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第六章土的抗剪强度§6.1概述§6.2土的抗剪强度理论§6.3土的抗剪强度测定试验§6.4饱和粘性土的抗剪强度§6.5无粘性土的抗剪强度本章主要内容：土工结构物或地基土渗透问题变形问题强度问题渗透特性变形特性强度特性§6.1概述1.碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用——主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；2.三相体系：三相承受与传递荷载——有效应力原理；3.自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。一、土的抗剪强度二、土的强度特点：基坑支护1.挡土结构物的破坏三、工程中土体的破坏类型挡土墙滑裂面平移滑动2.各种类型的滑坡崩塌旋转滑动流滑地基p3.地基的破坏☆土压力☆边坡稳定☆地基承载力★挡土结构物破坏★各种类型的滑坡★地基的破坏一、直剪试验和库仑公式二、土的强度机理三、摩尔-库仑强度理论§6.2土的抗剪强度理论本节主要内容：一、直剪试验和库仑公式直剪试验库仑（1776）

施加σ（=P/A）量测（=T/A）上盒下盒PSTA试验原理Occ粘聚力内摩擦角角σ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPa库仑公式式：f：土的抗剪剪强度tg：摩擦强度度-正比比于压力力c：粘聚强度度-与所所受压力力无关强度指标标NT=NT二、土的的强度的的机理1.摩（1）滑滑动摩擦擦（2）咬合摩擦擦引起的的剪胀（3）颗颗粒的破破碎与重重排列NT滑动摩擦颗粒破碎与重排列咬合摩擦引起的剪胀密度（e,粒径级配配（Cu,Cc）颗粒的矿矿物成分分：对于：砂土>粘性土土；高岭石>伊里石石>蒙特特石粒径的形形状（颗颗粒的棱棱角与长长宽比））在其他条条件相同同时：对于砂土土，颗粒粒的棱角角提高了了内摩擦擦角对于碎石石土，颗颗粒的棱棱角可能能降低其其内摩擦擦角影响土土的摩摩擦强强度的的主要要因素素：粘聚强强度机机理粘聚强强度影影响因因素2.凝凝聚强强度静电引引力（（库仑仑力））范德华华力颗粒间间胶结结假粘聚聚力（（毛细细力等等）地质历历史粘土颗颗粒矿矿物成成分密度离子价价与离离子浓浓度三、摩摩尔-库仑仑强度度理论论1.库库仑仑公式式2.应应力力状态态与摩摩尔圆圆3.极极限限平衡衡应力力状态态4.摩摩尔尔-库库仑强强度理理论5.破破坏坏判断断方法法6.滑滑裂裂面的的位置置c粘聚力力内摩擦擦角f：土的抗抗剪强强度tg：摩擦强度度-正比比于压力力c：粘聚强度度-与所所受压力力无关1.库仑仑公式στφστφc无粘性土土粘性土抗剪强度度曲线στ砂土：粘性土：：库仑（Coulomb）公式c:土的粘聚聚力:土的内摩摩擦角莫尔—库库仑强度度理论（1）在在一定的的应力范范围内，，可以用用线性函函数近似似f=c+tg（2）某土单元元的任一一个平面面上=f，该单元就就达到了了极限平平衡应力力状态331131dlcosdlsin2、土中中一点的的应力状状态Oz+zx-xzx213rR3.应应力莫尔尔圆圆心：半径：莫尔圆：：代表一一个土单单元的应应力状态态；圆周周上一点点代表一一个面上上的两个个应力与不同状态态时的摩摩尔圆4.极极限平衡衡应力状状态极限平衡衡应力状状态：有一面上上的应力力状态达达到=f土的强度度包线：：所有达到到极限平平衡状态态的莫尔尔园的公公切线。ff与破坏包包线相交交：有一些平平面上的的应力超超过强度度；不可可能发生生。强度包线线以内：：任何一个个面上的一对对应力与都没没有达到破坏包包线，不不破坏；；与破坏包包线相切切：有一个面面上的应应力达到到破坏；；莫尔-库库仑强度度理论表表达式－－极限平平衡条件件1f3Ocσ1<σ1f弹性平衡衡状态σ1=σ1f极限平衡衡状态σ1>σ1f破坏状态态Oc1f3115.破破坏判断断方法3=常数数：判别对象象：土体体微小单单元（一一点）根据应力力状态计计算出大大小主应应力σ1、σ3，由σ3计算σ1f，比较σ1与σ1fσ3>σ3f弹性平衡衡状态σ3=σ3f极限平衡衡状态σ3<σ3f破坏状态态Oc13f331=常数数：根据应力力状态计计算出大大小主应应力σ1、σ3，由σ1计算σ3f，比较σ3与σ3f>安全状态=极限平衡衡状态<不可能状态Oc(1+3)/2=常数数：圆心心保持不不变根据应力力状态计计算出大大小主应应力σ1σ3，由σ1、σ3计算，与比较31f45°＋/2Oc1f3226.滑滑裂面的的位置与大主应应力面夹夹角：α=45+/2图中虚线线所指位置为滑滑裂面一、室内内试验二、野外外试验§6.3抗剪剪强度测测定试验验直剪试验验、三轴轴试验等等制样（重重塑土））或现场场取样缺点：扰扰动优点：应应力条件件清楚，，易重复复十字板扭扭剪试验验、旁压压试验等等原位试验验缺点：应应力条件件不易掌掌握优点：原原状土的的原位强强度PSTAσ

=100KPaSσ

=200KPaσ

=300KPaOc一、室内内试验1.直直剪试验验通过控制制剪切速速率来近近似模拟拟排水条条件3.快快剪施加正应应力后立立即剪切切3-5分钟内内剪切破破坏1.固固结慢剪剪：施加正应应力-充充分固结结慢慢施施加剪应应力-小小于0.02mm/分，以保保证无超超静孔压压2.固固结快剪剪施加正应应力-充充分固结结在3-5分钟钟内剪切切破坏设备简单单，操作作方便结果便于于整理测试时间间短试样应力力状态复复杂应变不均均匀不能控制制排水条条件剪切面固固定优点缺点直接剪切切试验土的剪切切试验方方法抗剪强度度曲线试样压力室压力水排水管阀门轴向加压压杆有机玻璃璃罩橡皮膜透水石顶帽2.三三轴试验验（1）试试样应力力特点与与试验方方法（2）强强度包线线（3）试试验类型型（4）优优缺点应变控制制式三轴轴仪：压压力室，，加压系系统，量量测系统统组成应力控制制式三轴轴仪试验步骤骤:1.装样样2.施加加周围压压力3.施加加竖向压压力

3

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3△△三轴剪切切试验方法：首先试样样施加静静水压力力—室然后通过活塞杆施加的是应力差Δ1=

1-3。

（1）试样应应力特点与试试验方法：特点：试样是轴对称称应力状态。。垂直应力z一般是大主应应力；径向与与切向应力总总是相等r=，亦即1=z；2=3=r强度包线(1-)fc

(1-)f11-31=15%分别作围压为100kPa、200kPa、300kPa的三轴试验，，得到破坏时时相应的（1-)f绘制三个破坏坏状态的应力力摩尔圆，画画出它们的公公切线——强强度包线，得得到强度指标标c与（2）强度包包线固结排水试验验（CD试验）1打开排水水阀门，施加围压后充分固结，，超静孔隙水水压力完全消消散；2打开排水水阀门，慢慢慢施加轴向应应力差以便充分排水水，避免产生生超静孔压固结不排水试试验（CU试验）1打开排水水阀门，施加围压后充分固结，，超静孔隙水水压力完全消消散；2关闭排排水阀门，很很快剪切破坏坏，在施加轴轴向应力差过程中不排水水不固结不排水水试验（UU试验）1关闭排排水阀门，围压下不固结；2关闭排排水阀门，很很快剪切破坏坏，在施加轴轴向应力差过程中不排水水cd、dccu、cucu、u（3）试验类类型固结排水试验验（CD试验）ConsolidatedDrainedTriaxialtest(CD)抗剪强度指标标：cdd（c）固结不排水试试验（CU试验）ConsolidatedUndrainedTriaxialtest(CU)抗剪强度指标标：ccucu不固结不排水水试验（UU试验）UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest(UU)抗剪强度指标标：cuu（cuuuu）试验类型汇总总优点：1应力状态和应应力路径明确确；2排水条件清楚楚，可控制；；3破坏面不是人人为固定的；；4试验单元体试试验缺点：设备相对复杂杂，现场无法法试验说明：3＝0即为无侧限抗压强强度试验（4）优点和和缺点二、野外试验验十字板剪切试试验一般适用于测测定软粘土的的不排水强度度指标；钻孔到指定的的土层，插入入十字形的探探头；通过施加的扭扭矩计算土的的抗剪强度时M1HDM2无侧限抗压强强度试验强度指标：§6.4饱和粘性土的的抗剪强度粘聚力c内摩擦角强度指标的分分类：按照分析方法法，可分为总总应力强度指指标与有效应应力强度指标标；按照试验方法法，可分为直直剪强度指标标与三轴试验验强度指标；；按照应力应变变状态，可分分为峰值强度度指标与残余余强度指标。。一.总应力力指标与有效效应力指标二.三轴试试验强度指标标三.土的强强度指标的工工程应用本节主要内容容：一、总应力指指标与有效应应力指标1.两种强度指标标的比较2.有效应力、总总应力强度包包线1.两种强强度指标的比比较土的抗剪强度度的有效应力指标标c,=c+tg=-u符合土的破坏坏机理，但有有时孔隙水压压力u无法确定土的抗剪强度度的总应力指标c,=c+tg便于应用,但但u不能产生抗剪剪强度，不符符合强度机理理强度指标抗剪强度简单评价二、饱和粘性性土的抗剪强强度1、不固