高等土力学 排水与不排水强度
高等土力学部分知识总结
高等土力学部分学问总结第七章土的固结理论1.固结：所谓固结，就是在荷载作用下，土体孔隙中水体渐渐排解，土体收缩的过程。
更准确地说，固结就是土体超静孔隙水应力渐渐消散，有效应力渐渐增加，土体压缩的过程。
（超静孔压渐渐转化为有效应力的过程）2.流变：所谓流变，就是在土体骨架应力不变的状况下，土体随时间发生变形的过程。
次固结：孔隙压力完全消散后，有效应力随时间不再增加的状况下，随时间进展的压缩。
3.一维固结理论假定：一维（土层只有竖向压缩变形，没有侧向膨胀，渗流也只有竖向）；饱和土，水土二相；土体匀称，土颗粒和水的压缩忽视不计，压缩系数为常数，仅考虑土体孔隙的压缩；孔隙水渗透流淌符合达西定律，并且渗透系数K为常数；外荷载为均布连续荷载，并且一次施加。
固结微分方程：u为孔隙水压力，t时间，z深度渗透系数越大，固结系数越大，固结越快；压缩系数越大，土体越难压缩，固结系数就小。
土的固结系数，与土的渗透系数K成正比和压缩系数成反比。
初始条件：t=0，;边界条件：透水面u=0不透水面4.固结度：为了定量地说明固结的程度或孔压消散的程度，提出了固结度的概念。
任意时刻任意深度的固结度定义为当前有效应力和总应力之比U=平均固结度：当前土层深度内平均的有效应力和平均的总应力之比。
固结度U是时间因数Tv的单值函数。
5.太沙基三维固结理论依据土体的连续性，从单元体中流出的水量应当等于土体的压缩量由达西定律：若土的各个方向的渗透系数相同，取将达西定律公式代入连续方程：太沙基三维固结理论假设三向总应力和不随时间变化即：即6.轴对称问题固结方程砂井排水引起的土中固结，在一个单井范围内可以看成轴对称的三维问题，包含竖向和径向两个方向水的流淌。
依据纽曼卡里罗定理：多向渗流时孔隙压力比等于各单向渗流时孔隙压力比的乘积。
则可以分解为两个式子，7.Biot固结理论假设：均质/饱和/线弹性/微小变形/土颗粒和水不行压缩/渗流满意达西定律方程建立：1.单元体的平衡微分方程2.有效应力原理，总应力为孔隙水应力和有效应力之和，而孔隙水不能担当剪应力 3.本构方程（线弹性），也可以考虑弹塑性矩阵[D]，将应力和应变联系起来 4.几何方程，将应变和位移联系起来，最终代入得到位移和孔压表示的平衡微分方程（有效应力和孔压表示的拉梅方程） 5.连续性方程，土的体积变化＝土体孔隙的体积变化=流入流出水量差。
高等土力学-影响土强度的外部条件
z = x = 100kPa
l=0.3 y=60kPa 如果：u=0.2
z = x = 20kPa(z = x = 80kPa)
y=28kPa(y=32kPa) y=变成大主应力y= 1
为什么超固结土可
K0>1.0？
卸载时，y 小主应力－中 主应力－大主应力
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
根据莫尔－库仑理论，在一般应力条件下 围压与偏差间关系(与2无关)：
ecr
图3－46 饱和砂土在不同试验中的强度－孔隙比e
快速
图3－47 加载速率与黏土的不排水强度cu
su su1% / 小时
＝＋ 1 0.10lg
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。
b=0
Ham 河砂
图3－32 各种仪器进行的真三轴试验结果
1 1
p 1.1 t
9 _ p t 8
_
_
_
正常固结黏土
图3－33 黏土三轴试验的t与平面应变试验的p
不同围压下平面应变和三轴压缩的砂土内摩擦角比较
李广信版高等土力学课后习题答案-第二、三、四章
第二章 习题与思考题17、在邓肯-张的非线性双曲线模型中，参数a 、b 、i E 、t E 、13-ult σσ（）以及f R 各代表什么意思？答：参数i E 代表三轴试验中的起始变形模量，a 代表i E 的倒数；ult )(31σσ-代表双曲线的渐近线对应的极限偏差应力，b 代表ult )(31σσ-的倒数；t E 为切线变形模量；f R 为破坏比。
18、饱和粘土的常规三轴固结不排水实验的应力应变关系可以用双曲线模拟，是否可以用这种实验确定邓肯-张模型的参数？这时泊松比ν为多少？这种模型用于什么情况的土工数值分析？答：可以，这时ν=0.49，,用以确定总应力分析时候的邓肯-张模型的参数。
19、是否可以用饱和粘土的常规三轴固结不排水试验来直接确定用有效应力表示的邓肯-张模型的参数？对于有效应力，上述的131()/d d σσε-是否就是土的切线模量t E ？用有效应力的广义胡克定律来推导131()/d d σσε-的表达式。
答：不能用饱和粘土的常规三轴固结不排水试验来直接确定用有效应力表示的邓肯-张模型的参数；在有效应力分析时，邓肯-张模型中的131()/d d σσε-不再是土的切线模量，而需做以下修正：131()/=1-(1-2)t t E d d A σσευ- 具体推导如下：'''11231231231231=[-(d +d )]1=[(-du)-(d +d -2du)]1=[(-du)-(d +d )-2du)]1=[-(d +d )-(1-2)du)]d d Ed E d Ed Eεσυσσσυσσσυσσυσυσσυ 又由于23=d =0d σσ；且B=1.0时，13=(-)u A σσ∆，则：13=(-)du Ad σσ，代入上式，可得：1313131=[d(-)-(1-2)Ad(-)]1=[1-(1-2)A]d(-)d E Eεσσυσσυσσ 可知131(-)=1-(1-2)t t d E d A σσευ 20、土的3σ为常数的平面应变试验及平均主应力为常数的三轴压缩试验〔1σ增加的同时，3σ相应的减少，保持平均主应力p 不变〕、减压的三轴伸长试验〔围压1σ保持不变，轴向应力3σ不断减少〕的应力应变关系曲线都接近双曲线，是否可以用这些曲线的切线斜率131(-)/d d σσε直接确定切线模量t E ？用广义胡克定律推导这些试验的131(-)/d d σσε表达式。
不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度
不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度1. 引言不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度是土力学领域的关键参数，对土体的力学性质和行为状态有着重要的影响。
本文将从深度和广度两个方面，对不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度展开全面评估，以帮助读者更好地理解这两个概念。
2. 不排水抗剪强度不排水抗剪强度是指在剪切过程中不允许孔隙水流动的情况下土体所能承受的剪切应力。
不排水抗剪强度可以通过三种常用的试验方法来确定：直剪试验、单剪试验和剪曲线试验。
通过这些试验，可以测得土体在不排水条件下的抗剪强度参数，如剪切强度指数和摩擦角等。
3. 不固结不排水抗剪强度不固结不排水抗剪强度是指土体在未经固结处理的状态下，在不排水条件下所能承受的抗剪强度。
针对不固结土体，常用的试验方法有动应力变形试验和无固结剪切试验。
这些试验可以测得不固结土体的强度性质，如无固结剪切强度和剪切模量等。
4. 不排水抗剪强度与不固结不排水抗剪强度的关系虽然不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度都是土体的重要性质，但它们之间存在着一定的差异。
不排水抗剪强度考虑了存在孔隙水的情况下土体的强度，而不固结不排水抗剪强度则是针对未经固结处理的土体的强度特性。
在实际应用中，需要根据具体情况来选择适用的抗剪强度参数。
5. 个人观点和理解在土力学研究中，不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度是非常关键的参数。
它们不仅与土体的力学性质和行为状态密切相关，而且对岩土工程的设计和施工具有重要影响。
通过全面评估和理解这两个概念，我们可以更好地把握土体力学的特点和规律，为工程实践提供科学依据。
总结本文从深度和广度两个方面解释了不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度的概念和意义。
不排水抗剪强度考虑孔隙水的影响，常用的试验方法有直剪试验、单剪试验和剪曲线试验。
而不固结不排水抗剪强度主要针对未固结土体，常用的试验方法有动应力变形试验和无固结剪切试验。
高等土力学思考题与概念题
思考题第一章：1． 对于砂土，在以下三轴排水试验中，哪些试验在量测试样体变时应考虑膜嵌入 (membrane penetration)的影响？HC, CTC, CTE, RTC, RTE, 以及平均主应力为常数的TC TE 试验。
2．对于砂土，在常规三轴固结不排水(CU)压缩试验中，围压σ3为常数，其膜嵌入 (membrane penetration)效应对于试验量侧的孔隙水压力有没有影响，为什么？对于常规三轴固结排水试验对于试验有无影响？3．对于砂土，在常规三轴固结不排水(CU)压缩试验中，围压σ3为常数，其膜嵌入 (membrane penetration)效应对于试验的不排水强度有没有影响，4．在周期荷载作用下饱和砂土的动强度τd (或σd )如何表示？定性绘出在同样围压σ3，不同初始固结比σ1/σ3下的动强度曲线。
5．在一定围压下，对小于、等于和大于临界孔隙比e cr 密度条件下的砂土试样进行固结不排水三轴试验时，破坏时的膜嵌入对于量侧的孔隙水压力有何影响？对其固结不排水强度有什么影响（无影响、偏大还是偏小）？6．在土工离心模型试验中进行固结试验，如果模型比尺为100，达到同样固结度，模型与原型相比，固结时间为多少？7．举出三种土工原位测试的方法，说明其工作原理、得到的指标和用途。
8．对于粗颗粒土料，在室内三轴试验中常用哪些方法模拟？各有什么优缺点？9．真三轴试验仪器有什么问题影响试验结果？用改制的真三轴试验仪进行试验，其应力范围有何限制？10． 在饱和土三轴试验中，孔压系数A 和B 反映土的什么性质？如何提高孔压系数B ？11． 在p, q 坐标、⎺σ,⎺τ坐标和在π平面坐标下画出下面几种三轴试验的应力路径（标出应力路径的斜率）。
（1） CTC （常规三轴压缩试验）（2） p ＝常数，b=0.5＝常数，真三轴试验； （3） RTE （减压的三轴伸长试验）。
其中：22)()()(213/)(31312132********σστσσσσσσσσσσσσ－＝＋＝-+-+-=++=q p)(32tan 31312σσσσσθ---=第二章1．土的刚塑性本构模型与增量弹塑性模型表现的应力应变关系曲线有何区别？ 2．在剑桥模型中，物态边界面上的不排水三轴试验的有效应力路径向p '--q 平面的投影是不是其屈服轨迹？为什么？3．剑桥模型是否可以反映土由于剪应力引起的体积膨胀（剪胀），清华弹塑性模型是否可以反映土由于剪应力引起的体积膨胀？二者的区别是由于什么不同？4．剑桥模型的帽子屈服面能不能反映土由于剪应力引起的体积变化？它是剪胀还是减缩？5．Duncan-Chang 模型与剑桥模型都是在常规三轴试验基础上建立的，前者通过常规三轴试验确定的(σ1-σ3)~ε1~εv 的关系推出模型参数；后者通过三轴试验建立了用p '--q 表示的模型屈服函数。
不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度
不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度是土壤力学中重要的两个概念，对于土壤的工程特性和工程设计有着重要的影响。
本文将从以下几个方面进行讨论，包括不排水条件下的剪切行为、不固结不排水条件下的剪切行为、不排水强度参数及其应用等。
其中，不排水抗剪强度主要指的是土壤在保持水分饱和状态下进行的剪切试验，不固结不排水抗剪强度则是在水分饱和状态下进行的剪切试验但是土壤处于无外加载的状态下。
通过深入研究这两个概念，我们可以更好地理解土壤在工程中的力学性质，为实际工程设计和施工提供科学依据。
一、不排水条件下的剪切行为当土壤保持饱和状态时，在不排水条件下进行剪切试验，称为不排水剪切试验。
不排水条件下的剪切行为与排水条件下存在明显的差异。
在不排水剪切试验中，由于土壤中原有的水分无法排出，在剪切过程中无法通过排水改变土体内部的有效应力分布，土壤的有效应力始终维持不变。
因此，土壤的剪切应变主要是通过剪切应力的增加来完成的。
在不排水条件下的剪切行为中，当剪切应力不断增加时，土壤的剪切应变也不断增加。
这是因为在不排水剪切试验中，土壤的饱和度越高，土壤内部的各向同性越弱，剪切面上的孔隙水压也随之增大。
而剪应力是通过孔隙水传递的，因此会引起土壤内部有效应力的逐渐增大，进而引起土壤的剪切应变增加。
根据不排水剪切试验的结果，可以得到土壤的不排水抗剪强度。
土壤的不排水抗剪强度是指在不排水条件下，土壤会发生破坏的最大剪切应力。
不排水抗剪强度不仅与土壤类型和含水量有关，还与土壤颗粒的形状、密度、内聚力等因素密切相关。
二、不固结不排水条件下的剪切行为不固结不排水条件下的剪切行为是指在土体不发生固结现象的情况下，进行不排水剪切试验。
不固结不排水剪切试验是为了更加准确地反映土壤的原始剪切性质。
在不固结不排水条件下的剪切试验中，土壤处于无外加载的状态，也就是说，不受到任何额外的一次或二次应力状态的影响。
不固结不排水条件下的剪切试验主要通过模拟土壤颗粒间的接触和位移来完成。
(完整word版)高等土力学模拟考题8及答案
模拟考题8及答案一． 回答下列各题（每题5分）：1．如果采用减压的三轴压缩试验（RTC ：各向等压固结以后，轴向应力不变，围压减少，试样发生轴向压缩）对某正常固结饱和粘土进行固结不排水试验，得到的强度指标与常规的固结不排水强度指标c cu , ϕcu 比较有何不同？ 答案：常规固结不排水压缩试验中一般为正孔压；而根据313[()]u B A σσσ∆=∆+∆-∆，在RTC 试验中，由于∆σ3是减小的，所以孔压为负，或者很小，因此RTC 试验的强度指标ϕcu 高。
两种试验的c cu 相等均=0。
2．土的刚塑性本构模型与增量弹塑性模型表现的应力应变关系有何区别？答案：刚塑性模型如左图：在屈服应力之前是刚性（不变形）的；达到屈服应力发生破坏或者不可控制的变形；增量弹塑性：在任意一个应力增量下都是弹塑性的（既有弹性变形，也有塑性变形）。
3．土的抗拉强度σt 是否等于c 'tan ϕ'？定性绘出粘土的联合强度理论（包括抗拉与抗剪强度）的包线。
答案：不等于c′tan ϕ′（小于），如图所示的联合强度理论包线。
4．在基坑内用集水井排水与在基坑外用井点降水，对于基坑支挡结构上的荷载有何不同，哪一种情况有利于工程的安全？答案：基坑内排水，地下水从外向里渗流，渗透力增加了支护结构上的荷载，不利于工程安全。
5．在地基沉降计算的分层总和法中，采用半无限体的弹性理论解析解（布辛尼斯克解）计算地基中的附加应力，为什么一般不直接用弹性理论的位移解析解计算基础沉降？答案：由于地基土大多数是分层的，（1）变形非线弹性；（2）不是均匀的。
用线弹性理论计算附加应力的误差不大。
6．对于一个宽度为a 的条形基础，地基压缩层厚度为H ，在什么条件下，用比奥固结理论计算的时间－沉降(t-s)关系与用太沙基一维固结理论计算的结果接近？答案：a/H 很大时。
7．为什么在山区，雨季多发生滑坡等地质灾害？答案：原因很多也比较复杂：主要有（1）强度降低（非饱和土基质吸力的减小或者消失）；（2）可能发生的渗流一般是增加滑动力；（3）孔隙水压力减少有效应力。
不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度
标题：从不排水抗剪强度到不固结不排水抗剪强度：土力学中的重要概念1. 引言在土力学中，抗剪强度是一个关键的参数，而不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度更是引起了人们的关注。
本文将从不排水抗剪强度展开讨论，逐步引出不固结不排水抗剪强度，并对这两个概念进行全面评估和分析。
2. 不排水抗剪强度概述不排水抗剪强度是指在剪切过程中土体内水分不排出或排出极少，保持土体含水饱和状态时的抗剪强度。
不排水条件下的剪切行为主要受到土颗粒间的摩擦和孔隙水的压力影响，其抗剪强度通常较低。
不排水抗剪强度常用于含水饱和土的研究和工程实践中。
3. 不固结不排水抗剪强度概述不固结不排水抗剪强度是在不排水条件下，在进行剪切试验前，不改变土体的孔隙水压力条件而直接进行剪切试验所得到的抗剪强度。
不固结条件下的土体通常处于较为松散的状态，其抗剪强度会受到初始结构和孔隙水压力的影响，因此不固结不排水抗剪强度一般较低。
4. 值得关注的相似与差异不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度都是不考虑孔隙水排出的情况下进行的抗剪强度测试，但两者存在一些重要的差异。
不排水抗剪强度是在固结状态下进行的，而不固结不排水抗剪强度则是在不改变孔隙水状态的情况下进行的。
两者的测试条件和土体状态略有差异，导致其抗剪强度值也有所不同。
5. 应用与研究意义不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度在土力学和岩土工程领域有着重要的应用与研究意义。
在实际工程中，合理评估土体的抗剪强度对工程设计和施工安全具有重要意义。
对于不同条件下土体的抗剪强度特性的研究也能为相关领域的理论研究提供重要依据。
6. 个人观点与理解从事土木工程多年，我深知土体的力学性质对工程安全和稳定性的重要性。
不排水抗剪强度和不固结不排水抗剪强度的研究正是为了更好地了解土体在不同条件下的抗剪特性，为工程实践提供理论依据和技术支持。
这些概念的深入理解不仅有助于优化工程设计和施工过程，也能为相关学科的理论研究提供新思路和发展方向。
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孔压系数 c: 其中
A
cK
1 f f f f /( A K ) q p ' p ' p '
f f H f H ( ) p p H p ' v q
松砂
密砂
砂土的排水试验
c=400kPa
不同密度砂土的三轴试验
A: CU, Dr= 30%
C: CU, Dr = 47%
D: CD, Dr = 30%
B: CU, Dr= 44%
(-
有效应力强度
最大应力差对应的强度
(-
总应力强度 (峰值） 总应力强度(残余） (
1
0
松砂土的最大应力差与最大应力比
1-3
水松砂岸坡的流滑（液化） 临水松砂岸坡的流滑：松砂的不排
1. 饱和粘土的排水试验CD 2. 饱和粘土的三轴固结不排水试验CU
3. 固结不排水试验（CU）确定的强度指标
4. 粘土的不固结不排水试验（UU）
1.饱和粘土的排水试验CD
e
正常固结粘土
固结压缩试验
固结排水试验强度包线
（过原点）
0
Байду номын сангаас
正常固结粘土的压缩曲线与强度包线
1. 饱和粘土的排水试验CD
一、三轴试验应力条件下的孔隙压力系数B、A
二、砂土的排水和不排水强度 三、 粘土的排水与不排水强度
饱和土的有效应力原理： 由于颗粒间接触点的面积很小。
P P Pw P u ( A Ac ) P Pc u(1 ) A A ＝ Ac A 0 u
各向等压增量 偏应力增量
各向等压增量引起的孔压：
单元土体中孔隙水压力的变化
略去高阶微量得
B是在各向等压条件下孔隙水压力系数，其大小与 饱和度有关。 孔压系数B
Sr 饱和度
饱和度与孔压系数B
B
1 Cv 1 n Cs
孔隙流体小0 （饱和） 土骨架——压 缩系数大
B=1
B=0
孔压系数B
块石或土
巴斯石灰岩 滑 密 石 砂
(10-4×kPa-1)
Cs
n （%）
B 0.468 0.647 0.988 0.997
0.06 0.25 15 80
15 30 40 42
硬粘土
软粘土
400
55
0.999
不同岩土的孔压系数B
u1 BA( 1 3 ) u u 3 u1
B[ 3 A( 1 3 )]
一般应力状态下：
d u B ( d p a d q cq d )
对于弹塑性模型，相适应流动规则：
p p) f ( p ' , q , , H ) 0 H H ( v f f f f B=1.0 aK /( A K ) 孔压系数 a: q p ' p ' p '
土粒的接触
饱和土的有效应力原理：
u
有效应力部分产生 抗剪强度。
土的有效应力原理示意图
岩石与混凝土、
某些多孔介质的孔隙与 固体可能都是连续的， 固体的接触面积不可忽 略。
非饱和土
有效应力原理不一定 适用 某些多孔介质的孔隙
三轴应力状态的孔压系数A与B
u u 3 u1 B[ 3 A( 1 3 )]
e
超固结粘土
固结压缩试验
固结排水试验强度包线
正常固结土－减缩（正孔压）；超固结土－剪胀（负孔压）
粘土的三轴固结不排水试验
超固结
p
正常固结
先期固结压力p附近的包线
4. 粘土的不固结不排水试验（UU）
不固结不排水(UU)：unconsolidated undrained 固结不排水(CU)：consolidated undrained 固结排水(CD)：consolidated drained