土力学-第五章-土的抗剪强度指标3 土的动强度与砂土的振动液化1 张丙印

Kc=3 Kc=2 Kc=1
破坏振 次 lgNf
土的动强度 19
§5.6 土的动强度与砂土的振动液化
液化现象
孔压u
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松砂 振动台
时间 T
饱和松砂在振动情况
下孔压急剧升高
在瞬间砂土呈液态
饱和松砂的振动液化 20
§5.6 土的动强度与砂土的振动液化
液化机理
（1）初始处于疏松状态
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（2）振动过程中处于悬浮状态 - 孔压升高（液化）
（3）振后处于密实状态
饱和松砂的振动液化 21
§5.6 土的动强度与砂土的振动液化
液化机理
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排出的剩 余孔隙水
振前松砂 的结构
振中颗粒悬浮， 有效应力为零
振后砂土 变密实
饱和松砂的振动液化 22
§5.6 土的动强度与砂土的振动液化
不固结不排水试验 1
§5.5 土的抗剪强度指标 – 三轴试验指标
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无侧限压缩试验
cu
u=0
f
o 3=0
qu=
3=0的不排水试验
f = cu = qu/2
由于土样扰动等的
影响，一般稍低于 原位不排水强度
特别说明：十字板剪切试验所得到的抗剪强度
f 相当于土的不排水强度cu
不固结不排水
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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
§5.6 土的动强度与砂土的振动液化
固结比
Kc=1/3
土的强度指标的工程应用
11
§5.5 土的抗剪强度指标 – 工程应用
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不固结不排水剪（快剪） cu、u（cq、q）
软土地基上的快速填方
土坝快速施工，心墙未固结
黏土地基上快速施工 的建筑物
用于荷载增加所引起的超静 孔隙水压力不消散，密度保 持不变的情况
土的强度指标的工程应用 12
§5.5 土的抗剪强度指标 – 工程应用
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土的强度指标的工程应用
10
§5.5 土的抗剪强度指标 – 工程应用
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名称
不排水剪 (快剪)
固结不排水剪 (固结快剪)
固结排水剪 (慢剪)
指标
cu、u cq、 q
ccu、 cu ccq、 cq
cd、 d cs、 s
应用
软土地基 快速施工
固结完成后 受突然荷载
地基透水性强 施工较慢或正常运行期
建筑物地基的液化
建 筑 物
地下水位
喷砂
松砂层
地震荷载
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地面下沉
喷砂 遗井
排出的剩 余孔隙水
地震前
液化时
液化后23
§5.6 土的动强度与砂土的振动液化
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喷砂遗井
地基液化引起的储油罐倾斜
24
砂土：c, 三轴CD试验与直剪试验（直剪偏大） 黏土：有效应力指标：三轴CD或CU试验
总应力指标：三轴CU、UU试验 或直剪cq、q试验
土的强度指标的工程应用
9
§5.5 土的抗剪强度指标 – 工程应用
峰值强度指标与残余强度指标
峰值强度 ：一般问题 残余强度
• 古旧滑坡 • 断层夹泥 • 大变形问题
慢剪 Slow Shear
固结快剪 Consolidated Quick Shear
快剪 Quick Shear
试验方法
• 施加正应力-充分固结 • 慢剪，保证无超静孔压
• 施加正应力-充分固结 • 快剪，在3-5分钟内剪切坏
• 施加正应力后不固结， • 立即快剪，3-5分钟内剪坏
强度指标
cs，s ccq，cq cq，q
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软土地基上的慢速填方
稳定渗流期的土坝
黏土地基上慢速施工 的建筑物
用于加载过程中，超静孔隙 水压力全部及时消散，密度 不断增加的情况
土的强度指标的工程应用 14
§5.5 土的抗剪强度指标
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强度指标的类型 总应力指标与有效应力指标 三轴试验强度指标 直剪试验强度指标 土的强度指标的工程应用
直剪试验强度指标
6
§5.5 土的抗剪强度指标 – 工程应用
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有效应力指标还是总应力指标？ 三轴试验指标还是直剪试验指标？ 峰值强度指标还是残余强度指标？
土的强度指标的工程应用
7
§5.5 土的抗剪强度指标 – 工程应用
有效应力指标与总应力指标
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凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u
直剪试验类型和强度指标
5
§5.5 土的抗剪强度指标 – 直剪试验强度指标
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排水条件不明确，但可以模拟实际工程问题
对于砂土，三种试验结果都接近于c 对于黏性土，
• 慢剪：csc ，s ，
一般强度指标稍大，常乘系数0.9
• 固结快剪：ccqccu cqcu • 快剪： 对于 k<10-7cm/s的黏土 cqcu qu
1
3
3
动荷载
σd σdosint d
u 孔压
1
3
3 d 动应变
1
1
rd 总应变
静力固结
动载试验
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N N N
N
典型试验结果
土的动强度 - 动三轴试验
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§5.6 土的动强度与砂土的振动液化
极限平衡、液化和应变破坏振次Nf
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u 孔压 极限平衡Nf
d 动应变
rd 总应变
§5.5 土的抗剪强度指标 – 三轴试验指标
不排水试验与固结不排水试验
先期固
正
结压力
常 固 结 黏
p1
cu3
p2
cu2 cu1
土 层
p3
o
p1 p2 p3
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f cu
,
固结不排水试验强度包线相切的每一个莫尔圆均 对应于一个具有相同先期固结压力（相同密度） 土样的不排水强度指标cui
ucr
u=3
N
液化Nf
d=5%
N
动应变Nf
总应变Nf rd=10%
N
临界孔隙水压力ucr
3
1
O
ucr
do
土的动强度 – 破坏标准
18
§5.6 土的动强度与砂土的振动液化
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动强度曲线：试件45º面上的动剪应力d（即动应
力幅do的一半）或动应力比do/23与破坏振次Nf
间的曲线
动剪应力 d
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饱和试样的不排水强度指标: u =0 , cu 饱和CU与UU强度指标: 有关联
无侧限压缩试验： 3=0, 是特殊的UU试验 不饱和试样的UU强度指标: 随3增加而增加
并趋于稳定
不固结不排水试验小结
4
§5.5 土的抗剪强度指标 – 直剪试验强度指标
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试验类型
2
§5.5 土的抗剪强度指标 – 三轴试验指标
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不饱和试样的不排水强度
不饱和区
饱和区
f
,
开始段非饱和，有效
应力随围压增加增加， 试样密度增加，强度 增高
围压较大时，孔隙气
被压缩或溶解于水， 试样饱和，强度包线 趋于水平线
不固结不排水试验
3
§5.5 土的抗剪强度指标 – 三轴试验指标
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固结不排水剪（固结快剪） ccu、cu（ccq、cq）
2 1
在1层固结后，施工2层
水位骤降
• 用于黏土先在某种应力下固结，然后再快速加载 • 也用于土体既非完全不排水，又非完全排水，而处
于两者之间时的情况
土的强度指标的工程应用 13
§5.5 土的抗剪强度指标 – 工程应用
固结排水剪（慢剪） ccd、cd（cs、s）
的情况，都应当使用有效应力指标c，
采用总应力指标时，应根据现场土体可能
的固结排水情况，选用不同的总应力强度 指标
土的强度指标的工程应用
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§5.5 土的抗剪强度指标 – 工程应用
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三轴试验指标与直剪试验指标
应优先采用三轴试验指标 应按照不同土类和不同的固结排水条件，合理选用
直剪试验指标