【最新精选】高等土力学-1.1室内试验1.2模型试验
高等土力学-1.1室内试验1.2模型试验
高等土力学Advanced Soil Mechanics§1 土工试验及测试一、土工试验的目的和意义（1）揭示土的一般的或特有的物理力学性质；（2）针对具体土样的试验，揭示区域性土、特殊土、人工复合土的物理力学性质；（3）确定理论计算和工程设计参数；（4）验证计算理论的正确性及实用性；（5）原位测试、原型监测直接为土木工程服务，也是分析和实现信息化施工的手段。
二、土工试验的分类土工试验包括：①室内试验：如容重试验、含水量试验、直剪试验、无侧限压缩试验等。
②原型测试：平板荷载试验、静力触探、十字板剪切试验等③模型试验（模拟试验）：足尺试验，加筋挡土墙的足尺试验等④原型监测：深基坑开挖工程监测、隧道施工监测、软土上路堤沉降监测等§1.1 室内试验§1.1.1 直剪试验大小是变化的，方向是旋转的。
⑵多环单剪仪单剪仪中，用一系列环形圈代替刚性盒，因而没有明显的应力，应变不均匀，试样内所加的应力被认为是纯剪。
静三轴试验（三轴压缩试验）是测定土的抗剪强度的一种方法。
它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σ1-σ3），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。
适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。
试验主题词：周围压力；轴向压力；不固结不排水剪；固结不排水剪；固结排水剪。
优点：①可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程；②可以模拟不同工况，进行一些不同应力路径的试验；③可以很好地控制排水条件；④不排水条件下还可以量测试样的超静孔隙水压力。
主要缺点：两个主应力σ2，σ3总是相等。
静三轴试验试样的应力状态§1.1.4 三轴试验为了模拟循环加载情况下土的动力特性，人们在常规静三轴仪基础上，在轴向增加激振系统。
其激振方式有电磁力、气（液）压力、惯性力等。
后来发展可以在轴压和室压两向分别激振。
高等土力学(李广信)1-5章部分习题答案(最新版)
• 1-1拟在一种砂土上进行各种应力路径的三轴试验，施加的各向等压应力都是σc =100kPa ，首先完成了常规三轴压缩试验（CTC ），当时，试样破坏。
根据莫尔－库仑强度理论，试预测在CTE 、TC 、TE 、RTC 和RTE 试验中试样破坏时与各为多少？CTE 、TC 、TE 、RTC 、RTE 试验中的应力条件-两个未知数，两个方程。
莫尔－库仑强度理论：c ＝0；σ1/σ3=3.809（1）• CTC ： σc = σ3=100kPa （2－1）• CTE （三轴挤长）： σa =σ3=100kPa （2－2）• RTC （减压三轴压缩） : σa =σ1=100kPa （2－3）• RTE （减载三轴伸长） ： σc = σ1=100kPa （2－4）• TC （p=c 三轴压） ：2σ3＋ σ1=300kPa （2－5）• CTE （p=c 三轴伸） ：• 答案σ3＋ 2σ1=300kPa （2－6）CTE ： σ3= 100 kPa σ1-σ3 =208.9 kPaTC ： σ3= 58.95 kPa σ1-σ3 =123.15 kPaTE ：σ3= 41.8 kPa σ1-σ3 =87.3 kPaRTC ：σ3= 32.4 kPa σ1-σ3 =67.6 kPaRTE ： σ3= 32.4 kPa σ1-σ3 =67.6 kPa1-4解析，应力推导公式1-5答案： 567天，U ＝94％；n=100，U ＝99％－时间？ 2222(1)31()()1()1(2)(3)1(4)331(5)3(6)(7)y x z x z x y x z x xx z x y x b b ctg z y q b b b b z q z b b y b z p z y b p z z y σσσσθσσσσσσσσσσσσ-'=-'='+=-=-''''=-+-=-+=''-+'=--='+=-=+=+221000028194%0.0046100,1000080.01, 2.3t v v t U e c t T H n te t h ββπβπ-=−−→=-====1-6答案：• 蠕变比尺为1，仍为120年2-1.什么叫材料的本构关系？在上述的本构关系中，土的强度和应力-应变有什么联系？答：材料的本构关系是反映材料的力学性质的数学表达式，表现形式一般为应力-应变-强度-时间的关系，也成为本构定律，本构方程。
土力学室内实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解土的基本物理性质，包括含水率、密度、比重等。
2. 掌握土的界限含水率测定方法，包括液限和塑限。
3. 理解土的击实特性，学习击实试验方法。
4. 熟悉土的压缩性试验，分析土的压缩曲线。
5. 学习土的抗剪强度试验，测定土的剪切强度参数。
二、实验原理1. 含水率试验：通过烘干法或酒精法测定土样中的水分含量，进而计算含水率。
2. 密度试验：测定土样在自然状态和饱和状态下的密度，分别为自然密度和饱和密度。
3. 比重试验：通过比重瓶法测定土样的比重，反映土粒的轻重。
4. 界限含水率试验：通过液限和塑限试验，测定土的液限和塑限，进而计算塑性指数和液性指数。
5. 击实试验：通过标准击实试验，研究土的击实特性，确定最大干密度和最佳含水率。
6. 压缩试验：通过压缩试验，研究土的压缩性，绘制压缩曲线，确定土的压缩系数。
7. 抗剪强度试验：通过直接剪切试验或三轴剪切试验，测定土的抗剪强度参数，包括内摩擦角和粘聚力。
三、实验仪器与材料1. 仪器：烘箱、电子天平、比重瓶、液限塑限联合测定仪、击实仪、压缩仪、剪切仪等。
2. 材料：土样、砂、石子、酒精、水等。
四、实验步骤- 称取一定质量的土样，放入烘箱中烘干至恒重。
- 称取烘干后的土样质量，计算含水率。
2. 密度试验：- 称取一定质量的土样，测定其体积。
- 将土样浸泡在水中，测定其饱和体积。
- 计算自然密度和饱和密度。
3. 比重试验：- 称取一定质量的土样，放入比重瓶中。
- 加入适量水，使土样悬浮在水中。
- 称取比重瓶和土样的总质量，计算比重。
4. 界限含水率试验：- 进行液限和塑限试验，测定土的液限和塑限。
- 计算塑性指数和液性指数。
5. 击实试验：- 将土样分层次放入击实仪中。
- 按照规定次数进行击实。
- 测定击实后的土样密度和含水率。
- 计算最大干密度和最佳含水率。
6. 压缩试验：- 将土样放入压缩仪中。
- 加载不同应力，测定土样的变形。
- 绘制压缩曲线，计算压缩系数。
高等土力学第一章 课件
土的动应力-应 变关系
土的动力性质分 类
地震工程中的土动力学问题
土的动力性质：土的动剪切强度、动压缩强度和阻尼比等 地震工程中的土动力学问题：地震引起的土体液化、震陷、滑坡等 土的动力学模型：土的动力学本构模型、数值模拟方法等 抗震设计方法：基于土动力学原理的抗震设计方法、土体加固技术等
抗震设计方法与措施
土的应力-应变关系
土的应变：土体变形的程度
土的应力：土体受到的压力 或拉力
土的应力-应变关系曲线： 描述土的应力与应变之间的
关系
土的应力-应变关系的影响 因素：如土的种类、含水率、
温度等
04
土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力
土的强度分类：天然强度、有效强度、瞬时强度
地下水渗流 对工程的影 响
排水设计的 基本原则和 方法
排水设施的 种类和特点
排水设施的 布置和设计 要点
排水设施的 施工和维护
渗流对土体稳定性的影响
渗流现象及其产生原因 渗流对土体稳定性的影响 土体排水与加固措施 实际工程中的应用与案例分析
06
土的动力性质与地 震工程
土的动力性质
土的动强度
土的动变形
土力学的基本原理和概念 土力学在土木工程中的应用范围 土力学在土木工程中的具体应用案例 高等土力学在土木工程中的重要性
高等土力学在水利工程中的应用
水利工程中的土压力问题：介绍土压力的 产生、分类和计算方法，以及在水利工程 中的应用。
水利工程中的渗流问题：介绍渗流的基本 原理、计算方法和在水利工程中的应用， 包括堤坝、水库等。
土的物理性质
土的分类：根据土的颗粒大小、矿物成分、结构等特点进行分类 土的物理性质指标：包括密度、含水量、孔隙率、塑性指数等，用于描述土的物理性质 土的力学性质：包括抗剪强度、压缩性、渗透性等，用于描述土在力作用下的行为 土的工程分类：根据土的工程性质和特点，将土分为不同的类型，以便于工程设计和施工
高等土力学
高等土力学高等土力学土力学是固体力学的一个重要分支学科，研究土体受力、变形、稳定和断裂等问题，对于土木、水利、矿业、建筑、冶金、交通、能源等领域具有非常重要的应用价值。
高等土力学是土力学的进一步深化和拓展，旨在揭示土体行为的基本机理与规律，并将其应用于土工工程的设计与施工中。
一、土体的物理力学特性土体是一种非常复杂的多相材料，具有以下几个特征：1、多孔性：土体内部的空隙很多，其中包含了空气和水，土体中包括空气、水和固体三种相，因此土体的性质具有一定的变异性。
2、均质性：土体是由许多微观细小的粒子组成的，粒子之间没有明显的结构和规律，因此具有均质性。
3、存在粒度分布和排列：土体中各种粒度的颗粒分布不均匀，且排列方式不同，因此土体的物理性质会受到粒度分布和排列方式的影响。
4、可塑性强：由于土体微观结构的特殊性质，使得土体在受到外部作用力时，可以发生形变而不破裂，因此土体具有一定的可塑性。
基于以上这些特点，我们可以进行土体的物理力学性质的研究，其中包括土体的物理化学性质、力学性质、流动性质、耦合性质等。
二、土体的力学特性1、应力-应变关系应力-应变关系是研究土体力学特性最基本的一个问题。
土体受到外部作用力后，会发生应变状态，这种应变状态可以被分为弹性应变和塑性应变。
其中弹性应变是一种恢复性变形，随着外力的消失，它会消失。
而塑性应变是一种永久性变形，即在改变外部应力状态的情况下，它不会消失。
需要注意的是，土体的应力-应变关系是非线性的，存在极限的应力和应变，当超过了这个范围后，土体会发生破坏。
2、孔隙水压和渗透性由于土体是多孔介质，其中包含了孔隙水和固体颗粒，因此导致土体独特的水文力学性质。
土体内部的孔隙水会受到地下水的压力影响，产生水压。
当土体的孔隙水压升高时，它会改变土体的应力状态和应变状态。
另一方面，由于水分子的特殊性质，使得土体的渗透性是与孔径大小、孔隙分布和分布方式等因素相关的。
这些因素将影响土体内部的流体介质的运动。
高等土力学
土工试验包括室内试验、原位测试、模型试验和原位监测直剪试验(剪切面上主应力是旋转的，剪切面是人为确定的，试样应力和应变不均匀，试样内各点应力状态及应力路径不同，边界上存在应力集中，不能控制排水)单剪试验(可测排水与排水，剪应变均匀)环剪试验(剪切面积不变，适合量测大变形后土的残余强度或终极强度)3围压增加,应力增量引起体积应变增量越来越小,土被压密，称压硬性，膜嵌入：顶帽和底座与试样间的摩擦力，使试样两端存在剪应力，从而形成对试样的附加约束，这样在压缩试验中试样破坏时呈鼓形而拉伸试验时试样呈腰鼓形, 对于粗粒土，压力室的压力水会使橡皮膜嵌入试样表面，形成麻面，亦即膜嵌入的影响对于均匀的粗粒土，在室压变化情况下，它对试验的体变量测影响很大，使量测的试样体积压缩量放大了。
这这一影响与试样的密度、颗粒尺寸和形状及土的级配有关；与膜厚度和模量有关；也与室压的变化有关,常规三轴排水室压不变化,对体积量测影响不大,但对于三轴不排水试验，因为其有效围压随孔压变化对量测的孔压有较大影响。
大型高压三轴, 相似模拟, 剔除法, 替代法,混合法，模型试验在通常的重力场中，在一定的边界条件下对土工建筑物或地基进行模拟，量测有关应力变形数据，通过一定的理论计算或数据计算来检验理论计算结果，小比尺的试验是将土工建筑物或地基及基础缩小n 倍，同样自重和荷载也缩小n 倍。
由于土并不是线弹性材料，在1g 下小尺寸模型中土中的应力水平很低。
而在很低的围压下，土的应力、应变、强度性状与常规围压下有很大不同。
另一种是足尺试验，按原型尺度模拟进行试验。
ng 模型试验就是将土工建筑物或地基与基础尺寸缩小n 倍，一般采用原型材料作模型，土的密度相同。
这样可使模型与原型的应力、应变相同；破坏机理相同，变形相似。
对于以重力荷载为主的情况，尤为适用。
目前有土工离心机和渗水力模型试验两种. 罗德角是主应力空间主应力和偏应力分量(八面体剪应力或偏应力第二不变量)夹角。
第七章室内试验
图7.5颗粒级配曲线示意图
岩土工程勘察
土的物理性质试验
颗粒分析试验 d>0.075mm的各粒组采用筛分法； d<0.075mm的各粒组采用密度计法和移液管法。
岩土工程勘察
土的压缩—固结试验
第二节 土的压缩—固结试验
1.当采用压缩模量进行沉降计算时，固结试验最大压力应大于土的有效自重 压力与附加压力之和，试验成果可用e-p曲线整理，压缩系数与压缩模量的计算应 取自土的有效自重压力至土的有效自重压力与附加压力之和的压力段。当考虑基 坑开挖卸荷再加荷影响时，应进行回弹试验，其压力的施加应模拟实际的加、卸 荷状态。
2.当考虑土的应力历史进行沉降计算时，试验成果应按e-lgp曲线整理，确定 先期固结压力并计算压缩指数和回弹指数。施加的最大压力应满足绘制完整的elgp曲线。为计算回弹指数，应在估计的先期固结压力之后，进行一次卸荷回弹， 再继续加荷，直至完成预定的最后一级压力。
岩土工程勘察
土的压缩—固结试验
3.当需进行沉降历时关系分析时，应选取部分土试样在土的有效自重压力 与附加压力之和的压力下，作详细的固结历时记录，并计算固结系数。
点荷载强度试验等等。
岩土性质的室内试验项目和试验方法应符合现行国家标准《土工试验方法
标准》（GB/T50123）和国家标准《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266）
的规定。岩土工程评价时所选用的参数值，宜与相应的原位测试成果或原型观
测反分析成果比较，经修正后确定。
试验项目和试验方法，应根据工程要求和岩土性质的特点确定。当需要时应考
3. 换算的物理性质指标
（1）孔隙比 （2）孔隙率 （3）饱和度 （4）土的干密度和干重度 （5）土的饱和密度和饱和重度 （6）土的有效重度（浮重度）
人力资源高级土力学-1.1室内试验1.2模型试验.doc
高等土力学Advanced Soil Mechanics§1 土工试验及测试一、土工试验的目的和意义（1）揭示土的一般的或特有的物理力学性质；（2）针对具体土样的试验，揭示区域性土、特殊土、人工复合土的物理力学性质；（3）确定理论计算和工程设计参数；（4）验证计算理论的正确性及实用性；（5）原位测试、原型监测直接为土木工程服务，也是分析和实现信息化施工的手段。
二、土工试验的分类土工试验包括：①室内试验：如容重试验、含水量试验、直剪试验、无侧限压缩试验等。
②原型测试：平板荷载试验、静力触探、十字板剪切试验等③模型试验（模拟试验）：足尺试验，加筋挡土墙的足尺试验等④原型监测：深基坑开挖工程监测、隧道施工监测、软土上路堤沉降监测等§1.1 室内试验§1.1.1 直剪试验大小是变化的，方向是旋转的。
⑵多环单剪仪单剪仪中，用一系列环形圈代替刚性盒，因而没有明显的应力，应变不均匀，试样内所加的应力被认为是纯剪。
静三轴试验（三轴压缩试验）是测定土的抗剪强度的一种方法。
它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σσ3），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。
1-适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。
试验主题词：周围压力；轴向压力；不固结不排水剪；固结不排水剪；固结排水剪。
优点：①可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程；②可以模拟不同工况，进行一些不同应力路径的试验；③可以很好地控制排水条件；④不排水条件下还可以量测试样的超静孔隙水压力。
主要缺点：两个主应力σ2，σ3总是相等。
静三轴试验试样的应力状态§1.1.4 三轴试验为了模拟循环加载情况下土的动力特性，人们在常规静三轴仪基础上，在轴向增加激振系统。
其激振方式有电磁力、气（液）压力、惯性力等。
后来发展可以在轴压和室压两向分别激振。
大连理工大学高等土力学第1章-2 试验与测试
第一章土工试验及测试1.1室内试验1.2模型试验1.3原位测试与现场观测1.4 试验的检验与验证第一章土工试验及测试 1.2模型试验)1g的试验：•小比尺模型试验•足尺试验（n=1))n g的模型试验：•离心机模型试验•渗水力模型试验土工模型试验亿美元振动台离心力模拟重力，使模型内的应力和应变条件同现场一致ng 土工模型试验土工离心机模型试验（Centrifuge ）)优点：应力应变相等；变形相似；破坏机理及现象相同)缺点：应力场不均匀；材料模拟：土颗粒、薄板片；比尺的不一致；有时边界条件难以模拟)发展：固结、入桩、冻土、基坑开挖、坝体填筑、地震、降雨、喷锚….平衡重吊篮转臂转轴滑环闭路电视计算机数采系统ng 土工模型试验清华大学50gT土工离心机和振动台ng土工模型试验土工离心机试验中的比尺因素土的限制，地面齐平，饱和土ng 土工模型试验渗水力模型试验第一章土工试验及测试 1.2 模型试验-ng 模型试验突出优点是它的设备是静态的，ng 条件下沉桩等比较方便。
明显的局限性：只能做饱和土体试验；地面是水平的；土的渗透系数过大和过小都影响试验精度和造成操作困难。
原位测试与现场观测)平板载荷试验)静力触探)动力触探)十字板剪切试验)旁压试验)螺旋载荷板（SPC ）与钻孔剪切仪（BST ）)物探试验)原型观测spb E 1(−=oa 段：平板载荷试验糯扎渡现场碾压平板载荷试验静力触探Static Sounding （Static Cone Penetration Test)将金属探头用静力压入土中，通过测定探头所受阻力，分析确定土的某些定量指标。
如砂土的密实度、粘土的不排水强度等 单桥探头：测定总阻力双桥探头：分别测定锥底和侧壁阻力动力触探Dynamic Penetration Test动力触探是用一定重量的击锤，从规定高度自由落下，击打插入土中的探头，测定使探头贯入土中一定深度所需要的击数。
以此确定被测土的物理力学性质。
土力学与地基基础测及室内试验
所谓“土的密度”是指土的单位体积质量，在天然含水率状态下的密度称为 天然密度。。测定土的湿密度可以了解土的疏密和干湿状态以供换算土的 其他物理性质指标和工程设计或控制施工质量之用。土的密度试验可了解 土体内部结构的密实情况，土体密度大小与土的松紧程度、压缩性、抗剪 强度等均有一定联系。实验室土的密度试验一般常用环刀法及蜡封法，两 者主要区别在于测定土的体积方法的不同，环刀法适用于细粒土；蜡封法 适用于土中含有粗粒或者坚硬易碎难以用环刀切割的土（或者试样量少、 只有小块形状不规则时使用）。
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THE END
讲的不好，请大家多多提出批评！ 谢谢大家！
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感谢您的观看。
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பைடு நூலகம்
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16.11土的直接剪切试验
土的抗剪强度是土在外力作用下其一部份土体对于另一部份土体滑动时所 具有的抵抗剪切的极限强度。直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常 用方法，直接剪切试验是将同一种土的几个试样分别在不同的竖向压力作 用下沿固定的剪切面直接施加水平剪力得到破坏时的剪应力，然后根据库 仑定律确定土的抗剪强度指标（内摩擦角和凝聚力）。直接剪切试验通常 采用4个试样为一组的方式，分别在不同的竖向压力σ下施加水平剪应力进 行剪切求得破坏时的剪应力τ，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数 （内摩擦角φ和凝聚力c）。直剪试验分为快剪（Q）、固结快剪（CQ）和 慢剪（S）等3种试验方法。快剪试验是在试样上施加竖向压力后立即快速 施加水平剪切力（以0.8~1.2mm/min的速率剪切，一般可使试样在3~5min 内剪破），在整个试验过程中不允许试样的原始含水率有所改变（即在试 验过程中孔隙水压力应保持不变，故试样两端应用隔水纸），快剪法适用 于测定粘性土（或渗透系数小于10-5cm/s的细粒土）的天然强度。慢剪试验 适用于细粒土，固结快剪试验方法适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。
高等土力学(李广信)-期末总结
一般弹塑性模型
屈服与屈服准则 硬化规律 正交性（流动法则：相适应与不相适应） 刚塑性、弹性－理想（完全）塑性 （perfectly plastic)和增量弹塑性模型。
剑桥模型
物态边界面概念：正 常固结线、临界状态 f p 线、固结不排水试验 d ij d 有效应力路径。 ij q 剑桥模型与修正剑桥 M 模型的屈服面：物理 意义、公式推导、曲 线形式。 剑桥模型的硬化参数、 流动规则、增量应力 p0 应变关系式。 p0 /2 图1 剑桥模型的屈服面
土的强度理论
各强度理论的特点 参数 计算 优缺点 适用情况
第四章 土中水与土的 渗透及其计算
1. 渗透规律－达西定律 2. 有关渗流的工程问题 3. 渗透计算
渗透及达西定律
几种渗流势：重力、压力、基质势 渗透系数及其影响因素 渗流的基本方程，流网及其应用Leabharlann 有关渗流的工程问题p
第三章 土的强度
土的强度机理与影响因素 排水与不排水、饱和与不饱和土强度 土的强度理论
土的强度机理
土的强度－抗剪强度： 粘聚强度与摩擦强度： 粘聚力：机理，粘性土的微观结构； 假粘聚力：吸力、冰冻、机械咬和； 内摩擦角：表面摩擦与咬和－剪胀、破 碎与颗粒的重排列。
强度的影响因素
固结
（1）单向固结的普遍方程及一般条件下的单向 固结问题： 加载时间 分层土 厚度随时间变化 （2）砂井固结问题：井阻、涂抹、加载时间 （3）比奥固结理论与太沙基（Terzaghi)—伦杜 立克(Rendulic)准三维固结理论(扩散方程)
固结问题的简化计算
均匀加载、分期加载 不均匀土层与分层土 砂井：井阻与涂抹影响
高等土力学 土工试验
试验的破坏面是人为确定的，实验中的应力 和应变不均匀且相当复杂，试样内各点应力 状态及应力路径不同。在剪切面附近土单元 上的主应力大小是变化的，方向是旋转的。 在剪切破坏时，剪切面附近土单元主应力大 小和方向决定于强度包线，其应力状态见图 1-1（b）。由初始应力莫尔圆变化到破坏时 与强度包线相切的莫尔圆，但如不计剪切面 面积因位移而减少，破坏面上的正应力δ一直 不变。
1.1.1 直剪试验、单剪试验和环剪 试验
1. 直剪仪 直剪仪的试验设备和原理：试样放在剪切盒 中，它在一水平面上被分为上、下盒，一半固 定，另一半或推或拉产生水平位移。上部通过 刚性加载帽施加正的竖向力P。试验过程中竖 向力一般不变，可以量测水平向剪切力、水平 位移和试样的垂直位移。根据剪切的面积，可 计算出剪切面上的正应力和剪应力。从破坏的 和间关系可确定土的强度包线。
3.环剪仪 由于试样是环状的，剪切沿着圆周方向旋转， 所以剪切面的总面积不变，它特别适用量测大 应变后土的残余强度或终极强度，在这种情况 下，它可以用一个试样完成几种正应力的剪切 试验。
1.1.2 侧限压缩试验
侧限压缩试验也称单向压缩试验，它所确定的土的 应力应变关系曲线一般表示为曲线e-p。由于试样应力 状态总是1 / 3=K，所以不会发生破坏。
3）常规三轴伸长（CTE) 一般试样在初始围压下首先被各向等压固结， 然后保持轴向应力，逐渐增加围压使1= 2= c。, a= 3，试件被挤长。
4）平均主应力p为常数的三轴压缩（TC) 由于保持平均主应力p=常数，在TC试验中轴向应 力为大主应力，在增加围压的同时，围压减小，从 而使p保持不变。最后试件被压缩而破坏。 5）减压的三轴压缩（RTC) 试验中轴向应力为大主应力，并保持不变，围压 逐渐减小。由于围压的减小，试样被轴向压缩，对 于粘土，当初始足够大时，试样可被压缩破坏。 6）减载的三轴伸长(RTE) 试样首先在下等压固结，然后保持围压不变，轴 向应力减小，试件被轴向伸长，可达到破坏。 7）等比加载（PL) 一般是 a c a c K 其中K一般为不小于1.0的常数。
高等土力学一二三章整理总结
高等土力学高等土力学是在本科土力学教材的基础上的进一步延伸，共分七章，包括：土工试验与测试，土的本构关系，土的强度，土中水与土中渗流及其计算，土的压缩与固结，土工数值计算（包括土体稳定的极限平衡计算，土的渗流与固结的有限元计算）。
二、本 构 关 系“本构关系”是英文Constitutive Relation 的意译。
在力学中，本构关系泛指普遍的应力—应变关系。
因为在变形固体力学中，应力不只与应变有关．而且还与物体的加载历时(应力历史)、加载方式(或应力路径)以及温度和时间有关。
因此材科的本构关系或普遍的应力—应变关系可以表示为； 应力路径等）,,,(T t f ij ij εσ=式中t 为加载历时，T 为温度。
例如，弹性力学中的广义定律就是最简单的材料本构关系，它不计时间、温度和应力路径及应力历史的影响。
因此应力和应变之间存在着唯一对应的关系。
当材料应力超出弹性范围而进入塑性阶段时，应力和应变之间就没有唯一的对应关系，而是要受应力历史或应力路径的影响，这时材料的应力—应变关系就称为塑性本构关系。
塑性本构关系要比弹性本构关系复杂得多。
如果再考虑材科应力—应变关系随时间和温度的变化，本构关系持更加复杂。
本书所要讲的岩土本构关系主要是指与时间和温度无关的塑性本构关系。
各种本构关系的特点1.弹性本构关系类型和分类弹性本构关系可分为线弹性本构关系和非线性弹性本构关系如图1所示，线弹性本构关系即一般的弹性力学，其应力—应变关系服从广义Hooke 定律。
非线性本构关系的应力—应变曲线是非线性的，但是加卸载仍然沿着一条曲线。
弹性本构关系的基本特征是：1) 应力和变形的弹性性质或可逆性；2) 应力与应变的单值对应关系或与应力路径相应力历史的无关性。
即无论材料单元在历史上受过怎样的加卸载过程或不同的应力施加路径，只要应力不超过弹性限度，应力与应变都是一一对应的；3) 应力与应变符合叠加原理；4) 正应力与剪应变、剪应力和正应变之间没有耦合关系。
3.2 高等土力学模型试验详解
试验槽
1. 土工离心机模型试验（centrifuge)：离心力模 拟重力 优点：应力应变相同；破坏机理及现象相似；可 以模拟实际工程问题及边界条件 缺点：应力场不均匀；材料模拟：土颗粒、薄板 片；比尺的不一致 发展：固结、入桩、冻土、基坑开挖、地下工程、 地震等
土 工 离 心 实 验 中 的 比 尺 因 素
1 1/ n
N N Nd Na1/ 2Nl1/ 2
1
Nk Nd2 N Na N1
n
N
1
N N Na Nl
1
Nc N NaNl
1
NE N Na Nl
1
Nt
N N 1/ 2 1/ 2
a
l
1/ n
t aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱl
Nt
N1
N
1 k
Nt
1/ n2 1
图1－39 离心机装置示意图
美国 科罗拉多大学的离心模型试验机 土工离心机（Colorado, Denver)
序号 1 2 3 4 5 6 7 8a 8b 9a 9b 10 11 12 13 14 15 16
变量 加速度
模型长度
土密度
颗粒尺寸
孔隙比
饱和度
液体密度
表面张力
毛细管高 度
粘弹性
渗透性
颗粒摩擦 力
颗粒强度
粘聚力
压缩性
时间：惯 性
时间：层 流
时间：蠕 变
符号 a l d e
Sr 1 t hc
k
c c E
2. 极小围压的三轴试验极难进行
误差来源 试样自重、试样帽的自重 膜的径向约束 端部约束 静水压力 膜的拉伸对试样的附加压力 负压制样 传力杆的摩擦力等
高等土力学-李广信-清华版
第一章 土工试验及测试
(6) 减载的三轴伸长（RTE：Reduced triaxial extension）试验 试样首先在σ c 下等向压缩固结，然后保持室压σ c 不变，轴向σ a 减小，即 ∆σ 3 = ∆σ a < 0 ，
∆σ 1 = ∆σ 2 = ∆σ c = 0 ，试样被轴向伸长，可达到破坏。由于室压不变，试样伸长，所以这种试验 也被称为三轴伸长试验。这时θ = 30o 或 b = 1.0 。当σ 3 < 0 时，试样中实际上存在拉应力，可引起
三轴试验。对于所有的三轴试验，试样受到的三个主应力总有两个是相等的。所以常用平均主应力 p
和广义剪应力σc) q=（σa‐σc） 在一般应力状态下，为了表示中主应力的大小，常用另外两个参数表示：
（1.1.1） （1.1.2）
b = (σ 2 − σ 3 ) /(σ 1 − σ 3 )
第一章 土工试验及测试
由于土的力学性质的复杂多变，土工试验是土力学中的基本内容，试验土力学成为土力学的一 个重要分支。另一方面，由于现场原状土的结构性，土工问题的诸多影响因素使现场原位测试和工 程原型监测成为工程实践中不可缺少的一部分。
广义的土工试验包括室内试验、原位测试、模型试验和原位监测等；从内容上又可分为物理性 质试验、力学性质试验和水力学性质试验；也可以从宏观和微观不同尺度进行试验和测试。本章侧 重于土的力学性质试验。
土工试验的不可替代的作用表现在： 1. 只有通过试验才能揭示土作为一种碎散多相的地质材料的一般的和特有的力学性质。 2. 只有对具体土样的试验，才能揭示不同类型、不同产地、不同状态土的不同力学性质，如：
非饱和土、区域性土、人工复合土等。 3. 试验是确定各种理论参数的基本手段。 4. 试验是验证各种理论的正确性及实用性的主要手段。 5. 足尺试验、模型试验可以验证土力学理论与数值计算结果的合理性；也是认识和解决实际
高等土力学复习要点——土体的变形
土体的变形第一部分 影响因素一． 土的压缩性1．定义：土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。
土的压缩——土中孔隙体积的减少，在这一过程中，颗粒间产生相对移动，重新排列并互相挤紧，同时，土中一部分孔隙水和气体被挤出。
土体完成压缩过程所需的时间与土的透水性有很大的关系。
土的固结——土的压缩随时间增长的过程，称为土的固结。
2．土的侧限压缩试验：不允许土样产生侧向变形（侧限条件）的室内压缩试验3．侧限条件：侧向限制不能变形，只有竖向单向压缩的条件。
侧限条件的适用性：自然界广阔土层上作用着大面积均布荷载的情况；土体的天然土的自重应力作用下的压缩性。
4．侧限压缩试验的方法：试验方法：加荷载，让土样在50、100、200和400kpa 压力作用下只可能发生竖向压缩，而无侧向变形。
测定各级压力作用下土样高度的稳定值，即压缩量。
将压缩量换算成每级荷载后土样的孔隙比e 。
则可整理的压缩试验的结果，压缩曲线e-p 、e-logp 。
)1(000e H s e e +-=5．侧限压缩性指标压缩系数——e-p 曲线上任一点的切线斜率a ，即 dp de a -= 物理意义：压缩系数a 越大，曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。
为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由p 1=100kpa 增加到p 2=200kpa 时所得的压缩系数a 1-2来评定土的压缩性如下：当 a 1-2 < 0.1Mpa -1时，属于低压缩性土0． 1≤a 1-2 < 0.5Mpa -1时，属于中压缩性土a 1-2 ≥ 0.5Mpa -1时，属于高压缩性土。
压缩指数——土的e-p 线改绘成半对教压缩曲线e-logp 曲线时，它的后段接近直线，其斜率Cc 称为土的压缩指数。
同压缩系数a 一样，压缩指数Cc 值越大，土的压缩性越高压缩模量（侧限压缩模量）——土在完全侧限条件下的竖向附加压应力σz 与相应的应变εz 之比值。
土力学室内试验_OK
图1－21 不同方法材料尺寸模拟
的级配曲线
替代法
剔除法
200 60
5
0.1
37 d
例子：原型料: 最大粒径200mm,三轴试样直径300mm 200mm>300mm/5＝60mm
相似法: 所有粒径除以200/60=3.33 剔除法: 剔除所有大于60mm的粒径 替代法: 将200～5mm的粒径用
高压三轴、非饱和土三轴仪、应力与应变路 径控制三轴仪…… (6) 变形与强度试验 (7) 应力状态明确，简单；排水条件明确
13
三轴仪简图
14
常规三轴压缩试验的应力状态简图
15
对于三轴应力状态：=
两个参数p, q
p 1 2 3 1 2 3
3
3
q 1 2
(1 2 )2 ( 2 3 )2 ( 3 1)2
29
D V
在某一围压
3下的试验
膜嵌入量率定方法之一：在 试样中间放置一个不同直径
的刚性棒
d=D
图1－16 膜嵌入的一种率
d
定方法 30
3. 几种特殊的三轴试验
1）动三轴仪与试验
围压力 Kc=静应力比 d：动应力
31
d d
0
t
图1－17 动荷载
32
动应力d 动应变d 振动孔隙水压力ud
三轴仪
47
48
二者区别： x, y ,z 三个方向是否独立施加大、中、
小主应力？
z
x
y
z
tg
（3
y
）
x
2 z y x
自由面x一般只为小 主应力； 板方向y不
能单独为小主应力：
0～120（无张拉时）
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高等土力学Advanced Soil Mechanics§1 土工试验及测试一、土工试验的目的和意义（1）揭示土的一般的或特有的物理力学性质；（2）针对具体土样的试验，揭示区域性土、特殊土、人工复合土的物理力学性质；（3）确定理论计算和工程设计参数；（4）验证计算理论的正确性及实用性；（5）原位测试、原型监测直接为土木工程服务，也是分析和实现信息化施工的手段。
二、土工试验的分类土工试验包括：①室内试验：如容重试验、含水量试验、直剪试验、无侧限压缩试验等。
②原型测试：平板荷载试验、静力触探、十字板剪切试验等③模型试验（模拟试验）：足尺试验，加筋挡土墙的足尺试验等④原型监测：深基坑开挖工程监测、隧道施工监测、软土上路堤沉降监测等§1.1 室内试验§1.1.1 直剪试验大小是变化的，方向是旋转的。
⑵多环单剪仪单剪仪中，用一系列环形圈代替刚性盒，因而没有明显的应力，应变不均匀，试样内所加的应力被认为是纯剪。
静三轴试验（三轴压缩试验）是测定土的抗剪强度的一种方法。
它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σσ3），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。
1-适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。
试验主题词：周围压力；轴向压力；不固结不排水剪；固结不排水剪；固结排水剪。
优点：①可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程；②可以模拟不同工况，进行一些不同应力路径的试验；③可以很好地控制排水条件；④不排水条件下还可以量测试样的超静孔隙水压力。
主要缺点：两个主应力σ2，σ3总是相等。
静三轴试验试样的应力状态§1.1.4 三轴试验为了模拟循环加载情况下土的动力特性，人们在常规静三轴仪基础上，在轴向增加激振系统。
其激振方式有电磁力、气（液）压力、惯性力等。
后来发展可以在轴压和室压两向分别激振。
动三轴试样的应力状态和典型试验曲线见图1.1.10。
用这种试验可从确定土的动模量、阻尼比、动强度和确定饱和土的抗液化剪应力等。
§1.1.5共振柱试验研究土的动力特性除了上述的动单剪试验、动三轴试验以外，共振柱试验也是一个重要手段。
共振柱试验的原理是通过激振系统，使试样发生振动，调节激振频率，直至试样发生共振。
从而确定弹性波在试样中传播的速度，计算试样的弹性模量、剪切模量和阻尼比。
共振柱试验的试样可以是圆柱形的，也可以是空心圆柱形的。
试样可以是一端固定，一端自由；或者一端固定，另一端为弹簧和阻尼器支承。
试样在压力室中可能是各向等压应力状态；也可以是轴向与侧向压力不等的应力状态。
如图1.1.20 所示。
其它：真三轴试验，高压三轴仪，大型三轴仪（粗颗粒土），非饱和土三轴仪，空心圆柱扭剪试验和方向剪切试验。
§1.2 模型试验直接在结构即原型上进行的实验，称为原型实验；在按照原型设计的模型上进行的实验，则称为模型实验。
一般说来，前者比后者更为真实。
但在进行研究或对新设计方案进行比较，或者由于种种原因而不能进行原型实验时，模型实验就成为重要的手段。
使模型和原型相似所根据的理论，称为模型理论，它的基础是相似理论。
模型试验一直是岩土工程中的一种重要研究手段，它既可用来检验各种理论分析和数值计算的结果，也可用来直接指导实际工程的设计和施工。
§1.2.1 1g下的模型试验在通常的重力场中（1g），在一定的边界条件下对土工建筑物或地基进行模拟，量测有关应力应变数据，通过一定的理论计算或数据计算来检验理论计算结果。
分为：小比尺试验和足尺试验小比尺试验：将土工建筑物或地基及基础缩小n倍，自重和荷载及应力水平同样也缩小n倍。
足尺试验：（一）相似模拟试验的一些概念众所周知，自然界中许许多多的物理现象的研究都是凭借相似模拟试验的手段来实现的，而试验结果的精度如何，则是由试验模型与物理原型之间的相似程度所决定的。
为了使模型实验现象尽可能地反映出实物（原型）发生的现象，应严格按照相似理论来确定模型实验的几何尺寸和物理特性。
但一般情况下，特别是岩土工程试验，很难使原型与模型各方面都相似，有时只能针对主要研究的问题，使某些方面相似，而忽略其它方面。
相似常数（相似系数）：Cx=模型物理量Xm /原型物理量Xo, 如几何相似常数C L=L m/Lo相似指标：两个系统中的相似常数之间的关系式称为相似指标。
若两个系统相似，则相似指标为1。
相似判据：如上所述，相似现象的同一物理量之比，称为相似常数，或称相似系数。
所有相似系数之间，存在着某种关系式，称为相似指标。
与此对应，相似现象各物理量之间，也存在某种关系式，称为相似判据。
相似第一定律：相似现象用相同的方程式描述。
彼此相似的现象，其相似指标等于1,其相似判据的数值相等。
即彼此相似的现象，单值条件相同，其相似判据也相同。
属于单值条件的因素有：几何参数、重要物理参数、起始状态、边界条件等。
相似第二定律：当一个现象由n个物理量的函数关系来表示，且这些物理量中含有m种基本量纲时，则能得到（n-m）个相似判据。
相似第三定律：凡具有同一特性的现象，当单值条件彼此相似，且由单值条件的物理量组成的相似判据在数值上相等，则就此现象必定相似。
或者说，单值条件相似，且从它导出的相似判据的数值相等，是现象彼此相似的充分和必要条件。
以上是模型设计和获得相似量必须遵循的法则。
（二）模型试验实例下面某地区狮子山第二根抗滑桩现场实验为原型，按照相似理论来确定抗滑桩模型实验的几何尺寸和主要物理力学参数。
（1）相似率的决定和模拟锚固土层砂样的选取由相似理论可知，两个系统相似的充分必要条件是一个系统的数学模型由一一变换与另一系统的数学模型相联系，也就是说通过调试模型各参数的比例尺，使得模型和实物满足共同的方程式。
下面就是关于相似率方面的计算。
K ——地基系数；q ——单位高度上的水平荷载；y ——桩任一点离地表的距离 对于桩的锚固段来说，由于岩土性质一般较好，加上在模型实验里尺寸不大，地基系数不会有大的变化，所以在这里K 取常数。
至于q ，对于锚固段来说为零值。
（b ）采用相似理论积分类比法求相似判据去掉（1-1）式的微分符号，则（1-1）化成:40WEI BKW y+=化成无量纲表达式:410EIBKy+= 得到相似判据:4EI BKyπ=即41EIB K LC C C C = （1-2） 其中 C 表示各参数的相似比;E 、I 、B 、W ——分别为桩的抗弯模量、惯性矩、宽度和水平位移； K ——地基系数；q ——单位高度上的水平荷载； y ——桩任一点离地表的距离地基系数的相似比：0mK K C K =抗弯刚度的相似比：0()()mEI EI C EI =抗滑桩宽度的相似比：0mB BC B =抗滑桩锚固长度相似比：0mL L C L =以上，下标0表示原型的数据；上标m 表示模型的数据由（1-2）解得 4EIK B LC C C C =即4EIm B LC K K C C = 参考狮子山第二根抗滑桩现场实验数据00.8B m =，960() 2.9410, 2.9410EI N m m kN m =⨯•=⨯•，010L m =, 630 1.47~2.15610/K kN m=⨯模型桩采用空心方形有机玻璃桩，模型桩的几何尺寸 桩长100mL cm =，边长 3.8m B cm =，壁厚t=0.55cm其它计算见表1-1表1-1*桩的弹性模量E 由实验测得m K 即为在所选定桩下，模型实验制备时锚固层介质必须满足的地基系数。
根据实验室现存的几种砂，考虑到m K 的要求和将来便于施加超载，砂的地基系数随深度变化的比例系数m 不能过大，取最大粒径不超过3mm 。
再考虑到以后超载在砂面上的压实作用，模型用密砂装填。
为满足以上要求以及实际填装砂的情况，测得实验用砂的密度为31.684/g m ρ=。
查得此砂地基系数随深度变化的比例系数441.96~2.9410/m kN m =⨯(2) m K 的保障和超载的确定为了使锚固层的m K 保证在433.56~5.2110/kN m ⨯之间，实验模型锚固层顶面必须施以超载，此超载又可近似地认为滑坡体对锚固层的压力。
满足m K 的超载大小可通过下面的计算得到。
因为m m K mL =得mm K L m=（1-3） 上式中m K 和m 为上述已确定的已知值43.56~5.2110/m K kN m =⨯，441.96~2.9410/m kN m =⨯为了计算m L ，不妨取它们的平均值，代入式（1-3）中444.38510 1.792.4510m m K L m m⨯===⨯ 故锚固层顶面要满足的超载集度221.684 1.79 3.0/29.4/m P L t m kN m ρ==⨯==(3)实验中模拟下滑力加载位置的确定根据上面的计算和有关讨论，选定模型桩和合适土样后，从桩的各变量微分方程，应用相似理论，可以找出原型和模型桩的几何、位移内力之间的相似系数的关系，利用它们可以确定实验中加载的位置。
倒过来说，实验中的水平侧向力施于何处，能使锚固层处桩截面的剪力和弯距以及位移按一定的相互关系变化，以便满足我们采用的相似关系。
这一点很重要的，因为滑动面处桩截面各量不但要求相似于原型桩的特性，而且它又是滑动面以下的初始值，其重要地位可想而知。
下面就此作较为详细的推导。
由于模型桩（m ）和原型抗滑桩（o ）的挠曲线相似，则在任一深度y 处有mmy Cy y w Cw w ====常量常量 桩的微分方程：dwdy d EI M dy dMQ dy dQBKW dyφφ=-=-==- 式中Q 为剪力，其它符号同前。
化上面方程为无量纲形式10101010wy EIyMM Qy QBKwyφφ+=+=-=+= 所以1111wy EI y MMy QQ B K y wC C C C C C C C C C C C C C C φφ==== 其中00m y m m Q m m y C y C M C M Q C Q φφφ====解得234.................................(34) (35)...........................(36)1.......................(37)wywm EI yw Q EI yK EI B yC C C C C C C C C C C C C C C φ=-=-=-=- （1-4）~（1-7） 式（1-7）和前面导得的（1-3）吻合，,,K E EI C C C 和在表1-1中已求得，为已知值。
将（1-5）和（1-6）两式左右对应相除，得：MQC Cy C = 即0//m m M M Cy Q Q= （1-8）取0Q 、m Q 和0M 、m M 锚固层即滑动面处桩的内力值，参考狮子山第二根抗滑桩数据087.2299M t m =•，024.3863Q t =，之所以取这两个值，是因为在这个现场实验中，当滑动面处剪力0Q Q >、弯距0M M >时，地表土层开始破坏，桩身开始出现裂缝，所以由0M 和0Q 算得的m M 和m Q 可作为最大内力参考值，相应得到的外荷为最大下滑力的参考值。