应力路径1

应力路径及初始固结条件对强度的影响

对加载而言，有效应力指标ｃ、土性有关，目前的渖和常规试验时应力环境大致吻台。基坑设计中用到固结不排水强度指标的时候较多．固结不排术强度指标．．而．不，
Ａ６１￣如ｏ＝
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Ｂ
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收藕日期：ｌ０一崛一
第一作者简介：方军，１年出生，豉男，％Ｂ工程师，９１毕业１９年
于石油大学地球物理系。
吨．２
ｑｄｑ＿ｉ哺ｄｙｌｓｅ日ｄｍ－嘲ｌ血ｌｂｄｔｍ￣ｄ
０
仅与土性有关，而且与试验条件有关。下面就针对不同应力路径下的．以理论分析。．加３１常规三轴固结不排水试嚏条件（＝ｌ且Ｃ＝０．Ｊ
＝
圈１基坑中备点应力曹柽变化情况
Ｆｇ１ａｉａｐｌｉｔＢｈｄ删略ｉｇ协ｒ丑。ｆ
Ｉ４Ｋ＋Ｒ１）】－ｏ（＋ｋ＝ｄ
Ａ作为土性指标一旦确定下来，么总应力抗剪强度包线就郭确定了，再就常规三轴圃鳍不捧水剪试验而言，压不会小轴于围压．在囤压确定后．裴坏时的轴压也因此而被固定死了，并来涉及到应力路径以及初始固鳍条件，其实是：于常规对三轴固结不捧水剪试验．圃结条件是・１初始。另外，强度指标同时还蔓受到应力路径以及初始固鳍条件的镧约。
３应力路径的改变引起了强度变化的理论论、
证
下面进一步从理论上加以说明：力路径以及初始固结应

高等土力学学习总结

高等土力学学习总结姓名学号在*老师悉心教导下，通过一个学期对高等土力学的学习，我们对高等土力学有了初步的了解。

在这个学期的十一次课中，我们主要学习了第一、二、三章的内容。

在第一章中，我们学习了土的有效应力原理和应力路径，土是一种分散颗粒的集合体，一般由固、液、气三相物质组成，我们把土颗粒（固相）间直接接触产生的应力叫做土的有效应力，它是土体产生形状和体积变化的根本原因；应力路径是指土体在外荷载作用下，各点应力在应力坐标图中的移动轨迹，应力路径可以分为总应力路径和有效应力路径两种。

第二章中，我们学习了土的压缩固结理论，在这一章中，我们研究了影响压缩实验成果的因素，并讨论了地基沉降计算、单向渗透固结理论中的一些问题及二向三向固结课题、次固结问题等。

第三章中，我们学习了土的抗剪强度问题，分别分析了砂土和粘性土的抗剪强度的组成和影响因素。

下面就各章所学知识点做一个简单的总结：1 有效应力原理及应力路径在第一章有效应力原理及应力路径中，我们学习了有效应力原理的概念，有关面积系数的问题，水下土体和毛细升高带土体中有效应力问题、渗流引起的有效应力问题、外荷载引起的土中超静水压力及其向有效应力的转化，有关术语的概念区别，孔隙压力系数，三相土的空隙气压力和空隙水压力，应力路径及应力路径对土应力—应变关系的影响等问题。

1.1 有效应力土是一种分散颗粒的集合体，一般由固、液、气三相物质组成，我们把土颗粒（固相）间直接接触产生的应力叫做土的有效应力，它是土体产生形状和体积变化的根本原因。

1.2 面积系数问题面积系数主要包括有效应力传递面积系数a和孔隙水面积系数X两种，其中有效应力传递面积系数a也就是土颗粒接触面的面积系数，一般没有可靠的试验手段来测定它，而且它的绝对值对土性无多大意义，所以我们只需着重研究孔隙水面积系数X，并用X反推土断面上的有效应力。

通过饱和水状态下对孔隙水面积系数X的测定，普遍得出X接近并略小于1的结论，这说明土颗粒接触面积相比孔隙水面积非常小，但由于土颗粒的刚度比孔隙水大得多，所以土颗粒接触点上的有效应力也是非常大的。

土力学有效应力路径_概述及解释说明

土力学有效应力路径概述及解释说明1. 引言1.1 概述土力学有效应力路径是指土体在外部作用下，内部各个点的应力状态随时间变化的轨迹。

在地质工程领域中，了解土力学有效应力路径对于土体行为和稳定性的评估和预测具有重要意义。

随着土力学研究的深入和应用需求的增加，对有效应力路径的研究也日趋重要。

本文将对土力学有效应力路径进行概述及解释说明。

1.2 文章结构本文共分为五个部分，即引言、土力学有效应力路径、解释说明有效应力路径的变化规律与机制、应力路径测试方法和实验研究进展以及结论。

引言部分对本文的主要内容进行概括，并介绍了本文的结构安排。

1.3 目的本文旨在全面介绍土力学有效应力路径及其相关内容，并探讨其变化规律与机制。

同时，将会总结常用的应力路径测试方法和相关实验研究进展，并提出未来发展方向建议。

通过这些内容，可以帮助读者更好地理解土壤行为与稳定性问题，并促进该领域研究工作的进展。

2. 土力学有效应力路径2.1 定义与背景土力学有效应力路径是指材料中在外部加载作用下的应力变动过程所遵循的路径。

在土工工程领域中，研究土壤中应力变化规律对于预测土壤变形和强度具有重要意义。

2.2 有效应力路径的重要性有效应力路径是土壤中发生变形、破坏和剪切行为的关键参数之一。

通过了解土壤在加载过程中应力状态的变化，可以更好地理解其变形和强度特性。

有效应力路径可以帮助工程师设计合适的基础结构和地下工程，并评估它们的安全性。

2.3 影响因素及其解释说明多种因素会影响土壤中的有效应力路径。

首先是荷载施加速率，快速施加荷载会导致不同的应力传递机制，从而改变有效应力路径。

其次是孔隙水压，水分状态对土壤内部颗粒之间接触及摩擦特性产生影响。

此外，颗粒骨架结构也直接决定了应力传递机制以及有效应力路径。

需要进一步解释的是，荷载历史和路径也是影响有效应力路径的重要因素。

如果土壤在先前的加载过程中受到多次加载和卸载循环的作用，其强度和变形特性将会发生不同。

应力路径课件ppt

复合材料的应力路径模拟
研究复合材料在复杂应力状态下的力学行为，为复合材料的优化设计提供依据。
生物材料的应力路径模拟
研究生物材料在不同应力路径下的力学行为，为生物材料的优化设计提供依据。
04
应力路径在工程中的应用
Chapter
岩土工程
岩土工程是研究岩体和土体工程的科学，应力路径在岩土工程中有着广泛的应用。
在结构工程中，应力路径用于描述结构在各种载荷作用下的响应，包括静载、动载、温度载荷等。
通过应力路径分析，可以评估结构的强度、刚度和稳定性，优化结构设计，提高结构的可靠性和安全性。
环境工程
环境工程是研究环境保护和治理的科学，应力路径在环境工程中也有着一定的应用。
例如，在土壤污染治理中，通过应力路径分析可以评估土壤的渗透性和流动性，优化土壤修复方案，提高治理效果。
应力路径的表示方法
应力路径通常用应力-应变曲线来表示，横坐标为应变，纵坐标为应力。根据不同的受力条件和材料特性，应力-应变曲线会有不同的形状和特征。
应力路径的重要性
指导材料加工和产品设计
促进新材料和技术的研发
通过了解材料的应力路径，可以更好地指导材料加工和产品设计，优化材料的性能和使用寿命。
在环境工程中，应力路径可以用于描述土壤和地下水在应力作用下的流动和变形规律，对于土壤污染治理和地下水保护具有重要的意义。
05
应力路径的未来发展
Chapter
应力路径理论的发展
应力路径理论在岩石力学、土壤力学和结构工程等领域的应用将进一步深化，为解决复杂工程问
题提供更有效的理论支持。
随着数值模拟技术的发展，应力路径理论将与数值模拟技术结合，实现更精确、更高效的数值模

2.4土的应力路径

q
1 2

1

3

0
p

1 2
1

3

1

3
3
1 3 3
K1线斜率为：0
q
K1线截距为：0
K1线
O
1 3
p
21/32
q
ca
O 3
极限状态平面
f线
Kf线
K0线
最大剪应力平面
1 3 1 K1线
p
22/32
室内常规试验的应力路径分析 1
+uf
Kf 线
-uf K'f 线 B'
D'
总应力路径
有效应力路径
45 0 45
'
p ',p
（b）超固结土
在同一应力座标图中存在着两种不同的应力路径，即总应力路径 (TSP) 和有效应力路径 (ESP)。
15/32
5.强度包线与破坏主应力线
以固结排水三轴试验为例
强度包线 f ：在 ~ 坐标系中所有破坏状态莫尔圆的公切线
再加载排水固结后，新的不排水强度qc
初始应力条件下，不排水强度qa
排水固结应力路径
30/32
考虑应力路径的试验设计
1.基坑围护不同位置的试验设计
侧壁A点（主动状态）：
采用三轴压缩膨胀试验（1不变，3减小）

1 3

0 0
坑底以下挡墙附近B点（被动状态）：
采用三轴伸长试验（1减小，3增大）
和剪应力变化的应力路径, 如图a所示。常用(2以）表p～示q最直大角剪坐应标力系面统上：的其应中力p变=(化＋情况)，/2如，图q=b(所－示。)/2；

应力路径及其表示+破坏主应力线与破坏包线

应力路径及其表示应力路径及其表示一、应力状态及应力路径•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；•应力路径土体中一点应力状态连续变化在应力空间（平面）中的轨迹。

土体的应力状态及其变化对土的变形和强度特性有重要影响，常用应力路径来表示应力状态的变化。

•应力路径—在应力莫尔圆上取某一特定面上应力点的移动轨迹（特定面一般取为与主应力面成45º角平面）•为反映二维应力状态的变化，常用p-q空间，p=(σ1+ σ3)/2， q=(σ1- σ3)/2σO σ3σ1τO σ3pq 应力路径及其表示二、应力路径的表示应力路径及其表示二、应力路径的表示莫尔圆－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σ3τ (q)σ (p)σ1τfα＝45º应力路径及其表示二、应力路径的表示莫尔圆与应力路径的比较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莫尔圆破坏主应力线上的一点应力路径及其表示二、应力路径的表示根据有效应力原理总应力路径（TSP）：总应力圆顶点的连线；有效应力路径(ESP)：有效应力圆顶点的连线；TSP线和ESP线之间的距离等于孔隙水压力。

有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）破坏主应力线K f与强度包线 f破坏主应力线K f 与强度包线τf p 强度（破坏）包线 τfn在σ~ τ坐标系中所有破坏状态莫尔圆的公切线p 破坏主应力线 K fn 在p ~q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合，即为一系列极限应力莫尔圆的顶点的连线。

p q στOτf 线K f 线两条直线与横坐标交点都是 o ’o ’一、破坏主应力线与强度包线'tg R O A α=pq στO φc αa τf 线K f 线O’AR p 强度（破坏）包线 τfn在σ~ τ坐标系中所有破坏状态莫尔圆的公切线p 破坏主应力线 K f n 在p ~q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合破坏主应力线K f 与强度包线τf 一、破坏主应力线与强度包线p q στO φc αa τf 线K f 线O’AR 'sin R O A φ=tg sin αφ='tg R O A α=p 强度（破坏）包线 τfn在σ~ τ坐标系中所有破坏状态莫尔圆的公切线p 破坏主应力线 K f n 在p ~q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合破坏主应力线K f 与强度包线τf 一、破坏主应力线与强度包线有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）破坏主应力线K f 与强度包线τf p q στO φc αa τf 线K f 线O’AR tg sin αφ='tg c OO φ='tg a OO α=cos a c φ=⋅p 强度（破坏）包线 τfn 在σ~ τ坐标系中所有破坏状态莫尔圆的公切线p 破坏主应力线 K fn 在p ~q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合一、破坏主应力线与强度包线0q p •用若干点的最小二乘法确定a 和α •然后计算强度指标c 和φαa 确定强度指标破坏主应力线K f 与强度包线τf一、破坏主应力线与强度包线二、三轴试验中的应力路径p(p’)q αu f α'K f K f '正常固结粘土(CU)A B 45ºB’图中AB为总应力路径，AB’为有效应力路径，二者同时出发于A点（p＝σ3，q＝0），受剪时AB为向右上方延伸的直线， AB’为向左上方弯曲的曲线， B与B’两点间横坐标差值为剪破时的孔隙水压力u f ，纵坐标差（强度值）是相同的。

三轴应力路径平均主应力广义剪应力

在地球科学和地质工程领域中，岩石和土壤的力学行为一直是研究的重点。

本文将围绕三轴试验、应力路径、平均主应力和广义剪应力展开深入探讨。

一、三轴试验1. 三轴试验的定义和意义三轴试验是岩土力学领域中常用的一种试验方法，通过对岩土样本施加不同的压力和剪切力，来模拟不同应力状态下岩土体的力学特性，从而研究岩土的变形和破坏规律，为工程实践提供依据。

2. 三轴试验的基本原理在三轴试验中，岩土样本会受到三个轴向的应力作用：径向应力、周向应力和轴向应力。

通过改变这三个应力的大小和方向，可以实现不同的应力路径，从而模拟岩土体在不同地质条件下的受力状态。

二、应力路径1. 应力路径的概念应力路径是指岩土体在受力过程中，应力状态随时间的变化轨迹。

不同的应力路径会导致岩土体不同的变形和破坏特性，因此对岩土工程而言，应力路径的选择和控制至关重要。

2. 应力路径的分类一般来说，应力路径可以分为固定应力路径和变动应力路径两种。

固定应力路径是指在试验或工程过程中，应力状态沿着固定的轨迹变化，而变动应力路径则是指应力状态随时间或其他因素而变化的轨迹。

三、平均主应力1. 平均主应力的定义在三轴试验中，平均主应力是指在三轴应力状态下，样本中心处受到的平均应力。

平均主应力的大小和方向对岩土体的变形和破坏具有重要影响，因此平均主应力的确定是岩土力学研究的重点之一。

2. 平均主应力对岩土体性质的影响平均主应力的大小和变化会直接影响岩土体的强度、变形和破坏特性。

对于不同类型的岩土体，其受到的平均主应力的承受能力和变形特性也各不相同，因此在岩土工程设计中需要充分考虑平均主应力的影响。

四、广义剪应力1. 广义剪应力的概念广义剪应力是指岩土体在三轴应力状态下受到的主应力和剪应力之间的复合应力状态。

广义剪应力的存在使得岩土体的变形和破坏行为更加复杂，因此在岩土力学研究和工程实践中备受关注。

2. 广义剪应力与变形行为的关系广义剪应力对岩土体的变形和破坏过程有着重要影响，特别是在复杂应力状态下，广义剪应力的作用更加显著。

第三章应力-应变及其基本方程

2
一点的应力状态
z
xx
z
zx zy
xz yz
xy
yx
y y
ij yxx
xy y
xz yz
zx zy z
应力分量的值与坐标系的
选取有关. 3
在空间应力状态下，如适当的选择坐标轴，使其在该坐标系内的剪应力为零而只剩正应力。则这样三个相互垂直的坐标轴的方向就是应力张量的主方向，与主方向垂直的面叫主平面，该面上存在的正应力叫主应力。三个主应力的大小与坐标轴的选择无关。
22
应力路径
➢几种加载方式的说明
单调加载和循环加载：
23
应变张量的分解
物体内部任意一点的变形状态可以由六个应变分量来表示：
三个正应变: x , y , z 三个剪应变: xy , yz , zx
24
应变张量的分解
＝
＋
立方体变形
纯体积变形
m ( x y z ) / 3
纯畸变变形
应力张量分解及其不变量
体积变形
剪切变形
应力张量 ij 球应力张量 m 偏应力张量 Sij
ij Sij m ij
m 0 0
0
m
0
mij
0 0 m
m (1 2 3 ) / 3
Sij ij mij Syxx
xy Sy
xz yz
zx zy Sz
平面上法向应变：
3m
平面上剪应变：
2 2 2 J2
应变空间与应变平面
26
各种剪应变
➢ 八面体上正应变：
8
1 3
(1
x
ij
1 2
yx
1
2 xy
1 2

4. 土的应力路径

q＝ 0
p c
有效应力路径、总应力路径在p轴线上移动
24/32
竖向应力与侧向应力按K比例施加
1 K p ' 1 ' 2 1 K q ' 1 ' 2 1 K arctg 1 K
K0线斜率为：
q 1 K0 tan b p 1 K0
3
1
p (p)
19/32
6.应力路径特征线
2、Kf线 f线单元体上最大剪应力平面上的终极应力状态位置。单元体上剪切破坏面上的终极应力状态位置，即强度包络线。
1 1 3 2 Kf线轨迹： 1 p 1 3 2 q
K1线斜率为：0 K1线截距为：0
3
q
K1线
O
1 3
p
21/32
q
极限状态平面
K线 f K0线 b
最大剪应力平面
f线
c a
O
3
1 3 1
K1线
p
22/32
土样压缩试验的应力路径分析
1
室内压缩试验应力状态
K=1，
K=0， K≠0，
3 K 1
1 3 3
p'
1 1 ' ' 1 3 1 u 3 u 2 2 1 1 3 u p u 2
u
3
(q)
3
q'
1 1 '1 '3 1 u 3 u 2 2 1 1 3 q 2
1 v ' 2 1 v ' 2

三轴试验与应力路径(1)

2
c
’
(1 3) 2
’3
’
f
1 3 cos 2
f
1 3 2
f
tan 1 3 2
1 3 sin 2
’1
’
Mohr-Coulomb Failure Envelope in p-q Space
q
P’
应力路径表示方法
1）直角坐标系统 2）1 3 直角坐标系统
3） p q 直角坐标系统
4） s t 直角坐标系统
1( a )

3 ( r )
破坏线
o 3
1

三轴压缩试验
（排水）
坐标系统中的应力路径
1
3
3
3
破坏线
1
45
o
三轴压缩试验
specimen of saturated clay was carried out under an all-round pressure of 600 kN/m2. Consolidation took place against a back pressure(反压力) of 200 kN/m2. The following results were recorded during
p’
Isotropic Consolidation q/p’=0
各向同性压缩
a
k a
各向异性压缩
a
a
a
k a
k a
k a
k 1 0
1 k k0
0 0
材料：各向同性
k≤1
k k0
0
一维压缩 k0压缩
3 1k

基坑开挖应力路径分析

基坑开挖应力路径分析摘要：基坑工程的特殊性在于开挖卸荷，而且基坑中不同部位土体卸荷的应力路径是完全不同的。

本文分析表明，基坑开挖有两个主要影响因素：插入比和宽高比。

插入比主要影响基坑变形；宽高比主要影响基坑卸荷应力增量比。

卸荷应力增量比变化幅度很大，宽基坑卸荷应力增量比介于-0.9～0.6之间，窄基坑卸荷应力增量比介于-2.2～1.0之间。

关键词：基坑；卸荷；应力路径Abstract: the foundation pit engineering is the particularity of the excavation unloading, and foundation pit in different parts of the soil mass unloading stress path is completely different. This paper analysis shows that, excavation has two main influence factors: insert ratio and wide aspect ratio. Insert the main influence than deformation; Wide main influence excavation unloading aspect ratio than stress increment. Unloading stress increment the extent than change, wide excavation unloading than stress increment between-between 0.9 and 0.6, and narrow excavation unloading than stress increment between-between 2.2 and 1.0.Keywords: foundation pit; Unloading; Stress path1引文在基坑工程中，土体处于卸荷扰动状态。

应力路径的名词解释

应力路径的名词解释应力路径是一个机械工程的术语，主要指的是应力的传递和分布的路径。

在物体受力的过程中，应力会通过物体内部的结构和材料传递，形成一条或多条路径，从而保持物体的结构完整和稳定。

应力路径的形成主要依赖于物体内部的材料和结构的特性。

在一般情况下，材料内部的结构是由许多微观的晶体组成，这些晶体之间有着特定的排列方式。

当外部力作用于材料上时，这些晶体会承受力的作用，从而产生应力。

应力路径的形成就是这些晶体之间力的传递过程。

在实际应用中，工程师需要合理设计和选择应力路径，以确保物体在受力时能够保持稳定和安全。

一个良好的应力路径设计可以提高物体的耐用性和抗疲劳性能。

这对于许多领域来说都是非常重要的，比如建筑、航空航天、车辆制造等等。

应力路径的设计需要考虑不同材料的特性以及工作环境的要求。

一般来说，硬度较大的材料能够承受较大的应力，而韧性较好的材料能够吸收较大的应力能量。

因此，在应力路径的设计中，通常会选择硬度较大的材料来承受主要的应力，而使用韧性较好的材料来吸收和分散应力。

此外，应力路径的设计还需要考虑物体的结构形式。

不同的结构形式具有不同的应力传递方式。

比如，在桥梁的设计中，其结构形式通常采用梁柱结构，通过横梁将上部的荷载传递到柱子上。

这样设计的目的就是将应力传递到更强固的支撑点上，以确保桥梁的稳定性和安全性。

在工程实践中，应力路径的设计还需要考虑到实际使用工况的要求。

不同的使用工况对应力的要求也不同。

比如，在飞机机翼的设计中，设计师需要考虑空气动力学的因素，通过合理的应力路径设计来减小应力集中，提高机翼的强度和刚度。

总的来说，应力路径是机械工程中非常重要的概念，它涉及到材料特性、结构形式和使用工况等多个方面。

一个良好的应力路径设计可以提高物体的耐用性和安全性，减少材料的疲劳和损伤。

因此，对于任何一个机械工程师来说，了解和掌握应力路径的概念和设计原则都是非常重要的。

只有在应力传递和分布的路径上做到合理设计，才能确保机械结构的稳定性和可靠性。

23应力路线法

对饱和粘土：
q

3
co n st
1
q’ p ' p u
q ' q
u A 1 3
1 2 1 q 2 p
Kf
K’f
1
45° O
p O
45°
p’
3
3
1、应力路线可以表示为有效应力路线和总应力路线；
2、总应力路线为直线，有效应力路线和孔隙水压力线均不一定为直线。在排水状态中进行的试验有效应力、总应力路线都是直线，在非排水试验中总应力路线为直线，而有效应力路线为曲线；
A
c
应力路线法求沉降：
q
φ
Kf k0 H p
C
D E O F 45°
3
A
B
• 步骤：在现场载荷下估计地基中某些有代表性土体单元的有效应力路径； • 在实验室做这些土体单元的室内试验，复制现场有效应力路径，并量取试验各阶段的垂直应变； • 将各阶段的垂直应变乘以土层厚度，即得初始及最后沉降。
应力莫尔圆
+zx源自 zx +1
z

r
2
z
x
O
-xz
3 x
1

xz
-
R
圆心： R
大主应力： 1 R r σz按顺时针方向旋转α
x z
2
2
x z 2 半径： r xz 2
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
1 1 1 q ' ' ' u u q 1 3 1 3 1 3 2 2 2

饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨

饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨邓洪亮　浮海梅α摘　要　主要根据饱和土的有效应力原理及应力历史,探讨饱和粘性土的抗剪强度及应力路径,讨论了不同边界条件下饱和粘性土的抗剪强度及相互关系,给出了不同的应力路径,指出了不同边界条件具不同的应力状态,应力状态不同具有不同的应力路径,土体变形和强度与应力有关,与应力历史有关.关键词　抗剪强度,应力路径,应力,应变,饱和粘性土分类号　TU 432.3一般认为当土体中孔隙体积的80◊以上为水充填时,土体中虽有少量气体存大,但大都是封闭气体,可视为饱和土,当土体为粘性土时,即为饱和粘性土,饱和粘性土和其它土体一样在外荷载作用下将产生剪应力和剪切应变,土具有抵抗这种剪切应力的能力,并随剪应力的增加而增加,当这种剪阻力达到某一极限值时,土体就要发生剪切破坏,这个极限值就是饱和粘性土的抗剪强度,粘性土的强度性状是很复杂的,它不仅随剪切条件不同而异,而且还受许多因素(如各向异性、应力历史、蠕变等)的影响,不同的边界条件可得出不同的抗剪强度.由于土体的变形和强度不仅与受力大小有关,更重要的还与土的应力历史有关,在加荷过程中的土体内某点其应力状态的变化在坐标中以应力点的移动轨迹为应力路径可以模拟土体实际应力历史,全面地研究应力变化过程对土的力学性质的影响,用于探讨土的应力——应变和强度.1　饱和土的有效应力原理K 太沙基(T erzagh i )观察到土的变形及强度性质与有效应力密切相关,且应力只有通过粒间接触点传递,才能引起土体变形和强度,而孔隙水压力对颗粒的压缩变形可以忽略,因此,提出有效应力原理,饱和粘性土土体内任意点的总应力Ρ包括通过土粒接触点传递的粒间应力(也称有效应力Ρ′)和通过土体中孔隙传递的孔隙压力,孔隙压力又包括孔隙中的水压应力和气压应力,水压应力由孔隙水传递又称孔隙水压力(u ),即饱和粘性土体中任意点总应力Ρ=有效应力Ρ′+孔隙水压力u +气压应力u ′,而饱和粘性土封闭气体比例甚少,通常假定u ′=0,即Ρ=Ρ′+u .2　饱和粘性土的应力历史第12卷第4期1997年12月洛阳大学学报JOU RNAL O F LUO YAN G UN I V ER S IT Y V o l 112N o.4D ec .1997α作者单位:洛阳大学土木工程系,471000,河南省洛阳市收稿日期:1997—01—30饱和粘性土在压力作用下,孔隙水(主要指自由水)将随时间推移而逐渐被排出,同时孔隙体积随之减少,这个过程即饱和粘性土的渗透固结,天然土层在历史上所经受过的最大固结压力称先期固结压力(P c )、按它与现有自重应力P 1的比O CR (O CR =P c P 1)可将土分为正常固结土、超固结土和欠固结土,固结强度不同的土,具有不同的抗剪强度.3　饱和粘性土的抗剪强度为了探讨饱和粘性土应力——应变和强度之间的关系,以三轴试验不固结不排水抗剪强度,固结不排水抗剪强度,固结排水抗剪强度来进行应力变化过程分析.311　不固结不排水抗剪强度一组饱和粘性土试件,已在某一周围压力下固结至稳定,试件中的初始孔隙水压力u 1为0,Ρ3和轴向压力Ρ1至剪切破坏,结果如图1所示,图中三个实线半圆A 、B 、C 分别表示三个试件在不同的Ρ3作用下破环时的总应图1图2力圆,虚线表示有效应力圆,虽然三个试件Ρ3不同,但破坏时的大小主应力差相等,在Σ2Ρ图上表示现为三个总应力圆直径相等,破坏包线是一条直线且Υu =0,Σf =C U =12(Ρ1-Ρ3),且三个试件拥有一个有效应力圆,有效应力圆直径12(Ρ1′-Ρ3′)=12(Ρ1—Ρ3).这说明在不排水条件下,试样在试验过程中含水量不变,体积不变,饱和粘性土的孔隙压力系数B =1,改变周围压力增量只能引起孔隙水压力变化,并不改变试样中的有效应力,各试样在剪切时有效应力相等,因此抗剪强度Σf 不变,如果在较高的剪切固结压力下进行不固结不排水试验,就会有较大的不排水抗剪强度(C u ),即C u 与先期固结压力有关,P c =0,C u =0;P c =∞,C u =∞(如图2所示).54邓洪亮等:饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨图3图4312　固结不排水抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度在一定程度上与所受应力历史有关,对正常固结试样P 1=P c ,若施加围压Ρ3≥P 1=Ρc ,试样在Ρ3作用下充分排水固结,即∃u 3=0;在不排水条件下施加偏应力剪切时,则试样中的孔隙水压力随偏应力的增加而不断变化,u f =∃u =∃Ρ3+A (∃Ρ1-∃Ρ3)>0,大小主应力差Ρ1-Ρ3增加,土的轴向应变增加,孔隙水压力增加(如图3示).因此剪切时土体体积呈减少趋势,即产生剪缩,绘出Σ2Ρ关系曲线可知有效应力圆与总应力圆直径相等,但位置不同,两者之间的距离为u f ,有效应力圆在总应力圆的左边,总应力圆包线和有效应力包线都通过原点(如图4示),说明未受任何固结的土(如泥浆状土)不具有抗剪强度,有效应力强度Σf ′=总应力强度Σf ,有效内摩擦角Υ′大于总内摩擦角Υcu ,Υ′≈2Υcu ,Υcu =10-20°.对超固结试样即P 1<P c ,若施加围压Ρ3<Ρc =P 1,试样在Ρ3作用下排水固结则∃u 3<0,在不排水条件下施加偏应力剪切时,孔隙水压力u f ′=∃u =∃Ρ3+A (∃Ρ1-∃Ρ3)<0,剪切时试样体积有增加的趋势(如图3示);当Ρ3=∃Ρ3≥P c 时又转为正常固结土情况u f >0,绘出Σ2Ρ关系曲线(如图5示),超固结试样的不排水总应力圆破坏包线是一条略平缓的曲线,近似用直线a b 代替,与正常固结总应力圆破坏包线b c 相交,b c 的延长线仍通过坐标原点,实用上将a b c 折线取为一条直线a ′b ′c ′,有效应力圆与总应力圆直径相等,有效应力圆位于总应圆右边,两者间的距离为 u f ′ ,其总应力圆强度包线a ′b ′c ′在纵轴上截距即为粘聚力C cu ,内摩擦角为Υcu ,有效应力圆包线在纵轴上截距即为有效粘聚力c ′有效内摩擦角为Υ′,有效应力强度Σf ′=c ′+Ρ′tg Υ′,c ′<C cu ,Υ′>Υcu .64洛阳大学学报图5313　固结排水抗剪强度图6 固结排水试验的过程中孔隙水压力u =0,总应力最后全部转化为有效应力,所以总图7应力圆就是有效应力圆,总应力圆包线就是有效应力圆包线,图6为固结排水试验的应力——应变关系和体积变化,在剪切过程中,正常固结粘土发生剪缩,而超固结粘性土则是先压缩继而呈现剪胀的特性,图7试验结果表明,正常固结土的破坏包线通过原点,粘聚力C d =0,内摩擦角ΥΑ=20-40°,超固结土的破坏包线略弯曲,实用上近似取一条直线代替,C Α′≈5-25KPa ,Υd ′≤Υd .4　饱和粘性土的应力路径对饱和粘性土三轴试验应力路径常取应力圆的顶点(f 74邓洪亮等:饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨程顺序把这些点连接起来,并以箭头指明应力状态的发展方向,其横坐标为p =12(Ρ1+图8Ρ3),纵坐标为q =12(Ρ1-Ρ3).现就饱和粘性土不同边界条件下三轴压缩试验结果分析如下.图8表示饱和粘性土不固结不排水试验的应力路径,说明随着大小主应力差的增加,总应力路径B CD 为一水平直线,有效应力路径为A 点,抗剪强度包线为一直线,Σf大小相等,总应力圆距有效应力圆的距离等于静水压力u f i ,Ρ1-Ρ3的改变并不改变Ρ1′和图9Ρ3′,不影响C ′和Υ′,固结度不变.图9表示正常固结饱和粘性土固结不排水试验的应力路径,A B 线,A B ′之间的距离表示剪切过程中孔隙水压力u ,从A 点开始至B ′点剪切破坏,u f ′,表示剪切破坏时的孔隙水压力,总应力圆包线K f 线和有效应力圆包线K f ′线为一通过坐标原点的斜线,其斜率代表内摩擦角,说明土体中总应力Ρ=Ρ′+u ,土体内部随应力增加而逐渐固结,Ρ越大,固结度越高.图10 图10表示超固结饱和粘性土固结不排水试验应力路径CD 和CD ′之间的距离表示剪切过程中孔隙水压力u ,u f ′为负值,表示剪切破坏时孔隙水压力为负值,CD 线未端趋于水平(或发生转折)该点即为试件破坏点.说明土体在一定压力下,体积产生剪胀尔后转为正常固结(剪缩),即固结度先减小后增加.图11表示饱和粘性土固结排水试验应力路径,总应力路径和有效应力路径一致,说明剪切过程中u =0,Ρ=Ρ′,Ρ越大,固结度越高.84洛阳大学学报图115　结论(1)土的抗剪强度随试验的边界条件不同而不同,因此可根据不同的工程问题,施工速度等选择不同的试验方法.(2)不同的试验方法土体内部的应力状态不同,应力路径不同.(3)应力路径可较好的模拟土的应力历史,反映土体内应力变化与土的应力历史关系.参考文献1　华南理工学院等四院合编.地基与基础.北京:中国建筑工业出版社,19802　丁金粟等编.土力学及基础工程.北京:地震出版社,19923　周汉荣主编.土力学地基与基础.武汉:武汉工业大学出版社,19934　陈仲颐、叶书麟主编1基础工程学.北京:中国建筑工业出版社,19905　工程地质手册编委.工程地质手册.北京:中国建筑工业出版社,1992On Shear i ng Strength and Stress Pa th of Sa tura tion ClayD eng Hongliang Fu H ai m ei(D ep artm en t of C ivil Engineering )AB STRA CT A cco rding to the effective stress p rinci p le and stress h isto ry ,the shearing strength and stress p ath of satu rati on clay are studied .U nder differen t bound 2ary conditi on ,the shearing strength and its relati on of satu rati on clay are given .D ifferen t stress p ath po ssesses differen t stress state is po in ted ou t .KEY W O RD S shearing strength ,srtess p ath ,stress ,strain ,satu rati on clay 94邓洪亮等:饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨。

土力学-第五章-土的抗剪强度测定试验1 应力路径与破坏主应力线张丙印

fh
M2
πDH
D 2
τfv
假定土体为各向同性，fh=fv=f：
Mmax
M1
M2
πD3 6
τf
πD 2 H 2
τf
τf
Mmax πD2 ( D H )
23
M
M1 fh
fv
H
M2
D
十字板剪切试验
2
第五章：土的抗剪强度
§5.1 概述 §5.2 土的抗剪强度理论 §5.3 土的抗剪强度的测定试验 §5.4 应力路径与破坏主应力线 §5.5 土的抗剪强度指标 §5.6 土的动强度与砂土的振动液化
固结过程：
p 0 p0 = 3
剪切过程：
3=0 1 0 u 0
p p u q q u A(σ1 - σ3 )
饱和土固结不排水试验
q q
有效应力
Kf线 uf Kf线
u 总应力
p
O
p0=3 p
当A是常数时，有效应力路径为直线，
一般情况下A不为常数，有效应力路径为曲线
三轴试验的有效应力路径
§5.3 土的抗剪强度的测定试验 –十字板剪切试验
智者乐水仁者乐山
一般适用于测定软黏
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
十字板剪切试验
1
§5.3 土的抗剪强度的测定试验 –十字板剪切试验
智者乐水仁者乐山
M1
D/2
2 τfh
0
2πr
rdr
πD3 6
智者乐水仁者乐山
有效应力原理： + u 或 - u
孔隙水压力： u =B3+AB(1-3)

三轴试验与应力路径pp课件

1
+ 路径：某物通过或移动的路线 + Path：The route or course along which
something travels or moves。
Y
X
2
+ 应力路径：加载过程中应力点的轨迹。 + Stress Path: Trajectory of stress points
during loading.
库伦强度包线，计算该砂土的剪切强度参数（内摩擦角）； + 5. 确定孔隙水压力系数B的数值，绘制孔隙水压力系数A随轴向应
变变化的关系，确定土样破坏时孔隙水压力系数A的数值。
16
17
18
400
ESP
TSP
300
CSL
200
100
0
0
100
200
300
400
500
600
19
20
A Value A Value
q
P’
3
1）直角坐标系统 2）1 3直角坐标系统
3） p q 直角坐标系统
4） s t 直角坐标系统
4
1( a )

3 ( r )
破坏线
o 3
1

三轴压缩试验
（排水）
坐标系统中的应力路径
5
1
3
3
3
破坏线
1
三轴压缩试验（排水）
45
o
p q坐标系统中的应力路径
7
1
t
3
3
破坏线
t
1 3
t s

2
1 3
1
s

三轴试验与应力路径

应力路径与三轴试验• Path* The route or course along which something travels or moves•应力路径：加我过程中应力点的轨迹。

• Stress Path: Trajectory of stresspoints during loading.应力路径表示方法1)b-r 鹿角毋标系统 2)5-6 K 角塑标系统 3)p-q 肚角半标系统 4) $-f H角坐标系统- 6坐林系统小的应力路径丿 rnrn 二 pn 破坏线 ◎二二二■二二-r 二-二-二二二二（挥水）pWan normal半均疋应力Deviatoric stress -q坐标系统屮的应力路径1IHHIb- taBWB I I A 1I\ -1f'»•• • JfIIIHUO o匚袪兀妬试弊归坐标系统中的应力路栓三轴试验的应力路径旷，轴t 编(TrioxialComprQSSiQn > .三轴拉伸(Triaxial Extension)扌F 水试盼(Drained Test)< 4、摊水试验(Undrained Test)丿J 路衿(Total SlressPath) 〃效应力Kt 呂 < Effective StressRath)F 加裁方式-试4Q 掲水条件* 应力路径・半6 仇F Tq=((7(-11)-(^-u) = r/三釉伍第《不搏水，■y 6例题1 \• A consolidated-undrairved triaxial test on a specimen of saturated clay wos carried out under an all-reund pressure of 600 kN/m2. Consolidation took placeagainst a back pressure(反丿h 力)of 200 kN/m2・ The following results were recorded duringi the test. Draw the stress pathsHO IMi 2M 279 319 I 4T.-4T,o■ (kVm-) 2汙277 3IH 433M 十A BM7.7.W)) f A(626 7J I 鮭劄似3力WKHW 毀IftX 系： 2 Ay 町;•呻広制力W " 力歸升I i O o-Tvmwnii^ 的 EE 力力 e 东岡 UR 障不一壮療歇mm 「「’例题？ .小話那 •Rasc.^1 0 2 4 e E 10 UREE 力卿 q 竹 okNAm* 0 201 2幻?75 M2 旳讥■冰旺力H ikNto-l 144 244 222 212 2W5・館「需"“知亠丫••八• ■仇'・沁・xq ■ ‘山各向异性固结Anisotropic consolidationNo lateral deformationMohr-Coulomb Failure Envelopein p・q SpaceTj・ e； un^Mohr・Coulomb Failure Envelopein p・q Spacer t二r,Mohr-Coulomb Failure Envelopein p-q SpaceRearrange Eq. 4 givesNcte here a} is the major principal stress and d3 is the minor principal stress・• Substituting Eqs. 2 and 3 into Eq. 1 yieldsTherefore. we haveSubstituting Eq 7 into Eq. 4 results inMohr-Coulomb Failure Envelope in p9 ：、•・q SpaceFor triaxial compression, e *■眄只”；•个2cr；J/3—佃;吟3；"3华=<7：・ CF： =0：・(7；Therefore. we have0；«Zg/3H ■尸'・和3Substituting Eq 5 into Eq. 4 results inMohr-Coulomb Failure Envelope in p・q SpaceFor triaxial extension, a ・:・ c ・” = <“：# 2e： )/3 =佃;* 2e；”39 ：、•Mohr-Coulomb Failure Envelopein p・q SpaceMohr-Coulomb Failure Envelopein p・q Space• Therefore, the Mohr-Coulomb failure envelope in the p ・q space is as follows・ZjL i■ p6tm#*Hi*•inMohr-Coulomb Failure Envelope 、inp・q Space• The failure stress ratio Ms|^q/Ap e| under Tnaxicl compression is different from that under triaxialaxt^nsion：M e 34jdn£XF ' 3-sin。

应力路线法.ppt

图(b)，从A到B，表示在土样体积不变情况下加上剪应力，所引起的竖向压缩与侧向膨胀，以后在剪应力不变的条件下固结。从B到D，同时产生竖向及侧向的压缩。增加应力使应力路径从B到C，侧向压缩就较小。
图(c)表示土样先在不排水剪切下发生崎变，然后排水固结，直到符合KO条件。
应力路线法求沉降：
• 进行应力路线试验时应首先确定土体的应力变化过程，而这一般是非常困难的。
3、孔隙水压力参数A对有效应力路线和孔隙水压力路线有较大的影响。
应力路径与压缩变形
q
A
0 Ea
q
AB

0
A
b
q AB
BA 0
c
AB
BC
AC K0
D
AD
F
EF
P
ABC
C
K0
D
ABD
P
ABC K0
C
D
ABD
P
在三轴仪中，图(a) 沿Ko线从A到C表示一维受压。从A到B，在Ko线以上，产生侧向膨胀。从A到D，在Ko线以下，同时包含竖向与侧向的压缩。在固结压力(各向等压)增长的条件下,从E到F，表示均匀各向变形。
t2
1 Z1
1 Z2
3 k0Z1 3 k0Z2
t 3…..
单向压缩试验的应力路线 q
O
3
1
P
t
1
3
2

1
k0 2

1

P
1 , 3
k0 1
1 3
2

1
k0 2

1
q
tg q 1 k0
P 1 k0

应力路径1.

应力路径 Stress Paths
1. The concept of stress paths 土体中一点的应力状态可以用应力空间中的一个应力点来描述。在荷载作用下，土体中一点应力状态的改变过程可以用对应的应力点在应力空间的运动轨迹来描述。应力点在应力空间的运动轨迹称为应力路径。 2. Drawing stress paths 可在莫尔圆上适当选择一个特征应力点来代表整个应力圆，常用的特征点是应力圆的顶点（最大剪应力处),其座标为, p = (1+ 3)/2, q = (1 － 3)/2。按应力变化过程顺序把这些点连按起来就是应力路径，并以箭头指明应力状态的发展方向。
45°
o
p
Ｋf（Ｋf ’）线和τf线之间的关系
总应力表示时 sin tan c cos 有效应力表示时 sin tan c cos
Ｋf线和τf线之间的关系
？
Ｋf 线和tf 线
q ( 1 3 ) 2
tf
Ｋf
o
3
1
p
( 1 3 ) 2
Total stress path and effective stress path
( 1 3 ) q 2
K ’f
Kf 2 ( 1 3 ) 2