土的抗剪強度-粘聚力和內(nèi)摩擦角

1、土的抗剪強度-粘聚力和內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角與黏 ( 內(nèi) ) 聚力 : 土的抗剪強度由滑動面上土的黏聚力阻擋剪切 ) 和土的內(nèi)摩阻力兩部分組成。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 , 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度的兩個力學(xué)指標。土的抗剪強度指土對剪切破壞的極限抵抗能力，土體的強度問題實質(zhì)是土的抗剪能力問題。土的抗剪強度指標內(nèi)摩擦角、黏 ( 內(nèi) ) 聚力 C   土的內(nèi)摩擦角（°）  

2、 C土的粘聚力（KPa）  、C與土的性質(zhì)有關(guān)，還與實驗方法、實驗條件有關(guān)。因此，談及強度指標時，應(yīng)注明它的試驗條件。（直剪實驗、三軸剪切試驗等）土的抗剪強度第一節(jié) 概述建筑物由于土的原因引起的事故中，一部分是沉降過大，或是差異沉降過大造成的；另一方面是由于土體的強度破壞而引起的。對于土工建筑物（如：路堤、土壩等）來說，主要是后一個原因。從事故的災(zāi)害性來說，強度問題比沉降問題要嚴重的多。而土體的破壞通常都是剪切破壞；研究土的強度特性，就是研究土的抗剪強度特性。土的抗剪強度（f）：是指土體抵抗抗剪切破壞的極限能力，其數(shù)值等于剪切破壞時滑動的剪應(yīng)力。剪切面（剪切帶）：

3、土體剪切破壞是沿某一面發(fā)生與剪切方向一致的相對位移，這個面通常稱為剪切面。其物理意義：可以認為是由顆粒間的內(nèi)摩阻力以及由膠結(jié)物和束縛水膜的分子引力所造成的粘聚力所組成。無粘性土一般無連結(jié)，抗剪強度主要是由顆粒間的摩擦力組成，這與粒度、密實度和含水情況有關(guān)。粘性土顆粒間的連結(jié)比較復(fù)雜，連結(jié)強度起主要作用，粘性突的抗剪強度主要與連結(jié)有關(guān)。決定土的抗剪強度因素很多，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，還決定于它當前所受的應(yīng)力狀態(tài)。土的抗剪強度主要依靠室內(nèi)經(jīng)驗和原位測試確定，試驗中，儀器的種類和試驗方法以及模擬土剪切破壞時的應(yīng)力和工作條件好

4、壞，對確定強度值有很大的影響。第二節(jié) 抗剪強度的基本理論一、庫侖定律（剪切定律）          1773年 法國學(xué)者在法向應(yīng)力變化范圍不大時，抗剪強度與法向應(yīng)力的關(guān)系近似為一條直線，這就是抗剪強度的庫侖定律。 上述應(yīng)力間的關(guān)系也可用應(yīng)力圓（莫爾圓）表示。從應(yīng)力園的幾何條件可知：1、快剪（不排水剪）這種試驗方法要求在剪切過程中土的含水量不變，因此，無論加垂直壓力或水平剪力，都必須迅速進行，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、

5、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，如透水性較好的低塑性土以及再軟弱飽和土層上的高填方分層控制填筑等等。二、按試驗儀器分1、直接剪切試驗優(yōu)點：儀器構(gòu)造簡單，操作方便缺點：（1）剪切面不一定是試樣抗剪能力最弱的面；（2）剪切面上的應(yīng)力分布不均勻，而且受剪切面

6、面積愈來愈??；（3）不能嚴格控制排水條件，測不出剪切過程中孔隙水壓力的變化。2、三軸剪切試驗優(yōu)點：（1）試驗中能嚴格控制試樣排水條件及測定孔隙水壓力的變化；（2）剪切面不固定；（3）應(yīng)力狀態(tài)比較明確（4）除抗剪強度外，尚能測定其它指標。缺點：（1）操作復(fù)雜；（2）所需試樣較多；三、按控制方法分:剪切試驗控制方法分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種。四、直接剪切試驗1、取樣要求：用環(huán)刀取，環(huán)刀面積不小于30cm2，環(huán)刀高度不小于2cm，同一土樣至少切取4個試樣。2、試驗方法（1）快剪（q）：試樣在垂直壓力施加后立即進行快速剪切，試驗全過程都不許有排水現(xiàn)象產(chǎn)生。（2）固結(jié)快剪（Cq）：試樣在垂直壓力下經(jīng)

7、過一定程度的排水固結(jié)后，再進行快速剪切。（3）慢剪（S）：試樣在垂直壓力排水固結(jié)后慢慢的進行剪切，剪切過程中孔隙水可自由排出。試驗結(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、指標計算4、殘余抗剪強度（1）物理意義：土的剪應(yīng)力剪應(yīng)變關(guān)系可分為兩種類型：一種是曲線平緩上升，沒有中間峰值，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，但抗剪強度確下降，如密砂。在粘性土中，堅硬的、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則不出現(xiàn)峰值，或有很小的峰值。（圖見教材） 超過峰值后，當剪應(yīng)變相當大時，抗剪強度不再變，

8、此時穩(wěn)定的最小抗剪強度，稱為土的殘余抗剪強度；而峰值剪應(yīng)變則稱為峰值強度。殘余抗剪強度以下式表達。在進行滑坡的穩(wěn)定性計算或抗滑計算時，土的抗剪強度的取值，一般需要考慮土的殘余抗剪強度。 （2）試驗方法一般采用排水反復(fù)直接剪切試驗，剪切速率應(yīng)低于0.02mm/min，取土要求同上。五、三軸剪切試驗1、原理三軸剪切試驗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（周圍壓力）。保護其中之一（一般是）不變，改變另一個主應(yīng)力，使試樣中的剪應(yīng)力逐漸增大，直至達到極限平衡而剪壞，由此求出土的抗剪強度。2、試驗方法（1）快剪（不固結(jié)不排水剪）UU試樣在完全不排水條件下施加周圍壓力后，

9、快速增大軸向壓力到試樣破壞。控制方法：應(yīng)變控制式。（2）固結(jié)快剪（固結(jié)不排水剪）CU試樣先在周圍壓力下進行固結(jié)，然后在不排水條件下快速增大軸向壓力到試樣破壞。控制方法：應(yīng)變控制式。（3）慢剪（固結(jié)排水剪）CD試樣先在周圍壓力下進行固結(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?？刂品椒ǎ簯?yīng)力控制式。3、試樣控制（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（cm2）允許最大粒徑（mm）附注39.1122（1）允許個別超徑顆粒存在，不應(yīng)超過試件直徑的1/5；（2）對于有裂隙、軟弱面或結(jié)構(gòu)面的土樣，宜用直徑61.8mm，或101mm的試樣。（3）試件高度與直徑的比值應(yīng)為2.02.561.83051018010 4、指標計算將同一土樣在不同應(yīng)力條件下所測得的不少于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度指標。試驗方法分析方法應(yīng)力園包線圓心橫坐標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