土力学 课件 李顺群 第5-10章 土的压缩性 -土坡稳定性

土力学第5章土的压缩性5.1

概述5.2室内压缩试验及压缩性指标5.3

应力历史对压缩性的影响5.4

土的变形模量和弹性模量5.1概述土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出占总压缩量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土粘性土透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程5.1概述

固结试验可以测定土的压缩系数a和压缩模量Es等压缩性指标。室内土样在侧限条件下所完成的固结，称为K0固结。K0为土的静止侧压力系数，也叫静止土压力系数。天然土层在自重应力或大面积荷载作用下，所完成的固结均为K0固结。室内土的三轴压缩试验或无侧限抗压试验，可以测定土的弹性模量E；还可以测定土的抗剪强度指标。当考虑应力历史对土的压缩性影响时，可以测定土的压缩指数Cc等指标。原位的测试方法：现场（静）载荷试验（浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验），利用与其它现场试验（如标贯、静力触探、圆锥动力触探等）建立关系间接求出变形模量第5章土的压缩性5.1

概述5.2室内压缩试验及压缩性指标5.3

应力历史对压缩性的影响5.4

土的变形模量和弹性模量5.2室内压缩试验及压缩性指标压缩曲线5.2.2室内压缩试验5.2.1压缩性指标5.2.3回弹曲线和再压缩曲线5.2.4压缩曲线是土的孔隙比与所受压力的关系曲线，从而得到土的压缩性指标三联固结仪5.2.1室内压缩试验刚性护环加压活塞透水石环刀底座透水石土样荷载注意：土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形1.压缩仪示意图5.2.1室内压缩试验2.试验过程百分表加压上盖试样透水石护环环刀压缩容器P1s1e1e0ptestP2s2e2P3s3e3（1）普通直角坐标e-p曲线一般按50、100、200、300、400kPa五级加荷，第一级压力软土宜从12.5或25kPa开始。加荷率（前后两级荷载之差与前一级荷载之比）取≤1（2）半对数直角坐标e-lgp曲线初始阶段加荷率取0.5一般按12.5、18.75、25、37.5、50、100、200、300、400、800、1600、3200kPa注意：读数时间5.2.1室内压缩试验研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eiVs＝1H1/(1+ei)H1∆Hi土样在压缩前后变形量为∆Hi，整个过程中土粒体积和底面积不变土粒高度在受压前后不变整理其中根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，为压缩曲线p5.2.2压缩曲线e0eppee-p曲线曲线A曲线B曲线A压缩性＞曲线B压缩性

压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高5.2.2压缩曲线土的压缩系数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力增量的比值，即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线△p△e利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压缩性高低在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压缩性常用p1＝100kPa、p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性

a1-2＜0.1MPa-1

低压缩性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1

中压缩性土a1-2≥0.5MPa-1

高压缩性土5.2.3压缩性指标5.2.3压缩性指标土的压缩指数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效压力常用对数值增量的比值，即e-lgp曲线中某一压力段的直线斜率。e-lgp曲线后压力段接近直线，其斜率Cc为：同压缩系数一样，压缩指数Cc值越大，土的压缩性越高。低压缩性土的Cc值一般小于0.2，Cc值大于0.4为高压缩性土。5.2.3压缩性指标Vv＝e1Vs＝1H1/(1+e1)H1Vv＝e2Vs＝1H2/(1+e2)pH2p2∆Hp1土的压缩模量：土体在侧限条件下的竖向附加压应力与竖向应变之比值。ΔH/H1即为土样的竖向应变由说明：土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成反比，Es愈大，a愈小，土的压缩性愈低得5.2.3压缩性指标土的体积压缩系数mv：土体在侧限条件下的竖向(体积）应变与竖向附加压应力之比（MPa-1),亦称单向体积压缩系数，即土的压缩模量的倒数。说明：同土的压缩系数a一样，mv值越大，土的压缩性越高5.2.4回弹曲线和再压缩曲线p(lg)压缩曲线回弹曲线再压缩曲线pip压缩曲线回弹曲线再压缩曲线pi第5章土的压缩性5.1

概述5.2室内压缩试验及压缩性指标5.3

应力历史对压缩性的影响5.4

土的变形模量和弹性模量5.3.1沉积土（层）的应力历史先期固结压力（前期固结压力）：天然土层在历史上受过最大固结压力（指土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力）。土在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力根据应力历史分类：正常固结土超固结土次固结土先期固结压力小于现有覆盖土重超固结比OCR：先期固结压力与现有覆盖土重之比。先期固结压力，kPa现有覆盖土重，kPaOCR=1正常固结土OCR>1超固结土OCR<1欠固结土《高层建筑岩土工程勘察规程》OCR＝1.0～1.2为正常固结土。hp1=γhA类土层pc=p1现在地面正常固结土hp1=γhB类土层pc>p1现在地面剥蚀前地面hc超固结土hp1=γhC类土层pc<p1现在地面hc欠固结土5.3.1沉积土（层）的应力历史确定先期固结压力，应结合场地地形、地貌等形成历史的调查资料加以判断，如历史上由于自然力（流水、冰川等地质作用的剥蚀）和人工开挖等剥去原始地表土层，或在现场堆载预压作用等，都可能使土层成为超固结土；新近沉积的粘性土、粉土、海滨淤泥、年代不久的人工填土及地下水位发生下降，都可使土层处于欠固结状态。5.3.2先期固结压力及现场压缩曲线的确定ep(lg)CD在e-lgp曲线上，找出曲率最大点m作水平线m1作m点切线m2作m1,m2的角分线m3m3与试验曲线的直线段交于点BB点对应于先期固结压力pcmrmin123pcAB先期固结压力pc的确定（卡萨格兰德法）第5章土的压缩性5.1

概述5.2室内压缩试验及压缩性指标5.3

应力历史对压缩性的影响5.4

土的变形模量和弹性模量5.4.1变形模量百分表百分表千斤顶千斤顶堆重排钢梁木垛载荷板载荷板钢梁（各由两个地锚锚住）地锚(a)堆重－千斤顶式(b)地锚－千斤顶式浅层平板载荷试验载荷架示例5.4.1变形模量1、地基土浅层平板载荷试验可适用于确定浅部地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力。承压板面积不应小于0.25m2，对于软土不应小于0.5m2。2、试验基坑宽度不应小于承压板宽度或直径的三倍。应保持试验土层的原状结构和天然湿度。宜在拟试压表面用粗砂或中砂层找平，其厚度不超过20mm。3、加荷等级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的两倍。4、每级加载后,按间隔10、10、10、15、15min，以后为每隔半小时测读一次沉降量，当在连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定,可加下一级荷载。5、当出现下列情况之一时，即可终止加载：

（1）承压板周围的土明显地侧向挤出；

（2）沉降S急骤增大，荷载-沉降(P-S)曲线出现现陡降段；

（3）在某一级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳定；

（4）沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。

当满足前四种情况之一时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。注意事项：5.4.1变形模量计算公式：对刚性承压板应取ωr＝0.886（方形压板）＝0.785（圆形压板）或d—承压板的直径由得土的弹性模量是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。轴向应变主应力差σ1-σ3EiEr破坏静荷载压缩模量变形模量动荷载弹性模量弹性模量远大于变形模量Er=再加荷模量Ei=初始切线模量土样随着应变量增大而逐渐硬化Er就是现场条件下的土的弹性模量测试方法：室内三轴仪进行三轴压缩试验或无侧限压缩仪进行单轴压缩试验土的弹性模量与不排水三轴压缩试验所得到的强度之间的关系（σ1-σ3）f

—不排水三轴压缩试验土样破坏时的主应力差，psf(1psf=47.9kPa)5.4.2弹性模量5.4.3三种模量之间的关系压缩模量是根据室内压缩试验得到的，它是指土在完全侧限条件下，竖向正应力与相应变形稳定后的正应变比值。变形模量是根据现场载荷试验得到的，它是指土在侧向自由膨胀条件下正应力与相应正应变的比值。弹性模量是指正应力与弹性（即可恢复）正应变的比值。根据定义可以看出，压缩模量和变形模量对应的应变为总应变，既包括可恢复的弹性应变又包括不可恢复的塑性应变；而弹性模量对应的应变只包含弹性应变。5.4.3三种模量之间的关系压缩模量指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力与应变增量之比。变形模量指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应变之比。土的侧膨胀系数μ（泊松比）：无侧限条件下受压时，侧向ε与竖向ε的比值土的侧压力系数K0:侧限条件下受压时，侧向σ与竖向σ的比值这只是理论关系。实际上由于E0和Es的测定有些因素无法考虑到，使上式不能准确反映它们的关系。主要因素有：压缩试验的土样容易受到扰动（尤其是低压缩性土）；载荷试验与压缩试验的加荷速率、压缩稳定的标准都不一样；μ值不易精确确定等。一般，土越坚硬E0值是βEs的倍数越大，而软土则相近。第6章地基变形6.1

概述6.2地基最终沉降计算6.3

地基变形与时间的关系6.4

利用沉降观测资料推算后期沉降量6.1概述

建筑物或堤坝（土工建筑物）荷载通过基础、填方路基（路堤）或水坝传递给地基，使天然土层原有的应力状态发生变化，即在基底压力的作用下，地基中产生了附加应力和竖向、侧向（或剪切）变形，导致建筑物或堤坝及其周边环境产生沉降和位移。沉降类：

地基表面沉降（即基础、路基或坝基的沉降）、基坑回弹、地基土分层沉降和周边场地沉降等位移类：

建筑物主体倾斜、堤坝的垂直和水平位移、基坑支护倾斜和周边场地滑坡（边坡的垂直和水平位移）等墨西哥某宫殿左部：1709年

右部：1622年

地基：20多米厚粘土工程实例问题：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年加固工程实例Kiss由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触工程实例基坑开挖，引起阳台裂缝新建筑引起原有建筑物开裂工程实例高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除工程实例建筑物立面高差过大47m3915019419917587沉降曲线(mm)工程实例建筑物过长：长高比7.6:16.1概述地基变形在其表面形成的垂直变形量称为建筑物的沉降量。在外荷载作用下地基土层被压缩达到稳定时基础底面的沉降量称为地基最终沉降量。地基各部分垂直变形量的差值称为沉降差。地基变形计算方法弹性理论法分层总和法应力历史法应力路径法斯肯普顿－比伦法第6章地基变形6.1

概述6.2地基最终沉降计算6.3

地基变形与时间的关系6.4

利用沉降观测资料推算后期沉降量6.2.1弹性力学法弹性理论法计算地基沉降是基于布辛奈斯克课题的位移解；地基沉降的弹性力学公式，常用于计算饱和软粘土地基在荷载作用下的初始沉降，也适用于砂土地基沉降计算。弹性半空间表面作用一个竖向集中力P时，则半空间表面任意点的竖向位移w(x,y,0)就是地基表面的沉降S:式中：s—竖向集中力P作用下的地基表面任意点沉降；

r—地基表面任意点到竖向集中力作用点的距离，；

E—地基土的弹性模量，常用变形模量E0代之；

μ—地基土的泊松比；PrsOzM矩形角点下地面沉降计算荷载性质：柔性荷载计算方法：角点法，叠加原理

均布矩形荷载p0(基底附加压力）作用下，其角点的沉降为：按上式积分可得角点C的沉降：

c角点沉降影响系数。其中m=l/b6.2.1弹性力学法矩形中心点下地面沉降计算均布矩形荷载p0作用下，其中心点的沉降为：

０中心点沉降影响系数,０＝2

c矩形荷载下地面平均沉降均布矩形荷载p0作用下，其平均沉降为：积分得：

m平均沉降影响系数。6.2.1弹性力学法为了便于查表计算：式中：s—地基表面各种计算点沉降量（mm）；

b—矩形荷载的宽度或圆形荷载的直径（m）；

p—地基表面均布荷载（kPa）；

E0—地基土的变形模量，替换不常用弹性模量E；

ω—各种沉降影响系数，书P143，查表6-1；对于刚性基础，常用基底平均附加压力p0代替p，ω取刚性基础沉降影响系数ωr。对于成层土地基，在地基压缩层深度范围内应取各土层的变形模量E0i和泊松比μi的加权平均值

和

，即近似均按各土层厚度的加权平均取值。6.2.1弹性力学法6.2.2分层总和法地基最终沉降量地基变形稳定后基础底面的沉降量。按分层总和法计算基础（地基表面）最终沉降量，应在地基压缩层深度范围内划分为若干分层，计算各分层的压缩量，然后求其总和。

地基压缩层深度：指自基础底面向下需要计算变形所达到的深度，该深度以下土层的变形值小到可以忽略不计，亦称地基变形计算深度。

土的压缩性指标从固结试验的压缩曲线中确定，即按e-p曲线确定。（1）基本假设地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标

为了弥补假定所引起误差，取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降（2）单一压缩土层的沉降计算在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。1.单一土层压缩公式6.2.2分层总和法△p∞∞可压缩土层H2H1s土层竖向应力由p1增加到p2，引起孔隙比从e1减小到e2，竖向应力增量为△p由于所以1.单一土层压缩公式6.2.2分层总和法分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量△si,基础的平均沉降量s等于△si的总和ei第i层土的压缩应变e1i———由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比e2i———由第i层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比ei土的压缩应变2.单向压缩分层总和法6.2.2分层总和法dσc线σz线2.单向压缩分层总和法计算步骤：1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线2.确定地基沉降计算深度3.确定沉降计算深度范围内的分层界面4.计算各分层沉降量5.计算基础最终沉降量6.2.2分层总和法6.2.2

分层总和法2.单向压缩分层总和法绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线确定基础沉降计算深度一般取附加应力与自重应力的比值为20％处，即σz=0.2σc处的深度作为沉降计算深度的下限确定地基分层1.不同土层的分界面与地下水位面为天然层面2.每层厚度hi≤0.4b计算各分层沉降量根据自重应力、附加应力曲线、e-p压缩曲线计算任一分层沉降量对于软土，应该取σz=0.1σc处，若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止计算基础最终沉降量d地基沉降计算深度σc线σz线6.2.2

分层总和法3.《规范》法由《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）提出分层总和法的另一种形式沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数

均质地基土，在侧限条件下，压缩模量Es不随深度而变，从基底至深度z的压缩量为附加应力面积深度z范围内的附加应力面积附加应力通式σz=α

p0代入引入平均附加应力系数因此附加应力面积表示为因此利用附加应力面积A的等代值计算地基任意深度范围内的沉降量，因此第i层沉降量为根据分层总和法基本原理可得成层地基最终沉降量的基本公式zi-1地基沉降计算深度znzi△zzi-1534612b12345612p0p0第n层第i层ziAiAi-13.《规范》法6.2.2

分层总和法3.《规范》法6.2.2

分层总和法地基沉降计算深度zn应该满足的条件zi、zi-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)ai、ai-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩表面为止（P151)当无相邻荷载影响，基础宽度在1～30m范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降计算经验系数ys，可以查有关系数表得到地基最终沉降量修正公式地基沉降计算中的有关问题6.2.2

分层总和法（1）分层总和法在计算中假定不符合实际情况假定地基无侧向变形

计算结果偏小计算采用基础中心点下土的附加应力和沉降

计算结果偏大两者在一定程度上相互抵消误差，但精确误差难以估计（2）分层总和法中附加应力计算应考虑土体在自重作用下的固结程度，未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量；相邻荷载对沉降量有较大的影响，在附加应力计算中应考虑相邻荷载的作用

（3）当建筑物基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基土的回弹，建筑物施工时又产生地基土再压缩的情况1.正常固结土的沉降6.2.3

应力历史法εi—第i分层的压缩应变

Hi—第i分层的厚度单层：多层：p(lg)斜率Cc2.超固结土的沉降6.2.3

应力历史法p1＋Δp<pc回弹指数Cepcp(lg)斜率Cc斜率Ce2.超固结土的沉降6.2.3

应力历史法回弹指数Cepcp(lg)斜率Cc斜率Cep1＋Δp>pc3.欠固结土的沉降6.2.3

应力历史法欠固结土的沉降包括由于地基附加应力所引起的，以及原有土自重应力作用下的固结还没有达到稳定的那一部分沉降在内p(lg)pci—第i分层的实际有效压力，小于土的自重应力p1i尽管欠固结土不常见，但在计算固结沉降时，必须考虑自重应力作用下继续固结引起的一部分沉降。第6章地基变形6.1

概述6.2地基最终沉降计算6.3

地基变形与时间的关系6.4

利用沉降观测资料推算后期沉降量6.3地基变形与时间的关系太沙基一维固结理论6.3.2饱和土中的有效应力6.3.1初始超静孔隙水压非均匀分布时的解答6.3.3地基固结过程中任意时刻的变形量6.3.46.3.1

饱和土固结时的有效应力

一般认为当土中孔隙体积的80％以上为水充满时，土中虽有少量气体存在，但大都是封闭气体，则可视为饱和土。次固结渗透固结（主固结）饱和土的固结土孔隙中自由水的排出速度所决定土骨架的蠕变速度所决定饱和土在附加压应力作用下，孔隙中相应的一些自由水将随时间而逐渐被排出，同时孔隙体积也随着缩小，这个过程称为饱和土的渗透固结。饱和土渗透固结时的土中总应力通常指作用在土中的附加应力σz加压瞬间固结完成饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压力向有效力应力转化的过程p附加应力:

z=p超静孔压:

u=z=p有效应力:

z=0附加应力:σz=p超静孔压:

u<p有效应力:σz>0附加应力:σz=p超静孔压:

u=0有效应力:σz=p6.3.1

饱和土固结时的有效应力6.3.2

太沙基一维固结理论H岩层pu0=puzσ

z有效应力原理u0起始孔隙水压力在可压缩层厚度为H的饱和土层上面施加无限均布荷载p，土中附加应力沿深度均匀分布，土层只在竖直方向发生渗透和变形1.土层是均质、各向同性和完全饱和的2.土的压缩完全由孔隙体积减小引起，土体和水不可压缩3.土中附加应力平面无限均匀分布，土的固结和排水仅在竖直方向发生4.土中水的渗流服从达西定律5.在渗透固结过程中，土的渗透系数k和压缩系数a视为常数6.外荷一次骤然施加，在固结过程中保持不变7.土体变形完全是由土层中超孔隙水压力消散引起的1、基本假定2、控制方程和求解条件在外荷载一次施加后某时间t(s)流入和流出单元体的单位渗水量q’和q’’分别为k—z方向的渗透系数，cm/s(1cm/s≈3×107cm/年）；h—透水面下z深度处的超静水头，cm。6.3.2

太沙基一维固结理论2、控制方程和求解条件单元体单位时间渗水量变化为单元体中孔隙体积Vv=Vw的变化为e为天然孔隙比根据固结渗流连续条件，单元体在某时间t的渗水量变化应等于孔隙体积的变化得又根据dσ’有效应力增量代入得或6.3.2

太沙基一维固结理论σz—附加应力，连续均布荷载下σz=pu—超孔隙水压力，u=hγw2、控制方程和求解条件根据土骨架和孔隙水共同分担外压的平衡条件由和代入得和令得cv—土的竖向固结系数（cm2/s)饱和土的一维固结微分方程其中有关土性参数k、a、e均假定为常数，实际上，随有效应力的增加而略有变化。为简化计算，常取土样固结前后的平均值。适用于单面和双面排水。6.3.2

太沙基一维固结理论2、控制方程和求解条件固结微分方程t=0，0≤z≤H时，u＝σz

0＜t≤∞，z＝0时，u＝00＜t≤∞，z＝H时，∂u/∂z=0

t=∞，0≤z≤H时，u＝0

6.3.2

太沙基一维固结理论3、太沙基一维固结解采用分离变量法，求得傅立叶级数解式中：TV——表示时间因素m——正奇整数1，3，5…；

H——待固结土层最长排水距离(m)，单面排水土层取土层厚度，双面排水土层取土层厚度一半6.3.2

太沙基一维固结理论地基固结度的概念地基固结（压密）度指地基土层在某一压力作用下，经历时间t所产生的固结变形量与最终固结变形量之比值，或土层中（超）孔隙水压力的消散程度，亦称固结比或固结百分数。某一时刻t的地基固结变形量地基最终固结变形量t时刻的孔隙水压力t＝0时的起始孔隙水压力指竖向排水情况下，固结变形与有效应力成正比，因此某一时刻有效应力图面积和最终有效应力图面积之比值称为竖向平均固结度Uz。Uz,t—深度z时刻t的孔隙水压力σz—深度z处的竖向附加应力，在连续均布荷载p作用下，6.3.2

太沙基一维固结理论括号内的级数收敛很快，当U

>30%近似取第一项荷载一次瞬时施加情况的地基平均固结度将代入得式中：TV——表示时间因素m——正奇整数1，3，5…；

exp——指数函数6.3.2

太沙基一维固结理论6.3.3

初始超静孔隙水压非均匀分布时的解答

情况0情况1情况2情况3情况46.3.3

初始超静孔隙水压非均匀分布时的解答6.3.4

地基固结过程中任意时刻的变形量根据土的固结度的定义，可得地基固结过程中任意时刻的变形量为：计算步骤如下：1.计算地基附加应力沿深度的分布2.计算地基竖向固结变形量3.计算土层的竖向固结系数和竖向固结时间因数4.求解地基固结过程中某一时刻t的（竖向）变形量6.3.4

地基固结过程中任意时刻的变形量【习题】厚度H=10m饱和粘土层，在大面积荷载p0=120kPa作用,该土层的初始孔隙比e0=1，压缩系数a=0.3MPa-1，压缩模量Es=6.0MPa，渗透系数k=5.7×10-8cm/s。对粘土层在单面排水或双面排水条件下分别求：①加荷一年时的变形量

②变形量达156mm所需要的时间Hp粘土层不透水层6.3.4

地基固结过程中任意时刻的变形量【解】1.当t=1年的竖向变形量

地基最终沉降量竖向固结系数竖向固结时间因素查P176，表6-10得：Uz=0.39则加荷一年的变形量2.求变形量达156mm所需时间附加应力沿深度是均布的单向排水：竖向固结时间因素查表6-10得Uz=0.75则加荷一年的变形量双向排水：厚度取一半查得Tv=0.53则单向排水双向排水6.4利用沉降观测资料推算后期沉降量本节自学第七章土的抗剪强度第七章土的抗剪强度7.1概述7.2土的抗剪强度理论7.3土的抗剪强度试验7.4无黏性土的抗剪强度7.5饱和黏性土的抗剪强度7.6应力路径目录

CONTENTS第七章土的抗剪强度7.1概述7.2土的抗剪强度理论7.3土的抗剪强度试验7.4无黏性土的抗剪强度7.5饱和黏性土的抗剪强度7.6应力路径目录

CONTENTS7.1概述1.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,即剪切破坏，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。土的强度特点7.1概述土的抗剪强度土体强度破坏的机理：在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。土的抗剪强度：

是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。7.1概述抗剪强度相关工程问题土坡稳定性挡土墙土压力建筑物地基承载力7.1概述土坡稳定性问题崩塌平移滑动旋转滑动流滑7.1概述土坡稳定性问题2000年西藏易贡巨型滑坡7.1概述土坡稳定性问题乌江鸡冠岭山体崩塌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。7.1概述土坡稳定性问题挡土墙失稳滑裂面7.1概述地基承载力问题7.1概述珠海祖国广场基坑塌陷地基承载力问题7.1概述2009年上海闵行区某高楼整体倾倒地基承载力问题第七章土的抗剪强度7.1概述7.2土的抗剪强度理论7.3土的抗剪强度试验7.4无黏性土的抗剪强度7.5饱和黏性土的抗剪强度7.6应力路径目录

CONTENTS7.2土的抗剪强度理论库伦公式

c和是决定土的抗剪强度的两个指标，称为抗剪强度指标c:粘聚力；：内摩擦角。当采用总应力时，称为总应力抗剪强度指标当采用有效应力时，称为有效应力抗剪强度指标库仑（C.A.Coulomb）(1736-1806)7.2土的抗剪强度理论试验方法直剪试验7.2土的抗剪强度理论试验方法直剪试验c

O7.2土的抗剪强度理论试验方法直剪试验7.2土的抗剪强度理论抗剪强度的组成无粘性土内摩擦力滑动摩擦：由剪切面上颗粒与颗粒粗糙面产生的滑动摩擦阻力咬合摩擦：由颗粒之间嵌入和联锁作用产生的咬合摩擦阻力无黏性土的抗剪强度仅由内摩擦力组成颗粒破碎与重排列7.2土的抗剪强度理论抗剪强度的组成无粘性土滑动摩擦：由剪切面上颗粒与颗粒粗糙面产生的滑动摩擦阻力NT=Ntg

uT滑动摩擦

7.2土的抗剪强度理论抗剪强度的组成无粘性土滑动摩擦：由剪切面上颗粒与颗粒粗糙面产生的滑动摩擦阻力由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒大小，矿物组成等因素有关0.020.060.20.6230

20

颗粒直径(mm)滑动摩擦角

u粗粉细砂中砂粗砂7.2土的抗剪强度理论抗剪强度的组成无粘性土CABCAB剪切面当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处被剪断（C），才能移动咬合摩擦：是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用7.2土的抗剪强度理论抗剪强度的组成无粘性土NT7.2土的抗剪强度理论抗剪强度的组成无粘性土1.密度（e,

2.粒径级配（Cu,Cc）3.颗粒的矿物成分对于

：砂土>粘性土；高岭石>伊里石>蒙特石4.粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）

在其他条件相同时：一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角

影响摩擦强度的主要因素7.2土的抗剪强度理论抗剪强度的组成粘性土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非饱和砂土，粒间受毛细压力，具有假粘聚力----+7.2土的抗剪强度理论抗剪强度的组成粘性土土的抗剪强度不仅与土的性质有关，还与试验时的排水条件、剪切速率、应力状态和应力历史等许多因素有关，其中最重要的是试验时的排水条件。根据太沙基有效应力原理：土体内的剪应力只能由土骨架承担。因此土的抗剪强度

f

应表示为这是抗剪强度的有效应力表达法。c’、

’为有效应力强度指标。试验研究表明，土的抗剪强度取决于土粒间的有效应力，但总应力法在应用上更为方便，所以在工程上沿用至今。总应力法与有效应力法二者的计算结果稍有不同103==三维应力状态1.应力状态与莫尔圆二维应力状态莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件7.2土的抗剪强度理论104土体内一点处不同方位的截面上应力的集合（剪应力

和法向应力

）

3

3

1

1

3

1

dldlcosdlsin楔体静力平衡莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件7.2土的抗剪强度理论105

3

1

dldlcosdlsin斜面上的应力莫尔应力圆方程

O

1

31/2(1+3)

2A(,)圆心坐标[1/2(

1+

3)，0]应力圆半径r＝1/2(

1－3

)土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述

莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件7.2土的抗剪强度理论106

f直剪试验的莫尔圆与库仑抗剪强度线的关系如何？为什么？(c、

)三轴＝(c、

)直剪巧合吗？

c

与的组合满足库仑公式才破坏

f

c三轴试验结果莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件7.2土的抗剪强度理论107极限平衡应力状态：

有一对面上的应力状态达到

=

f土的强度包线：

所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线。

f莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件7.2土的抗剪强度理论108

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：该面上的应力达到破坏状态；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。莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件7.2土的抗剪强度理论109（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：1910年）（2）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似：

f

=c+

tg

（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莫尔—库仑强度理论莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件7.2土的抗剪强度理论110

O

c

f=c+

tg

1

3

土的极限平衡条件：处于极限平衡状态时，

1和3之间应满足的关系无粘性土莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件7.2土的抗剪强度理论111根据极限平衡条件可以用来判别一点土体是否已发生剪切破坏

计算主应力

1,3：

确定土单元体的应力状态（

x，z，xz）判别是否剪切破坏：

由

3

1f，比较1和1f

由

1

3f，比较3和3f7.2土的抗剪强度理论112

c

f=c+

tg

O

1=1f

极限平衡状态

（破坏）

1<1f

安全状态

1>1f

不可能状态

（破坏）

1f

3

方法一：由

3

1f，比较1和1f7.2土的抗剪强度理论113

O

c

f=c+

tg

方法二：由

1

3f，比较3和3f

3=3f

极限平衡状态

（破坏）

3>3f

安全状态

3<3f

不可能状态

（破坏）

1

3f莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件7.2土的抗剪强度理论114

3

1f22=90+=45+/2

O

1f

3可见土体破坏的剪切破坏不在45º最大剪应力面上

与大主应力面夹角:2莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件

max7.2土的抗剪强度理论第七章土的抗剪强度7.1概述7.2土的抗剪强度理论7.3土的抗剪强度试验7.4无黏性土的抗剪强度7.5饱和黏性土的抗剪强度7.6应力路径目录

CONTENTS7.3土的抗剪强度试验室内试验野外试验

三轴试验、直剪试验等制样（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7.3土的抗剪强度试验

测定土的抗剪强度的最简单方法是直接剪切试验。这种试验使用的仪器称为直接剪切仪(简称直剪仪)，仪器的主要部件见下图。

1.试验装置应变控制式与应力控制式两种，前者以等应变速率使试样产生剪切位移直至剪破，后者是分级施加水平剪应力并测定相应的剪切位移。目前我国使用较多的是应变控制式直剪仪。直剪试验7.3土的抗剪强度试验直剪试验

2.试验成果⑴剪切位移Δl

剪切位移按下式计算：式中，Δl—剪切位移，0.01mm;

Δl

—手轮转一圈的位移量，0.01mm；

n

—手轮转动的圈数；

R—测力计读数，0.01mm。⑵剪应力

剪应力按下式计算：式中，

—试样的剪应力，kPa；

C—测力计率定系数，N/0.01mm；

A0—试样初始断面积，cm2；

10—单位换算系数。7.3土的抗剪强度试验剪前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力，剪应力由剪切力除以试样面积在法向应力

作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该

作用下，土的抗剪强度4mm

a

b

剪切位移△l(0.01mm)

剪应力

（kPa)

1

2

密砂、坚硬粘土松砂、软粘土120PSTAσ

=100KPa

Δlσ

=200KPaσ

=300KPa

Oc

一、直剪试验在不同垂直压力下做三组以上试验7.3土的抗剪强度试验121通过控制剪切速率来近似模拟排水条件PSTA(1)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(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)快剪施加正应力后立即剪切3-5分钟内剪切破坏一、直剪试验7.3土的抗剪强度试验7.3土的抗剪强度试验

1.快剪(Q)

适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土，以cq，

q表示。2.固结快剪(R)

也适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土，以cR，

R表示。3.慢剪(S)

以cs，

s表示。上述三种方法的试验结果如图所示。从图中可以看出，

cq

＞cR

＞cs

，而

q

＜

R

＜

s

。

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易控制排水条件剪切面固定缺点PSTA类似试验：环剪试验单剪试验TP试样内的变形分布7.3土的抗剪强度试验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体变或孔压三轴试验7.3土的抗剪强度试验三轴试验7.3土的抗剪强度试验126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Δ

1=

1-3

。1、试样应力特点与试验方法特点：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三轴试验7.3土的抗剪强度试验127强度包线(

1-

)fc

(

1-

)f

1

1-3

1

=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莫尔圆，画出它们的公切线——强度包线，得到强度指标c与

强度包线三轴试验7.3土的抗剪强度试验128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

三轴试验7.3土的抗剪强度试验129试验条件与现场条件的对应关系粘土地基上的分层慢速填方

在1层固结后，快速施工2层12软土地基上的快速填方固结排水试验固结不排水试验不固结不排水试验三轴试验7.3土的抗剪强度试验130固结排水试验（CD试验）

ConsolidatedDrainedTriaxialtest(CD)

抗剪强度指标：cd

d（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：ccu

cu不固结不排水试验（UU试验）

UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest(UU)

抗剪强度指标：cu

u（

cuu

uu）三轴试验7.3土的抗剪强度试验131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缺点：设备相对复杂，现场难以试验优点和缺点真三轴仪空心圆柱扭剪仪三轴试验7.3土的抗剪强度试验132ququ加压框架量表量力环升降螺杆无侧限压缩仪无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即

3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度试样三轴试验7.3土的抗剪强度试验133无侧限压缩仪根据试验结果只能作出一个极限应力圆（

3=0，

1=qu）。因此对一般粘性土，无法作出强度包线

说明：对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验成果，其强度包线近似于一水平线，即

u=0，因此无侧限抗压强度试验适用于测定饱和软粘土的不排水强度qucu

u=0无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度

三轴试验7.3土的抗剪强度试验灵敏度粘性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值反映土的结构受扰动对强度的影响程度

根据灵敏度将饱和粘性土分类：低灵敏度土1<St≤2中灵敏度土2<St≤4

高灵敏度土St>4三轴试验7.3土的抗剪强度试验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7.3土的抗剪强度试验137时：M1HDM2四、十字板剪切试验7.3土的抗剪强度试验138示意图宽度drrD/2四、十字板剪切试验7.3土的抗剪强度试验139十字板现场剪切试验为不排水剪切试验。因此，其结果与无侧限抗压强度试验结果接近，饱和软土

u=0,则:优点

(1)不需取样，对土的结构扰动较小；

(2)仪器构造简单、操作方便，具有快速经济的优点；

(3)所得的软粘土不排水抗剪强度常比无侧限抗压强度试验的结果大，但较反映实际条件；

(4)可测定软粘土的灵敏度。

(5)涉及的土体积比室内试验样品大很多

(6)可连续进行，可得到完整的土层剖面及物理力学指标

缺点

(1)难于控制测试中的边界条件，如排水条件和应力条件

(2)测试数据和土的工程性质的关系建立在统计经验关系上

(3)测试设备进入土层对土层也有一定扰动

(4)试验应力路径无法很好控制，试验时的主应力方向与实际工程往往不一致

(5)应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结四、十字板剪切试验7.3土的抗剪强度试验第七章土的抗剪强度7.1概述7.2土的抗剪强度理论7.3土的抗剪强度试验7.4无黏性土的抗剪强度7.5饱和黏性土的抗剪强度7.6应力路径目录

CONTENTS7.4无黏性土的抗剪强度饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高，有效应力降低为0，在瞬间砂土呈液态时间T孔压u液化142时间T孔压u饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高在瞬间砂土呈液态振动台松砂7.4无黏性土的抗剪强度液化143（1）初始处于疏松状态（3）振后处于密实状态（2）振动过程中处于悬浮状态

-孔压升高（液化）液化定义：在饱和砂土中，由于振动引起颗粒的悬浮，超静孔隙水压力急剧升高，直到其孔隙水压力等于总应力时，有效应力为零，砂土的强度丧失，砂土呈液体流动状态，称为液化现象。7.4无黏性土的抗剪强度液化144振前松砂的结构振中颗粒悬浮，

有效应力为零振后砂土

变密实排出的剩

余孔隙水7.4无黏性土的抗剪强度液化松砂层地下水位地震荷载建筑物喷砂地面下沉喷砂遗井排出的剩

余孔隙水地震前液化时液化后

四、液化危害7.4无黏性土的抗剪强度7.4无黏性土的抗剪强度液化日本阪神地震引起的路面塌陷桥台基础（地震液化后突出地面）地震引起的地面下沉房屋脱离地面7.4无黏性土的抗剪强度无粘性土的应力－应变特性

剪缩性、剪胀性

无粘性土的密实度不同，在受剪过程中将显示出不同的性状。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；反之，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，把这种现象称为剪胀性。然而，紧砂的这种剪胀趋势随围压的增大、土粒的破碎而逐渐消失。在高周围压力下，不论砂土的松紧如何,受剪都将剪缩。第七章土的抗剪强度7.1概述7.2土的抗剪强度理论7.3土的抗剪强度试验7.4无黏性土的抗剪强度7.5饱和黏性土的抗剪强度7.6应力路径目录

CONTENTS1491.两种强度指标的比较有效应力指标c,

f=c+tg=-u符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u无法确定总应力指标c,

f=c+tg

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一.总应力指标与有效应力指标7.5饱和黏性土的抗剪强度

1

(’)

p(p’)q

u

KfKf

f

f

uu2.强度包线与破坏主应力线7.5饱和黏性土的抗剪强度

cc

f

f

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151二.三轴试验强度指标剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained1.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3.不固结不排水试验（UU）7.5饱和黏性土的抗剪强度1.不固结不排水试验强度指标：cuu(cu)，

uu(

u)

(1)特点(2)饱和试样的不排水强度指标cu(1)特点从某一初始状态开始，关闭阀门施加围压

，产生孔隙水压力

u3=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

u1=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7.5饱和黏性土的抗剪强度

u

=0,cu,并且有效应力莫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=1Cu依赖于初始状态7.5饱和黏性土的抗剪强度154

这是由于在不排水条件下，试样在试验过程中含水量不变，体积不变，饱和粘性土的孔隙压力系数B=1，改变周围压力增量只能引起孔隙水压力的变化，并不会改变试样中的有效应力，各试件在剪切前的有效应力相等，因此抗剪强度不变。由于一组试件实验结果，有效应力圆是同一个，因而就不能得到有效应力破坏包线和c

、f

值，所以这种试验一般只用于测定饱和土的不排水强度。试验结论快剪试验(UU试验)饱和试件：①e、w不变→s

不变→tf不变②

③7.5饱和黏性土的抗剪强度1557.5饱和黏性土的抗剪强度2.固结不排水试验强度指标：ccu

，

cu；c’，

’

(1)特点(2)正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线(3)超固结粘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=BA(

=A(

对于剪切过程中无剪胀性：

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）(1)特点7.5饱和黏性土的抗剪强度157

u轴向应力和孔压渐进增加并趋于稳定，孔压u>0(2)正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线

f

f

cu7.5饱和黏性土的抗剪强度158实验室的正常固结粘土：有效固结压力

c

等于先期固结压力pc。地基中的正常固结粘土：’zspc取回室内,如

c

’z，不再是正常固结土。

f

“正常固结粘土”’z固结压力为0的正常固结粘土:当正常固结粘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土无粘聚力?粘性土粘聚力的存在是客观的。在正常固结情况下，粘聚力c随

增加而增加，从而使其隐含在摩擦强度之内c和在物理意义上并不严格“真实”地反映粘聚和摩擦两个抗剪强度分量，而通常是“你中有我，我中有你”，从而失去其物理意义，变成仅为计算参数的含义7.5饱和黏性土的抗剪强度159

u应力应变关系软化，孔压可能小于0与超固结度有关

f

＋－

f

cuu<0u>07.5饱和黏性土的抗剪强度(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

cuc

强度指标：cd，

d(1)特点(2)正常固结粘土试验曲线与强度包线(3)超固结粘土试验曲线与强度包线(4)超固结粘土+正常固结粘土的强度包线7.5饱和黏性土的抗剪强度161(1)特点总应力指标与有效应力指标一致:

1=1

d=

=

f=

fcd=c’破坏面位置：7.5饱和黏性土的抗剪强度162

v轴向应力渐进增加，体应变表现为体缩，最终二者均趋于稳定(2)正常固结粘土试验曲线与强度包线=’

f=

f

7.5饱和黏性土的抗剪强度163

v

v

表示体缩

v0表示体胀(剪胀)应力应变关系软化→硬化，体应变剪胀→剪缩(3)超固结粘土试验曲线与强度包线

f

强度包线应力应变关系曲线7.5饱和黏性土的抗剪强度164e

pc

强度包线

f

pc土的压缩曲线

(4)超固结粘土+正常固结粘土强度包线pc

，正常固结粘土；pc

，超固结粘土7.5饱和黏性土的抗剪强度165三种不同排水条件下的试验结果：如果以总应力表示，将得出完全不同的试验结果，而以有效应力表示，则不论采用那种试验方法，都得到近乎一条有效应力破坏包线(虚线)，可见，抗剪强度与有效应力的唯一对应关系。7.5饱和黏性土的抗剪强度166三.直剪试验强度指标1.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.快剪

施加正应力后 立即剪切3-5分钟内剪切破坏PSTA7.5饱和黏性土的抗剪强度167强度指标

对于砂土，三种试验结果都接近于c

对于粘性土，

慢剪(Slowly:s)：cscs

;

由于摩擦和中主应力使其强度指标稍大

0.9csc,0.9

s

固结快剪（ConsolidatedQuickly:cq）

ccqccu

cq

cu

快剪(Quickly:q):对于k<10-7cm/s粘土

cqcu

q

u7.5饱和黏性土的抗剪强度

有效应力指标与总应力指标凡是可以确定（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，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7.5饱和黏性土的抗剪强度

峰值强度

残余强度指标直剪和三轴试验中应变软化时:

f

峰值强度指标

r

残余强度指标

q=

()

f

rqfqr

粘性土的残余变形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；吸附水层中的水分子的定向排列和阳离子的分布因受剪而遭到破坏。7.5饱和黏性土的抗剪强度170

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7.5饱和黏性土的抗剪强度171名称指标应用不排水剪(快剪)cu、

ucq、

q软土地基快速施工固结不排水剪(固结快剪)ccu、

cuccq、

cq固结完成后受突然荷载固结排水剪(慢剪)cd、

dcs、

s地基透水性强施工较慢或正常运行期7.5饱和黏性土的抗剪强度172

不固结不排水剪（快剪）cu、

u（cq、

q）粘土地基上快速施工的建筑物软土地基上的快速填方土坝快速施工，心墙未固结7.5饱和黏性土的抗剪强度173

固结不排水剪（固结快剪）ccu、

cu（ccq、

cq）

在天然土坡上快速填方水位骤降在1层固结后，施工2层127.5饱和黏性土的抗剪强度174

固结排水剪（慢剪）ccd、

cd（cs、

s）粘土地基上慢速施工的建筑物粘土地基上的分层慢速填方稳定渗流期的土坝7.5饱和黏性土的抗剪强度第七章土的抗剪强度7.1概述7.2土的抗剪强度理论7.3土的抗剪强度试验7.4无黏性土的抗剪强度7.5饱和黏性土的抗剪强度7.6应力路径目录

CONTENTS7.6应力路径

为避免在一张图上画很多应力圆，使图复杂不清，可在图上选择某个特征应力点来代表整个圆。对加荷过程中的土体内某点，其应力状态的变化可在应力坐标图中以应力点的移动轨迹表示，这种轨迹称为应力路径。常用的特征点是应力圆的顶点(剪应力为最大)，其坐标为和。按应力变化过程顺序把这些点连接起来就是应力路径，并以箭头指明应力状态发展方向。应力路径的概念177

下图表示正常固结粘土三轴固结不排水试验的应力路径，总应力路径AB是直线，而有效应力路径AB

是曲线，两者之间的距离即为孔隙水压力u，因为正常固结粘性土在不排水剪切时产生正的孔隙水压力，如果AB线上任意一点的坐标为和，则相应于AB

上该点的坐标为和