不同抗剪强度指标应用范围

东北大学

基坑工程第一次大作业

班级：土木1003 组长：邢 民

组员：修佳林，孙为，周锦涛，薛普琛，张忠江，张彧

有关不同实验所得的抗剪强度指标c、φ值

的应用范围研究

根据题意有四种试验方法：（1）不固结不排水试验（快剪） （2）固结不排水试验（固结快剪） （3）固结排水试验（慢剪） （4）三轴压缩试验

1.根据《土力学地基基础》，作者：陈希哲 第四版教材 第151页指出：

（1） 三轴压缩试验应用范围：

三轴压缩试验，实质上是三轴剪切试验。这是测试土体抗剪强度的一种较精准的试验。因此，在重大工程与科学研究中经常进行三轴压缩试验。国家《建筑地基基础设计规范》规定，甲级建筑物应采用三轴压缩试验。对于其他等级建筑物，如为可塑状粘性土与饱和度不大于0.5的粉土时，可采用直剪试验。 根据三轴压缩试验过程中试样的固结条件与空隙水压力是否消散的情况，可分为三种试验方法，同一试样，采用不同方法的试验方法，试验结果所得到的抗剪强度指标c与φ的值一般不相同。 （2）不固结不排水试验

在试样施加周围压力之前，即将试样的排水阀关闭，在不固结的情况下即施加轴向力进行剪切。在剪切过程中排水阀始终关闭，即不排水。

在整个试验过程中不让土中的水排出，使试样中始终存在空隙水压力，因此土中偶笑应力减少，所以试验结果测得的抗剪强度值最小。 （3） 固结不排水试验

这种试验方法与上述不固结不排水试验的不同之处为：施加周围压力时，试样充分排水固结。

固结后在快速施加水平剪力，这样测得的试验结果抗剪强度值居中。 （4）固结排水试验

此方法与固结不排水的主要区别是在剪切过程中，自始至终打开排水阀，剪切速度缓慢。

每次剪切后都固结排水，使试样在整个试验过程中都处于充分排水条件下，这种实验结果测得的抗剪强度值最大。

根据文献

关于土的抗剪强度应用的探讨

缪志萍

(江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏镇江 212003)

2.强度指标在工程上的应用范围

（1） 有效应力强度指标与总应力强度指标

土的抗剪强度指标分为有效应力强度指标和总应力强度指标。根据有效

应力原理, 土的抗剪强度是由土的有效应力决定的, 孔隙水压力对于土的抗 剪强度没有任何作用, 在一切没有超静孔隙水压力或者孔隙水压力可以确定时, 都应当用有效应力强度指标。在工程应用中, 选择的试验条件应当尽可能与实际工程条件相似。例如, 在土坝边坡的稳定分析中, 安全系数可能出现最小值的时期有施工期、稳定期和库水位突降期, 而各个时期填土受力后的固结和排水条件是不同的。用总应力分析法时, 必须选择与它们大体相当的试验方法。粘性土坡施工期, 如果不发生孔隙水压力消散, 则可采用不固结不排水试验(UU ) ; 在填土中要形成稳定渗流需要很长时间, 因此, 模拟稳定渗流期可采用固结排水剪试验

(CD) ;而库水位突降期则大体相当于固结不排水剪试验(CU ) 。这种模拟是近似的, 因此, 用总应力分析方法估算土坡稳定安全系数的精确度不可能很高。当用有效应力法分析时, 只需要进行固结排水试验或固结不排水试验并测定试验中的孔隙水压力的大小。在设计中则要估算各个时期的孔隙水压力。然而, 根据目前的技术水平, 较准确的孔隙水压力数据只能依靠现场实测。因此, 尽管有效应力分析法概念清楚, 但因土的应力历史、固结和排水条件以及不均匀性的影响, 给孔隙水压力的准确预估带来了困难, 这也会影响到用有效应力分析法估算土坡稳定安全系数的精度。 （2） 不排水强度指标的应用

不排水强度相应于所施加的外力全部为超静孔隙水压力所承担, 土样没有固结而完全保持初始的有效应力状态, 此时的强度为土的天然强度, 在下列几种情况下可以采用不排水强度指标: ①在正常固结软粘土地基上很快填筑土方的工程; ②土坝快速施工, 竣工后其心墙未固结; ③在正常固结粘土地基上快速施工建筑物。

（3）固结不排水强度指标的应用

固结压力全部转化为有效应力, 而在施加轴向应力增量时又产生了超静孔隙水压力, 这时就适用于固结不排水情况, 常见的工况有: ①土坝施工时底层填土固结后施工上层填土; ②土坝竣工和蓄水后正常使用时, 水库的水位骤然降低时土坝上面边坡的稳定分析; ③在天然土坡上快速填方时。

根据查找下文献 可知

土强度试验的排水条件与强度指标的应用

李广信, 吕禾

(清华大学水利水电工程系, 北京 100084)

（1）固结不排水强度指标的使用范围

如果其中土体在现有的应力体系中平衡并完全地固结, 然后, 由于某种原因而很快施加荷载形成不排水情况, 这时就适用于固结不排水强度指标。如图2 中所示的几种工况。其中图2 (a) 表示的是在填方部分①作用下填方及地基已经固结稳定, 然后又很快施加上部填方部分②。图2 (b) 表示土坝竣工和蓄水后正常使用时, 库水位骤降时土坝上游边坡的稳定分析; 图2 (c) 表示在一个天然土坡上很快施工一个填方的情况。在这些情况的稳定分析中都适于使用固结不排水强度指标。

(2) 不排水强度指标的使用

如果在粘性土工程问题中, 荷载是很快地被施加, 从而被引起的超静孔隙水压力没有时间消散,土也没有时间在这种荷载产生的围压下固结。在这种情况下, 我们假设施工中所施加的总应力变化不影响原状土的不排水强度。图3 中所列的几种例子包括: (a) 在正常固结软粘土地基上很快地填筑填方工程; (b) 很快施工的土坝在竣工时; (c) 在正常固结粘土地基上很快施工基础及上部结构。这些工程的稳定分析和承载力验算中的控制条件是刚刚施

加了荷载之后。而随着时间的延续, 孔压消散,土被固结, 地基或边坡也变得更加安全了。实际工程的施工中, 大部分属于“部分固结”的情况, 使用不排水强度指标是偏于安全的。

(3) 砂土的固结不排水强度指标应用

如上所述, 砂土一般是采用有效应力强度指标进行分析计算。但是有时对于饱和粉细砂在一些情况下, 发生的现象应当用固结不排水强度指标进行分析, 这就是液化与流滑(流沙) 。图4 表示的是饱和松砂的固结不排水试验的应力应变曲

线和有效应力路径。这时很小的应变引发了很大的超静孔隙水压力, 使有效围压急剧减少, 有效应力接近于0 ,砂土发生流滑, 或成为流沙, 这其实是一种广义的液化, 也称为静态液化。最后残余的固结不排水内摩擦角只有几度。图5 表示的是邻水的松砂坡由于很小的扰动产生了应变, 引发超静孔隙水压力而流滑的现象。最后稳定时的坡度只有3～5°, 这就是为什么天然的河滩与海滩都是很平缓的原因。也是在饱和松砂的工程中经常发生流沙而失事的原因。

注意事项可选用的应用范围

(1) 在土的三轴试验中是以与试样相连阀门的开关控制排水条件; 直剪试验中是以加载速率控制排水条件。二者的强度指标不应混淆。

(2) 室内试验测定原状地基粘土的不排水强度指标需要有良好的取样技术和设备。当取样深度大, 试样有回弹和扰动时, 应采用相应于原位应力的预固结, 进行不排水试验。

(3) 通常用非饱和原状土进行三轴和直剪试验测定的快剪强度中实际已经包含了吸力的贡献, 不应再考虑吸力的潜在安全储备。

(4) 有效应力强度指标, 固结不排水, 不排水强度指标的工程使用是非常重要的, 应当根据土质情况, 施工加载速率, 周围排水条件, 地基处理等因素综合分析, 合理选用。

(5) 饱和松砂的固结不排水强度指标极低, 在实践中, 由于扰动发生很小的应变时, 如果来不及排水, 可能发生流沙而引起的事故。

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