土的抗剪强度和特殊性土Word文件下载.docx

1、在一定的压力范围内，土的抗剪强度可用库仑公式表示，当土体中某点的任一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就认为该点已发生剪切破坏，该点也即处于极限平衡状态。土的这种强度理论称为摩尔库仑强度理论。【例题5】当土体中某点的任一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，该点处于极限平衡状态，此强度理论称为（）。A.摩尔强度理论B.库仑强度理论C. 摩尔库仑强度理论D.太沙基理论3.土中应力与土的平衡状态将抗剪强度包线与摩尔应力图画在同一张坐标图上，观察应力圆与抗剪强度包线之间 的位置变化，如图15-7-2所示。随着土中应力状态的改变，应力圆与强度包线之间的位置关系将发生三种变化情况，土中也将出现相应的三种平衡

2、状态：1）当整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线的下方时（圆I），表明通过该点的任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，此时该点处于稳定平衡状态，不会发生剪切破坏；2）当摩尔应力圆与抗剪强度包线相切时（圆II），表明在相切点所代表的平面上，剪应力正好等于土的抗剪强度，此时该点处于极限平衡状态，相应的应力圆称为极限应力圆。3）当摩尔应力圆与抗剪强度包线相割时（圆III），表明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，此时该点已发生剪切破坏（由于此时地基应力将发生重分布，事实上该应力圆所代表的应力状态并不存在）；【例题6】根据图15-7-2进行分析，当整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线的下方时（圆I）时，表

3、明土中的某应力点处于（）。A.稳定平衡状态B.极限平衡状态C.剪切破坏【例题7】随着土中应力状态的改变，土中将出现三种平衡状态，其中不包括（）。A稳定平衡状态B极限平衡状态C剪切破坏D劈裂破坏D4.土的极限平衡条件根据极限应力圆与抗剪强度包线之间的几何关系，可以建立土中主应力表示的土的极限平衡条件。设土体中某点剪切破坏时的破裂面与大主应力的作用面成a角，该点处于极限平衡状态时的摩尔圆与抗剪强度包线相切于A点，如图15-7-3所示。将抗剪强度线延长与轴相交于B点，由直角三角形ABO1可知：5. 土的极限平衡条件的应用采用应力圆与抗剪强度包络线相互位置关系来评判的图解法也可以得到相同的结果。二、土

4、的抗剪强度指标的试验方法1.直接剪切试验直剪试验所使用的仪器称为直剪仪，按加荷方式的不同，直剪仪可分为应变控制式和应力控制式两种。前者是以等速水平推动试样产生位移并测定相应的剪应力；后者则是对试样分级施加水平剪应力，同时测定相应的位移。我国目前普遍采用的是应变控制式直剪仪，该仪器的主要部件由固定的上盒和活动的下盒组成，试样放在盒内上下两块透水石之间。试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试样施加某一法向应力 ，然后等速推动下盒，使试样在沿上下盒之间的水平面上受剪直至破坏，剪应力 的大小可借助与上盒接触的量力环测定。试验时对同一种土取34个试样，分别在不同的法向应力不剪切破坏，可将试验结果绘制

5、成抗剪强度f 与法向应力 之间的关系。大量的试验结果表明，对于砂性土，抗剪强度与法向应力之间的关系是一条通过原点的直线，该直线与横轴的夹角为内摩擦角 ；对于粘性土，抗剪强度与法向应力之间也基本成直线关系，该直线与横轴的夹角为内摩擦角 ，在纵轴上的截距为粘聚力c，直线方程可用库仑公式（15-7-1）表示。（2）直剪试验方法大量的试验和工程实践都表明，土的抗剪强度是与土受力后的排水固结状况有关，故测定强度指标的试验方法应与现场的施工加荷条件一致。直剪试验由于其仪器构造的局限无法做到任意控制试样的排水条件，为了在直剪试验中能尽量考虑实际工程中存在的不同固结排水条件，通常采用不同加荷速率的试验方法来近

6、似模拟土体在受剪时的不同排水条件，由此产生了三种不同的直剪试验方法，即快剪、固结快剪和慢剪。1）快剪。快剪试验是在对试样施加竖向压力后，立即以0.8mmmin的剪切速率快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。一般从加荷到土样剪坏只用35分钟。由于剪切速率较快，可认为对于渗透系数小于10-6cm/s的粘性土在剪切过程中试样没有排水固结，近似模拟了“不排水剪切”过程，得到的抗剪强度指标用表示。2）固结快剪。固结快剪是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉降稳定后，再0.8mmmin的剪切速率快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。固结快剪试验近似模拟了“固结不排水剪切”过程，它也只适用于渗透系数小于

7、10-6cms的粘性土，得到的抗剪强度指标用3）慢剪。慢剪试样是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉降稳定后，以小于0.02mmmin的剪切速率施加水平剪应力直至试样剪切破坏，使试样在受剪过程中一直充分排水和产生体积变形，模拟了“固结排水剪切”过程，得到的抗剪强度指标用（3）直剪试验的优缺点直剪试验具有设备简单，土样制备及试验操作方便等优点，因而至今仍为国内一般工程所广泛使用。但也存在不少缺点，主要有：1）剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；2）剪切面上剪应力分布不均匀，且竖向荷载会发生偏转（上下盒的中轴线不重合），主应力的大小及方向都是变化的；3）在剪切

8、过程中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面积计算；4）试验时不能严格控制排水条件，并且不能量测孔隙水压力；5）试验时上下盒之间的缝隙中易嵌入砂粒，使试验结果偏大。【例题11】下列各种试验方法中，不属于直接剪切试验的是（）。A.快剪B.固结快剪C.慢剪D.不排水不固结剪【例题12】直剪试验中的快剪模拟的是（）。A.不固结不排水剪B.固结水排水剪C.固结排水剪【例题13】下列关于直剪试验的优点，不正确的是（）。A.设备简单B.土样制备方便C.试验操作方便D.能量测孔隙水压力2. 三轴压缩试验（1）三轴压缩试验的原理三轴压缩试验所使用的仪器是三轴压缩仪（也称三轴剪切仪），它主要由

9、压力室、轴向加荷系统、稳压调压系统以及量测系统等部分所组成。常规三轴试验一般按如下步骤进行：将土样切制成圆柱体套在橡胶膜内，放在密闭的压力室中，根据试验排水要求启闭有关的阀门开关。向压力室内注入气压或液压，使试样承受周围压力作用，并使该周围压力在整个试验过程中保持不变 通过活塞杆对样施加竖向压力，随着竖向压力逐渐增大，试样最终将因受剪而破坏。根据三轴压缩试验中测得的有关应力数据，可整理计算出土样的强度指标：设剪切破坏时轴向加荷系统加在试样上的竖向压应力（称为偏应力）为据此可做一个极限应力圆。用同一种土样的若干个试件（一般34个）分别在不同的周围压力下进行试验，可得一组极限应力圆，如图15-7-

10、4中的圆I、圆II和圆III。做这些极限应力圆的公切线，即为该土样的抗剪强度包络线，由此便可求得土样的抗剪强度指标c、 值。（2）三轴试验方法通过控制土样在周围压力作用下固结条件和剪切时的排水条件，可形成如下三种三轴试验方法：不固结不排水剪（UU试验）：试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都不允许排水，即从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不会消散。UU试验得到的抗剪强度指标用 表示，这种试验方法所对应的实际工程条件相当于饱和软粘土中快速加荷时的应力状况。固结不排水剪（CU试验）：在施加周围压力时，将排水阀门打开，允许试样充分排水，待固结稳定后关

11、闭排水阀门，然后再施加偏应力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。在剪切过程中，试样没有任何体积变形。若要在受剪过程中量测孔隙水压力，则要打开试样与孔隙水压力量测系统间的管路阀门。CU试验得到的抗剪强度指标用表示，其适用的实际工程条件为一般正常固结土层在工程竣工或在使用阶段受到大量、快速的活荷载或新增荷载的作用下所对应的受力情况，在实际工程中经常采用这种试验方法。固结排水剪（CD试验）：在施加周围压力及随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都将排水阀门打开，并给予充分的时间让试样中的孔隙水压力能够完全消散。CD试验得到的抗剪强度指标用【例题14】三轴试验方法中不包括（）。A. 不固结不排水剪B.固

12、结不排水剪C.固结排水剪D.固结快剪【例题15】某三轴试验在施加周围压力 时，将排水阀门打开，允许试样充分排水，待固结稳定后关闭排水阀门，然后再施加偏应力，使试样在不排水的条件下剪切破坏，该试验方法为（）。A不固结不排水剪B固结不排水剪C固结排水剪D固结快剪【例题16】在饱和软粘土地基上进行快速土建施工，为模拟实际情况，在对土样进行三轴试验时应采用哪种方法（）。【例题17】如在进行三轴试验时需测定孔隙水压力，采用的试验方法为（）。A不固结不排水剪B固结不排水剪C固结排水剪（3）三轴试验的优缺点三轴试验的突出优点是能够控制排水条件以及可以量测土样中孔隙水压力的变化。此外，三轴试验中试样的应力状态

13、也比较明确，剪切破坏时的破裂面在试样的最弱处，而不像直剪试验那样限定在上下盒之间。一般来说，三轴试验的结果还是比较可靠的，因此，三轴压缩仪是土工试验不可缺少的仪器设备，三轴压缩试验的主要缺点是试验操作比较复杂，对试验人员的操作技术要求比较高。另外，常规三轴试验中的试样所受的力是轴对称的，与工程实际中土体的受力情况不太相符，要满足土样在三向应力条件下进行剪切试验，就必须采用更为复杂的真三轴仪进行试验。3.抗剪强度试验方法与指标的选用在实际工程中，地基条件与加荷情况不一定非常明确，如加荷速度的快慢、土层的厚薄、荷载大小以及加荷过程等都没有定量的界限值，而常规的直剪试验与三轴试验是在理想化的室内试验

14、条件下进行，与实际工程之间存在一定的差异。因此，在选用强度指标前需要认真分析实际工程的地基条件与加荷条件，并结合类似工程的经验加以判断，选用合适的试验方法与强度指标。（1）试验方法相对于三轴试验而言，直剪试验的设备简单，操作方便，故目前在实际工程中使用比较普遍。然而，直剪试验中只是用剪切速率的“快”与“慢”来模拟试验中的“不排水”和“排水”，对试验排水条件的控制是很不严格的，因此在有条件的情况下应尽量采用三轴试验方法。另外，土工试验方法标准（GBT501231999）规定直剪试验的固结快剪和快剪试验只适用于渗透系数小于10-6cms的粘土，对于其他的土类，则不宜采用直剪试验方法。【例题18】适

15、用固结快剪或快剪试验进行抗剪指标测定的土类为（）。A.渗透系数小于10-6cms的粘土B.渗透系数大于10-7cms的粘土C.渗透系数小于10-8cms的粘土D.渗透系数小于10-5cms的粘土（2）有效应力强度指标用有效应力法及相应指标进行计算，概念明确，指标稳定，是一种比较合理的分析方法，只要能比较准确地确定孔隙水压力，则应该推荐采用有效应力强度指标。当土中的孔隙水压力能通过实验、计算或其他方法加以确定时，宜采用有效应力法。有效应力强度指标可用三轴排水剪成三轴固结不排水剪（测孔隙水压力）测定。（3）不固结不排水剪指标土样进行不固结不排水剪切时，所施加的外力将全部由孔隙水压力承担，土样完全保

16、持初始的有效应力状况，所测得的强度即为土的天然强度。在对可能发生快速加荷的正常固结粘性土上的路堤进行短期稳定分析时，可采用不固结不排水的强度指标；对于土层较厚、渗透性较小、施工速度较快工程的施工期或竣工时，分析也可采用不固结不排水剪的强度指标。（4）固结不排水剪指标土样进行固结不排水剪试验时，周围固结压力 ，将全部转化为有效应力而施加的偏应力将产生孔隙水压力。在对土层较薄、渗透性较大、施工速度较慢的工程进行分析时，可采用固结不排水剪的强度指标。【例题19】当需采用有效应力法进行计算时，对土样进行试验时应采用的方法为（）。第二节 特 殊 性 土由于成土环境的不同，会造成具有不同性质的特殊性土。这

17、些特殊性土在分布上都具有区域性的特点，故也称为区域性土或环境土。我国自然环境变化大，世界上几种主要的特殊性土类在我国都有分布，包括软土、黄土、红粘土、膨胀土、冻土、盐渍土和填土一、软土软土是指分布于沿海的滨海相、三角洲相、溺谷相和内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的孔隙比大（一般大于1.0）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（ 120.5Mpa-1）和强度低的土层。多数软土还具有高灵敏度的结构性。工程实际中经常遇到的软土主要是淤泥和淤泥质土，包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉质粘土等。淤泥是指在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，天然含水量大于液限、天

18、然孔隙比e1.5的粘性土。淤泥质土是在同样的沉积条件下形成，但天然孔隙比符合1.0e1.5的粘性土。当土的有机质含量大于5时则称为有机质土；大于60时则称为泥炭土。泥炭土是在潮湿和缺氧环境中未经充分分解的植物遗体堆积而成的一种有机质土，呈深褐色黑色。其含水量极高，压缩性很大，且不均匀。【例题20】软弱土的工程特性有（ ）。A.含水量高、孔隙比大；B.压缩模量值大；C. 渗透系数值大；D.压缩系数值大，灵敏度高。A、D 【例题21】当土的有机质含量大于60时则称为（）。A. 淤泥B. 淤泥质土C. 机质土D. 泥炭土二、黄土黄土是我国地域分布最广的一种特殊性土类，它是第四纪时期形成的一种特殊堆积

19、物。其主要特征为：颜色以黄为主，有灰黄、褐黄等；含有大量粉粒（0.0750.005mm），含量一般在55以上；具有肉眼可见的大孔隙，孔隙比在1.0左右；富含碳酸盐类；无层理，垂直节理发育；具有湿陷性和易溶性、易冲刷性等，对工程建设有其特殊的危害性。（一）黄土的湿陷性及其评价1.黄土湿陷的机理湿陷性是黄土最主要的工程特性。所谓湿陷性就是黄土浸水后在外荷载或自重的作用下发生下沉的现象。湿陷性黄土又可分为自重湿陷性和非自重湿陷性两类。自重湿陷性黄土是指土层浸水后在土层自重作用下也能发生湿陷的黄土。黄土湿陷的机理通常认为是由于黄土的结构特性和胶结物质的水理特性决定的。黄土是在干旱或半干旱的气候条件下形

20、成的，可溶盐逐渐浓缩沉淀而成为胶结物，这些因素增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体的自重压密。黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之间，可溶性盐类溶解和软化，骨架强度降低，土体在上覆土层的自重压力或附加压力共同作用下土的结构迅速破坏，土粒滑向大孔隙，粒间孔隙减少，这就是黄土湿陷的机理。黄土中胶结物的含量和成分以及颗粒的组成和分布，对于黄土的结构特点和湿陷性的强弱有着重要的影响。胶结物含量大，粘粒含量多，黄土结构则致密，湿陷性降低，并使力学性质得到改善；反之，结构疏松、强度降低、湿陷性强。此外，对于黄土中的盐类，如以难溶的碳酸钙为主，则湿陷性弱；若以石膏及易溶盐为主，则湿陷性强。黄土的湿陷性

21、还与孔隙比、含水率以及所受压力的大小有关。天然孔隙比越大或天然含水率越小则湿陷性越强。在天然孔隙比和含水率不变的情况下，压力增大，黄土湿陷量也增加，但当压力超过某一数值后，再增加压力，湿陷量反而减少。【例题22】下列关于黄土的湿陷性强弱的叙述，正确的是（）。A.含水量越大孔隙比越小湿陷性越强B. 含水量越大孔隙比越大湿陷性越强C.含水量越小孔隙比越小湿陷性越强D. 含水量越小孔隙比越大湿陷性越强【例题23】原始黄土的成因，是由（ ）形成的。A. 冲洪积B. 风积C. 残积D. 冰积2.黄土湿陷性评价【例题24】当黄土的湿陷性系数 为（）可判断该黄土为湿陷性黄土。A. 0.015B. 0.030

22、C. 0.07（二）黄土地基的工程措施湿陷性黄土地基的设计和施工，除了必须遵循一般的设计和施工原则外，还应针对湿陷性特点，采用适当的工程措施，包括以下三个方面：地基处理，以消除产生湿陷性的内在原因；防水和排水，以防止产生引起湿陷的外界条件；采取结构措施，以改善建筑物对不均匀沉降的适应性和抵抗的能力。1. 地基处理 湿陷性黄土地基处理的原理，主要是破坏湿陷性黄土的大孔隙结构，以便全部或部分消除地基的湿陷性，目前对于湿陷性黄土常用的地基处理方法详见表15-8-1。2. 防水措施防水措施包括以下三方面：1）场地防水措施尽量选择具有排水畅通或利于场地排水的地形条件，避开受洪水或水库等可能引起地下水位上

23、升的地段，确保管道和贮水构筑物不漏水，场地内应设排水沟等。2）单体建筑物的防水措施建筑物周围必须设置具有一定宽度的混凝土散水，以便排泄屋面水。确保建筑物地面严密不漏水。室内的给水，排水管道应尽量明装，室外管道布置应尽量远离建筑物，检漏管沟应做好防水处理。3）施工阶段的防水措施施工场地应平整，做好临时性防洪、排水措施。大型基坑开挖时应防止地面水流入，坑底应保持一定坡度便于集水和排水。尽量缩短基坑暴露时间。3.结构措施1）加强建筑物的整体性和空间刚度；2）选择适宜的结构和基础形式；3）加强砌体和构件的刚度。在湿陷性黄土地基的设计中，应根据建筑物的类别，场地湿陷类型、结合当地的建筑经验，施工与维护管

24、理等条件结合确定。三、膨胀土（一）膨胀土的成因及其分布膨胀土一般指粘粒成分主要由强亲水性的蒙脱石和伊利石矿物组成，同时具有吸水膨胀和失水收缩两种性能的粘性土。膨胀土的成因环境主要为温和湿润且具备化学风化的良好条件，在这种环境条件下，硅酸盐为主的矿物不断分解，钙被大量淋失，钾离子被次生矿物吸收形成伊利石和伊利石蒙脱石混合物为主的粘性土。膨胀土在我国分布广泛，与其他土类不同的是，膨胀土主要呈岛状分布，根据现有资料，膨胀土在广西、云南、贵州、湖北、河北、河南、四川、安徽、山东、陕西、江苏和广东等地均有不同范围的分布，在国外则主要分布在非洲和南亚地区。【例题25】膨胀土主要呈（）分布。A. 岛状B.

25、片状C. 块状D. 层状【例题26】膨胀土的矿物成分以（）为主。A.蒙脱石B.伊利石C.石膏D.氧化亚铁A、B （二）膨胀土的工程特性及对工程的危害膨胀土的工程特性主要表现在以下方面：1.胀缩性膨胀土吸水后体积膨胀，使其上的建筑物隆起，如果膨胀受阻即产生膨胀力；膨胀土失水体积收缩，造成土体开裂，并使其上的建筑物下沉。土中蒙脱石含量越多，其膨胀量和膨胀力也越大；土的初始含水率越低，其膨胀量与膨胀力也越大；击实膨胀土的膨胀性比原状膨胀土大，密实越高，膨胀性也越大。2.崩解性膨胀土浸水后体积膨胀，发生崩解。强膨胀土浸水后几分钟即完全崩解；弱膨胀土则崩解缓慢且不完全。3.多裂隙性膨胀土中的裂隙，主要可

26、分垂直裂隙、水平裂隙和斜交裂隙三种类型。这些裂隙将土层分割成具有一定几何形状的块体，从而破坏了土体的完整性，容易造成边坡的塌滑。4.超固结性膨胀土大多具有超固结性，天然孔隙比小，密实度大，初始结构强度高。5.风化特性膨胀土受气候因素影响很敏感，极易产生风化破坏作用。基坑开挖后，在风化作用下，土体很快会产生破裂、剥落，从而造成土体结构破坏，强度降低。受大气风化作用影响的深度各地不完全一样，云南、四川、广西地区约至地表下35m，其他地区2m左右。6. 强度衰减性膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，具有峰值强度极高而残余强度极低的特性。由于膨胀土的超固结性，初期强度极高，现场开挖很困难，然而随着胀缩效

27、应和风化作用时间的增加，其抗剪强度又大幅度衰减。在风化带以内，湿胀干缩效应显著，经过多次湿胀干缩循环以后，特别是粘聚力c大幅度下降，而内摩擦角 变化不大，一般反复循环23次以后趋于稳定。膨胀土对工程造成的危害主要表现在以下几方面：1.对建筑物的影响膨胀土地基上易遭受破坏的大多为埋置较浅的低层建筑物，一般为三层以下的民房。房屋损坏具有季节性和成群性两大特点，房屋墙面角端的裂缝常表现为山墙上的对称或不对称的倒八字形缝，外纵墙下部出现水平缝，墙体外侧并有水平错动，由于土体的胀缩交替，还会使墙体出现交叉裂缝。2.对道路交通工程的影响膨胀土地区的道路，由于路幅内土基含水率的不均匀变化，从而引起不均匀收缩

28、，并产生幅度很大的横向波浪形变形。雨季路面渗水，路基受水浸软化，在行车荷载下形成泥浆，并沿路面的裂缝和伸缩缝溅浆冒泥。3.对边坡稳定的影响膨胀土地区的边坡坡面最易受大气风化的作用。在干旱季节蒸发强烈，坡面剥落；雨季坡面冲蚀，冲蚀沟深一般为0.10.5m，最大可达1.0m，坡面变得支离破碎。土体吸水饱和，在重力与渗透压力作用下，沿坡面向下产生塑流状溜塌。当雨季雨量集中时还会形成泥流，堵塞涵洞，淹埋路面，甚至引发出破坏性很大的滑坡。【例题27】某房屋墙面角端的裂缝为：山墙上的对称或不对称的倒八字形缝，外纵墙下部出现水平缝，墙体外侧并有水平错动；试根据以上现象判断该建筑物地基为（）地基。A.黄土B.填土