工程地质知识：不固结不排水抗剪强度.doc

利用落锥试验确定深水软黏土的不排水抗剪强度王虎刚;周松望【摘要】不排水抗剪强度是黏性土的重要力学指标,在边坡稳定性分析、地基和桩基承载力的计算中都有广泛的应用.在国内海洋勘察工程中,通常软黏土不排水抗剪强度的确定方法有不固结不排水三轴压缩试验、手动十字板试验、电动十字板试验和无侧限压缩试验等.中国南海北部陆陂深水海域,海底浅层沉积物多为饱和软土,这种软土土质比较均一,具有高含水量、高液限和塑性指数、容重小、抗剪强度低等特点,从而使这种沉积物与常规意义上的饱和软土特性相比可能存在差异,利用落锥试验方法确定其黏性土不排水抗剪强度,具有很强的适用性.本文介绍了落锥试验的试验方法和试验关键技术点,通过该深水海域两个孔位的部分土质资料对比,说明落锥试验确定的黏性土不排水抗剪强度与海上工程设计、分析中使用的不排水抗剪强度具有很好的相关关系.【期刊名称】《海岸工程》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】8页(P25-32)【关键词】落锥试验;深水软黏土;均质土;不排水抗剪强度【作者】王虎刚;周松望【作者单位】中海油田服务股份有限公司,天津塘沽300451;中海油田服务股份有限公司,天津塘沽300451【正文语种】中文【中图分类】TU411.7目前，在国内海洋勘察工程中，土体的不排水抗剪强度一直是工程设计计算当中最重要的参数之一，准确确定土的不排水抗剪强度，一直是各国研究者和工程技术人员重点关注的内容[1]。

土的不排水抗剪强度受多方面因素的影响，如试验方法、加荷速率、初始应力状态、应力路径等[2]。

有很多种方法可以用来确定土的不排水抗剪强度，常规的试验方法有不排水不固结三轴压缩试验(Unconsolidated-Undrained Triaxial Compression Test，UU)，手动十字板试验，袖珍贯入试验，电动十字板试验(Miniature Vane Test,MV)等。

落锥试验作为一种测试黏性土液限的方法，已被许多国家采用并列入相应的土工试验规程。

土木工程知识点-软土地基岩土工程现场勘察与数据处理软土地基的基本特征所谓的软土是指外观以灰色为主、天然孔隙比大于或者等于1.0、天然含水量大于或等于液限的细粒土。

软土的基本特征主要有：1、透水性较差虽然软土含水量很高，但是透水性较差。

透水性差，就导致了修建在软土地基之上的建筑物沉降延续时间较长，有的甚至在数年以上。

在软土地基加载初期，会出现较高的孔隙水压力，从而整个地基的强度都会受到不同程度的影响。

2、强度差根据试验，软土在结构未被破坏时具有一定的抗剪强度，但一经扰动，抗剪强度将显著降低。

软土的不排水抗剪强度一般小于20kPa，承载力很低，边坡稳定性极差。

3、不均匀考虑到软土所沉积与形成的环境不同，其土质的均匀性较差。

因此，在实际的岩土工程当中，很容易出现不均匀的沉降问题。

4、触变性当原状土受到扰动后，由于土体结构遭到破坏，强度会大幅度降低。

触变性用灵敏度St表示，软土属于高灵敏土或极灵敏土，受到振动荷载后，易产生侧向滑动、挤出等现象。

5、流变性软土在长期荷载作用下，除产生排水固结引起的变形外，还会发生剪切变形。

剪切变形发展缓慢，延续时间较长，对建筑物地基沉降及边坡稳定性均有不利影响。

6、高压缩性软土属高压缩土，压缩系数较大。

因此软土地基上建筑物沉降较大。

2软土地基岩土勘察的基本流程1、确定等级在等级上，需要通过现场、地基设计等的难易程度以及规范标准与工程的实际情况进行划分。

2、确定勘察措施和工作量在实际的软土地基勘察之时，首先要对总体的工作量进行确定，进而选择好勘察的具体措施。

例如：在勘察点的布置上，应在建筑物或高层地下室的周边进行布置，按照勘察规范将间距与孔深设定好，并且将工程的钻孔数量统计出来。

另外，需要规范化的设定钻孔的标准与深度，最终将整个工程的基本采样与工程量进行汇总，进而制定出详细的计划，确保勘察的高质量。

3、确定取样的数量考虑到前期工程的工作量，需要将取样的数量标准确定，从而制定出一个完善的流程，确保试验的充分，并且将具体的时间加以明确，为了后续的工程开展提供一定的参考数据。

第四章 排水固结法排水固结法：是利用天然在地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体，通过预先在地表进行加载预压或利用建筑物自重使土体中孔隙水逐渐排出、土体逐渐固结，地基土逐渐压密，强度逐步提高的方法，或者利用井点降水，利用插入土中的通电电极使土中水发生渗流以达到区域土体自重应力的增加，从而使土体逐渐压密的方法。

排水固结法由排水系统和加压系统两部分组成。

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--⎪⎩⎪⎨⎧联合法电渗法降低地下水位法真空法堆载法加压系统砂垫层水平排水体塑料排水带袋装砂井普通砂井竖向排水体排水系统排水固结 排水系统：主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。

该系统是由水平排水层和竖向排水体构成。

可以由在土中打设的砂井、袋装砂井、或塑料排水带等竖向排水体同地面铺设的砂石垫层构成；也可以利用天然地基中夹粉砂薄层的“千层糕”状土；当软土层较薄，或土的渗透性较好时，而施工工期允许时，可仅在地表铺设一定厚度的砂垫层作为排水系统。

加压系统：起固结作用的荷载，使地基土的固结压力增加而产生固结。

根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为：堆载预压法；砂井（袋装砂井、塑料排水带）堆载预压法；真空（砂井、袋装砂井、塑料排水带）预压法；堆载——真空预压法、降水预压法和电渗法。

降水预压法和电渗法费用较高，在我国工程应用极少。

堆载预压法和砂井预压法的区别：堆载预压法是利用天然地基作为排水系统，其固结排水过程是一维排水过程；而砂井预压法则是在地基中设置了竖向排水体，其固结排水过程为三维排水过程。

如果饱和软土较薄（〈5m 〉或固结系数较大（s cm c v /1022->）或土层内为“千层糕”状土时，则不需要很长时间就可获得较好的预压效果；反之，饱和粘土层比较深厚（10m ），而固结系数又较小（s cm c v /1023-<），则排水固结所需的时间很长，堆载预压的地基就受到了限制，则宜在软土中设置竖向排水体。

第二章排水固结法2.1概述软粘土地基：含水量大、透水性差，强度低，高压缩性；沉降变形大，持续时间较长；地基承载力和稳定性均难以满足工程要求，需要采取某种工程措施。

排水固结法是处理软粘土地基最基本有效方法之一。

该方法先在地基中设置砂井等竖向排水体系，对场地先行加载预压、或利用建筑物自重分级逐渐加载，使土体在孔隙水的排出过程中逐渐固结。

排水固结法可以有效地解决两方面问题：(1)沉降变形问题。

地基沉降在加载预压期间大部或基本完成，建筑物使用期不致产生过大的基础沉降变形；(2)稳定性问题。

地基土的抗剪强度加速增长，从而有效地提高地基士的承载力和稳定性。

排水固结法：(1)排水系统：竖向排水体—普通砂井袋装砂井塑料排水板水平排水体—砂垫层(2)加压系统：堆载法真空法降低地下水位法电渗法联合法2.2基本原理2.2.1 地基排水固结的基本原理饱和软粘土地基在荷载作用下，随着孔隙中的水被慢慢挤出：(1)孔隙体积逐渐减小，地基发生固结变形；(2)超孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐增高，地基土的强度逐步增长。

图2-1表明，当地基土的天然周结压力为σ0′时，其孔隙比为e0，在e～σ′坐标上其相应点为 a 点。

当压力增加△σ′，固结终止时变为 c 点，孔隙比减小△e，曲线abc称为压缩曲线。

与此同时，抗剪强度与固结压力成正比由 a 点提高到 c 点。

由此可见，地基士受压固结时。

一方面孔隙比减小而产生压缩，另一方面抗剪强度得以提高。

如从c点卸除压力△σ′，则土体发生膨胀．图中 cef即为卸荷膨胀曲线；若从 f 点再加压△σ′，土体发生再压缩，沿虚线变化到 c′。

从其再压缩曲线fgc′可知，固结压力同样从σ0′增加△σ′，而孔隙比减小值为△e′，显然△e′≤△ e 。

图2-1 地基土的压密原理显然，如果在地基土层上先施加一个和上部结构荷载相同的压力进行预压，使土层固结（相当于压缩曲线 abc ），然后卸除荷载（相当于膨胀曲线 cef ）再建造建筑物（相当于再压缩曲线 fgc ' ），此时建筑物所引起的沉降即可大为减小。

第6章土的抗剪强度6.1 学习要求学习要点：掌握库伦定律及强度理论；掌握抗剪强度的测定方法。

了解饱和粘性土的抗剪强度及应力路径。

重点和难点：土的抗剪强度指标的测定，土的强度理论。

6.2 学习要点1. 土的抗剪强度理论★库伦公式土的抗剪强度表达式(库伦公式)为：无黏性土 ϕστtan f = (6-1) 黏性土 ϕστtan f +=c (6-2) 式中 f τ——土的抗剪强度(kPa) ;σ——剪切滑动面上的法向总应力(kPa)；c ——土的黏聚力(kPa) ;ϕ——土的内摩擦角(°)。

c 、ϕ统称为土的抗剪强度指标(参数)。

在στ-f 坐标中(图6-1)，库伦公式为一条直线，称为抗剪强度包线。

ϕ为直线与水平土力学与地基基础学习与考试指导·2· 轴的夹角，c 为直线在纵轴上的截距。

土的抗剪强度不仅与土的性质有关，还与试验时的排水条件、剪切速率、应力状态和应力历史等许多因素有关，其中最重要的是试验时的排水条件。

★抗剪强度的总应力法和有效应力法根据太沙基的有效应力概念，土体内的剪应力只能由土的骨架承担，因此，土的抗剪强度f τ应表示为剪切破坏面上的法向有效应力σ'的函数，即ϕσϕστ'-+'=''+'=tan )(tan f u c c(6-3) 式中 c '、ϕ'——分别为有效黏聚力和有效内摩擦角，统称为有效应力强度指标，对无性土，c '=0;σ'——剪切滑动面上的法向有效应力;u ——孔隙水压力。

因此，土的抗剪强度有两种表达方法，一种是以总应力σ表示剪切破坏面上的法向应力，其抗剪强度表达式为式(6-1)和式(6-2)，称为抗剪强度总应力法，相应的c 、ϕ称为总应力强度指标(参数)；另一种则以有效应力σ'表示剪切破坏面上的法向应力，其表达式为式(6-3)，称为抗剪强度有效应力法， c '、ϕ'称为有效应第6章 土的抗剪强度 ·3·力强度指标(参数)。

第47卷第10期2014年10月土木工程学报CHINA CIVIL ENGINEEＲING JOUＲNALVol．47Oct．No．102014基金项目：国家自然科学基金（40406019），浙江省公益技术应用研究项目（2014C33037）作者简介：曹宇春，博士，副教授收稿日期：2013-08-14固结后软黏土不排水抗剪强度简化计算方法比较曹宇春（浙江科技学院，浙江杭州310023）摘要：由于剪切破坏时的孔压难于确定，软黏土的稳定分析常采用不排水强度分析法。

文中简要回顾计算软黏土不排水抗剪强度的Mesri 法、Ladd 法和有效固结应力法，推导相应的计算不排水抗剪强度全量和固结后增长量的简化公式。

结合杜湖水库土坝和东海塘海堤试验段两个工程实例，分别用3种简化方法计算了不同加载和固结阶段地基土的抗剪强度，并与现场十字板强度进行对比。

分析表明：对于固结后不排水抗剪强度的增量，有效固结应力法、Mesri 法和Ladd 法的计算值与实测值均较为吻合；由于有效固结应力法计算的抗剪强度增长值普遍略高于实测值，文中建议了相应的修正公式；用有效应力法计算土体固结后的强度增量结果明显大于实测结果。

关键词：软黏土；不排水抗剪强度；固结；强度增长量；有效固结应力法；Mesri 法；Ladd 法中图分类号：TU411．7文献标识码：A文章编号：1000-131X （2014）10-0107-10A comparison of simplified calculation methods of undrained shearstrength of soft clays after consolidationCao Yuchun（Zhejiang University of Science ＆Technology ，Hangzhou 310023，China ）Abstract ：Undrained strength methods are generally used in the stability analysis of soft clays due to the difficulty of determining the pore water pressure during shearing failure．Mesri method ，Ladd method and effective consolidation stress method are briefly reviewed ，and the corresponding simplified equations are derived to calculate the total value and the increased one of undrained shear strength after consolidation．Based on Duhu reservoir earth dam and Donghaitang sea embankment test projects ，three simplified methods are applied to calculate the undrained shear strengths of ground soils in different loading and consolidation stages ，and then the calculated results are compared with the field vane shear strengths．For undrained shear strength increments after consolidation ，the calculated values by using three methods are all in good agreement with the measured ones．Due to the fact that the calculated strength increments by using effective consolidation stress method are generally greater than the measured ones ，the effective consolidation stress method is revised．Consequently ，the calculated strength increments after consolidation using effective stress method are obviously greater than the measured ones．Keywords ：soft clay ；undrained shear strength ；consolidation ；strength increment ；effective consolidation stress method ；Mesri method ；Ladd method E-mail ：shtjcyc@163．com引言在工程实践中，对于软黏土体的稳定分析，常常涉及到饱和软黏土的抗剪强度取值问题。

土木建筑工程：土的抗剪强度考点巩固（三）1、判断题除土的性质外，试验时的剪切速率是影响土体强度的最重要的因素。

正确答案：错参考解析：改“剪切速率”为“排水条件”。

2、单选现场十字板试验得到的强度与室内试验哪种试验方法测得（江南博哥）的强度相当？A．慢剪B.固结快剪C.快剪正确答案：C3、问答题已知地基中一点的大主应力为σ1，地基土的粘聚力和内摩擦角分别为c和φ。

求该点的抗剪强度τf。

正确答案：4、问答题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。

正确答案：直剪试验土样的应力状态：σ3=0，σ1≠0；三轴试验土样的应力状态：σ31≠0。

直剪试验土样的大主应力作用方向与水平面夹角为90°。

5、单选在下列影响土的抗剪强度的因素中，最重要的因素是试验时的()。

A.排水条件B.剪切速率C.应力状态D.应力历史正确答案：A6、填空题粘性土处于应力极限平衡状态时，剪裂面与最大主应力作用面的夹角为（）。

正确答案：45°+φ/27、单选当摩尔应力圆与抗剪强度线相离时，土体处于的状态是：A.破坏状态B.安全状态C.极限平衡状态D.主动极限平衡状态正确答案：B参考解析：当摩尔应力圆与抗剪强度线相离时，说明土体中任一面上所受剪应力均小于土的抗剪强度，土体处于安全状态；当摩尔应力圆与抗剪强度线相切时，说明土体在切点所对应的面上所受剪应力等于土的抗剪强度，土体处于极限平衡状态；当摩尔应力圆与抗剪强度线相交时，土体处于破坏状态。

8、单选下面有关直接剪切试验的叙述中，正确的是()。

A.土样沿最薄弱的面发生剪切破坏B.剪切面上的剪应力分布不均匀C.剪切面上的剪应力分布均匀D.试验过程中，可测得孔隙水压力正确答案：B9、问答?某饱和软土地基，，静止侧压力系数K0=1.0，地下水位在地基表面处。

今在地基上大面积堆载50kPa，试求地基中距地面5米深度处.与水平面成55°角的平面上且当土的固结度达到90%时，土的抗剪强度是多少？强度的净增长值为多少？正确答案：10、单选固结排水条件下测得的抗剪强度指标适用于：A.慢速加荷排水条件良好地基B.慢速加荷排水条件不良地基C.快速加荷排水条件良好地基D.快速加荷排水条件不良地基正确答案：A参考解析：三轴压缩试验分为固结排水、不固结不排水和固结不排水三种剪切试验方法，固结排水是在施加周围压力时允许排水固结，待固结完成后，再在排水条件下施加竖向压力至并待试样剪切破坏。

东北大学班级：土木1003组长：邢民组员：修佳林，孙为，周锦涛，薛普琛，张忠江，张彧有关不同实验所得的抗剪强度指标c、φ值的应用范围研究根据题意有四种试验方法：（1）不固结不排水试验（快剪）（2）固结不排水试验（固结快剪）（3）固结排水试验（慢剪）（4）三轴压缩试验1.根据《土力学地基基础》，作者：陈希哲第四版教材第151页指出：（1）三轴压缩试验应用范围：三轴压缩试验，实质上是三轴剪切试验。

这是测试土体抗剪强度的一种较精准的试验。

因此，在重大工程与科学研究中经常进行三轴压缩试验。

国家《建筑地基基础设计规范》规定，甲级建筑物应采用三轴压缩试验。

对于其他等级建筑物，如为可塑状粘性土与饱和度不大于0.5的粉土时，可采用直剪试验。

根据三轴压缩试验过程中试样的固结条件与空隙水压力是否消散的情况，可分为三种试验方法，同一试样，采用不同方法的试验方法，试验结果所得到的抗剪强度指标c与φ的值一般不相同。

（2）不固结不排水试验在试样施加周围压力之前，即将试样的排水阀关闭，在不固结的情况下即施加轴向力进行剪切。

在剪切过程中排水阀始终关闭，即不排水。

在整个试验过程中不让土中的水排出，使试样中始终存在空隙水压力，因此土中偶笑应力减少，所以试验结果测得的抗剪强度值最小。

（3）固结不排水试验这种试验方法与上述不固结不排水试验的不同之处为：施加周围压力时，试样充分排水固结。

固结后在快速施加水平剪力，这样测得的试验结果抗剪强度值居中。

（4）固结排水试验此方法与固结不排水的主要区别是在剪切过程中，自始至终打开排水阀，剪切速度缓慢。

每次剪切后都固结排水，使试样在整个试验过程中都处于充分排水条件下，这种实验结果测得的抗剪强度值最大。

根据文献关于土的抗剪强度应用的探讨缪志萍(江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003)2.强度指标在工程上的应用范围（1）有效应力强度指标与总应力强度指标土的抗剪强度指标分为有效应力强度指标和总应力强度指标。