土的抗剪强度3

1、五、例题分析五、例题分析 【例】地基中某一单元土体上的大主应力为地基中某一单元土体上的大主应力为430kPa430kPa，小，小主应力为主应力为200kPa200kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标。通过试验测得土的抗剪强度指标c c=15 =15 kPakPa， =20=20o o。试问该单元土体处于何种状态？单元。试问该单元土体处于何种状态？单元土体最大剪应力出现在哪个面上，是否会沿剪应力最大的土体最大剪应力出现在哪个面上，是否会沿剪应力最大的面发生剪破？面发生剪破？【解答解答】已知已知 1=430kPa=430kPa， 3=200kPa=200kPa，c=15kPa=15kPa， =20

2、=20o o 1.1.计算法计算法 kPacoof8 .450245tan2245tan231计算结果表明：计算结果表明： 1f大于该单元土体实际大主应力大于该单元土体实际大主应力 1，实际应力圆半径小于极限应力圆半径，所以，该单实际应力圆半径小于极限应力圆半径，所以，该单元土体处于弹性平衡状态元土体处于弹性平衡状态 kPacoof8 .189245tan2245tan213计算结果表明：计算结果表明： 3f小于该单元土体实际小主应小于该单元土体实际小主应力力 3，实际应力圆半径小于极限应力圆半径，实际应力圆半径小于极限应力圆半径 ，所以，该单元土体处于弹性平衡状态所以，该单元土体处于弹性平衡

3、状态 在剪切面上在剪切面上 552459021fkPaf7.2752cos21213131kPaf1 .1082sin2131库仑定律库仑定律 kPacf3 .115tan 由于由于f ，所以，该单元土体处于弹性平衡状态，所以，该单元土体处于弹性平衡状态 2.2.图解法图解法 c 1 1f 3f实际应力圆实际应力圆极限应力圆极限应力圆最大剪应力与主应力作用面成最大剪应力与主应力作用面成4545o okPa11590sin2131max最大剪应力面上的法向应力最大剪应力面上的法向应力kPa31590cos21213131库仑定律库仑定律 kPacf7 .129tan最大剪应力面上最大剪应力面上f

4、 ，所以，不会沿剪应力最大的面发生破，所以，不会沿剪应力最大的面发生破坏坏 max土的 抗剪强度试验 一、室内试验一、室内试验 二、野外试验二、野外试验直剪试验、三轴试验等直剪试验、三轴试验等 制样（重塑土）或现场取样制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复优点：应力条件清楚，易重复十字板扭剪试验、旁压试验等十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验原位试验 缺点：应力条件不易掌握缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度优点：原状土的原位强度 一、直接剪切试验（室内试验）一、直接剪切试验（室内试验）试验仪器：试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）直剪仪（应

5、力控制式，应变控制式） 土的抗剪强度试验 直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，前者直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，前者是等速推动试样产生位移测定相应的剪应力，后者是等速推动试样产生位移测定相应的剪应力，后者则是对试件分级施加水平剪应力测定相应的位移，目则是对试件分级施加水平剪应力测定相应的位移，目前我国普遍采用的是应变控制式直剪仪。前我国普遍采用的是应变控制式直剪仪。 一、直剪试验土样土样 剪前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上剪前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力的法向应力 ，剪应力由剪切力除以试样面积：剪应力由剪切力除以试样面积：APATf一、直接剪切试验（室

6、内试验）一、直接剪切试验（室内试验） 1、试验过程：试验过程：试验时，由杠杆系统通过加压活试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试样施加某一垂直压力塞和透水石对试样施加某一垂直压力 ，然后等速转动手然后等速转动手轮对下盒施加水平推力，使试样在上下盒的水平接触面轮对下盒施加水平推力，使试样在上下盒的水平接触面上产生剪切变形，直至破坏，剪应力的大小可借助与土上产生剪切变形，直至破坏，剪应力的大小可借助与土盒接触的量力环的变形值计算确定。盒接触的量力环的变形值计算确定。在法向应力在法向应力 作用下，得到剪应力与剪切位移关系曲作用下，得到剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该线，根据曲线得到该 作

7、用下作用下，土的抗剪强度土的抗剪强度4mm4mm a a b b 剪切位移剪切位移l (0.01mm)(0.01mm) 剪应力剪应力 （kPa)kPa) 1 1 2 2 一、直接剪切试验（室内试验）一、直接剪切试验（室内试验）2 2、抗剪强度指标的选取、抗剪强度指标的选取对硬黏土和密砂，曲线出现剪应力对硬黏土和密砂，曲线出现剪应力峰值，峰后强度随剪切位移增大而峰值，峰后强度随剪切位移增大而减小，称为应变软化现象，取减小，称为应变软化现象，取峰值峰值强度强度（a点）作为抗剪强度点）作为抗剪强度对软黏土和松砂，曲线不出现剪应对软黏土和松砂，曲线不出现剪应力峰值，强度随剪切位移增大而增力峰值，强度随

8、剪切位移增大而增大，称为应变硬化现象，此时大，称为应变硬化现象，此时应按应按某一剪切位移值（一般某一剪切位移值（一般4mm）作为作为抗剪破坏强度控制点（抗剪破坏强度控制点（b点）点）PSTA = 100KPa S = 200KPa = 300KPa Oc 3 3、试验结果的整理、试验结果的整理一、直接剪切试验（室内试验）一、直接剪切试验（室内试验）对对同一种土至少取对对同一种土至少取4个重度和含个重度和含水量相同的试样，分别在不同垂直水量相同的试样，分别在不同垂直压力压力 下剪切破坏，一般可取垂直下剪切破坏，一般可取垂直压力为压力为100、200、300、400 kPa，将试验结果绘制抗剪强度

9、将试验结果绘制抗剪强度f 和垂直和垂直压力压力 之间关系曲线。之间关系曲线。 在不同的垂直压力在不同的垂直压力 下进行剪切试验，得相应的抗剪下进行剪切试验，得相应的抗剪强度强度f，绘制，绘制f - 曲线，得该土的抗剪强度包线曲线，得该土的抗剪强度包线3 3、试验结果的整理、试验结果的整理通过控制剪切速率通过控制剪切速率来近似模拟排水条来近似模拟排水条件件（1 1） 快剪：快剪： 施加正应力后立即快速施加正应力后立即快速(0.02mm/(0.02mm/分分) )施加水平剪应力，以保证无超静孔施加水平剪应力，以保证无超静孔压力产生压力产生（2 2）固结快剪）固结快剪 施加正应力施加正应力- -充分

10、固结后，快速施充分固结后，快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。加水平剪应力使试样剪切破坏。（3 3）慢剪）慢剪 施加正应力土体充分固结后，缓施加正应力土体充分固结后，缓慢施加水平剪应力使试样剪切破坏。慢施加水平剪应力使试样剪切破坏。PSTA一、直接剪切试验（室内试验）一、直接剪切试验（室内试验）4 4、直减试验类型、直减试验类型5 5、直剪试验优缺点、直剪试验优缺点 优点：优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作易于操作 缺点：缺点：剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，不一定是土样的最薄弱面。实际

11、情况，不一定是土样的最薄弱面。剪切面上的剪应力分布不均匀，剪切破坏开始剪切面上的剪应力分布不均匀，剪切破坏开始于边缘，在边缘发生应力集中现象。于边缘，在边缘发生应力集中现象。下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐减下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，计算时却还用原截面积。小，计算时却还用原截面积。试验中不能严格控制排水条件，对透水性强的试验中不能严格控制排水条件，对透水性强的土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压力。土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压力。一、直接剪切试验（室内试验）一、直接剪切试验（室内试验）二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验 第三节 土的抗剪强度试验 三轴压缩试验也称三轴剪

12、切试验，是测定土抗剪强度的一三轴压缩试验也称三轴剪切试验，是测定土抗剪强度的一 种较为完善的种较为完善的方法。三轴压缩仪由方法。三轴压缩仪由压力室压力室、轴向加荷系统轴向加荷系统、施加围压系统施加围压系统、孔隙水压力量孔隙水压力量测系统测系统等组成。等组成。 应变控制式三轴应变控制式三轴仪：压力室，量仪：压力室，量测系统测系统二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验试样试样压力室压力室压力压力水水排水管排水管阀门阀门轴向加压杆轴向加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验1 1、压力室结构、压力室结构 第三节 土的抗剪强度试验2 2、试验加载步骤和方法：

13、、试验加载步骤和方法：1 3 3 3 3 1 二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验（1）将土样切成圆柱体套在橡胶膜内、）将土样切成圆柱体套在橡胶膜内、放在密封的压力室中放在密封的压力室中（2）然后向压力室内压入水，使试样）然后向压力室内压入水，使试样各向受到围压各向受到围压 3 ，并使液压在整个试验，并使液压在整个试验过程中保持不变，这时试样内各向的三过程中保持不变，这时试样内各向的三个主应力都相等、因此不发生剪应力个主应力都相等、因此不发生剪应力。（3）然通过传力杆对试样施加竖向压力，）然通过传力杆对试样施加竖向压力，这样，竖向主应力就大于水平向主应力这样，竖向主应力就大于水平向主应力水平向主应

14、力保持不变。而竖向主应力水平向主应力保持不变。而竖向主应力逐渐增大，试件终于至剪切破坏。逐渐增大，试件终于至剪切破坏。 1= 2= 3 1= 1- 3强度包线强度包线( 1- )fc ( 1- )f 1 1- 3 1 =15%v分别作围压分别作围压 为为100 100 kPakPa 、200 200 kPakPa 、300 300 kPakPa的三轴试验，得到的三轴试验，得到破坏时相应的（破坏时相应的（ 1 1- - ) )f f，绘制主绘制主应力差与轴向应变关系曲线。应力差与轴向应变关系曲线。v绘制三个破坏状态的应力摩尔圆，绘制三个破坏状态的应力摩尔圆，画出它们的公切线画出它们的公切线强度包

15、线，强度包线，得到强度指标得到强度指标 c c 与与 3 3、强度包线、强度包线二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验v固结排水试验（CDCD试验）1 打开排水阀门，打开排水阀门，施加围压施加围压 后充分固后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；结，超静孔隙水压力完全消散；2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差 以便充分排水，避免产生超静以便充分排水，避免产生超静孔压孔压v固结不排水试验（CUCU试验）1 打开排水阀门，打开排水阀门，施加围压施加围压 后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差关闭

16、排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差 过程中不排水过程中不排水v不固结不排水试验（UUUU试验）1 关闭排水阀门，关闭排水阀门，围压围压 下不固结；下不固结；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差 过程中不排水过程中不排水cd 、 d ccu 、 cu 4 4、试验类型、试验类型二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验c 、 试验方法与现场条件试验方法与现场条件的对应关系的对应关系粘土地基上的分层粘土地基上的分层慢速填方慢速填方在在1层固结后层固结后快速施工快速施工2层层12软土地基上的快速填方软土地基上的快速填方固结排水试验固结排水试验固结不

17、排水试验固结不排水试验不固结不排水试验不固结不排水试验v优点：优点：试验中能够严格控制试样排水条件，量测试验中能够严格控制试样排水条件，量测空隙水压力，了解土中有效应力原理空隙水压力，了解土中有效应力原理；试样中的应力分布均匀；试样中的应力分布均匀；破坏面不是人为固定的；破坏面不是人为固定的；v缺点：缺点：设备相对复杂，操作要求高；现场无法试验设备相对复杂，操作要求高；现场无法试验说明：说明： 3 30 0 即为即为无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验5 5、优点和缺点、优点和缺点二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验例题分析例题分析 【例】对某种饱和粘性土做固结不排水试验，三个试对某种饱和粘性土做固结不排水试验，三个试样破坏时的大、小主应力和孔隙水压力列于表中，试样破坏时的大、小主应力和孔隙水压力列于表中，试用作图法确定土的强度指标用作图法确定土的强度指标c ccucu、 cucu和和c c 、 周围压力周围压力 3/ kPa 1/ kPauf / kPa6060100100150150143143220220313313232340406767 第三节 土的抗剪强度试验【解答解答】按比例绘出三个总应力极限应力圆，如图