土力学 第6章 土的抗剪强度.ppt

【例题】一饱和粘土试样在三轴压缩仪中进行固结不排水剪试验，施加的的周围压力σ3=200kPa，试样破坏时的轴向偏应力(σ1-σ3)f=280kPa，测得孔隙水压力uf=180kPa，有效应力强度指标c′=80kPa,φ′=24°，试求破坏面上的法向应力和剪应力，以及该面与水平面的夹角αf。如果该试样在同样周围压力下进行固结排水剪试验，问破坏时的大主应力值σ1是多少？【解】根据试验结果σ1f=280+200=480kPa,σ3f=200kPa由于水平面为大主应力作用面所以破坏面与水平面的夹角为6.5黏性土的抗剪强度特征破坏面上的法向应力σ和剪应力τ为固结排水剪时的孔隙水压力恒为零，所以试样破坏时固结排水剪时试样刚好破坏时的大主应力为6.5黏性土的抗剪强度特征抗剪强度指标的选择土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标。试验方法适用条件不固结不排水剪或快剪地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较快固结排水剪或慢剪地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率较慢固结不排水剪或固结快剪建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，或地基条件等介于上述两种情况之间6.5黏性土的抗剪强度特征6.6.1Skempton孔隙压力系数6.6孔隙水压力系数斯肯普顿于1954年根据三轴压缩试验的结果，首先提出孔隙压力系数的概念。1．各向等压作用下的孔隙压力系数B若土样在三个主应力上有相同的应力增量Δσ3，孔隙压力的增量为ΔuB，则土样体积要有变化。根据土骨架的压缩量必与土的孔隙体积变化相等，可得Cv为孔隙的体积压缩系数；Cn为土骨架的体积压缩系数。B的物理意义是当土体的围压有一单位增量时，不排水土体所产生的孔隙压力增量。6.6孔隙水压力系数B值随土的饱和度Sr而变化，其值介于0～1之间。土的Sr越小，B值也越小。对于饱和土，孔隙中基本被水充满，而水几乎被认为是不可压缩的，所以CV＝0，故B＝1。对于非饱和试，由于土中气体可压缩，土骨架可承受部分外力的作用，故B＜1.0。干土的孔隙全由气体充满不产生孔隙水压力，所施加的Δσ3完全由土骨架承担，故B＝0。6.6孔隙水压力系数2．偏压应力作用下的孔隙压力系数A假定土样在偏压应力增量Δσ1－Δσ3作用下的孔隙压力增量为ΔuA。根据土骨架的体积改变量=孔隙改变量，利用弹性理论可得由于土并非理想的弹性材料，式中的系数1/3换为孔压系数A，则注意：A值也并不是常数，而与土样所受应变的大小、初始应力状态、应力历史及应力路径等诸多因素有关。6.6孔隙水压力系数轴对称三向应力状态下孔隙压力叠加可得土体中的孔隙压力是平均正应力增量和偏应力增量的综合函数。6.6.2亨克尔孔隙水压力系数八面体正应力增量八面体剪应力增量A与α之间的关系6.6孔隙水压力系数亨克尔(1960)考虑了中主应力的影响，并引入八面体应力，提出了确定饱和土体孔隙压力的计算公式，即一般认为，亨克尔孔隙压力计算公式可以更好地反映剪应力对孔隙压力的物理本质，因而具有更为普遍地意义。在应力坐标图中用应力点的移动轨迹来描述土体在加荷过程中的应力变化，这种应力点的轨迹称为应力路径。στOτf线cφABKf线aθ用应力圆顶点坐标(p，q)表示，极限圆顶点连线为Kf线；AB为应力路径，可分总应力路径和有效应力路径两种。6.7应力路径三轴试验中几种典型情况的应力路径1．没有孔隙水压力的情况（1）同步增加围压，直线a。土样中只有压应力而无剪应力，对应的莫尔应力圆始终是一个点。表现为p不断增加，q始终为零。6.7应力路径（2）（σ1－σ3）增加，σ3不变，直线b。此时，Δσ3＝0，p和q的增加量均为Δp＝Δσ1/2，应力路径是一条45°的斜线。（3）增加σ1，相应减少σ3，直线c。p的增加量Δp＝0，而q的增加量Δq＝Δσ1。对应的应力路径为竖直向上发展的直线。2．有超静孔隙水压力的情况三轴固结不排水试验中的应力路径6.7应力路径注意：总应力路径ef和cd为45o的直线；有效应力路径ef?和cd?为曲线。对正常固结黏性土试样进行三轴固结不排水剪试验与固结排水剪试验的有效应力路径比较：6.7应力路径说明：对相同条件的正常固结黏性土试样来说，固结排水剪强度要比固结不排水剪强度要高。6.2.4土的极限应力状态应力圆与强度线相离：??强度线应力圆与强度线相切：应力圆与强度线相割：极限应力圆ττf弹性平衡状态τ=τf极限平衡状