自考 工程地质及土力学-54 55 56

1、第5章 土的抗剪强度土的抗剪强度工程地质及土力学重庆能源职业学院2012年12月2021-12-122工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院概述5.1摩尔库仑抗剪强度理论5.2土的抗剪强度试验5.3 应力作用下的孔隙水压力 5.4粘性土的抗剪强度性质5.5无粘性土的抗剪强度性质5.62021-12-123工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.4 5.4 应力作用下的孔隙水压力应力作用下的孔隙水压力有效应力决定土体变形和抗剪强度的变化有效应力不能直接测量，利用有效应力原理（u），通过测定孔隙水压力

2、来确定2021-12-124工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.4 5.4 应力作用下的孔隙水压力应力作用下的孔隙水压力 （不排水）三轴试验结果表明：围压增量（不排水）三轴试验结果表明：围压增量3 3和和轴压增量轴压增量（1，2）必然会引起土试样中孔隙）必然会引起土试样中孔隙水压力增大水压力增大u3和和u1：33Bu)(311Au33uB正应力引起正应力引起的孔隙水压的孔隙水压力系数力系数311uA剪应力引起剪应力引起的孔隙水压的孔隙水压力系数力系数2021-12-125工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度

3、重庆能源职业学院5.4 5.4 应力作用下的孔隙水压力应力作用下的孔隙水压力饱和土不固结、不饱和土不固结、不排水条件剪切试验排水条件剪切试验令令ABA)(313ABu则则全部正应力都由全部正应力都由孔隙水来承担孔隙水来承担B=1干土干土正应力完全由土正应力完全由土骨架来承担骨架来承担B=0非饱和土非饱和土0B12021-12-126工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.4 5.4 应力作用下的孔隙水压力应力作用下的孔隙水压力高压缩性粘土及松砂高压缩性粘土及松砂A值较大值较大超固结粘土在剪应力作用下产超固结粘土在剪应力作用下产生剪胀，产生负孔隙

4、水压力生剪胀，产生负孔隙水压力A为负值为负值对于同一种土，对于同一种土，A值非常值，它与初始应力值非常值，它与初始应力状态、应力历史、施加应力的路径等有关状态、应力历史、施加应力的路径等有关工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院强度指标强度指标：5.55.5 粘性土的抗剪强度粘性土的抗剪强度粘聚力粘聚力 c内摩擦角内摩擦角 按照分析方法，可分为总应力强度指按照分析方法，可分为总应力强度指标与有效应力强度指标；标与有效应力强度指标； 按照试验方法，可分为直剪强度指标按照试验方法，可分为直剪强度指标与三轴试验强度指标；与三轴试验强度指标； 按照应力应

5、变状态，可分为峰值强度按照应力应变状态，可分为峰值强度指标与残余强度指标。指标与残余强度指标。工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院总应力指标与有效应力指标总应力指标与有效应力指标u抗剪强度的有效应力指抗剪强度的有效应力指标标c ， u c + tg = -u符合土的破坏的机理，符合土的破坏的机理，但有时孔隙水压力但有时孔隙水压力u无法确定无法确定u抗剪强度的总应力指标抗剪强度的总应力指标c， u c+ tg u是一种是一种“全额生产率全额生产率”的的概念，因概念，因u不能产生抗剪不能产生抗剪强度，不符合强度机理。强度，不符合强度机理。在无法确定

6、在无法确定u时便于应用，时便于应用，但要符合工程条件但要符合工程条件5.55.5 粘性土的抗剪强度粘性土的抗剪强度工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院一. 不固结不排水剪切试验强度二. 固结不排水剪切试验强度三. 固结排水剪切试验强度四. 三种排水条件的试验强度指标的应用本节主要内容：工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院n三轴试验：三轴试验：施加周围压力施加周围压力 3、轴向压力、轴向压力 直至剪直至剪破的整个过程都关闭排水破的整个过程都关闭排水阀门，不允许试样排水固阀门，不允许试样排水固结结

7、3 3 3 3 3 3 n直剪试验：直剪试验：通过试验加荷通过试验加荷的快慢来实现是否排水。的快慢来实现是否排水。使试样在使试样在3 35 5minmin之内剪破，之内剪破，称之为快剪称之为快剪关闭排关闭排水阀水阀5.5.1 不固结不排水剪切试验强度不固结不排水剪切试验强度工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.1 不固结不排水剪切试验强度不固结不排水剪切试验强度1、三轴仪中不排水剪强度 UUT-只用于测定不排水剪强度0ufufc)(2131 土的不固结不排水剪强度cu，简称不排水剪强度，常被视为土的天然原位强度。工程地质及土力学工程地质及

8、土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.1 不固结不排水剪切试验强度不固结不排水剪切试验强度1、三轴仪中不排水剪强度 UUT有效应力圆有效应力圆总应力圆总应力圆 u u=0=0BCcu uAA 3A 1A 饱和粘性土在饱和粘性土在三组三组 3 3下的不排下的不排水剪试验得到水剪试验得到A、B、C三个不同三个不同 3 3作用下破坏时的作用下破坏时的总应力圆。总应力圆。试验表明：试验表明：虽然三个试样的周围压力虽然三个试样的周围压力 3 3不同，但破不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水

9、平线因而强度包线是一条水平线三个试样只能得到三个试样只能得到一个有效应力圆一个有效应力圆 B=1工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.1 不固结不排水剪切试验强度不固结不排水剪切试验强度2、直接剪切仪中的快剪强度 QQT 直接剪切仪中的不固结不排水试验常称快剪试验。qvqfctanqcqfv快剪试验强度f 的意义和三轴不排水剪切试验一样，也为土的天然强度。工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.2 固结不排水剪切试验强度固结不排水剪切试验强度1、三轴固结不排水剪强度 CUT 该实验的目

10、的是探讨土试样在有效固结应力增量作用下抗剪强度变化的特性。正常固结状态的固结不排水剪切试验超固结状态的固结不排水剪切试验工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.2 固结不排水剪切试验强度固结不排水剪切试验强度1、三轴固结不排水剪强度 CUT 正常固结试样剪切时体积有减少的趋势 (剪缩)。但由于不允许排水，产生正的孔隙水压力。 超固结试样在剪切时体积有增加的趋势( 剪胀)，开始产生正的孔隙水压力,以后转为负值。 工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.2 固结不排水剪切试验强度固结不排水剪

11、切试验强度1、三轴固结不排水剪强度 CUT有效应力和总应力的强度包线都通过原点，这说明正常固结状态的饱和粘性土未受过任何固结压力时，相当于土颗粒处于悬浮状态的泥浆，抗剪强度为零或很小。正常固结土工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.2 固结不排水剪切试验强度固结不排水剪切试验强度1、三轴固结不排水剪强度 CUT总应力强度包线可表示为cuftan有效应力强度包线可表示为tanf-总应力强度包线的倾角，称为固结不排水剪内摩擦角；cu-有效应力强度包线的倾角，称为有效应力内摩擦角， 比cu约大一倍；，-分别为作用于剪切破坏面时的法向应力和法向有

12、效应力。正常固结土工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.2 固结不排水剪切试验强度固结不排水剪切试验强度1、三轴固结不排水剪强度 CUT超固结状态的孔隙水压力为负值，其有效应力破坏包线为：tan cf常用于具备不排水条件的工程的地基稳定性分析、和、cccucu超固结土固结不排水的物理意义-其斜率反映破坏面上正应力的变化引起的土的抗剪强度的增长率。工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.2 固结不排水剪切试验强度固结不排水剪切试验强度1、三轴固结不排水剪强度 CUTccftan正常固结土

13、-有效固结压力强度公式cccfctan有效固结土-有效固结强度公式工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.2 固结不排水剪切试验强度固结不排水剪切试验强度1、三轴固结不排水剪强度 CUT上述公式也可用固结不排水指标ccu和cu表达cuccuftan)sin1( )tan)(sin1(cuccucufccucuctan)sin1(tancucuccc)sin1(正常固结情况超固结情况故式中工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.2 固结不排水剪切试验强度固结不排水剪切试验强度2、直剪的固结

14、快剪强度 CQT cuvftancqvcqfctan正常固结情况超固结情况工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.3 固结不水剪切试验强度固结不水剪切试验强度1、三轴仪中固结排水剪强度 CDT dftanddfctan正常固结情况超固结情况 固结排水试验在整个试验过程中，孔隙水压力始终为零，总应力最后全部转化为有效应力，所以总应力圆就是有效应力圆。总应力破坏包线就是有效应力破坏包线。 工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.3 固结不水剪切试验强度固结不水剪切试验强度1、三轴仪中固结快剪

15、强度 CDT （a)a)正常固结正常固结 (b) (b) 超固结超固结 工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.3 固结不水剪切试验强度固结不水剪切试验强度2、直剪慢剪试验强度 CST 慢剪的抗剪强度表达式为：慢剪的抗剪强度表达式为：ssfctan 慢剪的强度指标一般略高于有效应力强度指标。慢剪的强度指标一般略高于有效应力强度指标。所以，若把所以，若把cs、s作为有效应力强度指标，应乘以作为有效应力强度指标，应乘以0.90.9的系数。的系数。工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.3 固

16、结不水剪切试验强度固结不水剪切试验强度2、直剪慢剪试验强度 CST 如果以总应如果以总应力表示，将得出力表示，将得出完全不同的试验完全不同的试验结果，而以有效结果，而以有效应力表示，则不应力表示，则不论采用那种试验论采用那种试验方法，都得到近方法，都得到近乎同一条有效应乎同一条有效应力破坏包线。由力破坏包线。由此可见，此可见， 抗剪强抗剪强度与有效应力有度与有效应力有唯一的对应关系。唯一的对应关系。工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院5.5.3 固结不水剪切试验强度固结不水剪切试验强度1 1、不排水剪强度、不排水剪强度cucu相当于土的天然原位

17、强度；相当于土的天然原位强度；2 2、固结不排水剪强度主要取决于剪切前的有效固结压力、固结不排水剪强度主要取决于剪切前的有效固结压力c c，并，并随随c c的大小而变化，强度包线的斜率（的大小而变化，强度包线的斜率（tantan）为抗剪强度随有）为抗剪强度随有效固结压力效固结压力c c变化的增长率；变化的增长率；3 3、固结不排水剪的有效应力强度包线和固结排水剪强度包线都、固结不排水剪的有效应力强度包线和固结排水剪强度包线都有强度随有效压力变化的关系式。因排水条件和剪切速率的差异，有强度随有效压力变化的关系式。因排水条件和剪切速率的差异，两者的强度指标两者的强度指标和和d d应有所差异。应有所

18、差异。三种实验结果的强度含义说明工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院低渗透性（低渗透性（k5k5* *1010-7-7cm/scm/s）、层厚均质的饱和粘）、层厚均质的饱和粘性土，且施工加载速率较快，短期建成的工程性土，且施工加载速率较快，短期建成的工程5.5.4 三种试验强度指标的应用三种试验强度指标的应用三轴不排水不固结，或其他不排水试验三轴不排水不固结，或其他不排水试验排水良好，施工加载速率较慢，施工工期较长的工程排水良好，施工加载速率较慢，施工工期较长的工程固结排水试验固结排水试验软土地基采用分级分期逐步加载建造的工程软土地基采用分级分期逐步加载建造的工程固结不排水试验固结不排水试验工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院1 1、砂土的内摩擦角、砂土的内摩擦角dftan影响因素：砂土的干容重或初孔隙比，同时还与土的颗粒形状和级配关系。5.65.6 无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度工程地质及土力学工程地质及土力学 第第5章章 土的抗剪强度土的抗剪强度重庆能源职业学院2 2、砂土的临界孔隙比、砂土的临界孔隙比*29 松砂的强度随轴向应变的增加而增大应力应变关系呈应变硬