土地抗剪強(qiáng)度-粘聚力和內(nèi)摩擦角

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案土的抗剪強(qiáng)度-粘聚力和內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角與黏內(nèi)聚力：土的抗剪強(qiáng)度由滑動(dòng)面上 土的黏聚力阻擋剪切和土的內(nèi)摩阻力 兩局部組成.內(nèi)摩擦角大小取決于土粒間的摩阻力和連鎖作用,內(nèi)摩擦角反映了土的摩阻性質(zhì) .黏聚力是黏性土的特性指標(biāo),黏聚力包括土粒間分子引力形成的原始黏聚力和土中化合物的膠結(jié)作用形成的 固化黏聚力.因而內(nèi)摩擦角與黏聚力是土抗剪強(qiáng)度的兩個(gè)力學(xué)指標(biāo).土的抗剪強(qiáng)度指土對(duì)剪切破壞的極限反抗水平,土體的強(qiáng)度問(wèn)題實(shí)質(zhì)是土的抗剪水平問(wèn)題土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩擦角0、黏 內(nèi)聚力C0土的內(nèi)摩擦角°c土的粘聚力KPa0、c與土的性質(zhì)有關(guān),還與實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)條件有關(guān).因此,談及強(qiáng)度指標(biāo)時(shí),應(yīng)注

2、明它的試驗(yàn)條件.直剪實(shí)驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)等土的抗剪強(qiáng)度第一節(jié)概述建筑物由于土的原因引起的事故中,一局部是沉降過(guò)大,或是差異沉降過(guò)大造成的；另一方面是由于土體的強(qiáng)度破壞而引起的.對(duì)于土工建筑物如：路堤、土壩等來(lái)說(shuō),主 要是后一個(gè)原因.從事故的災(zāi)害性來(lái)說(shuō),強(qiáng)度問(wèn)題比沉降問(wèn)題要嚴(yán)重的多.而土體的破壞通常都是剪切破壞；研究土的強(qiáng)度特性,就是研究土的抗剪強(qiáng)度特性. 土的抗剪強(qiáng)度T f :是指土體反抗抗剪切破壞的極限水平,其數(shù)值等于剪切破壞時(shí)滑動(dòng)的剪應(yīng)力. 剪切面剪切帶：土體剪切破壞是沿某一面發(fā)生與剪切方向一致的相對(duì)位移,這個(gè)面通常稱(chēng)為剪切面.其物理意義：可以認(rèn)為是由顆粒間的內(nèi)摩阻力以及由膠結(jié)物和束縛水膜的

3、分子引力所造成的粘聚力所組成.無(wú)粘性土一般無(wú)連結(jié),抗剪強(qiáng)度主要是由顆粒間的摩擦力組成,這與粒度、密實(shí)度和含水情況有關(guān).粘性土顆粒間的連結(jié)比擬復(fù)雜,連結(jié)強(qiáng)度起主要作用,粘性突的抗剪強(qiáng)度主要與連結(jié)有關(guān).決定土的抗剪強(qiáng)度因素很多,主要為：土體本身的性質(zhì),土的組成、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)；而這些性質(zhì)又與它形成環(huán)境和應(yīng)力歷史等因素有關(guān)；此外,還決定于它當(dāng)前所受的應(yīng)力狀態(tài).土的抗剪強(qiáng)度主要依靠室內(nèi)經(jīng)驗(yàn)和原位測(cè)試確定,試驗(yàn)中,儀器的種類(lèi)和試驗(yàn)方法以及模擬土剪切破壞時(shí)的應(yīng)力和工作條件好壞,對(duì)確定強(qiáng)度值有很大的影響.第二節(jié)抗剪強(qiáng)度的根本理論一、庫(kù)侖定律剪切定律1773年法國(guó)學(xué)者在法向應(yīng)力變化范圍不大時(shí),抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的

4、關(guān)系近似為一條直線,這就是抗剪強(qiáng)度的庫(kù)侖定律.無(wú)粘性土匕Tj = b上畧如粘性土；升=7堆診十2式中：rft 土的抗剪強(qiáng)度,Kpaj芒VVVW1,O7：剪切面的法向壓力,加；*1龍扒土的內(nèi)摩擦系數(shù)；4叭土的內(nèi)摩擦甬,度=4C： 土的內(nèi)聚力,驗(yàn)IJ tgi內(nèi)摩療力.4庫(kù)侖宦澤說(shuō)明；土的抗剪強(qiáng)度由土的內(nèi)摩整力.龍單和內(nèi)聚力:兩薔分組成 內(nèi)聲嗓力局爾+JQ蚯上的法向應(yīng)力成正比.其比值為土的內(nèi)摩糜系數(shù)繪機(jī)3表征抗翼強(qiáng)廛指標(biāo)I 土的內(nèi)麻糅舖$和內(nèi)矍力供無(wú)粘性土的戸山內(nèi)讓角熄知主鑒取訣于土竝衰面的粗稅程康和土竝交鐐排列 的flRir 土獨(dú)叢而越韜植,棱角越多,密冥度越丸,那么土的角降槨系飮大.柘性土冊(cè)內(nèi)愛(ài)

5、力取決于土竝®的連結(jié)程席：內(nèi)障耀力口爼"較小尸二、總履力檜和有效應(yīng)力法感應(yīng)力法星用剪切面上朗總應(yīng)力率衰示土的抗勇強(qiáng)度,即主#If -ty +有啟應(yīng)力崔是用曲切面上的有散應(yīng)力林示土的抗韓強(qiáng)度.即r# = a +c sJcTy = d 堪礦 2武書(shū) 齊 孑盛疔,己分別拘有敦內(nèi)摩槨角和有敦內(nèi)矍力* “啊土的抗?1強(qiáng)度與土愛(ài)頼薊酬晌應(yīng)力作甲下的固谿度帯關(guān).而土題腔有較應(yīng)力 柞用下才遜有故應(yīng)力逐淞槪0的過(guò)區(qū)就是土的抗列強(qiáng)匱逐砂加的過(guò)程*剪切面上的法向應(yīng)力與有SS應(yīng)力之閭有如*關(guān)柔t(yī) *a = 口"4功 *土的弓籬主鯽袂于有效應(yīng)力大認(rèn)故抗輕強(qiáng)度的關(guān)系武中皈BH5效應(yīng)力*更埒會(huì)

6、 適.BP: *J- tg1 +cf = 7- u tg+e1 *熱應(yīng)力法邑有效應(yīng)力法的優(yōu)缺點(diǎn)匸權(quán)1- 磁力海優(yōu)懸掙作間4 運(yùn)用方便.C-Kffi直期遊W定0缺點(diǎn)t不挺疫映地基土在實(shí)P徊繪惜況下的抗購(gòu)強(qiáng)度.2, 肖就颶力法；優(yōu)點(diǎn)；理論上比校嚴(yán)輅,能較奸的反映抗尊強(qiáng)度的買(mǎi)質(zhì),能檢驗(yàn)土體處于不同匿站憎況不的稅宦性玦掾I孑將歡壓力的正碉測(cè)宦比*捆準(zhǔn).三-.臭爾庫(kù)侖能壞標(biāo)準(zhǔn)>.莫爾庫(kù)侖破壞蜀姑以庫(kù)侖吿式乃±6爼0址作林藍(lán)強(qiáng)度公武糧竭再應(yīng)力是苦主對(duì)抗期BSE tTf作糠壞標(biāo)準(zhǔn)的理論妬知KK庫(kù)侖破壞理論" 戊莫爾匪侖ift壞準(zhǔn)那么標(biāo)準(zhǔn)h研咒莫樂(lè)庫(kù)侖破壞:理論如何直播用主應(yīng)力張示卜

7、這就 1；莫爾庫(kù)侖破壞誰(shuí)那么.也稱(chēng)土的極隈平衛(wèi)條件.*丨弟元體上的應(yīng)力和應(yīng)力囲-任取某一逝土悔咖加 耳而祖酋磁 在單元體上任取某一fiffi順.那么簿處式*亠疥二;礙十屯+*9-吐處加t - i£F, - cr3 j stn 2a式中：0 i任一柱面inn上粉去向應(yīng)力<F"paj - r ：任一註茴購(gòu)上的勢(shì)應(yīng)力K無(wú)h卍.I；巖大主應(yīng)力：'0 Ji最小王嵐力；.|截而 卿與鍛小主應(yīng)力ft用方佝的夬角.上述應(yīng)力間的關(guān)系也可用應(yīng)力圓莫爾圓表示.文檔大全(T(<Ji +6 )=亠(S -) cos 2d2jr - £(6 - <72)$111 2

8、a取兩式平方和.忡隔應(yīng)力區(qū)飾公式,農(nóng)示ML播世標(biāo)分別為r及"鴿劇*畫(huà)心為少空"0*囲豐苛于玉二巴2 22, 極隈平輛條杵通過(guò)土中一點(diǎn).在礙円咋用F可出現(xiàn)一對(duì)軻切我罪面如圈.它們與愛(ài)卜主ES力作用方向的交辭為一碎詩(shī)這一對(duì)B6裂面之閭的夫角在毎作用方向番于二90-護(hù).從應(yīng)力園的幾何條件可知:ab abU =而h 冷 0 = c£g<p e 匸代人上式得： 環(huán)=進(jìn)一步整理可潯層亠駅刃-礙)C*CtgP+J(CT|+<)£T： H-iTj +2c2«7, +<r3 比-e* cos 響 +a ® *222<7j = &

9、lt;?#£3 (45-y) - 2c ig(45 - ) +22$*1由買(mǎi)置小主應(yīng)力巧圧2式曾F荷457£+N 城4亍十號(hào)可推求土停處WVF極限狀態(tài)時(shí),所能承受飾是大王應(yīng)力&F偌踽謙大王應(yīng)尢中引, 同理,由實(shí)測(cè)G及公武礙二噸"4亍- -2cg45'-可推求土綏氏于 萸限平葡狀態(tài)時(shí)所龍象受的醍屮王應(yīng)力旳ff假設(shè)實(shí)測(cè)營(yíng)小王應(yīng)力為也h *3剎斷a當(dāng) olEl 或 s3f<a3 時(shí)* 土搟牡于穩(wěn)宦平衡卜當(dāng)<rlf=al威口3冋3時(shí)土協(xié)址于鎖柬平循*怏羽不毎水舅國(guó)結(jié)嚨旳:當(dāng)63 或也“岀時(shí),土陞處予尖隱快態(tài) * 匱三節(jié)抗55強(qiáng)匿得試驗(yàn)方法, r

10、按狀憊妊爐1快剪不排水剪這種試驗(yàn)方法要求在剪切過(guò)程中土的含水量不變,因此,無(wú)論加垂直壓力或水平剪力,都必須迅速進(jìn)行,不讓孔隙水排出.適用范圍：加荷速率快,排水條件差,如斜坡的穩(wěn)定性、厚度很大的飽和粘土地基等.2、固結(jié)快剪固結(jié)不排水剪試樣在垂直壓力下排水固結(jié)穩(wěn)定后,迅速施加水平剪力,以保持土樣的含水量在剪切前后基本不變.試用范圍：一般建筑物地基的穩(wěn)定性,施工期間具有一定的固結(jié)作用.3、慢剪排水剪土樣的上、下兩面均為透水石, 以利排水,土樣在垂直壓力作用下,待充分排水固結(jié)達(dá)穩(wěn)定 后,再緩慢施加水平剪力,使剪力作用也充分排水固結(jié),直至土樣破壞.適用范圍：加荷速率慢,排水條件好,施工期長(zhǎng),如透水性較好

11、的低塑性土以及再軟弱飽和 土層上的高填方分層限制填筑等等.二、按試驗(yàn)儀器分1直接剪切試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單,操作方便缺點(diǎn)：1剪切面不一定是試樣抗剪水平最弱的面；2剪切面上的應(yīng)力分布不均勻,而且受剪切面面積愈來(lái)愈?。?不能?chē)?yán)格限制排水條件,測(cè)不出剪切過(guò)程中孔隙水壓力的變化.2、三軸剪切試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：1試驗(yàn)中能?chē)?yán)格限制試樣排水條件及測(cè)定孔隙水壓力的變化；2 剪切面不固定；3應(yīng)力狀態(tài)比擬明確4除抗剪強(qiáng)度外,尚能測(cè)定其它指標(biāo).缺點(diǎn)：1操作復(fù)雜；2 所需試樣較多；主應(yīng)力方佝固定不變,而且是再令円=£7怖轆對(duì)鄒惜況下誑行的烏跡惜況尚不f浣全符合"|三、按限制方法分：剪切試驗(yàn)限制方法分為應(yīng)變

12、限制式和應(yīng)力限制式兩種.四、直接剪切試驗(yàn)2 . .1取樣要求：用環(huán)刀取,環(huán)刀面積不小于30cm,環(huán)刀高度不小于 2cm,同一土樣至少切取4個(gè)試樣.2、試驗(yàn)方法1快剪q：試樣在垂直壓力施加后立即進(jìn)行快速剪切,試驗(yàn)全過(guò)程都不許有排水現(xiàn)象產(chǎn)生.2固結(jié)快剪Cq:試樣在垂直壓力下經(jīng)過(guò)一定程度的排水固結(jié)后,再進(jìn)行快速剪切.3慢剪S:試樣在垂直壓力排水固結(jié)后慢慢的進(jìn)行剪切,剪切過(guò)程中孔隙水可自由排出.試驗(yàn)結(jié)果：一般情況下,快剪所得的值最小,慢剪所得的值最大,固結(jié)快剪居中.3、指標(biāo)計(jì)算直捋剪切試駛的結(jié)果用總應(yīng)力法搜產(chǎn)事公式+計(jì)算抗剪強(qiáng)度指標(biāo).：用局一土試擇切取不少于四個(gè)試樣進(jìn)行不同麵亶壓力惟用下的期協(xié)試監(jiān)后,

13、用相同時(shí)比 例尺烝郴上繪制抗列強(qiáng)度與舉直壓力P的相關(guān)曲龜良蜒交r軸的童距即為土的內(nèi) 聚力口直墟傾斜亀即為土的內(nèi)摩帳角評(píng),相關(guān)直線可刖圖解法或畳小二定 44、剩余抗剪強(qiáng)度1物理意義：土的剪應(yīng)力剪應(yīng)變關(guān)系可分為兩種類(lèi)型：一種是曲線平緩上升,沒(méi)有中 間峰值,如松砂；另一種剪應(yīng)力剪應(yīng)變曲線有明顯的中間峰值,在超越峰值后,剪應(yīng)變不斷增大,但抗剪強(qiáng)度確下降,如密砂.在粘性土中,堅(jiān)硬的、超壓密的粘土的剪應(yīng)力剪應(yīng) 變曲線常呈現(xiàn)較大峰值,正常壓密土或軟粘土那么不出現(xiàn)峰值,或有很小的峰值.圖見(jiàn)教材超過(guò)峰值后,當(dāng)剪應(yīng)變相當(dāng)大時(shí),抗剪強(qiáng)度不再變,此時(shí)穩(wěn)定的最小抗剪強(qiáng)度,稱(chēng)為土的殘 余抗剪強(qiáng)度；而峰值剪應(yīng)變那么稱(chēng)為峰值

14、強(qiáng)度.剩余抗剪強(qiáng)度以下式表達(dá).韋護(hù)=5嚴(yán)式中；f 土的剩余抗剪強(qiáng)度麼日4j VVVmV1,"剩余內(nèi)聚力一殷耳亠心枳亞叼；剩余內(nèi)摩矚角9 P<7 :垂直應(yīng)壓力怨卩在進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算或抗滑計(jì)算時(shí),土的抗剪強(qiáng)度的取值,一般需要考慮土的剩余抗剪強(qiáng)度.2 試驗(yàn)方法一般采用排水反復(fù)直接剪切試驗(yàn),剪切速率應(yīng)低于0.02mm/min,取土要求同上.五、三軸剪切試驗(yàn)1原理三軸剪切試驗(yàn)的原理是在圓柱形試樣上施加最大主應(yīng)力軸向壓力和最小主應(yīng)力周?chē)鷫毫?保護(hù)其中之一一般是不變,改變另一個(gè)主應(yīng)力,使試樣中的剪應(yīng)力逐漸增大,直 至到達(dá)極限平衡而剪壞,由此求出土的抗剪強(qiáng)度.2、試驗(yàn)方法1快剪不固結(jié)不排水

15、剪UU試樣在完全不排水條件下施加周?chē)鷫毫?快速增大軸向壓力到試樣破壞.限制方法：應(yīng)變限制式.2 固結(jié)快剪固結(jié)不排水剪CU試樣先在周?chē)鷫毫ο逻M(jìn)行固結(jié),然后在不排水條件下快速增大軸向壓力到試樣破壞.限制方法：應(yīng)變限制式.3慢剪固結(jié)排水剪CD試樣先在周?chē)鷫毫ο逻M(jìn)行固結(jié),然后繼續(xù)在排水條件下緩慢增大軸向壓力到試樣破壞.限制方法：應(yīng)力限制式.3、試樣限制1取土要求：試樣制備的數(shù)量一般不少于4件.2試樣尺寸:試樣直徑mm截面積cmf允許最大粒徑mr附注39.11221允許個(gè)別超徑顆粒存在,不應(yīng)超過(guò)試件直徑的1/5 ； 2對(duì)于有裂隙、軟弱面或結(jié)構(gòu)面的土樣,宜用直徑61.8mm,或101m的試樣.3試件咼度

16、與直徑的比值應(yīng)為 2.02.561.830510180104、指標(biāo)計(jì)算將同一土樣在不同應(yīng)力條件下所測(cè)得的不少于4次的三軸剪切試樣結(jié)果,分別繪制應(yīng)力圓,從這些應(yīng)力園的包線即可求出抗剪強(qiáng)度指標(biāo).試驗(yàn)方法分析方法應(yīng)力園包線圓心橫坐標(biāo)半徑在縱軸上的截距傾角不固結(jié)不排水剪總應(yīng)力法Cu固結(jié)不排水剪總應(yīng)力法Ccu有效應(yīng)力法C'固結(jié)排水剪有效應(yīng)力法Cd(注：腳注f表示剪切破壞時(shí)的主應(yīng)力值.)此外,還有無(wú)策限壓縮試驗(yàn),十字板剪切試驗(yàn).例h設(shè)祐性土堆疥申至點(diǎn)冊(cè)主應(yīng)力二畑,土 00煩剪強(qiáng)屢搐標(biāo)e - 2.畑試問(wèn)詼點(diǎn)處干什么狀態(tài)？ >2 2可猬土俸處于極限平衝狀態(tài)而最大王應(yīng)力淘b.時(shí)所對(duì)應(yīng)的謹(jǐn)小王應(yīng)力尢

17、ja2r = s (45'- 2*cig(45'L - ) = 9QKPa2 2 *綏可判走誅點(diǎn)處于稔定優(yōu)態(tài).,或t 由+)+2c »ig(45*+)-2 2再 cr =320 朋:+'：叫> 6哄fl 2去訐土是三軸起切試驗(yàn)得郅下寢關(guān)系,求2這個(gè)土樣有SSt應(yīng)力相關(guān)潯點(diǎn)蓿力內(nèi) 摩弟角,這個(gè)試驗(yàn)是擡H鮭不抹水試驗(yàn)逬行的-國(guó)砧壓力“匡上皿町-側(cè)壓力kg/cut3 *畳大應(yīng)力差kg/c曲H叢I" F箜町時(shí)孑Lffi 水壓力kg/cm J +ri a0.57 h'0 4932 0*'231 10b10 94知3.玄瞬1畑i 28 2*

18、1解：W壓力6 = 】 DKg/c"時(shí)' = -=0 571+1 Q-0 490=l 0®l Ikg/tn?),<r3/' = <j3 -u =1,0-0 49=0510kg/cn?*側(cè)壓力巧=2 D Kg/cm3時(shí)"tF, = <7】-i/j = 1.10】+ 2.00 952 15d kg/cm*) *解：側(cè)壓力<r5 = 1 0 Kg/cm2時(shí)*' = £7!-20.571 + 1 0-0.490=1 081 (kg/fcm町興弧,= j.O0.4P=0.5 W kg/cm2 側(cè)壓力cr3 = 2.0 Kg/uaP時(shí)*'= 1= 101 + 2 0-0.545=2156 (kgcm3)枳6,=礙-梵=20.945=1.055 kcn? 側(cè)壓力cr.=3 0 kg/unP時(shí)門(mén)Jpr i I i r i<rv 1 =- 1.938+3- 1 282=3.656 (kcirf) a=3.0-1 282= 1.718kg/cm5 a繪制莫爾應(yīng)力圖d求得：c'= 0 (kg<cm2) 30'=21g詢(xún)3祖憶和齒抵正當(dāng)固箔粘土上進(jìn)各闔結(jié)不葩的三軸壓縮試驗(yàn)*得到如下價(jià)當(dāng)制壓力 內(nèi)=2 0豪曲訐時(shí),遁壞