第五章土的抗剪強度

1、第五章       土的抗剪強度§ 51土的抗剪強度概述n 土體的變形和強度問題，是土力學(xué)中的兩個主要問題，都有非常重要的意義。前幾節(jié)從彈性理論出發(fā)研究了土體的附加應(yīng)力和壓縮變形問題，這一章研究土的強度問題。n 土是以固體顆粒為主的散體。粒間的聯(lián)結(jié)較弱，因此，土的強度問題表現(xiàn)在土粒之間錯動、剪切，以致于破壞。所以對于土，主要研究其抵抗剪切的強度。n 當(dāng)?shù)鼗艿胶奢d作用后，土中各點產(chǎn)生剪應(yīng)力，若某點的剪應(yīng)力達到該點的抗剪強度，土即沿著剪應(yīng)力作用方向，產(chǎn)生相對滑動，此時稱為該點強度破壞。n 隨著荷載的增加，則剪應(yīng)力達到抗剪強度的

2、區(qū)域越來越大，最后形成連續(xù)的滑動面，一部分土體相對于另一部分土體滑動，基礎(chǔ)產(chǎn)生很大的沉降與傾斜，整個地基強度破壞，這時一、抗剪強度與庫倫定律 土的抗剪強度是指在外力作用下，土對剪應(yīng)力的極限抵抗能力。 庫倫經(jīng)實驗得出如下規(guī)律：影響土抗剪強度的因素有：1    土顆粒的礦物成分、形狀、顆粒級配2    原始緊密程度 e C 3    含水量 w C 4    土的結(jié)構(gòu)擾動情況，受擾動 C5    有效應(yīng)力，隨著固結(jié)發(fā)展 e C土的抗剪強度，與其它固體

3、材料不同，在同一應(yīng)力范圍內(nèi)，其它固體材料為常量，而土的抗剪強度是隨法向應(yīng)力成正比例地增加，這就反映了土散粒體的強度特點，它是顆粒間的連結(jié)力對剪應(yīng)力的極限抵抗力。當(dāng)正應(yīng)力大時，顆粒擠壓緊密，若使錯動當(dāng)然不易，故抗剪強度大。對于飽和土，土的抗剪強度與有效應(yīng)力有關(guān)，飽和土的固結(jié)過程是土中孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力間的轉(zhuǎn)移過程。只有在有效應(yīng)力作用下才能使土固結(jié)壓密。由此可知，只有有效應(yīng)力才能增加土的密度，從而增大了土粒間的內(nèi)聚力與摩擦力，使土的抗剪強度增大。因此，飽和土的抗剪強度與受剪面在法向應(yīng)力作用下的固結(jié)度有關(guān)。 剪切面上的法向應(yīng)力與有效應(yīng)力之間有下列關(guān)系因為庫倫定律中 是剪切面上總應(yīng)力，故稱“總應(yīng)力法

4、”，而上式稱為“有效應(yīng)力法”。有效應(yīng)力法概念明確，但須測孔隙水應(yīng)力?？倯?yīng)力法比較簡單，但不能準確反映孔隙水應(yīng)力的存在對抗剪強度產(chǎn)生的影響，兩種方法各有其優(yōu)缺點。二、莫爾庫倫強度理論因為土的破壞是剪切破壞，所以研究土的應(yīng)力和強度問題時采用了最大剪力理論莫爾強度理論。三、極限平衡狀態(tài)砂類土粘性土導(dǎo)出§ 52 抗剪強度的測定方法 土的抗剪強度是土的一個重要的力學(xué)性質(zhì)，在計算承載力、評價地基的穩(wěn)定性以及計算擋土墻的土壓力時，都要用到土的抗剪強度指標。因此，正確測定土的抗剪強度指標在工程上具有重要的意義。抗剪強度的試驗方法有多種。在實驗室主要有直接剪切試驗、三軸剪切試驗和無側(cè)限抗壓試驗；有現(xiàn)場

5、原位測試一直接剪切試驗試驗的方法屬于總應(yīng)力法，總應(yīng)力法按排水條件的不同，分為不排水剪（快剪）、排水剪（慢剪）及固結(jié)不排水剪（固結(jié)快剪）。（1）不排水剪（快剪）試驗時，無論在法向應(yīng)力下或在剪切過程中都不讓土中水排出，試驗中土的含水量不變，速度快（2）排水剪（慢剪）試驗時，無論在法向應(yīng)力作用下或在整個剪切過程中都讓土樣排水，土樣在應(yīng)力變化過程中始終讓孔隙水應(yīng)力為零的固結(jié)狀態(tài)。（3）固結(jié)不排水剪（固結(jié)快剪）試驗時，先讓土樣在法向應(yīng)力下完全固結(jié)，在剪切的過程中則不讓土樣含水量發(fā)生變化。 不排水剪是模擬建筑現(xiàn)場土體基本上來不及固結(jié)排水，就較快的加載以致剪切破壞的情況。在工程實際中，對地基土的透水性較差，

6、排水條件不良，建筑施工速度快，或斜坡穩(wěn)定性驗算時，來測抗剪強度。 排水剪是模擬地基土體先充分固結(jié)后，才開始緩慢地施加荷載的情況，在工程實際中，對土的排水條件好，地基土透水性好；加荷速度慢時使用。固結(jié)不排水剪模擬地基條件為土體自重或正常荷載下，讓充分固結(jié)，又遇到突加荷載的情況。如地基穩(wěn)定性驗算。二、三軸剪切試驗試驗方法是將土切成圓柱體套在橡皮膜內(nèi)，放在受封的高壓室中，然后向室內(nèi)注入水或甘油，使試件各個方向受壓力 ，并使液壓在整個過程中保持不變，這時試件內(nèi)各向的三個主應(yīng)力都相等，因此不產(chǎn)生剪應(yīng)力。三、無側(cè)限抗壓強度 飽和粘性土樣在三軸儀上進行試驗時，不排水剪切破壞包線接近于一水平線，可用無側(cè)限抗壓儀進行飽和土的不排水剪切試驗測土的靈敏度。§ 54 飽和粘性土的抗剪強度一、不固結(jié)不排水抗剪強度 不固結(jié)不排水剪試驗在三軸儀上進行時，首先施加周壓力，不等試樣固結(jié)就很快施加垂直軸向力，在施加力全部過程中，關(guān)閉排水閥門，不允許試樣水分排出，因此試樣在加壓和剪切過程中含水量不變。試驗結(jié)果如圖所示二、固結(jié)不排水抗剪強度正常固結(jié)土固結(jié)不排水試驗，固結(jié)階段， ，不排水剪切階段，孔隙水壓力三、固結(jié)排水抗剪強度 在整個試驗過程中，孔隙水壓力始終為零，總應(yīng)力圓就是有效應(yīng)力圓四、抗剪強度指標的選擇 由于地基條件的復(fù)雜性，實際工程的千差萬別，選擇抗剪強度指標比較復(fù)雜。一般地基長期穩(wěn)定問題，采用有效