土的固结与沉降

土力学主讲人:夏春xcqdj@163.com1*第五章土的压缩性固结与地基沉降计算第一节概述土体承受的应力：①.自重应力：一般不引起变形；②.附加应力：引起变形。一般土体变形：①.体积变形：缩小与膨胀；②.形状变形：形状改变。地基变形主要为：体积缩小，即压缩变形。2*荷载作用下土体的压缩性;土的压缩试验和固结试验;地基最终沉降量的计算;

土的变形与时间关系(一维固结理论)。主要内容:重点：土的压缩性和压缩性指标的确定;计算基础沉降的分层总和法和规范法;了解固结原理和固结随时间变化的概念.3*一、土压缩性主要特点：土压缩性主要是孔隙体积减少引起的，土颗粒和水压缩性极小，可忽略不计；但水沿孔隙排出，也会引起土体体积减少，发生压缩。饱和粘土中土体受压，孔隙水排出引起的压缩过程，需要一定时间。土体压缩随时间增长的过程叫土的固结。饱和非粘性土中土透水性好，压缩过程时间很短。二、地基沉降包括两方面内容：绝对沉降量的大小，即最终沉降量；沉降与时间的关系。4*土具有压缩性荷载作用地基发生沉降荷载大小土的压缩特性地基厚度一致沉降（沉降量）差异沉降（沉降差）建筑物上部结构产生附加应力影响结构物的安全和正常使用概述土的特点（碎散、三相）沉降具有时间效应－沉降速率5*工程实例问题：沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。左侧建筑物于1969年加固。墨西哥某宫殿左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土6*地基的沉降及不均匀沉降（墨西哥城）工程实例7*基坑开挖，引起阳台裂缝8*比萨斜塔地基的不均匀沉降9*三、地基土产生压缩的原因⑴外因①建筑物荷载作用。这是普遍存在的因素。②地下水位大幅度下降。相当于施加大面积荷载③施工影响，基槽持力层土的结构扰动.④振动影响，产生震沉。⑤温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化⑥浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。10*⑵内因土是三相体，土体受外力引起的压缩包括三部分:①固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建筑工程来说无意义；②土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载σ＝（100～600）Kpa作用下，很小，可忽略不计；③土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，使土的孔隙减小。土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。上述因素中，建筑物荷载作用是主要外因，通过土中孔隙的压缩这一内因发生实际效果。11*第2节土的压缩试验和压缩指标

土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。由于一般压力作用下，土粒（土的固相）和水（土的液相）的压缩量与土的总压缩量相比十分微小，故可近似认为土粒和水是不可压缩的。土的压缩源于土孔隙体积减少（气体压缩、气体排出、孔隙水的排出）。饱和土由土粒和水组成，当其被压缩时，随着孔隙体积的减少，土中孔隙水被排出。在荷载作用下，饱和土体中产生超静孔隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步消散，土体中有效应力逐步增大，直至超静孔隙水压力完全消散，这一过程称为固结。12*一、压缩试验和压缩曲线㈠、压缩试验13*内环环刀透水石试样传压板百分表施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载测定：轴向应力轴向变形试验结果：一、侧限压缩试验14*一、压缩试验和压缩曲线一、室内侧限压缩试验

用环刀取原状土，土在环刀中不可能产生横向(侧向)变形，∴叫侧限压缩试验。环刀：①内径：6.18cm、8cm②面积：30cm2、50cm2③高度：2cm

试验加载：P=50、100、200、300、400kPa；加载时限：每级24h或0.005mm/h，认为变稳定。实际工程中为了减少试验量，每级只恒载1～2h，最后一级恒载24h，结果需较正——按快速压缩试验法修正。15*16*一、压缩试验和压缩曲线如果e0、e已知，可由下式求出△H：即沉降计算基本公式：由第二章可知：∵ρs、ρ、ω0均可实测，∴e0可知。∵△H也可实测，∴e也可知于是可在不同P级下，求不同的P对应的e值，可绘出e—p曲线、e—lgp曲线。如果e0、e已知，可求出△H：17*

为求土样压缩稳定后的孔隙比，利用受压前后土粒体积不变和土样横截面积不变的两个条件，得出受压前后土粒体积(见上图)：

只要测定土样在各级压力作用下的稳定压缩量后，就可按上式算出相应的孔隙比e，从而绘制土的压缩曲线。㈠、压缩试验18*㈠、压缩试验压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用普通直角座标绘制的曲线，

在常规试验中，一般按50、100，200，300，400kPa五级加荷。另一种的横座标则取的常用对数取值，即采用半对数直角座标纸绘制成曲线，试验时以·较小的压力开始，采取小增量多级加荷，并加到较大的荷载(例如1000kPa)为止.19*压缩曲线的绘制方式e-σ′曲线e-lgσ′曲线01002003004000.91.0ee-σ′曲线20*㈡、土的压缩曲线和压缩性指标1.土的压缩曲线是室内土的压缩试验得出的成果，是土的孔隙比与土所受压力的关系曲线。压缩曲线可按两种方式绘制，一种为e~p曲线；一种为e~lgp曲线。2.土的压缩性指标

(1)土的压缩系数a

由e~p曲线得到。

a.切线斜率的绝对值（理论上的，反映某压力下土的压缩性）。21*㈡、土的压缩曲线和压缩性指标b.割线斜率的绝对值（实用上的，反映某一压力范围内土的压缩性）。为了便于应用，通常采用压力由p1=100kPa增加到p2=200kPa时所得到的压缩系数a1-2。

压缩系数越大，反映土的压缩性越高。22*压缩性不同的土，其曲线的形状是不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高，所以，曲线上任一点的切线斜率a就表示了相应于压力p作用下土的压缩性：

土的压缩性可用图中割线的斜率表示设割线与横座标的夹角为a，则:

㈡、土的压缩曲线和压缩性指标23*

为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由增加到时所得的压缩系数来评定土的压缩性。＜0.1Mpa-1低压缩性土；

0.1≤＜0.5Mpa-1中压缩性土；

≥0.5Mpa-1高压缩性土。㈡、土的压缩曲线和压缩性指标24*㈡、土的压缩曲线和压缩性指标试验过程：逐级加载，记录相应e、p值；逐级卸载，记录相应e、p值；逐级加载，记录相应e、p值；作曲线e-p或e-lgp；室内压缩试验e-lgp曲线及有关指标：

在e-lgp曲线中，压力较大部分近似为直线，与e-p曲线相比是其优点。加载等级一般为：12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。绘制曲线e-lgp(或e-p)25*㈡、土的压缩曲线和压缩性指标⑶、压缩指数Cc

随着高层建筑的兴建和重型设备的发展，常规侧限压缩仪的压力范围太小，可采用高压固结仪，最高压力可达3200Kpa。高压固结仪试验原理与试验方法同常规固结仪，试样面积由50mm2改为30mm2,加压杠杆比由1:10提高为1:12。试验结果以孔隙比e

为纵坐标，以对数坐标为横坐标表示㏒p，绘制e－㏒p曲线。此曲线开始一段呈曲线，其后很长一段为直线，即曲线的斜率相同，便于应用。此直线段的斜率称为压缩指数Cc。26*㈡、土的压缩曲线和压缩性指标压缩指数Cc，即：27*㈡、土的压缩曲线和压缩性指标压缩指数Cc↑，土的压缩性越大。一般土的压缩指数Cc：Cc＜0.2低压缩性土；0.2≤Cc≤0.4中压缩性土；Cc＞0.4高压缩性土；回弹指数Ce(再压缩指数)：回弹指数Ce指：回弹曲线与再压缩曲线的平均斜率。一般Ce＜＜Cc；粘土Ce≈(0.1～0.2)Cc。

28*㈡、土的压缩曲线和压缩性指标(4)、压缩模量(侧限压缩模量)

根据曲线，可以求算另一个压缩性指标——压缩模量。它的定义是土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比值。土的压缩模量可根据下式计算：亦称侧限压缩模量，以便与一般材料在无侧限条件下简单拉伸或压缩时的弹性模量相区别。

Es越小，表示土的压缩性越高。29*30*(5)土的回弹曲线和再压缩曲线31*32*三、土的压缩性原位测试1、试验装置与试验方法33*三、土的压缩性原位测试⑴选择有代表性的部位⑵开挖试坑，深度d,宽度B≥3b；注意保持原状结构和天然湿度。⑶加载装置与方法⑷加载标准①p1=γD②二级后，每级：松软pi=10～15（25）kPa,坚实土pi=50kPa.③加荷≥8级，Σpi≥2p设计。逐级加载，每加一级pi记录相应的沉降量s，绘制p-s曲线，直到终止加载。

34*三、土的压缩性原位测试试验步聚：分级加载：软土每级10～15（25）kPa，硬土每级50kPa，不少于8级；每隔一定时间读取数据(p-s)，10、10、15、15min后，每30min；下列情况之一停止加载：Ⅰ.承压板边周围土明显挤出或裂纹；Ⅱ.土沉降急剧加大；Ⅲ.每级荷载下，24h内沉降达不到稳定标准：s/b＜0.6

前三种情况之一时，对应的前一级荷载定为极限荷载pu。35*载荷试验结果⑴绘(p-s)曲线⑵绘(s-t)曲线36*三、土的压缩性原位测试压密阶段：直线变形阶段；

p＜pcrPcr点对应—临塑荷载、比例界限荷载；Pu点对应—极限荷载；设计时采用容许承载力：k—安全系数，一般取2～3；37*三、土的压缩性原位测试局部剪裂阶段：

pcr＜

p＜pu随△p增量相同，s↑加大。地基土在板底下发生剪裂，出现塑性区。完全破坏阶段：p＞pus↑急剧增加，塑性区连成片，形成滑动面，地基完全破坏，失去稳定。地基承载力的确定：理论公式法；现场原位试验法；规范法。在该试验法中还常做卸载试验，以取得回弹曲线和残余变形38*三、土的压缩性原位测试地基土的变形模量⑴定义——地基土的变形模量，指无侧限情况下单轴受压时的应力与应变之比。如前所述，土的变形中包括弹性变形与残留变形两部分。因此，与一般弹性材料的弹性模量相区别，土体的应力与应变之比称变形模量或总变形模量。⑵计算公式——借用弹性理论计算沉降的公式，应用载荷试验结果p-s曲线进行反算。①弹性理论沉降计算公式。在弹性理论中，当集中力P作用在半无限直线变形体表面，引起地表任意点的沉降为：39*三、土的压缩性原位测试计算公式①弹性理论沉降计算公式。公式通过积分，可得均布荷载下地基沉降公式：式中s---地基沉降量，cm;

p---均匀荷载，Kpa;B---矩形荷载的短边或圆形荷载的直径，cm;ω---沉降系数：刚性方形荷板ω＝0.88，刚性圆形荷板ω＝0.79；

E---地基土的变形模量，Mpa;μ---地基土的泊松比。(3.18)(3.19)40*三、土的压缩性原位测试土的变形模量E0p-s曲线中，o-Pcr段为直线，p较小时可按弹性理论计算E0：b—荷载板宽度或直径；ν—土的泊松比，砂土0.2～0.3、粘土0.25～0.45，查表；ωr——沉降影响系数，刚性荷载板：方板ωr=0.88、圆板ωr=0.79。p-s曲线中不出现起始直线时：高压缩性土取s=0.02b低压缩性土取s=0.01～0.015b。41*三、土的压缩性原位测试弹性模量及试验测定：

1.弹性模量：正应力与可恢复正应变的比值。有时高层建筑中风荷载作用下：按压缩模量和变形模量计算变形可能偏大。风荷载是瞬时重复荷载，土中孔隙水来不及排出，土中体积变形瞬间来不及发生荷载已结束，而发生的部分变形又可恢复，此时用弹性模量较合理。饱和粘土地基瞬时加载产生的瞬时沉降时，也应采用弹性模量。42*三、土的压缩性原位测试试验方法：三轴仪三轴重复压缩试验(静力法)测得的是静弹模。实验步聚：⑴.取不扰动土样，施加：σ3围压→固结后不排水→△σ竖向压力。σ3取有效自重应力σC；⑵.不排水情况下施加△σ△σ取附加应力σz。以上重复若干次。Ei—初始切线模量；Er—再加荷模量，取最大轴向压力一半时的切线模量，一般循环5～6次Er便趋于稳定值。43*关于三种模量的讨论：压缩模量Es、变形模量E0、弹性模量E。压缩模量Es：完全侧限条件下正应力与正变△p/△ε之比。用于计算最终沉降量。变形模量E0：现场荷载试验得到的，侧向可自由膨胀下△p/△ε之比。弹性理论法估算最终沉降量有很大的近似性，应变△ε为总应变，包括弹性应变和塑性应变。弹性模量E：由室内三轴仪试验测得，分静三轴和动三轴两种方法，所以又分静弹模和动弹模。应变△ε只包括弹性应变，用初始瞬时沉降估算。44*关于三种模量的讨论：理论上可以计算压缩模量Es与变形模量E0的关系：侧限条件下：k0——侧压力系数，由试验或查表选用。利用广义虎克定律：将代入上式得：或γ——泊松比45*将代入上式得整理：由于0≤γ≤0.5；∴0≤β≤1理论上0≤β()≤1，——是基于弹性理论。但由于土是弹塑性体，及现场和室内试验条件复杂因素影响，则非如此.甚至β()≥2关于三种模量的讨论：46*关于三种模量的讨论：.47*试验方法分析室内试验：操作简单、保持原状土困难，并且是侧限条件下进行。∴结果(指标)及压缩规律有局限性和近似性。现场原位试验：优点：与实际情况更接近，避免土应力释放和扰动；缺点：仪器苯重，操作复杂、时间长、费用高，荷载板尺寸较小，它只能反映板下2～3倍板宽或直径深的土的性质。其他方法：

如用旁压试验、触探试验等现场快速测定E0。48*第四节地基沉降计算一、弹性理论法计算沉降基本假定：土体为均质、各向同性的、线弹性的半无限体。本节弹性理论计算是基于布辛奈斯克位移解。1.点荷载作用下地表沉降

近似计算：s——集中力Q作用点地表任意点沉降量；r——集中力Q作用点与地表沉降点的距离；γ——泊松比；E——弹性模量(估算粘土瞬时沉降)或变形模量(估算最终沉降量)。适用条件：沉降点离荷载作用点距离与荷载作用面相比较大时采用。49*2.绝对柔性基础：抗弯刚性—→0，无抗弯曲能力。50*3.绝对刚性基础基础刚度→∞，受弯后不发生弯曲变形，基础底面受力后不变形，上部传递基础的荷载可用合力表示。⑴.中心荷载作用下：基础各点沉降相等，据此理论：①.圆形基础沉降：d——基础直径；ωt——刚性基础沉降影响系数

51*3.绝对刚性基础②.矩形基础：

⑵.偏心荷载作用下：基础主要产生沉降和倾斜。①圆形基础：②矩形基础：

e——偏心距；b——偏心方向边长；k——系数，52*1、基本假定和基本原理单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。二、地基最终沉降量分层总和法（a）假设基底压力为线性分布（b）附加应力用弹性理论计算（c）只发生单向沉降（d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降（e）将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和：53*二、分层总和法计算最终沉降：㈠、根据上述假定：⒈一般基础只计算基底中心点的沉降，对大基础取基底若干点计算取平均值；⒉对分层土，基底平均沉降量为各分层土竖向压缩量△si之和；⒊计算△si

时，认为地基只在竖向产生变形，没有侧向变形，可利用室内侧限压缩试验成果进行计算。54*计算步骤：d地面基底pp0d自重应力附加应力沉降计算深度sziziHi二、分层总和法计算最终沉降⒈地基分层：①.成层土层面；②.地下水水面。分层厚度：不宜大于0.4b或1～2m，分层太厚误差较大。计算步聚：55*二、分层总和法计算最终沉降⒉计算各分层界面处土自重应力：从天然地面算起，地下水以下取有效重度。⒊计算各分层界面处基底中心竖向附加应力。按4章方法计算。⒋计算深度：地基深度下限：；对高压缩性土：56*二、分层总和法计算最终沉降⒌计算各分层土的压缩量△si：

由前内容可知：

(1)

由于∴代入(1)式中得：

由于代入上式：

57*二、分层总和法计算最终沉降

——i分层土自重应力平均值()对应的孔隙比；

——i分层土自重应力平均值()与附加应力平均值之和对应的孔隙比；⒍计算基础的平均沉：

58*二、分层总和法计算最终沉降㈢、简单讨论⒈分层总和法假定土不发生侧向变形，只发生竖向变形，适用土层厚与基底荷载面积相比很溥时较接近。其基底及岩层摩擦阻力使土侧向变形很小。⒉假定土不发生侧向变形计算结果偏小；基底中心点下地基附加应力计算平均沉降值偏大。二者一定程度上可以互为弥补。⒊相邻荷载对基础沉降影响，将相邻荷载对本基础中心下各分层处引起的附加应力，叠加到基础本身引起的附加应力中去进行计算。⒋大面积开挖时，挖较深、暴露时间较长、地基土有足够的回弹量。当基底达到原自重应力时也会发生再压缩沉降。简化处理时一般附加应力取：0≤≤1，小基坑再压缩量小，取1；10m宽以上大基坑，一般取0。59*三、应力面积法(规范法)计算最终沉降量㈠、计算公式：⒈基本公式的推导：于是用应力面积表示：将代入上式中得：

60*三、应力面积法(规范法)计算最终沉降量基础平面总沉降量：n——计算深度范围划分的土层数；p0——基底附加压力；、——平均竖向附加应力系数。由l/b、z/b查表61*三、应力面积法(规范法)计算最终沉降量⒉沉降计算深度Zn的确定：①.按规范要求应附合：

——为△z厚土层压缩量；△z——由b查表，直到计算深度满足上式要求止。②.当无相邻基础影响，基础宽度在1～30m时，也可按下式简化公式计算：③.计算深度内有岩石时，zn取岩石表面。62*《规范法》地基沉降计算简图：63*三、应力面积法(规范法)计算最终沉降量⒊沉降计算经验系数：规范规定：上述公式应乘一个沉降计算经验系数ψs，以提高计算准确度。

ψs——定义为观测推算沉降量s与计算沉降量之比。一般根据地区观测资料及经验确定，也可按p93表5-3

64*三、应力面积法(规范法)计算最终沉降量㈡、与分层总和法比较⒈分层少，一般按天然土层划分，使计算简化合理，分层总和法分层厚度大，误差也大。⒉沉降计算深度zn较分层总和法合理；⒊提出沉降计算经验系数ψs，ψs是从大量工程实践资料中数理统计得出，综合反映了许多因素，因此应用面积法更接近工程实际。65*

四、应力历史

沉积土层的应力历史天然土层在历史上所经受过的包括自重压力和其他荷载作用形成的最大竖向有效固结压力，称为先期（前期）固结压力，常用pc表示。通常将地基中土体的先期固结压力与现有上覆土层压力之比定义为超固结比OCR。66*根据OCR的大小，可对土所处的不同固结状态进行划分。OCR>1超固结状态=1正常固结状态<1欠固结状态四、应力历史67*四、应力历史土体的加荷与卸荷，对粘性土的压缩性影响十分显著。因此把粘性土地基按历史上曾受过的最大压力与现在所受的土的自重压力相比较，可分为以下3种类型：

1、正常固结土——指土层历史上所经受的最大压力等于现有覆盖土自重压力。(σc=σcz)2、超固结土——土层历史上曾经受过大于现有覆盖土重的前期固结压力。(σc=γ‘h，σcz=γ‘Z

σc>σcz

)3、欠固结土——土层在目前的土重下尚未达到完全固结，土层的实际固结压力小于现有土层自重压力。(σc<σcz

)68*四、应力历史69*70*正常固结粘性土的现场原始曲线1、前期固结压力的确定对室内压缩曲线进行修正，使地基沉降计算更准确。

卡萨格兰德建议的经验法。确定F点对应的横坐标即为前期固结压力。71*五、不同变形阶段沉降计算方法荷载作用下地基沉降：透水性大的无粘性土，压缩过程很短；透水性小的粘性土，压缩过程很长。施工期沉降：①.无粘性土——基本结束。②.低压缩性土——完成50%～80%。③.中压缩性土——完成20%～40%。④.高压缩性土——完成5%～20%。饱和粘性土沉降由三部分组成：

——瞬时沉降，初始沉降、不排水沉降；

——固结沉降，主固结沉降、沉降主要部分；

——次固结沉降，蠕变沉降。72*五、不同变形阶段沉降计算方法三维应力状态下，按变形机理，地基土体的总沉降可以分成三部分：瞬时沉降，固结沉降，次固结沉降。73*五、不同变形阶段沉降计算方法总沉降：S=Sd+Sc+Ss

⑴瞬时沉降sd——瞬时沉降，初始沉降、不排水沉降，地基受荷后立即发生的沉降。⑵固结沉降sc——地基受荷后产生的附加应力，使土体的孔隙压缩而产生的沉降，主固结沉降、沉降主要部分。⑶次固结沉降ss—地基受荷后经历很长时间。土体中超孔隙水压力已完全消散，有效应力不变的情况下，由土的固体骨架长时间缓慢蠕变所产生的沉降。74*2、地基瞬时沉降计算施加荷载后瞬时发生的，时间很短，孔隙水来不及排出，没有体积变形，只有剪应力引起土侧向剂出的体积变形。按弹性理论公式：

式中：μ—土泊松比，假定土体体积不可压缩，取0.5；E——地基土的变形模量，采用三轴压缩试验初始切线模量Ei或现场实际荷载下再加荷模量Er

ω——沉降系数，刚性方形取0.8，刚性圆形取0.79；

B——矩形荷载的短边；

p——均匀荷载。75*3、固结沉降(主固结沉降)地基土在荷载作用下，孔隙体积减少引起的沉降是粘性土沉降的主要部分。实用计算方法——分层总和法。分层总和法：是单向压缩假定，即侧限假定。是按一维问题考虑。与二、三维应力状态不符，但二、三维压缩指标确定困难。目前还很难严格按二、三维应力状态计算固结沉降。76*4、次固结沉降是指超静水压力消散为0，有效应力不变，随时间继续发生的沉降。这部分沉降——是土骨架发生的徐变：蠕变。次固结引起的孔隙比变化近似为直线：

—次固结系数，与天然含水量有关，一般=0.018ω(天然含水量)

t——次固结沉降时间，从加载时计起

t1——主固结沉降时间，t＞t1

次固结沉降量：77*4、次固结沉降

sd、ss、sc沉降不能截然分开，只是某一时间内以某一种沉降为主。土质不同三种沉降相对大小及时间也不同。如：砂土：沉降一般在加载瞬时完成，瞬时sd、主固结sc难以分开；饱和软粘土：瞬时sd占30%～40%，次固结ss往往不重要；含有机质的软粘土：不能不考虑次固结的沉降。78*第五节饱和粘性土地基沉降与时间的关系⑴.饱和粘性土固结时间长，重要的建筑物要研究沉降与时间的关系；⑵.砂土、碎石土渗透性大，固结沉降时间短，一般施工完固结变形基本结束；⑶.一般粘土，四、五层以上建筑允许沉降10cm左右，超过此值易产生裂缝；⑷.沿海软土地区，固结沉降很慢，∴允许沉降可达20cm，甚至更大；⑸.厚饱和软粘土，固结沉降需几年，甚至几十年能完成；⑹.实践中一般只考虑粘性土和粉土的变形与时间关系。79*一、饱和土的有效应力原理：作用力p使土孔隙比由e1变至e2，该压力为有效应力σ’。图中：由于水自重应力不会引起孔隙比e及各种力学特性(如抗剪强度)的变化。所以由水引起的压力μ称中性压力——即孔隙水压力。饱和土体某截面的总正应力：μ—变化不会引起土的抗剪强度变化，不引起变形，孔隙比也不变；σ’—增大，将提高土的抗剪强度变化，引起土的变形。

80*一、饱和土的有效应力原理图中z深处测压管水头为：z处孔隙压力：z处水平面总正压力：z处水平面有效力：

——为饱和粘土浮重度，即有效重度。81*土力学中非常重要的有效应力原理：⑴.饱和土体内任一平面上受到的总应力:

总应力=有效应力+孔隙压力；⑵.土的强度及变形变化只取决于有效应力的变化。82*二、饱和土的渗流固结当活塞作用力P时：⑴.t=0时刻，水未来得及排出，弹簧未来得及变形，弹簧未受力，P力由水承担，提高了水的压力μ；⑵.t＞0时刻，活塞下降过程中，水从小孔中排出，弹簧变形，P力一部分由弹簧承担σ，，一部分由水承担μ，且σ，↑，μ↓；⑶.t→∞时，活塞停止下降，此刻，μ=0，σ，=P。这个模型可以模拟饱和粘土的渗流固结过程。83*二、饱和土的渗流固结1、饱和土体渗流固结过程：饱和土体受荷产生压缩（固结）过程包括：⑴土体孔隙中自由水逐渐排出；⑵土体孔隙体积逐渐减小；⑶孔隙水压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。上述三个方面为饱和土体固结作用：排水、压缩和压力转移，三者同时进行的一个过程。2、渗流固结力学模型⑴t=0时，u=σ，σ’=0⑵t=t1时，σ’+u=σ⑶t=∞时，σ’=σ，u=084*二、饱和土的渗流固结两种应力在深度上随时间的分布

实际工程土体的有效应力σ‘与孔隙水压力u的变化，不仅与时间t有关，还与该点离透水面的距离Z有关，即孔隙水压力u是距离Z和时间t的函数：⑴当t=0，u=σ，σ’=0,图右端竖直线。⑵t=t1，σ=σ’+u,中部曲线。⑶t→∞，u=0,σ’=σ,图中左侧竖直线所示。u=f(z,t)85*饱和粘土地面瞬时大面积堆载情况：地基中各点应力σz=P。⑴.加载一瞬间t=0，P完全由空隙水压力承担，

即：土骨架不受力；⑵.随水排出，μ↓，μ→=0，此时：86*三、太沙基一维固结理论为求饱和土层在渗透固结过程中任意时间的变形，通常采用太沙基(K.Terzaghi，1925)提出的一维固结理论进行计算。其适用条件为荷载面积远大于压缩土层的厚度，地基中孔隙水主要沿竖向渗流。对于堤坝及其地基，孔隙水主要沿二个方向渗流，属于二维固结问题，对于高层房屋地基，则应考虑三维固结问题。太沙基针对一维固结的情况。87*三、太沙基一维固结理论88*三、太沙基一维固结理论㈠、基本假定：⒈土是均质的、完全饱和的；⒉土粒和水是不可压缩的；⒊土的压缩和土中水渗流只沿竖向发生，是一维的；⒋土中水的渗流服从达西定律，渗流系数k保持不变；⒌孔隙比的变化与有效应力变化成正比，压缩系数保持不变；⒍外荷是一次瞬间施加的；7.土体变形完全是孔隙水压力消散引起的。89*三、太沙基一维固结理论㈡、固结微分方程的建立:

令:

则:—竖向固结系数，cm2/s。

90*㈢、固结微分方程的求解：对几种简单初始及边界条件对

求解:⒈土层单面排水：

P1排水面边界处应力，P2不排面边界处应力91*㈢、固结微分方程的求解92*四、地基沉降与时间的关系㈠.固结度

⒈基本概念：

固结度：某深度处一点在t时刻竖向有效应力与起始孔隙水压力p的比值。⒉起始超孔隙水压力沿深度线性分布情况下的固结度⑴.单面排水：

93*四、地基沉降与时间的关系α=1时，即为“O”型，超孔隙水压力矩形分布，将α=1代入上式得：α=0时，即为“1”型，超孔隙水压力△形分布，将α=0代入上式得：当α≠0，α≠1时：94*四、地基沉降与时间的关系⑵.双面排水：时间因素中，H为固结土层厚度的一半。因此，Ut与α大小无关，p107图5-26中给出几种起始孔压力分布情况，上图为简化的线性分布，下图为实际分布。95*四、地基沉降与时间的关系96*四、地基沉降与时间的关系⒊固结度计算的讨论：

固结度：其中↑，也↑；s→=s终。⑴.渗透系数越大，土越易固结，孔隙排水越快。⑵.越大，土压缩性越小，越易固结，∵土骨架压缩变形小，土骨架承担荷载大，孔隙体积无需变化太大。⑶.t越长，固结越充分。⑷.渗流路径H越大，孔隙水排出越慢，固结也越慢。97*五、利用沉降观测资料推算后期沉降与时间的关系

上面理论计算未必完全与实际相符，因此该方法具有重要意义与实用价值。该方法是一种经验方法。1.对数曲线法：按太沙基一维固结理论：选用：用A、B待定系数代替(1)中的常数。t=0时，对应的是指施工期1/2时的点。在曲线上取三点：t1、s1，t2、s2，t3、s3。即可求出A、B及s∞三个值，或不同t时刻对应的s。98*2.双曲线法推算公式：演变：

令：、代入上式得：

以为纵坐标，以t为横坐标，即为回归曲线。99*2.双曲线法从图中可求出、，则可求出及。从而推导出后期的st－t关系。用实测资料推算建筑物沉降s与时间t的关系，必须有足够长的时间观测资料，才能得到比较可靠的st－t关系。100*四、地基沉降与时间的关系4.固结计算中存在的一些问题：⑴.假设水渗流附合达西定律，但没有考虑水头梯度i，小于起始梯度i0时水不会发生渗流。⑵.假定渗透系数k不变与实际情况有误差，∵e↓，k也↓。⑶.假定全部固结过程中压缩系数α不变，与室内侧限压缩试验不符。⑷.实际土层边界条件十分复杂，不可能如理论上假定的那么简单。⑸.各种指标来源，不可能十分满意地反映土的实际情况。101*五、用原位压缩曲线计算最终沉降量

根据e—lgp曲线修正后得到的原位压缩曲线，计算沉降量。原位压缩曲线由折线组成，由Ccf

(原位压缩指数)、Ce

(分层土的压缩指数)计算即可，计算较简单；原位压缩曲线能直观地反映前期固结压力pc，从而可考虑应力历史对沉降的影响。102*㈠、正常固结土的沉降计算：

.——第i层土自重应力的平均值；

——第i层土附加应力的平均值；

——第i层土的初孔隙比；

——第i层土原位压缩指数。103*㈡、欠固结土的沉降计算：欠固结土的沉降计算可近似按正常固结土计算，但必须考虑自重应力引起的沉降。最终沉降=附加应力沉降+自重应力沉降(尚未固结的沉降。

——第i层土前期固结压力的平均值；

——各分层土平均附加应力。104*㈢、超固结土的沉降计算：超固结土中各分层土：自重应力＜前期固结压力。即：⑴.时：

——第i层土总孔隙比变化；

——第i层土有效应力由现有平均自重应力增至该分层土前期固结压力时孔隙比变化：105*㈢、超固结土的沉降计算

—第i层土有效应力由前期固结压力增至时孔隙比变化：⑵.时：m——分层数。如果某超固结土中即有scn又有scm，则总固结压缩量：106*本章结束107*土力学主讲人:夏春xcqdj@163.com108*第六章

土的抗剪强度Chapter6ShearStrengthofSoil核心内容土是如何破坏的？土的强度多大？如何测定土的强度？土的强度指标如何应用？109*1.土的工程材料特点碎散性 强度不是颗粒本身的强度，而是颗粒间相互作用；多相性 三相承受与传递荷载－有效应力原理；天然性 土的结构性与强度的复杂性。§5.1土体破坏与强度理论110*土的工程材料特点决定了土体的强度为抗剪强度土体剪切破坏内因：碎散性土颗粒本身强度大于颗粒间的联结强度（粘结和咬和），因此，土受力容易沿着颗粒接触处相互错动。土的抗剪强度 是土体抵抗剪切破坏的极限能力，数值上等于破坏时剪切面上的剪应力。2.土体的强度特点§5.1土体破坏与强度理论111*3.土体的破坏形式试验研究和工程实例表明：

土体的破坏形式为剪切破坏工程实际中土体的破坏实例土坡稳定问题挡土墙后土体破坏地基破坏§5.1土体破坏与强度理论112*边坡稳定问题3土体的破坏形式§5.1土体破坏与强度理论113*砂土的天然休止角3.土体的破坏形式§5.1土体破坏与强度理论砂堆TWN沿坡方向的平衡：：天然休止角114*1994年4月30日崩塌体积400万方，10万方进入乌江死4人，伤5人，失踪12人；击沉多艘船只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米，无法通航。乌江武隆鸡冠岭山体崩塌115*护坡桩土压力设计广州市亚洲大酒店基坑工程116*深基坑开挖§5.1土体破坏与强度理论117*地基承载力问题3.土体的破坏形式－地基的破坏§5.1土体破坏与强度理论地基p滑裂面118*加拿大特朗斯康谷仓

事故：1913年9月装谷物，10月17日装了31822Ｔ谷物时，1小时竖向沉降达30.5cm24小时倾斜26°53ˊ西端下沉7.32m

东端上抬1.52m上部钢混筒仓完好无损§5.1土体破坏与强度理论3.土体的破坏形式－地基的破坏概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。1911年动工，1913年完工，自重20000T。119*现场载荷试验测定桩基础承载力§5.1土体破坏与强度理论120*5.1.1土的抗剪强度§5.1土体破坏与强度理论土压力边坡稳定地基承载力挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏核心强度理论121*第6章土的抗剪强度第1节概述土的抗剪强度：

土体承受外荷产生剪应力的极限值。或土体抵抗剪切破坏的极限能力。剪力↑→土体变形↑→导致沿滑动面破坏。所以，土的强度问题——实质是土的抗剪强度问题。122*第6章土的抗剪强度土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力。

土的抗剪强度对地基承载力、挡土墙土压力和土坡稳定等问题产生直接影响。土的抗剪强度一般可分为两部分：一部分与颗粒间法向应力有关，通常呈正比例关系，其本质是摩擦力；另一部分是与法向应力无关的土粒之间的粘结力，通常称为粘聚力。123*第2节土的强度理论与强度指标

一、抗剪强度的库伦定律1776年法工程师库伦，根据砂土试验，将土剪切强度表达为滑动面上法向总应力的函数。式中：——法向应力，kPa——土内摩擦角。后来库伦又对粘性土进行研究，发现：

式中：c——土的粘聚力(内聚力)。124*C和称为抗剪强度指标。影响因素土的抗剪强度的内在因素外在因素：试验时的排水条件等因素颗粒间的有效法向应力土的孔隙比125*表达方法土的抗剪强度的总应力法：总应力强度指标有效应力法：有效应力强度指标126*二、土的抗剪强度的构成砂土：由内摩阻力构成。粘土：由内摩阻力和粘聚力构成。1.土内摩阻力：由土颗粒间的咬合力产生，土越密实咬合力越大，一般土颗粒越大，内摩擦角ψ也越大。中、粗砾砂土：内摩擦角一般在ψ=320～400

粉砂、细砂土：内摩擦角一般在ψ=280～360

粘性土：内摩擦角变化较大，一般在ψ=00～300127*二、土的抗剪强度的构成2.粘聚力：①.原始粘聚力：土颗粒间水膜受相邻土粒电分子引力而成，土被压密，其引力增大，土结构破坏，其丧失一些，但随时间又会部分或全部恢复。②.固化粘聚力：由土中化合物胶结作用形成的。土结构破坏，固化粘聚力不能恢复。③.毛细粘聚力：由土体内毛细压力引起的，一般忽略不计。128*第3节莫尔-库伦强度理论一、土的强度理论——极限平衡理论

也称——莫尔—库伦强度理论理论分析和试验研究表明：各种破坏理论中，对土最适用的是莫尔—库伦强度理论。

Mohr.1910年提出：1.材料的破坏是剪切破坏。2.任何面上的抗剪强度，是该面上法向应力的函数。3.材料任何面上的抗剪应力达到该材料抗剪强度时，便发生剪切破坏。129*

莫尔-库伦强度理论

莫尔提出：材料的破坏为剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，破坏面上的剪应力f是该面上法向应力的函数

此函数在f-坐标中是一条曲线，称为莫尔包线（抗剪强度包线）,如下图实线所示。130*

莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状态时，滑动面上法向应力与剪应力f的关系。莫尔-库伦强度理论131*

理论分析和实践都证明，莫尔理论对土比较合适，土的莫尔包线通常可以近似地用直线代替（如上图的虚线所示），该直线的方程就是库伦公式表示的方程。

用库伦公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔-库伦强度理论。

当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏。莫尔-库伦强度理论132*莫尔-库伦强度理论现仅以平面问题作为研究对象：由力平衡条件：

133*莫尔-库伦强度理论由力平衡条件：联立上述二方程可得：

134*莫尔-库伦强度理论利用σ、τ与σ1、σ3之间的关系可画出莫尔应力圆：圆上任意一点A(σ、τ)应力状态σ、τ，可由(1)、(2)式计算。莫尔应力圆作图：①.以σ1-σ3为直径。②.以为圆心，作图。135*莫尔-库伦强度理论莫尔圆与抗剪强度包线的关系：把土抗剪强度包线——近似库伦公式直线与莫尔圆画在同一图上：莫尔圆Ⅰ与强度包线相离，表示土尚未达到强度极限——安全状态。莫尔圆Ⅱ与强度包线相切，表示土达到强度极限——极限平衡状态。莫尔圆Ⅲ与强度包线相割，表示土体超过极限强度，土体已剪切破坏，事实上相割的应力状态是不存在的。136*粘性土极限平衡条件某点剪切破坏时破裂面与大主应力作用面夹角α及与大小主应力的关系：137*

由图可知：∴破裂角：∵∴将上式化简及三角函数变换可得：——土的极限平衡条件：粘性土极限平衡条件138*粘性土极限平衡条件将上式化简及三角函数变换可得：——土的极限平衡条件：破裂面与大主应力夹角：当为非粘性土时：c=0139*

无粘性土的极限平衡条件为破坏面与大主应力面的夹角为:140*极限平衡条件综上所述：⑴.土处极限平衡状态,大小主应力σ1、σ3及抗剪指标c、ψ应满足上式关系。⑵.剪切破裂面不是发生在剪应力最大的作用面上(α=450)，而是发生在与主应力作用面夹角。⑶.同一种土同不同的大小主应力组合下受剪破坏，得到几个莫尔圆，其公切线即为强度包线，实际为曲线，但近似为直线。141*极限平衡条件142*第4节抗剪强度的测定方法

测定土的抗剪强度的方法有多种。的室内方法测定土抗剪强度直接剪切试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验143*一.直剪试验与库伦公式直剪试验试验仪器：直剪仪土样N透水石透水石上盒T顶帽下盒剪切面直剪仪§5.1土体破坏与强度理论144*一.直剪试验与库伦公式直剪试验试验仪器：直剪仪直剪仪§5.1土体破坏与强度理论145*146*

直剪仪(图2)147*PT土样下盒上盒面积A

法向应力：

剪应力：

剪切变形一.直剪试验与库伦公式直剪试验§5.1土体破坏与强度理论148*一.直剪试验与库伦公式直剪试验试验的位移-剪应力曲线强度包线不同正应力下的直剪试验f123123§5.1土体破坏与强度理论PT土样下盒上盒面积A149*一.直剪试验与库伦公式库伦公式无粘性土

粘性土

土的抗剪强度 摩擦强度－正比于正应力 粘聚强度－与所受压力无关

无粘性土一般c=0

抗剪强度指标§5.1土体破坏与强度理论150*对同一种土至少取3-4个平行试样，分别在不同垂直压力下剪切破坏，一般可取垂直压力为100、200、300、400kPa，将试验结果绘制抗剪强度f与相应垂直压力的关系图。试验结果表明，对于粘性土f~基本上呈直线关系，直线方程可用库伦公式表示；无粘性土，f~是通过原点的直线。应变控制式直剪仪的试验原理：151*一、直接剪切试验应变控制式：以等速水平推动试样产生位移，并测相应的剪应力(我国普遍采用)。应力控制式：对试样分级施加水平力，测相应位移。剪切应力τ与剪切位移δ之间的关系曲线当曲线出现峰值时，取峰值的剪应力作为法向应力σ下的抗剪强度τf

。当无峰值时，取δ=2mm时对应的剪应力为法向应力σ下的抗剪强度τf

。

152*一、直接剪切试验4.同一种土σ—τ(法向应力—抗剪强度)近似曲线为直线。同一种土取3—4个土样，在不同法向应力σ下剪切破坏，并绘制σ—τ曲线：153*一、直接剪切试验工程设计所需的强度指标试验方法必须与现场情况相结合。如：①.软土地基快速回填的路基，加荷速度快、土渗透性低、土来不及排水。要求：不排水条件下剪切试验。②.由于施工周期长、加载慢、排水充分。要求：排水条件下剪切试验。154*一、直接剪切试验5.直接剪切试验方法：包括：快剪、固结快剪、慢剪快剪试验：

即不排水剪切试验，3～5min结束，施加竖向力后立即以剪切速率0.8mm/min快速施加水平剪应力，对于粘性土渗透系数k<10-5cm/s，土来不及排水，得到的土抗剪强度指标用、表示。固结快剪：

施加竖向压力后立即排水，待排水固结稳定后以0.08mm/min快速施加水平剪应力；只适用k<10-6cm/s的粘性土，用、表示。155*一、直接剪切试验慢剪：施加竖向压力后充分排水，待排水固结稳定后以0.02mm/min快速施加水平剪应力；试样受剪过程一直充分排水和产生体积变形，用、表示。6.直剪试验优缺点：优点：仪器构造简单，操作方便，能满足一般工程需要，故广泛应用。缺点：①.剪切面被限定，不是沿土样最溥弱面剪切破坏。②.剪切面上下应力分布不均匀，且竖向荷载会发生偏转。③.试验时，剪切面逐渐缩小。④.试验时，不能严格控制排水条件。⑤.试验时，若上下盒之间夹有砂粒，结果偏大。156*二、三轴压缩试验

三轴压缩仪的试验原理：对同一种土至少取3个平行试样，分别在不同周围压力3下剪切破坏，将试验结果绘制为若干个极限应力圆。根据莫尔-库伦理论，这一组极限应力圆的公共切线即为土的抗剪强度包线，可近似取为一条直线，直线的方程即为库伦公式所表示的方程。157*三轴压缩试验是测定土抗剪强度的—种较为完善的方法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成，158*⑴.先施加围压σ3；⑵.再施加垂直压力△σ1，则：⑶.土样可以沿破坏，与实际更接近；⑷.不仅可控制排水，还可测孔隙压力，能测排水量和孔隙压力变化情况；⑸.可测体积变化。二、三轴压缩试验159*0c三轴压缩试验原理160*二、三轴压缩试验三轴试验方法不固结不排水(UU)

施加围压σ3后随即施加竖向荷载△σ1，至始至终不排水，土的含水量始终不变。用以摸拟饱和软粘土快速加载情况，抗剪强度指标用、表示。161*二、三轴压缩试验固结不排水(CU)

施加围压时排水，充分排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门后，再施加竖向荷载△σ1。适用地基竣工后基本固结，使用期间突然增加荷载，用、表示。162*163*二、三轴压缩试验固结排水(CD)施加围压时排水固结，稳定后在排水条件下慢慢施加竖向荷载(偏力)△σ1，土样始终处于排水状态，孔隙水压力能完全消散(u=0)，用、表示。适用于施工期——加载速度较慢的情况。164*二、三轴剪切试验三轴仪压力室加压系统围压轴压孔压量测系统或排水系统§5.2土的抗剪强度的测定试验试样围压

力3阀门阀门马达横梁量力环百分表量水管孔压量测165*二、三轴剪切试验试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽(1-)三轴压缩试验

常规试验围压不变

试验方法制样施加周围压力施加竖向附加应力直至试样破坏§5.2土的抗剪强度的测定试验166*二、三轴剪切试验土试样三轴试样的应力状态三轴压缩试验试样是轴对称应力状态

竖向应力z是大主应力1； 径向与切向应力总是相等，

r=，亦即2=3§5.2土的抗剪强度的测定试验167*二、三轴剪切试验三轴试验剪切过程中的莫尔圆变化量测系统可以量测孔压变化或体积变化(1-)f3f§5.2土的抗剪强度的测定试验168*三轴试验结果的整理与表达同一种土，施加总应力σ相同，试验方法不同(控制排水条件不同)，所得的抗剪强度指标c、ψ不同。土中某点总应力：∴土抗剪强度试验结果有两种表达方法：总应力法：有效应力法： 、——为有效粘聚力、有效内摩擦角。∴不论哪种方法只要能准确测出土样破坏时孔隙压力μ，上述两式计算土的抗剪强度及抗剪强度指标是相同的。169*三轴试验优缺点优点：①.能严格控制排水条件，与实际更接近。并能测排水量及孔隙水压力的变化。②.应力状态较明确，破裂面在最溥弱处。③.结果比较可靠，重要工程必须用三轴试验测土抗剪强度指标。缺点：①.操作复杂。②.主应力σ2=σ3，与实际不完全一致，目前已出现真三轴仪；即σ1≠σ2≠σ3。170*二、三轴剪切试验试验类型固结排水(CD)

施加围压充分固结，超静孔隙水压力完全消散； 阀门打开，慢慢施加轴向应力差以避免产生超静孔压固结不排水(CU)

施加围压充分固结，超静孔隙水压力完全消散； 关闭阀门，很快剪切破坏不固结不排水(UU)

关闭阀门，施加围压3

关闭阀门，很快剪切破坏§5.2土的抗剪强度的测定试验171*

对于一般的工程问题采用总应力分析法，其指标和测试方法的选择原则如下：

1.若建筑物施工速度较快，而地基土的透水性和排水条件不良时，可采用三轴不固结不排水试验或直剪的快剪试验结果；

2.若地基上荷载的增加速率较慢，而地基土的透水性较高且排水条件较佳时，则可以采用固结排水或慢剪试验的结果；三轴试验结果的整理与表达172*

3.若实际工况介于上两种情况之间，可用固结不排水或固结快剪的试验结果；

4.由于实际加荷条件和土性的复杂性，而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历不同的固结状态，因此，确定强度指标还应结合工程经验。三轴试验结果的整理与表达173*三、无侧限抗压试验1.试验仪器2.试验方法

试验时将试样放在无侧限压缩仪中，在保持侧向应力为0的情况下很快施加竖直压力直至破坏(5-15分钟)3.评价只能得到一个破坏应力圆适于测饱和粘性土的原状不排水强度可用来测土的灵敏度相当于3＝0的不固结不排水三轴剪切试验§5.2土的抗剪强度的测定试验174*三、无侧限抗压强度试验实际是三轴试验的一种特殊情况，即围压σ3=0时的三轴试验，又称单轴试验。实际相当σ3=0，不排水剪切。175*三、无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度根据试验结果，只能作一个极限应力圆（1=qu

、3=0），对于一般粘性土就无法作出破坏包线，对于饱和粘性土，根据三轴不固结不排水试验的结果，其破坏包线接近于一条水平线，即u=0。如仅需测定饱和粘性土的不排水抗剪强度，就可以利用比较简单的无侧限抗压强度试验代替三轴试验。176*三、无侧限抗压强度试验排水剪切只能作一个极限应力圆

——无侧限抗压强度根据三轴试验不固结不排水试验结果，其饱和粘土破坏包线近似水平线，ψu=0(饱和粘土三轴不固结不排水试验中ψu=0)。适用：饱和粘土不固结不排水试验。177*三、无侧限抗压强度试验利用无侧限抗压强度试验可测定粘土的灵敏度St：

——原状土无侧限抗压强度，kPa。

——重塑土无侧限抗压强度，kPa。低灵敏度土：St1～2；中灵敏度土：St2～4；高灵敏度土：St

＞4。

St越大，土结构性越强，受扰动后强度↓越大，对工程越不利。178*四、十字板扭剪试验试验方法：

钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；通过施加的扭矩计算土的抗剪强度。一般适用于测定软粘土的原位不排水强度指标§5.2土的抗剪强度的测定试验179*四、十字板剪切试验室内的抗剪强度测试要求取得原状土样，由于试样采取、运送、保存和制备等不可避免地受到扰动，含水量也很难保持，特别对高灵敏度的软粘土，室内试验结果的精度就受到影响。因此，十字板剪切试验不需取原状土样，试验时的排水条件，受力状态与土所处的天然状态比较接近，对于很难取样的土尤为适用。适用：适用难于取样，或取样后不能保持原有形状的软粘土，如现场测定饱和粘土的原位不排水抗剪强度，特别适用均匀饱和软粘土。

180*

十字板扭剪试验十字板测定抗剪强度τ+相当内摩擦角ψ=0时的粘聚力；测试结果与无侧限抗压强度相近。M——剪切破坏时的扭矩。特点：不用取样，土扰动小，软土中含溥粉砂，结果偏大。M2M1vhHD§5.2土的抗剪强度的测定试验181*第5节孔隙压力系数A、B土中孔隙压力不仅由法向应力产生，剪应力也会产生孔隙压力的增加。由试验和理论分析得孔隙压力：A、B——为不同应力条件下的孔隙压力系数。对上式推导说明A、B的物理意义；六面体中：σz=σ1

σx=σ3

σy=σ2对于不等向应力条件，可分解为等向应力及不等向偏应力，分别予以叠加。182*183*184*孔隙压力系数A、B

B——是在各向等应力条件下求出的孔隙压力系数；饱和土孔隙充满水，一般认为Cv=0，此时B=1

对于干土，孔隙压缩性认为近似无穷大。即：Cv→∞，则B=0

非饱和土：B=0～1之间。185*孔隙压力系数A、B186*孔隙压力系数A、B187*孔隙压力系数A、B188*孔隙压力系数A、B189*孔隙压力系数A、B实际工程中主要关注土被剪坏时的孔隙压力系数Af

，测土剪破时孔隙压力μf

，相应强度值(σ1-σ3)f。则：(1)A不是常数,与应力历史.应变大小及加荷方式有关,(2)A取决于偏应力引起的体积变化.(3)高压缩性土A较大.(4)超固结土剪应力下会发生体积膨胀,产生负空隙压力,A则为负值190*总结抗剪强度试验方法与指标选用目前试验手段：三轴压缩试验和直接剪性试验,它们各有三重试验方法

直剪试验包括：①.快剪(不排水剪)②.慢剪(排水剪)③.固结快剪；三轴压缩试验包括：①.不固结不排水UU(与直剪中快剪对应)②.固结不排水CU(与直剪中固结快剪对应)③.固结排水剪CD(与直剪中慢剪对应)。191*总结有效应力法__有效应力强度指标对应总应力法__总应力强度指标对应只要空隙水压力能测定，或能计算出,宜用有效应力法，采用有效应力强度指标，空隙水压力由三轴试验确定。有效应力法：概念明确，指标稳定合理。有效应力法__三轴固结排水或固结不排水方法测孔隙水压力。192*总结⑴.不固结不排水__外力全部由水压承担，土样保持初始状态，此时土的强度为土的天然强度；⑵.固结不排水__固结应力全部转化为有效应力，施加偏应力又产生了孔隙压力。只有实际工程中土的有效应力状况与上述情况相对应时，采用上述试验方法和相应指标才是合理的。193*总结①.可能发生快速加荷的正常固结粘土，土路基进行短期稳定分析时__采用不固结不排水强度指标。②.土层厚、渗透性小，施工快的施工期或竣工时__采用不固结不排水强度指标。③.土层薄、渗透性大，施工慢工程竣工时__采用固结不排水强度指标或固结排水。194*总结(3).有些工程情况不明确：如加荷快慢？土层厚薄？加荷大小？加荷过程？都不是很明确。这时要利用经验判断，采用哪种强度指标；三轴试验条件是理想化的室内试验条件，与实际有一定的差距，所以采用强度指标要结合实际经验。(4).直接剪切试验：简单、方便、应用广；但不能控制排水条件，不能沿最