第5章_土的抗剪强度(视频版)

1、Fc和和 是决定土的抗剪强度的两个指标，称是决定土的抗剪强度的两个指标，称为抗剪强度指标为抗剪强度指标对无粘性土通常认为，粘聚力对无粘性土通常认为，粘聚力C=0n 库仑公式库仑公式: : tgcf土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 Oc S123 f1 f2 f3 O2 1 3rp22()/2xzxzr()/2xzp1pr3pr大主应力：大主应力：小主应力小主应力: :圆心：圆心：半径：半径： zx z xz x 1 ( z, zx)( x, xz)莫尔圆：单元的应力状态莫尔圆：单元的应力状态圆上点：一个面上的圆上点：一个面上的 与与 莫尔圆转角莫尔圆转角2 ：作用面转角：作用面转角 应力莫尔圆

2、应力莫尔圆F极限平衡应力状态：当极限平衡应力状态：当一面上的应力状态达到一面上的应力状态达到 = fF土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线强度包线与极限平衡应力状态强度包线与极限平衡应力状态 f 强度包线以下：强度包线以下：任何一个面任何一个面上的一对应力上的一对应力 与与 都没有达都没有达到破坏包线，不破坏到破坏包线，不破坏 与破坏包线相切：与破坏包线相切：有一个面有一个面上的应力达到破坏上的应力达到破坏 与破坏包线相交：与破坏包线相交：有一些平有一些平面上的应力超过强度面上的应力超过强度极限平衡状态极限平衡状态不可能出现的状态

3、不可能出现的状态PT土样土样下盒下盒上盒上盒S面积面积A Oc 直剪仪直剪仪(direct shear test apparatus)1S23 f1 f2 f35.3 5.3 土的抗剪强度试验方法土的抗剪强度试验方法 直剪试验直剪试验n 17761776年法国库仑剪切试验年法国库仑剪切试验 将土样装在有开缝的上下刚性金属盒内，上盒固定，推将土样装在有开缝的上下刚性金属盒内，上盒固定，推动下盒，使土样在预定的横截面进行剪切，直至土样破动下盒，使土样在预定的横截面进行剪切，直至土样破坏坏(1) (1) 固结慢剪固结慢剪 施加正应力施加正应力- -充分固结充分固结 剪切速率很慢，剪切速率很慢，0.0

4、2mm/0u1f1/3剪胀：剪胀： A1/3 (甚至可能甚至可能A0，u 0， cuc , cu 与超固结度有关与超固结度有关O = 13 23n 超固结粘土试验曲线与强度包线超固结粘土试验曲线与强度包线cu f fccuu1fu2fu1fu2f f fc 5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 CU CU试验指标试验指标F 剪切过程中的超静孔压：剪切过程中的超静孔压： u = A ( )F 试验确定的强度指标：试验确定的强度指标： cu，ccu 和和 ，c F 正常固结粘土：正常固结粘土： cu c 0 5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 CU CU试验指标试验指标n

5、强度指标：强度指标：cuu(cu), uu( u) F试验条件试验条件F饱和试样的不排水强度指标饱和试样的不排水强度指标cuF不排水试验与固结不排水试验不排水试验与固结不排水试验F无侧限压缩试验：无侧限压缩试验： 3=0的不排水试验的不排水试验F不饱和试样的不排水强度不饱和试样的不排水强度5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 UU UU试验指标试验指标试样试样围压围压力力 3阀门阀门阀门阀门马达马达横梁横梁量力环量力环百分表百分表量水管量水管孔压孔压量测量测F排水阀门关闭，排水阀门关闭，施加施加围压围压 ，产生孔隙水，产生孔隙水压力压力 u1=B F施加施加( ( 1 1 - -

6、) )时，时，排排水阀门关闭，水阀门关闭，量测剪量测剪切过程中产生的超静切过程中产生的超静孔隙水压力孔隙水压力 u2 = BA ( )n 试验条件试验条件5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 UU UU试验指标试验指标n 饱和试样的不排饱和试样的不排水强度指标水强度指标c cu uO = 13 u=0 fcu 23 fc B=1 u1 = u2 = A ( )试验过程中不排水，试样密度不变，不论周围压力试验过程中不排水，试样密度不变，不论周围压力 3多大，抗剪强度和破坏时的有效应力状态相同多大，抗剪强度和破坏时的有效应力状态相同 总应力抗剪强度包线水平总应力抗剪强度包线水平 u=0

7、， cu=( 1- 3)f/2 破坏时不同破坏时不同 3试验的有效应力莫尔圆相同试验的有效应力莫尔圆相同u1fu2f有效应力有效应力莫尔圆莫尔圆总应力总应力莫尔圆莫尔圆5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 UU UU试验指标试验指标思考题思考题1 1：不排水试验的破裂面的方向？：不排水试验的破裂面的方向？思考题思考题2 2： u u=0=0是否意味着土体不具有摩擦强度？是否意味着土体不具有摩擦强度？思考题思考题3 3：可否由：可否由UUUU试验确定有效应力强度指标？试验确定有效应力强度指标？O = 13 u=0 fcu 23 fc 有效应力有效应力莫尔圆莫尔圆总应力总应力莫尔圆莫尔

8、圆5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 UU UU试验指标试验指标O = cu f正常固结粘土层正常固结粘土层 p1先期固先期固结压力结压力 p2 p3cu1cu2cu3 p1 p2 p3n 不排水试验与固结不排水试验不排水试验与固结不排水试验固结不排水试验强度包线上的每一点对应于一固结不排水试验强度包线上的每一点对应于一个具有相同先期固结压力的不排水强度指标个具有相同先期固结压力的不排水强度指标5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 UU UU试验指标试验指标n 无侧限压缩试验无侧限压缩试验O = u=0 fcu 3=0qu= F 3 3= =0 0的不排水试验的不排水

9、试验F f f=c=cu u =q=qu u/2/2F由于土样扰动等的由于土样扰动等的影响，一般稍低于影响，一般稍低于原位不排水强度原位不排水强度5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 UU UU试验指标试验指标F饱和试样的不排水强度指标饱和试样的不排水强度指标: : u u =0 ,=0 ,c cu uF饱和饱和CDCD与与CUCU强度指标强度指标: : 有关联有关联F无侧限压缩试验：无侧限压缩试验： 3 3=0, =0, 是特殊的是特殊的UUUU试验试验5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 UU UU试验指标试验指标试验类型试验类型试验方法试验方法强度指标强度指标慢剪

10、慢剪Slow Shear 施加正应力施加正应力-充分固结充分固结 慢剪，保证无超静孔压慢剪，保证无超静孔压 cs， s固结快剪固结快剪Consolidated Quick Shear 施加正应力施加正应力-充分固结充分固结 快剪，在快剪，在3-5分钟内剪切坏分钟内剪切坏ccq， cq快剪快剪Quick Shear 施加正应力后不固结，施加正应力后不固结， 立即快剪，立即快剪，3-5分钟内剪坏分钟内剪坏cq， q5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 直剪试验强度指标直剪试验强度指标n 排水条件不明确，但可以模拟实际工程问题排水条件不明确，但可以模拟实际工程问题F 对于砂土，三种试验结

11、果都接近于对于砂土，三种试验结果都接近于c F 对于粘性土，对于粘性土，慢剪：慢剪：cs c ， s ， 一般强度指标稍大，常乘系数一般强度指标稍大，常乘系数0.9固结快剪：固结快剪：ccq ccu cqcu 快剪：快剪： 对于对于 k10-7cm/s的粘土的粘土 cq cu qu5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 直剪试验强度指标直剪试验强度指标F 有效应力指标还是总应力指标？有效应力指标还是总应力指标？F 三轴试验指标还是直剪试验指标？三轴试验指标还是直剪试验指标？F 峰值强度指标还是残余强度指标？峰值强度指标还是残余强度指标？5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标

12、 指标选用指标选用土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用n 有效应力指标与总应力指标有效应力指标与总应力指标F凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u u的情况，都应当使用有效应力指标的情况，都应当使用有效应力指标c c ， F采用总应力指标时，应根据现场土体可能采用总应力指标时，应根据现场土体可能的固结排水情况，选用不同的总应力强度的固结排水情况，选用不同的总应力强度指标指标5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 指标选用指标选用n 三轴试验指标与直剪试验指标三轴试验指标与直剪试验指标F应优先采用三轴试验指标应优先采用三轴试验指标F应按照不同

13、土类和不同的固结排水条件，合理选用应按照不同土类和不同的固结排水条件，合理选用直剪试验指标直剪试验指标 F砂土：砂土：c , 三轴三轴CD试验与直剪试验（直剪偏大）试验与直剪试验（直剪偏大）F粘土：有效应力指标：三轴粘土：有效应力指标：三轴CD或或CU试验试验 总应力指标：三轴总应力指标：三轴CU、UU试验试验 或直剪或直剪cq、q试验试验 土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 指标选用指标选用n 峰值强度指标与残余强度指标峰值强度指标与残余强度指标土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用F 峰值强度峰值强度 ：一般问题：一般问题F

14、残余强度残余强度古旧滑坡古旧滑坡断层夹泥断层夹泥大变形问题大变形问题5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 指标选用指标选用名称名称指标指标应用应用不不排水剪排水剪( (快剪快剪) )c cu u、 u uc cq q、 q q软土地基软土地基快速施工快速施工固结不排水剪固结不排水剪( (固结快剪固结快剪) )c ccucu、 cucuc ccqcq、 cqcq固结完成后固结完成后受突然荷载受突然荷载固结排水剪固结排水剪( (慢剪慢剪) )c cd d、 d dc cs s、 s s地基透水性强地基透水性强施工较慢或正常运行期施工较慢或正常运行期5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗

15、剪强度指标 指标选用指标选用n 不固结不排水剪（快剪）不固结不排水剪（快剪） c cu u、 u u（c cq q、 q q）粘土地基上快速粘土地基上快速施工的建筑物施工的建筑物软土地基上的快速填方软土地基上的快速填方土坝快速施工，心墙未固结土坝快速施工，心墙未固结5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 指标选用指标选用n 固结不排水剪（固结快剪）固结不排水剪（固结快剪） c ccucu、 cucu（c ccqcq、 cqcq） 在天然土坡在天然土坡上快速填方上快速填方水位骤降水位骤降在在1层固结后，施工层固结后，施工2层层125.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 指标选

16、用指标选用n 固结排水剪（慢剪）固结排水剪（慢剪） c ccdcd、 cdcd（c cs s、 s s）粘土地基上慢速粘土地基上慢速施工的建筑物施工的建筑物粘土地基上的分层粘土地基上的分层慢速填方慢速填方稳定渗流期的土坝稳定渗流期的土坝5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 指标选用指标选用F强度指标的类型强度指标的类型F总应力指标与有效应力指标总应力指标与有效应力指标F三轴试验强度指标三轴试验强度指标F直剪试验强度指标直剪试验强度指标F土的强度指标的工程应用土的强度指标的工程应用5.5 5.5 土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 指标选用指标选用Mohrs circleVane shear appar