土的排水与不排水强度课件

1、土的排水与不排水强度土的排水与不排水强度复习由于颗粒间接触点的面积很小。图453 土粒的接触饱和土的有效应力原理的推导(1)：有效应力的定义复习由于颗粒间接触点的面积很小。图453 土粒的接触饱和土有效应力原理的推导(2)土颗粒之间为点接触，接触面积可以忽略c0。A有效应力原理的推导(2)土颗粒之间为点接触，接触面积可以忽略孔隙水压力系数三轴应力状态的孔压系数A与B孔隙水压力系数三轴应力状态的孔压系数A与B孔隙应力系数定义 土体在不排水和不排气的条件下，外荷载引起的孔隙应力增量与应力增量（用总应力表示）的比值，其表征了孔隙应力对总应力变化的反映。基本假设：假设土体为各向同性的理想弹性体；单元立

2、方体的体积为V0，孔隙率为n。 孔隙应力系数定义 土体在不排水和不排气的条件下增量形式：1、轴对称三维应力状态等向压缩应力状态偏差应力状态孔隙压力系数的推导增量形式：1、轴对称三维应力状态等向压缩应力状态偏差应力状态（1）等向压缩应力状态孔隙应力系数B孔隙应力系数B：表示单位周围压力增量所引起的孔隙应力增量Cs土骨架的体积压缩系数，表示单位有效周围压力作用下土骨架的体应变； Cf孔隙流体的体积压缩系数，表示单位孔隙压力作用下，单位体积孔隙流体的体积变化。 （1）等向压缩应力状态孔隙应力系数B孔隙应力系数B：表示对于饱和土，Cf=CwCs， B=0； ( Ca-空气的体积压缩系数)对于部分饱和土

3、 B=01 之间。所以B值是可用作反映土体饱和程度的指标。孔压系数B与饱和度Sr的关系对于饱和土，Cf=CwCs， B=1.0；( Cw-水说明：偏差应力为轴向压力与周围压力之差（2）偏差应力状态孔隙应力系数A说明：偏差应力为轴向压力与周围压力之差（2）偏差应力状态（2）偏差应力状态孔隙应力系数A说明：上式假设土体为弹性体。弹性体的剪应力只引起受力体的形状变化而不引起体积变化。而土并非理想弹性体，在受剪后，体积要发生膨胀或收缩，故上式系数1/3只适用于弹性体而不符合实际土体的情况。引入经验系数A代替1/3 （2）偏差应力状态孔隙应力系数A说明：上式假设土体为弹性对于饱和土，B=1 ，u2 =A

4、（1-3）饱和土的孔隙应力系数A考虑土的剪胀性，A.W.Skempton引入经验系数A代替1/3孔隙应力系数A饱和土体在单位偏应力增量(1-3)作用下产生的孔隙水应力增量。A值是反映土体剪胀性的重要指标。对于饱和土，B=1 ，u2 =A（1-3）考虑土的对于非完全饱和土，B1，而且随应力水平而变化，故： 总结：土体在轴对称三维应力增量作用下所引起的总孔隙应力增量为：实际工程问题中求土体在剪切破坏时的孔隙压力系数Af： 对于饱和土：孔隙应力系数A、B均可在室内常规三轴试验中通过量测土样中的孔隙应力确定。对于非完全饱和土，B1，而且随应力水平而变化，故： 总结：不同固结和排水条件的三轴试验中，孔隙

5、应力增量是不同的。以饱和土为例：UU试验： CU试验：因试样在3作用下排水固结，u1=0，故u=u2=A（1-3）； CD试验：因不产生孔隙压力，故u=0。说明：不同固结和排水条件的三轴试验中，孔隙应力增量是不同的。 CU4.4 砂土的排水和不排水强度密砂松砂图457 砂土的排水试验4.4 砂土的排水和不排水强度密砂松砂图457 砂土的排4.4 砂土的排水和不排水强度砂土的排水试验4.4 砂土的排水和不排水强度砂土的排水试验A: CU, Dr= 30% 松砂 B: CU, Dr= 44%图458 不同密度砂土的三轴试验C: CU, Dr = 47%D: CD, Dr = 30%c=400kPa

6、流滑静态液化A: CU, Dr= 30% 松砂 图458 临水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水总应力残余强度只有35。图460 临水松砂岸坡的流滑（液化）1-3开始液化液化流滑发展破坏后的滑动区范围临水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水总应力残余强度只有354.5 黏土的排水与不排水强度1. 饱和黏土的排水试验CD2. 饱和黏土的三轴固结不排水试验CU3. 固结不排水试验（CU）确定的强度指标4. 黏土的不固结不排水试验（UU）5. 排水和不排水强度指标的工程应用6. 非饱和土的强度与强度理论4.5 黏土的排水与不排水强度1. 饱和黏土的排水试验CD三轴排水与不排水试验不固结不排水(UU)： uncon

7、solidated undrained固结不排水(CU)： consolidated undrained固结排水(CD)： consolidated drained三轴排水与不排水试验不固结不排水(UU)：1.饱和黏土的排水试验CDe正常固结黏土0固结压缩试验固结排水试验强度包线（过原点）图461 正常固结黏土的压缩曲线与强度包线1.饱和黏土的排水试验CDe正常固结黏土0固结压缩试验1.饱和黏土的排水试验CD1.饱和黏土的排水试验CD1. 饱和黏土的排水试验CDe超固结黏土固结压缩试验固结排水试验强度包线图462 超固结黏土的压缩曲线与强度包线1. 饱和黏土的排水试验CDe超固结黏土固结压缩试

8、验固2. 饱和黏土的三轴固结不排水试验CU正常固结土剪缩（正孔压）；超固结土剪胀（负孔压）图463 黏土的三轴固结不排水试验注：u0是为增加饱和度而施加的反压2. 饱和黏土的三轴固结不排水试验CU正常固结土剪缩（正孔3. 固结不排水试验（CU）确定的强度指标正常固结土超固结土图464 总应力路径与有效应力路径3. 固结不排水试验（CU）确定的强度指标正常固结土超固结土超固结正常固结图465 先期固结压力p附近的包线超固结正常固结图465 先期固结压力p附近的包线饱和土的不排水包线是一条水平线，其斜率u=0。图472 UU的强度包线 4.黏土的不固结不排水试验（UU）饱和土的不排水包线是一条水平

9、线，其斜率u=0。图472 5 . 排水和不排水强度指标的工程应用（1） 有效应力强度指标(CD)对于砂土，在一般加载的速率下，用有效应力强度指标进行分析CD。对于黏性土，如果在计算中，超静孔压已经全部消散(加载很慢），或者土中的孔隙水压力可以准确地确定，也可以用有效应力强度指标。有效应力强度指标可以通过排水试验或者CU+孔压量测来确定。5 . 排水和不排水强度指标的工程应用（1） 有效应力强（2）固结不排水（CU）强度指标 在一定的围压下固结已经完成，很快施加剪应力，不能排水。（2）固结不排水（CU）强度指标 在一定的围压CU指标:软黏土上（1）部分完成很长时间 (2)部分快速施工的填方工程

10、图474 软黏土上分期填筑的土方工程CU指标:软黏土上（1）部分完成很长时间图474 软黏土上水位骤降（土坝心墙）图475 土坝水位骤降CU指标水位骤降（土坝心墙）图475 土坝水位骤降CU指标图476 天然土坡上快速填方CU指标图476 天然土坡上快速填方CU指标（3）不排水（UU）强度指标 在原来的应力状态上，施加围压和剪应力时，都不会排水，存在超静孔压。（3）不排水（UU）强度指标 在原来的应力状态上，(c)黏土地基上，快速施工的建筑物(a)在软黏土地基上快速施工的填方(b)土坝快速施工,竣工后,心墙未固结图477 UU强度指标的应用(c)黏土地基上，快速施工的建筑物(a)在软黏土地基上快速施土质排水条件施工速度考虑的工况根据对工程情况的了解，经验判断选择指标要考虑一下因素：土质选择指标要考虑一下因素：6. 非饱和土的排水强度Bishop非饱和土的有效应力原理及强度准则：其中是一个与土的饱和度有关的参数，一般不易确定。6. 非饱和土的排水强度Bishop非饱和土的有效应力原理及弗雷德伦德（D. G. Fredlund）非饱和土理论双应力体系： 净应力（外荷有