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6黏（內(nèi)）聚力C土的內(nèi)摩擦角（）C土的粘聚力（KPa）6C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

2、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，就是研究士的抗剪強度特性。土的抗剪強度（t）: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）：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

3、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，粘性土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

4、直線，這就是抗剪強度的庫侖定律。無粘性土：Tf=btgM粘性土：Ty=bg0+CT式中：Tf：土的抗剪強度，Kpa；一cy：效切面的法向壓力，Ka；3紜如土的內(nèi)摩除系數(shù)；中：土的內(nèi)摩除角，度；小c：土的內(nèi)聚力，區(qū)的。“dtg（h內(nèi)摩族力。庫侖定律說明：（D土的抗剪強度由土的內(nèi)摩爆力。坦。和內(nèi)聚力c兩部分組成.（2）內(nèi)摩爆力與翦切面上的法向應(yīng)力成正比，其比值為土的內(nèi)摩麋系數(shù)爾，,（3）表征抗典強度指標土的內(nèi)摩擦角小和內(nèi)聚力c無粘性土的c=0,內(nèi)摩原角（坦”）主要取決于土校表面的粗糙程度和土粒交錯排列的情況r丁土粒表面越粗糙，棱角越多，密實度越大，則土的內(nèi)摩座系數(shù)大二粘性土的內(nèi)聚力C取決于土粒間的

5、連結(jié)程度：內(nèi)摩痕力（。年，）較小.，二、總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法息應(yīng)力法是用支切面上的總應(yīng)力來表示士的抗觀強度，即：X/=。ZgO+Cd有效應(yīng)力法是用英切面上的有效應(yīng)力來表示土的抗更強度，即，。=a+3或5/=atg0+c“式中，$,己或。，/分別為有效內(nèi)摩犀角和有效內(nèi)聚力.飽和土的抗典強度與土熨剪前在法向應(yīng)力作用下的固結(jié)案有關(guān).而土只有在有效應(yīng)力作用下才能J.有效應(yīng)力逐濟增加的過程，就是土的抗剪強度逐話增加的過程,剪切面上的法向應(yīng)力與有效應(yīng)力之間有如下關(guān)系，“a=af+u“土的強度主要取決于有效應(yīng)力大小，故抗嵬強度的關(guān)系式中應(yīng)反映有效應(yīng)力，更為合適.即：*r/=a/tg+cr=(a-u)tgr+

6、cr總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法的優(yōu)缺點，1.總應(yīng)力法B優(yōu)點，操作簡單,運用方便.（一般用直翦儀測定）缺點不能反映地基土在實際情況下的抗剪強度,2.有效應(yīng)力法；優(yōu)點：理論上比較產(chǎn)恪，能較好的反映抗剪強度的突腐，能檢驗土體處于不同情況下的穩(wěn)定性.”眼點/孑映水壓二的正璃;則淤1H困藤.，三、莫爾屋侖破壞標值，）,累K屋侖破壞理論:以庫侖公式。牡。跑我也作為甑典強度公式,根據(jù)典應(yīng)力是否去到抗翦強度（1=%）作為破壞標準的理論就際為英屏莊倉艘壞理論江其樂庫侖破壞準則t標準卜研究莫爾庫侖破壞理論如何直接用車應(yīng)力表示卜這就*莫爾岸它破壞準則,也稱土的極限平衡條件.I或元障上的應(yīng)力和應(yīng)力阿任取某一單元土體廂震,其

7、面IR為內(nèi)震在段元體上任取某TEffi磔.跚羯公式1a+%）+1（/一口3）皿加r二工f療11-嗎）sm2a式中工。工任一截面inn上的法向應(yīng)力（tpa）jT:任一豉面蛹上的翦應(yīng)力（Kpa）t“。I；焦大主應(yīng)力：3最小主理力；，a：截面匿與最小主.史力作用方向的夾用.1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:而1oo=cgc+苣人上式簾；題皆=ccfgp+|(tT|+巧+r)+亞bg丁進一步整理可得,格上麗式變?yōu)椋晌淦椒胶?因褐應(yīng)力區(qū)的公式E通過土中一點，在0,/柞用F或出現(xiàn)一.，河切破裂面如圖.它們與最小主應(yīng)力作用這一對fl梁面之閽的夾角在小作用方向箸F8=9

8、0-7嘉示湖IL橫生際分別為工及b的圓，圖心為!巧+丐,0),園半徑萼于g二a2：極限平衡察件(T(4jj+%)=-仃。80M2Jr-R$in2a方向的交用2為cs=(4+)2廠a,-=c*cosa)+25=7/（4,+色）+及,也（4+F）.j22-%=7j（g3（45-y）-2cg（45-225r（1）由實最小主應(yīng)力%及蕓式,=曰建345+5+左電（45十+可推求土體處1WV二極限狀態(tài)時*所能承受的晨大主應(yīng)力ft若實除罡F主應(yīng)力中6卜,（2）同理.由實測.J1及公忒外%坦（45*-多-本坦（45.-至可推求土皆城患圍&南狀毒時所輪承交明最小主皿力、。交書吳測霞小王應(yīng)力為。3M（3）WM.當

9、8X1或Sf33時.體處于穩(wěn)定平衡，當。INI或NZ3時.土住處于極限平街+當冢91或曰2凈3時，士勝處了失穩(wěn)狀機*富三節(jié)抗典強度爆試驗方法，f搜掛亦奈性分快輿（不排水斯.，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、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

10、，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，而且受剪切面面積愈來愈小；(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，

11、尚能測定其它指標。缺點：(1)操作復(fù)雜；(2)所需試樣較多；(箝主應(yīng)力方向固定不變，而且是再令b?=h/的軸對稱惜a下進行的.與賓際恃況尚不才院全苻合三、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)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

12、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、指標計算直接剪忸雌的結(jié)果用總應(yīng)力法按庫侖公式計箕抗理4S指標.它用同一土試樣切取不少于皿個試樣遴行不同垂直壓力作用下的剪切圍驗后，用相同的比例尺甚蛛徽上檢制抗剪強度9與垂直壓力P的相關(guān)直姨,亙?nèi)唤籚軸的城跑即為土的內(nèi)愛力口直接愉斜角即為土的內(nèi)摩爆角中.相關(guān)直線可用圖解法或最小定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

13、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，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。小二”十凝產(chǎn)式中；“土的殘余抗煎強度（Kra）不殘余內(nèi)聚力t般勺之口）KPa-婷；殘余內(nèi)摩朦角（叫小療工垂直應(yīng)壓力（酮）f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)

14、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，快速增大軸向壓力到試樣破壞?？刂品椒ǎ簯?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?？刂品椒ǎ簯?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

15、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61.8305隙、軟弱面或結(jié)構(gòu)面的土樣，宜用直徑61.8mm，或101mm試件高度與直徑的比值應(yīng)為2.02.5的試樣。（3）10180104、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

16、的主應(yīng)力值。）此外，還有無策限壓縮試驗，十字板剪切試驗。例k設(shè)施性土地理中某臣的王校力,=,土的抗更強度楮標二工20舒%,但二笈，讀詞談熏處于什么狀毒？解，由式上.=巧增二45一工）-2七坦（呂夕-已卜22可用土體處于極陽平衡狀態(tài)而最大主或力為叮，時所對應(yīng)的量小主應(yīng)力為工討果,-g（45p-f）-2二上宮（4$，r2）=9QKPa22a故工可判定諼點處于隱定優(yōu)態(tài).或ta/*二穩(wěn)定,例2進行土得三軸弱切試驗，得到下表關(guān)系，求與這個土樣有效應(yīng)力相關(guān)得黏著力c.內(nèi)摩擦角，.(這個試蛉是按圍穌不擇水試驗進行的)，固結(jié)壓力(kg/cm2)惻壓力(kg/cm2)最大應(yīng)力差(kg/cm2)-最大應(yīng)力差時的孔

17、隙水壓力(kg/cm7161.00.57104孫2Op2.Op1.1020乂31303619381282-路1W壓力6=1.0K或nP時5/=5-1=0.571+100490=1081(kgfcm2)。%/6一一100490510kMm3b酶壓力q=2。Kg/c曲時/6/=q-%=l.101+20-0945=2156(kg/cm2)，解：側(cè)壓力b3=L0Kg/cm2時，/=，一%=0.571+1.0。.490=1.081(kg/cm2)“a3/=-u=1.00.49=0.510kg/cm2側(cè)壓力%=2.0Kgcmz時，5。=5-i=l.101+2.00.945=2156(kg/cm2).氣/=%f=20.945=1.055kgcni2側(cè)壓力t3=3,0kg/cm?時“力/=5-%=1.938+3-1.282=3.656(kgcm2)r3y=cf3-u=3.01.282=1.718kg/cm2繪制莫爾應(yīng)力圖一求得：c=0(kgcm2)/吠二210d例3在飽和狀態(tài)正常固結(jié)枯土上進行I不拉水的三輪壓縮試跪，得到如下值，當偶壓力73=20kgAzm3時,破壞時的應(yīng)力差q-6=35kg/cm3.孔隙水壓力，=22融