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第六章土的抗剪強(qiáng)度§6.1概述§6.2土的抗剪強(qiáng)度理論§6.3土的抗剪強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)§6.4飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度§6.5無粘性土的抗剪強(qiáng)度本章主要內(nèi)容：土工結(jié)構(gòu)物或地基土滲透問題變形問題強(qiáng)度問題滲透特性變形特性強(qiáng)度特性§6.1概述1.碎散性：強(qiáng)度不是顆粒礦物本身的強(qiáng)度，而是顆粒間相互作用——主要是抗剪強(qiáng)度與剪切破壞，顆粒間粘聚力與摩擦力；2.三相體系：三相承受與傳遞荷載——有效應(yīng)力原理；3.自然變異性：土的強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)性與復(fù)雜性。一、土的抗剪強(qiáng)度二、土的強(qiáng)度特點(diǎn)：基坑支護(hù)1.擋土結(jié)構(gòu)物的破壞三、工程中土體的破壞類型擋土墻滑裂面平移滑動(dòng)2.各種類型的滑坡崩塌旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)流滑地基p3.地基的破壞☆土壓力☆邊坡穩(wěn)定☆地基承載力★擋土結(jié)構(gòu)物破壞★各種類型的滑坡★地基的破壞一、直剪試驗(yàn)和庫(kù)侖公式二、土的強(qiáng)度機(jī)理三、摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論§6.2土的抗剪強(qiáng)度理論本節(jié)主要內(nèi)容：一、直剪試驗(yàn)和庫(kù)侖公式直剪試驗(yàn)庫(kù)侖（1776）

施加σ（=P/A）量測(cè)（=T/A）上盒下盒PSTA試驗(yàn)原理Occ粘聚力內(nèi)摩擦角角σ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPa庫(kù)侖公式式：f：土的抗剪剪強(qiáng)度tg：摩擦強(qiáng)度度-正比比于壓力力c：粘聚強(qiáng)度度-與所所受壓力力無關(guān)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)NT=NT二、土的的強(qiáng)度的的機(jī)理1.摩（1）滑滑動(dòng)摩擦擦（2）咬合摩擦擦引起的的剪脹（3）顆顆粒的破破碎與重重排列NT滑動(dòng)摩擦顆粒破碎與重排列咬合摩擦引起的剪脹密度（e,粒徑級(jí)配配（Cu,Cc）顆粒的礦礦物成分分：對(duì)于：砂土>粘性土土；高嶺石>伊里石石>蒙特特石粒徑的形形狀（顆顆粒的棱棱角與長(zhǎng)長(zhǎng)寬比））在其他條條件相同同時(shí)：對(duì)于砂土土，顆粒粒的棱角角提高了了內(nèi)摩擦擦角對(duì)于碎石石土，顆顆粒的棱棱角可能能降低其其內(nèi)摩擦擦角影響土土的摩摩擦強(qiáng)強(qiáng)度的的主要要因素素：粘聚強(qiáng)強(qiáng)度機(jī)機(jī)理粘聚強(qiáng)強(qiáng)度影影響因因素2.凝凝聚強(qiáng)強(qiáng)度靜電引引力（（庫(kù)侖侖力））范德華華力顆粒間間膠結(jié)結(jié)假粘聚聚力（（毛細(xì)細(xì)力等等）地質(zhì)歷歷史粘土顆顆粒礦礦物成成分密度離子價(jià)價(jià)與離離子濃濃度三、摩摩爾-庫(kù)侖侖強(qiáng)度度理論論1.庫(kù)庫(kù)侖侖公式式2.應(yīng)應(yīng)力力狀態(tài)態(tài)與摩摩爾圓圓3.極極限限平衡衡應(yīng)力力狀態(tài)態(tài)4.摩摩爾爾-庫(kù)庫(kù)侖強(qiáng)強(qiáng)度理理論5.破破壞壞判斷斷方法法6.滑滑裂裂面的的位置置c粘聚力力內(nèi)摩擦擦角f：土的抗抗剪強(qiáng)強(qiáng)度tg：摩擦強(qiáng)度度-正比比于壓力力c：粘聚強(qiáng)度度-與所所受壓力力無關(guān)1.庫(kù)侖侖公式στφστφc無粘性土土粘性土抗剪強(qiáng)度度曲線στ砂土：粘性土：：庫(kù)侖（Coulomb）公式c:土的粘聚聚力:土的內(nèi)摩摩擦角莫爾—庫(kù)庫(kù)侖強(qiáng)度度理論（1）在在一定的的應(yīng)力范范圍內(nèi)，，可以用用線性函函數(shù)近似似f=c+tg（2）某土單元元的任一一個(gè)平面面上=f，該單元就就達(dá)到了了極限平平衡應(yīng)力力狀態(tài)331131dlcosdlsin2、土中中一點(diǎn)的的應(yīng)力狀狀態(tài)Oz+zx-xzx213rR3.應(yīng)應(yīng)力莫爾爾圓圓心：半徑：莫爾圓：：代表一一個(gè)土單單元的應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)；圓周周上一點(diǎn)點(diǎn)代表一一個(gè)面上上的兩個(gè)個(gè)應(yīng)力與不同狀態(tài)態(tài)時(shí)的摩摩爾圓4.極極限平衡衡應(yīng)力狀狀態(tài)極限平衡衡應(yīng)力狀狀態(tài)：有一面上上的應(yīng)力力狀態(tài)達(dá)達(dá)到=f土的強(qiáng)度度包線：：所有達(dá)到到極限平平衡狀態(tài)態(tài)的莫爾爾園的公公切線。ff與破壞包包線相交交：有一些平平面上的的應(yīng)力超超過強(qiáng)度度；不可可能發(fā)生生。強(qiáng)度包線線以內(nèi)：：任何一個(gè)個(gè)面上的一對(duì)對(duì)應(yīng)力與都沒沒有達(dá)到破壞包包線，不不破壞；；與破壞包包線相切切：有一個(gè)面面上的應(yīng)應(yīng)力達(dá)到到破壞；；莫爾-庫(kù)庫(kù)侖強(qiáng)度度理論表表達(dá)式－－極限平平衡條件件1f3Ocσ1<σ1f彈性平衡衡狀態(tài)σ1=σ1f極限平衡衡狀態(tài)σ1>σ1f破壞狀態(tài)態(tài)Oc1f3115.破破壞判斷斷方法3=常數(shù)數(shù)：判別對(duì)象象：土體體微小單單元（一一點(diǎn)）根據(jù)應(yīng)力力狀態(tài)計(jì)計(jì)算出大大小主應(yīng)應(yīng)力σ1、σ3，由σ3計(jì)算σ1f，比較σ1與σ1fσ3>σ3f彈性平衡衡狀態(tài)σ3=σ3f極限平衡衡狀態(tài)σ3<σ3f破壞狀態(tài)態(tài)Oc13f331=常數(shù)數(shù)：根據(jù)應(yīng)力力狀態(tài)計(jì)計(jì)算出大大小主應(yīng)應(yīng)力σ1、σ3，由σ1計(jì)算σ3f，比較σ3與σ3f>安全狀態(tài)=極限平衡衡狀態(tài)<不可能狀態(tài)Oc(1+3)/2=常數(shù)數(shù)：圓心心保持不不變根據(jù)應(yīng)力力狀態(tài)計(jì)計(jì)算出大大小主應(yīng)應(yīng)力σ1σ3，由σ1、σ3計(jì)算，與比較31f45°＋/2Oc1f3226.滑滑裂面的的位置與大主應(yīng)應(yīng)力面夾夾角：α=45+/2圖中虛線線所指位置為滑滑裂面一、室內(nèi)內(nèi)試驗(yàn)二、野外外試驗(yàn)§6.3抗剪剪強(qiáng)度測(cè)測(cè)定試驗(yàn)驗(yàn)直剪試驗(yàn)驗(yàn)、三軸軸試驗(yàn)等等制樣（重重塑土））或現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)取樣缺點(diǎn)：擾擾動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)應(yīng)力條件件清楚，，易重復(fù)復(fù)十字板扭扭剪試驗(yàn)驗(yàn)、旁壓壓試驗(yàn)等等原位試驗(yàn)驗(yàn)缺點(diǎn)：應(yīng)應(yīng)力條件件不易掌掌握優(yōu)點(diǎn)：原原狀土的的原位強(qiáng)強(qiáng)度PSTAσ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPaOc一、室內(nèi)內(nèi)試驗(yàn)1.直直剪試驗(yàn)驗(yàn)通過控制制剪切速速率來近近似模擬擬排水條條件3.快快剪施加正應(yīng)應(yīng)力后立立即剪切切3-5分鐘內(nèi)內(nèi)剪切破破壞1.固固結(jié)慢剪剪：施加正應(yīng)應(yīng)力-充充分固結(jié)結(jié)慢慢施施加剪應(yīng)應(yīng)力-小小于0.02mm/分，以保保證無超超靜孔壓壓2.固固結(jié)快剪剪施加正應(yīng)應(yīng)力-充充分固結(jié)結(jié)在3-5分鐘鐘內(nèi)剪切切破壞設(shè)備簡(jiǎn)單單，操作作方便結(jié)果便于于整理測(cè)試時(shí)間間短試樣應(yīng)力力狀態(tài)復(fù)復(fù)雜應(yīng)變不均均勻不能控制制排水條條件剪切面固固定優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)直接剪切切試驗(yàn)土的剪切切試驗(yàn)方方法抗剪強(qiáng)度度曲線試樣壓力室壓力水排水管閥門軸向加壓壓桿有機(jī)玻璃璃罩橡皮膜透水石頂帽2.三三軸試驗(yàn)驗(yàn)（1）試試樣應(yīng)力力特點(diǎn)與與試驗(yàn)方方法（2）強(qiáng)強(qiáng)度包線線（3）試試驗(yàn)類型型（4）優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)變控制制式三軸軸儀：壓壓力室，，加壓系系統(tǒng)，量量測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)組成應(yīng)力控制制式三軸軸儀試驗(yàn)步驟驟:1.裝樣樣2.施加加周圍壓壓力3.施加加豎向壓壓力

3

3

3

3

3

3△△三軸剪切切試驗(yàn)方法：首先試樣樣施加靜靜水壓力力—室然后通過活塞桿施加的是應(yīng)力差Δ1=

1-3。

（1）試樣應(yīng)應(yīng)力特點(diǎn)與試試驗(yàn)方法：特點(diǎn)：試樣是軸對(duì)稱稱應(yīng)力狀態(tài)。。垂直應(yīng)力z一般是大主應(yīng)應(yīng)力；徑向與與切向應(yīng)力總總是相等r=，亦即1=z；2=3=r強(qiáng)度包線(1-)fc

(1-)f11-31=15%分別作圍壓為100kPa、200kPa、300kPa的三軸試驗(yàn)，，得到破壞時(shí)時(shí)相應(yīng)的（1-)f繪制三個(gè)破壞壞狀態(tài)的應(yīng)力力摩爾圓，畫畫出它們的公公切線——強(qiáng)強(qiáng)度包線，得得到強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)c與（2）強(qiáng)度包包線固結(jié)排水試驗(yàn)驗(yàn)（CD試驗(yàn)）1打開排水水閥門，施加圍壓后充分固結(jié)，，超靜孔隙水水壓力完全消消散；2打開排水水閥門，慢慢慢施加軸向應(yīng)應(yīng)力差以便充分排水水，避免產(chǎn)生生超靜孔壓固結(jié)不排水試試驗(yàn)（CU試驗(yàn)）1打開排水水閥門，施加圍壓后充分固結(jié)，，超靜孔隙水水壓力完全消消散；2關(guān)閉排排水閥門，很很快剪切破壞壞，在施加軸軸向應(yīng)力差過程中不排水水不固結(jié)不排水水試驗(yàn)（UU試驗(yàn)）1關(guān)閉排排水閥門，圍壓下不固結(jié)；2關(guān)閉排排水閥門，很很快剪切破壞壞，在施加軸軸向應(yīng)力差過程中不排水水cd、dccu、cucu、u（3）試驗(yàn)類類型固結(jié)排水試驗(yàn)驗(yàn)（CD試驗(yàn)）ConsolidatedDrainedTriaxialtest(CD)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)：cdd（c）固結(jié)不排水試試驗(yàn)（CU試驗(yàn)）ConsolidatedUndrainedTriaxialtest(CU)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)：ccucu不固結(jié)不排水水試驗(yàn)（UU試驗(yàn)）UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest(UU)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)：cuu（cuuuu）試驗(yàn)類型匯總總優(yōu)點(diǎn)：1應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)應(yīng)力路徑明確確；2排水條件清楚楚，可控制；；3破壞面不是人人為固定的；；4試驗(yàn)單元體試試驗(yàn)缺點(diǎn)：設(shè)備相對(duì)復(fù)雜雜，現(xiàn)場(chǎng)無法法試驗(yàn)說明：3＝0即為無側(cè)限抗壓強(qiáng)強(qiáng)度試驗(yàn)（4）優(yōu)點(diǎn)和和缺點(diǎn)二、野外試驗(yàn)驗(yàn)十字板剪切試試驗(yàn)一般適用于測(cè)測(cè)定軟粘土的的不排水強(qiáng)度度指標(biāo)；鉆孔到指定的的土層，插入入十字形的探探頭；通過施加的扭扭矩計(jì)算土的的抗剪強(qiáng)度時(shí)M1HDM2無側(cè)限抗壓強(qiáng)強(qiáng)度試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)：§6.4飽和粘性土的的抗剪強(qiáng)度粘聚力c內(nèi)摩擦角強(qiáng)度指標(biāo)的分分類：按照分析方法法，可分為總總應(yīng)力強(qiáng)度指指標(biāo)與有效應(yīng)應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)；按照試驗(yàn)方法法，可分為直直剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)與三軸試驗(yàn)驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)；；按照應(yīng)力應(yīng)變變狀態(tài)，可分分為峰值強(qiáng)度度指標(biāo)與殘余余強(qiáng)度指標(biāo)。。一.總應(yīng)力力指標(biāo)與有效效應(yīng)力指標(biāo)二.三軸試試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)三.土的強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)的工工程應(yīng)用本節(jié)主要內(nèi)容容：一、總應(yīng)力指指標(biāo)與有效應(yīng)應(yīng)力指標(biāo)1.兩種強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)的比較2.有效應(yīng)力、總總應(yīng)力強(qiáng)度包包線1.兩種強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)的比比較土的抗剪強(qiáng)度度的有效應(yīng)力指標(biāo)標(biāo)c,=c+tg=-u符合土的破壞壞機(jī)理，但有有時(shí)孔隙水壓壓力u無法確定土的抗剪強(qiáng)度度的總應(yīng)力指標(biāo)c,=c+tg便于應(yīng)用,但但u不能產(chǎn)生抗剪剪強(qiáng)度，不符符合強(qiáng)度機(jī)理理強(qiáng)度指標(biāo)抗剪強(qiáng)度簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)二、飽和粘性性土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度1、不固