1、五、例題分析五、例題分析 【例】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為430kPa430kPa，小，小主應(yīng)力為主應(yīng)力為200kPa200kPa。通過試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。通過試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c c=15 =15 kPakPa， =20=20o o。試問該單元土體處于何種狀態(tài)？單元。試問該單元土體處于何種狀態(tài)？單元土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個(gè)面上，是否會(huì)沿剪應(yīng)力最大的土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個(gè)面上，是否會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？面發(fā)生剪破？【解答解答】已知已知 1=430kPa=430kPa， 3=200kPa=200kPa，c=15kPa=15kPa， =20

2、=20o o 1.1.計(jì)算法計(jì)算法 kPacoof8 .450245tan2245tan231計(jì)算結(jié)果表明：計(jì)算結(jié)果表明： 1f大于該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力大于該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力 1，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)元土體處于彈性平衡狀態(tài) kPacoof8 .189245tan2245tan213計(jì)算結(jié)果表明：計(jì)算結(jié)果表明： 3f小于該單元土體實(shí)際小主應(yīng)小于該單元土體實(shí)際小主應(yīng)力力 3，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑 ，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)所以，該單元土體處于彈性平衡

3、狀態(tài) 在剪切面上在剪切面上 552459021fkPaf7.2752cos21213131kPaf1 .1082sin2131庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律 kPacf3 .115tan 由于由于f ，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài) 2.2.圖解法圖解法 c 1 1f 3f實(shí)際應(yīng)力圓實(shí)際應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓最大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成最大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成4545o okPa11590sin2131max最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力kPa31590cos21213131庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律 kPacf7 .129tan最大剪應(yīng)力面上最大剪應(yīng)力面上f

4、 ，所以，不會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破，所以，不會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破壞壞 max土的 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 一、室內(nèi)試驗(yàn)一、室內(nèi)試驗(yàn) 二、野外試驗(yàn)二、野外試驗(yàn)直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)等直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)等 制樣（重塑土）或現(xiàn)場(chǎng)取樣制樣（重塑土）或現(xiàn)場(chǎng)取樣 缺點(diǎn)：擾動(dòng)缺點(diǎn)：擾動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)力條件清楚，易重復(fù)優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)力條件清楚，易重復(fù)十字板扭剪試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等十字板扭剪試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等 原位試驗(yàn)原位試驗(yàn) 缺點(diǎn)：應(yīng)力條件不易掌握缺點(diǎn)：應(yīng)力條件不易掌握 優(yōu)點(diǎn)：原狀土的原位強(qiáng)度優(yōu)點(diǎn)：原狀土的原位強(qiáng)度 一、直接剪切試驗(yàn)（室內(nèi)試驗(yàn)）一、直接剪切試驗(yàn)（室內(nèi)試驗(yàn)）試驗(yàn)儀器：試驗(yàn)儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）直剪儀（應(yīng)

5、力控制式，應(yīng)變控制式） 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 直接剪切儀分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，前者直接剪切儀分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，前者是等速推動(dòng)試樣產(chǎn)生位移測(cè)定相應(yīng)的剪應(yīng)力，后者是等速推動(dòng)試樣產(chǎn)生位移測(cè)定相應(yīng)的剪應(yīng)力，后者則是對(duì)試件分級(jí)施加水平剪應(yīng)力測(cè)定相應(yīng)的位移，目則是對(duì)試件分級(jí)施加水平剪應(yīng)力測(cè)定相應(yīng)的位移，目前我國(guó)普遍采用的是應(yīng)變控制式直剪儀。前我國(guó)普遍采用的是應(yīng)變控制式直剪儀。 一、直剪試驗(yàn)土樣土樣 剪前施加在試樣頂面上的豎向壓力為剪破面上剪前施加在試樣頂面上的豎向壓力為剪破面上的法向應(yīng)力的法向應(yīng)力 ，剪應(yīng)力由剪切力除以試樣面積：剪應(yīng)力由剪切力除以試樣面積：APATf一、直接剪切試驗(yàn)（室

6、內(nèi)試驗(yàn)）一、直接剪切試驗(yàn)（室內(nèi)試驗(yàn)） 1、試驗(yàn)過程：試驗(yàn)過程：試驗(yàn)時(shí)，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活試驗(yàn)時(shí)，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石對(duì)試樣施加某一垂直壓力塞和透水石對(duì)試樣施加某一垂直壓力 ，然后等速轉(zhuǎn)動(dòng)手然后等速轉(zhuǎn)動(dòng)手輪對(duì)下盒施加水平推力，使試樣在上下盒的水平接觸面輪對(duì)下盒施加水平推力，使試樣在上下盒的水平接觸面上產(chǎn)生剪切變形，直至破壞，剪應(yīng)力的大小可借助與土上產(chǎn)生剪切變形，直至破壞，剪應(yīng)力的大小可借助與土盒接觸的量力環(huán)的變形值計(jì)算確定。盒接觸的量力環(huán)的變形值計(jì)算確定。在法向應(yīng)力在法向應(yīng)力 作用下，得到剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲作用下，得到剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，根據(jù)曲線得到該線，根據(jù)曲線得到該 作

7、用下作用下，土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度4mm4mm a a b b 剪切位移剪切位移l (0.01mm)(0.01mm) 剪應(yīng)力剪應(yīng)力 （kPa)kPa) 1 1 2 2 一、直接剪切試驗(yàn)（室內(nèi)試驗(yàn)）一、直接剪切試驗(yàn)（室內(nèi)試驗(yàn)）2 2、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選取、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選取對(duì)硬黏土和密砂，曲線出現(xiàn)剪應(yīng)力對(duì)硬黏土和密砂，曲線出現(xiàn)剪應(yīng)力峰值，峰后強(qiáng)度隨剪切位移增大而峰值，峰后強(qiáng)度隨剪切位移增大而減小，稱為應(yīng)變軟化現(xiàn)象，取減小，稱為應(yīng)變軟化現(xiàn)象，取峰值峰值強(qiáng)度強(qiáng)度（a點(diǎn)）作為抗剪強(qiáng)度點(diǎn)）作為抗剪強(qiáng)度對(duì)軟黏土和松砂，曲線不出現(xiàn)剪應(yīng)對(duì)軟黏土和松砂，曲線不出現(xiàn)剪應(yīng)力峰值，強(qiáng)度隨剪切位移增大而增力峰值，強(qiáng)度隨

8、剪切位移增大而增大，稱為應(yīng)變硬化現(xiàn)象，此時(shí)大，稱為應(yīng)變硬化現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)按應(yīng)按某一剪切位移值（一般某一剪切位移值（一般4mm）作為作為抗剪破壞強(qiáng)度控制點(diǎn)（抗剪破壞強(qiáng)度控制點(diǎn)（b點(diǎn)）點(diǎn)）PSTA = 100KPa S = 200KPa = 300KPa Oc 3 3、試驗(yàn)結(jié)果的整理、試驗(yàn)結(jié)果的整理一、直接剪切試驗(yàn)（室內(nèi)試驗(yàn)）一、直接剪切試驗(yàn)（室內(nèi)試驗(yàn)）對(duì)對(duì)同一種土至少取對(duì)對(duì)同一種土至少取4個(gè)重度和含個(gè)重度和含水量相同的試樣，分別在不同垂直水量相同的試樣，分別在不同垂直壓力壓力 下剪切破壞，一般可取垂直下剪切破壞，一般可取垂直壓力為壓力為100、200、300、400 kPa，將試驗(yàn)結(jié)果繪制抗剪強(qiáng)度

9、將試驗(yàn)結(jié)果繪制抗剪強(qiáng)度f 和垂直和垂直壓力壓力 之間關(guān)系曲線。之間關(guān)系曲線。 在不同的垂直壓力在不同的垂直壓力 下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗剪下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度強(qiáng)度f，繪制，繪制f - 曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線3 3、試驗(yàn)結(jié)果的整理、試驗(yàn)結(jié)果的整理通過控制剪切速率通過控制剪切速率來近似模擬排水條來近似模擬排水條件件（1 1） 快剪：快剪： 施加正應(yīng)力后立即快速施加正應(yīng)力后立即快速(0.02mm/(0.02mm/分分) )施加水平剪應(yīng)力，以保證無超靜孔施加水平剪應(yīng)力，以保證無超靜孔壓力產(chǎn)生壓力產(chǎn)生（2 2）固結(jié)快剪）固結(jié)快剪 施加正應(yīng)力施加正應(yīng)力- -充分

10、固結(jié)后，快速施充分固結(jié)后，快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。（3 3）慢剪）慢剪 施加正應(yīng)力土體充分固結(jié)后，緩施加正應(yīng)力土體充分固結(jié)后，緩慢施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。慢施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。PSTA一、直接剪切試驗(yàn)（室內(nèi)試驗(yàn)）一、直接剪切試驗(yàn)（室內(nèi)試驗(yàn)）4 4、直減試驗(yàn)類型、直減試驗(yàn)類型5 5、直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)、直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，易于操作易于操作 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面。實(shí)際

11、情況，不一定是土樣的最薄弱面。剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻，剪切破壞開始剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻，剪切破壞開始于邊緣，在邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。于邊緣，在邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減小，計(jì)算時(shí)卻還用原截面積。小，計(jì)算時(shí)卻還用原截面積。試驗(yàn)中不能嚴(yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的試驗(yàn)中不能嚴(yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力。土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力。一、直接剪切試驗(yàn)（室內(nèi)試驗(yàn)）一、直接剪切試驗(yàn)（室內(nèi)試驗(yàn)）二、三軸壓縮試驗(yàn)二、三軸壓縮試驗(yàn) 第三節(jié) 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 三軸壓縮試驗(yàn)也稱三軸剪

12、切試驗(yàn)，是測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的一三軸壓縮試驗(yàn)也稱三軸剪切試驗(yàn)，是測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的一 種較為完善的種較為完善的方法。三軸壓縮儀由方法。三軸壓縮儀由壓力室壓力室、軸向加荷系統(tǒng)軸向加荷系統(tǒng)、施加圍壓系統(tǒng)施加圍壓系統(tǒng)、孔隙水壓力量孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)測(cè)系統(tǒng)等組成。等組成。 應(yīng)變控制式三軸應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，量?jī)x：壓力室，量測(cè)系統(tǒng)測(cè)系統(tǒng)二、三軸壓縮試驗(yàn)二、三軸壓縮試驗(yàn)試樣試樣壓力室壓力室壓力壓力水水排水管排水管閥門閥門軸向加壓桿軸向加壓桿有機(jī)玻璃罩有機(jī)玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石頂帽頂帽二、三軸壓縮試驗(yàn)二、三軸壓縮試驗(yàn)1 1、壓力室結(jié)構(gòu)、壓力室結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)2 2、試驗(yàn)加載步驟和方法：

13、、試驗(yàn)加載步驟和方法：1 3 3 3 3 1 二、三軸壓縮試驗(yàn)二、三軸壓縮試驗(yàn)（1）將土樣切成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)、）將土樣切成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)、放在密封的壓力室中放在密封的壓力室中（2）然后向壓力室內(nèi)壓入水，使試樣）然后向壓力室內(nèi)壓入水，使試樣各向受到圍壓各向受到圍壓 3 ，并使液壓在整個(gè)試驗(yàn)，并使液壓在整個(gè)試驗(yàn)過程中保持不變，這時(shí)試樣內(nèi)各向的三過程中保持不變，這時(shí)試樣內(nèi)各向的三個(gè)主應(yīng)力都相等、因此不發(fā)生剪應(yīng)力個(gè)主應(yīng)力都相等、因此不發(fā)生剪應(yīng)力。（3）然通過傳力桿對(duì)試樣施加豎向壓力，）然通過傳力桿對(duì)試樣施加豎向壓力，這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力水平向主應(yīng)

14、力保持不變。而豎向主應(yīng)力水平向主應(yīng)力保持不變。而豎向主應(yīng)力逐漸增大，試件終于至剪切破壞。逐漸增大，試件終于至剪切破壞。 1= 2= 3 1= 1- 3強(qiáng)度包線強(qiáng)度包線( 1- )fc ( 1- )f 1 1- 3 1 =15%v分別作圍壓分別作圍壓 為為100 100 kPakPa 、200 200 kPakPa 、300 300 kPakPa的三軸試驗(yàn)，得到的三軸試驗(yàn)，得到破壞時(shí)相應(yīng)的（破壞時(shí)相應(yīng)的（ 1 1- - ) )f f，繪制主繪制主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線。應(yīng)力差與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線。v繪制三個(gè)破壞狀態(tài)的應(yīng)力摩爾圓，繪制三個(gè)破壞狀態(tài)的應(yīng)力摩爾圓，畫出它們的公切線畫出它們的公切線強(qiáng)度包

15、線，強(qiáng)度包線，得到強(qiáng)度指標(biāo)得到強(qiáng)度指標(biāo) c c 與與 3 3、強(qiáng)度包線、強(qiáng)度包線二、三軸壓縮試驗(yàn)二、三軸壓縮試驗(yàn)v固結(jié)排水試驗(yàn)（CDCD試驗(yàn)）1 打開排水閥門，打開排水閥門，施加圍壓施加圍壓 后充分固后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；2 打開排水閥門，慢慢施加軸向應(yīng)力差打開排水閥門，慢慢施加軸向應(yīng)力差 以便充分排水，避免產(chǎn)生超靜以便充分排水，避免產(chǎn)生超靜孔壓孔壓v固結(jié)不排水試驗(yàn)（CUCU試驗(yàn)）1 打開排水閥門，打開排水閥門，施加圍壓施加圍壓 后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；2 關(guān)閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差關(guān)閉

16、排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差 過程中不排水過程中不排水v不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UUUU試驗(yàn)）1 關(guān)閉排水閥門，關(guān)閉排水閥門，圍壓圍壓 下不固結(jié)；下不固結(jié)；2 關(guān)閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差關(guān)閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差 過程中不排水過程中不排水cd 、 d ccu 、 cu 4 4、試驗(yàn)類型、試驗(yàn)類型二、三軸壓縮試驗(yàn)二、三軸壓縮試驗(yàn)c 、 試驗(yàn)方法與現(xiàn)場(chǎng)條件試驗(yàn)方法與現(xiàn)場(chǎng)條件的對(duì)應(yīng)關(guān)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系粘土地基上的分層粘土地基上的分層慢速填方慢速填方在在1層固結(jié)后層固結(jié)后快速施工快速施工2層層12軟土地基上的快速填方軟土地基上的快速填方固結(jié)排水試驗(yàn)固結(jié)排水試驗(yàn)固結(jié)不

17、排水試驗(yàn)固結(jié)不排水試驗(yàn)不固結(jié)不排水試驗(yàn)不固結(jié)不排水試驗(yàn)v優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)中能夠嚴(yán)格控制試樣排水條件，量測(cè)試驗(yàn)中能夠嚴(yán)格控制試樣排水條件，量測(cè)空隙水壓力，了解土中有效應(yīng)力原理空隙水壓力，了解土中有效應(yīng)力原理；試樣中的應(yīng)力分布均勻；試樣中的應(yīng)力分布均勻；破壞面不是人為固定的；破壞面不是人為固定的；v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，操作要求高；現(xiàn)場(chǎng)無法試驗(yàn)設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，操作要求高；現(xiàn)場(chǎng)無法試驗(yàn)說明：說明： 3 30 0 即為即為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)5 5、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)二、三軸壓縮試驗(yàn)二、三軸壓縮試驗(yàn)例題分析例題分析 【例】對(duì)某種飽和粘性土做固結(jié)不排水試驗(yàn)，三個(gè)試對(duì)某種飽和粘性土做固結(jié)不排水試驗(yàn)，三個(gè)試樣破壞時(shí)的大、小主應(yīng)力和孔隙水壓力列于表中，試樣破壞時(shí)的大、小主應(yīng)力和孔隙水壓力列于表中，試用作圖法確定土的強(qiáng)度指標(biāo)用作圖法確定土的強(qiáng)度指標(biāo)c ccucu、 cucu和和c c 、 周圍壓力周圍壓力 3/ kPa 1/ kPauf / kPa6060100100150150143143220220313313232340406767 第三節(jié) 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)【解答解答】按比例繪出三個(gè)總應(yīng)力極限應(yīng)力圓，如圖