土力学5-第五章.ppt

固结排水试验是指在三轴试验中，排水阀门始终打开，试件先在周围压力?3作用下充分固结。稳定后缓慢增加轴向偏差应力??1，让剪切过程中充分排水。这样，试件中恒不出现超静孔隙水压力，总应力恒等于有效应力。 用这种试验方法测得的抗剪强度称为排水强度。相应的抗剪强度指标为排水强度指标cd和?d。因为试件内的应力始终为有效应力，所以cd和?d也可视为就是有效应力抗剪强度指标c?和??。 这是一组典型松砂或正常固结粘土应力变形曲线和强度包线的试验结果，可以看出松砂和正常固结粘土的应力变形曲线和强度包线具有如下的特点： 在实验室里，将加在试件上的固结周围压力?3作为试件的当今有效应力，以此划分土样属于正常固结状态或超固结状态。当?3大于或等于土的先期固结压力?p时，土样处于正常固结状态，而当?3小于?p时，则处于超固结状态。按这一标准，在天然土层取出的土样，不论天然土层是正常固结还是超固结，在试验中都可能是正常固结状态或超固结状态，取决于试验中所加的有效固结压力?3大于或小于天然状态下的先期固结压力。这一点与地基中的正常固结土与超固结土的定义略有差别。 实验室中恒处于正常固结状态的土，当?3＝0时，必然?p＝0，表示这种土历史上从未受过任何应力的固结，必定处于很软弱的泥浆状态，抗剪强度?f＝0。这就是说实验室正常固结土的抗剪强度包线应该通过原点，不论是粗粒土或细粒土都如此 天然土都曾经受过某一先期固结压力?p的固结。当?p?3时土样处于超固结状态。 这是一组典型密砂或超固结粘土应力变形曲线和强度包线的试验结果，可以看出密砂或超固结粘土的应力变形曲线和强度包线具有如下的特点： 在超固结段内，试件的实际密度大于正常固结时的密度。按密度大，抗剪强度高的道理，超固结段的抗剪强度曲线应在正常固结状态的抗剪强度曲线之上，并且是一段曲线。为便于计算，可用直线代替。当?p?3后，变为正常固结土，其抗剪强度回到过原点的正常固结土的强度包线上，因此天然状态的粘性土在实验室中所测得的强度包线是两段折线，其折点在?3＝?p的破坏圆的切线上，如图所示。由于两段折线不便于工程应用，在实用上一般再简化成近似的直线，这样，强度包线就又回复到统一的库伦抗剪强度公式 固结不排水试验是在不排水条件下加偏应力??1进行剪切，剪切中试件内将出现一定数值的孔隙水压力，其值可从孔压量测系统中测定 这是一组正常固结粘土应力变形曲线和强度包线的试验结果，可以看出正常固结粘土的应力变形曲线和强度包线具有如下的特点： 这是一组超固结粘土应力变形曲线和强度包线的试验结果，可以看出超固结粘土的应力变形曲线和强度包线具有如下的特点： 严重超固结状态的试件，剪切时则产生负孔隙水压力。因此，将总应力圆改绘成有效应力圆时，靠近坐标原点的应力圆，因为固结压力?3，往往小于先期固结压力?p，试件处于严重超固结状态，应力圆将向右侧移动；而远离坐标原点的应力圆，超固结程度相对较小，应力圆则相反向左侧移动，其结果出现?? ?cu。而c? ccu 三轴不固结不排水剪切试验简称为不排水剪。从地基中或土工构筑物内取出或由实验室制备的土样放在三轴仪的压力室内，在排水阀门关闭的情况下施加固压力?3，不让试件固结，即试件不压密，?3所引起的孔隙水压力不让消散。然后，增加轴向应力??1，即偏差应力（?l－?3），进行剪切，在这一过程中也关闭排水阀门不让试件排水。这种试验就称为不固结不排水试验，简称UU试验 分析这种试验方法中试件的工作状态。如果试件是饱和的，由于整个试验过程中，孔隙比e和含水量ω保持不变，根据粘性土“密度-有效应力-抗剪强度”唯—性关系，不论试件上所加的周围压力?3多大，破坏时土的抗剪强度和有效应力必定相同。试验结果如图所示，它表明尽管周围压力?3不同，但抗剪强度相同，所以极限应力圆的直径（?1－?3）相等，因此抗剪强度包线是一根与各个应力圆相切的水平线。即饱和土UU试验的内摩擦角?u＝0，粘聚力cu= (?1－?3) /2，称为不排水强度。 不排水强度cu的大小决定于土样所受的先期固结压力。先期固结压力愈高，土的孔隙比愈小，不排水强度cu愈大 应该指出，?u＝0，并不意味着土不具有摩擦强度，因为剪切面上存在有效应力就应该有摩擦强度，只不过是这种试验方法，摩擦强度隐含于粘聚强度内，两者难以区分。 这也再次说明，c和?在物理意义上并不严格“真实”地反映粘聚和摩擦两个抗剪强度分量，而通常是“你中有我，我中有你”，从而失去其物理意义，变成仅为计算参数的含义 由于饱和土的孔隙水压力系数B＝1.0，?3所产生的孔隙水压力u＝?3，因此若扣去孔隙水压力，则所有的总应力圆集中为唯一的一个有效应力圆，即图中的红色圆。因为只能得到一个有效应力圆，所以无法绘制有效应力强度包线 从不固结不排水试验中得知，试