高等土力学-土排水及不排水强度

概述关于有效应力原理的一些错误的认识与作法第一页，共52页。第一页，共52页。概述由于颗粒间接触点的面积很小。图3－53土粒的接触饱和土的有效应力原理的推导(1)：有效应力的定义第二页，共52页。第二页，共52页。有效应力原理的推导(2)土颗粒之间为点接触，接触面积可以忽略c0。A第三页，共52页。第三页，共52页。有效应力原理的推导(3)aaPsviPsviusi=u+Psvi/AsiaaAsi=A（1－n）

P2＝Aun

AP第四页，共52页。第四页，共52页。多孔介质的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形式不同。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3－55某些多孔介质的孔隙强度问题变形问题第五页，共52页。第五页，共52页。孔隙水压力系数三轴应力状态的孔压系数A与B第六页，共52页。第六页，共52页。孔隙流体小0（饱和）土骨架——压缩系数大B=1B=0图3－56孔压系数B第七页，共52页。第七页，共52页。块石或土Cs10-4×kPa-1n（%）B巴斯石灰岩0.06150.468滑石0.25300.647密砂15400.988硬黏土80420.997软黏土400550.999表不同岩土的孔压系数B第八页，共52页。第八页，共52页。非饱和黏土的孔压系数B孔压系数B饱和度图3－78饱和度与孔压系数B第九页，共52页。第九页，共52页。对于弹塑性模型，相适应流动规则：B=1.0孔压系数a:孔压系数c:一般应力状态下：其中第十页，共52页。第十页，共52页。3.5.2砂土的排水和不排水强度密砂松砂图3－57砂土的排水试验第十一页，共52页。第十一页，共52页。A:CU,Dr=30%B:CU,Dr=44%图3－58不同密度砂土的三轴试验C:CU,Dr

=47%D:CD,Dr

=30%c=400kPa第十二页，共52页。第十二页，共52页。图3－59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第十三页，共52页。第十三页，共52页。临水松砂岸坡的流滑：松砂的不排水总应力残余强度只有3～5。图3－60水松砂岸坡的流滑（液化）1-3第十四页，共52页。第十四页，共52页。砂土的流滑试验第十五页，共52页。第十五页，共52页。振动荷载下的饱和砂土排水试验第十六页，共52页。第十六页，共52页。饱和松砂：

dkPa1/32

随着循环次数的增加，孔隙水压力增加，达到极限平衡状态—轴向应变突然加大，土样破坏。应力循环次数N应力循环次数N轴向应变孔隙水压力u第十七页，共52页。第十七页，共52页。黏土的排水与不排水强度1.饱和黏土的排水试验CD2.饱和黏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.黏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第十八页，共52页。第十八页，共52页。三轴排水与不排水试验不固结不排水(UU)：unconsolidatedundrained固结不排水(CU)：consolidatedundrained固结排水(CD)：consolidateddrained第十九页，共52页。第十九页，共52页。1.饱和黏土的排水试验CDe正常固结黏土0固结压缩试验固结排水试验强度包线（过原点）图3－61正常固结黏土的压缩曲线与强度包线第二十页，共52页。第二十页，共52页。1.饱和黏土的排水试验CDe超固结黏土固结压缩试验固结排水试验强度包线图3－62超固结黏土的压缩曲线与强度包线第二十一页，共52页。第二十一页，共52页。2.饱和黏土的三轴固结不排水试验CU正常固结土－剪缩（正孔压）；超固结土－剪胀（负孔压）图3－63黏土的三轴固结不排水试验第二十二页，共52页。第二十二页，共52页。3.

固结不排水试验（CU）确定的强度指标超固结土正常固结土超固结土图3－64总应力路径与有效应力路径第二十三页，共52页。第二十三页，共52页。超固结正常固结图3－65先期固结压力p附近的包线第二十四页，共52页。第二十四页，共52页。4.黏土的不固结不排水试验（UU）第二十五页，共52页。第二十五页，共52页。原状土的不扰动取样过程图3－66

正常固结黏土的沉积、固结与取样过程应力路径第二十六页，共52页。第二十六页，共52页。（1）正常固结土的原位应力状态（不计静水压力）vvhu=0h总应力超静孔隙水压力有效应力图3－67原位应力状态第二十七页，共52页。第二十七页，共52页。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ur<000图3－68原状土取样以后第二十八页，共52页。第二十八页，共52页。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-ur-ur（3）施加围压后图3－69施加围压c

产生超静孔压uc=

c第二十九页，共52页。第二十九页，共52页。总应力有效应力孔压ur+ucuc（4）剪切过程图3－70施加轴向应力产生超静孔压±u第三十页，共52页。第三十页，共52页。总应力有效应力孔压ur+ucufcf（5）试样破坏时情况图3－71试样破坏时的应力状态uf第三十一页，共52页。第三十一页，共52页。饱和土的不排水包线是一条水平线，其斜率uu＝u=0。图3－72UU的强度包线第三十二页，共52页。第三十二页，共52页。剑桥模型与p,q,e间的唯一性关系有效应力路径的唯一性，物态边界面的唯一性；相同围压，不同总应力路径的CU试验有效应力路径和强度的唯一性。第三十三页，共52页。第三十三页，共52页。CU试验有效应力路径的唯一性qp,p0第三十四页，共52页。第三十四页，共52页。第三十五页，共52页。第三十五页，共52页。非饱和黏土的三轴不排水试验强度包线图3－73

非饱和黏土UU的强度包线第三十六页，共52页。第三十六页，共52页。5.排水和不排水强度指标的工程应用

（1）有效应力强度指标(CD)①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。②对于黏性土，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。③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。第三十七页，共52页。第三十七页，共52页。（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。第三十八页，共52页。第三十八页，共52页。CU指标:软黏土上（1）部分完成很长时间(2)部分快速施工的填方工程图3－74软黏土上分期填筑的土方工程第三十九页，共52页。第三十九页，共52页。水位骤降（土坝厚心墙）图3－75土坝水位骤降第四十页，共52页。第四十页，共52页。图3－76天然土坡上快速填方第四十一页，共52页。第四十一页，共52页。（3）不排水（UU）强度指标在原来的应力状态上，施加围压和剪应力时，都不会排水，存在超静孔压。第四十二页，共52页。第四十二页，共52页。(c)黏土地基上，快速施工的建筑物(a)在软黏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3－77UU强度指标的应用第四十三页，共52页。第四十三页，共52页。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：第四十四页，共52页。第四十四页，共52页。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：其中是一个与土的饱和度有关的参数，一般不易确定。第四十五页，共52页。第四十五页，共52页。弗雷德伦德（D.G.Fredlund）非饱和土理论双应力体系：净应力，吸力。第四十六页，共52页。第四十六页，共52页。弗雷德伦德（D.G.Fredlund）非饱和土的强度准则可见：

tg=tg，同样不易确定。第四十七页，共52页。第四十七页，共52页。图3－79非饱和土的强度包线第四十八页，共52页。第四十八页，共52页。s=ua-uwSr/%1000不是常数图3－80非饱和土的土水特征曲线第四十九页，共52页。第四十九页，共52页。第五十页，共52页。第五十页，共52页。习题：3-26，3-37习