土质学与土力学-第七章-土的抗剪强度课件

第七章土的抗剪强度第七章土的抗剪强度1土工结构物或地基土渗透问题变形问题强度问题渗透特性变形特性强度特性土工结构物或地基土渗透问题渗透特性2§7.1概述§7.2土的抗剪强度理论§7.3土的抗剪强度试验§7.4三轴压缩试验中的孔隙压力系数§7.5饱和粘性土的土的抗剪强度§7.6应力路径与破坏主应力线简介§7土的抗剪强度§7.1概述§7土的抗剪强度3§7土的抗剪强度本章需要重点掌握内容：1）掌握库仑公式、莫尔—库仑强度理论；2）掌握土的抗剪强度指标的测定方法；3）掌握不同固结和排水条件下土的抗剪强度指标的意义及其应用；本章需要了解内容：1）孔隙压力系数A和B2）应力路径概念3）抗剪强度的影响因素。4）能利用抗剪强度的基本理论和试验方法解决实际工程土中的强度和稳定问题。§7土的抗剪强度本章需要重点掌握内容：4一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型§7土的抗剪强度§7.1土的抗剪强度概述一、土的强度特点§7土的抗剪强度§7.1土的抗剪强度概5一、土的强度特点：碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用——主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；2.三相体系：三相承受与传递荷载——有效应力原理；3.自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。§7.1土的抗剪强度概述一、土的强度特点：§7.1土的抗剪强度概述6大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾二、工程中土体的破坏类型1.挡土结构物的破坏§7.1土的抗剪强度概述大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾二、工程中土体的破坏类型1.71.挡土结构物的破坏二、工程中土体的破坏类型广州京光广场基坑塌方使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。§7.1土的抗剪强度概述1.挡土结构物的破坏二、工程中土体的破坏类型广州京光广场基8挡土墙滑裂面基坑支护1.挡土结构物的破坏二、工程中土体的破坏类型§7.1土的抗剪强度概述挡土墙滑裂面基坑支护1.挡土结构物的破坏二、工程中土体的破9平移滑动2.各种类型的滑坡崩塌旋转滑动流滑二、工程中土体的破坏类型§7.1土的抗剪强度概述平移滑动2.各种类型的滑坡崩塌旋转滑动流滑二、工程中土体的101994年4月30日崩塌体积400万方10万方进入乌江死4人，伤5人，失踪12人击沉拖轮、驳轮各一艘，渔船2只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡崩塌体巨大石块滚入江内，无法通航滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米。乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型1994年4月30日乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌2.各种11龙观嘴黄崖沟乌江2000年西藏易贡巨型滑坡2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型龙观嘴黄崖沟乌江2000年西藏易贡巨型滑坡2.各种类型的滑12高程（m）滑距（m）553022004000扎木弄沟滑坡堆积体08000400020006000立面示意图坡高3330m堆积体宽约2500m总方量约3亿方2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型2000年西藏易贡巨型滑坡高程（m）滑距（m）553022004000扎木弄沟滑13易贡滑坡堰塞湖滑坡堆积区扎木弄沟2264m2210m2165m2340m平面示意图5520m滑坡堆积体2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型2000年西藏易贡巨型滑坡易贡滑坡堰塞湖滑坡堆积区扎2264m2210m21614天然坝

坝高290m滑坡堰塞湖

库容15亿方湖水每天上涨约50cm?2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型2000年西藏易贡巨型滑坡天然坝湖水每天上涨约50cm?2.各种类型的滑坡二、工程中15边坡滑裂面2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型边坡滑裂面2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型16粘土地基上的某谷仓地基破坏3.地基的破坏二、工程中土体的破坏类型粘土地基上的某谷仓地基破坏3.地基的破坏二、工程中土体的破17日本新泻1964年地震引起大面积液化3.地基的破坏二、工程中土体的破坏类型日本新泻1964年地震引起大面积液化3.地基的破坏二、工程18地基p滑裂面3.地基的破坏二、工程中土体的破坏类型地基p滑裂面3.地基的破坏二、工程中土体的破坏类型19土压力边坡稳定地基承载力挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏核心强度理论二、工程中土体的破坏类型土压力挡土结构物破坏核心强度理论二、工程中土体的破坏类型201.库仑公式2.应力状态与摩尔圆3.极限平衡应力状态4.摩尔-库仑强度理论5.破坏判断方法6.滑裂面的位置§7.2土的抗剪强度理论1.库仑公式§7.2土的抗剪强度理论21PSTAc粘聚力内摩擦角f：

土的抗剪强度tg：

摩擦强度-正比于压力c：

粘聚强度-与所受压力无关固定滑裂面一般应力状态如何？判断是否破坏？借助于莫尔圆库仑公式及抗剪强度指标（总应力法与有效应力法）PSTAc粘聚力f：固定滑裂面一般应力状态如何？判22==三维应力状态二.应力莫尔圆二维应力状态==三维应力状态二.应力莫尔圆二维应力状态23莫尔圆应力分析符号规定材料力学+-+-土力学正应力剪应力拉为正压为负顺时针为正逆时针为负压为正拉为负逆时针为正顺时针为负二.应力莫尔圆莫尔圆应力分析符号规定材料力学+-+-土力学正应力剪应力拉为24Oz+zx-xzx213rR+-1二.应力莫尔圆大主应力：小主应力:圆心：半径：σz按顺时针方向旋转ασx按顺时针方向旋转α莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力与Oz+zx-xzx213rR+-1二.25三.极限平衡应力状态极限平衡应力状态：有一对面上的应力状态达到=f土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔园的公切线。f三.极限平衡应力状态极限平衡应力状态：f26三.极限平衡应力状态f强度包线以内：任何一个面上的一对应力与都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：有一个面上的应力达到破坏；与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。三.极限平衡应力状态f强度包线以内：任何一个面上的一27四.莫尔—库仑强度理论1.土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面上作用的法向应力的单值函数,f=f()（莫尔：1900年）2.在一定的应力范围内，可以用线性函数近似f

=c+tg3.某土单元的任一个平面上=f，该单元就达到了极限平衡应力状态四.莫尔—库仑强度理论1.土单元的某一个平面上的抗剪强度28四.莫尔—库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件1f3Oc四.莫尔—库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条29四.莫尔—库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件1f3Oc四.莫尔—库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条30根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ3计算σ1f比较σ1与σ1fσ1<σ1f弹性平衡状态σ1=σ1f

极限平衡状态σ1>σ1f破坏状态Oc1f311五.破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）3=常数：根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ3计31根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ1计算σ3f比较σ3与σ3fσ3>σ3f弹性平衡状态σ3=σ3f极限平衡状态σ3<σ3f破坏状态Oc13f33五.破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）1=常数：根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ1计32根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ1、σ3计算与比较

<安全状态

=

极限平衡状态〉

不可能状态Oc五.破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）(1+3)/2

=常数：圆心保持不变根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ1、33Oc1f3231f45°＋/2破裂面2六.滑裂面的位置与大主应力面夹角：α=45+/2Oc1f3231f45°＋/2破裂面2六34一、室内试验二、野外试验§7.3土的抗剪强度试验直剪试验、三轴试验等制样（重塑土）或现场取样缺点：扰动优点：应力条件清楚，易重复十字板扭剪试验、旁压试验等原位试验缺点：应力条件不易掌握优点：原状土的原位强度一、室内试验§7.3土的抗剪强度试验直剪试验、三轴试验等十35一、直接剪切试验（直剪试验）库仑（1776）试验原理施加σ（=P/A），S量测（=T/A）上盒下盒PSTσ

=100KPaSA§7.3土的抗剪强度试验一、直接剪切试验（直剪试验）施加σ（=P/A），S上盒下36直剪试验库仑（1776）试验原理试验结果σ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPaPSTA§7.3土的抗剪强度试验直剪试验σ=100KPaSσ=200KPaσ=37Occ粘聚力内摩擦角σ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPa直剪试验库仑（1776）试验原理试验结果库仑公式：f：

土的抗剪强度tg：

摩擦强度-正比于压力c：

粘聚强度-与所受压力无关Occ粘聚力σ=100KPaSσ=20038NT=NT滑动摩擦1.摩擦强度tg（1）滑动摩擦NT=NT滑动摩擦1.摩擦强度tg（1）滑39（2）咬合摩擦引起的剪胀滑动摩擦咬合摩擦引起的剪胀1.摩擦强度tg（2）咬合摩擦引起的剪胀滑动摩擦咬合摩擦引起的剪胀1.40（3）颗粒的破碎与重排列滑动摩擦NT颗粒破碎与重排列1.摩擦强度tg咬合摩擦引起的剪胀（3）颗粒的破碎与重排列滑动摩擦NT1.摩擦强度41密度（e,粒径级配（Cu,Cc）颗粒的矿物成分对于：砂土>粘性土；高岭石>伊里石>蒙脱石粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）在其他条件相同时：对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角影响土的摩擦强度的主要因素：1.摩擦强度tg密度（e,影响土的摩擦强度的主要因素：1.摩擦42粘聚强度机理静电引力（库仑力）范德华力颗粒间胶结假粘聚力（毛细力等）粘聚强度影响因素地质历史粘土颗粒矿物成分密度离子价与离子浓度----+2.凝聚强度粘聚强度机理粘聚强度影响因素----+2.凝聚强度43通过控制剪切速率来近似模拟排水条件1.（固结）慢剪：施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分，以保证无超静孔压2.固结快剪施加正应力-充分固结在3-5分钟内剪切破坏3.快剪施加正应力后立即剪切，3-5分钟内剪切破坏一.直剪试验PSTA通过控制剪切速率来近似模拟排水条件1.（固结）慢剪：一.44OnK0nPSTA一.直剪试验OnK0nPSTA一.直剪试验45设备简单，操作方便结果便于整理测试时间短优点试样应力状态复杂应变不均匀不能控制排水条件剪切面固定缺点一.直剪试验PSTA类似试验：环剪试验单剪试验设备简单，操作方便优点试样应力状态复杂缺点一.直剪试验46试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽二.三轴压缩（剪切）试验1.试样应力特点与试验方法2.强度包线3.试验类型4.优缺点试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶47二.三轴压缩试验方法：首先试样施加静水压力—室压（围压）1=2=3；然后通过活塞杆施加的是应力差Δ1=

1-3。1.试样应力特点与试验方法：特点：试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是大主应力；径向与切向应力总是相等r=，亦即1=z；2=3=r二.三轴压缩试验方法：1.试样应力特点与试验方法：特点：48强度包线(1-)fc

(1-)f11-31

=15%分别作围压为100kPa、200kPa、300kPa的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f绘制三个破坏状态的应力摩尔圆，画出它们的公切线——强度包线，得到强度指标c与

二.三轴压缩试验2.强度包线强度包线(1-)fc(1-)f11-49固结排水试验（CD试验）1打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压固结不排水试验（CU试验）1打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水不固结不排水试验（UU试验）1关闭排水阀门，围压下不固结；2关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水cd、d

ccu、cu

cu、u

3.试验类型二.三轴压缩试验固结排水试验（CD试验）固结不排水试验（CU试验）不固结不排50固结排水试验（CD试验）

ConsolidatedDrainedTriaxialtest(CD)

抗剪强度指标：cdd（c）试验类型汇总固结不排水试验（CU试验）

ConsolidatedUndrainedTriaxialtest(CU)抗剪强度指标：ccucu不固结不排水试验（UU试验）UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest(UU)

抗剪强度指标：cuu（

cuuuu）二.三轴压缩试验固结排水试验（CD试验）试验类型汇总不固结不排水试验（UU试51优点：1应力状态和应力路径明确；2排水条件清楚，可控制；3破坏面不是人为固定的；4试验单元体试验缺点：设备相对复杂，现场无法试验说明：3＝0即为无侧限抗压强度试验4.优点和缺点二.三轴压缩试验优点：缺点：说明：3＝0即为无侧限抗压强度试验4.优点52无侧限抗压强度试验如同三轴压缩试验中σ3

=0时的特殊情况。试验时，将圆柱形试样置于无侧限压缩仪中，对试样不加周围压力，仅对它施加垂直轴向压力σ1（见右图），剪切破坏时试样所承受的轴向压力称为无侧限抗压强度。无粘性土在无侧限条件下试样难以成型，故该试验主要用于粘性土，尤其适用于饱和软粘土。三.无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验如同三轴压缩试验中σ3=0时的特殊情况。53对于饱和软粘土，在不固结不排水条件下进行剪切试验，可认为φ=0，其抗剪强度包线与σ轴平行。因而，由无侧限抗压强度试验所得的极限应力圆的水平切线即为饱和软粘土的不排水抗剪强度包线（水平线）。由图可知，其不排水抗剪强度cu为：cu=qu/2对于饱和软粘土，在不固结不排水条件下进行剪切试验，可认为φ=54真三轴仪空心圆柱扭剪仪其它室内试验真三轴仪其它室内试验55

四.十字板剪切试验一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；通过施加的扭矩计算土的抗剪强度§7.3土的抗剪强度试验四.十字板剪切试验一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；钻56时：M1HDM2四、十字板剪切试验时：H四、十字板剪切试验57?几种简单的情形：饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算附加应力情况

外荷载附加应力σz土骨架：有效应力(2)轴对称三维应力状态(1)侧限应力状态孔隙水：孔隙水压力超静孔隙水压力§7.4三轴压缩试验中的孔隙压力系数?几种简单的情形：饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算附加应力58侧限应力状态及一维渗流固结附加应力作用情况实践背景：大面积均布荷载p0不透水岩层饱和压缩层σz=p0p0侧限应力状态侧限应力状态及一维渗流固结附加应力作用情况实践背景：大面59侧限应力状态及一维渗流固结附加应力作用情况物理模型：钢筒——侧限条件

弹簧——土骨架

水体——孔隙水

带孔活塞——排水顶面

活塞小孔——渗透性大小初始状态边界条件渗透固结过程p0一般方程p0侧限应力状态及一维渗流固结附加应力作用情况物理模型：钢筒60侧限应力状态及一维渗流固结附加应力作用情况ppp附加应力:σz=p超静孔压:

u=σz=p有效应力:σ’z=0渗透固结过程附加应力:σz=p超静孔压:

u<p有效应力:σ’z>0附加应力:σz=p超静孔压:

u=0有效应力:σ’z=p侧限应力状态及一维渗流固结附加应力作用情况ppp附加应力:61孔压系数：不排水条件下相当于t=0时刻:附加应力作用情况侧限应力状态及一维渗流固结渗透固结过程u,σ’随时间在变化产生超静孔隙水压力孔压系数：不排水条件下相当于t=0时刻:附加应力作用情况62附加应力作用情况轴对称三维应力状态试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽不固结不排水试验从某一初始状态，阀门关闭，连接孔压传感器，施加围压Δ不固结，量测超静孔隙水压力ΔuB施加Δ1-Δ时，阀门关闭，可连接孔压传感器，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力ΔuA附加应力作用情况轴对称三维应力状态试样压力室压力水排水管阀63一、孔压系数A和B轴对称三维应力状态=+等向压缩应力状态偏差应力状态封闭土样一、孔压系数A和B轴对称三维应力状态=+等向压缩应力状态偏641.等向压缩应力状态孔隙流体产生了超静孔隙水压力ΔuB土骨架的有效附加应力孔隙流体的体积变化孔隙流体的体积压缩系数为Cv

，单位孔隙压力作用引起的体应变土骨架的体积变化设土骨架的体积压缩系数为Cs体积V土骨架的体变等于孔隙流体的体变ΔV1=ΔV2孔压系数B线弹性体1.等向压缩应力状态孔隙流体产生了超静孔隙水压力ΔuB土骨65饱和土：干土：非饱和土：B是一个反映土饱和程度的指标孔隙流体的体积压缩系数为Cv

，单位孔隙压力作用引起的体应变设土骨架的体积压缩系数为Cs孔压系数B1.等向压缩应力状态饱和土：B是一个反映土饱和程度的指标孔隙流体的体积压缩系数为66孔隙流体产生了超静孔隙水压力ΔuA有效附加应力孔隙流体的体积变化土骨架的体积变化土骨架的体变等于孔隙流体的体变ΔV1=ΔV2孔压系数A2.偏差应力状态体积V假定为线弹性体轴向侧向总应力增量应变增量0孔隙流体产生了超静孔隙水压力ΔuA有效附加应力孔隙流体的体积67孔压系数A对饱和土:—剪切作用引起的孔压响应对于线弹性体:A=1/3A不是常数，随加载过程而变化A>1/3A<1/3剪胀：剪缩：2.偏差应力状态A是一个反映土剪胀性强弱的指标，其大小与土性有关孔压系数A对饱和土:—剪切作用引起的孔压响应对于线弹性体:A68问题:能否对孔压系数A作进一步的解释？问题:能否对孔压系数A作进一步的解释？69问题:能否对孔压系数A作进一步的解释？回答：＋＝xyz问题:能否对孔压系数A作进一步的解释？回答：＋＝xyz70＝＋＋偏差应力状态等向压缩应力状态纯剪应力状态纯剪应力状态＝＋＋偏差应力状态等向压缩应力状态纯剪应力状态纯剪应力状态71轴对称三维应力状态等向压缩应力状态偏差应力状态轴对称三维应力状态等向压缩应力状态偏差应力状态72强度指标：峰值强度指标与残余强度指标§7.5饱和粘性土的抗剪强度粘聚力c

内摩擦角工程应用三种分类方法总应力强度指标与有效应力强度指标直剪强度指标与三轴试验强度指标目的分析方法试验方法应力应变状态强度指标：峰值强度指标§7.5饱和粘性土的抗剪强度粘聚力73一.总应力指标与有效应力指标两种强度指标的比较

有效应力、总应力强度包线与破坏主应力线§5.4土的抗剪强度指标§7.5饱和粘性土的抗剪强度一.总应力指标与有效应力指标两种强度指标的比较§5.4741.两种强度指标的比较一.总应力指标与有效应力指标土的抗剪强度的有效应力指标c,=c+tg=-u符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u无法确定土的抗剪强度的总应力指标c,=c+tg便于应用,但u不能产生抗剪强度，不符合强度机理，应用时要符合工程条件强度指标抗剪强度简单评价1.两种强度指标的比较一.总应力指标与有效应力指标土的抗751(’)p(p’)quKfKfffuu松砂及正常固结粘土(CU)一.总应力指标与有效应力指标2.强度包线与破坏主应力线思考题1：实际破裂面的方向？思考题2：如果破坏时孔隙水压力u(负孔压)，有效应力摩尔圆在总应力摩尔圆哪边？1(’)p(p’)quK76(’)ccff超固结粘土的总应力与有效应力强度包线(CU)u(-)一.总应力指标与有效应力指标2.强度包线与破坏主应力线u(+)总应力有效应力(’)ccff超固结粘土的总应力与有效应77二.三轴试验强度指标剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained1.固结排水试验（CD）2.固结不排水试验（CU）固结Consolidated不排水Undrained不固结Unconsolidated不排水Undrained三种试验3.不固结不排水试验（UU）§5.4土的抗剪强度指标§7.5饱和粘性土的抗剪强度二.三轴试验强度指标剪切前固结条件剪切中排水条件固结排水1781.固结排水试验强度指标：cd，d(1)试验条件(2)松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线(3)密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线(4)超固结粘土+正常固结粘土的强度包线二.三轴试验强度指标1.固结排水试验强度指标：cd，d二.三轴试验强度指标79(1)试验条件试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽1.固结排水试验二.三轴试验强度指标施加围压充分固结施加(1-)时，排水阀门始终打开，速度慢足以使孔压消散始终u=0，=-u=(1)试验条件试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩801=1d==f=f(1)试验条件1.固结排水试验二.三轴试验强度指标总应力指标与有效应力指标一致:cd=c’破坏面位置：1=1d==f=f(1)81v轴向应力渐进增加，体应变是体缩，最终二者均趋于稳定(2)松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线=’f=f思考题：正常固结粘土包线为什么过原点？1.固结排水试验二.三轴试验强度指标v轴向应力渐进增加，体应变是体缩，最终二者均82实验室的正常固结粘土：有效固结压力c等于先期固结压力pc。地基中的正常固结粘土：’zczpc取回室内,如c’z，不再是正常固结土。

f“正常固结粘土”(2)松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线1.固结排水试验二.三轴试验强度指标抗剪强度指标有时失去其物理意义，而变成计算参数的含义’z固结压力为0的正常固结粘土:当正常固结粘土试样的固结压力为0时，亦即其历史上的最大固结压力是0－处于泥浆状态，抗剪强度为0。c=0是否意味着正常固结粘土无粘聚力?粘聚力随增加而增加实验室的正常固结粘土：地基中的正常固结粘土：f“正常83vv表示体缩v0表示体胀(剪胀)应力应变关系软化，体应变剪胀峰值强度残余强度(3)密砂与超固结粘土试验曲线与强度包线峰值强度残余强度f密砂强度包线密砂应力应变关系曲线1.固结排水试验二.三轴试验强度指标vv表示体缩应力应变关系软化，体应变剪84v表示体缩v0表示体胀(剪胀)v峰值强度残余强度峰值强度残余强度f超固结粘土强度包线超固结粘土应力应变关系曲线(3)密砂与超固结土试验曲线与强度包线1.固结排水试验二.三轴试验强度指标应力应变关系软化，体应变剪胀c≠0v表示体缩v峰值强度残余强度峰值强85epc强度包线fpc土的压缩曲线(4)超固结粘土+正常固结粘土强度包线pc，正常固结粘土；pc，超固结粘土1.固结排水试验二.三轴试验强度指标epc强度包线fpc土的压缩曲线(4)86固结排水试验小结松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线：应变硬化与体积收缩，cd=0；

密砂试验曲线与强度包线：应变软化与剪胀性，cd=0；超固结粘土试验曲线与强度包线：应变软化与剪胀性，cd与d;超固结粘土+正常固结粘土的强度包线:

折线→c≠0的直线近似1.固结排水试验二.三轴试验强度指标教材199页图7-20固结排水试验小结松砂与正常固结粘土试验曲线与强度包线：1.固87剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained1.固结排水试验（CD）2.固结不排水试验（CU）固结Consolidated不排水Undrained不固结Unconsolidated不排水Undrained三种试验3.不固结不排水试验（UU）二.三轴试验强度指标§5.4土的抗剪强度指标§7.5饱和粘性土的抗剪强度剪切前固结条件剪切中排水条件固结排水1.固结排水试验2.固结882.固结不排水试验二.三轴试验强度指标强度指标：ccu，cu；c’，’

(1)试验条件(2)正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线(3)超固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线(4)固结不排水三轴试验确定的强度指标2.固结不排水试验二.三轴试验强度指标强度指标：ccu，89(1)试验条件施加围压充分固结施加(1-)时，阀门关闭，可连接孔压传感器，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力uu0，=-u试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽量测孔隙水压力2.固结不排水试验二.三轴试验强度指标(1)试验条件试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩902.固结不排水试验二.三轴试验强度指标剪切过程中的超静孔隙水压力u对于饱和土试样：孔压系数B=1.0

u=BA(=A(对于剪切过程中无体积变化：A=1/3剪切过程中发生剪缩：A>1/3剪切过程中发生剪胀：A<1/3(甚至可能A<0，u<0）2.固结不排水试验二.三轴试验强度指标剪切过程中的超静孔隙水91u轴向应力和孔压渐进增加并趋于稳定，孔压u>0(2)正常固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线ffcu2.固结不排水试验二.三轴试验强度指标u轴向应力和孔压渐进增加并趋于稳定，(2)92u应力应变关系软化，孔压可能小于0与超固结度有关f(3)超固结粘土固结不排水试验曲线与强度包线＋－fcuu<0u>02.固结不排水试验二.三轴试验强度指标u应力应变关系软化，孔压可能小于0f(93(4)固结不排水三轴试验确定的强度指标2.固结不排水试验二.三轴试验强度指标应力变量试验量测u计算=u=确定的强度指标ccu

cuc(4)固结不排水三轴试验确定的强度指标2.固结不排水试验二94固结不排水试验小结剪切过程中的超静孔隙水压力u正常固结粘土的应力应变关系曲线:硬化正常固结粘土的有效应力与总应力的强度包线:cu<超固结粘土的应力应变关系曲线:软化超固结粘土的固结不排水强度指标:cccu,cu固结不排水三轴试验确定的强度指标:

ccu,cu;c,2.固结不排水试验二.三轴试验强度指标教材198页图7-17、7-18固结不排水试验小结剪切过程中的超静孔隙水压力u2.固结不排95剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained1.固结排水试验（CD）2.固结不排水试验（CU）固结Consolidated不排水Undrained不固结Unconsolidated不排水Undrained三种试验3.不固结不排水试验（UU）二.三轴试验强度指标剪切前固结条件剪切中排水条件固结排水1.固结排水试验2.固结963.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标强度指标：cuu(cu)，uu(u)

(1)试验条件(2)粘土的孔隙比－有效应力－抗剪强度唯一性关系(3)饱和试样的不排水强度指标cu(4)不排水试验与固结不排水试验(5)无侧限压缩试验：3

=0的不排水试验(6)不饱和试样的不排水强度3.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标强度指标：cuu(97(1)试验条件从某一初始状态开始，关闭阀门施加围压，产生孔隙水压力u1=B施加（1-）时，阀门关闭，可连接孔压传感器，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力u2=BA()3.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽量测孔隙水压力(1)试验条件3.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标试样压983.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标(2)粘土的孔隙比－有效应力－抗剪强度唯一性关系强度的影响因素:土的组成土的状态土的结构应力状态ef–p´f-qf

唯一性关系ef–σ´f-τf

唯一性关系’(p’)(q)K’f线f线α’唯一的ef应力历史同一种正常固结粘土土的状态(ρ,e)应力状态应力历史相同时也满足唯一性关系研究表明超固结粘土:3.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标(2)粘土的孔隙比－99u

=0,cu,并且有效应力摩尔圆是唯一的思考题：可否由不排水试验确定有效应力强度指标？(3)饱和试样的不排水强度指标cuu=B[+A()]B=13.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标u=0,cu,并且有效应力摩尔圆是唯一的思考题：100cupc1cu1pc2cu2pc3cu3(4)不排水试验与固结不排水试验3.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标正常固结粘土层固结不排水试验强度包线上的每一点对应于一个具有相同先期固结压力的不排水强度指标cupc1cu1pc2cu2pc3cu3101cu=qu/2cuqu=(5)无侧限压缩试验：3

=0的不排水试验3.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标cu=qu/2cuqu=(5)无侧限压缩试验102(6)不饱和试样的不排水强度不饱和区饱和区3.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标(6)不饱和试样的不排水强度不饱和区饱和区3.不固结不排103不固结不排水试验小结3.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标饱和试样的不排水强度指标:u

=0,cu饱和试样的固结不排水试验与不排水强度指标:

有关联无侧限压缩试验：

3=0,是一种特殊的不排水试验不饱和试样的不排水强度指标:

随3增加而增加并趋于稳定教材197页图7-15不固结不排水试验小结3.不固结不排水试验二.三轴试验强度指标104三.直剪试验强度指标1.慢剪

施加正应力-充分固结 慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分，以保证无超静孔压2.固结快剪

施加正应力-充分固结 在3-5分钟内剪切破坏3.快剪 施加正应力后 立即剪切3-5分钟内剪切破坏三.直剪试验强度指标1.慢剪105强度指标对于砂土，三种试验结果都接近于c对于粘性土， 慢剪(Slowly:s)：cscs;

由于摩擦和中主应力使其强度指标稍大0.9csc,0.9s 固结快剪（ConsolidatedQuickly:cq） ccqccucqcu 快剪(Quickly:q):对于k<10-7cm/s粘土 cqcuqu三.直剪试验强度指标强度指标对于砂土，三种试验结果都接近于c三.直剪106四.土的强度指标的工程应用有效应力指标还是总应力指标？三轴试验指标还是直剪试验指标？峰值强度指标还是残余强度指标？§5.4土的抗剪强度指标§7.5饱和粘性土的抗剪强度四.土的强度指标的工程应用有效应力指标还是总应力指标？107

四.土的强度指标的工程应用有效应力指标与总应力指标凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u的情况，都应当使用有效应力指标c，四.土的强度指标的工程应用有效应力指标与总应力指标108四.土的强度指标的工程应用三轴试验指标与直剪试验指标砂土：c,三轴排水试验指标与直剪试验指标（直剪试验得到的指标偏大）粘土：有效应力指标：固结排水、固结不排水总应力指标：三轴固结不排水、不排水;直剪固结快剪、快剪四.土的强度指标的工程应用三轴试验指标与直剪试验指标109四.土的强度指标的工程应用峰值强度指标与残余强度指标峰值强度一般问题残余强度古旧滑坡断层夹泥大变形问题四.土的强度指标的工程应用峰值强度指标与残余强度指标110粘土地基上分层慢速施工的填方稳定渗流期的土坝天然粘土坡或在粘土中的开挖固结排水强度指标的应用实例

ccdcd

粘土地基上分层慢速施工的填方稳定渗流期的土坝天然粘土坡或在粘111几种固结不排水强度指标的应用实例

ccucu在1层土固结后，施工2层库水位从1骤降到2在天然土坡上快速填方几种固结不排水强度指标的应用实例在1层土固结后，施工2层库水112几种不排水强度指标cu在工程中的应用软土地基上快速施工的填方土坝快速施工，心墙未固结粘土地基上快速施工的建筑物几种不排水强度指标软土地基上快速施工的填方土坝快速施工，心墙113例题：正常固结饱和粘土试样，在三轴压力室内保持300KPa周压条件下做排水剪切试验，测得cd=0,d=30⁰，问：（1）排水剪剪切破坏面的正应力、剪应力及方位。（2）保持300KPa周压条件下进行固结不排水剪切试验，破坏时的轴向压力差1-3=300KPa，求固结不排水剪总应力与有效应力抗剪强度指标；剪切破坏时试样中的孔压及相应的孔压系数；剪切破坏面的正应力、剪应力及方位。（3）若先在200KPa周压条件下使试样固结，然后也施加周压300KPa进行不排水剪切试验，求抗剪强度指标及剪切破坏面的正应力、剪应力及方位。（4）试比较排水剪、固结不排水剪、不排水剪的抗剪强度指标及剪切破坏面。例题：正常固结饱和粘土试样，在三轴压力室内保持300KPa周114解：1）排水剪试验的抗剪强度曲线所表示的是有效应力抗剪强度指标及应力状态。剪切破坏面的应力与方位是：解：1）排水剪试验的抗剪强度曲线所表示的是有效应力抗剪强度指1152）正常固结饱和粘土的固结不排水剪抗剪强度包线笔通过坐标原点，破坏应力圆与其相切，由图可得：试样剪切破坏时的有效应力状态为：2）正常固结饱和粘土的固结不排水剪抗剪强度包线笔通过坐标原点116因试样为完全饱和状态，孔压系数为：固结不排水剪总应力抗剪强度包线与总应力破坏圆相切点所表示的是假想的剪切破坏面，该面与大主应力面的夹角与应力为：因试样为完全饱和状态，孔压系数为：固结不排水剪总应力抗剪强度117固结不排水剪的真实剪切破坏面是有效应力抗剪强度包线与有效应力破坏圆相切点所表示的剪切面，该面与大主应力面的夹角与应力为：固结不排水剪的真实剪切破坏面是有效应力抗剪强度包线与有效应力1183）不排水剪的剪切强度与试样初始的固结程度有关。由排水剪强度曲线与固结压力的剪切破坏应力圆相切可得：当周压增至300kpa，进行不排水剪试验，其有效应力圆不变，将其平移u可得总应力圆，即：3）不排水剪的剪切强度与试样初始的固结程度有关。由排水剪强度1194)在同样周压下，三种固结条件的剪切强度为：排水剪d=30⁰cd=0固结不排水剪cu=19.5⁰ccu=0不排水剪u=0⁰cu=200kpa土样剪切破坏面的方位是唯一的，为有效应力破坏面与大主应力面间的夹角。4)在同样周压下，三种固结条件的剪切强度为：120§7.6应力路径与破坏主应力线

一、应力路径及表示法二、强度包线与破坏主应力线三、总应力路径与有效应力路径§7.6应力路径与破坏主应力线一、应力路径及表示法121土的应力应变关系特性

弹塑性需要记录加载历史应力路径概念应力状态：土体中一点（微小单元）上作用的应力的大小与方向

土体中一点应力状态连续变化，在应力空间（平面）中的轨迹§7.6应力路径与破坏主应力线一、应力路径及表示法土的应力应变关系特性§7.6应力路径与破坏主应力线一、应122应力圆某一特定面上的应力点通常选择最大剪应力面（与主应力面成45度的斜面）O3113固结排水三轴试验莫尔圆圆心莫尔圆半径一个点代表一个摩尔圆；一条线代表一系列摩尔圆—应力路径一、应力路径及表示法摩尔圆－一个圆代表一个应力状态p,q平面－一个点代表一个应力状态保持为常数应力圆O3113固结排水三轴试验莫尔圆圆心莫123二.摩尔圆与p,q平面上的应力路径用摩尔圆用应力平面土中一点的应力状态一个摩尔圆一点应力的变化过程一系列摩尔圆一条线（应力路径）极限应力状态与强度包线相切的摩尔圆破坏主应力线上的一点二.摩尔圆与p,q平面上的应力路径用摩尔圆用应力平面124破坏包线f

在~

坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线破坏主应力线Kf在p~q坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合pqOf线Kf线固结排水三轴试验§7.6应力路径与破坏主应力线二、强度包线与破坏主应力线两条直线与横坐标交点都是0’破坏包线f破坏主应力线KfpqOf线Kf125破坏包线在~坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线pqOc破坏主应力线在p~q坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合af线Kf线O’AR固结排水三轴试验二、强度包线与破坏主应力线破坏包线pqOc破坏主应力线af线Kf线O’AR126破坏包线在~

坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线pqOc破坏主应力线在p~q坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合af线Kf线O’AR固结排水三轴试验二、强度包线与破坏主应力线破坏包线pqOc破坏主应力线af线Kf线O’AR127破坏包线在~坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线pqOc破坏主应力线在p~q坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合af线Kf线O’AR固结排水三轴试验二、强度包线与破坏主应力线>

c>a破坏包线pqOc破坏主应力线af线Kf线O’AR1280qp用若干点的最小二乘法确定a和然后计算强度指标c和a确定强度指标二、强度包线与破坏主应力线0qp用若干点的最小二乘法确定a和a确定强度指标二、129总应力与有效应力状态有效应力原理典型三轴试验孔隙水压力计算O’（13)u13’3’1固结不排水三轴试验三、总应力路径与有效应力路径总应力与有效应力状态O’（13)u13’130总应力与有效应力路径关系O’（13)u13’3’1三、总应力路径与有效应力路径总应力与有效应力路径O’（13)u13’131总应力与有效应力路径关系三轴试验总应力路径三轴固结不排水试验有效应力路径A=const松砂或正常固结粘土（A>1/3）密砂或超固结粘土（A<1/3）pO3q45°Kfp’O3q’K’f45°三、总应力路径与有效应力路径总应力与有效应力路径pO3q45°Kfp’O3q’K’132教材206页7-11：某饱和粘性土在三轴仪中进行固结不排水试验，得c＝0，＝28°，如果这个试件受到1＝200kpa和3＝150kpa的作用，测得孔隙水压力，问该试件是否会破坏？为什么？解：固结不排水试验指标可近似代替固结排水试验试验指标，因此上述c＝0，＝28°可视为有效抗剪强度指标。土的极限平衡条件用有效应力表示。1＝1－u＝200-100＝100kpa3＝3－u＝150-100＝50kpa教材206页解：固结不排水试验指标可近似代替固结排水试验试验133解法1：O1f31试样处于弹性平衡状态，故不会破坏。解法1：O1f31试样处于弹性平衡状态，134解法2：试样处于弹性平衡状态，故不会破坏。O13f3解法2：试样处于弹性平衡状态，故不会破坏。O1135解法3：O13试样处于弹性平衡状态，故不会破坏。解法3：O13试样处于弹性平衡状态，故不136第七章土的抗剪强度第七章土的抗剪强度137土工结构物或地基土渗透问题变形问题强度问题渗透特性变形特性强度特性土工结构物或地基土渗透问题渗透特性138§7.1概述§7.2土的抗剪强度理论§7.3土的抗剪强度试验§7.4三轴压缩试验中的孔隙压力系数§7.5饱和粘性土的土的抗剪强度§7.6应力路径与破坏主应力线简介§7土的抗剪强度§7.1概述§7土的抗剪强度139§7土的抗剪强度本章需要重点掌握内容：1）掌握库仑公式、莫尔—库仑强度理论；2）掌握土的抗剪强度指标的测定方法；3）掌握不同固结和排水条件下土的抗剪强度指标的意义及其应用；本章需要了解内容：1）孔隙压力系数A和B2）应力路径概念3）抗剪强度的影响因素。4）能利用抗剪强度的基本理论和试验方法解决实际工程土中的强度和稳定问题。§7土的抗剪强度本章需要重点掌握内容：140一、土的强度特点二、工程中土体的破坏类型§7土的抗剪强度§7.1土的抗剪强度概述一、土的强度特点§7土的抗剪强度§7.1土的抗剪强度概141一、土的强度特点：碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用——主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；2.三相体系：三相承受与传递荷载——有效应力原理；3.自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。§7.1土的抗剪强度概述一、土的强度特点：§7.1土的抗剪强度概述142大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾二、工程中土体的破坏类型1.挡土结构物的破坏§7.1土的抗剪强度概述大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾二、工程中土体的破坏类型1.1431.挡土结构物的破坏二、工程中土体的破坏类型广州京光广场基坑塌方使基坑旁办公室、民工宿舍和仓库倒塌，死3人，伤17人。§7.1土的抗剪强度概述1.挡土结构物的破坏二、工程中土体的破坏类型广州京光广场基144挡土墙滑裂面基坑支护1.挡土结构物的破坏二、工程中土体的破坏类型§7.1土的抗剪强度概述挡土墙滑裂面基坑支护1.挡土结构物的破坏二、工程中土体的破145平移滑动2.各种类型的滑坡崩塌旋转滑动流滑二、工程中土体的破坏类型§7.1土的抗剪强度概述平移滑动2.各种类型的滑坡崩塌旋转滑动流滑二、工程中土体的1461994年4月30日崩塌体积400万方10万方进入乌江死4人，伤5人，失踪12人击沉拖轮、驳轮各一艘，渔船2只1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡崩塌体巨大石块滚入江内，无法通航滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米。乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型1994年4月30日乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌2.各种147龙观嘴黄崖沟乌江2000年西藏易贡巨型滑坡2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型龙观嘴黄崖沟乌江2000年西藏易贡巨型滑坡2.各种类型的滑148高程（m）滑距（m）553022004000扎木弄沟滑坡堆积体08000400020006000立面示意图坡高3330m堆积体宽约2500m总方量约3亿方2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型2000年西藏易贡巨型滑坡高程（m）滑距（m）553022004000扎木弄沟滑149易贡滑坡堰塞湖滑坡堆积区扎木弄沟2264m2210m2165m2340m平面示意图5520m滑坡堆积体2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型2000年西藏易贡巨型滑坡易贡滑坡堰塞湖滑坡堆积区扎2264m2210m216150天然坝

坝高290m滑坡堰塞湖

库容15亿方湖水每天上涨约50cm?2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型2000年西藏易贡巨型滑坡天然坝湖水每天上涨约50cm?2.各种类型的滑坡二、工程中151边坡滑裂面2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型边坡滑裂面2.各种类型的滑坡二、工程中土体的破坏类型152粘土地基上的某谷仓地基破坏3.地基的破坏二、工程中土体的破坏类型粘土地基上的某谷仓地基破坏3.地基的破坏二、工程中土体的破153日本新泻1964年地震引起大面积液化3.地基的破坏二、工程中土体的破坏类型日本新泻1964年地震引起大面积液化3.地基的破坏二、工程154地基p滑裂面3.地基的破坏二、工程中土体的破坏类型地基p滑裂面3.地基的破坏二、工程中土体的破坏类型155土压力边坡稳定地基承载力挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏核心强度理论二、工程中土体的破坏类型土压力挡土结构物破坏核心强度理论二、工程中土体的破坏类型1561.库仑公式2.应力状态与摩尔圆3.极限平衡应力状态4.摩尔-库仑强度理论5.破坏判断方法6.滑裂面的位置§7.2土的抗剪强度理论1.库仑公式§7.2土的抗剪强度理论157PSTAc粘聚力内摩擦角f：

土的抗剪强度tg：

摩擦强度-正比于压力c：

粘聚强度-与所受压力无关固定滑裂面一般应力状态如何？判断是否破坏？借助于莫尔圆库仑公式及抗剪强度指标（总应力法与有效应力法）PSTAc粘聚力f：固定滑裂面一般应力状态如何？判158==三维应力状态二.应力莫尔圆二维应力状态==三维应力状态二.应力莫尔圆二维应力状态159莫尔圆应力分析符号规定材料力学+-+-土力学正应力剪应力拉为正压为负顺时针为正逆时针为负压为正拉为负逆时针为正顺时针为负二.应力莫尔圆莫尔圆应力分析符号规定材料力学+-+-土力学正应力剪应力拉为160Oz+zx-xzx213rR+-1二.应力莫尔圆大主应力：小主应力:圆心：半径：σz按顺时针方向旋转ασx按顺时针方向旋转α莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力与Oz+zx-xzx213rR+-1二.161三.极限平衡应力状态极限平衡应力状态：有一对面上的应力状态达到=f土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔园的公切线。f三.极限平衡应力状态极限平衡应力状态：f162三.极限平衡应力状态f强度包线以内：任何一个面上的一对应力与都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：有一个面上的应力达到破坏；与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。三.极限平衡应力状态f强度包线以内：任何一个面上的一163四.莫尔—库仑强度理论1.土单元的某一个平面上的抗剪强度f是该面上作用的法向应力的单值函数,f=f()（莫尔：1900年）2.在一定的应力范围内，可以用线性函数近似f

=c+tg3.某土单元的任一个平面上=f，该单元就达到了极限平衡应力状态四.莫尔—库仑强度理论1.土单元的某一个平面上的抗剪强度164四.莫尔—库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件1f3Oc四.莫尔—库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条165四.莫尔—库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件1f3Oc四.莫尔—库仑强度理论莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条166根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ3计算σ1f比较σ1与σ1fσ1<σ1f弹性平衡状态σ1=σ1f

极限平衡状态σ1>σ1f破坏状态Oc1f311五.破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）3=常数：根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ3计167根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ1计算σ3f比较σ3与σ3fσ3>σ3f弹性平衡状态σ3=σ3f极限平衡状态σ3<σ3f破坏状态Oc13f33五.破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）1=常数：根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ1计168根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ1、σ3计算与比较

<安全状态

=

极限平衡状态〉

不可能状态Oc五.破坏判断方法判别对象：土体微小单元（一点）(1+3)/2

=常数：圆心保持不变根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性由σ1、169Oc1f3231f45°＋/2破裂面2六.滑裂面的位置与大主应力面夹角：α=45+/2Oc1f3231f45°＋/2破裂面2六170一、室内试验二、野外试验§7.3土的抗剪强度试验直剪试验、三轴试验等制样（重塑土）或现场取样缺点：扰动优点：应力条件清楚，易重复十字板扭剪试验、旁压试验等原位试验缺点：应力条件不易掌握优点：原状土的原位强度一、室内试验§7.3土的抗剪强度试验直剪试验、三轴试验等十171一、直接剪切试验（直剪试验）库仑（1776）试验原理施加σ（=P/A），S量测（=T/A）上盒下盒PSTσ

=100KPaSA§7.3土的抗剪强度试验一、直接剪切试验（直剪试验）施加σ（=P/A），S上盒下172直剪试验库仑（1776）试验原理试验结果σ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPaPSTA§7.3土的抗剪强度试验直剪试验σ=100KPaSσ=200KPaσ=173Occ粘聚力内摩擦角σ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPa直剪试验库仑（1776）试验原理试验结果库仑公式：f：

土的抗剪强度tg：

摩擦强度-正比于压力c：

粘聚强度-与所受压力无关Occ粘聚力σ=100KPaSσ=200174NT=NT滑动摩擦1.摩擦强度tg（1）滑动摩擦NT=NT滑动摩擦1.摩擦强度tg（1）滑175（2）咬合摩擦引起的剪胀滑动摩擦咬合摩擦引起的剪胀1.摩擦强度tg（2）咬合摩擦引起的剪胀滑动摩擦咬合摩擦引起的剪胀1.176（3）颗粒的破碎与重排列滑动摩擦NT颗粒破碎与重排列1.摩擦强度tg咬合摩擦引起的剪胀（3）颗粒的破碎与重排列滑动摩擦NT1.摩擦强度177密度（e,粒径级配（Cu,Cc）颗粒的矿物成分对于：砂土>粘性土；高岭石>伊里石>蒙脱石粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）在其他条件相同时：对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角影响土的摩擦强度的主要因素：1.摩擦强度tg密度（e,影响土的摩擦强度的主要因素：1.摩擦178粘聚强度机理静电引力（库仑力）范德华力颗粒间胶结假粘聚力（毛细力等）粘聚强度影响因素地质历史粘土颗粒矿物成分密度离子价与离子浓度----+2.凝聚强度粘聚强度机理粘聚强度影响因素----+2.凝聚强度179通过控制剪切速率来近似模拟排水条件1.（固结）慢剪：施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分，以保证无超静孔压2.固结快剪施加正应力-充分固结在3-5分钟内剪切破坏3.快剪施加正应力后立即剪切，3-5分钟内剪切破坏一.直剪试验PSTA通过控制剪切速率来近似模拟排水条件1.（固结）慢剪：一.180OnK0nPSTA一.直剪试验OnK0nPSTA一.直剪试验181设备简单，操作方便结果便于整理测试时间短优点试样应力状态复杂应变不均匀不能控制排水条件剪切面固定缺点一.直剪试验PSTA类似试验：环剪试验单剪试验设备简单，操作方便优点试样应力状态复杂缺点一.直剪试验182试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽二.三轴压缩（剪切）试验1.试样应力特点与试验方法2.强度包线3.试验类型4.优缺点试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶183二.三轴压缩试验方法：首先试样施加静水压力—室压（围压）1=2=3；然后通过活塞杆施加的是应力差Δ1=

1-3。1.试样应力特点与试验方法：特点：试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是大主应力；径向与切向应力总是相等r=，亦即1=z；2=3=r二.三轴压缩试验方法：1.试样应力特点与试验方法：特点：184强度包线(1-)fc

(1-)f11-31

=15%分别作围压为100kPa、200kPa、3