空隙压力系数

1、1 一、孔隙压力系数一、孔隙压力系数( (A,BA,B) (Skempton,1954) (Skempton,1954) 5.3 土的孔隙压力系数 b.当施加各向均等应力增量当施加各向均等应力增量3，孔隙压力增量，孔隙压力增量u3B 也即是单位围压增量引起的孔隙压力增量也即是单位围压增量引起的孔隙压力增量 描述三轴压缩试验时土中孔隙压力描述三轴压缩试验时土中孔隙压力u随大、小主应力的变化随大、小主应力的变化 A B 0 0 00 0 u3 3 3 3 3 u1 1-3 1-3 u1+ u3 0 +3 0 +1 0 +1 0 +3 a.初始：土样在等围压初始：土样在等围压 0 作用下完成固结作用

2、下完成固结, u0=0; 2 )( 33 uC V V s 孔隙压力孔隙体积（孔隙压力孔隙体积（气和水被压缩气和水被压缩）减小量之间关系：）减小量之间关系： 有效应力增量有效应力增量 土样骨架压缩量之间关系：土样骨架压缩量之间关系： Cv 孔隙的三向体积压缩系数，它是土样在三轴压缩试孔隙的三向体积压缩系数，它是土样在三轴压缩试 验中孔隙体积应变验中孔隙体积应变Vv/ Vv与孔隙压力增量与孔隙压力增量u3的比值的比值 3 uC nV V V V V V V V Cs 土骨架的三向体积压缩系数，它是土样在三轴压缩土骨架的三向体积压缩系数，它是土样在三轴压缩 试验中土骨架体积应变试验中土骨架体积应变

3、V/ V与三向有效应力增量（与三向有效应力增量（ 3 u3）的比值）的比值 EC s / )21 ( 3 3 unVCV VV )( 33 uVCV s 3 333 )(unVCuVC Vs 333 1 1 B C C n u S V 各向应力相等条件各向应力相等条件 水的压缩量远小于土骨架孔隙体积变化水的压缩量远小于土骨架孔隙体积变化 , Cv/Cs趋于趋于 0 B1； u3= 3 假定：土颗粒自身不可压缩假定：土颗粒自身不可压缩 则则 土样骨架体积变化土样骨架体积变化 = 孔隙体积变化，孔隙体积变化， 即即V= Vv B=0; 0 B 1 （饱和度越小（饱和度越小,B越小）越小）. 1 u

4、C nV V V V V V V V 对于弹性土体对于弹性土体, , 平均有效应力增量平均有效应力增量 土骨架体积变化量间关系：土骨架体积变化量间关系： )3( 3 1 )2( 3 1 131 3 1 uCC V V ss 1 unVCV VV )3( 3 1 131 uVCV s VVV )( 3 1 311 Bu S V C C n B 1 1 土样完成初始固结，仅施加轴向应力增量：土样完成初始固结，仅施加轴向应力增量：1 3 由此产生孔隙压力增量，记做：由此产生孔隙压力增量，记做：u 1 轴向有效应力增量为：轴向有效应力增量为： 1= 1 3 -u 1 侧向有效应力增量为：侧向有效应力增

5、量为： 3 = -u 1 孔隙压力增量孔隙压力增量 孔隙体积变化量间关系如下：孔隙体积变化量间关系如下： )29.5( )( 3 1 31331 式 Buuu 土体并非理想弹性体，故用土体并非理想弹性体，故用孔隙压力系数孔隙压力系数A A代替式中代替式中1/3 1/3 ： )( 313 ABu 对于饱和土，对于饱和土， B=1 B=1 )31. 5( )( 313 式Au 说明：说明：A A受土的压缩性、初始应力状态、应力历史、受土的压缩性、初始应力状态、应力历史、 偏应力大小偏应力大小 等因素影响。等因素影响。 A A需试验确定，常见经验取值见表需试验确定，常见经验取值见表7-17-1（P1

6、96P196） 土样土样受均等的各向压力增量受均等的各向压力增量及及轴向应力增量轴向应力增量作用时作用时, , 总的孔隙压力增量如下：总的孔隙压力增量如下： 31 6 0 3 u 0 1 u 0 1 u 0 1 u 二、孔隙压力系数二、孔隙压力系数A A、B B的应用的应用 7 1. 1. 饱和土样饱和土样CDCD试验（固结排水剪切试验，又称慢剪），试验（固结排水剪切试验，又称慢剪）， 该试验中孔隙水压力均完全消散（该试验中孔隙水压力均完全消散（u u=0=0），不需计算。），不需计算。 cd d d 8 Au)( 31 2. 2.饱和土样饱和土样CUCU试验（固结不排水剪切试验，又称固结快剪

7、）试验（固结不排水剪切试验，又称固结快剪） 固结阶段孔隙水压力消散，仅剪切时存在，应按下式计算；固结阶段孔隙水压力消散，仅剪切时存在，应按下式计算； ccu c cu cu A B C 0 1 u 0 1 u 9 3. 3. 饱和土样饱和土样UUUU试验（不固结不排水剪切试验，又称快剪）试验（不固结不排水剪切试验，又称快剪） 孔隙水压力始终存在，孔隙水压力始终存在， )( 313 Au 有效应力圆有效应力圆总应力圆总应力圆 u u=0=0 BC cu u A 3A 1A 三个试样三个试样( ( -u)u)只能得到只能得到一个有效应力圆一个有效应力圆 ，)( 2 1 0 31ffuu C 10

8、5.5 土的抗剪强度指标 2. 有效应力强度指标：有效应力强度指标： 1. 总应力强度指标总应力强度指标： tan)(uc f tan c f 11 5.5.1 黏性土抗剪强度指标 12 c P 3 c P 3 0 ucud )()()(uufcufcdf )()()(uufcufcdf ucud CCC 13 土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而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异，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定 实验室采用的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标实验室采用的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标 试验

9、方法试验方法适用条件适用条件 不排水剪或不排水剪或 快剪快剪 地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施 工速度较快工速度较快 排水剪或慢排水剪或慢 剪剪 地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物 加荷速率较慢加荷速率较慢 固结不排水固结不排水 剪或固结快剪或固结快 剪剪 建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，或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地基条件等介于上述两种情况之间 14 四、例题分析四、例题分析 n【例】对某种饱和粘性土做固结不排水试验，三个试对某种饱和粘性土做固结不排水试验，三

10、个试 样破坏时的大、小主应力和孔隙水压力列于表中，试样破坏时的大、小主应力和孔隙水压力列于表中，试 用作图法确定土的强度指标用作图法确定土的强度指标c ccu cu、 、 cu cu和 和c c 、 周围压力周围压力 3/ kPa 1/ kPauf / kPa 6060 100100 150150 143143 220220 313313 2323 4040 6767 15 【解答】解答】 按比例绘出三个总应力极限应力圆，如图所示按比例绘出三个总应力极限应力圆，如图所示，再绘再绘 出总应力强度包线出总应力强度包线 按由按由 1 1= 1 1- - u uf， 3 3= 3 3- - u uf

11、，将总应力圆在水将总应力圆在水 平轴上左移相应的平轴上左移相应的u uf即得即得3 3个有效应力极限莫尔圆，个有效应力极限莫尔圆， 如图中虚线圆，再绘出有效应力强度包线如图中虚线圆，再绘出有效应力强度包线 c ccu 根据强度包线得到：根据强度包线得到： ccu= 10 kPa， c u=18o c = 6 kPa，、 =27o cu cu (kPa) 100 (kPa)100300200400 16 5.5.2 无黏性土的抗剪强度 2. 紧砂受剪时，颗粒必须升高以离开它们原来的位置而紧砂受剪时，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。彼此才能相互滑过，从而导致

12、体积膨胀。 因剪切而体积因剪切而体积 膨胀的现象称为膨胀的现象称为剪胀性剪胀性 一、砂土的体积变化一、砂土的体积变化 1. 松砂受剪时，颗粒滚落到平衡位置，排列得更紧密些，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。所以它的体积缩小。 因剪切而体积缩小的现象称为因剪切而体积缩小的现象称为剪缩性剪缩性 在受剪过程中，砂土的体积变化随初始孔隙比不同而不同在受剪过程中，砂土的体积变化随初始孔隙比不同而不同 3. 在高周围压力下，不论砂土的松紧如何，受剪都将剪缩在高周围压力下，不论砂土的松紧如何，受剪都将剪缩。 17 2. 紧砂强度达一定值后，随着轴向应紧砂强度达一定值后，随着

13、轴向应 变的继续增加强度反而减小，应力变的继续增加强度反而减小，应力 轴向应变关系最后呈随应变软化型，轴向应变关系最后呈随应变软化型， 体积开始时稍有减小，继而增加，超体积开始时稍有减小，继而增加，超 过它的初始体积。过它的初始体积。 二、砂土的应力二、砂土的应力- -轴向应变轴向应变- -体变体变 1.松砂强度逐渐增大，应力轴向应变松砂强度逐渐增大，应力轴向应变 关系呈应变硬化型，体积逐渐减小。关系呈应变硬化型，体积逐渐减小。 18 临界孔隙比的主要影响因素：临界孔隙比的主要影响因素： 土类土类: 围压：围压：不同围压下试验，可得到不不同围压下试验，可得到不 同的临界孔隙比同的临界孔隙比 三

14、、砂土的临界孔隙比及其应用三、砂土的临界孔隙比及其应用 1. 临界孔隙比临界孔隙比：土样在剪切过程中通常出现剪胀或土样在剪切过程中通常出现剪胀或剪剪缩现象，缩现象， 当剪切过程中土样体积不再发生变化时对应的孔隙比即为临当剪切过程中土样体积不再发生变化时对应的孔隙比即为临 界孔隙比，记作界孔隙比，记作 ecr 。 2. 临界孔隙比的应用临界孔隙比的应用 临界孔隙比对研究砂土液化具有重要意义临界孔隙比对研究砂土液化具有重要意义 ., ;, 0 0 无振动液化性具剪胀性 有振动液化性具剪缩性 cr cr ee ee 19 四、无黏性土的抗剪强度四、无黏性土的抗剪强度 根据有效应力原理，无黏性土的抗剪强度根据有效应力原理，无黏性土的抗剪强度f f表达式为表达式为 因此，因此，f f取决于有效法向应力和内摩擦角取决于有效法向