高等土力学 排水与不排水强度讲解
固结不排水的破坏判别标准
固结不排水的破坏判别标准固结不排水的破坏判别标准主要基于两个方面：
1. 孔隙水压力增长比：在堆载作用下，当土中孔隙水压力增长比达到一定值时，可能会发生破坏。
具体标准可以根据实验结果确定，但一般来说，当孔隙水压力增长比达到0.5-0.7时，可以认为土体已经接近破坏。
2. 抗剪强度降低率：在固结不排水条件下，随着土中孔隙水压力的增长，土体的抗剪强度会逐渐降低。
当抗剪强度降低到一定程度时，土体可能会发生破坏。
一般认为，当抗剪强度降低率达到20%-30%时，可以认为土体已经接近破坏。
需要注意的是，固结不排水条件下土体的破坏标准并不是绝对的，具体的判别标准还需要考虑土的种类、加载方式、应力历史等因素的影响。
因此，在进行相关试验和工程实践时，需要根据具体情况进行综合考虑和分析。
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
高等土力学第一章 课件
土的动应力-应 变关系
土的动力性质分 类
地震工程中的土动力学问题
土的动力性质：土的动剪切强度、动压缩强度和阻尼比等 地震工程中的土动力学问题：地震引起的土体液化、震陷、滑坡等 土的动力学模型：土的动力学本构模型、数值模拟方法等 抗震设计方法：基于土动力学原理的抗震设计方法、土体加固技术等
抗震设计方法与措施
土的应力-应变关系
土的应变：土体变形的程度
土的应力：土体受到的压力 或拉力
土的应力-应变关系曲线： 描述土的应力与应变之间的
关系
土的应力-应变关系的影响 因素：如土的种类、含水率、
温度等
04
土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力
土的强度分类：天然强度、有效强度、瞬时强度
地下水渗流 对工程的影 响
排水设计的 基本原则和 方法
排水设施的 种类和特点
排水设施的 布置和设计 要点
排水设施的 施工和维护
渗流对土体稳定性的影响
渗流现象及其产生原因 渗流对土体稳定性的影响 土体排水与加固措施 实际工程中的应用与案例分析
06
土的动力性质与地 震工程
土的动力性质
土的动强度
土的动变形
土力学的基本原理和概念 土力学在土木工程中的应用范围 土力学在土木工程中的具体应用案例 高等土力学在土木工程中的重要性
高等土力学在水利工程中的应用
水利工程中的土压力问题：介绍土压力的 产生、分类和计算方法，以及在水利工程 中的应用。
水利工程中的渗流问题：介绍渗流的基本 原理、计算方法和在水利工程中的应用， 包括堤坝、水库等。
土的物理性质
土的分类：根据土的颗粒大小、矿物成分、结构等特点进行分类 土的物理性质指标：包括密度、含水量、孔隙率、塑性指数等，用于描述土的物理性质 土的力学性质：包括抗剪强度、压缩性、渗透性等，用于描述土在力作用下的行为 土的工程分类：根据土的工程性质和特点，将土分为不同的类型，以便于工程设计和施工
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 排水与不排水强度讲解
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
1 B
1 n Cv 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
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
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
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
正常固结
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、 非饱和土 有效应力原理不一定
适用
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。
某些多孔介质的孔隙
三轴应力状态的孔压系数A与B
u u3 u1 B[ 3 A(1 3 )]
p
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
饱和土的不排水包线是一条水平线，其斜率uu＝u=0。
排水强度指标
排水强度指标是评价某一区域或工程项目排水能力的重要标准之一。
它直接关系到地表水的排放和排水系统的设计合理性，对于保障工程安全、防止水患、改善城市环境等方面具有重要意义。
本文将就排水强度指标的定义、影响因素、评价方法等方面进行探讨，以期为相关领域的研究和实践提供参考。
一、排水强度指标的定义排水强度指标是指在一定时间内单位面积内地表径流的平均流量，通常以毫米/小时（mm/h）或者立方米/秒（m³/s）来表示。
它反映了地表水流的速度和排水系统的处理能力，是评价排水效果的重要参数之一。
排水强度指标的大小直接影响着地表水的排放速度和排水系统的设计要求，因此是工程设计和城市规划中不可忽视的重要指标。
二、影响排水强度指标的因素1. 地形地貌：地形的起伏和坡度会直接影响地表水的流动速度和集水面积，从而影响排水强度指标的大小。
2. 降雨情况：降雨的强度和持续时间是影响排水强度指标的重要因素，不同的降雨情况会导致地表水径流量的差异。
3. 地表覆盖类型：不同的地表覆盖类型对地表水的渗透和径流有着不同的影响，如水泥路面和草坪地面对排水强度指标的影响是不同的。
4. 排水设施：排水管网、雨水篦子、雨水口等排水设施的布局和设计质量都会对排水强度指标产生直接影响。
三、排水强度指标的评价方法1. 现场调查法：通过实地勘察和测量地表水的流速和流量，结合降雨情况和地形地貌等因素，对排水强度指标进行直接评价。
2. 数值模拟法：利用地理信息系统（GIS）和数值计算模型，对区域的地形、降雨等数据进行输入，通过模拟计算得出排水强度指标。
3. 统计分析法：通过历史降雨数据和地表径流观测资料，进行统计分析和回归分析，得出排水强度指标的概率分布和变化规律。
四、排水强度指标的应用1. 工程设计：在城市道路、广场、屋顶等工程设计中，需要根据排水强度指标来确定排水系统的设计方案和容量。
2. 城市规划：在城市规划中，需要考虑地表水的排放和集中管理，排水强度指标是评价城市排水能力和防洪能力的重要依据。
土木工程中的排水技术与方法
土木工程中的排水技术与方法土木工程中的排水技术与方法是确保建筑物、道路和其他基础设施安全运行的重要环节。
排水系统的设计和施工可以有效地处理大量的雨水和废水，使其迅速排出，避免水涝和积水产生的危害。
本文将介绍土木工程中常用的排水技术与方法。
首先，我们来谈谈雨水排水技术。
在城市建设中，雨水排水是至关重要的。
合理设计的雨水排水系统可以很好地解决暴雨和洪水带来的问题。
在建筑物的屋顶、道路和广场上设置雨水排水口，可以将大量的雨水导入雨水管道中，进而排入污水处理厂或水体中，减少积水和水资源浪费。
此外，还可以利用雨水进行植物浇灌或冲洗公共设施，实现雨水的再利用，提高城市水资源利用率。
其次，我们来探讨污水排水技术。
在城市和乡村建设中，污水排水是至关重要的环节。
合理的污水排水系统可以有效地清除污水，并将处理后的水排入河流、湖泊或海洋，保护环境和人类健康。
常见的污水排水技术包括污水管道、污水处理厂和污水泵站。
污水管道将污水从室内或室外收集起来，通过管道输送到污水处理厂进行处理。
在污水处理厂中，通过物理、化学和生物处理等方法，将污水中的有害物质去除，使其达到排放标准。
污水泵站则发挥着将污水提升到足够高度的作用，确保污水正常流动。
此外，地下水排水技术也是土木工程中的重要方面。
地下水对建筑物的稳定性和承重能力有着重要影响，因此，排水系统的设计与建设对地下水管理至关重要。
高效的地下水排水系统可以控制地下水位，确保建筑物的稳定性和安全性。
地下水排水技术包括排水沟、井泵和渗井等。
排水沟是将地下水引导到指定区域的沟渠，通过排水沟，地下水可以被排出并加以利用。
井泵则利用泵站将地下水提升到地面，然后排入排水系统。
渗井是将地下水渗入地下层，形成地下水层，从而达到控制地下水位的目的。
最后，我们来谈谈排水系统的维护与管理。
排水系统的正常运行需要定期的维护和管理。
首先，要确保排水管道的畅通，定期检查和清理积水、水垢和污泥。
同时，要定期维护和清理排水口，防止堵塞和渗漏。
高等土力学教材 第三章 土的强度
第三章 土的强度3.1 概述土与人类的关系十分密切。
在人类进化发展的上万年历史中，挖沟筑堤，疏河开渠，建造房屋殿宇、庙堂墓塔，首先涉及的是土的强度问题。
长期实践经验的积累，使人们对土的强度的重要性有了较深刻的理解。
土的强度理论研究甚至早于“土力学”学科的建立，亦即早在太沙基（Terzaghi ）1925年出版其著作《土力学》之前。
1776年，库仑（Coulomb ）就在试验的基础上提出了著名的库仑公式：ϕστtg c f += (3.1.1)1900年莫尔（Mohr ）提出：在土的破坏面上的抗剪强度是作用在该面上的正应力的单值函数：)(f f f στ= (3.1.2)这样，库仑公式（3.1.1）只是在一定应力水平下式（3.1.2）的线形特例。
从而建立了著名的莫尔－库仑强度理论。
在随后的许多年中，人们针对莫尔－库仑强度理论中抗剪强度与中主应力无关的假设，进行了大量的中主应力对土抗剪强度影响的研究，并且企图在土力学中引进广义密塞斯（Mises ）和广义屈雷斯卡（Tresca ）强度理论， 但它们与土的强度性质实在相差太大。
只有到了20世纪60年代以后，随着计算机技术的发展及大型土木工程的兴建，关于土的应力－应变－强度－时间关系即本构关系的研究广泛开展，人们才逐步认识到土的强度与土的应力－应变关系是密不可分的，它是土受力变形过程的一个阶段；并进一步认识到除剪切强度以外，还有拉伸强度、断裂及与孔隙水压力有关的土的破坏问题。
这样，一些与土的本构模型相应适应的土强度准则也相继被提出。
另一方面，人们也力图从微观机理上研究土的强度及建立强度理论；探索原状土、非饱和土、区域性土和老粘土等的强度问题。
源于土的碎散性、多相性和在长期地质历史造成的多变性，土的强度也呈现其特殊性。
首先，由于土是碎散颗粒的集合，它们之间的相互联系是相对薄弱的。
所以土的强度主要是由颗粒间的相互作用力决定，而不是由颗粒矿物的强度本身直接决定的。
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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、 非饱和土 有效应力原理不一定
适用
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。
某些多孔介质的孔隙
三轴应力状态的孔压系数A与B
u u3 u1 B[ 3 A(1 3 )]
c K 1 f f /( A K f f )
q p'
p' p'
其中
A
f H
( f p'
H
p v
f qH来自p)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% B: CU, Dr= 44%
C: CU, Dr = 47%
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
1 B
1 n Cv 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
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 )
AA
＝ Ac A 0 u
土粒的接触
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
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
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
正常固结
p
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
饱和土的不排水包线是一条水平线，其斜率uu＝u=0。
巴斯石灰岩 滑石 密砂 硬粘土 软粘土
Cs
(10-4×kPa-1)
0.06
0.25
15
80
400
n （%）
15 30 40 42 55
不同岩土的孔压系数B
B 0.468 0.647 0.988 0.997 0.999
u u1 u3 BA(u11 3 ) B[ 3 A(1 3 )]
D: CD, Dr = 30%
(-
有效应力强度
最大应力差对应的强度
(- 1
总应力强度 (峰值）
总应力强度(残余）
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）
一般应力状态下： du B(dp adq cqd )
对于弹塑性模型，相适应流动规则：
f ( p' , q, , H ) 0 H H ( vp p )
B=1.0 孔压系数 a:
a K f f /( A K f f )
q p'
p' p'
孔压系数 c:
UU的强度包线
非饱和粘土UU的强度包线