【正文】 39。周圍壓力下固結(jié)至穩(wěn)定，試件中的初始孔隙水壓力為零，然后分別在不排水條件下施加周圍壓力和軸向壓力至剪切破壞，試驗結(jié)果如圖 3— 14所示。 設(shè)剪切破壞時所施加的扭矩為 M，則它應(yīng)該與剪切破壞圓柱面 (包括側(cè)面和上下面 )上土的抗剪強度所產(chǎn)生的抵抗力矩相等，即： 2. 2. . .2 4 3vHD D DM D H ?? ? ???231126 vHD H D? ? ? ??? 實用上為了簡化計算， 目前在常規(guī)的十字板試驗中仍假設(shè) ，將這一假設(shè)代入式 (3— 15)中，得 Hv ?? ?(3— 15) 22()3fMDDH? ?? ? 由于十字板在現(xiàn)場測定的土的抗剪強度，屬于不排水剪切的試驗條件，因此其結(jié)果應(yīng)與無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果接近，即 2ufq? ? 3— 5 飽和粘性土的抗剪強度 一、不固結(jié)不排水抗剪強度 如前所述，不固結(jié)不排水試驗是在施加周圍壓力和軸向壓力直至剪切破壞的整個試驗過程中部不允許排水。 在抗剪強度的原位測試方法中。因此，發(fā)展就地測定土的性質(zhì)的儀器具有重要意義。而對于飽和粘性土，根據(jù)在三軸不固結(jié)不排水試驗的結(jié)果，其破壞包線近于一條水平線 (見節(jié) 3— 5)即 這樣，如僅為了測定飽和粘性土的不排水抗剪強度，就可以利用構(gòu)造比較簡單的無側(cè)限壓力儀代替三軸儀。 (3)固結(jié)排水試驗 試樣在施加周圍壓力時允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓 力至試件剪切破壞。 對應(yīng)于直接剪切試驗的快剪，固結(jié)快剪和慢剪試驗，三軸壓縮試驗按剪切前的固結(jié)程 度和剪切時的排水條件，分為以下三種試驗方法： (1)不固結(jié)不排水試驗 試樣在施加周圍壓力和隨后施加豎向壓力直至剪切破壞的整個過程中部不允許排水， 試驗自始至終關(guān)閉排水閥門。 3?1??131 ??? ???3?31 ?? ?3?1? 由于這些試件都剪切至破壞，根據(jù)莫爾 — 庫倫理論，作一組極限應(yīng)力圓的公共切線， 即為土的抗剪強度包線(圖 3— 9c)，通?？山迫橐粭l直線，該直線與橫座標的夾角即土的內(nèi)摩擦角 ，直線與縱座標的截距即為土的粘聚力 c ? 如要量測試驗過程中的孔隙水壓力，可以打開孔隙水壓力閥，在試件上施加壓力以后，由于土中孔隙水壓力增加迫使零位指示器的水銀面下降，為量測孔隙水壓力，可用調(diào)壓筒調(diào)整零位指示器的水銀面始終保持原來的位置，這樣，孔隙水壓力表中的讀數(shù)就是孔隙水壓力值。然后再通過傳力桿對試 件施加豎向壓力，這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力，當水平向主應(yīng)力保持不變，而 豎向主應(yīng)力逐漸增大時，試件終于受剪而破壞 [圖 3— 9(b)]。 二、三軸壓縮試驗 三軸壓縮試驗是測定土抗剪強度的 — 種較為完善的方法?？旒粼囼炇窃谠嚇邮┘迂Q向壓力后，立即快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞，固結(jié)快剪是允許試樣在豎向壓力下充分排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，再快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。 對同一種土至少取 4個試樣，分別在不同垂直壓力下剪切破壞，一般可取垂直壓力為 100、 200、 300、400kPa，將試驗結(jié)果繪制成如圖 3— 7(b)所示的抗剪強度 和垂直壓力 σ之間關(guān)系，試驗結(jié)果表明，對于粘性土 基本上成直線關(guān)系，該直線與橫軸的夾角為內(nèi)摩擦角 ，在縱軸上的截距為粘聚力 c，直線方程可用庫倫公式 (3— 2)表示，對于無粘性土， 之間關(guān)系則是通過原點的一條直線，可用式 (31)表示。 一、直接剪切試驗 直接剪切儀分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，試驗時，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石對試件施加某一垂直壓力 σ，然后等速轉(zhuǎn)動手輪對下盒施加水平推力，使試樣在上下盒的水平接觸面上產(chǎn)生剪切變形，直至破壞，剪應(yīng)力的大小可借助與上盒接觸的量力環(huán)的變形值計算 確定。將抗剪強度線延長與 σ軸相 交于 R點，由三角形 ARD可知： f?? ?f?? ?f?? ?f?3－ 3抗剪強度的測定方法 抗剪強度的試驗方法有多種，在實驗室內(nèi)常用的有直接剪切試驗，三軸壓縮試驗和無 側(cè)限抗壓試驗，在現(xiàn)場原位測試的有十字板剪切試驗，大型直接剪切試驗等。 設(shè)在土體中取一單元微體，如圖 3— 5(a)所示， mn為破裂面，它與大主應(yīng)力的作用面成 角。圓 Ⅱ 稱為極限應(yīng)力圓。 土的極限平衡條件 為了建立土的極限平衡條件，可將抗剪強度包線與莫爾應(yīng)力圓畫在同一張座標圖上 (圖 3— 4)。由庫倫公式表示莫爾包線的強度理論稱為莫爾 — 庫倫強度理論。粘性土的抗剪強度由兩部分組成：一部分是 摩擦力，另一部分是土粒之間的粘結(jié)力，它是由于粘性土顆粒之間的膠結(jié)作用和靜電引力效應(yīng)等因素引起的。如果土體內(nèi)某一部分的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度，在該部 分就開始出現(xiàn)剪切破壞，隨著荷載的增加，剪切破壞的范圍逐漸擴大，最終在土體中形成 連續(xù)的滑動面，地基發(fā)生整體剪切破壞而喪失穩(wěn)定性。工程中 的地基承載力，擋土墻土壓力、土坡穩(wěn)定等問題都與土的抗剪強度直接相關(guān)。當 時可利用曲線 (1)和 (2)求解固結(jié)度，公式為 zz ?? ???, zz ?? ??? ?zzzzzzzzUUU???????????????? 21 )(2當 時，可利用曲線 (1)和 (3)求解，同理得出 zz ?? ??? ?,zzzzzzzzUUU????????????????? 31 )(2（ 2114） （ 2115） 式 (2— 114)和式 (2— 115)中 ，可根據(jù)相同的時間因素 ，從圖 2— 51中分別由曲線 (1)， (2)、 (3)求取。對于圖 2— 53(a)中所示雙面排水情況，同樣可利用圖 2— 51中曲線 (1)計算， H取壓縮土層厚度之半，而對于圖 2— 53(b)中所示單面排水情況，則可運用疊加原理求解。另外，對于圖 252(b)單面排水的兩種三角形分布起始孔隙水壓力圖，則用圖 251中的關(guān)系曲線 (2)和 (3)計算 。此時，通常需要用到地基的固結(jié)度 (或固結(jié)百分數(shù) )U這個指標，其定義如下 ctcsUs?或 ct cs Us? 對于豎向排水情況，由于固結(jié)沉降與有效應(yīng)力成正比，所以某一時刻有效應(yīng)力圖面積 和最終有效應(yīng)力圖面積之比值 [見圖 2— 50(a)]，稱為豎向排水的平均固結(jié)度 ，其可推導(dǎo)為 zU)4e x p (181223,122 vmz TmmU?? ??? ???（ 2108） 為了便于實際應(yīng)用，可以按公式 (2— 108)繪制出如圖 251所示的 關(guān)系曲線 (1)。 如圖 2— 5O(a)所示的初始條件 (開始固結(jié)時的附加應(yīng)力分布情況 )和邊界條件 (可壓縮 土層頂?shù)酌娴呐潘畻l件 )如下： 當 t＝ 0和 時 和 z＝ 0時 u＝ 0 (1 )vwke ca?? ?0 zH??zu ??0 t? ? ? 和 z＝ H時 和 時 u＝ 0 根據(jù)以上的初始條件和邊界條件，采用分離變量法可求得式 (2104)的特解如下： 0 t? ? ? 0uz? ??0 zH??t ??22,141 s in e x p24mz t z vmm z muTmH???????????????? —— 豎向固結(jié)時間因數(shù)， ，其中 為豎向固結(jié)系數(shù)， t為時間（年）， H為壓縮土層最遠的排水距離，當土層為單面 (上面或下面 )排水時， H取土層厚度，雙面排水時，水由土層中心分別向上下兩方向排出，此時H應(yīng)取土層厚度之半。一維固結(jié)理論的基本假設(shè)如下： 1．土是均質(zhì)、各向同性和完全飽和的； 2．土粒和孔隙水都是不可壓縮的； 3．土中附加應(yīng)力沿水平面是無限均勻分布的，因此土層的壓縮和土中水的滲流都是一維的； 4．土中水的滲流服從于達西定律； 5，在滲透固結(jié)中，土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)都是不變的常數(shù)； 6．外荷是一次驟然施加的． （二）一維固結(jié)微分方程 在飽和土層頂面下 z深度處的一個微單元體 [圖 2— 50(b)]。 如圖 2— 50(a)所示的是一維固結(jié)的情況之一，其中厚度為 H的飽和粘性土層的頂面是透水的、而其底面則不透水。其適用條件為荷載面積遠大于壓縮土層的厚度，地基中孔隙水主要沿豎向滲流。 0? ? 39。換句話說，飽和土的固結(jié)就是孔隙水壓力的消散和有效應(yīng)力相應(yīng)增長的過程。當在加壓的那一瞬間 ,由于 所以， ，而當固結(jié)變形完全穩(wěn)定時，則 ， u＝ 0。 飽和土的滲透固結(jié)，可借助彈簧活塞模型來說明。 二、飽和土的滲透固結(jié) 一般認為當土中孔隙體積的 80％以上為水充滿時，土中雖有少量氣體存在，但大都是封閉氣體，就可視為飽和土。 u????39。圖中橫截面面積為，應(yīng)力等于該單元體以上土、水自重或外荷，此應(yīng)力則稱為總應(yīng)力 σ。產(chǎn)生于土中孔隙水傳遞的壓應(yīng)力，稱為孔隙水壓力。實際上，如圖 2—48(a)所示，土中任意截面 (00截面 )上都包括有土粒和粒間孔隙的面積在內(nèi)，只有通過土粒接觸點傳遞的粒間應(yīng)力，才能使土粒彼此擠緊，從而引起土體的變形，而粒間應(yīng)力又是影響土體強度的一個重要因素，所以粒間應(yīng)力又稱為有效應(yīng)力。 0 111ns s i i i ii sips s z zE? ? ? ????? ? ??式中 S’— 按分層總和法計算的地基沉降量： ─沉降汁算經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)地區(qū)沉降觀測資料及經(jīng)驗確定，也可采用表 2— 9的數(shù)值，表中 為深度 范圍內(nèi)土的壓縮模量當量值 ： 其余參量意義同前。 第分層壓縮量的計算 對于圖 237所示的第分層，其壓縮量為 )( 110 ?????? iiiisizzEps ?? 地基沉降計算深度 地基沉降計算深度 — 第分層（最底層）層底深度。 （ 8）計算地基各分層的沉降量： （ 9）計算地基最終沉降量： iiii eepp 2121 , 確定cz ?? ?cz ?? ?isiiiiiiiiiiiiii HEpHeppaHeeeHs ??????????11211211)(1?????niiss1二、按規(guī)范方法計算 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 》 所推薦的地基最終沉降量計算方法是另一種形式的分層總和 法。地基沉降計算深度的下限，一般取地基附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的 20%處，即 處，在該深度以下如有高壓縮性土，則應(yīng)繼續(xù)向下計算至 處：計算精度均為177。所謂地基沉降計算深度是指自基礎(chǔ)底面向下需要計算壓縮變形所到達的深度，亦稱地基壓縮層深度。分層厚度一般取 12m,此外 ,成層土的界面和地下水面是當然的分層面； （ 3）地基豎向自重應(yīng)力的計算。下面討論較厚且成層可壓縮土層的沉降計算。 薄壓縮土層的沉降計算 當基礎(chǔ)底面以下可壓縮土層較薄且其下為不可壓縮的巖層時， — 般當可壓縮土層厚度 H小于基底寬度 b的 1／ 2時 (圖 2—34)，由于基底摩阻力和巖層層面摩阻力對可壓縮土層的限制 作用，土層壓縮時只出現(xiàn)很少的側(cè)向變形，因而認為它與壓縮儀中土樣的受力和變形條件很相近，地基的最終沉降量 S(m)就可直接利用式 (2— 60b),以 S代替其中的 ，以 H代替 ,即得： 1211eesHe???H?1H式中 H —— 薄可壓縮土層