土的抗剪強度

1、土的抗剪強度、王英浩、內(nèi)蒙古科技高等院校建筑和土木工程學學院巖土教研組認為，土的破壞主要是由剪切引起的，剪切破壞是土體破壞的重要特征。 施工時間中有關土的抗剪強度的工程主要有以下3種3: (1)土質(zhì)土防洪堤的穩(wěn)定(2)土壓力(3)地基的承載力問題，工程實例土坡穩(wěn)定，工程實例土坡穩(wěn)定的工程實例土壓力，工程實例土壓力，工程實例地基承載力問題，工程實例地基承載力問題，第一節(jié)土的抗剪強度概要土的抗剪強度3360與土體抗剪破壞當載荷作用于折動面(破壞面) :土體時，在土的各點產(chǎn)生剪切應力，當某一點的剪切應力達到剪切強度時，在剪切面兩側(cè)的土體產(chǎn)生相對位移而產(chǎn)生折動破壞，將該剪切面稱為折動面或破壞面。 1

2、.庫侖式1 )以庫侖式的基本形式(總應力剪切強度式)表示剪切斷裂面上的剪切應力，即土的剪切強度(KPa )破壞面上的法向應力(KPa )土的粘聚力，(KPa )無粘性土，土的內(nèi)摩擦角() 稱為剪切強度指標，在同一種類的土中，這些個和試驗方法有關有效應力抗剪強度公式中剪切斷裂面上的有效法向應力(KPa ) u土中超靜孔隙水壓(KPa )土的有效粘著力(KPa )土的有效內(nèi)摩擦角() 稱為土的有效抗剪強度指標，在同一土中，其值理論上與試驗方法無關，均接近常數(shù)。 問題：總應力法和有效應力法的優(yōu)缺點是什么？總應力法比有效應力法簡單，測試時不需要測量孔隙水壓力，所以進行穩(wěn)定分析時也不考慮孔隙水壓力，只要

3、測量總應力即可，但對同一土壤施加相同的總應力，測試方法不同或控制的排水條件不同也就是說，總應力和土的抗剪強度沒有唯一的對應關系的應用很多。有效應力法考慮到孔隙水壓力的影響，只計算作用于粒間的有效應力，對于同種類的土，無論采用什么樣的試驗方法，只要能夠正確地測定孔隙水壓力，得到的有效剪切強度指標是相同的。但是，測定孔隙水壓力方面剪切強度的來源：1)無粘性土：來自土粒間的摩擦力(內(nèi)摩擦力)。 a .一部分土粒子的粗糙度引起的表面摩擦力b .另一部分是粗粒子彼此嵌合，聯(lián)搖滾樂作用引起的咬合力。 2 )粘性土：除了內(nèi)摩擦力外，還有粘聚力。 粘聚力主要來源于土顆粒之間的電分子吸引力以及土中黏附物質(zhì)(硅元

4、素、鐵元素物質(zhì)和碳酸鹽等)與土顆粒的黏附作用。 二、摩爾庫侖強度理論，(一)，假定土體中任意點的應力狀態(tài)是土層均勻連續(xù)的半空間材料，研究在地面以下任意深度m點的應力狀態(tài).下面只討論平面問題，在土體中取微針織面料體，作用于該尤針織面料體的兩個主應力，作用于與大主應力作用面成角的平面的正應力和切應力可以由靜力平衡條件求出：(二)、土的極限平衡條件的建立、土處于極限平衡態(tài)時， 由極限應力圓和抗剪強度包復線相接的幾何關系，能夠建立以下極限平衡條件的粘性土：簡化得到的：破壞面與大主應力作用面之間的角度、問題：土體的最大抗剪應力面是剪切斷裂面嗎？ 對于飽和軟粘土，在不排水的條件下，其內(nèi)摩擦角為0，此時土體

5、的最大剪切應力面為剪切斷裂面，第二節(jié)剪切強度的測定方法、測定土剪切強度指標的試驗稱為剪切試驗， 用常用的試驗儀器將剪切試驗直接剪切試驗三軸壓縮試驗無側(cè)抗壓強度試驗分成十字板剪切試驗進行近似模擬，直接剪切試驗，應變控制式直剪切器應變控制式直剪切器的試驗原理：對同一種土至少采集4個平行試樣，分別在不同的垂直壓力下進行剪切斷裂，將試驗結(jié)果制作剪切強度f和相應垂直壓力的相關系譜圖實驗結(jié)果表明，粘性土f基本呈直線關系，直線方程式在庫侖式表示的無粘性土中，f是通過原點的直線。 的缺點直接構(gòu)成剪切器、剪切面不一定是最弱的面，剪切面上的剪切應力分布不均勻，剪切面在剪切過程中逐漸縮小，排水條件不能嚴格特羅爾，不

6、能測量孔隙水壓力，結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，優(yōu)點直接在剪切器、三軸壓縮試驗、 對同一種土采取至少3個平行試料，分別在不同的周圍壓力3和軸壓1下剪切破壞，將試驗結(jié)果繪制成幾個極限應力圓。 根據(jù)摩爾庫侖理論，該極限應力圓的公切線為土的抗剪強度包復線，近似直線，直線方程為庫侖方程表示的方程； 三軸壓縮機的試驗原理：c，0，三軸壓縮試驗原理，的優(yōu)點三軸壓縮機的缺點三軸壓縮機，c，0，三軸壓縮試驗原理， 是能夠嚴格控制排水條件，剪切破壞面為最弱的面，在試驗設備、試驗過程相對復雜，試樣的受力狀態(tài)為軸對稱的情況下，不一定與實際的土體的受力狀態(tài)一致，無側(cè)限抗壓強度試驗、三軸壓縮試驗在周圍壓力為零時為無側(cè)限試驗條件，

7、此時由于試料的側(cè)向力為零，在軸向施加壓力時，其側(cè)向變形不受限制，因此也稱為無側(cè)向限制壓縮試驗。 由于試料在軸心受壓的條件下被破壞，此時土所能承受的最大軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強度，用qu表示，可以代替極限應力圓，應用：三軸試驗(相當于3=0)，求出土的靈敏度缺陷：無粘性土和粗軟土(流型)試驗快，水不能排除，十字該方法適用于現(xiàn)場檢測飽和粘性土原位排水強度，尤其適用于均勻的飽和軟黏土. 因為不需要開孔取原來的土的花樣，土亂，試驗時的土的排水條件和受力狀態(tài)與實際的條件非常接近。第四節(jié)土的抗剪強度指標、1、粘性土不同的固結(jié)和排水條件下的抗剪強度指標、1、固結(jié)不排水剪切試驗(也稱為固結(jié)快剪，用符號Cu表示

8、)、試驗過程、固結(jié)不排水試驗(Cu試驗)在施加周圍壓力時向一盞茶排水(固結(jié))、施加軸向壓力直到剪切破壞的試驗過程中排水(固結(jié)) 飽和粘性土的固結(jié)不排水抗剪強度受應力歷史的影響，因此首先區(qū)分試樣處于什么樣的固結(jié)狀態(tài)。正常固結(jié)狀態(tài)的試樣在剪切過程中有體積減少的傾向(剪切收縮)，但由于不允許排水，產(chǎn)生正孔隙水壓的強超固結(jié)狀態(tài)的試樣在剪切過程中先剪切收縮(產(chǎn)生正孔隙水壓力)，然后剪切膨脹(產(chǎn)生負孔隙水壓力)。 實驗結(jié)論： a .正常固結(jié)飽和黏土、剪切過程不排水，從有效應力原理看，有效應力圓和總應力圓直徑相等、位置不同。 正常固結(jié)狀態(tài)的試料在剪切斷裂時發(fā)生正的孔隙水壓力，因此有效應力位于總應力的左側(cè)。

9、總應力破壞包復線和有效應力破壞包復線均通過原點，固結(jié)壓力為零的土沒有剪切強度。 用、超固結(jié)狀態(tài)、正常固結(jié)狀態(tài)、ccu、0、a、b、c、b .超固結(jié)飽和粘土、超固結(jié)狀態(tài)土的固結(jié)不排水試驗、超固結(jié)狀態(tài)的飽和粘性土的固結(jié)不排水剪切試驗得到的總應力破壞被復線，能夠用直線ab代替，與正常固結(jié)狀態(tài)土的固結(jié)不排水破壞被復線bc相交的bc的延長線通過原點。 使abc多段線變成實際直線。 超固結(jié)狀態(tài)的土樣在剪切斷裂時發(fā)生負孔隙水壓力，因此有效應力圓位于總應力圓的右側(cè)。 未固結(jié)的非排水剪切試驗(也稱為快剪切，用符號UU表示)、試驗過程、未固結(jié)的非排水試驗(UU試驗)在施加周圍壓力時不排水(不固結(jié))、在施加軸向壓力

10、直至剪切斷裂的試驗過程中也不允許排水(不排水)。 試驗的結(jié)論：0，cu，飽和粘性土的不固結(jié)排水試驗，圖中的三個實線圓分別表示三個試驗片在不同的圓周壓力破壞時的總應力圓，折斷線表示有效應力圓。 試驗的結(jié)果，三個試驗片的周壓不同，但破壞時的主應力差相等，因此三個總應力圓的直徑相同，因此破壞包復線為水平線，在不排水的條件下，試驗中的試樣的含水量不變化，體積不變化，僅使周圍的壓力增加變化，試樣中的有效應力不變化由于只能得到一個有效應力圓，得不到有效應力破壞包復線，不固結(jié)的排水試驗只測定飽和土的排水強度，因此可用無側(cè)限抗壓強度試驗代替三軸壓縮試驗測定飽和土的排水抗剪強度。不固結(jié)排水試驗的“不固結(jié)”，維持

11、試料本來的有效應力、不在三軸壓力室周圍的壓力排水固結(jié)。 如果飽和粘性土沒有固著，其中的有效應力為零(預固著壓力也為零)，表現(xiàn)為泥漿狀土，其抗剪強度也必定為零。 在高剪切前固結(jié)壓力下進行不固結(jié)的非排水試驗，可以得到大的非排水剪切強度。 3、固著排水剪切試驗(也稱為慢切，以符號CD表示)、試驗過程、固著排水試驗(CD試驗)在施加周圍的壓力時排水(固著)到一盞茶，在施加軸向的壓力直至剪切斷裂的試驗過程中允許排水(排水)。 試驗結(jié)論： a .正常固結(jié)飽和粘土、b .超固結(jié)飽和粘土，在試驗過程中，土樣中的孔隙水壓力始終為零，總應力最后完全轉(zhuǎn)化為有效應力，因此總應力圓為有效應力圓，總應力破壞被復線為有效應

12、力破壞被復線。 正常粘著狀態(tài)的土，其破壞包復線通過原點。 超固結(jié)飽和粘土通過固結(jié)排水剪切先剪切收縮后剪切膨脹，但水分不排出，相反有通過剪切膨脹吸水的傾向，含水量進一步增加的事實從實驗結(jié)果表明。 對同一種土進行固結(jié)排水試驗得到的cd，d與固結(jié)排水試驗得到的c，相近，由于固結(jié)排水試驗所需時間過長，實用上用c，代替cd，d。 3種試驗結(jié)果的強度包復線，對同種類的飽和粘性土，分別在3種不同的排水條件下進行了剪切試驗。用總應力表示，得到完全不同的試驗結(jié)果，用有效應力表示，無論采用哪種試驗方法，都得到大致相同的有效應力破壞包復線。 因此，抗剪強度和總應力沒有唯一的對應關系，有效應力有唯一的對應關系。 二、

13、粘性土殘馀強度指標，硬超壓實粘土曲線中出現(xiàn)剪切應力峰，即為土峰剪切強度。 峰后強度隨剪切位移的增大而降低，稱為應變軟化特征。 剪切位移大時，其強度最終也降低到某個穩(wěn)定值，該最終值強度被稱為殘存強度。 實驗證明，粘性土的殘馀強度也符合與峰強度相同的庫侖式；可以解釋為：在剪切面的兩側(cè)非取向排列的薄層微粒子的結(jié)構(gòu)隨著剪切應變的增加在剪切方向變化，土的抗剪強度降低。 殘余強度主要依賴于與土壤結(jié)構(gòu)關系不大的土壤礦物成分和有效法向應力的影響。 粘土的殘余強度與其應力的歷史無關。 在大剪切位移下超固結(jié)粘土的強度下降幅度大于正常固結(jié)粘土的強度下降幅度。 殘余強度線是通過坐標原點的直線。 3 .以無粘性土的抗剪

14、強度指標，砂被剪斷時，粒子為了離開其原來的位置而必須上升，導致體積膨脹，這種因剪斷而體積膨脹的現(xiàn)象稱為剪斷膨脹性。 砂、松砂、松砂被剪切時，粒子滾動到平衡的位置，排列變得更密，因此體積縮小，由于該剪切而體積縮小的現(xiàn)象稱為剪切性，砂的強度達到一定值時，隨著軸向應變的增加，強度反而減少，最終成為應變軟化型，軸向應變增加松砂的強度逐漸增加，曲線變形硬化，體積稍微減少，然后增加，超過其初期體積，體積逐漸減少，對于一定側(cè)的極限壓力下的同種砂土，緊貼和松散砂土的最終強度達到相同的數(shù)值，最終的空隙率也有達到一定的值的傾向，這個值稱為臨界空隙率。 以該空隙率土砂不排水而被破壞時，其體積變化為零，土砂的臨界空隙率隨著周圍壓力的增加而減少，土砂由于突發(fā)性的動載荷不能在短時間內(nèi)排水固著，為了抵抗剪斷力引起的體積縮小的傾向，產(chǎn)生大的孔隙水壓力，土體的剪斷力完全喪失的現(xiàn)象被土砂液化砂土液化可宏命令引起噴泉砂和地下砂層液化，原有明顯的層理土壤，震災后層理紊亂。 這些個現(xiàn)象可以導致地表下沉和變形。 四、抗剪強度指標的選擇飽和粘性土的抗剪強度性狀復雜，這不僅關系到剪切條件，也關系到土的應力歷程等因素。 由于實際工程條件的復雜性，用實驗室的試驗條件完全模擬現(xiàn)場條件是不可能的。 因此，對于具體的工程問題，確定土的抗剪強度指標的方法，只能盡量模擬實際情況進行實驗。 對一般工程問題多采用總應力分析法，其