SBPT测定饱和黏土不排水强度的数值分析
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膨胀土的强度特性
膨胀土的强度特性土的强度是土的重要力学性质之一。
非饱和膨胀土的强度较一般黏土要更为复杂，其强度是膨胀土体抵抗剪切破坏能力的表征，也是计算路堑、渠坡、路堤、土坝等斜坡稳定性，以及支挡建筑物的土压力的重要参数。
大量膨胀土边坡和地基的失稳导致各种工程建筑物的严重破坏，所以研究膨胀土抗剪强度极其重要。
一、强度理论非饱和土的强度不仅与土的结构、应力路径、密度有关，还与土的含水率或土的饱和度有关。
非饱和土强度理论是以Mohr-Coulumb准则为基础，一类是Bishop公式，即式中τf——剪切破裂面上的剪应力，即土的抗剪强度；σ——破坏面上的法向应力；c′和φ′——有效凝聚力和有效内摩擦角；ua——孔隙气压力；uw——孔隙水压力；χ——与饱和度有关的经验常数。
另一类是Fredlund的双变量公式式中φb——强度随吸力变化的内摩擦角。
us ＝ua－uw是吸力。
这一强度公式已得到广泛的认可。
然而，φb并不是一个常数，它随吸力变化。
因此，吸力作为一个状态变量是不合适的。
沈珠江建议用折减吸力或等效吸力τus作为强度公式中的第二状态变量，即式中 d——常数，其值由试验确定。
针对等效吸力τus ，已提出了不少计算式。
采用τus后，式（3-8）可写成总凝聚力可写成二、改进三轴试验三轴试验常被用来研究土的强度和变形性质。
常规三轴试验成功地研究了饱和土的强度和变形性质。
对膨胀土等非饱和土，需测定吸力，必须采用特殊的三轴仪来研究吸力对非饱和土的强度和变形的影响。
徐永福采用改装可测吸力的三轴仪，研究了宁夏膨胀土的变形性质和强度特性。
1.试验方法（1）试验装置。
改进后的三轴仪如图3-21所示。
主要由三部分组成：①加压系统，由内、外压力室组成，用来施加围压和反压；②测量系统，由传感器和微机组成，其中孔隙水压的测量是在三轴仪底座上安装高进气值的陶土板（进气值为1250kPa，直径为15mm，厚度为5.5mm），液压传感器通过陶土板传递土样的孔隙水压；③反压控制系统。
土力学习题参考答案(完整版)
精心整理《土力学》作业答案第一章土粒直径以毫米计习题1-1颗粒大小级配曲线由级配曲线查得：d60=0.45，d10=0.055，d30=0.2；C u>5，1<C c<3；故，为级配良好的土。
（2）确定不均匀系数Cu 及曲率系数Cv ，并由Cu 、Cv 判断级配情况。
解：1—3d 其密度?和含水量W 。
解：111===s v V V e ；3/33.1266.2cm g V M s d ===ρ； 3/83.12166.2cm g V M M w s =+=+=ρ； %6.3766.21===s w M M ω。
1—4在某一层土中，用容积为72cm 3的环刀取样，经测定，土样质量129.1g ，烘干后质量121.5g ，土粒比重为2.70，问该土样的含水量、密度、饱和密度、浮密度、干密度各是多少？ 解：V s V V =ω=ρsat ρ'=ρ[或d ρ1— 365.04.083.14.1=-=s V ；74.2365.01===w s s s V M G ρ； 10.1365.04.0===s v V V e 。
1—6某科研试验，需配制含水量等于62%的饱和软土1m 3，现有含水量为15%、比重为2.70的湿土，问需湿土多少公斤？加水多少公斤？ 解：1m 3饱和软土中含土粒：t M s 01.17.2162.01=+=；折合%15=ω的湿土：kg t M M M M s w s 116016.1)15.01(01.1)1(==+⨯=+=+=ω；需要加水：kg t M M s w 475475.0)15.062.0(01.1)(12==-⨯=-=ωω。
1—7已知土粒比重为2.72，饱和度为37%，孔隙比为0.95，问孔隙比不变的条件下，饱和度提高到90%时，每立方米的土应加多少水？ 解：1m 3S r 提高到1m 31—8混成10%解：1V =解得：2V 1—9γ'，并求饱和度Sr 为75%时的重度γ和含水量w 。
有效应力强度指标可用三轴排水剪三轴固结不排水剪(测孔隙水压力)
第一节 土的强度理论与强度指标
一、土的抗剪强度的工程意义
土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力
在外荷载作用下，土体中将产生剪应力，当土中 某点的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着 剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪 切破坏。随着外荷载的增大，地基中达到强度 被破坏的点越来越多，最后形成一个连续的滑 动面，这时建筑物的地基或土坡就会失去整体 稳定而发生土体滑动，从而造成工程事故。
图 （ ）
4-1 c
加拿大特朗斯康谷仓严重倾倒
土体是否会发生剪切破坏？ 土中某点由外力所产生的剪应力是多大？ 土的抗剪强度是多少？
f
二、莫尔-库仑强度理论
• 土体发生剪切破坏时，将沿着其内部某一 曲面（滑动面）产生相对滑动，而该
滑动面上的切应力就等于土的抗剪强度。
• 直剪试验可直接测定预定剪切破裂面上的 抗剪强度。 1776年，法国学者库仑通过 一系列土的强度实验，于1776年总结出土 的抗剪强度定律：
【解】采用图解法
图解法
课堂小结
• 概念：抗剪强度、极限平衡状态、极限平 衡条件、内聚力、内摩擦角
• 掌握土的直剪试验和库仑定律、掌握内聚 力与内摩擦角的物理含义
• 掌握土的极限平衡关系式（莫尔-库仑破 坏理论）的实际意义，应力圆与抗剪强度 曲线之间的关系
f tan
f tan c
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；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φ ，在纵轴上的截距为粘聚 力c ，直线方程可用库仑公式表示。
f tan
f tan c
(2）直剪试验强度取值
不同土性的土样在剪切试验时的剪应力 与剪切位 移d 关系曲线有较大差异的。土样的抗剪强度应根据其 -Dl 曲线形态分别确定：对密实砂土、坚硬粘土等，其 -Dl 曲线将出现峰值，可取峰值切应力作为抗剪强度；
《土力学》作业习题
《土力学》思考题及习题清华大学土力学1第一章土的物理性质一思考题1.什么是土的灵敏度？灵敏度反映土的什么性质？如何测定土的灵敏度？2.粗粒土与细粒土如何区分？3.什么叫做粒径级配累积曲线，曲线上一点代表什么意思？4.土中水分几种类型？各有什么特点？与土的状态什么关系？5.如果试验结果表明某天然砂层的相对密度Dr>1，这是否有可能，为什么？6.什么是粘性土的最优含水量？它与击实能有什么关系？7.什么叫土的液性指数？如果试验结果表明某天然粘土层的液性指数大于1，但该土并不呈流动状态而仍有一定的强度，这是否可能，为什么？8.片架结构和片堆结构性质有何不同？9.已知某粘土层的天然含水量值，能否判断该土的软硬程度，为什么？二习题1．有一土体，测定的天然密度为ρ=1.85g/cm3，含水量为ω=14%，土颗粒的比重为G s=2.67。
计算其孔隙比e。
2．在某土层中用体积为72cm3的环刀取样。
经测定，土样质量为129.1g，烘干后土样质量为121.5g，土粒比重为2.7，求该土样的含水量、湿容重、饱和容重、干容重和浮容重，并比较该土在各种情况下的容重值有何区别？3．饱和土孔隙比为0.7，比重为2.72。
用三相草图计算干容重、饱和容重和浮容重。
并求当该土的饱和度变为75％时的容重和含水量。
4．有一湿土样质量为200g，已知含水量为15％，要制备含水量为20％的土样需加多少水？5．某料场的天然含水量w=22%，G s=2.70，土的压密标准为ρd=1.7g/cm3，为避免过度碾压而产生剪切破坏，压密土的饱和度不宜超过0.85。
问该料场的土料是否适合筑坝，如果不适合应采用什么措施？6．8度地震区要求砂压到相对密度达0.7以上，经试验某料场砂的最大干密度为1.96g/cm3，最小干密度为1.46g/cm3，问这类砂碾压到多大的干密度才能满足抗震的要求？（砂的比重为2.65）7．装在环刀内的饱和土样加垂直压力后高度自2.0cm压缩至1.95cm，取出土样测得其含水量为28％，已知土粒比重为2.7，求压缩前土的孔隙比？第二章 土的渗透性一 思考题1．举例说明流土发生的现象和原因，并说明工程上如何防止流土的发生。
土力学与地基基础参考答案 (新版)
2-3 如图2-16，本题为定水头实验，水自下而上流过两个土样，相
关几何参数列于图中。
解：（1）以c-c为基准面，则有：zc=0，hwc=90cm，hc=90cm
（2）已知hbc=30%hac，而hac由图2-16知，为30cm，所以：
hbc=30%hac=0.330=9cm
∴
hb=hc-hbc=90-9=81cm
1－15 试证明。试中、、分别相应于emax 、e、emin的干容重 证：关键是e和d之间的对应关系： 由，需要注意的是公式中的emax和dmin是对应的，而emin和dmax是 对应的。
第二章 土的渗透性及水的渗流
2-3 如图2－16所示，在恒定的总水头差之下水自下而上透过两个
土样，从土样1顶面溢出。
1-8 解：分析：由W和V可算得，由Ws和V可算得d，加上Gs，共已
知3个指标，故题目可解。
(1-12)
(1-14)
注意：1．使用国际单位制；
2．w为已知条件，w=10kN/m3；
3．注意求解顺序，条件具备这先做；
4．注意各的取值范围。
1-9 根据式（1—12）的推导方法用土的单元三相简图证明式（1－
图2－18 习题2－6图 （单位：m） 2-6 分析：本题只给出了一个抽水孔，但给出了影响半径和水位的 降低幅度，所以仍然可以求解。另外，由于地下水位就在透水土层内， 所以可以直接应用公式（2-18）。 解：（1）改写公式（2-18），得到： （2）由上式看出，当k、r1、h1、h2均为定值时，q与r2成负相关， 所以欲扩大影响半径，应该降低抽水速率。 注意：本题中，影响半径相当于r2，井孔的半径相当于r1。
3-1 分析：因为，所以为主应力。 解：由公式（3-3），在xoy平面内，有： 比较知，，于是： 应力圆的半径： 圆心坐标为： 由此可以画出应力圆并表示出各面之间的夹角。易知大主应力面与x 轴的夹角为90。 注意，因为x轴不是主应力轴，故除大主应力面的方位可直接判断 外，其余各面的方位须经计算确定。有同学还按材料力学的正负号规定 进行计算。 3-2 抽取一饱和黏土样，置于密封压力室中，不排水施加围压 30kPa（相当于球形压力），并测得孔隙压为30 kPa ，另在土样的垂直 中心轴线上施加轴压Δ＝70 kPa（相当于土样受到— 压力），同时测得 孔隙压为60 kPa ，求算孔隙压力系数 A和B？ 3-3 砂样置于一容器中的铜丝网上，砂样厚25cm ，由容器底导出一 水压管，使管中水面高出容器溢水面 。若砂样孔隙比e＝0.7，颗粒重度 ＝26.5 kN/m3 ，如图3－42所示。求： （1） 当h＝10cm时，砂样中切面 a－a上的有效应力？ （2） 若作用在铜丝网上的有效压力为0.5kPa，则水头差h值应为多 少？
砂土的稳态强度固结不排水三轴试验研究
流动结构、稳态线和准稳态等基本概念。
“稳态强度”是指土体在稳态变形状态下可以
动用的强度，其大小决定了土体在地震中和地震后
的稳定性和永久变形[6]。
到目前为止，人们普遍接受关于“稳态变形”
的定义是 Poulos 的定义[7，8]：对颗粒材料，“稳态
变形”是指土体在常体积、常法向有效压力、常剪
应力和常应变速率下的持续变形状态。在排水或不
1.728
F5 0.074 0.027 3.1 50.7 2.68 1.123
1.682
第 24 卷 第 22 期
魏 松等. 砂土的稳态强度固结不排水三轴试验研究
• 4153 •
累积百分比/%
100 90 80
70 60 50 40 30 20 10 0 10.000
F2 砂土 F5 砂土
1.000
saturated loose sand during CU triaxial shear test
3 试验方法简介
本试验所用 F2 和 F5 砂土样分别取自土坝的坝 基和坝体部位，为固结不排水三轴试验。砂土样的 物理性质指标及颗分曲线分别见表 1 和图 3。
试验步骤和方法：(1) 砂土样采用湿击样法制 备(根据文[14]，该法可以得到较大范围孔隙比的试 样)，试样直径 D = 3.91 cm、高 h = 8 cm，分 5 层击 实；(2) 采用试样在压力室内抽气饱和的方法[15]，
200
100
0
0
200
400
600
p′/%
(c) F2 砂土样(ρd= 1.40 g/cm3)
400 围压/kPa
100
300
200
300
400 200
(完整版)土力学与地基基础习题集与答案第7章.doc
第 7 章土的抗剪强度一、简答题1.土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数，也就是土的强度指标，为什么？【答】土的抗剪强度可表达为，称为抗剪强度指标，抗剪强度指标实质上就是抗剪强度参数。
2.同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的，为什么？【答】对于同一种土，抗剪强度指标与试验方法以及实验条件都有关系，不同的试验方法以及实验条件所测得的抗剪强度指标是不同。
3.何谓土的极限平衡条件？粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同？4.为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面？如何确定剪切破坏面与小主应力作用方向夹角？【答】因为在剪应力最大的平面上，虽然剪应力最大，但是它小于该面上的抗剪强度，所以该面上不会发生剪切破坏。
剪切破坏面与小主应力作用方向夹角5.试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同？并指出直剪试验土样的大主应力方向。
【答】直剪试验土样的应力状态：；三轴试验土样的应力状态：。
直剪试验土样的大主应力作用方向与水平面夹角为900。
6.试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。
7.根据孔隙压力系数A、B 的物理意义，说明三轴UU和CU试验中求A、B 两系数的区别。
【答】孔隙压力系数 A 为在偏应力增量作用下孔隙压力系数，孔隙压力系数 B 为在各向应力相等条件下的孔隙压力系数，即土体在等向压缩应力状态时单位围压增量所引起的孔隙压力增量。
三轴试验中，先将土样饱和，此时B=1，在UU 试验中，总孔隙压力增量为：；在CU试验中，由于试样在作用下固结稳定，故，于是总孔隙压力增量为：8.同钢材、混凝土等建筑材料相比，土的抗剪强度有何特点？同一种土其强度值是否为一个定值？为什么？答】（ 1）土的抗剪强度不是常数；（ 2）同一种土的强度值不是一个定值；（3）土的抗剪强度与剪切滑动面上的法向应力相关，随着的增大而提高。
9.影响土的抗剪强度的因素有哪些？【答】（1）土的基本性质，即土的组成、土的状态和土的结构，这些性质又与它的形成环境和应力历史等因素有关；（2）当前所处的应力状态；（3）试验中仪器的种类和试验方法；（ 4）试样的不均一、试验误差、甚至整理资料的方法等都会影响试验的结果。
土力学课后习题详解
V SL S V0 H L H
从孔隙压缩引起体积变化角度有 V
e1 e2 Vs 1 e1 Vs
e1 e2 1 e1
二者相等，得到压缩量 S
e1 e2 H ；由已知条件： e1 0.80 ， e2 0.606 ，代 1 e1
入即得压缩量 S=0.323 m=32.3 cm
解：孔隙比 e
G s 1 w
w 1
2.7 1 0.06 1 0.789 ，为定值 1.60
d
ms Gs w V 1 e
ms
GsV w 2.7 100 1 150.92 g 1 e 1 0.789
初始含水 m w1 0.06 150 .92 9.055 g
-1-
饱和含水 m w 2 wsat m s
e 0.789 ms 150 .92 44 .10 g Gs 2.7
所以 100cm3 土样中应加 mw 44 .10 9.055 35 g 的水。
(1-4) 有土料 1000g，它的含水率为 6.0%，若使它的含水率增加 16.0%，问需加 多少水？
2012性质和工程分类 ...................................................................................... - 1 第二章 土的渗透性.............................................................................................................. - 5 第三章 地基中的应力计算.................................................................................................. - 7 第三章 土的压缩性与基础的沉降计算 ............................................................................ - 11 第四章 土的抗剪强度........................................................................................................ - 17 本章重难点提要................................................................................................................ - 17 本章习题............................................................................................................................ - 17 第六章 土压力.................................................................................................................... - 23 本章重难点提要................................................................................................................ - 23 本章习题............................................................................................................................ - 24 专题：土压力理论在基坑工程中的应用 ........................................................................ - 34 第七章 土坡稳定分析........................................................................................................ - 40 本章习题............................................................................................................................ - 40 各类计算方法总结............................................................................................................ - 47 第八章 地基承载力............................................................................................................ - 48 -
土质学与土力学习题及答案
第一章土的物质成分与结构1.在一土样中，小于1mm的颗粒占98%，小于0.1mm的占59%，小于0.01mm的占24%，小于0.001mm 的占11%。
绘出粒度累积曲线，并求有效粒径及不均匀系数。
2.什么是有效粒径？它是依据什么定义的？试根据经验公式k=d102，式中k为渗透系数（cm/s），d10为有效粒径（mm），估算《土质学与土力学》中土样B、D的渗透系数。
3.筛析法和沉降法测得的粒径在概念上有和区别？4.从结晶结构差异性，说明由蒙脱石、伊利石和高岭石类粘土矿物在一系列工程性质的差异性。
5.什么是双电层、扩散层？从影响扩散层厚度变化的因素和离子交换讨论改善粘性土土质的可能性。
6.用简图表示由蒙脱石组成的土中的水的类型，并说明其中各种水对土的性质的影响。
7.区分下列两组概念：（1）粘粒、粘土矿物、粘土；（2）毛细水、毛细现象。
8.从粘性土的结构特点说明其重塑后为何强度降低？强度降低的程度用何指标度量？9.取50g小于0.075mm土样，作沉降分析，用比重计在深度100mm处经过51.6分钟测得的密度为1.0078g/cm3。
求测点处的粒径及该粒径的累计百分含量。
（ρs=2.65g/cm3，V=1000ml，η=0.001Pa.sec）第二章土的物理性质1.用100ml比重瓶测定土的比重，瓶质量20g，瓶和干土质量35g，水充满比重瓶刻度时土样、瓶、水总质量为129.5g（20°C），比重瓶只充满水时质量为120g，求Gs。
2.由环刀中取出的饱水粘土试样的总质量为152.6g，干土质量为105.3g，固体颗粒的比重为2.7。
确定这个试样的含水量、孔隙比、孔隙度和重力密度。
3.有一密度为1.54g/cm3，含水量为80%的饱和土试样，试求此试样的孔隙比和土粒比重（提示：可用三相图求解，可假设Vs=1）。
4.试求含水量35.6%的土饱和度分别为28%和65%的孔隙比（土粒比重为2.65）。
基于静力触探试验的软土不排水抗剪强度研究
基于静力触探试验的软土不排水抗剪强度研究摘要：第四系淤泥及淤泥质黏土的力学参数具有空间随机分布和变异性等规律，准确获取土体的强度参数是工程勘察的重要内容。
静力触探试验作为应用最为广泛的原位测试方法之一，在确定第四系软土不排水抗剪强度方面具有明显优势。
本文依托安徽省某岩土工程勘察项目，采用回归分析方法，建立静力触探试验与室内试验中不同试验方法获取的不排水抗剪强度之间的相关关系，研究成果表明，随着净锥尖阻力的增加，黏性土的不排水抗剪强度呈线性增加，采用不同的理论圆锥系数能够较好地拟合室内试验不同方法获取的抗剪强度参数，且理论圆锥系数范围在13.25～22.93之间，拟合公式具有较强的实用性。
关键词双桥静力触探；第四系黏性土；软土；不排水抗剪强度；岩土工程勘察0 引言第四系黏性土层，其特殊的沉积环境造成土体的物理力学特征与一般的黏性土有所区别，主要表现地表层往往分布广泛的淤泥及淤泥质黏土层，而随着土层深度的增加，黏性土与混合了粉土、粉砂等细颗粒，造成土体的力学参数具有空间随机分布和变异性等规律，因此，准确获取土体的强度参数是工程勘察的重要内容[1]。
目前，确定土体的强度指标，常采用室内试验方法和原位测试方法，由于淤泥及淤泥质黏土的强度较低，且具有一定的结构性特征，利用室内试验方法确定其不排水抗剪强度时，需要对土体进行高质量取样，且在运输和制备室内试样的过程中，不可避免地对样品造成应力释放和扰动，因此，有试验表明，室内试样确定的黏性土抗剪强度参数与实际情况存在较大差异[2-4]。
原位测试方法成为确定软土不排水抗剪强度的很重要途径，而静力触探试验方法具有无需取样、保持土体的天然含水率、天然应力状态、操作方便、测试时间短、设备成熟、测试成果可靠等优点，在安徽地区的土层中得到广泛应用。
双桥静力触探试验是通过将带有传感器的探头以一定速率匀速贯入土层中，获取锥头阻力和侧摩阻力参数，以此推演土体的抗剪强度。
本文依托安徽某岩土工程勘察，采用回归分析方法，建立静力触探试验与室内试验中不同试验方法获取的不排水抗剪强度之间的相关关系，以表征两者之间的数理关系，以达到工程经验总结以及提高室内试验精度的目的。
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第31卷第7期 岩 土 力 学 V ol.31 No.7 2010年7月 Rock and Soil Mechanics Jul. 2010收稿日期：2009-04-24基金项目：国家自然科学基金资助项目（No. 50639010）；东北电力大学博士科研启动基金项目（No. BSJXM-200917）；河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室开放基金（No. GH200803）。
第一作者简介：郝冬雪，女，1981年生，博士，主要从事孔扩张理论及原位测试机理研究。
E-mail: haodongxue@SBPT 测定饱和黏土不排水强度的数值分析郝冬雪1, 2，陈 榕2，栾茂田2，武科3, 4（1.东北电力大学 建筑工程学院，吉林 吉林 132012；2.大连理工大学 海岸和近海工程国家重点试验室，辽宁 大连 116085；3.山东大学 岩土与结构工程研究中心，济南 250061；4.河海大学 重点试验室，南京 210098）摘 要：自钻式旁压试验（SBPT ）因其扰动小、测试深度大、可以获得应力-应变、超孔隙水压力-时间等数据，在确定地基土性参数和地基承载力上有广阔的应用前景。
然而由于用以解释SBPT 的柱孔扩张理论（Gibson 解）所采用的平面应变假设与实际旁压腔几何特征存在差异，导致试验所确定的黏土不排水剪切强度s u 与其他原位试验或室内试验结果存在差别。
针对旁压腔几何尺寸及应变区间的选择对确定s u 的影响，基于修正剑桥模型，采用低渗透系数控制加载过程中不排水条件，利用有限元法模拟SBPT ，建议了不同应力历史下确定s u 的应变区间，并给出考虑几何尺寸影响时相应应变区间上s u 的修正系数。
关 键 词：孔扩张理论；自钻式旁压试验；不排水剪切强度；修正剑桥模型；应变区间 中图分类号：TU 431 文献标识码：ANumerical analysis of SBPT for estimation of undrained shear strengthHAO Dong-xue 1, 2, CHEN Rong 2, LUAN Mao-tian 2, WU Ke 3, 4(1. School of Architecture Engineering, Northeast Dianli University, Jilin, Jilin 132012, China; 2. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116085, China; 3. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering; Shandong University,Jinan 250061, China;4. State Key Laboratory of Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, 210098, China)Abstract: The self-boring pressuremeter(SBP) has proved to be a useful tool for geotechnical engineering to determine the in situ properties of soils due to its small disturbance, long measurement depth, versatile data such as stress-stain, excess pore pressure-time. The conventional interpretation methods of the SBP testing (Gibson et al, 1961) have typically been based on the one-dimensional expansion of a cylindrical cavity by assuming that the pressuremeter can be treated as infinitely long, leading to an overestimation of soil shear strength by pressuremeter testing. The study of two-dimensional geometry effects and choices of strain range in pressuremeter curves on undrained shear strength based on modified Cam clay model is performed. Strain ranges for different stress histories have been proposed by comparing the results of finite element method with the solutions of cylindrical cavity expansion. And corrections of undrained strength in proposed strain range for the effect of length diameter ratio of SBP are carried out. Key words: cavity expansion; self-boring pressuremeter; undrained shear strength; modified Cam clay model; strain range1 引 言自钻式旁压试验（SBPT ）因其扰动小、测试深度大、可以获得应力-应变、超孔隙水压力-时间等试验数据，在确定地基土性参数和地基承载力上有广阔的应用前景。
大多数旁压试验的机理分析都基于柱孔扩张理论，假设旁压腔无限长，满足平面应变条件，而实际上，旁压仪长度有限，探头附近的土体变形并不符合平面应变变形条件。
许多研究[1－2]认为，利用Gibson 和Anderson 解[3]确定不排水剪切强度时，几何尺寸的假设是造成自钻式旁压试验所确定的不排水剪切强度与高质量室内试验结果或其他原位试验结果存在差异的主要原因。
Houlsby 等[4]基于Tresca 理想弹塑性模型，利用有限元法分析了旁压腔长径比/L D 的影响，给出不同/L D 和不同刚度指标r u (/)I G s 下的G 和u s 的修正系数图。
但根据Houlsby 法，以修正的G 和u s 作为输入参数重新进行计算，得到的旁压曲线与理论曲线不重合，即Houlsby 的修正系数不十分准确。
因此，Shuttle 等[5]用IFM 法（iterative forward modelling ），第7期郝冬雪等：SBPT测定饱和黏土不排水强度的数值分析通过反复有限元迭代计算，直至用修正的强度参数再进行有限元计算时得到的旁压曲线与理论曲线很好地吻合，然后计算考虑/L D影响时不排水剪切强度修正系数。
Yu等[6]基于临界状态理论对不排水条件下旁压试验进行有限元模拟，给出3个不同应变区间上us的修正结果。
不同应变区间的选择对确定us的影响较大，且各应变区间上对应的us修正系数也有差别，但文中未建议确定us的应变区间。
目前，国内SBPT的应用仍不普遍，且考虑旁压腔有限长度对推求土性参数影响的研究尚少。
为此，本文基于修正剑桥模型，利用有限元法模拟自钻式旁压试验的扩张过程，分析了采用Gibson和Anderson解[3]时旁压仪长径比对不排水剪切强度的影响。
通过与Cao的解析解[7]进行比较，建议了不同应力历史下确定饱和黏土us的应变区间，并给出考虑/L D影响时相应区间上us修正系数，为自钻式旁压试验推求黏土不排水剪切强度的修正提供理论参考。
2 确定饱和黏土不排水剪切强度的孔扩张理论用来分析饱和黏土中旁压试验的孔扩张理论均假设旁压腔周围土体处于轴对称平面应变的变形状态及扩孔过程中为完全不排水条件。
2.1 Gibson和Anderson解Gibson和Anderson[3]首次利用孔扩张理论从旁压试验曲线推求土体工程参数。
分析中视土体为理想弹塑性Tresca材料，采用总应力公式，得到塑性加载阶段的理论孔扩张曲线：[]h0u u u1ln(/)ln(/)P s G s s V Vσ=+++∆（1）式中：222/()/V V a a a∆=−为体应变vε；a和a分别为现时孔径和初始孔径；对于小应变，vε=c022/a aε=∆，其中cε为孔应变；P和h0σ分别为旁压腔总压力和初始原位水平应力；G为土体剪切模量。
式（1）表明，在以扩孔压力-对数体应变形式绘制的旁压曲线上，塑性部分的斜率（应该是直线）即为土体的不排水剪切强度us。
2.2 等容剪切理论Baguelin等[8]、Palmer[9]和Ladany[10]几乎在同一时期提出从旁压加载试验结果推出完整的应力-应变关系的方法，由剪应力-应变关系的峰值确定不排水剪切强度。
该方法的重要特征在于除流动法则（即不排水加载时的不可压缩性）外无需假设应力-应变关系的具体形式。
由不可压缩条件和剪应力定义可导出孔扩张曲线：ch0c cdPεστε=+∫（2）由式（2）可得剪切应力-应变关系如下：c cd dPτεε=（3）式中：τ为剪应力；cd dPε由旁压曲线cPε−获得。
有研究表明[11－12]此方法对初始扰动和所选择的应变数据非常敏感。
2.3 基于修正剑桥模型的解析解Cao等[7]基于修正剑桥模型推得柱形孔扩张的极限偏应力uq，()u02q Mp RΛ′=。
假设土体初始应力状态各向同性，则不排水剪切强度s u为()u u02s q Mp OCR′==（4）式中：p′为初始平均有效应力；M为p′-q平面上临界状态线的斜率；等向超固结比c0OCR p p′′=，cp′为最大平均固结压力；塑性体应变比Λ=1κλ−，κ为SL线在v-ln p′平面上的斜率，λ为CSL线在v-ln p′平面上的斜率；其中SL和CSL分别为剑桥模型中的回弹线和临界状态线。
2.4 旁压仪几何尺寸影响的修正系数Gibson等基于平面应变假设推导了旁压曲线的解析表达，并据此建议了从旁压曲线确定us的方法。