空隙压力系数
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d cu u 0
Cd Ccu Cu
4. 同一黏性土(应力历史必须相同),有效应力抗剪强 度线具有唯一性。
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2. 工程中黏性土抗剪强度指标的选择 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 实验室采用的试验方法,以获得合适的抗剪强度指标
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ccu、 cu和c 、
周围压力3/ kPa 60 100 150
1/ kPa
143 220 313
uf / kPa 23 40 67
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【解答】
(kPa)
按比例绘出三个总应力极限应力圆,如图所示,再绘 出总应力强度包线
§5.5.2 无黏性土的抗剪强度
一、砂土的体积变化
在受剪过程中,砂土的体积变化随初始孔隙比不同而不同
1. 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。 因剪切而体积缩小的现象称为剪缩性 2. 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。 因剪切而体积 膨胀的现象称为剪胀性 3. 在高周围压力下,不论砂土的松紧如何,受剪都将剪缩。
100
cu
c
ccu
100 200 300 400 (kPa)
按由1′=1- uf,3′=3- uf ,将总应力圆在水 平轴上左移相应的uf即得3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
根据强度包线得到: ccu= 10 kPa, c u=18o c= 6 kPa,、=27o 15
1 u1 B ( 1 3 ) 3
B
1
1 n
CV CS
土样受均等的各向压力增量及轴向应力增量作用时, 总的孔隙压力增量如下:
1 u u1 u3 B 3 ( 1 3 ) 3 (式5.29)
土体并非理想弹性体,故用孔隙压力系数A代替式中1/3 :
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5.5.1 黏性土抗剪强度指标
1. 根据固结条件、排水条件分成三类指标:
CU固结不排水剪 (固结快剪)指标
UU不固结不排水剪(快剪)指标
CD固结排水剪(慢剪)指标
注:C —— Consolidation 或 Consolidated ;
U —— UnConsolidation 或 Unconsolidated;Undrained; D —— Drained
ε1
0
- △V 松砂
ε1
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三、砂土的临界孔隙比及其应用
1. 临界孔隙比:土样在剪切过程中通常出现剪胀或剪缩现象, 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 界孔隙比,记作 ecr 。
e e0
松砂 紧砂 △V/V ecr
0
临界孔隙比的主要影响因素: 土类: 围压:不同围压下试验,可得到不
§5.3 土的孔隙压力系数
一、孔隙压力系数(A,B) (Skempton,1954)
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
a.初始:土样在等围压 σ0 作用下完成固结, u0=0; b.当施加各向均等应力增量Δσ3,孔隙压力增量Δu3—B 也即是单位围压增量引起的孔隙压力增量
σ0 Δσ3
试验成果:
d
cd
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2.饱和土样CU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;
u A( 1 3 )
试验成果:
cu
C
ccu c
A
B
正常固结土: 剪缩,正孔隙水压力: u1 0 超 固 结 土: 剪胀,负孔隙水压力: u1 0
计算土体任一点孔隙压力(对于饱和土体,即孔隙水压力) 固结阶段: 自由排水,孔隙水压力充分消散: u3 0 剪切阶段: 快速剪切,不排水:
u1 0
正常固结土: 剪缩,正孔隙水压力: u1 0 超 固 结 土: 剪胀,负孔隙水压力: u1 0
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举例说明 1. 饱和土样CD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(Δu=0),不需计算。
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二、砂土的应力-轴向应变-体变
1.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。
2. 紧砂强度达一定值后,随着轴向应
σ 1- σ 3 紧砂 松砂 +△V 紧砂
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, 体积开始时稍有减小,继而增加,超 过它的初始体积。
完全干土:B=0;
非饱和土:0 < B < 1 (饱和度越小,B越小).
3
土样完成初始固结,仅施加轴向应力增量:Δσ1 – Δσ3 由此产生孔隙压力增量,记做:Δu 1 轴向有效应力增量为: Δσ1′= Δσ1 – Δσ3 -Δu 1 侧向有效应力增量为: Δσ3′ = -Δu 1
孔隙压力增量 ~ 孔隙体积变化量间关系如下:
同的临界孔隙比
2. 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 e0 ecr , 具剪缩性, 有振动液化性;
e0 ecr , 具剪胀性, 无振动液化性.
wenku.baidu.com
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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τf表达式为
因此,τf取决于有效法向应力和内摩擦角 密实砂土:内摩擦角与初始孔隙比、土粒表面粗糙度,颗 粒级配等相关;
CsV ( 3 u3 ) CV nVu3
1 CV 1 n CS 3 B 3
u3
B:在各向应力相等条件下的孔隙压力系数,即土体在等向 压缩应力状态时单位围压增量所引起的孔隙压力增量。 饱和土: ∵水的压缩量远小于土骨架孔隙体积变化 , Cv/Cs趋于 0 ∴ B≈1; Δu3= Δσ3
VV VV CV u1 VV nV
VV CV nVu1
对于弹性土体, 平均有效应力增量 ~ 土骨架体积变化量间关系:
V 1 1 ' Cs ( 1' 2 3 ) Cs [ ( 1 3 3u1 )] V 3 3 1 V CsV [ ( 1 3 3u1 )] 3 VV V
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§5.5 土的抗剪强度指标
1. 总应力强度指标:
f c tan
f c ' ( u) tan '
测定方法简便,工程实践中应用广泛。
2. 有效应力强度指标:
用于岩土工程稳定性分析(有效应力法), 理论上更可靠。
但 1)有效应力强度指标的试验方法复杂; 孔隙水压力在土样中通常是不均匀的; 土样剪切破坏瞬间孔隙水压力很难准确测量。 2)实际工程土体内孔隙水压也难以全面、准确测定。
试验方法 不排水剪或 快剪 排水剪或慢 剪 固结不排水 剪或固结快 剪 适用条件 地基土的透水性和排水条件不良,建筑物施 工速度较快 地基土的透水性好,排水条件较佳,建筑物 加荷速率较慢 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 13
四、例题分析
【例】对某种饱和粘性土做固结不排水试验,三个试
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2. 饱和粘土,三种抗剪强度指标的比较
f ( cd ) f ( cu ) f (uu ) 正常固结段 3 Pc :同一 下, f ( cd ) f ( cu ) f (uu ) 超 固 结 段 3 Pc :同一 下,
3. 强度指标具有以下关系:
u B[ 3 A( 1 3 )]
对于饱和土, B=1
u 3 A( 1 3 )
(式5.3
说明:A受土的压缩性、初始应力状态、应力历史、 偏应力大小 等因素影响。 1 3 A需试验确定,常见经验取值见表7-1(P196)
二、孔隙压力系数A、B的应用
e0越小、土粒表面粗糙,颗粒级配良好,内摩擦角越大
松散砂土:内摩擦角大致与干砂的天然休止角相等。
注:天然休止角是指干燥无黏性土堆积起来所形成的最大坡角
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孔隙压力~孔隙体积(气和水被压缩)减小量之间关系:
VV VV CV u3 VV nV
VV CV nVu3
Cv ——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ΔVv/ Vv与孔隙压力增量Δu3的比值 2
假定:土颗粒自身不可压缩 则 土样骨架体积变化 = 孔隙体积变化, 即ΔV= ΔVv
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3. 饱和土样UU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, u 3 A( 1 3 )
试验成果:
cu
u
有效应力圆 A
3A
总应力圆
u=0
B
1A
C
三个试样( -u)只能得到一个有效应力圆
1 u 0,Cu ( 1 f 3 f ), 2
Δσ3
Δσ1-Δσ3
Δσ3
σ0 +Δσ1
σ0 +Δσ3 σ0 +Δσ3
σ0
σ0 u0=0
σ0
Δσ3
B Δu3
Δσ1-Δσ3
A Δu1
Δ u1 + Δ u3
σ0 +Δσ1 1
有效应力增量 ~ 土样骨架压缩量之间关系:
V V CsV ( 3 u3 ) Cs ( 3 u3 ) V Cs ——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ΔV/ V与三向有效应力增量( Δσ3 Δu3)的比值 C s 3(1 2 ) / E