土的抗剪强度粘聚力和内摩擦角.

1、土的抗剪强度-粘聚力和内摩擦角内摩擦角与黏（内）聚力：土的抗剪强度由滑动面上土的黏聚力阻挡剪切）和土的内摩阻力两部分组成。内摩擦角大小取决于土粒间的摩阻力和连锁作用，内摩擦角反映了土的摩阻性质。黏聚力是黏性土的特性指标，黏聚力包括土粒间分子引力形成的原始黏聚力和土中化合物的胶结作用形成的固化黏聚力。因而内摩擦角与黏聚力是土抗剪强度的两个力学指标。土的抗剪强度指土对剪切破坏的极限抵抗能力，土体的强度问题实质是土的抗剪能力问题土的抗剪强度指标内摩擦角6黏（内）聚力C土的内摩擦角（）C土的粘聚力（KPa）6C与土的性质有关，还与实验方法、实验条件有关。因此，谈及强度指标时，应注明它的试验条件。（直剪

2、实验、三轴剪切试验等）土的抗剪强度第一节概述建筑物由于土的原因引起的事故中，一部分是沉降过大，或是差异沉降过大造成的；另一方面是由于土体的强度破坏而引起的。对于土工建筑物（如：路堤、土坝等）来说，主要是后一个原因。从事故的灾害性来说，强度问题比沉降问题要严重的多。而土体的破坏通常都是剪切破坏；研究土的强度特性，就是研究士的抗剪强度特性。土的抗剪强度（t）:是指土体抵抗抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动的剪应力。剪切面（剪切带）：土体剪切破坏是沿某一面发生与剪切方向一致的相对位移，这个面通常称为剪切面。其物理意义：可以认为是由颗粒间的内摩阻力以及由胶结物和束缚水膜的分子引力所造成的粘

3、聚力所组成。无粘性土一般无连结，抗剪强度主要是由颗粒间的摩擦力组成，这与粒度、密实度和含水情况有关。粘性土颗粒间的连结比较复杂，连结强度起主要作用，粘性土的抗剪强度主要与连结有关。决定土的抗剪强度因素很多，主要为：土体本身的性质，土的组成、状态和结构；而这些性质又与它形成环境和应力历史等因素有关；此外，还决定于它当前所受的应力状态。土的抗剪强度主要依靠室内经验和原位测试确定，试验中，仪器的种类和试验方法以及模拟土剪切破坏时的应力和工作条件好坏，对确定强度值有很大的影响。第二节抗剪强度的基本理论一、库仑定律（剪切定律）1773年法国学者在法向应力变化范围不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条

4、直线，这就是抗剪强度的库仑定律。无粘性土：Tf=btgM粘性土：Ty=bg0+CT式中：Tf：土的抗剪强度，Kpa；一cy：效切面的法向压力，Ka；3纭如土的内摩除系数；中：土的内摩除角，度；小c：土的内聚力，区的。“dtg（h内摩族力。库仑定律说明：（D土的抗剪强度由土的内摩爆力。坦。和内聚力c两部分组成.（2）内摩爆力与翦切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩麋系数尔，,（3）表征抗典强度指标土的内摩擦角小和内聚力c无粘性土的c=0,内摩原角（坦”）主要取决于土校表面的粗糙程度和土粒交错排列的情况r丁土粒表面越粗糙，棱角越多，密实度越大，则土的内摩座系数大二粘性土的内聚力C取决于土粒间的

5、连结程度：内摩痕力（。年，）较小.，二、总应力法和有效应力法息应力法是用支切面上的总应力来表示士的抗观强度，即：X/=。ZgO+Cd有效应力法是用英切面上的有效应力来表示土的抗更强度，即，。=a+3或5/=atg0+c“式中，$,己或。，/分别为有效内摩犀角和有效内聚力.饱和土的抗典强度与土熨剪前在法向应力作用下的固结案有关.而土只有在有效应力作用下才能J.有效应力逐济增加的过程，就是土的抗剪强度逐话增加的过程,剪切面上的法向应力与有效应力之间有如下关系，“a=af+u“土的强度主要取决于有效应力大小，故抗嵬强度的关系式中应反映有效应力，更为合适.即：*r/=a/tg+cr=(a-u)tgr+

6、cr总应力法与有效应力法的优缺点，1.总应力法B优点，操作简单,运用方便.（一般用直翦仪测定）缺点不能反映地基土在实际情况下的抗剪强度,2.有效应力法；优点：理论上比较产恪，能较好的反映抗剪强度的突腐，能检验土体处于不同情况下的稳定性.”眼点/孑映水压二的正璃;则淤1H困藤.，三、莫尔屋仑破坏标值，）,累K屋仑破坏理论:以库仑公式。牡。跑我也作为甑典强度公式,根据典应力是否去到抗翦强度（1=%）作为破坏标准的理论就际为英屏庄仓艘坏理论江其乐库仑破坏准则t标准卜研究莫尔库仑破坏理论如何直接用车应力表示卜这就*莫尔岸它破坏准则,也称土的极限平衡条件.I或元障上的应力和应力阿任取某一单元土体厢震,其

7、面IR为内震在段元体上任取某TEffi磔.跚羯公式1a+%）+1（/一口3）皿加r二工f疗11-吗）sm2a式中工。工任一截面inn上的法向应力（tpa）jT:任一豉面蛹上的翦应力（Kpa）t“。I；焦大主应力：3最小主理力；，a：截面匿与最小主.史力作用方向的夹用.1上述应力间的关系也可用应力圆（莫尔圆）表示。从应力园的几何条件可知:而1oo=cgc+苣人上式帘；题皆=ccfgp+|(tT|+巧+r)+亚bg丁进一步整理可得,格上丽式变为，取两武平方和.因褐应力区的公式E通过土中一点，在0,/柞用F或出现一.，河切破裂面如图.它们与最小主应力作用这一对fl梁面之阍的夹角在小作用方向箸F8=9

8、0-7嘉示湖IL横生际分别为工及b的圆，图心为!巧+丐,0),园半径萼于g二a2：极限平衡察件(T(4jj+%)=-仃。80M2Jr-R$in2a方向的交用2为cs=(4+)2厂a,-=c*cosa)+25=7/（4,+色）+及,也（4+F）.j22-%=7j（g3（45-y）-2cg（45-225r（1）由实最小主应力%及芸式,=曰建345+5+左电（45十+可推求土体处1WV二极限状态时*所能承受的晨大主应力ft若实除罡F主应力中6卜,（2）同理.由实测.J1及公忒外%坦（45*-多-本坦（45.-至可推求土皆城患围&南状毒时所轮承交明最小主皿力、。交书吴测霞小王应力为。3M（3）WM.当

9、8X1或Sf33时.体处于稳定平衡，当。INI或NZ3时.土住处于极限平街+当冢91或曰2净3时，士胜处了失稳状机*富三节抗典强度爆试验方法，f搜挂亦奈性分快舆（不排水斯.，1、快剪（不排水剪）这种试验方法要求在剪切过程中土的含水量不变，因此，无论加垂直压力或水平剪力，都必须迅速进行，不让孔隙水排出。适用范围：加荷速率快，排水条件差，如斜坡的稳定性、厚度很大的饱和粘土地基等。2、固结快剪（固结不排水剪）试样在垂直压力下排水固结稳定后，迅速施加水平剪力，以保持土样的含水量在剪切前后基本不变。试用范围：一般建筑物地基的稳定性，施工期间具有一定的固结作用。3、慢剪（排水剪）土样的上、下两面均为透水石

10、，以利排水，土样在垂直压力作用下，待充分排水固结达稳定后，再缓慢施加水平剪力，使剪力作用也充分排水固结，直至土样破坏。适用范围：加荷速率慢，排水条件好，施工期长，如透水性较好的低塑性土以及再软弱饱和土层上的高填方分层控制填筑等等。二、按试验仪器分1、直接剪切试验优点：仪器构造简单，操作方便缺点：（1）剪切面不一定是试样抗剪能力最弱的面；（2）剪切面上的应力分布不均匀，而且受剪切面面积愈来愈小；(3)不能严格控制排水条件，测不出剪切过程中孔隙水压力的变化。2、三轴剪切试验优点：(1)试验中能严格控制试样排水条件及测定孔隙水压力的变化；(2)剪切面不固定；(3)应力状态比较明确(4)除抗剪强度外，

11、尚能测定其它指标。缺点：(1)操作复杂；(2)所需试样较多；(箝主应力方向固定不变，而且是再令b?=h/的轴对称惜a下进行的.与宾际恃况尚不才院全苻合三、按控制方法分：剪切试验控制方法分为应变控制式和应力控制式两种。四、直接剪切试验1、取样要求：用环刀取，环刀面积不小于30cm2,环刀高度不小于2cm,同一土样至少切取4个试样。2、试验方法(1)快剪(q):试样在垂直压力施加后立即进行快速剪切，试验全过程都不许有排水现象产生。(2)固结快剪(Cq):试样在垂直压力下经过一定程度的排水固结后，再进行快速剪切。(3)慢剪(S):试样在垂直压力排水固结后慢慢的进行剪切，剪切过程中孔隙水可自由排出。试

12、验结果：一般情况下，快剪所得的值最小，慢剪所得的值最大，固结快剪居中。3、指标计算直接剪忸雌的结果用总应力法按库仑公式计箕抗理4S指标.它用同一土试样切取不少于皿个试样遴行不同垂直压力作用下的剪切围验后，用相同的比例尺甚蛛徽上检制抗剪强度9与垂直压力P的相关直姨,亘然交V轴的城跑即为土的内爱力口直接愉斜角即为土的内摩爆角中.相关直线可用图解法或最小定4、残余抗剪强度(1)物理意义：土的剪应力剪应变关系可分为两种类型：一种是曲线平缓上升，没有中间峰值，如松砂；另一种剪应力剪应变曲线有明显的中间峰值，在超越峰值后，剪应变不断增大，但抗剪强度确下降，如密砂。在粘性土中，坚硬的、超压密的粘土的剪应力剪

13、应变曲线常呈现较大峰值，正常压密土或软粘土则不出现峰值，或有很小的峰值。(图见教材)超过峰值后，当剪应变相当大时，抗剪强度不再变，此时稳定的最小抗剪强度，称为土的残余抗剪强度；而峰值剪应变则称为峰值强度。残余抗剪强度以下式表达。小二”十凝产式中；“土的残余抗煎强度（Kra）不残余内聚力t般勺之口）KPa-婷；残余内摩朦角（叫小疗工垂直应压力（酮）f在进行滑坡的稳定性计算或抗滑计算时，土的抗剪强度的取值，一般需要考虑土的残余抗剪强度。（2）试验方法一般采用排水反复直接剪切试验，剪切速率应低于0.02mm/min,取土要求同上。五、三轴剪切试验1、原理三轴剪切试验的原理是在圆柱形试样上施加最大主应

14、力（轴向压力）和最小主应力（周围压力）。保护其中之一（一般是）不变，改变另一个主应力，使试样中的剪应力逐渐增大，直至达到极限平衡而剪坏，由此求出土的抗剪强度。2、试验方法（1）快剪（不固结不排水剪）UU试样在完全不排水条件下施加周围压力后，快速增大轴向压力到试样破坏。控制方法：应变控制式。（2）固结快剪（固结不排水剪）CU试样先在周围压力下进行固结，然后在不排水条件下快速增大轴向压力到试样破坏。控制方法：应变控制式。（3）慢剪（固结排水剪）CD试样先在周围压力下进行固结，然后继续在排水条件下缓慢增大轴向压力到试样破坏。控制方法：应力控制式。3、试样控制（1）取土要求：试样制备的数量一般不少于4

15、件。（2）试样尺寸：试样直径（mm）截面积（cm2）允许最大粒径（mm）附注39.1122（1）允许个别超径颗粒存在，不应超过试件直径的1/5;（2）对于有裂61.8305隙、软弱面或结构面的土样，宜用直径61.8mm，或101mm试件高度与直径的比值应为2.02.5的试样。（3）10180104、指标计算将同一土样在不同应力条件下所测得的不少于4次的三轴剪切试样结果，分别绘制应力圆,从这些应力园的包线即可求出抗剪强度指标。试验方法分析方法应力园包线圆心横坐标半径在纵轴上的截距倾角不固结不排水剪总应力法Cu固结不排水剪总应力法Ccu有效应力法C固结排水剪有效应力法Cd（注：脚注f表示剪切破坏时

16、的主应力值。）此外，还有无策限压缩试验，十字板剪切试验。例k设施性土地理中某臣的王校力,=,土的抗更强度楮标二工20舒%,但二笈，读词谈熏处于什么状毒？解，由式上.=巧增二45一工）-2七坦（吕夕-已卜22可用土体处于极阳平衡状态而最大主或力为叮，时所对应的量小主应力为工讨果,-g（45p-f）-2二上宫（4$，r2）=9QKPa22a故工可判定谖点处于隐定优态.或ta/*二稳定,例2进行土得三轴弱切试验，得到下表关系，求与这个土样有效应力相关得黏着力c.内摩擦角，.(这个试蛉是按围稣不择水试验进行的)，固结压力(kg/cm2)恻压力(kg/cm2)最大应力差(kg/cm2)-最大应力差时的孔

17、隙水压力(kg/cm7161.00.57104孙2Op2.Op1.1020乂31303619381282-路1W压力6=1.0K或nP时5/=5-1=0.571+100490=1081(kgfcm2)。%/6一一100490510kMm3b酶压力q=2。Kg/c曲时/6/=q-%=l.101+20-0945=2156(kg/cm2)，解：侧压力b3=L0Kg/cm2时，/=，一%=0.571+1.0。.490=1.081(kg/cm2)“a3/=-u=1.00.49=0.510kg/cm2侧压力%=2.0Kgcmz时，5。=5-i=l.101+2.00.945=2156(kg/cm2).气/=%f=20.945=1.055kgcni2侧压力t3=3,0kg/cm?时“力/=5-%=1.938+3-1.282=3.656(kgcm2)r3y=cf3-u=3.01.282=1.718kg/cm2绘制莫尔应力图一求得：c=0(kgcm2)/吠二210d例3在饱和状态正常固结枯土上进行I不拉水的三轮压缩试跪，得到如下值，当偶压力73=20kgAzm3时,破坏时的应力差q-6=35kg/cm3.孔隙水压力，=22融