土的抗剪强度指标及其工程应用-课件

土的抗剪强度及其工程问题同济大学高大钊二○○六年四月1ppt课件土的抗剪强度及其工程问题同济大学高大钊1ppt课件1内容土的抗剪强度试验工程中的抗剪强度问题2ppt课件内容土的抗剪强度试验2ppt课件2精品资料精品资料3你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘……”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”土的抗剪强度指标及其工程应用--ppt课件4土的抗剪强度试验5ppt课件5ppt课件5抗剪强度和抗剪强度指标这是两个不同的概念，但经常被人们混淆，看一个土坡的最简单的例子：平行滑动面的力是滑动力T抵抗滑动的是滑动面上的抗剪强度

滑动面上的力系TNGA-滑动面的面积6ppt课件抗剪强度和抗剪强度指标这是两个不同的概念，但经常被人们混淆，6滑动面上的抗剪强度

由两部分组成，一部分与滑动面上的法向应力成正比，另一部分与法向应力无关，可以写成如下的表达式，式中的c

称为内聚力，

称为内摩擦角，内聚力和内摩擦角就是这两个抗剪强度指标。这个表达式被称为库仑强度准则：

＝c＋ptan

p=N/A7ppt课件滑动面上的抗剪强度由两部分组成，一部分与7从整个土坡滑动面A上平均地看：当T

A时，土坡不会滑动，当T

A时，土坡就失稳了，当T＝A时，称为极限平衡。抗剪强度指标是土体的固有性质，是描述土体中的抗剪强度随法向应力变化规律的参数；抗剪强度是在一定的应力条件下，土体滑动面上抵抗滑动的总强度。8ppt课件从整个土坡滑动面A上平均地看：8ppt课件8土的抗剪强度试验原理与测定方法

抗剪强度指标的物理概念直剪试验指标的测定三轴试验指标的测定与资料分析

9ppt课件土的抗剪强度试验原理与测定方法抗剪强度指标的物理概念9pp9抗剪强度指标的物理概念土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的能力。在土力学中，采用摩尔—库仑强度准则，用内摩擦角和内聚力两个指标描述土的抗剪强度规律，即在土的破裂面上，抗剪强度随法向应力增长的规律。摩尔—库仑强度准则是土力学的三大定律之一。

10ppt课件抗剪强度指标的物理概念土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破10t

=c

＋ptan

对于c＝0的土，称为纯摩擦材料，内摩阻力包括土粒之间的表面摩擦力和由于土粒之间的联锁作用而产生的咬合力。咬合力是指当土体相对滑动时，将嵌在其它颗粒之间的土粒拔出所需的力，土越密实，联锁作用则越强。

t

11ppt课件t=c＋ptant11ppt课件11t

=c

＋ptan

对于

＝0的土，称为凝聚性材料，构成内聚力的物理原因是土的细颗粒表面作用，是一种物理化学作用。12ppt课件t=c＋ptan12ppt课件12原始粘聚力主要是由于土粒间水膜受到相邻土粒之间的电分子引力而形成的，当土被压密时，土粒间的距离减小，原始粘聚力随之增大。当土的天然结构被破坏时，原始粘聚力将丧失一些，但会随着时间而恢复其中的一部分或全部。固化粘聚力是由于土中化合物的胶结作用而形成的，当土的天然结构被破坏时，则固化粘聚力随之丧失，而且不能恢复。

13ppt课件原始粘聚力主要是由于土粒间水膜受到相邻土粒之间的电分13抗剪强度指标的测定方法在室内试验中，可以用直剪试验或三轴试验来测定土的抗剪强度指标。对粗粒土应当用大尺寸的仪器或现场大型直剪试验测定。对软土，也可以用原位测试－十字板试验测定。14ppt课件抗剪强度指标的测定方法在室内试验中，可以用直剪试验或14土的抗剪强度指标和土的原始状态、应力路径、应力历史、排水条件等因素有关，考虑不同因素影响时，应采用不同的试验方法。考虑上述复杂因素的试验只能用三轴仪才能模拟。三轴试验分为常规的试验和特殊的试验两类。

15ppt课件土的抗剪强度指标和土的原始状态、应力路径、应力历史、15直剪试验16ppt课件直剪试验16ppt课件16直剪试验结果t

f

=c

＋ptan

第一级荷载必须大于上覆有效压力17ppt课件直剪试验结果tf=c＋ptan17ppt课件17直剪试验方法快剪试验

在土样上下两面安置不透水的铜板或塑料膜，并在施加竖向压力后立即施加水平剪力进行剪切，而且剪切的速率也很快，一般只3~5min。采取这些措施的目的是为了控制土样在试验时不固结排水，以便测定天然状态的强度指标。快剪试验得到的指标用

cq

、

q表示。18ppt课件直剪试验方法快剪试验18ppt课件18由于直剪仪固有的缺点，尽管采取了上述措施，土样和环刀之间仍有渗水通道，不能保证土样处于完全不排水的状态，特别是对透水性比较大的土影响更大。19ppt课件由于直剪仪固有的缺点，尽管采取了上述措施，土样和环刀19固结快剪试验

在土样上下两面安置透水石，在施加竖向压力以后给以充分时间使土样固结排水。固结排水终了后再施加水平剪力，快速地将土样剪坏。20ppt课件固结快剪试验20ppt课件20这种试验方法模拟在法向应力作用下固结完成但在剪应力作用下不排水的工况，由于放置了透水板，更不能保证在剪切时处于完全不排水的状态，对于透水性比较大的土样将会得到过大的抗剪强度值。固结快剪试验得到的指标用

ccq、

cq表示。21ppt课件这种试验方法模拟在法向应力作用下固结完成但在21慢剪试验

施加竖向压力后土样固结排水的要求与固结快剪试验相同，在固结终了后以相当慢的速度施加水平剪力，剪切速率控制在小于0.02mm/min以使土样在剪切过程中有充分时间排水和产生体积变形，得到的指标模拟完全排水的工况。慢剪试验指标用

cs

、

s

。

22ppt课件慢剪试验22ppt课件22直剪试验排水控制措施竖向压力剪应力结果快剪不用透水板立即剪切快速固结快剪用透水板快速剪切时透水途径通畅慢剪用透水板慢速23ppt课件直剪试验排水控制措施竖向压力剪应力结果快剪不用透水板快速固结23直剪仪不能有效地控制排水直剪仪中的土样无法封闭，无论土样承受法向应力或剪应力，无论剪切速度多快，孔隙水总会沿着土样和环刀之间的缝隙流失，无法测定不排水条件下的强度，使快剪试验的结果特别离散，而且内摩擦角往往偏大，用于工程是偏于危险的；在固结快剪试验中，剪切时的排水也使内摩擦角偏大。24ppt课件直剪仪不能有效地控制排水直剪仪中的土样无法封闭，无论24曾有文献报道，对于塑性指数小于11的土，固结快剪试验的内摩擦角与慢剪试验的内摩擦角很接近，

一般只比慢剪试验的内摩擦角小1

~2

，但在塑性指数为11~18的土中，两者的数值相差很大，一般为10

左右。这是由于低塑性土的渗透系数比较大，在固结快剪试验中孔隙水消散很快，剪切时土的固结状态已接近于慢剪试验，因此两者的结果相近。由此可见，直剪试验不适用于低塑性土。25ppt课件曾有文献报道，对于塑性指数小于11的土，固结快剪试验25仪器构造的缺陷直剪仪上下盒之间的缝隙

为了避免上下盒之间的摩擦，在上下盒之间留有一定的缝隙。对软土作快剪试验时，由于竖向荷载对土样的挤压作用，软土侧面挤入缝隙中，既破坏了土的结构，又影响了试验的结果。试验砂土时，细小的砂粒嵌进上下盒之间的缝隙中使摩阻力增大，使试验结果失真。可见直剪仪也不适用于砂土和软土。

26ppt课件仪器构造的缺陷直剪仪上下盒之间的缝隙26ppt课件26人为规定了剪切面直剪试验时土样的剪切面是人为规定的。由于剪切总是发生在上下盒之间，剪切面人为规定为水平方向，这与实际工程中发生在土体内的剪切面方向是不一致的。实际工程中，剪切总是沿着最薄弱的方向发展，而水平方向往往并不是最薄弱的。特别在夹薄层粉砂的粘性土层中，如果硬性规定的剪切面正好在粉砂薄层中，就会得到过大的抗剪强度值。

27ppt课件人为规定了剪切面直剪试验时土样的剪切面是人为规定的27剪切过程中剪切面在变化剪切面积随剪切位移的增加而减小且土样应力条件非常复杂

这一缺点限制了直剪仪在研究方面的应用，但在工程实用方面引起的误差是可以容许的。

28ppt课件剪切过程中剪切面在变化剪切面积随剪切位移的增加而减小28关于直剪仪的总结1.直剪仪存在许多致命的缺陷，国外已经被淘汰，但我国还是常规武器；2.我国地基设计规范对直剪仪的态度，经历了从限制使用条件到企图完全淘汰的过程，但还没有具备淘汰的条件；3.在过渡的时间内，正确认识直剪仪的问题，不致发生滥用是至关重要的；29ppt课件关于直剪仪的总结1.直剪仪存在许多致命的缺陷，国外已经被淘2989设计规范的限制条件还是合适的直剪试验不适用于低塑性土。

直剪试验也不适用于砂土和软土。

如89版《建筑地基基础设计规范》规定直剪试验只适用于二级及三级建筑物的可塑状粘性土和饱和度不大于0.5的粉土。

30ppt课件89设计规范的限制条件还是合适的30ppt课件30三轴试验三轴试验的土样是在轴对称应力条件下剪切的，圆柱形土样侧面作用着小主应力s3

，顶面和底面作用着大主应力s1，大、小主应力可以根据试验要求控制其大小和变化。土样包在不透水的橡皮膜中，在土样的底面和顶面都设置了可以控制的排水管道，通过阀门可以改变土样的排水条件，并可通过管道量测土样顶部或内部的孔隙水压力。31ppt课件三轴试验三轴试验的土样是在轴对称应力条件下剪31三轴试验指标的测定与资料分析三轴试验原理:以材料力学的摩尔圆表示一点的应力状态为基础，以库仑强度理论为准则。三轴试验方法:

利用三轴仪的设备条件，用各种方法模拟土的各种应力条件和物理状态。三轴试验结果的资料整理：试验资料的分析计算：32ppt课件三轴试验指标的测定与资料分析三轴试验原理:32ppt课件32三轴试验原理三轴试验是建立在轴对称极限平衡理论基础上的一种土工试验，与直剪试验相比，应力条件明确，分析原理严密，可以模拟各种排水条件和应力条件。33ppt课件三轴试验原理三轴试验是建立在轴对称极限平衡理论基础上33摩尔圆

土体中一点的应力状态

主应力的

概念

当截面的方向变化时，截面上应力状态的变化

34ppt课件摩尔圆

土体中一点的应力状态

主应力的

概念

当截面的方34摩尔－库仑

强度包线破坏圆是破坏时的应力圆破坏圆的公切线即为强度包线35ppt课件摩尔－库仑

强度包线破坏圆是破坏时的应力圆35ppt课件35

从0点到圆心的距离等于半径除以sin；移项以后就得到极限平衡条件的表达式破坏圆上的应力条件36ppt课件

36化简并通过三角函数间的变换关系，从而可得到常用的土的极限平衡条件：37ppt课件化简并通过三角函数间的变换关系，从而可得到常用的土的37例题土样内摩擦角为=26°，粘聚力为20kPa，承受大主应力和小主应力分别为450kPa和150kPa，，试判断该土样是否达到极限平衡状态？

解已知小主应力，现将其余已知的有关数据代入到式(6-6)的右侧，得小主应力的计算值为：

计算结果可以认为的计算值与已知值相等，所以该土样处于极限平衡状态。

38ppt课件例题土样内摩擦角为=26°，粘聚力为20kPa，承受大主38对上述问题：内摩擦角为=26°，粘聚力为20kPa，承受大主应力和小主应力分别为450kPa和150kPa如果用图解法，则同样会得到摩尔应力圆与抗剪强度线相切的结果。39ppt课件对上述问题：内摩擦角为=26°，粘聚力为39关于摩尔圆的几个概念1.

1＝

3时，摩尔圆为一个点；2.在

1逐渐增大的过程中，达到破坏以前，土体都处于弹性状态；3.K0圆处于弹性状态。当土体处于K0条件时，如图中的K0圆，此时的土体处于弹性平衡状态，不会发生破坏。40ppt课件关于摩尔圆的几个概念1.1＝3时，摩尔圆为一个点；4404.从K0圆到破坏圆的过程，就是土体剪切破坏的发生过程，是从弹性状态向塑性状态发展的过程。在破坏圆上，有两个特征点，一个的最大剪应力，将每个破坏圆是的最大剪应力点连成Kf线，Kf线不是强度包线。41ppt课件4.从K0圆到破坏圆的过程，就是土体剪切破坏的发生过程，是415.一系列破坏圆的公切线才是摩尔强度包线，摩尔强度包线的参数才是抗剪强度指标。42ppt课件5.一系列破坏圆的公切线才是摩尔强度包线，摩尔强度包线的参42三轴仪设备43ppt课件三轴仪设备43ppt课件43三轴仪的主机三轴剪力仪由主机、稳压系统和量测系统三个部分组成。主机包括压力室、周围压力系统和轴向加压设备。圆柱形的土样用橡皮膜包裹密封后置于压力室内，由周围压力系统通过压力水对土样施加周围压力

3，由轴向加压设备通过量力环、活塞杆对土样施加轴向的偏应力（

1-

3），在忽略土样帽与土样之间摩擦力的条件下，周围压力

3即为小主应力，偏应力与周围压力之和

3+(

1-

3)即为大主应力

1。44ppt课件三轴仪的主机三轴剪力仪由主机、稳压系统和量测4445ppt课件45ppt课件45稳压系统包括压力源、调压筒和压力表等，用以调节和保持周围压力的稳定，以保证使用结果的准确性。对于剪切时不排水的试验，采用量测稳压系统中补充给压力室的水量来测定土样的体积变形，此时稳压系统具有量测的作用，但对压力水去除气泡的要求很高。46ppt课件46ppt课件46量测系统用以量测从土样中排出孔隙水的体积，测定孔隙水压力的变化以及对土样施加应力的大小。三轴仪的控制系统可以分别控制土样在周围压力和偏应力作用时的排水条件，可以克服直剪仪无法控制排水条件的缺点，因此能够测定在不同固结排水条件下的抗剪强度指标。47ppt课件量测系统用以量测从土样中排出孔隙水的体积，测47三轴试验方法与分析方法试验方法：不固结不排水剪固结不排水剪固结排水剪分析方法：总应力法有效应力法48ppt课件三轴试验方法与分析方法试验方法：48ppt课件48三种试验的方法试验方法施加周围压力施加偏差压力孔隙水压力不固结不排水剪UU关排水阀门关排水阀门不测孔隙水压力固结不排水剪CU开排水阀门关排水阀门测孔隙水压力排水剪CD开排水阀门开排水阀门保持为零49ppt课件三种试验的方法试验方法施加施加孔隙水压力不固结不排水剪UU关49不固结不排水试验（UU试验）在施加周围压力时关闭排水阀门，此时土样内的孔隙水压力等于周围压力，随后也在关闭排水阀门的条件下施加偏应力，不容许土样中的孔隙水排出，直至土样剪切破坏，测定的抗剪强度指标用cu、

u

表示，对饱和土

u

０。50ppt课件不固结不排水试验（UU试验）在施加周围压力时50饱和土的不固结不排水试验51ppt课件饱和土的不固结不排水试验51ppt课件51非饱和土的不固结不排水试验52ppt课件非饱和土的不固结不排水试验52ppt课件52固结不排水试验（CU试验）试验时先对土样施加周围压力并打开排水阀门，在土样排水所过程中可以观察到土样高度逐步减小和土样体积的减小，如果同时量测孔隙水压力则可观察到孔隙水压力逐步消散。在土样充分排水固结以后关闭排水阀门，然后施加偏应力直至破坏，由于已经关闭了排水阀门，在剪切过程中不可能发生排水。53ppt课件固结不排水试验（CU试验）试验时先对土样施加53固结不排水试验得出的抗剪强度指标用ccu、

cu

表示。如果在剪切过程中打开孔隙水压力阀同时测定土样内的孔隙水压力，则可得到孔隙水压力与剪切应变的关系曲线，并可以求得有效内摩擦角

和有效内聚力c。54ppt课件固结不排水试验得出的抗剪强度指标用ccu、54固结排水试验（CD试验）在施加周围压力和偏应力的全过程中，土样始终处在排水状态，剪切速率应使孔隙水压力始终处于消散为零的状态，因此排水阀门和孔隙水压力阀门始终是打开的。所测定的抗剪强度指标用cd、

d

表示，其物理意义就是有效内摩擦角。

55ppt课件固结排水试验（CD试验）在施加周围压力和偏应力的全过55三轴试验结果的资料整理有4个土样分别在周围压力为50kPa、100kPa、150kPa和200kPa作用下固结不排水试验，测得剪切破坏时的偏应力如表所示。根据已知的周围压力和偏应力，所计算最大主应力以及破坏时摩尔圆的圆心位置坐标和半径也列于表内：56ppt课件三轴试验结果的资料整理有4个土样分别在周围压力为5056不固结不排水剪资料整理试验记录的是周围压力，即小主应力

3和轴向的力，即测力计读数与测力计率定系数的乘积CR;轴向力除以校正后的试样面积，就得到主应力差1-3;57ppt课件不固结不排水剪资料整理试验记录的是周围压力，57主应力差除以2就得到破坏应力圆的半径。破坏应力圆的半径主应力差加小主应力就得到大主应力1。计算大、小主应力之和的一半，就得到破坏应力圆的圆心坐标值已知圆心坐标和半径，就可以画破坏应力圆。58ppt课件主应力差除以2就得到破坏应力圆的半径。58ppt课件58固结不排水剪资料整理试样固结后的高度试样固结后的面积试样面积校正59ppt课件固结不排水剪资料整理试样固结后的高度59ppt课件59总应力分析轴向应变圆心坐标莫尔圆半径60ppt课件总应力分析轴向应变圆心坐标莫尔圆半径60ppt课件60有效应力分析有效应力孔隙水压力对强度的影响用有效应力表示的强度61ppt课件有效应力分析有效应力61ppt课件61有效应力圆的圆心坐标与半径的计算公式表明，有效应力圆的圆心与总应力圆的圆心之差为破坏时的孔隙水压力，有效应力圆的半径与总应力圆相同。62ppt课件有效应力圆的圆心坐标与半径的计算公式表明，有效应力圆的圆心与62有效大主应力有效小主应力63ppt课件有效大主应力63ppt课件63有效主应力比初始孔隙水压力系数破坏时孔隙水压力系数64ppt课件有效主应力比64ppt课件64孔隙水压力与应变的关系65ppt课件孔隙水压力与应变的关系65ppt课件65有效主应力比与应变关系66ppt课件有效主应力比与应变关系66ppt课件66应力路径曲线67ppt课件应力路径曲线67ppt课件67有效内摩擦角有效内聚力68ppt课件有效内摩擦角68ppt课件68破坏点的取值标准以主应力差的峰值作为破坏点以有效主应力比的峰值作为破坏点以有效应力路径的密集点为破坏点以轴向应变15％时的主应力差为破坏点69ppt课件破坏点的取值标准以主应力差的峰值作为破坏点69ppt课件69正确使用不固结不排水抗剪强度不固结不排水强度是天然强度，不是强度指标；不固结不排水强度是总强度，反映了某种状态的结果；无法反映土的抗剪强度随法向应力变化的规律；如何提供土层的代表性数值？70ppt课件正确使用不固结不排水抗剪强度不固结不排水强度70正常压密土层不固结不排水强度随深度增长，不能提供平均值。

cuz

71ppt课件正常压密土层不固结不排水强度随深度增长，不能提供平均值。c71不适当的使用不固结不排水剪用以计算地基承载力，不能反映基础埋置深度对承载力的影响；用以计算土压力，不能反映实际的情况。固结不排水剪不固结不排水剪72ppt课件不适当的使用不固结不排水剪用以计算地基承载力，不能反映基础埋72无侧限抗压强度试验相当于周围压力为零的三轴不固结不排水剪试验。灵敏度73ppt课件无侧限抗压强度试验相当于周围压力为零的三轴不固结不排水剪试验73例题1.计算大主应力；2.计算有效的大、小主应力；3.分别计算总应力圆和有效应力圆的半径和圆心坐标。74ppt课件例题1.计算大主应力；74ppt课件7475ppt课件75ppt课件7576ppt课件76ppt课件76关于直剪和三轴仪的选用地基规范已经废除了直剪试验勘察规范仍可有条件地使用三次规范修订时对直剪和三轴的说法我国面前大面积推广三轴的条件如何实现用三轴试验完成剪切试验？仪器条件－配备一定数量的设备技术和人员－具有一支技术队伍技术要求－少而精77ppt课件关于直剪和三轴仪的选用地基规范已经废除了直剪试验77ppt课77非饱和土抗剪强度试验的问题1.我们这里做三轴不固结不排水试验都是先让试样饱和，然后再进行试验，结果是硬塑至坚硬的土，其抗剪强度也很低（内聚力c小于30kPa，内摩擦角

小于10度）。不知道是否合理。

78ppt课件非饱和土抗剪强度试验的问题1.我们这里做三轴不固结不排水试验782.《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002要求土的剪切指标用三轴压缩试验中的不固结不排水试验确定，对于非饱和土，在试验前先进行饱和再试验，其试验结果还能代表实际地层的力学性质吗？3.不饱和的土比如黄土又如何确定内聚力c和内摩擦角

呢？

79ppt课件2.《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002要求土的79

自然界的土不全部都是饱和土，但传统的土力学却是在饱和土的基础上发展起来的，非饱和土的土力学还处在发展阶段，非饱和土的试验比饱和土更为复杂。由于理解上的误区和一些规范的规定不合适，引起了人们认识上的混乱，用饱和土的试验方法来测定非饱和土的抗剪强度，这怎么能够得到符合实际的指标呢？

80ppt课件自然界的土不全部都是饱和土，但传统的土力学却是在饱和土的基80非饱和土的抗剪强度公式81ppt课件非饱和土的抗剪强度公式81ppt课件81当土接近饱和时，基质吸力趋向于零，孔隙水压力接近于孔隙气压力，上式中的第3项趋于零，就变为饱和土的抗剪强度公式。如果要得到上述公式中的3个抗剪强度的参数，试验时不仅需要量测孔隙水压力，而且还需要量测孔隙气压力，这在一般的常规三轴仪上是无法进行试验的，必须配备特殊的量测孔隙气压力的设备。82ppt课件当土接近饱和时，基质吸力趋向于零，孔隙水压力82量测的关键装置是高进气值陶瓷板，它具有许多均匀小孔，能够在空气和水之间起隔膜作用。陶瓷板用高岭土焙烧制成，一旦充水饱和，由于收缩膜的阻挡，空气就不能通过陶瓷板。陶瓷板所以能够阻挡空气通过是因为收缩膜产生表面张力。收缩膜上方的空气压力与收缩膜下面的水压之间的差值定义为基质吸力。陶瓷板能够保持的最大基质吸力值称为它的进气值，进气值的大小与板的孔径成反比。按照试验的要求，可以选用不同进气值规格的陶瓷板，在国外这种陶瓷板都有专门的生产。83ppt课件量测的关键装置是高进气值陶瓷板，它具有许多均匀小孔，能够在空8384ppt课件84ppt课件84进行非饱和土试验时，如果孔隙水压力接近－1大气压，将会遇到困难。此时，水将出现水蚀现象，使量测系统中充满气体，量测系统中的水会被迫进入土中。为了避免出现这种情况，通常采用轴平移技术，将基准压力平移，使孔隙水压力能以正的空气压力作为量测基准。图是采用轴平移技术在非饱和土试样中量测孔隙水压力的示意图。85ppt课件进行非饱和土试验时，如果孔隙水压力接近－1大气压，将会遇到困85轴平移202kPa空气通过高进气值陶瓷板面扩散86ppt课件86ppt课件86非饱和土的三轴试验分为固结排水试验、常含水量试验、固结不排水试验、不排水试验和无侧限试验等五种不同的试验，试验中是否排水和控制与量测的项目见表。有些试验的名称虽然和饱和土的试验名称一样，但是实际发生的物理过程是不同的，例如非饱和土固结的过程与饱和土不同，它包括了孔隙水与孔隙气的外排，也包括气体部分的溶解与水或者水中气泡的逸出。

87ppt课件非饱和土的三轴试验分为固结排水试验、常含水量试验、固结不排水8788ppt课件88ppt课件88非饱和土的不排水试验89ppt课件非饱和土的不排水试验89ppt课件89工程中的抗剪强度问题90ppt课件工程中的抗剪强度问题90ppt课件9091ppt课件91ppt课件9192ppt课件92ppt课件9293ppt课件93ppt课件9394ppt课件94ppt课件94地基承载力问题土压力问题路堤的稳定性95ppt课件地基承载力问题95ppt课件95地基承载力问题建筑物对地基施加荷载后，地基产生滑动的趋势，在滑动面上由土的抗剪强度抵抗外荷载引起的应力。96ppt课件地基承载力问题建筑物对地基施加荷载后，地基产生滑动的趋势，在96地基承载力计算公式分为两类，一类是地基极限承载力公式：式中N

、Nq、Nc为承载力系数，都是土的内摩擦角的函数；c为土的的粘聚力。97ppt课件地基承载力计算公式分为两类，一类是地基极限承载力公式：97p97三个承载力系数都是内摩擦角的函数98ppt课件三个承载力系数都是内摩擦角的函数98ppt课件98软土不固结不排水剪

＝0极限承载力Nc＝5.14

Nq＝1.0

N

＝099ppt课件软土不固结不排水剪99ppt课件99另一类是容许承载力公式，如《建筑地基基础设计规范》所采用的公式。100ppt课件另一类是容许承载力公式，如《建筑地基基础设计规范》所采用的公100Skempton地基极限承载力公式

101ppt课件Skempton地基极限承载力公式101ppt课件101上海地区的验算资料三个典型的工程资料102ppt课件上海地区的验算资料三个典型的工程资料102ppt课件102未控制堆载速率引起的地基破坏上海焦化厂配煤房

103ppt课件未控制堆载速率引起的地基破坏上海焦化厂配煤房103ppt课103焦化厂配煤房由图所示的5个圆形的钢筋混凝土储煤筒仓组成，储煤筒仓直径8m，高31m，并排置于带肋的钢筋混凝土筏板基础上，基础面积为46.5m×10.76m，基础板厚度为30cm，埋置深度1.5m。

104ppt课件焦化厂配煤房由图所示的5个圆形的钢筋混凝土储煤筒仓组成，储煤104储煤筒仓的结构自重为38000kN，可装煤21500kN。结构自重产生的基础底面压力为76kPa，总荷载（结构自重加储煤重量）产生的基础底面压力为119kPa。105ppt课件储煤筒仓的结构自重为38000kN，可装煤21500kN。结105地基土的抗剪强度指标106ppt课件地基土的抗剪强度指标106ppt课件106107ppt课件107ppt课件107108ppt课件108ppt课件108109ppt课件109ppt课件109配煤房在上部结构竣工前后3个月内的平均沉降为47mm，沉降速率为0.5mm/d，已发现沉降稍有不均匀，南侧沉降较大，整体倾斜仅为2.7‰。竣工后6个月投入生产时，在5天内将5个储煤筒仓全部装满煤，荷载突然增加了21500kN，平均加荷速率为4300kN/d，基础底面压力的增长速率为8.6kPa/d。此时发现沉降速率迅速加快，加煤停止时，基础南边的沉降速率为10mm/d，北边为8mm/d；停止加煤后4天时沉降速率增大至最大值，南边达45mm/d，北边为27mm/d。110ppt课件配煤房在上部结构竣工前后3个月内的平均沉降为110由于南北两侧的沉降不均匀，配煤房出现了明显的倾斜，实测倾斜的发展过程曲线见图3-22。最大的倾斜达到24‰，储煤筒仓的重心明显偏离基础形心，不利于建筑物的稳定，于是决定采取工程措施进行纠偏。111ppt课件由于南北两侧的沉降不均匀，配煤房出现了明显的111在配煤房的北侧堆放钢锭30000kN，控制堆载的速度不超过500kN/d，在纠偏荷载的作用下，配煤房的倾斜逐渐减少，压载3年后逐渐卸载，但沉降仍在继续发展，卸载后6年实测的最大沉降量为1200mm，最小沉降1100mm。112ppt课件在配煤房的北侧堆放钢锭30000kN，控制堆112

分别采用固结不排水试验指标和不固结不排水试验指标计算地基极限承载力。取直剪试验结果的内摩擦角

＝13

，粘聚力c=12kPa时，用Hansen公式求得极限承载力等于202kPa。取原位十字板剪切试验结果粘聚力cu=22kPa时，求得极限承载力等于135kPa。

地基承载力安全度分析113ppt课件地基承载力安全度分析113ppt课件113原位十字板强度相当于土的天然强度，适用于加荷速度很快，地基土来不及排水固结时的地基稳定验算。对于焦化厂配煤房正常的施工期来说，由于加荷速度比较慢，采用不固结不排水强度指标就低估了地基承载力；固结不排水试验强度反映了地基固结对强度的影响，如果用于快速加荷条件下的地基承载力计算，则过高地估计了地基承载力，得到了偏于危险的计算结果。

114ppt课件原位十字板强度相当于土的天然强度，适用于加荷速度很快114在这个工程实例中，采用固结不排水试验指标计算得到的安全系数为1.70，与安全系数的一般经验值相比已经是偏小了。如按一般考虑取安全系数为2，则得容许承载力101kPa，而基底压力已达119kPa，显然即使没有快速装煤，这个设计也是偏于不安全的。

115ppt课件在这个工程实例中，采用固结不排水试验指标计算得到的安115

如果考虑到由于装煤的时间很短，地基土来不及排水固结，则应采用不固结不排水试验指标验算。按不固结不排水指标得到的安全系数只有1.13，

已经临近极限状态了。当然，这个估计是偏于保守的。因为实际的情况可能介于两者之间。即结构自重部分的加荷速度比较慢，施工结束后又有6个月的间歇时间，可以考虑部分的排水固结，而活载加荷速度又很快，后一部分加荷过程中不应考虑强度的增长。则实际的安全系数应当介于上述两种情况的安全系数1.13~1.70之间。

116ppt课件如果考虑到由于装煤的时间很短，地基土来不及排水固结，116土压力问题土压力的计算也需要用土的抗剪强度指标，如主动土压力计算公式：117ppt课件土压力问题土压力的计算也需要用土的抗剪强度指标，如主动土压力117

在基坑工程设计中，土压力是作用于基坑支护结构上的侧向荷载，土压力估计值的大小直接影响基坑工程设计的安全与经济。目前上海地区的工程经验是建立在采用直剪固快强度指标的基础上，关于计算土压力时如何考虑地下水作用的问题是十分重要的，存在不同的方法，称为水土分算还是水土合算。118ppt课件在基坑工程设计中，土压力是作用于基坑支护结构上118

按有效应力原理计算

地下水的作用单独考虑，则土压力采用浮重度计算，内摩擦角也采用有效内摩擦角，即按有效应力原理计算：119ppt课件按有效应力原理计算地下水的作用单独考虑，则土压力采用浮重119总应力法计算水土分算：地下水作用单独考虑，土压力用浮重度计算，但内摩擦角则用总应力指标计算：120ppt课件总应力法计算水土分算：地下水作用单独考虑，土压力用浮重度计算120水土合算：地下水的作用合在土的重度中反映，故采用饱和重度计算，内摩擦角也采用总应力指标：121ppt课件水土合算：地下水的作用合在土的重度中反映，故采用饱和重度计算121上海地区的一些局部经验

按水土分算原则，应采用有效指标计算，但目前勘察报告中很少提供有效指标，如果采用总应力指标是否可行？对于开挖深度在5m左右的基坑，若干对比数据的计算表明，采用总应力指标计算的土压力与采用有效指标计算的土压力基本相当。122ppt课件上海地区的一些局部经验按水土分算原则，应采用122四个工程的计算对比资料

123ppt课件四个工程的计算对比资料123ppt课件123计算方法的选用在砂土和粉土层中，用砂土分算的方法计算围护结构上的侧向压力，砂土或粉土的总应力指标与有效指标接近；在粘性土层中，采用水土分算的方法计算，可用总应力指标计算；在有经验时，也可采用水土合算的方法计算。124ppt课件计算方法的选用在砂土和粉土层中，用砂土分算的124在基坑开挖时，基坑外侧如果不考虑地下水位的变化，竖向的自重应力保持不变，水平方向的应力减少，随着开挖深度增加，水平应力逐步减小，直至主动土压力状态。这个变化过程可以用减少试样侧压力的方法进行模拟，在三轴仪上，保持轴向压力不变而减少侧压力，直至试样破坏。

模拟实际应力历史的特殊试验125ppt课件在基坑开挖时，基坑外侧如果不考虑地下水位的变化，竖向125侧压减少的试验与单轴压缩试验结果的比较侧压减少试