3.5 土的排水与不排水强度(1)解析

孔压系数 三轴应力状态的孔压系数A与B
u u0 u1 B[ 3 A( 1 3 )]
一般应力状态的孔压系数B、a 和c
du B(dp adq cqd )
B=?
B
1 Cv 1 n Cs
孔隙流体小0 （饱和） 土骨架——压 缩系数大
B=1
B=0
正常固结土
超固结土
图3－45 总应力路径与有效应力路径
超固结
正常固结
p
图3－65 先期固结压力p附近的包线
3. 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）
不固结不排水(UU)：unconsolidated undrained 固结不排水(CU)：consolidated undrained 固结排水(CD)：consolidated drained
(-
有效应力强度
最大应力差对应的强度
(-
总应力强度 (峰值）
总应力强度(残余）
1
0
(
图3－ 松砂土的最大应力差与最大应力比
1-3

图3－43 水松砂岸坡的流滑（液化）
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。
3.5.3 粘土的排水与不排水强度
1. 饱和粘土的排水试验CD 2. 饱和粘土的三轴固结不排水试验CU 3. 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CD
e
正常固结粘土
固结压缩试验

固结排水试验强度包线 （过原点）
（5）试样破坏时情况 有效应力 vc= c+f - ur- uc uf 总应力
f
c
Leabharlann Baidu
孔压
=f + ur uf=1f
ur+ uc uf hc= c+ur- uc uf =ur uf =3f
图3－48(d) 试样破坏时的应力状态uf
一般应力状态下：
du B(dp adq cqd )
H H ( )
p v p
对于弹塑性模型，相适应流动规则：
f ( p' , q, , H ) 0
B=1.0 孔压系数 a: 孔压系数 c:
f f f f aK /( A K ) q p ' p ' p '
图3－40 土粒的接触
3.5.1 有效应力原理及孔压系数
饱和土的有效应力原理：
u
有效应力部分产生 抗剪强度。
图3－ 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， 图3－ 某些多孔介质的孔隙 固体的接触面积不可忽 略。
图3－ 孔压系数B
块石或土
巴斯石灰 岩
(104×kPa-1)
Cs
n （%）
B 0.468
0.06
15
滑 石
密 砂 硬粘土 软粘土
0.25
15 80 400
30
40 42 55
0.647
0.988 0.997 0.999
表3-3 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CU
孔压系数B
Sr 饱和度 图3－41 饱和度与孔压系数B
3.5 土的排水与不排水强度
3.5.1 有效应力原理及孔压系数 3.5.2 砂土的排水和不排水强度 3.5.3 粘土的排水与不排水强度
3.5.1 有效应力原理及孔压系数
P P Pw P u ( A Ac ) 饱和土的有效应力原理： P Pc u(1 ) 由于颗粒间接触点的面 A A 积很小。 ＝ Ac A 0 u
②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。
0

图3－23 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CD
e
超固结粘土
固结压缩试验

固结排水试验强度包线
图3－62 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3－44 粘土的三轴固结不排水试验
原状土的不扰动取样过程
r
v 0
图3－49 正常固结粘土的沉积、
固结与取样过程应力路径
（1）正常固结土的原位应力状态 总应力 超静孔隙水 压力 u=0 有效应力
v h
v
h
图3－ 原位应力状态
h K0 v
（2）取样以后的应力状态 总应力
0 0
孔 压
有效应力
v=-ur
饱和土的不排水包线是一条水平线，其斜率uu＝u=0。 图3－50 UU的强度包线
非饱和粘土的三轴不排水试验强度包线
图3－51 非饱和粘土UU的强度包线
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。
1 f f f f cK /( A K ) q p' p' p'
其中
f f H f H A ( ) p p H p' v q

3.5.2 砂土的排水和不排水强度
松砂 密砂
图3－ 砂土的排水试验
c=400kPa
图3－42 不同密度砂土的三轴试验 A: CU, Dr= 30% B: CU, Dr= 44% C: CU, Dr = 47% D: CD, Dr = 30%
如果：c=uc=－ur, 则：u=0, ´= c
（4）剪切过程 总应力

vc= c+ - ur- uc u
孔压
有效应力
= － ur u
c c
ur+ uc u
hc= c－ur－ c u
=－ur u
图3－48(c) 施加轴向应力 产生超静孔压±u
ur<0
h=-ur
图3－48(a) 原状土取样以后
放入压力室以前：体积不变,负孔压 ur
（3）施加围压后
总应力c
=uc
uc＝ c
uc
孔 压
有效应力 - ur -ur
ur+ uc
vc= hc= c-ur-uc= -ur
图3－48(b) 施加围压c 产生超静孔压uc= c