§6.5 砂土的振动液化
饱和松砂的振动液化
1.液化现象
孔 压
U
▪ 饱和松砂在振动情 况下孔压急剧升高
▪ 在瞬间砂土呈液态
时间T
P
2.液化机理
（1）初始的疏松状态
（2）振动以后处于悬浮状态 —孔压升高（液化）
（3）振后处于密实状态
振前砂土结构
振中颗粒悬浮，有 振后砂土变
效应力为零
密实
3. 液化定义
（1）在一定的应力范围内，可以用线性
函数近似f = c +tg
（2）某土单元的任一个平面上 = f ， 该单元就达到了极限平衡应力状态
2、土中一点的应力状态
dlsin
1
3
3
1
3ห้องสมุดไป่ตู้
1 dlcos
3. 应力莫尔圆
+zx
O
-xz
r
3 x
2
z 1
圆心： R x z
2
半径：
r
x
z
2
2
2 xz
第六章 土的抗剪强度
本章主要内容：
§6.1 概述 §6.2 土的抗剪强度理论 §6.3 土的抗剪强度测定试验 §6.4 饱和粘性土的抗剪强度 §6.5 无粘性土的抗剪强度
§6.1 概述
土工结构物或地基
▪渗透问题 ▪变形问题 ▪强度问题
▪渗透特性
土
▪变形特性
▪强度特性
一、土的抗剪强度
二、土的强度特点：
1.碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而 是颗粒间相互作用——主要是抗剪强度与 剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；
2.三相体系：三相承受与传递荷载——有效应 力原理；
3.自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。
三、工程中土体的破坏类型
1.挡土结构物的破坏
滑裂面
挡土墙
基坑支护
2.各种类型的滑坡
崩塌 旋转滑动
1.库仑公式
f c tan
c 粘聚力 内摩擦角
f ：
土的抗剪强度
tg：
摩擦强度-正比于压力 c：
粘聚强度-与所受压力无关
抗剪强度曲线
τ
τ
φ σ
无粘性土
φ
c
粘性土
σ
库仑（Coulomb）公式
砂土： σ
f tan
粘性土：
τ
f tan c
c:土的粘聚力
:土的内摩擦角
莫尔—库仑强度理论
N T
T= N
颗粒破碎与重排列 滑动摩擦 咬合摩擦引起的剪胀
影响土的摩擦强度的主要因素：
▪ 密度（e, ▪ 粒径级配（Cu, Cc）
▪ 颗粒的矿物成分：对于：砂土>粘性土；
高岭石>伊里石>蒙特石 ▪ 粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）
在其他条件相同时：
对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角 对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角
与破坏包线相交：有一些平 面上的应力超过强度；不可 能发生。
莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件
1 3
sin
1
3
2
c ctg
1
1 3 3 2c ctg
2
1 f
3tg
2
45
2
2c
tg
45
2
3f
1tg
2
45
2
2c
tg
45
2
f c tan
c O
3
1f
5. 破坏判断方法 3= 常数：
4
2 xz
sin
1 3
1 3 2c ctg
根据应力状态计算出大小主应力σ1σ3，由
σ1、σ3计算，与比较
> 安全状态
= 极限平衡状态
c O
< 不可能状态
6. 滑裂面的位置
45°＋/2
与大主应力面夹角： α=45 + /2
1f 3
c
O
3
f c tan
2 90
2
2 1f
2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水
试验类型汇总
固结排水试验（CD试验）
Consolidated Drained Triaxial test (CD) 抗剪强度指标： cd d （c ）
固结不排水试验（CU试验）
Consolidated Undrained Triaxial test (CU) 抗剪强度指标：ccu cu
抗剪强度
= c + tg = -u
土的抗剪强度的 总应力指标c,
= c + tg
符合土的破坏机理， 便于应用,但u不能产
简单评价 但有时孔隙水压力u 生抗剪强度，不符合
无法确定
强度机理
二、饱和粘性土的抗剪强度
1、不固结不排水抗剪强度 2、固结不排水抗剪强度 3、固结排水抗剪强度
三、土的强度指标的工程应用
2.凝聚强度
粘聚强度机理
粘聚强度影响因素
静电引力（库仑力） 范德华力 颗粒间胶结 假粘聚力（毛细力等）
地质历史 粘土颗粒矿物成分 密度 离子价与离子浓度
三、摩尔-库仑强度理论
1. 库仑公式 2. 应力状态与摩尔圆 3. 极限平衡应力状态 4. 摩尔-库仑强度理论 5. 破坏判断方法 6. 滑裂面的位置
不固结不排水试验（UU试验）
Unconsolidated Undrained Triaxial test 抗剪强度指标： cu u （ cuu uu ）
(UU)
（4）优点和缺点
❖ 优点：
1 应力状态和应力路径明确； 2 排水条件清楚，可控制； 3 破坏面不是人为固定的； 4 试验单元体试验
❖ 缺点：
▪ 应力控制式三轴仪
△
▪ 试验步骤: 1.装样 2.施加周围压力 3.施加竖向压力
3 3
3 3 3
3
△
（1）试样应力特点与试验方法：
特点： 试样是轴对称应力状态。垂直应力z 一般是大主应力；径向与切向应力总 是相等r=，亦即1=z；2=3=r
方法： 首先试样施加静水压力—室压（围压） 1=2=3 ； 然后通过活塞杆施加的是应力差 Δ1= 1-3 。
S
通过控制剪切速率来 近似模拟排水条件
1. 固结慢剪： 施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力-小 于0.02mm/分，以保证无超静孔压
2. 固结快剪 施加正应力-充分固结在3-5 分钟内剪切破坏
3. 快剪 施加正应力后立即剪切3-5 分钟内剪切破坏
优点
设备简单，操作方便 结果便于整理 测试时间短
有效应力指标与总应力指标
凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力 u的情况，都应当使用有效应力指标c，
三轴试验指标与直剪试验指标
砂土： c, 三轴排水试验指标与直剪试验指标
（直剪试验得到的指标偏大）
粘土： 有效应力指标：固结排水、固结不排水 总应力指标：三轴固结不排水、不排水; 直剪固结快剪、快剪
▪
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月17日星期 六3时27分45秒 15:27:4517 October 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午3时27分45秒 下午3时27分15:27:4520.10.17
R
莫尔圆：代表一个土单元的应 力状态；圆周上一点代表一个 面上的两个应力与
不同状态时的摩尔圆
4. 极限平衡应力状态
极限平衡应力状态：
有一面上的应力状态达到 = f
土的强度包线：
所有达到极限平衡状态的莫尔园的公切线。
f
强度包线以内：任何一个面
上的一对应力与 都没有达
f 到破坏包线，不破坏；
与破坏包线相切：有一个面 上的应力达到破坏；
在饱和砂土中，由于振动引起颗粒的 悬浮，超静孔隙水压力急剧升高，直到其 孔隙水压力等于总应力时，有效应力为零， 砂土的强度丧失，砂土呈液体流动状态， 称为液化现象。
▪
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.1720.10.17Saturday, October 17, 2020
▪
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。15:27:4515:27:4515:2710/17/2020 3:27:45 PM
2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生 超静孔压
❖ 固结不排水试验（CU试验） ccu 、cu 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；
2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水
❖ 不固结不排水试验（UU试验） cu 、u 1 关闭排水阀门，围压下不固结；
设备相对复杂，现场无法试验
说明： 3＝0 即为无侧限抗压强度试验
二、野外试验
十字板剪切试验
❖ 一般适用于测定软粘土 的不排水强度指标；
❖ 钻孔到指定的土层， 插入十字形的探头；
❖ 通过施加的扭矩计算 土的抗剪强度
M max M1 M 2
M1
D/2
2
0
fh
2r
rdr
D3
6
fh
M2
DH
平移滑动 流滑
3.地基的破坏
p
地基
☆土压力 ☆边坡稳定 ☆地基承载力
★挡土结构物破坏 ★各种类型的滑坡 ★地基的破坏
§6.2 土的抗剪强度理论
本节主要内容：
一、直剪试验和库仑公式 二、土的强度机理 三、摩尔-库仑强度理论
一、直剪试验和库仑公式
直剪试验 库仑（1776）
P
上盒
A
试验原理
施加 σ（=P/A） 量测 （=T/A）