土的抗剪剪強度試驗與試驗指指標土工結構構物或地地基土滲透問題變形問題題強度問題滲透特性變形特性性強度特性一、室內內試驗二、野外外試驗抗剪強度度試驗直剪試驗驗、三軸軸試驗等等制樣（重重塑土））或現場場取樣缺點：擾擾動優點：應應力條件件清楚，，易重復復十字板扭扭剪試驗驗旁壓試驗驗原位試驗驗缺點：應應力條件件不易掌掌握優點：原原狀土的的原位強強度強度指標標：峰值強度度指標與殘余強度度指標抗剪強度度指標粘聚力c內摩擦角角工程應用用三種分類類方法總應力強強度指標標與有效應力力強度指指標直剪強度度指標與三軸試驗驗強度指指標目的分析方法法試驗方法法應力應變變狀態直接剪切切儀分為為應變控控制式和和應力控控制式兩兩種，前前者是等等速推動動試樣產產生位移移．測定定相應的的剪應力力，后者者則是對對試件分分級施加加水平剪剪應力測測定相應應的位移移，目前前我國普普遍采用用的是應應變控制制式直剪剪儀。一、直剪剪試驗土樣PASTσ

=100KPaεσ

=200KPaσ

=300KPafOc1、試驗驗原理與與資料處處理fτf=c＋tg通過控制制剪切速速率來近近似模擬擬排水條條件1.固固結慢剪剪：施加正應應力～充充分固結結慢慢施加加剪應力力：小于于0.02mm/分，，以保證證無超靜靜孔壓水水2.固固結快剪剪施加正應應力～充充分固結結在3-5分鐘內內剪切破破壞3.快快剪（不不排水剪剪）施加正應應力后立立即剪切切3-5分分鐘內剪剪切破壞壞PSTA2、試驗驗分類6轉/分分鐘－－－慢剪12轉轉/分鐘鐘－－快快剪PSTA試驗過程程中的應應力變化化在加剪應應力以前前，試件件處于側側限狀態態，2＝3＝k1加剪應力力τ后，主應應力的方方向產生生偏轉，，剪應力力愈大，，偏轉角角也愈大大，所以以試驗過過程中主主應力的的方向是是不斷交交化的。。在試驗資資料的分分析中，，假定試試件中的的剪應力力均勻分分布，但但事實上上并非如如此。當當試件被被剪破時時，靠近近剪力盒盒邊緣的的應變最最大，而而試件的的中間部部分的應應變相對對要小得得多，剪剪切面附附近的應應變又大大于試件件頂部和和底部的的應變。。所以，，在剪切切過程中中，特別別是在剪剪切破壞壞時，試試件內的的應力和和應變，，既非均均勻又難難確定。。直接剪切切儀具構構造簡單單，操作作方便等等優點，，但它存存在若干干缺點，，主要有有：①剪切切面限定定在上下下盒之間間的平面面，而不不是沿土土樣最薄薄弱的面面剪切破破壞；②剪切切面上剪剪應力分分布不均均勻，土土樣剪切切破壞時時先從邊邊緣開始始，在邊邊緣發生生應力集集中現象象；③在剪剪切過程程中，土土樣剪剪切面逐逐漸縮小小，而在在計算抗抗剪強度度時卻是是按土樣樣的原截截面積計計算；④試驗驗時不能能嚴格控控制排水水條件，，不能量量測孔隙隙水壓力力、在進進行不排排水剪切切時，試試件仍有有可能排排水，特特別對于于飽和粘粘性土。。由于土的的抗剪強強度受排排水條件件的影響響顯著，，故試驗驗結果不不夠理想想。但由由于它具具有的優優點，故故仍為一一般工程程廣泛采采用。設備簡單單，操作作方便結果便于于整理測試時間間短優點試樣應力力狀態復復雜應變不均均勻不能精確確控制排排水條件件剪切面固固定缺點3.試試驗優缺缺點PSTA類似試驗驗：環剪試驗驗單剪試驗驗σ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPafOcfτf=c＋tg4、討論論抗剪強度度指標：：一般情情況下，，粉細砂：：粘性土：：4、討論論：σ=100KPaSσ=200KPaσ=300KPafOc試驗停止止的標準準：試樣壓力室壓力水排水管閥門軸向加壓壓桿有機玻璃璃罩橡皮膜透水石頂帽二、三三軸試驗驗方法：首先試樣樣施加靜靜水壓力力—室壓壓（圍壓壓）1=2=3；然后通過過活塞桿桿施加的的是應力力差Δ1=1-3。1、試樣樣應力特特點與試試驗方法法：特點：試樣是軸軸對稱應應力狀態態。垂直直應力z一般般是大主主應力；；徑向與與切向應應力總是是相等r=，亦即1=z；2=3=r強度包線線(1-)fc(1-)f11-31=15%施加圍壓壓：100kPa、200kPa、300kPa、400kPa的三軸試試驗，得得到破壞壞時相應應的（1-)f2、強度度包線繪制破壞壞狀態的的應力摩摩爾圓，，畫出它它們的公公切線———強度度包線，，得到強強度指標標c與與3、試驗驗類型固結排水水試驗（（CD試試驗）1打開開排水閥閥門，施加圍壓壓后充分固固結，超超靜孔隙隙水壓力力完全消消散；2打開開排水閥閥門，慢慢慢施加加軸向應應力差以便充分分排水，，避免產產生超靜靜孔壓固結不排排水試驗驗（CU試驗）1打開開排水閥閥門，施加圍壓壓后充分固固結，超超靜孔隙隙水壓力力完全消消散；2關關閉排水水閥門，，很快剪剪切破壞壞，在施施加軸向向應力差差過程中不不排水cd、d不固結不不排水試試驗（UU試驗）1關關閉排水水閥門，，圍壓下不固結結；2關閉閉排水閥門門，很快剪剪切破壞，，在施加軸軸向應力差差過程中不排排水cu、uccu、cu試樣1=1d==f=f(1)試驗驗條件總應力指標標與有效應應力指標一一致:cd=c’破壞面位置置：1)固結排排水試驗施加圍壓充分固結施加(1-)時，排水閥門始始終打開，，速度慢足以以使孔壓消消散始終u=0，=-u=v軸向應力漸漸進增加，，體應變是是體縮，最最終二者均均趨于穩定定(2)松松砂與正常常固結粘土土試驗曲線線與強度包包線=’f=f思考題：正正常固結粘粘土包線為為什么過原原點？1)固結排排水試驗實驗室的正正常固結粘粘土：有效固結壓壓力0等于先期固固結壓力p。地基中的正正常固結粘粘土：’zzp取回室內,如c’z，不再是正常常固結土。。f“正常固結結粘土”(2)松松砂與正常常固結粘土土試驗曲線線與強度包包線1)固結排排水試驗抗剪強度指指標有時失失去其物理理意義，而而變成計算算參數的含含義’z固結壓力為為0的正常常固結粘土土:當正常固結結粘土試樣樣的固結壓壓力為0時時，亦即其其歷史上的的最大固結結壓力是0－處于泥漿漿狀態，抗抗剪強度為為0。c=0是否否意味著正正常固結粘粘土無粘聚聚力?粘聚力隨增加而增加加vv表示體體縮v0表示體體脹(剪脹脹)應力應變關關系軟化，，體應變剪剪脹峰值強度殘余強度(3)密砂砂試驗曲線線與強度包包線峰值強度殘余強度f密砂強度包包線密砂應力應應變關系曲曲線1)固結排排水試驗v表示體體縮v0表示體體脹(剪脹脹)v峰值強度殘余強度峰值強度殘余強度f超固結粘土土強度包線線超固結粘土土應力應變變關系曲線線(4)超超固結土試試驗曲線與與強度包線線1)固結排排水試驗應力應變關關系軟化，，體應變剪剪脹c≠0ep強度包線fp土的壓縮曲曲線(5)超固固結粘土+正常固結結粘土強度度包線p，正常固結粘土；p，超固結粘粘土1）固結排排水試驗小結松砂與正常常固結粘土土試驗曲線線與強度包包線：應變硬化與與體積收縮縮，cd=0；密砂試驗曲曲線與強度度包線：應變軟化與與剪脹性，，cd=0；超固結粘土土試驗曲線線與強度包包線：應變軟化與與剪脹性，，cd與d;超固結粘土土+正常固固結粘土的的強度包線線:折線→c≠0的的直線近似似1)固結排排水試驗2)固結不不排水試驗驗強度指標：：ccu，cu；c’，’(1)試試驗條件(2)正正常固結粘粘土固結不不排水試驗驗曲線與強強度包線(3)超超固結粘土土固結不排排水試驗曲曲線與強度度包線(4)固固結不排水水三軸試驗驗確定的強強度指標(1)試驗驗條件施加圍壓充分固結施加(1-)時，閥門門關閉，可可連接孔壓壓傳感器，，量測剪切切過程中產產生的超靜靜孔隙水壓壓力uu0，=-u量測孔隙水水壓力2)固結不不排水試驗驗試樣剪切過程中中的超靜孔孔隙水壓力力u對于于飽飽和和土土試試樣樣：：孔孔壓壓系系數數B=1.0u=BA(=A(對于于剪剪切切過過程程中中無無體體積積變變化化：：A=1/3剪切切過過程程中中發發生生剪剪縮縮：：A>1/3剪切切過過程程中中發發生生剪剪脹脹：：A<1/3(甚甚至至可可能能A<0，，u<0））u軸向向應應力力和和孔孔壓壓漸漸進進增增加加并并趨趨于于穩穩定定，，孔壓壓u>0(2)正正常常固固結結粘粘土土固固結結不不排排水水試試驗驗曲曲線線與與強強度度包包線線ffcu2)固固結結不不排排水水試試驗驗u應力力應應變變關關系系軟軟化化，，孔孔壓壓可可能能小小于于0與超超固固結結度度有有關關f(3)超超固固結結粘粘土土固固結結不不排排水水試試驗驗曲曲線線與與強強度度包包線線＋－fcuu<0u>02)固固結結不不排排水水試試驗驗(4)固固結結不不排排水水三三軸軸試試驗驗確確定定的的強強度度指指標標2)固固結結不不排排水水試試驗驗應力力變變量量試驗驗量量測測u計算算=u=確定定的的強強度度指指標標ccucuc固結結不不排排水水試試驗驗小小結結剪切切過過程程中中的的超超靜靜孔孔隙隙水水壓壓力力u正常常固固結結粘粘土土的的應應力力應應變變關關系系曲曲線線:硬硬化化正常常固固結結粘粘土土的的有有效效應應力力與與總總應應力力的的強強度度包包線線:cu<超固固結結粘粘土土的的應應力力應應變變關關系系曲曲線線:軟軟化化超固固結結粘粘土土的的固固結結不不排排水水強強度度指指標標:cccu,cu固結結不不排排水水三三軸軸試試驗驗確確定定的的強強度度指指標標:ccu,cu;c,2)固固結結不不排排水水試試驗驗3)不不固固結結不不排排水水試試驗驗強度度指指標標：：cuu(cu)，，uu(u)(1)試試驗驗條條件件(2)粘粘土土的的孔孔隙隙比比－－有有效效應應力力－－抗抗剪剪強強度度唯唯一一性性關關系系(3)飽飽和和試試樣樣的的不不排排水水強強度度指指標標cu(4)不不排排水水試試驗驗與與固固結結不不排排水水試試驗驗(5)無無側側限限壓壓縮縮試試驗驗：：3=0的的不不排排水水試試驗驗(6)不不飽飽和和試試樣樣的的不不排排水水強強度度(1)試試驗驗條條件件:從某某一一初初始始狀狀態態開開始始，，關關閉閉閥閥門門施加加圍圍壓壓，產產生生孔孔隙隙水水壓壓力力u1=B施加加（（1-）時時，，閥閥門門關關閉閉，，可可連連接接孔孔壓壓傳傳感感器器，，量量測測剪剪切切過過程程中中產產生生的的超超靜靜孔孔隙隙水水壓壓力力u2=BA()3)不固結不不排水試驗試樣(2)粘土的的孔隙比－有有效應力－抗抗剪強度唯一一性關系強度的影響因因素:土的組成土的狀態土的結構應力狀態ef–p′f-qf唯一性關系ef–σ′f-τf唯一性關系’(p’’)(q)K’f線f線α’唯一的ef應力歷史同一種正常固結粘土土的狀態(ρ,e)應力狀態應力歷史相同同時也滿足唯一性性關系研究表明超固結粘土:3)不固結不不排水試驗u=0,cu,并且有有效應力摩爾爾圓是唯一的的思考題：可否否由不排水試試驗確定有效效應力強度指指標？(3)飽和試試樣的不排水水強度指標cuu=B[+A()]B=13)不固結不不排水試驗cuσp1cu1σp2cu2σp3cu3(4)不排水水試驗與固結結不排水試驗驗正常固結粘土土層固結不排水試試驗強度包線線上的每一點點對應于一個個具有相同先先期固結壓力力的不排水強強度指標3)不固結不不排水試驗cu=qu/2cuqu=(5)無側限限壓縮試驗：：3=0的不排水水試驗3)不固結不不排水試驗(6)不飽和和試樣的不排排水強度不飽和區飽和區3)不固結不不排水試驗(’)ccff超固結粘土的的總應力與有有效應力強度度包線(CU)u(-)u(+)總應力有效應力3)不固結不不排水試驗1(’)p(p’)quKfKfffuu松砂及正常固固結粘土(CU)思考題1：實實際破裂面的的方向？思考題2：如如果破壞時孔孔隙水壓力u(負孔孔壓)，有效效應力摩爾圓圓在總應力摩摩爾圓哪邊？？3)不固結不不排水試驗不固結不排水水試驗小結飽和試樣的不不排水強度指指標:u=0,cu飽和試樣的固固結不排水試試驗與不排水水強度指標:有關聯無側限壓縮試試驗：3=0,是一一種特殊的不不排水試驗不飽和試樣的的不排水強度度指標:隨3增加而增加并并趨于穩定不排水剪：cu=(1-3)/2=(1+3)/2總應力圓為一一系列大小相相等的圓,而而有效應力圓圓只有一個.固結不排水剪剪：1、土體未受受任何固結,自然不抗剪剪2、對正常固固結土,當3=0時,抗剪剪力=0,所所以強度線過過原點ccu=(1-3)/2=(1+3)/23、對超固結結土，

當3＜P時，小而C較大，強度度線較為平緩緩；當3＞P時，強度線線又回回到原原來的的狀態態，所所以其其延長長線過過原點點。優點：：1應力狀狀態和和應力力路徑徑明確確；2排水條條件清楚，，可控制；；3破壞面面不是人為為固定的；；4單元體體試驗缺點：設備相對復復雜，現場場無法試驗驗說明：3＝0即為為無側限抗壓壓強度試驗驗,主要用用于評價土土的靈敏度度問題.4、優點和和缺點真三軸儀空心圓柱扭扭剪儀飽和粘土的的動三軸儀儀5.三軸軸試驗的發發展十字板剪切切試驗(VST)鉆孔到指指定的土土層，插插入十字字形的探探頭；通過施加加的扭矩矩計算土土的抗剪剪強度野外試驗驗:包括鉆孔孔十字板板和貫入入電測十十字板剪剪切試驗驗；靈敏度St≤10、固固結系數數Cv≤≤10m2/y的均均質飽和和軟粘土的的不排水水強度指指標；十字板剪剪切試驗驗(VST)鉆孔到指指定的土土層，插插入十字字形的探探頭；板板頭插入入鉆孔的的深度不不應小于于鉆孔或或套管直直徑的3~5倍倍，靜置置2~3min后在開開始試驗驗；扭轉剪切切速率采采用1°/10s，并在在2min內達達到峰值值（破壞壞），然然后繼續續測記1min；野外試驗驗:技術指標標；十字板形形狀常為為矩形，，板的高高徑比為為2，板板厚2~3mm；十字板剪剪切試驗驗(VST)野外試驗驗:技術指標標；對明顯具具有各向向異性的的土體，，因采用用幾種不不同高徑徑比的十十字板頭頭進行試試驗；十字板剪剪切試驗驗抗剪強強度的測測定精度度應達到到1~2kpa；在峰值或或穩定強強度出現現后，順順剪切方方向繼續續轉動6周，測測定重塑塑土的不不排水抗抗剪強度度；在深度方方向上，，十字板板剪切試試驗點的的間距，，對均質質土可采采用1m，對非非均質土土或夾薄薄層粉砂砂的層狀狀軟粘土土，應結結合靜力力觸探資資料布置置試驗點點；時：M1HDM2M1HDM2計算被測測場地的的地基承承載力；；估算單樁樁極限端端承力與與摩阻力力；確定軟土土路基、、堤壩、、碼頭的的臨界高高度；分析地基基穩定性性；判定軟體體的固結結歷史；；十字板剪切切試驗(VST)野外試驗:00.010.030.05Cu(MPA)深度(m)13579未擾動土擾動土Cu~h變化曲線St~h變化曲線十字板剪切切試驗(VST)野外試驗:00.010.030.05Cu(MPA)轉動角度1030507090擾動土未擾動土必要時可以以做試驗點點的抗剪強強度與扭轉轉角的關系系曲線十字板剪切切試驗(VST)野外試驗:0深度判斷軟土的的固結歷史史：P0和Cu0P0和Cu正常固結土土超固結土自重應力十字板前剪剪切強度四.土的的強度指標標的工程應應用有效應力指指標還是總總應力指標標？三軸試驗指指標還是直直剪試驗指指標？峰值強度指指標還是殘殘余強度指指標？有效應力指指標與總應應力指標凡是可以確確定（測量量、計算））孔隙水壓壓力u的情情況，都應應當使用有有效應力指指標c，三軸試驗指指標與直剪剪試驗指標標砂土：c,三軸排水試試驗指標與與直剪試驗驗指標（直剪試驗驗得到的指指標偏大））粘土：有效應力指指標：固結結排水、固固結不排水水總應力指標標：三軸固固結不排水