土的抗剪强度Ⅱ课件

第5章

土的抗剪强度Ⅱ第5章

土的抗剪强度Ⅱ1

三轴是指一个竖向和两个侧向而言，由于压力室和试样均为圆柱形，因此，两个侧向（或称周围）的应力相等并为小主应力σ3

，而竖向（或轴向）的应力为大主应力σ1。在增加σ1时保持σ3

不变，这样条件下的试验称为常规三轴压缩试验。5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试验

三轴是指一个竖向和两个侧向而言，由于压力室和2

三轴试验根据试样的固结和排水条件不同，可分为不固结不排水剪（UU）、固结不排水剪（CU)和固结排水剪（CD)三种方法。5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试验

三轴试验根据试样的固结和排水条件不同，可分为3不固结不排水剪（UU）5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试验

不固结不排水剪（UU）5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩4固结不排水剪（CU）5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试验

固结不排水剪（CU）5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试5固结排水剪（CD）5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试验

固结排水剪（CD）5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试验6

剪切类型比较项目不固结不排水（UU）固结不排水（CU）固结排水（CD）试样固结试样固结试样固结试样不固结试样固结试样固结试样不排水试样不排水试样排水不固结或固结是对周围压力增量而言的；不排水或排水是对附加轴向压力而言的。5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试验

剪切类型不固结不排水固结不排水固结75-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试验

5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试验8

1

1-

3

15%qf=(

1-

3)f

qf=(

1-

3)f(

1-

)fc

(

1-

)f

5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试验

11-315%qf=(1-3)fqf=(9(

1-

)fc

(

1-

)f

ufuf

‘

c’

5-3确定强度指标的试验二、三轴压缩试验

(1-)fc(1-)fufufc10三、无侧限抗压强度试验

三轴压缩试验中当周围压力σ3＝0时即为无侧限试验条件，这时只有q=σ1。所以，也可称为单轴压缩试验。由于试样的侧向压力为零，在侧向受压时，其侧向变形不受限制，故又称为无侧限压缩试验。同时，又由于试样是在轴向压缩的条件下破坏的，因此，把这种情况下土所能承受的最大轴向压力称为无侧限抗压强度，以qu表示。试验时仍用圆柱状试样，可在专门的无侧限仪上进行，也可在三轴仪上进行。5-3确定强度指标的试验三、无侧限抗压强度试验三轴压缩试验中当周围115-3确定强度指标的试验三、无侧限抗压强度试验

5-3确定强度指标的试验三、无侧限抗压强度试验12

十字板剪切试验是一种利用十字板剪切仪在现场测定土的抗剪强度的方法。这种试验方法适合于在现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀的饱和粘性土。四、原位十字板剪切试验

5-3确定强度指标的试验十字板剪切试验是一种利用十字板剪切仪在现场测13四、原位十字板剪切试验

5-3确定强度指标的试验四、原位十字板剪切试验5-3确定强度指标的试验14HD1.剪破面为圆柱面，圆柱面的直径和高度分别等于十字板板头的宽度和高度；

2.圆柱面的侧面和上下端面上的抗剪强度为均匀分布并相等。

假定：

5-3确定强度指标的试验四、原位十字板剪切试验

HD1.剪破面为圆柱面，圆柱面的直径和高度分别等于十字板板155-3确定强度指标的试验HD四、原位十字板剪切试验

5-3确定强度指标的试验HD四、原位十字板剪切试验16

在饱和粘土不固结不排水剪试验中，φu＝0，

t

f＝cu.5-3确定强度指标的试验HD四、原位十字板剪切试验

在饱和粘土不固结不排水剪试验中，φu＝0，17无侧限仪无侧限仪18十字板剪力仪十字板剪力仪195-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数5-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数205-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数1.孔隙应力系数B

5-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数1.孔隙应力系数B215-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数2.孔隙应力系数A

5-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数2.孔隙应力系数A225-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数2.孔隙应力系数A

5-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数2.孔隙应力系数A235-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数2.孔隙应力系数A

5-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数2.孔隙应力系数A24饱和土

5-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数2.孔隙应力系数A

饱和土5-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数2.孔隙应力25饱和土

饱和土不固结不排水试验

饱和土不固结排水试验

饱和土不固结排水试验

5-4三轴压缩试验中的孔隙应力系数2.孔隙应力系数A

饱和土饱和土不固结不排水试验饱和土不固结排水试验饱和土265-5三轴试验中土的剪切性状（一）砂土的内摩擦角一、砂土的剪切性状

砂土抗剪强度受密度、颗粒形状、表面粗糙度和级配影响；饱和与干燥：5-5三轴试验中土的剪切性状（一）砂土的内摩擦角一、砂土27（二）砂土的应力～轴向应变～体变

松砂受剪时，颗粒滚落到平衡位置，排列得更紧密些，所以它的体积缩小，把这种因剪切而体积缩小的现象称为剪缩性。5-5三轴试验中土的剪切性状一、砂土的剪切性状

（二）砂土的应力～轴向应变～体变松砂受剪时，28（二）砂土的应力～轴向应变～体变

紧砂受剪时，颗粒必须升高以离开它们原来的位置而彼此才能相互滑过，从而导致体积膨胀，把这种因剪切而体积膨胀的现象称为剪胀性。5-5三轴试验中土的剪切性状一、砂土的剪切性状

（二）砂土的应力～轴向应变～体变紧砂受剪时，29松砂→应变硬化型，剪缩。（二）砂土的应力～轴向应变～体变5-5三轴试验中土的剪切性状一、砂土的剪切性状

松砂→应变硬化型，剪缩。（二）砂土的应力～轴向应变～体变5-30紧砂→应变软化型，剪胀。（二）砂土的应力～轴向应变～体变5-5三轴试验中土的剪切性状一、砂土的剪切性状

紧砂→应变软化型，剪胀。（二）砂土的应力～轴向应变～体变5-31砂土的临界孔隙比将随周围压力的增加而减小。（二）砂土的应力～轴向应变～体变5-5三轴试验中土的剪切性状一、砂土的剪切性状

砂土的临界孔隙比将随周围压力的增加而减小。（二）砂土的应力～32（二）砂土的应力～轴向应变～体变松砂紧砂饱和松砂→固结不排水剪→负孔隙水应力饱和紧砂→固结不排水剪→正孔隙水应力5-5三轴试验中土的剪切性状一、砂土的剪切性状

（二）砂土的应力～轴向应变～体变松砂紧砂饱和松砂→固结不排水33（三）砂土的残余强度松砂紧砂由咬合作用引起的强度5-5三轴试验中土的剪切性状一、砂土的剪切性状

（三）砂土的残余强度松砂紧砂由咬合作用引起的强度5-5三34液化：任何物质转化为液体的行为或过程。（三）砂土的液化5-5三轴试验中土的剪切性状一、砂土的剪切性状

液化：任何物质转化为液体的行为或过程。（三）砂土的液化5-5351、不固结不排水强度（UU）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性状

5-5三轴试验中土的剪切性状1、不固结不排水强度（UU）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪36

f

O

5-5三轴试验中土的剪切性状1、不固结不排水强度（UU）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性状

ABCfO5-5三轴试验中土的剪切性状1、不固结不排水37

f

O

5-5三轴试验中土的剪切性状1、不固结不排水强度（UU）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性状

ABfO5-5三轴试验中土的剪切性状1、不固结不排水38

cu

σp1cu1

σp2

cu2

σp3

cu3

正常固结粘土层

c1

c2

c35-5三轴试验中土的剪切性状1、不固结不排水强度（UU）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性状

cuσp1cu1σp2cu2σp3392、固结不排水强度（CU）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性状

5-5三轴试验中土的剪切性状2、固结不排水强度（CU）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切405-5三轴试验中土的剪切性状2、固结不排水强度（CU）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性状

5-5三轴试验中土的剪切性状2、固结不排水强度（CU）（41

f

O

5-5三轴试验中土的剪切性状2、固结不排水强度（CU）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性状

ABfO5-5三轴试验中土的剪切性状2、固结不排水强423、固结排水强度（CD）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性状

5-5三轴试验中土的剪切性状3、固结排水强度（CD）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性43

f

O

5-5三轴试验中土的剪切性状3、固结排水强度（CD）（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性状

ABfO5-5三轴试验中土的剪切性状3、固结排水强度44

f

O

4、三种试验方法所得强度指标比较5-5三轴试验中土的剪切性状（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性状

fO4、三种试验方法所得强度指标比较5-5三轴试455、剪破面的位置6-5三轴试验中土的剪切性状（一）正常固结粘土二、粘性土的剪切性状

5、剪破面的位置6-5三轴试验中土的剪切性状（一）正常固46（二）超固结粘土二、粘性土的剪切性状

超固结饱和粘性土的试验方法和过程与正常固结土的情况完全相同。它们的试验结果主要不同点在于：对试样施加的周围压力即初始有效固结应力σc小于原位应力（或前期固结应力）pc，即σc＜

pc，体现试样剪前为超固结状态。5-5三轴试验中土的剪切性状（二）超固结粘土二、粘性土的剪切性状超固结471、不固结不排水强度（UU）强超固结弱超固结5-5三轴试验中土的剪切性状（二）超固结粘土二、粘性土的剪切性状

1、不固结不排水强度（UU）强超固结弱超固结5-5三轴试48

f

O

5-5三轴试验中土的剪切性状1、不固结不排水强度（UU）（二）超固结粘土二、粘性土的剪切性状

fO5-5三轴试验中土的剪切性状1、不固结不排水492、固结不排水剪强度（CU）5-5三轴试验中土的剪切性状（二）超固结粘土二、粘性土的剪切性状

2、固结不排水剪强度（CU）5-5三轴试验中土的剪切性状50

f

O

5-5三轴试验中土的剪切性状2、固结不排水剪强度（CU）（二）超固结粘土二、粘性土的剪切性状

fO5-5三轴试验中土的剪切性状2、固结不排水剪513、固结排水剪强度（CD）5-5三轴试验中土的剪切性状（二）超固结粘土二、粘性土的剪切性状

3、固结排水剪强度（CD）5-5三轴试验中土的剪切性状（52

f

O

5-5三轴试验中土的剪切性状3、固结排水剪强度（CD）（二）超固结粘土二、粘性土的剪切性状

fO5-5三轴试验中土的剪切性状3、固结排水剪强53

f

O

4、三种试验方法所得强度指标比较5-5三轴试验中土的剪切性状（二）超固结粘土二、粘性土的剪切性状

fO4、三种试验方法所得强度指标比较5-5三轴试54

超固结粘土在剪切试验中有与紧砂相似的应力～应变特征，当强度随着剪位移达到峰值后，如果剪切继续进行，随着剪位移继续增大，强度显著降低，最后稳定在某一数值不变，该不变的值即称为粘土的残余强度。正常固结粘土亦有此现象，只是降低的幅度较超固结粘土要小些。

（三）粘土的残余强度

5-5三轴试验中土的剪切性状二、粘性土的剪切性状

超固结粘土在剪切试验中有与紧砂相似的应力～应551、粘土的残余强度与它的应力历史无关；2、在大剪位移下超固结粘土的强度降低比正常固结粘土的大；（三）粘土的残余强度

5-5三轴试验中土的剪切性状二、粘性土的剪切性状

1、粘土的残余强度与它的应力历史无关；（三）粘土的残余强度563、残余强度线为通过坐标原点的直线，即

τr=σtgφr式中：

τr——粘土的残余强度；

σ——剪破面上的法向应力；

φr——残余内摩擦角。5-5三轴试验中土的剪切性状（三）粘土的残余强度

二、粘性土的剪切性状

3、残余强度线为通过坐标原点的直线，即5-5三轴试验中57

在大位移下粘土强度降低的机理与紧砂不同。紧砂是由于土粒间咬合作用被克服，结构崩解变松的结果，而粘土被认为是由于在受剪过程中土的结构性损伤、土粒的排列变化及粒间引力减少；吸着水层中水分子的定向排列和阳离子的分布因受剪而遭到破坏。5-5三轴试验中土的剪切性状（三）粘土的残余强度

二、粘性土的剪切性状

在大位移下粘土强度降低的机理与紧砂不同。紧砂58

粘土的强度（或其它性质）随着其结构的改变而发生变化的特性称为土的结构性。

某些在含水率不变的条件下使其原有结构受彻底扰动的粘土，称为重塑土。

灵敏度定义为原状试样的无侧限抗压强度与相同含水率下重塑试样的无侧限抗压强度之比。灵敏度反应粘土对结构扰动的敏感程度。5-5三轴试验中土的剪切性状（四）粘土的结构性与灵敏度

二、粘性土的剪切性状

粘土的强度（或其它性质）随着其结构的改变而发595-5三轴试验中土的剪切性状（四）粘土的结构性与灵敏度

二、粘性土的剪切性状

5-5三轴试验中土的剪切性状（四）粘土的结构性与灵敏度60

对于灵敏度高的粘土，经重塑后停止扰动，静置一段时间后其强度又会部分恢复。在含水率不变的条件下粘土因重塑而软化（强度降低），软化后又随静置时间的延长而硬化（强度增长）的这种性质称为粘土的触变性。5-5三轴试验中土的剪切性状（四）粘土的结构性与灵敏度

二、粘性土的剪切性状

对于灵敏度高的粘土，经重塑后停止扰动，静置一61土的蠕变是指在剪切过程中，在恒定剪应力作用下应变随时间而增长的现象。5-5三轴试验中土的剪切性状（五）粘土的蠕变

二、粘性土的剪切性状

土的蠕变是指在剪切过程中，在恒定剪应力作用下应变随时间而增长62

当主应力差很小时，轴向应变几乎在瞬间发生，之后，蠕变缓慢发展，轴向应变～时间关系曲线最后呈水平线，土不会发生蠕变破坏。当主应力差较大时，蠕变速率会相应增大。当主应力差达到某一值后，轴向应变不断发展，应变速率增大，最终可导致蠕变破坏。5-5三轴试验中土的剪切性状（五）粘土的蠕变

二、粘性土的剪切性状

当主应力差很小时，轴向应变几乎在瞬间发生，之63蠕变破坏的过程包括以下几个阶段：（1）弹性应变阶段：图中OA段，对土而言，此阶段的应变值很小；（2）初始蠕变阶段：图中AB段，在这一阶段，蠕变速率由大变小，如果这时卸除主应力差，则先恢复瞬时弹性应变，继而恢复初期蠕变；5-5三轴试验中土的剪切性状（五）粘土的蠕变

二、粘性土的剪切性状

蠕变破坏的过程包括以下几个阶段：5-5三轴试验中土的剪64蠕变破坏的过程包括以下几个阶段：（3）稳定蠕变阶段：图中BC段，这一阶段的蠕变速率为常数，这时若卸除主应力差，土也将存在永久变形；（4）