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1、第5章土的抗剪强度,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3，而竖向（或轴向）的应力为大主应力1。在增加1时保持3 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,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,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,固结排水剪（CD）
2、,5-3 确定强度指标的试验,二、三轴压缩试验,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,5-3 确定强度指标的试验,二、三轴压缩试验,1,1-3,(1-)f,c,(1-)f,5-3 确定强度指标的试验,二、三轴压缩试验,(1-)f,c,(1-)f,uf,uf,c,5-3 确定强度指标的试验,二、三轴压缩试验,三、无侧限抗压强度试验,三轴压缩试验中当周围压力30时即为无侧限试验条件，这时只有q=1。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
3、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,5-3 确定强度指标的试验,三、无侧限抗压强度试验,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,四、原位十字板剪切试验,5-3 确定强度指标的试验,1.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
4、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,5-3 确定强度指标的试验,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，u0，t fcu.,5-3 确定强度指标的试验,四、原位十字板剪切试验,无侧限仪,十字板剪力仪,5-4 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,1.孔隙应力系数B,5-4 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A,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,
5、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,5-5 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：,（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,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
6、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,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,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,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,（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,（三）砂土
7、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,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,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,5-5 三轴试验中土的剪切性状,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、粘性土的剪切性状,A,B,C,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,A,B,cu,p1,cu1,p2,cu2,p3,cu3,正常固结粘土
8、层,c1,c2,c3,5-5 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,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,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,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,A,B,3、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,5-5 三轴试验中土的剪切性状,3、固结排水强度（CD）,（
9、一）正常固结粘土,二、粘性土的剪切性状,A,B,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,5、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,（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c小于原位应力（或前期固结应力）pc，即c 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,1、不固结不排水强度（UU）,5-5 三轴试验中土的剪切性状,（二）超固结
10、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）,（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,（二）超固结粘土,二、粘性土的剪切性状,5-5 三轴试验中土的剪切性状,2、固结不排水剪强度（CU）,（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,（二）超固结粘土,二、粘性土的剪切性状,5-5 三轴试验中土的剪切性状,3、固结排水剪强度（CD）,（二）超固结粘土,二、粘性土的剪切性状,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,
11、（二）超固结粘土,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,1、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,3、残余强度线为通过坐标原点的直线，即 r=tgr 式中：r粘土的
12、残余强度；剪破面上的法向应力；r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,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,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
13、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,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,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
14、 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,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
15、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：（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）加速蠕变阶段：在这一阶段，蠕变速率迅速增长，最后达到破坏。,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,复习思考题,5-1 什么叫土的抗剪强度？5-2 库仑的抗剪强度定律是怎样表示的,砂土和粘性土的抗剪强度表达式有何不同？5-3 为什么说土的抗剪强度不是一个定值？5-4 何谓摩尔库仑破坏准则？何为极限平衡条件？5-5 土体中发生剪切破坏的平面是不是剪应力最大的平面？在什么
16、情况下，破坏面与最大剪应力面是一致的？5-6 测定土的抗剪强度指标主要有哪几种方法？试比较它们的优缺点？,5-7 何谓灵敏度和触变性？5-8 影响砂土抗剪强度的因素有哪些？5-9 何谓砂土液化？5-10 试述正常固结粘土在UU，CU，CD三种实验中的应力应变、孔隙水应力应变（或体变应变）和强度特性。5-11 试述超固结粘土在UU，CU，CD三种实验中的应力应变、孔隙水应力应变（或体变应变）和强度特性。5-12 试述正常固结粘土和超固结粘土的总应力强度包线与有效强度包线的关系。,5-13 在进行抗剪强度试验时，为什么要提出不固结不排水剪（或快剪），固结不排水剪（或固结快剪）和固结排水剪（或慢剪）等三种方法？对于同一种饱和粘土，当采用三种方法试验时，其强度指标相同吗？为什么？5-14 十字板测得的抗剪强度相当于在实验室用什么方法测得的抗剪强度？同一土层现场十字板测得的抗剪强度一般随深度而增加，试说明其原因。,-结束 The END-,
