状，对于在剪切时处于完全不排水的形状，对于透水性比较大的土样将会得到过大的抗透水性比较大的土样将会得到过大的抗剪强度值。固结快剪实验得到的目的用剪强度值。固结快剪实验得到的目的用 ccq 、 cq表示。表示。慢剪实验慢剪实验 施加竖向压力后土样固结排水的要施加竖向压力后土样固结排水的要求与固结快剪实验一样，在固结终求与固结快剪实验一样，在固结终了后以相当慢的速度施加程度剪力，了后以相当慢的速度施加程度剪力，剪切速率控制在小于剪切速率控制在小于0.02mm /min0.02mm /min以以使土样在剪切过程中有充分时间排使

11、土样在剪切过程中有充分时间排水和产生体积变形，得到的目的模水和产生体积变形，得到的目的模拟完全排水的工况。慢剪实验目的拟完全排水的工况。慢剪实验目的用用 cs cs 、 s s 。 竖向压力竖向压力剪应力剪应力结果结果快剪快剪不用透水板不用透水板立即剪切立即剪切快速快速固结快剪固结快剪用透水板用透水板快速快速剪切时透水剪切时透水途径通畅途径通畅慢剪慢剪用透水板用透水板慢速慢速l 直剪仪中的土样无法封锁，无论土直剪仪中的土样无法封锁，无论土样接受法向应力或剪应力，无论剪切速样接受法向应力或剪应力，无论剪切速度多快，孔隙水总会沿着土样和环刀之度多快，孔隙水总会沿着土样和环刀之间的缝隙流失，无法测定

12、不排水条件下间的缝隙流失，无法测定不排水条件下的强度，使快剪实验的结果特分别散，的强度，使快剪实验的结果特分别散，而且内摩擦角往往偏大，用于工程是偏而且内摩擦角往往偏大，用于工程是偏于危险的；在固结快剪实验中，剪切时于危险的；在固结快剪实验中，剪切时的排水也使内摩擦角偏大。的排水也使内摩擦角偏大。l 曾有文献报道，对于塑性指数小于曾有文献报道，对于塑性指数小于1111的的土，固结快剪实验的内摩擦角与慢剪实验的土，固结快剪实验的内摩擦角与慢剪实验的内摩擦角很接近，内摩擦角很接近， 普通只比慢剪实验的内普通只比慢剪实验的内摩擦角小摩擦角小1 1 2 2 ，但在塑性指数为，但在塑性指数为11 11

13、1818的土中，两者的数值相差很大，普通为的土中，两者的数值相差很大，普通为1010左右。这是由于低塑性土的浸透系数比左右。这是由于低塑性土的浸透系数比较大，在固结快剪实验中孔隙水散失很快，较大，在固结快剪实验中孔隙水散失很快，剪切时土的固结形状已接近于慢剪实验，因剪切时土的固结形状已接近于慢剪实验，因此两者的结果相近。由此可见，直剪实验不此两者的结果相近。由此可见，直剪实验不适用于低塑性土。适用于低塑性土。l直剪仪上下盒之间的缝隙直剪仪上下盒之间的缝隙 l为了防止上下盒之间的摩擦，在上下盒之为了防止上下盒之间的摩擦，在上下盒之间留有一定的缝隙。对软土作快剪实验时，由间留有一定的缝隙。对软土作

14、快剪实验时，由于竖向荷载对土样的挤压作用，软土侧面挤入于竖向荷载对土样的挤压作用，软土侧面挤入缝隙中，既破坏了土的构造，又影响了实验的缝隙中，既破坏了土的构造，又影响了实验的结果。实验砂土时，细小的砂粒嵌进上下盒之结果。实验砂土时，细小的砂粒嵌进上下盒之间的缝隙中使摩阻力增大，使实验结果失真。间的缝隙中使摩阻力增大，使实验结果失真。可见直剪仪也不适用于砂土和软土。可见直剪仪也不适用于砂土和软土。 l 直剪实验时土样的剪切面是人为规定的直剪实验时土样的剪切面是人为规定的 。 由于剪切总是发生在上下盒之间，剪切面人为规由于剪切总是发生在上下盒之间，剪切面人为规定为程度方向，这与实践工程中发生在土体

15、内的定为程度方向，这与实践工程中发生在土体内的剪切面方向是不一致的。实践工程中，剪切总是剪切面方向是不一致的。实践工程中，剪切总是沿着最薄弱的方向开展，而程度方向往往并不是沿着最薄弱的方向开展，而程度方向往往并不是最薄弱的。特别在夹薄层粉砂的粘性土层中，假最薄弱的。特别在夹薄层粉砂的粘性土层中，假设硬性规定的剪切面正好在粉砂薄层中，就会得设硬性规定的剪切面正好在粉砂薄层中，就会得到过大的抗剪强度值。到过大的抗剪强度值。 l 剪切面积随剪切位移的添加而减小剪切面积随剪切位移的添加而减小且土样应力条件非常复杂且土样应力条件非常复杂 这一缺陷限这一缺陷限制了直剪仪在研讨方面的运用，但在工制了直剪仪在

16、研讨方面的运用，但在工程适用方面引起的误差是可以允许的。程适用方面引起的误差是可以允许的。 l1. 直剪仪存在许多致命的缺陷，国外曾直剪仪存在许多致命的缺陷，国外曾经被淘汰，但我国还是常规武器；经被淘汰，但我国还是常规武器；l2. 我国地基设计规范对直剪仪的态度，我国地基设计规范对直剪仪的态度，阅历了从限制运用条件到企图完全淘汰阅历了从限制运用条件到企图完全淘汰的过程，但还没有具备淘汰的条件；的过程，但还没有具备淘汰的条件；l3. 在过渡的时间内，正确认识直剪仪的在过渡的时间内，正确认识直剪仪的问题，不致发生滥用是至关重要的；问题，不致发生滥用是至关重要的；直剪实验不适用于低塑性土。 直剪实验

17、也不适用于砂土和软土。 如89版规定直剪实验只适用于二级及三级建筑物的可塑状粘性土和饱和度不大于0.5的粉土。 l 三轴实验的土样是在轴对称应力条三轴实验的土样是在轴对称应力条件下剪切的，圆柱形土样侧面作用着小件下剪切的，圆柱形土样侧面作用着小主应力主应力 s3 ，顶面和底面作用着大主应力，顶面和底面作用着大主应力 s1 ，大、小主应力可以根据实验要求控，大、小主应力可以根据实验要求控制其大小和变化。土样包在不透水的橡制其大小和变化。土样包在不透水的橡皮膜中，在土样的底面和顶面都设置了皮膜中，在土样的底面和顶面都设置了可以控制的排水管道，经过阀门可以改可以控制的排水管道，经过阀门可以改动土样的

18、排水条件，并可经过管道量测动土样的排水条件，并可经过管道量测土样顶部或内部的孔隙水压力土样顶部或内部的孔隙水压力 。l三轴实验原理三轴实验原理 : :l以资料力学的摩尔圆表示一点的应力形以资料力学的摩尔圆表示一点的应力形状为根底，以库仑强度实际为准那么。状为根底，以库仑强度实际为准那么。l三轴实验方法三轴实验方法: : l利用三轴仪的设备条件，用各种方法模利用三轴仪的设备条件，用各种方法模拟土的各种应力条件和物理形状。拟土的各种应力条件和物理形状。l三轴实验结果的资料整理三轴实验结果的资料整理 ：l实验资料的分析计算：实验资料的分析计算：l 三轴实验是建立在轴对称极限平衡三轴实验是建立在轴对称

19、极限平衡实际根底上的一种土工实验，与直剪实实际根底上的一种土工实验，与直剪实验相比，应力条件明确，分析原理严密，验相比，应力条件明确，分析原理严密，可以模拟各种排水条件和应力条件。可以模拟各种排水条件和应力条件。l破坏圆是破坏时的应力圆破坏圆是破坏时的应力圆l破坏圆的公切线即为强度包线破坏圆的公切线即为强度包线l l从0点到圆心的间隔等于半径除以sin；l移项以后就得到极限平衡条件的表达式131322=sincoscsin1223131=ctgcl 化简并经过三角函数间的变换关系，化简并经过三角函数间的变换关系，从而可得到常用的土的极限平衡条件：从而可得到常用的土的极限平衡条件：=245tg2

20、245tg231c=245tg2245tg213cl例题土样内摩擦角为例题土样内摩擦角为 =26，粘聚力为，粘聚力为20kPa，接受大主应力和小主应力分别为接受大主应力和小主应力分别为450kPa和和150kPa，试判别该土样能否到达极限平衡形状？，试判别该土样能否到达极限平衡形状？l 解解 知小主应力，现将其他知的有关数据代入到知小主应力，现将其他知的有关数据代入到式式(6-6)的右侧，得小主应力的计算值为：的右侧，得小主应力的计算值为： l l l计算结果可以以为的计算值与知值相等，所以该计算结果可以以为的计算值与知值相等，所以该土样处于极限平衡形状。土样处于极限平衡形状。 kPa5 .1

21、50tg3220232tg450245tg2245tg2213=cl 对上述问题：内摩擦角为对上述问题：内摩擦角为 =26，粘聚力为粘聚力为20kPa，接受大主应力和小主应，接受大主应力和小主应力分别为力分别为450kPa和和150kPal 假设用图解法，那么同样会得到摩假设用图解法，那么同样会得到摩尔应力圆与抗剪强度线相切的结果。尔应力圆与抗剪强度线相切的结果。 l1. 1 3时，摩尔圆为一个点；时，摩尔圆为一个点；l2. 在在 1逐渐增大的过程中，到达破坏以逐渐增大的过程中，到达破坏以前，土体都处于弹性形状；前，土体都处于弹性形状；l3. K0圆处于弹性形状。当土体处于圆处于弹性形状。当土

22、体处于K0条条件时，如图中的件时，如图中的K0圆，此时的土体处于圆，此时的土体处于弹性平衡形状，不会发生破坏。弹性平衡形状，不会发生破坏。l4. 从从K0圆到破坏圆的过程，就是土体剪圆到破坏圆的过程，就是土体剪切破坏的发生过程，是从弹性形状向塑切破坏的发生过程，是从弹性形状向塑性形状开展的过程。在破坏圆上，有两性形状开展的过程。在破坏圆上，有两个特征点，一个的最大剪应力，将每个个特征点，一个的最大剪应力，将每个破坏圆是的最大剪应力点连成破坏圆是的最大剪应力点连成Kf线，线，Kf线不是强度包线。线不是强度包线。l5. 一系列破坏圆的公切线才是摩尔强度一系列破坏圆的公切线才是摩尔强度包线，摩尔强度

23、包线的参数才是抗剪强包线，摩尔强度包线的参数才是抗剪强度目的。度目的。l 三轴剪力仪由主机、稳压系统和量测系统三轴剪力仪由主机、稳压系统和量测系统三个部分组成。三个部分组成。l 主机包括压力室、周围压力系统和轴向加主机包括压力室、周围压力系统和轴向加压设备。圆柱形的土样用橡皮膜包裹密封后置压设备。圆柱形的土样用橡皮膜包裹密封后置于压力室内，由周围压力系统经过压力水对土于压力室内，由周围压力系统经过压力水对土样施加周围压力样施加周围压力 3，由轴向加压设备经过量力，由轴向加压设备经过量力环、活塞杆对土样施加轴向的偏应力环、活塞杆对土样施加轴向的偏应力 1- 3，在忽略土样帽与土样之间摩擦力的条件

24、下，周在忽略土样帽与土样之间摩擦力的条件下，周围压力围压力 3即为小主应力，偏应力与周围压力之即为小主应力，偏应力与周围压力之和和 3 +( 1- 3)即为大主应力即为大主应力 1 。l 稳压系统包括压力源、调压筒和压稳压系统包括压力源、调压筒和压力表等，用以调理和坚持周围压力的稳力表等，用以调理和坚持周围压力的稳定，以保证运用结果的准确性。定，以保证运用结果的准确性。l 对于剪切时不排水的实验，采用量对于剪切时不排水的实验，采用量测稳压系统中补充给压力室的水量来测测稳压系统中补充给压力室的水量来测定土样的体积变形，此时稳压系统具有定土样的体积变形，此时稳压系统具有量测的作用，但对压力水去除气

25、泡的要量测的作用，但对压力水去除气泡的要求很高。求很高。l 量测系统用以量测从土样中排出孔量测系统用以量测从土样中排出孔隙水的体积，测定孔隙水压力的变化以隙水的体积，测定孔隙水压力的变化以及对土样施加应力的大小。及对土样施加应力的大小。l 三轴仪的控制系统可以分别控制土样三轴仪的控制系统可以分别控制土样在周围压力和偏应力作用时的排水条件，在周围压力和偏应力作用时的排水条件，可以抑制直剪仪无法控制排水条件的缺可以抑制直剪仪无法控制排水条件的缺陷，因此可以测定在不同固结排水条件陷，因此可以测定在不同固结排水条件下的抗剪强度目的。下的抗剪强度目的。l实验方法：实验方法：l不固结不排水剪不固结不排水剪

26、l固结不排水剪固结不排水剪l固结排水剪固结排水剪l分析方法：分析方法：l总应力法总应力法l有效应力法有效应力法试验方法试验方法施加施加周围压力周围压力施加施加偏差压力偏差压力孔隙水压力孔隙水压力不固结不排不固结不排水剪水剪UU关排水阀门关排水阀门 关排水阀门关排水阀门不测孔隙水不测孔隙水压力压力固结不排水固结不排水剪剪CU开排水阀门开排水阀门 关排水阀门关排水阀门测孔隙水压测孔隙水压力力排水剪排水剪CD开排水阀门开排水阀门 开排水阀门开排水阀门保持为零保持为零l 在施加周围压力时封锁排水阀门，在施加周围压力时封锁排水阀门，此时土样内的孔隙水压力等于周围压力，此时土样内的孔隙水压力等于周围压力，

27、随后也在封锁排水阀门的条件下施加偏随后也在封锁排水阀门的条件下施加偏应力，不允许土样中的孔隙水排出，直应力，不允许土样中的孔隙水排出，直至土样剪切破坏，测定的抗剪强度目的至土样剪切破坏，测定的抗剪强度目的用用cu、u 表示，对饱和土表示，对饱和土u 。l 实验时先对土样施加周围压力并翻实验时先对土样施加周围压力并翻开排水阀门，在土样排水所过程中可以开排水阀门，在土样排水所过程中可以察看到土样高度逐渐减小和土样体积的察看到土样高度逐渐减小和土样体积的减小，假好像时量测孔隙水压力那么可减小，假好像时量测孔隙水压力那么可察看到孔隙水压力逐渐散失。在土样充察看到孔隙水压力逐渐散失。在土样充分排水固结以

28、后封锁排水阀门，然后施分排水固结以后封锁排水阀门，然后施加偏应力直至破坏，由于曾经封锁了排加偏应力直至破坏，由于曾经封锁了排水阀门，在剪切过程中不能够发生排水。水阀门，在剪切过程中不能够发生排水。l 固结不排水实验得出的抗剪强度目固结不排水实验得出的抗剪强度目的用的用ccu、cu 表示。表示。l 假设在剪切过程中翻开孔隙水压力假设在剪切过程中翻开孔隙水压力阀同时测定土样内的孔隙水压力，那么阀同时测定土样内的孔隙水压力，那么可得到孔隙水压力与剪切应变的关系曲可得到孔隙水压力与剪切应变的关系曲线，并可以求得有效内摩擦角线，并可以求得有效内摩擦角 和和有效内聚力有效内聚力c。l 在施加周围压力和偏应

29、力的全过程在施加周围压力和偏应力的全过程中，土样一直处在排水形状，剪切速率中，土样一直处在排水形状，剪切速率应使孔隙水压力一直处于散失为零的形应使孔隙水压力一直处于散失为零的形状，因此排水阀门和孔隙水压力阀门一状，因此排水阀门和孔隙水压力阀门一直是翻开的。所测定的抗剪强度目的用直是翻开的。所测定的抗剪强度目的用cdcd、d d 表示，其物理意义就是有效内表示，其物理意义就是有效内摩擦角。摩擦角。 l 有有4 4个土样分别在周围压力为个土样分别在周围压力为50kPa50kPa、100kPa100kPa、150kPa150kPa和和200kPa200kPa作用下固结不排水实验，测得剪作用下固结不排

30、水实验，测得剪切破坏时的偏应力如表所示。根据知的周围压力切破坏时的偏应力如表所示。根据知的周围压力和偏应力，所计算最大主应力以及破坏时摩尔圆和偏应力，所计算最大主应力以及破坏时摩尔圆的圆心位置坐标和半径也列于表内：的圆心位置坐标和半径也列于表内：表 9 三轴试验结果 / kPa 应力值 编号 1 2 3 4 周围压力 3 50 100 150 200 剪切破坏时的偏应力（1-3） 130 220 310 382 剪切破坏时的大主应力 1 180 320 460 582 莫尔圆圆心座标132 115 210 305 391 摩尔圆的半径132 65 110 155 191 l 实验记录的是周围压

31、力，即小主应实验记录的是周围压力，即小主应力力 3和轴向的力，即测力计读数与测力和轴向的力，即测力计读数与测力计率定系数的乘积计率定系数的乘积CR;l 轴向力除以校正后的试样面积，就轴向力除以校正后的试样面积，就得到主应力差得到主应力差 1- 3 ;=10AAa1031=aACRl主应力差除以主应力差除以2就得到破坏应力圆的半径。就得到破坏应力圆的半径。l破坏应力圆的半径破坏应力圆的半径l主应力差加小主应力就得到大主应力主应力差加小主应力就得到大主应力 1。l计算大、小主应力之和的一半，就得到破计算大、小主应力之和的一半，就得到破坏应力圆的圆心坐标值坏应力圆的圆心坐标值l知圆心坐标和半径，就可

32、以画破坏应力圆。知圆心坐标和半径，就可以画破坏应力圆。231231l试样固结后的高度试样固结后的高度l试样固结后的面积试样固结后的面积l试样面积校正试样面积校正31001=VVhhc32001=VVAAc11=caAAchh=1 231231轴向应变轴向应变圆心坐标圆心坐标莫尔圆半径莫尔圆半径l有效应力有效应力l孔隙水压力对强度的影响孔隙水压力对强度的影响l用有效应力表示的强度用有效应力表示的强度tfcu tg= tfctg= u=l有效应力圆的圆心坐标与半径的计算公有效应力圆的圆心坐标与半径的计算公式阐明，有效应力圆的圆心与总应力圆式阐明，有效应力圆的圆心与总应力圆的圆心之差为破坏时的孔隙水

33、压力，有的圆心之差为破坏时的孔隙水压力，有效应力圆的半径与总应力圆一样。效应力圆的半径与总应力圆一样。131313222=uuufff131313222=uuffl有效大主应力有效大主应力l有效小主应力有效小主应力u=11 u=33 l有效主应力比有效主应力比l初始孔隙水压力系数初始孔隙水压力系数l破坏时孔隙水压力系数破坏时孔隙水压力系数331311= 30uB = )(31=BuAff l有效内摩擦角有效内摩擦角l有效内聚力有效内聚力atansin1= =cosdc l以主应力差的峰值作为破坏点以主应力差的峰值作为破坏点l以有效主应力比的峰值作为破坏点以有效主应力比的峰值作为破坏点l以有效应

34、力途径的密集点为破坏点以有效应力途径的密集点为破坏点l以轴向应变以轴向应变15时的主应力差为破坏点时的主应力差为破坏点l 不固结不排水强度是天然强度，不不固结不排水强度是天然强度，不是强度目的；是强度目的；l 不固结不排水强度是总强度，反映不固结不排水强度是总强度，反映了某种形状的结果；了某种形状的结果；l 无法反映土的抗剪强度随法向应力无法反映土的抗剪强度随法向应力变化的规律；变化的规律；l 如何提供土层的代表性数值？如何提供土层的代表性数值？l不固结不不固结不排水强度排水强度随深度增随深度增长，不能长，不能提供平均提供平均值。值。cuzt tl用以计算地基承载力，不能反映根底埋置用以计算地

35、基承载力，不能反映根底埋置深度对承载力的影响；深度对承载力的影响；l用以计算土压力，不能反映实践的情况。用以计算土压力，不能反映实践的情况。固结不排水剪固结不排水剪不固结不排水剪不固结不排水剪l相当于周围压力为零的三轴不固结不排相当于周围压力为零的三轴不固结不排水剪实验。水剪实验。l灵敏度灵敏度2uuqC =uutqqS=l1. 计算大主应力；计算大主应力；l2. 计算有效的大、小主应力；计算有效的大、小主应力；l3. 分别计算总应力圆和有效应力圆的半径分别计算总应力圆和有效应力圆的半径和圆心坐标。和圆心坐标。表 10 三轴试验（测孔隙水压力）资料 / kPa 土样编号 1 2 3 土样编号

36、1 2 3 3 50 100 150 uf 23 40 67 13f 92 120 164 3= 3 uf 27 60 83 1 142 220 314 1 = 1 uf 119 180 247 132 96 160 232 132 73 120 165 132 46 60 82 132 46 60 82 表 11 三轴试验资料分析结果 粘聚力 / kPa 内摩擦角 / 总应力强度指标 ccu = 10 cu = 18 有效应力强度指标 c = 6 = 27 抗剪强度指标的选取 规范 仪器 试验方法 指标处理方法 建筑地基基础设计规范 三轴 不固结不排水 c、分别取标准值 港口工程地基规范 持

37、久情况 短暂情况 直剪 三轴 固结快剪 不固结不排水 考虑 c、 负相关的简化相关法取平均值和标准差 上海地基基础设计规范 直剪 固结快剪 峰值打七折 c、分别取平均值 l地基规范曾经废除了直剪实验地基规范曾经废除了直剪实验l勘察规范仍可有条件地运用勘察规范仍可有条件地运用l三次规范修订时对直剪和三轴的说法三次规范修订时对直剪和三轴的说法l我国面前大面积推行三轴的条件我国面前大面积推行三轴的条件l如何实现用三轴实验完成剪切实验？如何实现用三轴实验完成剪切实验？l仪器条件配备一定数量的设备仪器条件配备一定数量的设备l技术和人员具有一支技术队伍技术和人员具有一支技术队伍l技术要求少而精技术要求少而

38、精l1.我们这里做三轴不固结不排水实验都是先让试样饱和，然后再进展实验，结果是硬塑至巩固的土，其抗剪强度也很低内聚力c小于30kPa，内摩擦角小于10度。不知道能否合理。 l2.GB50007-2002要求土的剪切目的用三轴紧缩实验中的不固结不排水实验确定，对于非饱和土，在实验前先进展饱和再实验，其实验结果还能代表实践地层的力学性质吗？l3. 不饱和的土比如黄土又如何确定内聚力c 和 内摩擦角 呢？ l l 自然界的土不全部都是饱和土，但传统的土力学却是在饱和土的根底上开展起来的，非饱和土的土力学还处在开展阶段，非饱和土的实验比饱和土更为复杂。由于了解上的误区和一些规范的规定不适宜，引起了人们

39、认识上的混乱，用饱和土的实验方法来测定非饱和土的抗剪强度，这怎样可以得到符合实践的目的呢？ bfwafaffuuucttan)(tan)(= 式中 c有效粘聚力； fafu )(破坏面上的净法向应力； afu破坏面上的孔隙气压力； 与净法向应力状态有关的内摩擦角； fwauu)(破坏面上的基质吸力； b表示抗剪强度随基质吸力而增加的速率。 l 当土接近饱和时，基质吸力趋向于当土接近饱和时，基质吸力趋向于零，孔隙水压力接近于孔隙气压力，上零，孔隙水压力接近于孔隙气压力，上式中的第式中的第3项趋于零，就变为饱和土的抗项趋于零，就变为饱和土的抗剪强度公式。剪强度公式。l 假设要得到上述公式中的假设要得到上述公式中的3个抗剪强个抗剪强度的参数，实验时不仅需求量测孔隙水度的参数，实验时不仅需求量测孔隙水压力，而且还需求量测孔隙气压力，这压力，而且还需求量测孔隙气压力，这在普通的常规三轴