第5章土的抗剪强度123 5.罗斯科( Roscoe,1963,1968) 从19世纪60年代初开始,英国剑桥大学以罗斯科为代表的学者在建立土的弹塑性本构 理论方面作出了杰出的贡献。这一本构关系的基石之一,便是由一条通过原点的正常固结强 度线和一族对应不同超固结比的伏斯列夫线构成的强度包线。土的应力状态只能位于这族包 线以内或在包线上。这一理论被称为“临界状态土力学” 6.斯肯布顿( Skempton,1985) 9世纪70年代一些学者( Skempton,1985, Bjerrum,1976)在考察一些天然滑坡事例过程 中发现,这些滑坡发生并无外界诸如降雨、地震等触发因素,如果使用滑面材料常规强度试 验的成果,则其安全系数远大于1。在第1章,曾介绍我国査纳滑坡、洒勒山滑坡,均属这 类型。对于这一现象, Skempton称之为“渐进性破坏”( Progressive failure),而导致这 现象的基本原因是滑面上的土发生了“软化”,其强度从峰值过渡到“残余值”。 Skempton 发现在一些特定的条件下,应力应变曲线会出现一个从峰值经过一个“软化强度”过渡到“残 余强度”的过程。在研究天然边坡的稳定性时,仔细了解土的应变软化特性,在必要时,选 用残余强度而不是峰值强度作为设计指标,是工程师们需要仔细、认真考虑的问题。54节 将详细讨论残余强度问题。 在工程实践中,工程师解决抗剪强度的问题,更多地是通过在实验室内进行模拟现场实 际土体的固结历史、排水条件和加荷过程的试验来实现的。例如,如果所关心的是某一土体 在大坝正常运用条件下的抗剪强度,那么,可以使用原状土样,或模拟现场施工条件的制备 样,在实验室进行三轴仪的固结排水或直剪仪的固结慢剪试验测定其抗剪强度。又如,在研 究库水位骤降条件下的土坡稳定时,可以通过固结不排水试验来研究其抗剪强度。本节将着 重讨论工程中常用的几种抗剪强度试验及其使用条件。 众所周知,土的抗剪强度与土体内的孔隙水压力密切相关。而确定土中的孔隙水压力又 是一个十分困难的问题。在边坡稳定分析中,我们通常采用了以下两种方法来解决这一问题 (1)有效应力法。通过试验、理论分析或现场观测,确定土体内的孔隙水压力的分布 然后采用有效应力强度指标进行稳定分析。使用这一方法,强度指标的确定相对来说容易 些,但确定孔隙水压力则成了一个难点。下一章将详细讨论如何确定孔隙水压力的问题。 (2)总应力法。通过模拟现场的剪切试验,直接测定土在破坏时发挥的强度,将这一强 度用于稳定分析中。这一方法回避了确定孔压的困难。但使用者需十分了解特定条件下土体 破坏的物理机制,正确处理稳定分析中的各种细节。本章和第7章将用较大的篇幅讨论施工 期和库水位骤降情况下的总应力法的概念。52节介绍的伏斯列夫理论,也是为阐明总应力 法概念打下基础。 5.2粘性土的强度理论及强度指标 在土的强度理论中,摩尔-库伦强度准则是为大家所熟悉的,其表达式见第一章式(1.1) 随着对强度理论硏究的深入,发现该准则存在着把土的抗剪强度只和法向应力联系起来 的缺陷。事实上,不同固结历史和应力路径将会导致不同的抗剪强度。在51节我们已通过第 5 章 土的抗剪强度 123 5. 罗斯科 (Roscoe, 1963, 1968) 从 19 世纪 60 年代初开始 英国剑桥大学以罗斯科为代表的学者在建立土的弹塑性本构 理论方面作出了杰出的贡献 这一本构关系的基石之一 便是由一条通过原点的正常固结强 度线和一族对应不同超固结比的伏斯列夫线构成的强度包线 土的应力状态只能位于这族包 线以内或在包线上 这一理论被称为 临界状态土力学 6. 斯肯布顿 (Skempton, 1985) 19 世纪 70 年代一些学者(Skempton, 1985; Bjerrum, 1976)在考察一些天然滑坡事例过程 中发现 这些滑坡发生并无外界诸如降雨 地震等触发因素 如果使用滑面材料常规强度试 验的成果 则其安全系数远大于 1 在第 1 章 曾介绍我国查纳滑坡 洒勒山滑坡 均属这 一类型 对于这一现象 Skempton 称之为 渐进性破坏 (Progressive failure) 而导致这一 现象的基本原因是滑面上的土发生了 软化 其强度从峰值过渡到 残余值 Skempton 发现在一些特定的条件下 应力应变曲线会出现一个从峰值经过一个 软化强度 过渡到 残 余强度 的过程 在研究天然边坡的稳定性时 仔细了解土的应变软化特性 在必要时 选 用残余强度而不是峰值强度作为设计指标 是工程师们需要仔细 认真考虑的问题 5.4 节 将详细讨论残余强度问题 在工程实践中 工程师解决抗剪强度的问题 更多地是通过在实验室内进行模拟现场实 际土体的固结历史 排水条件和加荷过程的试验来实现的 例如 如果所关心的是某一土体 在大坝正常运用条件下的抗剪强度 那么 可以使用原状土样 或模拟现场施工条件的制备 样 在实验室进行三轴仪的固结排水或直剪仪的固结慢剪试验测定其抗剪强度 又如 在研 究库水位骤降条件下的土坡稳定时 可以通过固结不排水试验来研究其抗剪强度 本节将着 重讨论工程中常用的几种抗剪强度试验及其使用条件 众所周知 土的抗剪强度与土体内的孔隙水压力密切相关 而确定土中的孔隙水压力又 是一个十分困难的问题 在边坡稳定分析中 我们通常采用了以下两种方法来解决这一问题 (1) 有效应力法 通过试验 理论分析或现场观测 确定土体内的孔隙水压力的分布 然后采用有效应力强度指标进行稳定分析 使用这一方法 强度指标的确定相对来说容易一 些 但确定孔隙水压力则成了一个难点 下一章将详细讨论如何确定孔隙水压力的问题 (2) 总应力法 通过模拟现场的剪切试验 直接测定土在破坏时发挥的强度 将这一强 度用于稳定分析中 这一方法回避了确定孔压的困难 但使用者需十分了解特定条件下土体 破坏的物理机制 正确处理稳定分析中的各种细节 本章和第 7 章将用较大的篇幅讨论施工 期和库水位骤降情况下的总应力法的概念 5.2 节介绍的伏斯列夫理论 也是为阐明总应力 法概念打下基础 5. 2 粘性土的强度理论及强度指标 在土的强度理论中 摩尔−库伦强度准则是为大家所熟悉的 其表达式见第一章式(1.1) 随着对强度理论研究的深入 发现该准则存在着把土的抗剪强度只和法向应力联系起来 的缺陷 事实上 不同固结历史和应力路径将会导致不同的抗剪强度 在 5.1 节我们已通过