高等土力学(李广信)3.5-土的排水与不排水强度word版本

1、高等土力学(李广信)3.5-土的排水与不排水强度3.6.1 概述饱和土的有效应力原理：有效应力部分产生抗剪强度。u图图354 土的土的有效应力原理示意图有效应力原理的适用范围岩石与混凝土、非饱和土有效应力原理不一定适用某些多孔介质的孔隙与固体可能都是连续的，固体的接触面积不可忽略。图图355 某些多孔介质的孔隙孔压系数三轴应力状态的孔压系数A与B)(31310ABuuu一般应力状态的孔压系数B、a 和cd(ddd )uBpa qcqsv11CCnBB=?孔隙流体小0（饱和）土骨架压缩系数大B=1B=0图图356 孔压系数B块石或土(10-4kPa-1)n（%）B巴斯石灰岩0.06150.468

2、滑 石0.25300.647密 砂15400.988硬粘土80420.997软粘土400550.999sC表表 不同岩土的孔压系数B非饱和粘土的三轴固结不排水试验CUSr孔压系数孔压系数B饱和度饱和度图图378 饱和度与孔压系数B0), (Hqpf)(ppvHH 对于弹塑性模型，相适应流动规则：B=1.0)ddd(dcqqapBu)(ppvHqfHpfHfA)/(pfpfKApfqfKa孔压系数 a:)/(1pfpfKApffqKc孔压系数 c:一般应力状态下：其中3.5.2 砂土的排水和不排水强度密砂松砂图图357 砂土的排水试验A: CU, Dr= 30% B: CU, Dr= 44%图图

3、358 不同密度砂土的三轴试验C: CU, Dr = 47%D: CD, Dr = 30%c=400kPa图359 松砂土的最大应力差与最大应力比0(-总应力强度(峰值）有效应力强度最大应力差对应的强度总应力强度(残余）(-1临水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水总应力残余强度只有35。图图360 水松砂岸坡的流滑（液化）1-33.5.3 粘土的排水与不排水强度1. 饱和粘土的排水试验CD2. 饱和粘土的三轴固结不排水试验CU3. 固结不排水试验（CU）确定的强度指标4. 粘土的不固结不排水试验（UU）5. 排水和不排水强度指标的工程应用6. 非饱和土的强度与强度理论1.饱和粘土的排水试验CDe正常

4、固结粘土0固结压缩试验固结排水试验强度包线（过原点）图图361 正常固结粘土的压缩曲线与强度包线1. 饱和粘土的排水试验CDe超固结粘土固结压缩试验固结排水试验强度包线图图362 超固结粘土的压缩曲线与强度包线2. 饱和粘土的三轴固结不排水试验CU正常固结土减缩（正孔压）；超固结土剪胀（负孔压）图图363 粘土的三轴固结不排水试验3. 固结不排水试验（CU）确定的强度指标正常固结土超固结土图图364 总应力路径与有效应力路径超固结正常固结p图图365 先期固结压力p附近的包线不固结不排水(UU)：unconsolidated undrained固结不排水(CU)：consolidated un

5、drained固结排水(CD)：consolidated drained 4. 粘土的不固结不排水试验（UU）原状土的不扰动取样过程图图366 正常固结粘土的沉积、固结与取样过程应力路径r0v（1）正常固结土的原位应力状态h0vKvvhu=0h总应力超静孔隙水压力有效应力图图367 原位应力状态放入压力室以前：体积不变,负孔压 ur（2）取样以后的应力状态总应力有效应力v=-urh=-ur孔压ur000图图368 原状土取样以后如果：c=uc=ur, 则：u=0, = c总应力c =ucvc= hc= c-ur-uc= -ur有效应力孔压ur+ uc uc c-ur-ur（3）施加围压后图图3

6、69 施加围压c 产生超静孔压uc= c总应力vc= c+ - ur- uc u= + ur uhc= c+ur- uc u =ur u 有效应力孔压ur+ uc uc（4）剪切过程图图370 施加轴向应力 产生超静孔压u总应力vc= c+ - ur- uc uf= + ur uf=1fhc= c+ur- uc uf =ur uf =3f有效应力孔压ur+ uc ufcf（5）试样破坏时情况图图371 试样破坏时的应力状态uf饱和土的不排水包线是一条水平线，其斜率uuu=0。图图372 UU的的强度包线非饱和粘土的三轴不排水试验强度包线图图373 非饱和粘土UU的强度包线5 . 排水和不排水强

7、度指标的工程应用（1） 有效应力强度指标(CD)对于砂土，在一般加载的速率下，用有效应力强度指标进行分析CD。对于粘性土，如果在计算中，超静孔压已经全部消散(加载很慢），或者土中的孔隙水压力可以准确地确定，也可以用有效应力强度指标。有效应力强度指标可以通过排水试验或者CU+孔压量测来确定。（2）固结不排水（CU）强度指标 在一定的围压下固结已经完成，很快施加剪应力，不能排水。CU指标:软粘土上（1）部分完成很长时间(2)部分快速施工的填方工程图图374 软粘土上分期填筑的土方工程水位骤降（土坝厚心墙）图图375 土坝水位骤降图图376 天然土坡上快速填方（3）不排水（UU）强度指标 在原来的应

8、力状态上，施加围压和剪应力时，都不会排水，存在超静孔压。(c)粘土地基上，快速施工的建筑物(a)在软粘土地基上快速施工的填方(b)土坝快速施工,竣工后,心墙未固结图图377 UU强度指标的应用土质排水条件施工速度考虑的工况根据对工程情况的了解，经验判断选择指标要考虑一下因素：6. 非饱和土的排水强度Bishop非饱和土的有效应力原理及强度准则：waauuuuwaauuutgwaafuuuc其中是一个与土的饱和度有关的参数，一般不易确定。弗雷德伦德（D. G. Fredlund）非饱和土的强度准则 tgtgwaafuuuc可见： tg =tg ， 同样不易确定。 tgwauucctg)(afuc tgwaafuuuc tgtgwaafuuuc图图379 非饱和土的强度包线