第2章土的抗剪強度

1、第2章 土的抗剪強度加拿大特朗斯康谷倉：概況：加拿大特朗斯康谷倉：概況：1911年動工，年動工，1913年完工，自年完工，自重重20000T。1913年年9月裝谷物，月裝谷物，10月月17日裝了日裝了31822谷物時，谷物時，1小時豎向沉降達(dá)小時豎向沉降達(dá)30.5cm，24小時傾斜小時傾斜2653，西端下沉，西端下沉7 . 3 2 m ， 東 端 上 抬， 東 端 上 抬 1 . 5 2 m ， 上 部 鋼 混 筒 倉 完 好 無 損， 上 部 鋼 混 筒 倉 完 好 無 損2.1庫侖公式 內(nèi)摩擦角：是特指巖體、土體內(nèi)部產(chǎn)生剪切破壞時的抗剪強度指標(biāo),即材料內(nèi)部發(fā)生破壞時的摩擦阻力折算的摩擦角.

2、 外摩擦角:巖體與其它材料如混凝土/鋼筋等接觸面之間的摩擦阻力折算的摩擦角砂土庫侖公式tgf粘土庫侖公式tg cf抗剪強度的來源v1 無粘性土 ：滑動摩擦 咬合摩擦v2粘性土：內(nèi)摩擦力 范德華力 粘聚力 庫侖力 天然膠結(jié)力v無粘性土的抗剪強度取決于顆粒間的磨擦阻力，它包括土顆粒間滑動磨擦阻力和土顆粒表面凸凹不平所形成的機械咬合力，其大小取決于顆粒大小、級配狀況、密實度、顆粒形狀以及粗糙程度等因素。v粘聚力C:是土粒間膠結(jié)作用和各種物理化學(xué)鍵作用的結(jié)果，其大小與土礦物成份、壓密程度有關(guān)。粘聚力分為原始粘聚力和固化粘聚力。原始粘聚力是由土顆粒之間的分子引力形成。它隨土的壓密、土顆粒間的距離減少而增

3、大。固化粘聚力是由土中化合物的膠結(jié)作用形成，隨膠結(jié)物的結(jié)晶和硬化而增強。如果土的結(jié)構(gòu)破壞，這部分粘聚力即喪失，而且不能恢復(fù)，故在基礎(chǔ)施工時，應(yīng)盡可能不擾動地基土的結(jié)構(gòu)。 影響抗剪強度的因素v1土的物理化學(xué)作用的影響 土的礦物成份 土的顆粒形狀和級配 土的原始密度 土的含水率 土的結(jié)構(gòu) 2 孔隙水壓力的影響 只有作用在土顆粒骨架上的有效應(yīng)力才能產(chǎn)生內(nèi)摩擦力 土的極限平衡條件tg cfABDOf極限平衡條件莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則極限應(yīng)力圓破壞應(yīng)力圓剪切破壞面無粘性土極限平衡條件20132031tan452tan452粘性土的極限平衡條件土的極限平衡條件土的極限平衡條件2.2確定強度指標(biāo)的試驗v測定土抗剪

4、強度指標(biāo)的試驗稱為剪切試驗v按照常用的試驗儀器將剪切試驗分為 直接剪切試驗 三軸壓縮試驗 無側(cè)限抗壓強度試驗 十字板剪切試驗v近似模擬直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗v在直剪試驗過程中，不能量測孔隙水應(yīng)力，也不能控制排水，所以只能以總應(yīng)力法來表示土的抗剪強度。但是為了考慮固結(jié)程度和排水條件對抗剪強度的影響，根據(jù)加荷速率的快慢可將之間試驗劃分為v快剪v固結(jié)快剪v慢剪直接剪切試驗比較其大小：直接剪切試驗v直剪試驗的缺點v剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面v試驗中的排水程度靠試驗速度的快慢控制v由于上下土盒的錯動，剪切過程中

5、試樣的有效面積減小，使試樣中的應(yīng)力分布不均勻，主應(yīng)力方向發(fā)生變化，當(dāng)剪切變形較大時這一缺陷表現(xiàn)更為突出三軸壓縮試驗v三軸壓縮試驗直接量測的是試樣在不同恒定周圍壓力下的抗壓強度，然后利用莫爾庫侖破壞理論間接推求土的抗剪強度。三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗v三軸試驗根據(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（UU）、固結(jié)不排水剪（CU）、固結(jié)排水剪（CD）。分別對應(yīng)于直剪試驗的快剪、固結(jié)快剪、和慢剪試驗。v結(jié)果比較： UU CU CD三軸壓縮試驗v剪切破壞有效應(yīng)力 有效應(yīng)力圓與總應(yīng)力圓大小相同，只是當(dāng)剪破時的孔隙水應(yīng)力為正值時，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左邊；而當(dāng)

6、剪破時的孔隙水應(yīng)力為負(fù)值時，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的右邊。無側(cè)限抗壓強度試驗v三軸壓縮試驗當(dāng)周圍壓力為零時即為無側(cè)限試驗條件，此時只有軸向壓力，所以也稱單軸壓縮試驗。v由于試樣的側(cè)向壓力為零，在軸向受壓時，其側(cè)向變形不受限制，故又稱無側(cè)限壓縮試驗。v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能承受的最大軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強度，以qu表示無側(cè)限抗壓強度試驗無側(cè)限抗壓強度試驗極限應(yīng)力圓不排水強度原位十字板剪切試驗v原位十字板剪切試驗是一種利用十字板剪切儀在現(xiàn)場測定土的抗剪強度的方法。這種方法適用于在現(xiàn)場測定飽和粘性土的原位不排水強度，特別適用于均勻的飽和軟粘土。原位十字板剪切試驗原位

7、十字板剪切試驗正常固結(jié)土UU試驗正常固結(jié)土UU試驗Cu土的不排水抗剪強度正常固結(jié)土CU試驗正常固結(jié)土CU試驗正常固結(jié)土CD試驗正常固結(jié)土CD試驗三種試驗結(jié)果的對比uucucd粘土的殘余強度粘土的殘余強度v粘土的殘余強度與它的應(yīng)力歷史無關(guān)v在大位移下超固結(jié)粘土的強度降低幅度比正常固結(jié)粘土的大v殘余強度線為通過坐標(biāo)原點的直線 粘土的結(jié)構(gòu)性與觸變性v粘土的強度隨著其結(jié)構(gòu)的改變而發(fā)生變化的特性稱為土的結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)性v某些在含水率不變的條件下使其原有結(jié)構(gòu)受徹底擾動的粘土，稱為重塑土重塑土v在含水率不變的條件下粘土因重塑而軟化（強度降低），軟化后又隨靜置時間的延長而硬化（強度增長）的這種性質(zhì)稱為粘土的觸變性

8、觸變性。v土的靈敏度靈敏度是指粘土在未擾動狀態(tài)下的無側(cè)限抗壓強度與其重塑后立即進行試驗的無側(cè)限抗壓強度之比值。 砂性土的剪切性狀v砂土的抗剪強度受密度、顆粒形狀、表面粗糙度和級配的影響。對于一般砂土來講，影響抗剪強度的主要因素是其初始孔隙比（或初始干密度）。v初始孔隙比越小，抗剪強度越高v同一種砂土在相同的孔隙比下飽和時的內(nèi)摩擦角比干燥時小砂性土的剪切性狀砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變v松砂受剪時，顆粒滾落到平衡位置，排列更緊密些，所以體積縮小，把這種因剪切而體積縮小的現(xiàn)象稱為剪縮性松 砂砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變v緊砂受剪時，顆粒必須升高以離開它們原來的位置而彼此才能滑過，從而導(dǎo)致體積膨脹，把這種因剪切

9、而體積膨脹的現(xiàn)象稱為剪脹性。緊 砂砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變 隨著軸向應(yīng)變的增加，松砂的強度逐漸增加，曲線應(yīng)變硬化。體積逐漸減小緊砂的強度達(dá)到一定值后，隨著軸向應(yīng)變的繼續(xù)增加，強度反而減小，最后呈應(yīng)變軟化型 體積開始時稍有減小，繼而增加，超過它的初始體積砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變v砂土在低周圍壓力下由于初始孔隙比的不同，剪破時的體積可能小于初始體積，也可能大于初始體積，則可以想象，砂土在某一初始孔隙比下受剪，它剪破時的體積將等于其初始體積，這一初始孔隙比稱為臨界孔隙比。 砂土的臨界孔隙比將隨周圍壓力的增加而減小砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變v飽和砂土在低周圍壓力下受剪時，如果不允許它的體

10、積發(fā)生變化，則：v緊砂為抵抗剪脹的趨勢，將通過調(diào)整土體內(nèi)部應(yīng)力，產(chǎn)生負(fù)孔隙水壓力，使周圍壓力增加，以保持體積不變v松砂為抵抗體積縮小的趨勢，將產(chǎn)生正孔隙水壓力，使周圍壓力減小，以保持體積不變。砂土的殘余強度砂土的液化v液化：任何物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體的行為或過程v砂土液化：砂土在突發(fā)的動荷載作用下，不能在短時間排水固結(jié)，為抵抗剪力引起的體積縮小的趨勢，將產(chǎn)生很大的孔隙水壓力，從而導(dǎo)致土體的抗剪能力完全喪失的現(xiàn)象?？辜魪姸戎笜?biāo)的選擇試驗方法適用范圍UU試驗地基為透水性差的飽和粘性土和排水不良且建筑物施工速度快。常用于施工期的強度與穩(wěn)定算CU試驗建筑物竣工后較長時間，突遇荷載增大。如房屋加層、天然土坡上堆

11、載等CD試驗地基的透水性較好（如砂土等低塑性土）和排水條件良好，且建筑物施工速度較慢v只有當(dāng)室內(nèi)室驗的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力水平與實際工程的應(yīng)力條件完全相同時，試驗所得的強度指標(biāo)才能符合實際，而這只能是近似做到。因此，在選擇某種土的抗剪強度指標(biāo)c和時，必須同時指出土樣的原始固結(jié)狀態(tài)和所用的試驗方法，才能正確判斷這種指標(biāo)的意義以及如何用于計算分析。 土的強化和弱化 高應(yīng)變擬合分析時土的靜阻力模型緊砂的強度達(dá)到一定值后，隨著軸向應(yīng)變的繼續(xù)增加，強度反而減小，最后呈應(yīng)變軟化型 隨著軸向應(yīng)變的增加，松砂的強度逐漸增加，曲線應(yīng)變硬化。練習(xí)題v1土的強度指標(biāo)是指_和_v2影響土強度的主要因素_、_、_、v_、_、_v3土的承載力大小主要由土的決定，其由力和力組成，