7.三轴试验中的孔隙压力系数A和B
Pore water pressure coefficient A and B in triaxial test
（1）孔隙水压力的表达式
u B [3 A ( 1 3 )]
1.0
饱和土
B = 0～1.0 非饱和土
0
干土
（2）饱和土孔隙水压力的表达式
Expression of pore water pressure for saturated soil
Τf 线
1313sincco s
2
2
1 3
Kf 线
tgf
1 3
2
2 df
ctgf
1 231 23tg f df
由两线方程比较，得
tgf sin
(6-16)
df ccos
图6-9
6.3.3 极限平衡条件的应用
Application of limit equilibrium condition
（1）利用内摩擦角 (Angle of internal friction)φ，
4.土的应力应变关系—本构关系 Relationship between stress and strain —Constitutive relationship（图6-3）
图6-2，6-3
6.2 莫尔一库伦强度理论
Section 2 Mohr-Coulomb strength theory
6.2.1 土的抗剪强度定律（Law of shear strength）
③ 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
应力莫尔圆与强度包线
土的极限平衡条件： 处于极限平衡状态时，
f=c+tg
1 3
2
1和3之间应满足的关系
c
sin (1 3) 2 cctg(1 3) 2
1 3
1 3 2cctg
O
3
cctg13 2
1
3 1 t2 g (4 5 2)2 ct(g 4 5 2)
q(kPa)
q(kPa)
qf3
qf2
3
qf1
3
3 ea (%)
p’
O
• 当采用总应力时，称为总应力抗剪强度指标 • 当采用有效应力时，称为有效应力抗剪强度指标
6.三轴试验分类 (Classification of triaxial shear test)
（1）不固结不排水试验 (UU) (图6-18) Unconsolidated undrained triaxial test
滑裂面
挡土墙
基坑支
滑坡
滑裂面
边坡
锚固破坏
整体滑动
底部破坏
土体下沉
墙体折断
挡土支护结构的破坏
P
滑裂面
地基的破坏
地基
喷砂遗井
建筑物地基的液化
建 筑 物面下沉
喷砂 遗井
排出的剩 余孔隙水
地震前
液化时
液化后
挡土结构物破坏 各种类型的滑坡 地基的破坏 砂土的液化
（1）砂土 τf ＝σ' ·tgφ '
(6-3)
（2）粘性土 τf ＝σ' ·tgφ' + c'
库仑
（C. A. Coulomb）
(1736-1806)
法国军事工程师，在摩 擦、电磁方面做出了奠 基性的贡献。1773年发 表了关于土压力方面论 文，成为土压力的经典 理论
6.2.2莫尔—库伦强度理论
对排水剪几乎无影响，但对不排水剪有较大的影响 Nearly no effect for CD test, but has effect for UU test
思考题： c=0是否意味着正常固结粘土无粘聚力?
• 粘性土粘聚力的存在是客观的。在正常固结情
况下，粘聚力c随增加而增加，从而使其隐含 在摩擦强度之内
u 3 A ( 1 3 )
A>1/3 剪缩性土 A<1/3 剪胀性土
各种土典型的Af值见P137表6-2
13 sin132cctg1312c3ctg(6-7)
2
1 3 ( 1 3 )s i n 2 c c os
131 1 ssii n n2c1 cso isn
(6-8)
1 3 2
图6-8
cctg1 3
2
f ctan
1 3 1 3 ttg 2 g 2((4 4 5 5 2 2 )) 2 2 c c ttg (g (4 4 5 5 2 2 ))
• 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
6.3 一点的极限平衡条件
Section 3 Limit equilibrium condition at random point
6.3.1 土体中一点的应力状态（图6-5） Stress state at random point in soil
b 2 3 1 3
b=0，压缩试验 b=1.0，伸长试验
q
q
σ3
σ3
σ3
σ3
σ3
σ3
5.强度参数的确定 (图6-17) Determination of strength parameters
（1）在不同的围压下的应力－应变关系曲线上求得破坏应力 （2）作3～4个试样的破坏莫尔圆 （3）作所有圆的公切线，得到c、φ值
（1）快剪 (Quick direct shear test) (q) （2）固结快剪(Consolidated quick direct shear test) (cq) （3）慢剪 (Consolidated slow direct shear test) (s)
6.应力历史对抗剪强度的影响（图6-14）
(6-17)
（1）正常固结粘土： τq<τcq<τs
(6-18)
（2）超固结粘土： τq<τcq>τs
6.4.2 三轴剪切试验 (Triaxial shear test)
1.三轴剪切仪
Triaxial shear apparatus (图6-15)
三轴试验
有机玻璃罩
橡皮膜 压力水
轴向加压杆
顶帽
压力室
试
样
透水石
排水管 阀门
量测体变或孔压
百分表
围压 力3 阀门
横梁
量力环
量 水 管
试 样
马达
阀门 始终打开
2.试验原理 (test principle)（图6-16）
图6-16
3.三轴剪切试验的优点 Merit of the triaxial shear test
4.试验方法 (Test principle)（图6-16）
土压力 边坡稳定性 地基承载力 振动液化特性
核心问题: 土体的强度理论
第6章 土的抗剪强度 Chapter 6 Shear strength of soils
6.1 概 述 Section 1 Introduction
1.土体的破坏形式—剪切破坏 Failure mode of soils－ shear failure（图6-1）
上盒 下盒
P A
S T
3 2 1 S
通过控制 剪切速率 近似模拟 排水条件
(1) 固结慢剪
• 施加正应力-充分固结 • 剪切速率很慢，<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
直剪试验的类型
3.试验成果 (Test results) (图6-13)
4.直剪仪的优缺点
Merit and demerit of direct shear apparatus
f3
f2
3
f1
2
1
c
S
O
• 当采用总应力时，称为总应力抗剪强度指标 • 当采用有效应力时，称为有效应力抗剪强度指标
5.直剪试验分类 (Classification of direct shear test)
即式（6-10）或（6-14） 3 3m ，则土体破坏
6.4 土的剪切试验 Section 4 Shear test of soil
6.4.1 直接剪切试验 (Direct shear test)
1.直剪仪 (Direct shear apparatus) (图6-11) 2.试验步骤 (Test procedure) (图6-12)
（2）固结不排水试验 (CU) (图6-19) Consolidated undrained triaxial test
（3）固结排水试验 (CD) (图6-20) Consolidated drained triaxial test
试验过程中，孔隙水压力 u 及含水量 w 变化情况见P136表6-1
Ts=τ ·A
Tf=τf ·A
2.土的抗剪强度 Shear strength of soils
土体破坏时其破坏面上能够 承受的最大剪应力
3.水工建筑物中常见的土体和地基的失稳形式 （图6-2 ） Common stability loss mode of soil and foundation in hydraulic structures
Mohr-Coulomb strength theory 1.莫尔应力圆与库伦强度包线（图6-4）
Mohr stress circle and Coulomb strength envelope