高等土力学(李广信)35-土的排水与不排水强度课件

3.5

土的排水与不排水强度3.5.1

概述3.5.2

砂土的排水和不排水强度3.5.3

粘土的排水与不排水强度3.5土的排水与不排水强度3.5.1概述13.5.1

概述由于颗粒间接触点的面积很小。图3－53土粒的接触饱和土的有效应力原理：3.5.1概述由于颗粒间接触点的面积很小。图3－53土粒23.6.1

概述饱和土的有效应力原理：有效应力部分产生抗剪强度。图3－54土的有效应力原理示意图3.6.1概述饱和土的有效应力原理：有效应力部分产生抗剪强3有效应力原理的适用范围岩石与混凝土、非饱和土有效应力原理不一定适用某些多孔介质的孔隙与固体可能都是连续的，固体的接触面积不可忽略。图3－55某些多孔介质的孔隙有效应力原理的适用范围某些多孔介质的孔隙与固体可能都是连续的4孔压系数三轴应力状态的孔压系数A与B一般应力状态的孔压系数B、a和c孔压系数三轴应力状态的孔压系数A与B一般应力状态的孔压系数B5B=?孔隙流体小0（饱和）土骨架——压缩系数大B=1B=0图3－56孔压系数BB=?孔隙流体小0（饱和）土骨架——压缩系数大B=1B=06块石或土(10-4×kPa-1)n（%）B巴斯石灰岩0.06150.468滑石0.25300.647密砂15400.988硬粘土80420.997软粘土400550.999表不同岩土的孔压系数B块石或土(10-4×kPa-1)nB巴斯石灰岩0.061507非饱和粘土的三轴固结不排水试验CUSr孔压系数B饱和度图3－78饱和度与孔压系数B非饱和粘土的三轴固结不排水试验CUSr孔压系数B饱和度图3－8对于弹塑性模型，相适应流动规则：B=1.0孔压系数a:孔压系数c:一般应力状态下：其中对于弹塑性模型，相适应流动规则：B=1.0孔压系数a:孔压93.5.2砂土的排水和不排水强度密砂松砂图3－57

砂土的排水试验3.5.2砂土的排水和不排水强度密砂松砂图3－57砂土10A:CU,Dr=30%B:CU,Dr=44%图3－58不同密度砂土的三轴试验C:CU,Dr

=47%D:CD,Dr

=30%c=400kPaA:CU,Dr=30%图3－58不11图3－59松砂土的最大应力差与最大应力比0((-总应力强度(峰值）有效应力强度最大应力差对应的强度总应力强度(残余）(-1图3－59松砂土的最大应力差与最大应力比0(12临水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水总应力残余强度只有3～5。图3－60水松砂岸坡的流滑（液化）1-3临水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水总应力残余强度只有3～5133.5.3

粘土的排水与不排水强度1.饱和粘土的排水试验CD2.饱和粘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.粘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3.5.3粘土的排水与不排水强度1.饱和粘土的排水试验C141.饱和粘土的排水试验CDe正常固结粘土0固结压缩试验固结排水试验强度包线（过原点）图3－61正常固结粘土的压缩曲线与强度包线1.饱和粘土的排水试验CDe正常固结粘土0固结压缩试验151.饱和粘土的排水试验CDe超固结粘土固结压缩试验固结排水试验强度包线图3－62超固结粘土的压缩曲线与强度包线1.饱和粘土的排水试验CDe超固结粘土固结压缩试验固162.饱和粘土的三轴固结不排水试验CU正常固结土－减缩（正孔压）；超固结土－剪胀（负孔压）图3－63粘土的三轴固结不排水试验2.饱和粘土的三轴固结不排水试验CU正常固结土－减缩（正孔173.

固结不排水试验（CU）确定的强度指标超固结土正常固结土超固结土图3－64总应力路径与有效应力路径3.固结不排水试验（CU）确定的强度指标超固结土正常固结土18超固结正常固结p图3－65先期固结压力p附近的包线超固结正常固结p图3－65先期固结压力p附近的包19不固结不排水(UU)：unconsolidatedundrained固结不排水(CU)：consolidatedundrained固结排水(CD)：consolidateddrained

4.粘土的不固结不排水试验（UU）不固结不排水(UU)：unconsolidatedundr20原状土的不扰动取样过程图3－66

正常固结粘土的沉积、固结与取样过程应力路径原状土的不扰动取样过程图3－66正常固结粘土的沉积、21（1）正常固结土的原位应力状态vvhu=0h总应力超静孔隙水压力有效应力图3－67原位应力状态（1）正常固结土的原位应力状态vvhu=0h总应力超22放入压力室以前：体积不变,负孔压

ur（2）取样以后的应力状态总应力有效应力v=-urh=-ur孔压ur<000图3－68原状土取样以后放入压力室以前：体积不变,负孔压ur（2）取样以后的应力状23如果：c=uc=－ur,则：u=0,´=c总应力c=ucvc=hc=c-ur-uc=-ur有效应力孔压ur+ucuc＝c-ur-ur（3）施加围压后图3－69施加围压c

产生超静孔压uc=

c如果：c=uc=－ur,则：u=0,´=c总24总应力vc=c+-ur-ucu=+uruhc=c+ur-ucu

=uru

有效应力孔压ur+ucuc（4）剪切过程图3－70施加轴向应力产生超静孔压±u总应力vc=c+-ur-ucu25总应力vc=c+-ur-ucuf=+uruf=1fhc=c+ur-ucuf=uruf=3f有效应力孔压ur+ucufcf（5）试样破坏时情况图3－71试样破坏时的应力状态uf总应力vc=c+-ur-ucu26饱和土的不排水包线是一条水平线，其斜率uu＝u=0。图3－72UU的强度包线饱和土的不排水包线是一条水平线，其斜率uu＝u=0。图327非饱和粘土的三轴不排水试验强度包线图3－73

非饱和粘土UU的强度包线非饱和粘土的三轴不排水试验强度包线图3－73非饱和粘土UU285.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)①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。②对于粘性土，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。③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）有效应力强度29（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30CU指标:软粘土上（1）部分完成很长时间(2)部分快速施工的填方工程图3－74软粘土上分期填筑的土方工程CU指标:软粘土上（1）部分完成很长时间图3－74软粘土上31水位骤降（土坝厚心墙）图3－75土坝水位骤降水位骤降（土坝厚心墙）图3－75土坝水位骤降32图3－76天然土坡上快速填方图3－76天然土坡上快速填方33（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，34(c)粘土地基上，快速施工的建筑物(a)在软粘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3－77UU强度指标的应用(c)粘土地基上，快速施工的建筑物(a)在软粘土地基上快速施35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：366.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37弗雷德伦德（D.G.Fredlund）非饱和土的强度准则可见：

tg=tg，同样不易确定。弗雷德伦德（D.G.Fredlund）非饱和土的强度准则38图3－79非饱和土的强度包线图3－79非饱和土的强度包线39s=ua-uwSr/%1000不是常数非饱和土的土水特征曲线图3－80土水特征曲线s=ua-uwSr/%1000不是常数非饱和土的土水特征曲线403.5

土的排水与不排水强度3.5.1

概述3.5.2

砂土的排水和不排水强度3.5.3

粘土的排水与不排水强度3.5土的排水与不排水强度3.5.1概述413.5.1

概述由于颗粒间接触点的面积很小。图3－53土粒的接触饱和土的有效应力原理：3.5.1概述由于颗粒间接触点的面积很小。图3－53土粒423.6.1

概述饱和土的有效应力原理：有效应力部分产生抗剪强度。图3－54土的有效应力原理示意图3.6.1概述饱和土的有效应力原理：有效应力部分产生抗剪强43有效应力原理的适用范围岩石与混凝土、非饱和土有效应力原理不一定适用某些多孔介质的孔隙与固体可能都是连续的，固体的接触面积不可忽略。图3－55某些多孔介质的孔隙有效应力原理的适用范围某些多孔介质的孔隙与固体可能都是连续的44孔压系数三轴应力状态的孔压系数A与B一般应力状态的孔压系数B、a和c孔压系数三轴应力状态的孔压系数A与B一般应力状态的孔压系数B45B=?孔隙流体小0（饱和）土骨架——压缩系数大B=1B=0图3－56孔压系数BB=?孔隙流体小0（饱和）土骨架——压缩系数大B=1B=046块石或土(10-4×kPa-1)n（%）B巴斯石灰岩0.06150.468滑石0.25300.647密砂15400.988硬粘土80420.997软粘土400550.999表不同岩土的孔压系数B块石或土(10-4×kPa-1)nB巴斯石灰岩0.0615047非饱和粘土的三轴固结不排水试验CUSr孔压系数B饱和度图3－78饱和度与孔压系数B非饱和粘土的三轴固结不排水试验CUSr孔压系数B饱和度图3－48对于弹塑性模型，相适应流动规则：B=1.0孔压系数a:孔压系数c:一般应力状态下：其中对于弹塑性模型，相适应流动规则：B=1.0孔压系数a:孔压493.5.2砂土的排水和不排水强度密砂松砂图3－57

砂土的排水试验3.5.2砂土的排水和不排水强度密砂松砂图3－57砂土50A:CU,Dr=30%B:CU,Dr=44%图3－58不同密度砂土的三轴试验C:CU,Dr

=47%D:CD,Dr

=30%c=400kPaA:CU,Dr=30%图3－58不51图3－59松砂土的最大应力差与最大应力比0((-总应力强度(峰值）有效应力强度最大应力差对应的强度总应力强度(残余）(-1图3－59松砂土的最大应力差与最大应力比0(52临水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水总应力残余强度只有3～5。图3－60水松砂岸坡的流滑（液化）1-3临水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水总应力残余强度只有3～5533.5.3

粘土的排水与不排水强度1.饱和粘土的排水试验CD2.饱和粘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.粘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3.5.3粘土的排水与不排水强度1.饱和粘土的排水试验C541.饱和粘土的排水试验CDe正常固结粘土0固结压缩试验固结排水试验强度包线（过原点）图3－61正常固结粘土的压缩曲线与强度包线1.饱和粘土的排水试验CDe正常固结粘土0固结压缩试验551.饱和粘土的排水试验CDe超固结粘土固结压缩试验固结排水试验强度包线图3－62超固结粘土的压缩曲线与强度包线1.饱和粘土的排水试验CDe超固结粘土固结压缩试验固562.饱和粘土的三轴固结不排水试验CU正常固结土－减缩（正孔压）；超固结土－剪胀（负孔压）图3－63粘土的三轴固结不排水试验2.饱和粘土的三轴固结不排水试验CU正常固结土－减缩（正孔573.

固结不排水试验（CU）确定的强度指标超固结土正常固结土超固结土图3－64总应力路径与有效应力路径3.固结不排水试验（CU）确定的强度指标超固结土正常固结土58超固结正常固结p图3－65先期固结压力p附近的包线超固结正常固结p图3－65先期固结压力p附近的包59不固结不排水(UU)：unconsolidatedundrained固结不排水(CU)：consolidatedundrained固结排水(CD)：consolidateddrained

4.粘土的不固结不排水试验（UU）不固结不排水(UU)：unconsolidatedundr60原状土的不扰动取样过程图3－66

正常固结粘土的沉积、固结与取样过程应力路径原状土的不扰动取样过程图3－66正常固结粘土的沉积、61（1）正常固结土的原位应力状态vvhu=0h总应力超静孔隙水压力有效应力图3－67原位应力状态（1）正常固结土的原位应力状态vvhu=0h总应力超62放入压力室以前：体积不变,负孔压

ur（2）取样以后的应力状态总应力有效应力v=-urh=-ur孔压ur<000图3－68原状土取样以后放入压力室以前：体积不变,负孔压ur（2）取样以后的应力状63如果：c=uc=－ur,则：u=0,´=c总应力c=ucvc=hc=c-ur-uc=-ur有效应力孔压ur+ucuc＝c-ur-ur（3）施加围压后图3－69施加围压c

产生超静孔压uc=

c如果：c=uc=－ur,则：u=0,´=c总64总应力vc=c+-ur-ucu=+uruhc=c+ur-ucu

=uru

有效应力孔压ur+ucuc（4）剪切过程图3－70施加轴向应力产生超静孔压±u总应力vc=c+-ur-ucu65总应力vc=c+-ur-ucuf=+uruf=1fhc=c+ur-ucuf=uruf=3f有效应力孔压ur+ucufcf（5）试样破坏时情况图3－71试样破坏时的应力状态uf总应力vc=c+-ur-ucu66饱和土的不排水包线是一条水平线，其斜率uu＝u=0。图3－72UU的强度包线饱和土的不排水包线是一条水平线，其斜率uu＝u=0。图367非饱和粘土的三轴不排水试验强度包线图3－73

非饱和粘土UU的强度包线非饱和粘土的三轴不排水试验强度包线图3－73非饱和粘土UU685.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)①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。②对于粘性土，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。③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）有效应力强度