土的抗剪强刘

土的抗剪强刘第1页/共165页§5.1概述§5.2土的强度理论与强度指标§5.3土的抗剪强度指标的试验方法§5.4应力路径的概念§5.5土的天然强度及其在荷载作用下的强度增长§5.6关于土的抗剪强度影响因素的讨论§5土的抗剪强度第2页/共165页

一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型

§5土的抗剪强度§5.1概述第3页/共165页碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用——主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；2.三相体系：三相承受与传递荷载——有效应力原理；3.自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。

§5土的抗剪强度§5.1概述一、土的强度特点第4页/共165页

一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型

§5土的抗剪强度§5.1概述第5页/共165页大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾

§5土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型1.挡土结构物的破坏§5.1概述第6页/共165页广州京光广场基坑塌方

使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型1.挡土结构物的破坏第7页/共165页海珠城广场基坑塌方第8页/共165页第9页/共165页挡土墙滑裂面基坑支护

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型1.挡土结构物的破坏第10页/共165页平移滑动2.各种类型的滑坡崩塌旋转滑动流滑

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型第11页/共165页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人击沉拖轮、驳轮各一艘，渔船2只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡崩塌体巨大石块滚入江内，无法通航滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米。乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌龙冠嘴黄崖沟乌江2.各种类型的滑坡

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型第12页/共165页2000年西藏易贡巨型滑坡2.各种类型的滑坡

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型第13页/共165页高程（m）滑距（m）553022004000扎木弄沟滑坡堆积体08000400020006000坡高3330m堆积体宽约2500m总方量约3亿方2000年西藏易贡巨型滑坡立面示意图2.各种类型的滑坡

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型第14页/共165页易贡滑坡堰塞湖滑坡堆积区扎木弄沟2264m2210m2165m2340m5520m滑坡堆积体2.各种类型的滑坡

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型2000年西藏易贡巨型滑坡平面示意图第15页/共165页天然坝坝高290m滑坡堰塞湖库容15亿方湖水每天上涨50cm?2000年西藏易贡巨型滑坡2.各种类型的滑坡

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型第16页/共165页边坡滑裂面2.各种类型的滑坡

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型第17页/共165页粘土地基上的某谷仓地基破坏3.地基的破坏

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型第18页/共165页日本新泻1964年地震引起大面积液化3.地基的破坏

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型第19页/共165页地基p滑裂面3.地基的破坏

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型第20页/共165页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返回

§5土的抗剪强度§5.1概述二、工程中土体的破坏类型第21页/共165页

一、抗剪强度的库仑定律二、土的抗剪强度构成与工程数值三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第22页/共165页一、抗剪强度的库仑定律直剪试验库仑（1776）试验原理施加σ（=P/A）量测（=T/A），δ上盒下盒PδTσ

=100kPaδA

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第23页/共165页直剪试验库仑（1776）试验原理试验结果σ

=100kPaδσ

=200kPaσ

=300kPaPδTAσ

=400kPa一、抗剪强度的库仑定律

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第24页/共165页Occ

粘聚力内摩擦角直剪试验库仑（1776）试验原理试验结果库仑公式：f

：土的抗剪强度tan：摩擦强度-正比于压力c：粘聚强度-与所受压力无关σ

=100kPaδσ

=200kPaσ

=300kPaσ

=400kPa§5.2土的强度理论与强度指标

§5土的抗剪强度一、抗剪强度的库仑定律4mm第25页/共165页土的抗剪强度的有效应力指标c,=c+tan=-u符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u无法确定土的抗剪强度的总应力指标c,=c+tan便于应用，但u不能产生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要符合工程条件强度指标抗剪强度简单评价抗剪强度的表达式及强度指标（总应力指标与有效应力指标）§5.2土的强度理论与强度指标

§5土的抗剪强度一、抗剪强度的库仑定律第26页/共165页

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标

一、抗剪强度的库仑定律二、土的抗剪强度构成与工程数值三、土的强度理论及极限平衡条件第27页/共165页NT=NT滑动摩擦1.摩擦强度tan（1）滑动摩擦土的强度构成：摩擦强度，粘聚力强度

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标二、土的抗剪强度构成与工程数值第28页/共165页（2）咬合摩擦引起的剪胀滑动摩擦咬合摩擦引起的剪胀1.摩擦强度tan土的强度构成：摩擦强度，粘聚力强度

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标二、土的抗剪强度构成与工程数值第29页/共165页（3）颗粒的破碎与重排列滑动摩擦NT颗粒破碎与重排列咬合摩擦引起的剪胀1.摩擦强度tan土的强度构成：摩擦强度，粘聚力强度

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标二、土的抗剪强度构成与工程数值第30页/共165页密度（e，，粒径级配（Cu，Cc）颗粒的矿物成分对于：砂土>粘性土；高岭石>伊里石>蒙特石粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）在其他条件相同时：对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角影响土的摩擦强度的主要因素：1.摩擦强度tan土的强度构成：摩擦强度，粘聚力强度

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标二、土的抗剪强度构成与工程数值第31页/共165页粘聚强度机理静电引力（库仑力）范德华力颗粒间胶结假粘聚力（毛细力等）粘聚强度影响因素地质历史粘土颗粒矿物成分密度离子价与离子浓度----+2.凝聚强度

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标二、土的抗剪强度构成与工程数值土的强度构成：摩擦强度，粘聚力强度第32页/共165页中砂、粗砂、砾砂：一般为φ=32º~40º粉砂、细砂：一般为φ=28º~36º内摩擦角：大致为φ=0º~30º粘聚力：＜10kPa~＞200kPa砂土的内摩擦角：

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标二、土的抗剪强度构成与工程数值工程数值：粘性土的内摩擦角、粘聚力：第33页/共165页

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标

一、抗剪强度的库仑定律二、土的抗剪强度构成与工程数值三、土的强度理论及极限平衡条件第34页/共165页1.库仑公式2.应力状态与摩尔圆3.极限平衡应力状态4.摩尔-库仑强度理论5.破坏判断方法6.滑裂面的位置三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第35页/共165页PδTAc

粘聚力内摩擦角f

：土的抗剪强度tan：摩擦强度-正比于压力c：粘聚强度-与所受压力无关固定滑裂面一般应力状态如何判断是否破坏？借助于莫尔圆1.库仑公式三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第36页/共165页==三维应力状态2.应力莫尔圆二维应力状态三、土的强度理论及极限平衡条件

§6土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第37页/共165页莫尔圆应力分析符号规定材料力学+-+-土力学正应力剪应力拉为正压为负顺时针为正逆时针为负压为正拉为负逆时针为正顺时针为负2.应力莫尔圆三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第38页/共165页Oz+zx-xzx213rR+-12.应力莫尔圆大主应力：小主应力:圆心：半径：σz按顺时针方向旋转ασx按顺时针方向旋转α莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力:与三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第39页/共165页O213rR2.应力莫尔圆与大主应力作用面成α角平面上的应力？圆心：半径：σ1按逆时针方向旋转三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标τ2dsds·sinαds·cosα1τ3第40页/共165页3.极限平衡应力状态极限平衡应力状态：

有一对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园（极限应力园）的公切线（切点对应的面上的应力状态达到=f）。三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第41页/共165页f强度包线以内：任何一个面上的一对应力与都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：有一个面上的应力达到破坏；与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。3.极限平衡应力状态三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第42页/共165页4.莫尔—库仑强度理论（1）土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面上作用的法向应力的单值函数,f=f()（莫尔：1900年）（2）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似f=c+tan（3）某土单元的任一个平面上

=f

，该单元就达到了极限平衡应力状态三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第43页/共165页莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件1f3Oc4.莫尔—库仑强度理论三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第44页/共165页1f3Oc莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件4.莫尔—库仑强度理论三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第45页/共165页根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ3计算σ1f比较σ1与σ1fσ1<σ1f

弹性平衡状态σ1=σ1f

极限平衡状态σ1>σ1f

破坏状态Oc1f3115.破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）3=常数：三、土的强度理论及极限平衡条件

§5土的抗剪强度§5.2土的强度理论与强度指标第46页/共165页根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ1计算σ3f比较σ3与σ3fσ3>σ3f

弹性平衡状态σ3=σ3f

极限平衡状态σ3<σ3f

破坏状态Oc13f331=常数：5.破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）三、土的强度理论及极限平衡条件§5.2土的强度理论与强度指标

§5土的抗剪强度第47页/共165页根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ1、σ3计算与比较

<

安全状态

=

极限平衡状态

>

不可能状态O

=c(1+3)/2

=常数：圆心保持不变5.破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）三、土的强度理论及极限平衡条件§5.2土的强度理论与强度指标

§5土的抗剪强度第48页/共165页Oc1f32破裂面26.滑裂面的位置

与大主应力面夹角：α=45+/2三、土的强度理论及极限平衡条件§5.2土的强度理论与强度指标

§5土的抗剪强度返回31fα=45°＋/2注意：土体剪切破坏时，破裂面并不是发生在最大剪应力的作用面上第49页/共165页一、室内试验二、野外试验直剪试验、三轴试验等制样（重塑土）或现场取样缺点：扰动优点：应力条件清楚，易重复十字板扭剪试验、旁压试验等原位试验缺点：应力条件不易掌握优点：原状土的原位强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第50页/共165页

一、直接剪切试验二、三轴压缩试验三、无侧限抗压强度试验四、十字板剪切试验五、孔隙水压力表达式与孔隙压力系数六、饱和粘性土的抗剪强度七、无粘性土的抗剪强度八、抗剪强度试验方法与指标的选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第51页/共165页ZJ型应变控制直剪仪ZJ型应变控制直剪仪（四联）ZYY-4型直剪预压仪ZJ型应变控制式直剪仪（轻便）一、直剪试验§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第52页/共165页PδTAσ

=100kPaδσ

=200kPaσ

=300kPaσ

=400kPaOc§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度一、直剪试验第53页/共165页通过控制剪切速率来近似模拟排水条件1.快剪施加正应力后立即剪切3～5分钟内剪切破坏2.固结快剪施加正应力-充分固结在3～5分钟内剪切破坏3.固结慢剪：施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分，以保证无超静孔压PδTA§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度一、直剪试验第54页/共165页OnK0nPδTA§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度一、直剪试验第55页/共165页

设备简单，操作方便结果便于整理测试时间短优点

试样应力状态复杂应变不均匀不能控制排水条件剪切面固定缺点PδTA类似试验：环剪试验单剪试验§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度一、直剪试验第56页/共165页全自动闭合回路控制环剪仪型号ARS-E3环剪仪第57页/共165页组合式动态循环单剪试验系统(DCSS)

产品型号：

100002046

原产地：

英国

用途：

土动力学试验，研究主应力旋转等

第58页/共165页

一、直接剪切试验二、三轴压缩试验三、无侧限抗压强度试验四、十字板剪切试验五、孔隙水压力表达式与孔隙压力系数六、饱和粘性土的抗剪强度七、无粘性土的抗剪强度八、抗剪强度试验方法与指标的选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第59页/共165页TSZ10-1.0型应变控制式三轴仪TSZ30-2.0型应变控制式三轴仪TSZ-6型应变控制式三轴仪二、三轴压缩试验§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第60页/共165页TSZ系列全自动三轴仪TSZ-4型应变控制式三轴仪SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度二、三轴压缩试验第61页/共165页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）试样应力特点与试验方法（2）强度包线（3）试验类型（4）优缺点§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度二、三轴压缩试验第62页/共165页方法：首先试样施加静水压力—室压（围压）1=2=3

；然后通过活塞杆施加的是应力差Δ1=

1-3

。特点：试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是大主应力；径向与切向应力总是相等r=，亦即1=z；2=3=r（1）试样应力特点与试验方法§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度二、三轴压缩试验第63页/共165页强度包线(1-)fc

(1-)f11-31

=15%分别作围压为100kPa

、200kPa

、300kPa的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f绘制三个破坏状态的应力摩尔圆，画出它们的公切线——强度包线，得到强度指标c

与

（2）强度包线§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度二、三轴压缩试验第64页/共165页固结排水试验（CD试验）1打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压固结不排水试验（CU试验）1打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水不固结不排水试验（UU试验）1关闭排水阀门，围压下不固结；2关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水cd、d

ccu、cu

cu、u

（3）试验类型§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度二、三轴压缩试验第65页/共165页固结排水试验（CD试验）

ConsolidatedDrainedTriaxialtest(CD)

抗剪强度指标：cdd（c）试验类型汇总固结不排水试验（CU试验）

ConsolidatedUndrainedTriaxialtest(CU)

抗剪强度指标：ccucu不固结不排水试验（UU试验）

UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest(UU)

抗剪强度指标：cuu（

cuuuu）§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度二、三轴压缩试验第66页/共165页优点：1应力状态和应力路径明确；2排水条件清楚，可控制；3破坏面不是人为固定的；4孔隙水压力，可测量。缺点：设备相对复杂，现场无法试验说明：3＝0即为无侧限抗压强度试验（4）优点和缺点§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度二、三轴压缩试验第67页/共165页

一、直接剪切试验二、三轴压缩试验三、无侧限抗压强度试验四、十字板剪切试验五、孔隙水压力表达式与孔隙压力系数六、饱和粘性土的抗剪强度七、无粘性土的抗剪强度八、抗剪强度试验方法与指标的选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第68页/共165页YYW－2型应变控制式无侧限压力仪cu=qu/2cuqu=三、无侧限抗压强度试验§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度可用于测定饱和粘性土的灵敏度quSt=q0第69页/共165页真三轴仪空心圆柱扭剪仪

其它室内试验§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第70页/共165页TSW-40微机控制土壤真三轴试验仪

序号项

目指

标1σ1方向最大试验力

kN40试验力分辨率

N1试验力精度

%±1变形测量范围

mm0-20变形测量分辨率

mm0.01变形测量精度

%±12σ2方向最大试验力

kN40试验力分辨率

N1试验力精度

%±1变形测量范围

mm0-20变形测量分辨率

mm0.01变形测量精度

%±13σ3方向最大压力

MPa0.8变形测量范围

mm0-20变形测量分辨率

mm0.01变形测量精度

%±14加载速度控制范围

N/min1-205加载速度控制精度

%±16变形速度控制范围

mm/min0.001-17变形速度控制精度

%±18体变测量进出水最大量

cc约200分辨率

cc高于0.1测量精度

%19试样规格（长×宽×高）

mm120×120×120120×120×6060×60×60主要技术指标

第71页/共165页真三轴试验是对空心圆柱试样进行循环扭转以研究土壤动态变形性质。也可以做其他几种土工试验，例如液化强度试验，研究土在液化后的强度等。

这套真三轴仪采用液压伺服控制，可以比气压型更好的重复提供压力。关于三轴压力室的压力控制，垂直压力和横向压力独立进行。这样就可以进行各向同性和各向异性压缩。

产品名称：真三轴仪产品型号：盛远天地产品展商：盛远天地国际设备(北京)有限公司产品产地：日本第72页/共165页压力室中的试验和径向小应变传感器橡皮样和土样空心圆柱扭剪仪第73页/共165页

一、直接剪切试验二、三轴压缩试验三、无侧限抗压强度试验四、十字板剪切试验五、孔隙水压力表达式与孔隙压力系数六、饱和粘性土的抗剪强度七、无粘性土的抗剪强度八、抗剪强度试验方法与指标的选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第74页/共165页ZSZ-1型十字板剪力仪

十字板剪切试验四、十字板剪切试验§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第75页/共165页一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；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

十字板剪切试验§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度四、十字板剪切试验第76页/共165页时：M1HDM2

十字板剪切试验§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度四、十字板剪切试验第77页/共165页

一、直接剪切试验二、三轴压缩试验三、无侧限抗压强度试验四、十字板剪切试验五、孔隙水压力表达式与孔隙压力系数六、饱和粘性土的抗剪强度七、无粘性土的抗剪强度八、抗剪强度试验方法与指标的选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第78页/共165页三轴压缩试验σ3σ3σ3σ3σ3—周围压力（等向压力）；∆σ1∆σ1∆σ1—主应力差（偏应力）。σ1=σ3+∆σ1u=Δu1+Δu2=B[σ3+A(σ1-σ3)]孔隙压力u的表达式：

u=B[σ3+A(σ1-σ3)]（5-13）σ3σ3σ3σ3Δu1=Bσ3∆σ1∆σ1

Δu2=BA(σ1-σ3)=+第79页/共165页

B的取值：饱和土B=1，干土B=0A的取值：表3-2

土类A值

土类A值

很松的细砂2～3

微超固结土0.20～0.50

高灵敏度软粘土0.75～1.50

一般超固结土0～0.2

正常固结土0.5～1.0

强超固结土

－0.5～0

压实砂质粘土0.25～0.75表5－2孔隙压力系数A的大致范围§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度五、孔隙水压力表达式与孔隙压力系数第80页/共165页

一、直接剪切试验二、三轴压缩试验三、无侧限抗压强度试验四、十字板剪切试验五、孔隙水压力表达式与孔隙压力系数

六、饱和粘性土的抗剪强度七、无粘性土的抗剪强度八、抗剪强度试验方法与指标的选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第81页/共165页六.饱和粘性土的抗剪强度剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained3.固结排水试验（CD）2.固结不排水试验（CU）固结Consolidated不排水Undrained不固结Unconsolidated不排水Undrained三种试验1.不固结不排水试验（UU）§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第82页/共165页1.不固结不排水试验强度指标：cuu(cu)，uu(u)

(1)试验条件(2)饱和试样的不排水强度指标cu(3)无侧限压缩试验：3

=0的不排水试验(4)不饱和试样的不排水强度三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第83页/共165页(1)试验条件从某一初始状态开始，关闭阀门施加围压，产生孔隙水压力u1=B施加（1-）时，阀门关闭，可连接孔压传感器，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力u2=BA()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量测孔隙水压力1.不固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第84页/共165页u

=0,cu,并且有效应力摩尔圆是唯一的思考题：可否由不排水试验确定有效应力强度指标？(2)饱和试样的不排水强度指标cuu=B[+A()]B=11.不固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第85页/共165页cu=qu/2cuqu=(3)无侧限压缩试验：3

=0的不排水试验1.不固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第86页/共165页(4)不饱和试样的不排水强度不饱和区饱和区1.不固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第87页/共165页不固结不排水试验小结饱和试样的不排水强度指标:

u

=0,cu无侧限压缩试验：

3=0,是一种特殊的不排水试验不饱和试样的不排水强度指标:

随3增加而增加并趋于稳定1.不固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第88页/共165页剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained3.固结排水试验（CD）固结Consolidated不排水Undrained不固结Unconsolidated不排水Undrained三种试验1.不固结不排水试验（UU）六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度2.固结不排水试验（CU）第89页/共165页强度指标：ccu

，cu；c，

(1)试验条件(2)正常固结粘性土固结不排水试验曲线与强度包线(3)超固结粘性土固结不排水试验曲线与强度包线(4)固结不排水三轴试验确定的强度指标2.固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第90页/共165页(1)试验条件施加围压充分固结施加(1-)时，阀门关闭，可连接孔压传感器，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力uu=Δu20，=-u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量测孔隙水压力2.固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第91页/共165页剪切过程中的超静孔隙水压力u对于饱和土试样：孔压系数B=1.0

u=u2=BA(=A(对于剪切过程中无体积变化：

A=1/3剪切过程中发生剪缩：

A>1/3剪切过程中发生剪胀：

A<1/3(甚至可能A<0，u<0）2.固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第92页/共165页u轴向应力和孔压渐进增加并趋于稳定，应力应变关系硬化，u

>0(2)正常固结粘性土固结不排水试验曲线与强度包线ffcu思考题：正常固结粘性土包线为什么过原点？2.固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度＋第93页/共165页实验室的正常固结粘性土：有效固结压力3

等于先期固结压力pc。地基中的正常固结粘性土：

zcpc取回室内,如c

z，不再是正常固结土。

f“正常固结粘性土”抗剪强度指标有时失去其物理意义，而变成计算参数的含义

z固结压力为0的正常固结粘性土:当正常固结粘性土试样的固结压力为0时，亦即其历史上的最大固结压力是0——处于泥浆状态，抗剪强度为0。c=0是否意味着正常固结粘性土无粘聚力?粘聚力随增加而增加(2)正常固结粘性土固结不排水试验曲线与强度包线2.固结不排水试验六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第94页/共165页u应力应变关系软化，孔压可能小于0与超固结度有关f(3)超固结粘性土固结不排水试验曲线与强度包线＋－fcuu<0u>02.固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第95页/共165页()cccuff超固结粘土的总应力与有效应力强度包线(CU)u(-)u(+)总应力有效应力超固结粘性土固结不排水试验的强度包线2.固结不排水试验六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度三轴试验强度指标第96页/共165页(4)固结不排水三轴试验确定的强度指标应力变量试验量测u计算=u=确定的强度指标ccu

cuc2.固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第97页/共165页固结不排水试验小结剪切过程中的超静孔隙水压力u正常固结粘性土的应力应变关系曲线:硬化正常固结粘性土的有效应力与总应力的强度包线:cu<超固结粘性土的应力应变关系曲线:软化超固结粘性土的固结不排水强度指标:cccu,cu固结不排水三轴试验确定的强度指标:

ccu,cu；c,2.固结不排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第98页/共165页剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained2.固结不排水试验（CU）固结Consolidated不排水Undrained不固结Unconsolidated不排水Undrained三种试验1.不固结不排水试验（UU）3.固结不排水试验（CD）六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第99页/共165页强度指标：cd，d(1)试验条件(2)松砂与正常固结粘性土试验曲线与强度包线(3)密砂与超固结粘性土试验曲线与强度包线(4)超固结粘性土+正常固结粘性土的强度包线3.固结排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第100页/共165页(1)试验条件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施加围压充分固结施加(1-)时，排水阀门始终打开，速度慢足以使孔压消散始终u=0，=-u=3.固结排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第101页/共165页1=1d==f=f(1)试验条件总应力指标与有效应力指标一致:cd=c破坏面位置：3.固结排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第102页/共165页v轴向应力渐进增加，体应变是体缩，最终二者均趋于稳定(2)松砂与正常固结粘性土试验曲线与强度包线=f=f3.固结排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第103页/共165页vv表示体缩v0表示体胀(剪胀)应力应变关系软化，体应变剪胀峰值强度残余强度(3)密砂与超固结粘性土试验曲线与强度包线峰值强度残余强度f密砂强度包线密砂应力应变关系曲线3.固结排水试验六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第104页/共165页vv表示体缩v0表示体胀(剪胀)应力应变关系软化，体应变剪胀峰值强度残余强度(3)密砂与超固结粘性土试验曲线与强度包线超固结粘性土应力应变关系曲线峰值强度残余强度f超固结粘性土强度包线c≠03.固结排水试验六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第105页/共165页epc强度包线fpc土的压缩曲线(4)超固结粘性土+正常固结粘性土强度包线pc

，正常固结粘性土；pc

，超固结粘性土3.固结排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第106页/共165页固结排水试验小结松砂与正常固结粘性土试验曲线与强度包线：应变硬化与体积收缩，cd=0；

密砂试验曲线与强度包线：应变软化与剪胀性，cd=0；超固结粘性土试验曲线与强度包线：应变软化与剪胀性，cd与d；超固结粘性土+正常固结粘性土的强度包线:

折线→c≠0的直线近似3.固结排水试验三轴试验强度指标六.饱和粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第107页/共165页

一、直接剪切试验二、三轴压缩试验三、无侧限抗压强度试验四、十字板剪切试验五、孔隙水压力表达式与孔隙压力系数

六、饱和粘性土的抗剪强度七、无粘性土的抗剪强度八、抗剪强度试验方法与指标的选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第108页/共165页影响无粘性土抗剪强度的主要因素是初始密实度。密砂应力—应变关系曲线有明显的峰值，超过峰值后，随应变增加应力逐步降低（应变软化），曲线上相应于峰值的强度为峰值强度，最终稳定时的强度为残余强度。密砂受剪时体积开始稍有减小，继而明显增加，超过了它的初始体积（剪胀性）。松砂的剪切强度随轴向应变的增大而增大，一般不出现峰值应力（应变硬化）。松砂受剪时其体积减小（剪缩性或负剪胀）。同一种土，虽然由于其他因素的影响(如砂土的密实度)可能会产生两种类型的应力-应变曲线，但其最终强度将会趋于同一值。

七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第109页/共165页砂土的剪胀性密砂颗粒排列紧密，剪切时砂粒要克服颗粒间的咬合、连锁作用，必须向上位移才能达到图中虚线所示的位置，这就是密砂剪胀的原因。松砂受剪时砂粒将向下位移以达到更稳定的位置，因而产生剪缩。砂土的剪胀性是土颗粒之间的位置重新排列或调整的结果。随着周围压力的增加，土颗粒的挤碎，密砂的剪胀趋势将逐渐消失。因此，在高周围压力下，不论砂土的松密如何，受剪时都将产生剪缩。

七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第110页/共165页临界孔隙比ecr在低周围压力下，不同初始孔隙比的砂土剪切时其体积可能增加，也可能减小。因此，必然存在某一初始孔隙比，剪切时砂土的体积既不产生膨胀，也不产生收缩，这一初始孔隙比称为临界孔隙比ecr。研究表明，临界孔隙比与周围压力有关，砂土的临界孔隙比随周围压力的增加而减小。七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第111页/共165页临界孔隙比初始孔隙比大于临界孔隙比的饱和砂土，在低周围压力下进行不排水剪切试验时（即剪切过程中不允许体积变化），为抵消受剪时体积缩小的趋势，将产生正的孔隙水压力，从而使有效应力降低，致使砂土的抗剪强度降低。当饱和松砂在瞬时动荷载（如地震）作用下，其体积来不及变化导致孔隙水压力不断增加，当有效应力降低到零时，砂土就会像流体那样失去抗剪强度，这种现象称为砂土液化。

七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第112页/共165页饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高在瞬间砂土呈液态时间T孔压u饱和松砂的振动液化现象七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第113页/共165页第114页/共165页日本阪神地震引起的路面塌陷第115页/共165页由于液化引起的河道破坏—日本神户第116页/共165页阪神地震中新干线的倾覆第117页/共165页地基液化引起的储油罐倾斜—日本神户第118页/共165页日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面第119页/共165页桩基础（房屋基础露出地面）第120页/共165页桥台基础（地震液化后突出地面）第121页/共165页（1）初始的疏松状态（2）振动以后处于悬浮状态

—孔压升高（液化）（3）振后处于密实状态饱和松砂的振动液化机理七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第122页/共165页振前砂土结构振中颗粒悬浮，有效应力为零振后砂土变密实饱和松砂的振动液化机理七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第123页/共165页饱和松砂的振动液化机理七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第124页/共165页饱和松砂的振动液化机理七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第125页/共165页砾类土：粒径大于5mm<60%大粒径颗粒处于悬浮状态，细颗粒的液化导致整体液化。饱和松砂的振动液化机理七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第126页/共165页饱和度组成粉细砂：d50=0.07mm～1.0mm

砾类土：粒径大于5mm<60%

粉土：Ip=（3～10）IL=0.75～1.0状态：相对密度Dr<50%结构其他：排水条件、应力状态及历史、地震特性…….砂土液化的影响因素七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第127页/共165页砂土液化的工程防治加固地基土：换土、加密围封加固建筑物深基础与桩基础七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第128页/共165页无粘性土的抗剪强度指标φ受土粒大小及形状、颗粒级配等因素的影响。粉砂、细砂为28°~36°，中砂、粗砂和砾砂为32°～40°，土粒愈粗，φ值愈大。同一种砂土，密实与松散状态的不同，φ值可差5°~6°；密实度相同，干燥状态比饱和湿度状态的砂，φ值可大1°～2°。级配良好的砂比土粒大小均匀的砂，φ值可大2°～3°，角状的砂比圆粒的砂，φ值可大3°~5°。七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第129页/共165页砂土的透水性强，受剪过程大多相当于固结排水剪情况，因此，砂土的剪切试验，无论剪切速率如何，实际上都是排水剪切试验，所测得的内摩擦角接近于有效内摩擦角。室内剪切试验测定砂土的内摩擦角时，应使试样的颗粒组成和孔隙比与天然状态（原状土）相同。如无法保证这点，宜在现场进行较大型的剪切试验，或根据其他经验关系确定。松砂的内摩擦角大致与干砂的天然休止角相等，因此，松砂的内摩擦角可通过简单的天然坡角试验大致确定。

七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第130页/共165页标准贯入试验估算砂土的内摩擦角由于标准贯入试验锤击数N的大小能反映出砂土的密实度和内摩擦角，工程上常根据标准贯入试验锤击数N按大崎(Kishida)或R.佩克(Peck)经验公式估算砂土的内摩擦角七.无粘性土的抗剪强度§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度标准贯入试验估算砂土的内摩擦角第131页/共165页

一、直接剪切试验二、三轴压缩试验三、无侧限抗压强度试验四、十字板剪切试验五、孔隙水压力表达式与孔隙压力系数

六、饱和粘性土的抗剪强度七、无粘性土的抗剪强度八、抗剪强度试验方法与指标的选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第132页/共165页强度指标：峰值强度指标与残余强度指标粘聚力c

内摩擦角工程应用三种分类方法总应力强度指标与有效应力强度指标直剪强度指标与三轴试验强度指标目的分析方法试验方法应力应变状态八.抗剪强度试验方法与指标选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第133页/共165页

有效应力指标还是总应力指标？三轴试验指标还是直剪试验指标？峰值强度指标还是残余强度指标？八.抗剪强度试验方法与指标选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第134页/共165页有效应力指标与总应力指标

对具体工程问题，取决于工程问题的性质。一般认为：地基的长期稳定性或长期承载力问题，宜采用三轴固结不排水试验确定的有效应力强度指标c，，以有效应力法进行分析；

饱和软粘土地基的短期稳定性或短期承载力问题，宜采用三轴不固结不排水试验确定的强度指标cu（u=0），以总应力法进行分析。

凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u的情况，都应当使用有效应力指标c，。八.抗剪强度试验方法与指标选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第135页/共165页有效应力指标与总应力指标

对一般工程问题，如果对实际工程土体中的孔隙水压力估计把握不大或缺乏这方面的数据，则可采用总应力强度指标以总应力法进行分析。

分析所需的总应力强度指标，应根据实际工程的具体情况，选择与现场土体受剪时的固结和排水条件最接近的试验方法进行测定。

八.抗剪强度试验方法与指标选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第136页/共165页有效应力指标与总应力指标

分析所需的总应力强度指标，应根据实际工程的具体情况，选择与现场土体受剪时的固结和排水条件最接近的试验方法进行测定：

若建（构）筑物施工速度较快，而地基土土层较厚、透水性低且排水条件不良时，可采用三轴不固结不排水试验（或直剪仪快剪试验）的结果；若建（构）筑物施工速度较慢，而地基土土层较薄、透水性较大且排水条件良好时，可采用三轴固结排水试验（或直剪仪慢剪试验）的结果；

如果介于以上两种情况之间，可采用三轴固结不排水试验（或直剪仪固结快剪试验）的结果。八.抗剪强度试验方法与指标选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第137页/共165页几种不排水强度指标在工程中的应用cu软土地基上快速施工的填方土坝快速施工，心墙未固结粘性土地基上快速施工的建筑物第138页/共165页几种固结不排水强度指标的应用实例

ccucu在1层土固结后，施工2层

库水位从1骤降到2在天然土坡上快速填方第139页/共165页粘性土地基上分层慢速施工的填方稳定渗流期的土坝天然粘性土坡或在粘性土中的开挖固结排水强度指标的应用实例

ccd

cd

第140页/共165页直剪试验强度指标

对于砂土，三种试验结果都接近于c

对于粘性土， 快剪(Quickly:q):对于k<10-6cm/s粘性土

cqcu

qu

固结快剪（ConsolidatedQuickly:cq） ccqccu

cqcu

慢剪(Slowly:s)：cscs;

由于摩擦和中主应力使其强度指标稍大

0.9csc,0.9s八.抗剪强度试验方法与指标选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度三轴试验指标与直剪试验指标第141页/共165页三轴试验指标与直剪试验指标砂土：

c,

三轴排水试验指标与直剪试验指标（直剪试验得到的指标偏大）粘性土：有效应力指标：固结排水、固结不排水总应力指标：三轴固结不排水、不排水;

直剪固结快剪、快剪有条件的情况下应尽量采用三轴试验方法八.抗剪强度试验方法与指标选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第142页/共165页峰值强度指标与残余强度指标峰值强度一般问题残余强度古旧滑坡断层夹泥大变形问题返回八.抗剪强度试验方法与指标选用§5.3土的抗剪强度指标试验方法

§5土的抗剪强度第143页/共165页一、应力路径及表示法二、强度包线与破坏主应力线三、总应力路径与有效应力路径§5.4应力路径的概念

§5土的抗剪强度第144页/共165页土的应力应变关系特性

弹塑性需要记录加载历史应力路径概念应力状态：土体中一点（微小单元）上作用的应力的大小与方向

土体中一点应力状态连续变化，在应力空间（平面）中的轨迹一、应力路径及表示法§5.4应力路径的概念

§5土的抗剪强度第145页/共165页应力圆某一特定面上的应力点通常选择最大剪应力面（与主应力面成45度的斜面）O3113固结排水三轴试验莫尔圆圆心莫尔圆半径一个点代表一个摩尔圆；一条线代表一系列摩尔圆—应力路径摩尔圆：一个圆代表一个应力状态p,q平面：一个点代表一个应力状态

保持为常数一、应力路径及表示法§5.4应力路径的概念

§5土的抗剪强度第146页/共165页摩尔圆与p,q

平面上的应力路径用摩尔圆用应力平面土中一点的应力状态一个摩尔圆一点应力的变化过程一系列摩尔圆一条线（应力路径）极限应力状态与强度包线相切的摩尔圆破坏主应力线上的一点§5.4应力路径的概念

§5土的抗剪强度第147页/共165页破坏包线f

在~

坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线破坏主应力线Kf在p

~q坐标系中所有处于极限平衡应力状态园顶点的集合pqOf线Kf线固结排水三轴试验两条直线与横坐标交点都是O二、强度包线与破坏主应力线§5.4应力路径的概念

§5土的抗剪强度O第148页/共165页1()cup(p)q