高等土力学(李广信)3.4-影响土强度的外部条件

3.4影响土强度的外部条件3.4.1围压3的影响3.4.2中主应力的2影响3.4.3主应力方向的影响——土强度的各向异性3.4.4土的抗剪强度与加载速率的关系3.4.5温度与土强度关系3.4.1围压3的影响1332cossin1sinc围压与偏差应力间线性关系（莫尔－库仑理论）30algPfbnA（b1.0）图3－29非线性的强度包线Sacramento河松砂在不同围压下三轴试验的1/3－及v－3间关系曲线。3=0.1～7.8MPa临界围压大约为200kPa固结后孔隙比ec＝0.87松砂图3－30松砂在不同围压下试验曲线（a）（b）3=0.1～13.7MPa,ec=0.61,Dr=100%（1）临界围压为20MPa左右。（2）＝12。（3）3=13.7MPa,高压下三轴试验破坏后，砂的孔隙比e=0.37，明显小于初始孔隙比。密砂图3－31密砂（a）（b）三轴试样端部约束膜约束压力室内的静水压力加载杆的摩擦力试样自重制样施加的负孔压－使试验的精度很难保证极低围压（310kPa)下的三轴试验强度:3.3.2中主应力的2影响2313b31312132tg根据莫尔－库仑强度理论，土的抗剪强度与中主应力无关。1313sin2cotcb＝0图3－32各种仪器进行的真三轴试验结果Ham河砂_tp_1.1_tp_89正常固结粘土图3－33粘土三轴试验的t与平面应变试验的p密砂：4－9松砂：2－4高压下二者接近相同。不同围压下平面应变和三轴压缩的砂土内摩擦角比较图3－34不同围压下砂土ptp11Sin3()1SinSinRamamurthy建议：tpptpSin2)Cos(SinSinSin3密砂松砂平面应变方向的主应力2图3－35平面应变方向的主应力平面应变方向为中主应力毕肖甫常数b=0.25～0.35。经验公式：这一结论只有在破坏时才是正确的！213平面应变等比加载时，y为小主应力的条件y[y-(z+x)]/E=0z=kxy=(1+k)xk（1-）/yxk（1-）/当=0.33k2.0y为小主应力平面应变等比减载时，y为大主应力的情况y[y-(z+x)]/E=0z=x=100kPay=2x=0.33y=66kPa减载到:z=x=20kPa=0.25y=66-0.25×160=24kPayx=z成为大主应力tg:=(y-x)/(2z-y-x)=0－60时，y为小主应力3。=0（+60）时，y为中主应力2。=60120时，y为大主应力1。图3－36平面上，不同主应力的角域图3－37k=1.17的平面应变等比试验中，应力循环时应力路径。卸载时，y小主应力－中主应力－大主应力结论：在平面应变的循环加载情况下，y可能成为大主应力！图3－38x=500kPa平面应变试验应力循环时的应力路径3.4.3主应力方向的影响——土强度的各向异性阻力较小阻力较大图3－39砂土颗粒排列C-DA-B3.4.3主应力方向的影响——土强度的各向异性133撒砂砂土自下而上通入CO2饱和-25冻结不同方向取样三轴试验900图3－40砂土不同方向取样的强度试验1－33.4.3主应力方向的影响——土强度的各向异性图3－41主应力方向对砂土强度的影响yxzxy23'tg图3－42砂土真三轴试验的结果颗粒排列与作用力：分散结构与絮凝结构固结历史：超固结与正常固结：k0土质埋深粘土的各向异性直剪试验图3－43剪切方向与抗剪强度：剪切破坏面与水平方向的夹角；：试样轴向与水平方向夹角。土K0固结时的大主应力方向为竖直方向。图3－44不同粘土在三轴不排水强度与主应力方向的关系(1)正常固结与超固结(2)埋深(3)地区，结构性（1）应力路径对于砂土的有效应力强度指标一般影响不大。（2）对于粘土，只要没有太大的应力反复，其有效应力强度指标受应力路径影响不大。（3）但由于不同应力路径下不排水情况下的超静孔隙水压力不同，所以粘性土的不排水及固结不排水强度指标是受应力路径影响的。应力路径对土的强度的影响3.4.4土的抗剪强度与加载速率的关系——时间的影响1.瞬时加载下土的动强度2.土的蠕变强度3.土的时效性——拟似超固结土1.瞬时加载下土的动强度（1）在冲击荷载下，土的强度一般有所提高，这可能与土的破坏需要一定能量有关。（2）对于饱和土，控制土强度的往往是产生的超静孔压。干砂的强度与加载时间的关系smaxdmaxKK:粘土、砂土；饱和；围压速率加大图3－45加载速率与土的强度图3－46砂土在不同试验中的强度－孔隙比e关系剪胀与负孔压临界孔隙比ecru1%/u10.10lgss小时＝＋图3－47加载速率与粘土的不排水强度快速2.土的蠕变强度蠕变强度对于土工问题有重要意义：（1）土坡的稳定问题，破坏可能从土体的局部高应力水平区开始，由于蠕变向外逐步扩展，达到土体剪切破坏发生滑坡。许多天然滑坡就是这样发生的。（2）挡土构造物中的土压力也受蠕变的影响，土的长期强度降低而使主动土压力增加。例如在软粘土中开挖的基坑，如果基坑暴露时间过长，其支护结构可能会由于土的流变性而产生的应力松弛而破坏。图3－48不同粘土的蠕变强度6种原状粘土，无侧限抗压强度3.土的时效性——拟似超固结土（Quasi-overconsolidation）（1）正常固结土。（2）主固结已经完成。但如果此压力长时间继续施加，由于土的流变性而发生的次固结会使它继续压缩变密，从而使粘土颗粒间进一步接近使粒间力加强和胶结材料凝固。（3）在成千上万年的有效应力作用下，次固结使这种正常固结的老粘土表现为类似超固结土的特性。（4）拟似超固结土”QOC（Quasi-overconsolidation）。Pcq相当于先期固结压力，性质接近与超固结土:（p0-e0)=(Pcq-e0)10000年，Q3,老粘土。图3－49不同固结时间的压缩试验曲线（1）峰值强度提高。（2）残余强度接近相同正常固结土。（3）K0变小。图3－50不同固结历时的有效应力路径荷载停顿图3－51荷载停顿与应力应变曲线3.4.5温度与土强度关系（1）在较高温度下，水的粘滞性变小，渗透系数增加，从而在高温下固结的饱和粘土的孔隙比减小,土的密度也越高。（2）在不排水情况下剪切时，较高的剪切温度可能产生较高超静孔隙水压力，减少土的有效应力，从而使土的抗剪强度下降。剪切温度Ts固结温度Tc图3－52固结不排水试验中温度对强度的影响