土力學(xué)及地基基礎(chǔ)

1、第第6章章 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度內(nèi)容提要內(nèi)容提要l概 述l土的抗剪強(qiáng)度理論l土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定l土的強(qiáng)度特性第一節(jié)第一節(jié) 概述概述土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。在外荷載的作用下，土體中任一截面將同時(shí)產(chǎn)生法向應(yīng)力和剪應(yīng)力，其中法向應(yīng)力作用將使土體發(fā)生壓密，而剪應(yīng)力作用可使土體發(fā)生剪切變形。當(dāng)土中一點(diǎn)某一截面上由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，它將沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。工程中的強(qiáng)度問題概述工程中的強(qiáng)度問題概述土的抗剪強(qiáng)度：土的抗剪強(qiáng)度：土體抵抗剪切破壞的極限能力土體抵抗剪切破壞的極限能力 l與土的抗剪強(qiáng)度直接相關(guān)

2、的工程問題主要有三類：l1、土作為建筑材料構(gòu)成的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題。l2、土作為工程構(gòu)筑物的環(huán)境問題。l3、土作為建筑物地基的承載力問題。l必須指出：在初等土力學(xué)中，對(duì)土的抗剪強(qiáng)度的分析研究和應(yīng)用是孤立進(jìn)行的。這是指研究土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，只把土體作為剛塑性體而與變形問題截然分開，即只考慮給定一種破壞準(zhǔn)則而不進(jìn)一步分析或計(jì)算所產(chǎn)生的變形大小。l一、庫侖定律一、庫侖定律17761776年，庫侖根據(jù)年，庫侖根據(jù)砂土砂土剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn) f = tan 砂土砂土后來，根據(jù)后來，根據(jù)粘性土粘性土剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn) f =c+ tan 粘土粘土c 庫侖定律：庫侖定律：土的抗剪強(qiáng)土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的法向

3、總應(yīng)度是剪切面上的法向總應(yīng)力力 的線性函數(shù)的線性函數(shù) tanfcftanc: :土的粘聚力土的粘聚力 : :土的內(nèi)摩擦角土的內(nèi)摩擦角 f f第二節(jié)第二節(jié) 土的抗剪強(qiáng)度理論土的抗剪強(qiáng)度理論l砂土的抗剪強(qiáng)度是由內(nèi)摩阻力構(gòu)成，而粘性土的抗剪強(qiáng)度則由內(nèi)摩阻力和粘聚力兩部分構(gòu)成。l內(nèi)摩阻力包括土粒之間的表面摩擦力和由于土粒之間的連鎖作用而產(chǎn)生的咬合力。l粘聚力包括原始粘聚力，固化粘聚力及毛細(xì)粘聚力。l砂土的內(nèi)摩擦角變化范圍不大，中砂、粗砂、礫砂一般為320400；粉砂、細(xì)砂一般為280360。l粘性土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的范圍很大，它與土的種類有關(guān)，并且與土的天然結(jié)構(gòu)是否破壞、試樣在法向壓力下的排水固結(jié)程度及

4、試驗(yàn)方法等因素有關(guān)。l總應(yīng)立法：l有效應(yīng)力法：l 稱作總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)， 稱作有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)?？辜魪?qiáng)度的表示方法：tanfcftantanfcftanc,c,1 1、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)l土體內(nèi)一點(diǎn)處土體內(nèi)一點(diǎn)處不同方位不同方位的截面上應(yīng)力的集合的截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)（剪應(yīng)力力 和法向應(yīng)力和法向應(yīng)力 ） 3 3 1 1 3 1 dsdscos dssin 楔體靜楔體靜力平衡力平衡0cossinsin3dsdsds0sincoscos1dsdsds二、摩爾庫倫強(qiáng)度條件2cos212131312sin213123122312121 3 1 dldlcos dlsin 斜

5、面上的應(yīng)力斜面上的應(yīng)力2、莫爾應(yīng)力圓方程、莫爾應(yīng)力圓方程 O 1 31/2( 1 + 3 ) 2 A( , )圓心坐標(biāo)圓心坐標(biāo)1/2(1 +3 )，0應(yīng)力圓半徑應(yīng)力圓半徑r1/2(13 )土中某點(diǎn)的土中某點(diǎn)的應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)力狀態(tài)可用莫可用莫爾應(yīng)力圓描述爾應(yīng)力圓描述 l1）摩爾圓與強(qiáng)度線的位置關(guān)系：相離相切相交（實(shí)際上不存在）3、摩爾庫倫強(qiáng)度條件（2）土的極限平衡條件莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則：莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則：把莫爾應(yīng)力圓與庫侖抗剪強(qiáng)度線相切時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，即=f 時(shí)的極限平衡狀態(tài)作為土的破壞準(zhǔn)則。是目前判別土體所處狀態(tài)的最常用或最基本的準(zhǔn)則。根據(jù)這一準(zhǔn)則，當(dāng)土處于極限平衡狀態(tài)即應(yīng)理解為破壞狀態(tài)，此時(shí)的莫爾應(yīng)

6、力圓即稱為極限應(yīng)力圓或破壞應(yīng)力圓，相應(yīng)的一對(duì)平面即稱為剪切破壞面（簡(jiǎn)稱剪破面）。土的極限平衡條件：土的極限平衡條件：根據(jù)莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則來研究某一土體單元處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力條件及其大、小主應(yīng)力之間的關(guān)系，稱該關(guān)系為土的極限平衡條件。根據(jù)莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則，當(dāng)單元土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，莫爾應(yīng)力圓恰好與庫侖抗剪強(qiáng)度線相切。根據(jù)圖中的幾何關(guān)系并經(jīng)過三角公式的變換，可得上式即為土的極限平衡條件。當(dāng)土的強(qiáng)度指標(biāo)c， 為已知，若土中某點(diǎn)的大小主應(yīng)力1和3滿足上列關(guān)系式時(shí)，則該土體正好處于極限平衡或破壞狀態(tài)。從圖中還可以看出，按照莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則，當(dāng)土處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，其極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線相切與

7、D點(diǎn)，這說明此時(shí)土體中已出現(xiàn)了一對(duì)剪破面。剪破面與大主應(yīng)力面的夾角f 稱為破壞角，從圖中的幾何關(guān)系可得到理論剪破角為： f=45+/2 說明：說明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成剪應(yīng)力面成 / 2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力由最大剪應(yīng)力max所控制所控制 【例題61】已知某土體單元的大主應(yīng)力1480kPa，小主應(yīng)力3210kPa。通過試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=20kPa，18，問該單元土體處于什么狀態(tài)？【解】已知1480kPa，3210kPa ，c=20kPa，18（1）直接用與f的關(guān)系來

8、判別由式（64）分別求出剪破面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力為由式（62）求相應(yīng)面上的抗剪強(qiáng)度f為由于 f，說明該單元體早已破壞。（2）利用公式（69）或式（68）的極限平衡條件來判別由式（69）設(shè)達(dá)到極限平衡條件所需要的小主應(yīng)力值為3f，此時(shí)把實(shí)際存在的大主應(yīng)力3=480kPa及強(qiáng)度指標(biāo)c，代入公式（69）中，則得也可由式（68）計(jì)算達(dá)到極限平衡條件時(shí)所需要得大主應(yīng)力值為1f，此時(shí)把實(shí)際存在的小主應(yīng)力3 =210kPa及強(qiáng)度指標(biāo)c，代入公式（68）中， 則得由計(jì)算結(jié)果表明， 33f , 1 1f ，所以該單元土體早已破壞。第三節(jié)第三節(jié) 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定測(cè)定土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試

9、驗(yàn)稱為剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn)，剪切試驗(yàn)可以在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，也可在現(xiàn)場(chǎng)原位條件下進(jìn)行。按常用的試驗(yàn)儀器可將剪切試驗(yàn)分為直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、無側(cè)限抗直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn)壓強(qiáng)度試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn)四種。一、直接剪切試驗(yàn)一、直接剪切試驗(yàn)用直接剪切儀（簡(jiǎn)稱直剪儀）來測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)稱為直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)。直接剪切試驗(yàn)是測(cè)定預(yù)定剪破面上抗剪強(qiáng)度的最簡(jiǎn)便和最常用的方法。直剪儀分應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，前者以等應(yīng)變速率使試樣產(chǎn)生剪切位移直至剪破，后者是分級(jí)施加水平剪應(yīng)力并測(cè)定相應(yīng)的剪切位移。目前我國使用較多的是應(yīng)變控制式直剪儀應(yīng)

10、變控制式直剪儀。直剪儀的示意圖如圖所示：剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn)剪前施加在試樣頂面上剪前施加在試樣頂面上的豎向壓力為剪破面上的豎向壓力為剪破面上的法向應(yīng)力的法向應(yīng)力 ，剪應(yīng)力由剪應(yīng)力由剪切力除以試樣面積剪切力除以試樣面積在法向應(yīng)力在法向應(yīng)力 作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，根據(jù)曲線得到該根據(jù)曲線得到該 作用下作用下，土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度APATf4mm4mm a a b b 剪切位移剪切位移l (0.01mm)(0.01mm) 剪應(yīng)力剪應(yīng)力 （kPa)kPa) 1 1 2 2 l在不同的垂直壓力在不同的垂直壓力 下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗剪下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)

11、的抗剪強(qiáng)度強(qiáng)度f，繪制繪制f - 曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線（一）快剪（Q）試驗(yàn)時(shí)在試樣上施加垂直壓力后，拔去固定銷釘，立即以0.8mm/min的剪切速度進(jìn)行剪切，使試樣在3min5min內(nèi)剪破。該試驗(yàn)所得的強(qiáng)度稱為快剪強(qiáng)度，相應(yīng)的指標(biāo)稱為快剪強(qiáng)度指標(biāo)，以cQ，Q表示。為了考慮固結(jié)程度和排水條件對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，根據(jù)加荷速率的快慢將直剪試驗(yàn)劃分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種試驗(yàn)類型。（二）固結(jié)快剪（CQ）試驗(yàn)時(shí)對(duì)試樣施加垂直壓力后，每小時(shí)測(cè)讀垂直變形一次，直至變形穩(wěn)定。變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為變形量每小時(shí)不大于0.005mm，在拔去固定銷，剪切過程同快剪試驗(yàn)。所得強(qiáng)度稱為固結(jié)快剪強(qiáng)

12、度，相應(yīng)指標(biāo)稱為固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)，以ccq，cq表示。（三）慢剪（S）慢剪試驗(yàn)是對(duì)試樣施加垂直壓力后，待固結(jié)穩(wěn)定后，再拔去固定銷，以小于0.6mm/min的剪切速度使試樣在充分排水的條件下進(jìn)行剪切，這樣得到的強(qiáng)度稱為慢剪強(qiáng)度，其相應(yīng)的指標(biāo)稱為慢剪強(qiáng)度指標(biāo)，以cS，S表示。上述三種方法的試驗(yàn)結(jié)果如下圖所示。從圖中可以看出， cQ ccq cS ，而Q cq S。直剪試驗(yàn)的設(shè)備簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，且操作容易掌握，至今仍為工程單位廣泛采用。直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，易于操作易于操作 l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：剪切破壞

13、面固定為上下盒之間的水平面不符合剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面。實(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面。試驗(yàn)中不能嚴(yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的試驗(yàn)中不能嚴(yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力。土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力。 上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過程中試樣剪切面積逐漸上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻二、三軸壓縮試驗(yàn)l應(yīng)變控制式三軸應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，量?jī)x：壓力室，量測(cè)系統(tǒng)測(cè)系統(tǒng)三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)直接量測(cè)的是試樣在不同恒定周圍壓力下的抗壓強(qiáng)度，

14、然后利用莫爾庫侖準(zhǔn)則間接推求土的抗剪強(qiáng)度。三軸壓縮儀主要由壓力室、加壓系統(tǒng)和量測(cè)系統(tǒng)三大部分組成。三軸是指一個(gè)豎向和兩個(gè)側(cè)向而言，由于壓力室和試樣均為圓柱形，因此，兩個(gè)側(cè)向（或稱周圍）的應(yīng)力相等并為小主應(yīng)力3 ，而豎向（或軸向）的應(yīng)力為大主應(yīng)力1。在增加1時(shí)保持3 不變，這樣條件下的試驗(yàn)稱為常規(guī)三軸壓常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)縮試驗(yàn)。n試驗(yàn)步驟試驗(yàn)步驟: : 3 3 3 3 3 3 2.2.施加周圍壓力施加周圍壓力3.3.施加豎向壓力施加豎向壓力1.1.裝樣裝樣抗剪強(qiáng)度包線抗剪強(qiáng)度包線l分別在不同的周圍壓力分別在不同的周圍壓力 3作用下進(jìn)行剪切，得到作用下進(jìn)行剪切，得到3 34 4 個(gè)不同的破壞應(yīng)力圓，

15、繪出各應(yīng)力圓的公個(gè)不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓的公切線即為土的抗剪強(qiáng)度包線切線即為土的抗剪強(qiáng)度包線 抗剪強(qiáng)度包線抗剪強(qiáng)度包線 c 三軸試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)三軸試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)中能嚴(yán)格控制試樣排水條件，量測(cè)孔隙水壓試驗(yàn)中能嚴(yán)格控制試樣排水條件，量測(cè)孔隙水壓力，了解土中有效應(yīng)力變化情況力，了解土中有效應(yīng)力變化情況試樣中的應(yīng)力分布比較均勻試樣中的應(yīng)力分布比較均勻 l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：試驗(yàn)儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)試驗(yàn)儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)雜雜 試驗(yàn)在試驗(yàn)在 2 2= = 3 3的軸對(duì)稱條件下進(jìn)行，與土體實(shí)際受的軸對(duì)稱條件下進(jìn)行，與土體實(shí)際受力情況可能不符力情況可能不符 三軸

16、試驗(yàn)根據(jù)試樣的固結(jié)和排水條件不同，可分為不固結(jié)不排水剪（不固結(jié)不排水剪（UU）、固結(jié)不排水剪（）、固結(jié)不排水剪（CU)和固結(jié)排水剪（和固結(jié)排水剪（CD)三種方法。分別對(duì)應(yīng)于直剪試驗(yàn)的快剪、固結(jié)快剪和慢剪快剪、固結(jié)快剪和慢剪試驗(yàn)。在進(jìn)行不同方法的三軸試驗(yàn)時(shí)，都要先使試樣在周圍壓力c下固結(jié)穩(wěn)定。若進(jìn)行不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，則在不排水條件下施加周圍壓力增量3，然后在不允許有水進(jìn)出的條件下，逐漸施加附加軸向壓力q，直至試樣剪破。因此，試驗(yàn)中徑向應(yīng)力3等于（3+ 3 ），軸向應(yīng)力1等于（3+q ）。若進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗(yàn)固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，要允許試樣在周圍壓力增量3下排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在

17、不允許有水進(jìn)出的條件下，逐漸施加附加軸向壓力q，直至試樣剪破。固結(jié)排水剪試驗(yàn)固結(jié)排水剪試驗(yàn)同樣在周圍壓力增量3下排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，在允許有水進(jìn)出的條件下以極慢的速率對(duì)試樣逐漸施加附加軸向壓力q，直至試樣剪破?？梢钥闯?，這里所說的不固結(jié)或固結(jié)是對(duì)周圍壓力增量而言的，不排水或排水是對(duì)附加軸向壓力而言的。三軸試驗(yàn)結(jié)果的整理與表達(dá)三軸試驗(yàn)結(jié)果的整理與表達(dá)l同一種土施加的總應(yīng)力雖然相同，但若試驗(yàn)方法不同，或者說控制的排水條件不同，則所得的強(qiáng)度指標(biāo)就不同，故土的抗剪強(qiáng)度與總應(yīng)力之間沒有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。l若試驗(yàn)時(shí)量測(cè)出了土樣的孔隙水壓力，就可以表達(dá)為： 。對(duì)于同一種土，不論采取哪一種試驗(yàn)方法，只要能夠準(zhǔn)確

18、兩側(cè)出土樣破壞時(shí)孔隙水壓力，則均可采用6-14 來表示土的強(qiáng)度關(guān)系，而且所得的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)該是相同的。 tan)(ucfl換言之，在理論上抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。例例 題題l有一飽和粘性土試樣，作三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)有一飽和粘性土試樣，作三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)，在周圍壓力，在周圍壓力3=150KPa時(shí)施加偏應(yīng)力，試時(shí)施加偏應(yīng)力，試樣剪壞時(shí)樣剪壞時(shí)1=450KPa，孔隙水壓力，孔隙水壓力u=70KPa，剪破面與大主應(yīng)力作用面夾角是，剪破面與大主應(yīng)力作用面夾角是58，問剪，問剪破時(shí)偏應(yīng)力是多少？剪破面上有效法向應(yīng)力及破時(shí)偏應(yīng)力是多少？剪破面上有效法向應(yīng)力及剪應(yīng)力是多少？粘聚力剪應(yīng)力是多少？粘

19、聚力CCU是多少？是多少？三、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)三軸試驗(yàn)中當(dāng)周圍壓力3 0時(shí)即為無側(cè)限試驗(yàn)條無側(cè)限試驗(yàn)條件件，這時(shí)只有q=1。所以，也可稱為單軸壓縮試驗(yàn)單軸壓縮試驗(yàn)。由于試樣的側(cè)向壓力為零，在側(cè)向受壓時(shí)，其側(cè)向變形不受限制，故又稱為無側(cè)限壓縮試驗(yàn)。同時(shí)，又由于試樣是在軸向壓縮的條件下破壞的，因此，把這種情況下土所能承受的最大軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度以qu表示。試樣仍用圓柱狀試樣，可在專門的無側(cè)限儀上進(jìn)行，也可在三軸儀上進(jìn)行ququ加壓加壓框架框架量表量表量力環(huán)量力環(huán)升降升降螺桿螺桿無側(cè)限壓縮儀無側(cè)限壓縮儀無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是三軸剪切試驗(yàn)的特例，對(duì)試樣不無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是三軸剪切試驗(yàn)的特例，

20、對(duì)試樣不施加周圍壓力，即施加周圍壓力，即 3=0，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，試樣在無側(cè)限壓力條件下，剪切破壞時(shí)試樣承受的最大試樣在無側(cè)限壓力條件下，剪切破壞時(shí)試樣承受的最大軸向壓力軸向壓力qu，稱為稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 試試樣樣無側(cè)限無側(cè)限壓縮儀壓縮儀根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果只能作出一個(gè)極限應(yīng)力圓（根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果只能作出一個(gè)極限應(yīng)力圓（ 3 3=0=0， 1 1= =qu）。）。因此對(duì)一般粘性土，無法作出強(qiáng)度包線因此對(duì)一般粘性土，無法作出強(qiáng)度包線 說明：說明：對(duì)于飽和軟粘土，根據(jù)對(duì)于飽和軟粘土，根據(jù)三軸不排水剪試驗(yàn)成果，其強(qiáng)三軸不排水剪試驗(yàn)成果，其強(qiáng)度包線近似于一水

21、平線，即度包線近似于一水平線，即 u u=0=0，因此無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試因此無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)適用于測(cè)定飽和軟粘土的不驗(yàn)適用于測(cè)定飽和軟粘土的不排水強(qiáng)度排水強(qiáng)度qucu u=02uufqc 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，可代替三軸試驗(yàn)測(cè)定飽和軟粘土的不排水強(qiáng)度可代替三軸試驗(yàn)測(cè)定飽和軟粘土的不排水強(qiáng)度 靈敏度靈敏度l粘性土的原狀土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與原土結(jié)構(gòu)完全破粘性土的原狀土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比值壞的重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比值uutqqS 反映土的結(jié)構(gòu)反映土的結(jié)構(gòu)受撓動(dòng)對(duì)強(qiáng)度受撓動(dòng)對(duì)強(qiáng)度的影響程度的影響程

22、度 根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分類：根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分類：低靈敏度土低靈敏度土 1St2中靈敏度土中靈敏度土 24四、原位十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)是一種利用十字板剪切儀在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的方法。這種試驗(yàn)方法適合于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性土的原位不排水強(qiáng)度，特別適用于均勻的飽和粘性土。十字板剪切儀主要由兩片十字交叉的金屬板頭、扭力裝置和量測(cè)設(shè)備三部分組成。十字板剪切試驗(yàn)可在現(xiàn)場(chǎng)鉆孔內(nèi)進(jìn)行。 試驗(yàn)時(shí)，先將十字板插到要進(jìn)行試驗(yàn)的深度，再在十字板剪切儀上端的加力架上以一定的轉(zhuǎn)速對(duì)其施加扭力矩，使板內(nèi)的土體與其周圍土體產(chǎn)生相對(duì)扭剪，直至剪破，測(cè)出其相應(yīng)的最大扭力矩。然后，根據(jù)力矩的平衡

23、條件，推算出圓柱形剪破面上土的抗剪強(qiáng)度。適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性土的不排水強(qiáng)度，尤土的不排水強(qiáng)度，尤其適用于均勻的飽和其適用于均勻的飽和軟粘土軟粘土21maxMMM2324221DDMf22DDHMf322maxDHDMf柱體上下平面的柱體上下平面的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的抗扭力矩抗扭力矩柱體側(cè)面剪應(yīng)力柱體側(cè)面剪應(yīng)力產(chǎn)生的抗扭力矩產(chǎn)生的抗扭力矩l五、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用五、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨試驗(yàn)方法、排水條件的不同而土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨試驗(yàn)方法、排水條件的不同而異，對(duì)于具體工程問題，應(yīng)該盡可能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件決定異，對(duì)于具體工程問題，應(yīng)該盡可能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件決

24、定采用實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)方法，以獲得合適的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)方法，以獲得合適的抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法適用條件適用條件不排水剪或不排水剪或快剪快剪地基土的透水性和排水條件不良，建筑物地基土的透水性和排水條件不良，建筑物施工速度較快施工速度較快排水剪或慢排水剪或慢剪剪地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑物加荷速率較慢物加荷速率較慢固結(jié)不排水固結(jié)不排水剪或固結(jié)快剪或固結(jié)快剪剪建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，或地基條件等介于上述兩種情況之間或地基條件等介于上述兩種情況之間一、飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度（一）正常固結(jié)粘土1

25、、不固結(jié)不排水強(qiáng)度（UU）不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)的過程如圖所示。第四節(jié)第四節(jié) 土的強(qiáng)度特性土的強(qiáng)度特性在飽和土的不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中，總強(qiáng)度包線為一水平線。所以 u=0 f=cu=(1f-3f)/22、固結(jié)不排水強(qiáng)度（CU）固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)的過程如圖所示。正常固結(jié)土的CU試驗(yàn)總強(qiáng)度線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，傾角為cu，ccu=0。其抗剪強(qiáng)度可表示為 f=tgcu 若在固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中量測(cè)孔隙水應(yīng)力，則結(jié)果可用有效應(yīng)力整理。從破壞時(shí)的總應(yīng)力中減去uf,可得到相應(yīng)破壞時(shí)的有效大主應(yīng)力1f和有效小主應(yīng)力3f及破壞應(yīng)力圓，繪出這些破壞應(yīng)力圓的包線，可得有效應(yīng)力強(qiáng)度包線。由于正常固結(jié)土剪破時(shí)的孔隙水

26、應(yīng)力為正值，則剪破時(shí)的有效應(yīng)力圓總在總應(yīng)力圓的左邊。有效應(yīng)力強(qiáng)度包線也是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，直線的傾角大于cu，c=0，于是，用有效應(yīng)力表示的CU試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度為 f=tg3、固結(jié)排水強(qiáng)度（CD)固結(jié)排水剪切試驗(yàn)的過程如圖所示。CD試驗(yàn)中的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)常用cd，d表示。其強(qiáng)度包線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，其傾角為d ，cd0。于是，CD試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度可表示為 f=tgd 將上述三種三軸壓縮試驗(yàn)的結(jié)果匯總于上圖中由圖可見：1、對(duì)于同一種正常固結(jié)的飽和粘土，當(dāng)采用三種不同的試驗(yàn)方法來測(cè)定其抗剪強(qiáng)度時(shí)，其強(qiáng)度包線是不同的。其中UU試驗(yàn)結(jié)果是一條水平線，CU和CD試驗(yàn)各是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。三種方

27、法所得到的強(qiáng)度指標(biāo)間的關(guān)系是： cuccu=cd=0 dcuu=02、試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)用有效應(yīng)力表示試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，三種剪切試驗(yàn)將得到基本相同的強(qiáng)度包線及十分接近的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，這就意味著同一種土三種試驗(yàn)的試樣將沿著同一平面剪破。實(shí)測(cè)資料表明，f通常約為60，而粘性土的一般在30左右，實(shí)測(cè)的f角接近于（45+ /2），這也是有效應(yīng)力概念下的理論剪破角。（二）超固結(jié)粘土1、不固結(jié)不排水強(qiáng)度（UU試驗(yàn)）超固結(jié)飽和粘性土的試驗(yàn)方法和過程與正常固結(jié)土的情況完全相同。它們的試驗(yàn)結(jié)果主要不同點(diǎn)在于：對(duì)試樣施加的周圍壓力即初始有效固結(jié)應(yīng)力c小于原位應(yīng)力（或先期固結(jié)應(yīng)力）pc，即c pc，體現(xiàn)試樣剪前為超固結(jié)

28、狀態(tài)。由于UU試驗(yàn)不允許試樣固結(jié)排水，所以，一組試樣在剪前的有效應(yīng)力和孔隙比均相同。因此，它們具有相同直徑的破壞應(yīng)力圓，其強(qiáng)度包線也是一條水平線。如果在試驗(yàn)中測(cè)出破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力uf，同樣可以得到一個(gè)與總應(yīng)力圓等直徑的破壞時(shí)的有效應(yīng)力圓，如圖中虛線所示。其中A，B兩圓是強(qiáng)超固結(jié)土的總應(yīng)力圓，破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力為負(fù)值，所以，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的右邊；C圓為弱超固結(jié)土的總應(yīng)力圓，平破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力為正值，所以，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左邊。2、固結(jié)不排水剪強(qiáng)度（CU試驗(yàn)）超固結(jié)飽和粘土CU試驗(yàn)的方法和過程也與正常固結(jié)土的情況相同。超固結(jié)飽和粘土試驗(yàn)的抗剪強(qiáng)度可表達(dá)為 f=ccu+tgcu 如果

29、在試驗(yàn)中，測(cè)出破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力uf，則可得到以有效應(yīng)力表示的破壞有效應(yīng)力圓及其強(qiáng)度包線，如圖中虛線所示。其中A圓為強(qiáng)超固結(jié)的，破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力為負(fù)值，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的右側(cè)；B圓為弱超固結(jié)的，破壞時(shí)的孔隙水應(yīng)力為正值，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左側(cè)。以有效應(yīng)力表示的抗剪強(qiáng)度為f=c+tg。從圖中可看出，CU試驗(yàn)的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)的關(guān)系是： ccuc，cu 3、固結(jié)排水剪強(qiáng)度（CD試驗(yàn)）超固結(jié)飽和粘土CD試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度變化規(guī)律與CU試驗(yàn)的變化規(guī)律相似。但是，由于在CD試驗(yàn)的整個(gè)過程中均允許試樣排水固結(jié)，孔隙水應(yīng)力始終為零，所以，剪切面上的總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，CD試驗(yàn)的強(qiáng)度

30、包線即為有效應(yīng)力強(qiáng)度包線，如圖所示。其抗剪強(qiáng)度可表示為 f=cd+tgd式中：cd，d固結(jié)排水剪切強(qiáng)度指標(biāo)，并且cd=c， d= 以及= 。將上述三種試驗(yàn)結(jié)果匯總于下圖中從圖中可以看出，對(duì)于超固結(jié)飽和粘土，當(dāng)采用三種不同的試驗(yàn)方法來測(cè)定其抗剪強(qiáng)度時(shí)，其強(qiáng)度包線是不同的；其中UU試驗(yàn)是一條水平線，CU和CD試驗(yàn)是一條不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線（實(shí)際上是微彎的曲線，但實(shí)際上可用直線來代替）。它們的強(qiáng)度指標(biāo)關(guān)系是 cuccu cd d cu u 0（一）砂土的內(nèi)摩擦角由于砂土的透水性強(qiáng)，它在現(xiàn)場(chǎng)的受剪過程大多相當(dāng)于固結(jié)排水剪情況，由固結(jié)排水剪試驗(yàn)求得的強(qiáng)度包線一般為通過坐標(biāo)于原點(diǎn)的直線，可表達(dá)為 f=tgd 式中：d固結(jié)排水剪求得的內(nèi)摩擦角。二、無粘性土的抗剪強(qiáng)度二、無粘性土的抗剪強(qiáng)度（二）砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變砂土的初始孔隙比不同，在受剪過程中將顯示出非常不同的性狀。松砂受剪時(shí)，顆粒滾落到平衡位置，排列得更緊密些，所以它的體積縮小，把這種因剪切而體積縮小的現(xiàn)象稱為剪縮性；反之，緊砂受剪時(shí)，顆粒必須升高以離開它們?cè)瓉淼奈恢?/p>