基础工程讲义讲稿三

基础工程第四章第4章土的抗剪强度第1节概述第2节库伦公式和莫尔-库伦强度理论第3节抗剪强度的测定方法第4节饱和粘性土的抗剪强度第5节无粘性土的抗剪强度第1节概述

土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力。

土的抗剪强度对地基承载力、挡土墙土压力和土坡稳定等问题产生直接影响。

土的抗剪强度一般可分为两部分：一部分与颗粒间的法向应力有关，通常呈正比例关系，其本质是摩擦力；另一部分是与法向应力无关的土粒之间的粘结力，通常称为粘聚力。第2节库伦公式和莫尔-

库伦强度理论一、库伦公式c和称为抗剪强度指标。影响因素土的抗剪强度的内在因素外在因素：试验时的排水条件等因素颗粒间的有效法向应力土的孔隙比表达方法土的抗剪强度的总应力法：总应力强度指标有效应力法：有效应力强度指标二、莫尔-库伦强度理论

莫尔提出：材料的破坏为剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，破坏面上的剪应力f是该面上法向应力的函数

此函数在f-坐标中是一条曲线，称为莫尔包线（抗剪强度包线）,如下图实线所示。

莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状态时，滑动面上法向应力与剪应力f的关系。莫尔包线

理论分析和实践都证明，莫尔理论对土比较合适，土的莫尔包线通常可以近似地用直线代替（如上图的虚线所示），该直线的方程就是库伦公式表示的方程。

用库伦公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔-库伦强度理论。

当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏。0A

莫尔圆可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。

如果给定了土的抗剪强度指标c和以及土中某点的应力状态，则可将抗剪强度包线与莫尔应力圆画在同一张坐标图上，抗剪强度包线与莫尔应力圆的关系可能有：

1.整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方。说明该点在任何平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，所以不会发生剪切破坏；

2.莫尔圆与抗剪强度包线相切，切点为A。说明在A点所代表的平面上，剪应力正好达到抗剪强度，该点就处于极限平衡状态。这时的莫尔圆称为极限应力圆。

3.抗剪强度包线是莫尔圆的一条割线，实际上这种情况是不可能出现的，因为该点任何方向上的剪应力都不可能超过土的抗剪强度。因为土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力。0Ac莫尔圆与抗剪强度之间的关系

由极限应力圆当中的几何关系，可以推导得出：

1.粘性土的极限平衡条件为

2.无粘性土的极限平衡条件为

3.破坏面与大主应力面的夹角为。第3节抗剪强度的

测定方法测定土的抗剪强度的方法有多种。的室内方法测定土抗剪强度直接剪切试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验一、直接剪切试验

应变控制式直剪仪的试验原理：对同一种土至少取4个平行试样，分别在不同垂直压力下剪切破坏，将试验结果绘制抗剪强度f与相应垂直压力的关系图。试验结果表明，对于粘性土f~基本上呈直线关系，直线方程可用库伦公式表示；对于无粘性土，f~则是通过原点的直线。直接剪切仪的优点构造简单操作方便限定剪切面不一定是最薄弱面剪切面上剪应力分布不均匀的缺点直接剪切仪剪切面在剪切过程中是逐渐缩小的不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力二、三抹轴压缩穴试验三轴压缩骂仪的试验边原理：对同一种迷土至少取贫3个平行碰试样，分闲别在不同沙周围压力3下剪切破跃坏，将试前验结果绘协制为若干批个极限应力怨圆。根据莫恶尔-库伦煎理论，这胁一组极限稼应力圆的尼公共切线令即为土的抗剪强唇度包线，可近似啦取为一条惠直线，直彻线的方程岁即为库伦公式所表示的所方程。0c三轴压缩长试验原理的优点三轴压雄缩仪能较严粮格地控夹制排水便条件能量测试语样中孔隙戏水压力的拉变化剪切破坏父面为最薄腰弱面的缺点三轴压驾缩仪试验设绝备、试蜓验过程昌相对复川杂试样的她受力状选态为轴刻对称情过况，与义实际土慨体的受隐力状态染未必相蜘符直接剪伤切试验良和三轴周压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，可以分豆为三种试郑验方法：1.不川固结不知排水试缩慧验；2.固结痒不排水试颈验；3.固海结排水慢试验；三、无幻玉侧限抗每压强度仅试验无侧限抗升压强度试罩验可以看作围背压3=0的三轴茂不排水嗽剪切试甲验，试释件剪切惯破坏时菌试样所秆能承受格的最大霜轴向压夜力qu称为无侧限抗鞋压强度。根据试程验结果，喊只能作一如个极限应愿力圆（1=qu、3=0），对于一管般粘性般土就无启法作出烫破坏包枯线。而对于哗饱和粘法性土，泽根据三轴不固刑结不排水街试验的结书果，其破坏包扮线接近于颠一条水平线，即u=0。如仅需测众定饱和粘轧性土的不偷排水抗剪霞强度，就舟可以利用恢比较简单五的无侧限衬抗压强度寇试验代替跟三轴试验遇。0cu无侧限捎抗压强励度试验qu无侧限抗腥压强度试均验所得的极限应忽力圆的水平切线就是破坏睡包线。第4节断饱谅和粘性让土的督抗剪强挤度一、不固乞结不排水蚊抗剪强度不固结不训排水试验甩（UU试验）是在施加周亭围压力填时不排水（不固结悟），且在施加轴向狭压力直至岛剪切破坏先的整个试蜜验过程中也不允许上排水（不排水敲）。如果有蛛一组饱拐和粘性样土试件兄，都先在坟某一周须围压力辅下固结套至稳定，试件详中的初始抽孔隙水压辅力为零，芬然后分别剑在不排水睡条件下施君加周围压作力和轴向紧压力直至吧剪切破坏字。试验结店果见下图恐。0cu饱和粘率性土的享不固结愤不排水侦试验图中三个沙实线圆分版别表示三个试件耀在不同的抽围压作用敞下破坏时宏的总应置力圆，冷虚线表当示有效纸应力圆熔。试验胡结果表夫明，虽他然三个公试件的躺围压不牺同，但余破坏时森的主应力聋差相等，所以突三个总译应力圆辆的直径激相同，酷所以破耐坏包线狸是一条水平线，可得由于在鸡不排水尚条件下旷，试样在试验过泽程中含水量不变，体积不变，改变舰周围压巾力增量校只能引肆起孔隙水怒压力的变化垮，并不哈会改变轻试样中酱的有效应理力，各试件琴在剪切前股的有效应陆力相等，柿因此抗剪第强度不变伐。如果在较摊高的剪前疑固结压力娃下进行不醒固结不排灰水试验，蜓就会得到票较大的不捡排水抗剪恭强度。由于只惭能得到候一个有绕效应力圆，所测以不能弯得到有姥效应力貌破坏包线，财不固结年不排水张试验只绒用于测挪定饱和抹土的不窗排水强蛇度，所帆以可以环用无侧朋限抗压怀强度试锈验代替晚三轴压释缩试验沙来测定贵饱和土惧的不排劫水抗剪石强度。不固结不姿排水试验旁的“不固结”是在保持口试样原来到有效应力不变纲的情况京下，在避三轴压帮力室的锈周围压症力下不此再排水轰固结。夜如果饱顶和粘性早土从未立固结过驰，则其匙中的有舞效应力森为零（哭先期固植结压力忆也为零酒），表门现为一损种泥浆扔状土，驴其抗剪爆强度必兔然也等凝于零。二、固抖结不排浑水抗剪肥强度固结不排茄水试验（CU试验）是在施加周么围压力栏时充分排僚水（固结制），而叫在施加轴仙向压力库直至剪象切破坏胡的整个约试验过变程中不允许球排水（不排水鹊）。饱和粘性染土的固结土不排水抗禾剪强度受应力历怠史的影响，具所以首先轿要区分试聪样是处于战什么样的固结状荡态。如果试样号所受到的改周围固结压力3大于它所络曾受到的罗最大固结压力pc（先期固溪结压力），则钢称试样游处于正常固结勇状态；而如果3<pc，则称锣试样处斗于超固结状轿态。不同固畏结状态悄的试样替，其抗缝剪强度难性状是哗不同的抬。正常固糖结状态闪的试样枯在剪切过呈程中体河积有减鄙小的趋势（剪缩），但垃由于不畅允许排毛水，故颗产生正的孔隙牢水压力；而强超广固结状态读的试样在团剪切过程男中，先表菜现为剪缩暮（产生正泥的孔隙水准压力），境然后转为剪胀（产生负音的孔隙水鸦压力）。基础激工元程第十二讲1.正常埋固结状态益的土样下图表兼示正常辆固结状宰态的饱和粘性漠土的固结峡不排水试挠验结果，盛图中用实线表示的为总应力圆盼和总应力详破坏包线，用虚线表示的互为有效应味力圆和浅有效应贝力破坏封包线，uf为剪切万破坏时沙的孔隙蹈水压力亩。因为浆剪切过吵程中不喇排水，误根据有蜓效应力雁原理可渠知，有烤效应力她圆与总勤应力圆直径相庄等，位置不同。0正常固结炒状态饱和炎粘性土固结不抛排水试众验结果因为正券常固结蓝状态的上试样在剪切破氏坏时产喂生正的孔丧隙水压腿力，故有效应司力圆在总陕应力圆的左边。总应力破届坏包线和硬有效应力蔽破坏包线宇都通过原详点，说明固乳结压力锯为零的毁土不会絮具有抗艘剪强度。2.超固家结状态的帝土样超固结状轻态的饱和娃粘性土的固结不柴排水剪切巾试验得到忽的总应力涨破坏包线师如下图所扯示，是一哈条略平缓肠的曲线，富可近似以炒直线ab代替，与坦正常固结糊状态土的场固结不排删水破坏包立线bc相交，bc的延长醉线通过负原点。保实用上钱将abc折线取锯为一条眼直线。0ccu超固结状积态土的固柳结不排水陷试验abc超固结状别态正常固结缠状态有效应屈力圆和息有效应经力破坏包线如对下图中膀虚线所机示。由脏于超固结状案态的土样在呈剪切破坏锈时，产生负的孔奏隙水压伐力，有效应筋力圆在总粘应力圆的右边；正常固结本状态的土样戏在剪切鲁破坏时党，产生正的孔隙命水压力，故有舞效应力尘圆在总革应力圆侵的左边。0超固结状喊态土的固戚结不排水隙试验超固结舟状态正常固结蛇状态三、固时结排水蒙抗剪强挎度固结排闲水试验助（CD试验）是在施加周围惊压力时充分排水（固结）驳，而在施加轴朵向压力陷直至剪喉切破坏典的整个魄试验过壁程中允许排水（排水降）。所以在房诚整个试光验过程伟中，土箩样中的脏孔隙水翠压力始贿终为零颂，总应拌力最后解完全转庸化为有盾效应力摔，所以总崇应力圆艰就是有翅效应力狮圆，总衰应力破城坏包线销就是有焦效应力浇破坏包傍线。0正常固结驾状态土的篇固结排水晓试验其破坏静包线通嗓过原点擦。正常固结损状态的土饿，0超固结牌状态土斤的固结张排水试梅验超固结辉状态正常固结迹状态取为一炼条直线名。包线略缎弯曲，艳实用上泰近似超固结状雁态的土，厚其破坏试验结无果表明愤，对于赤同一种土，欠固结排很水试验染得到的cd、d与固结拼不排水锦试验得液到的c'、暖'很接近搞，由于半固结排愈水试验捞所需的给时间太外长，故炮实用上立用c'、章'代替cd、d。对同一种垮饱和粘性滑土，分别在三龙种不同的捡排水条件下进行穷剪切试朴验。如恶果用总嗓应力表还示，将颂得到完像全不同荷的试验票结果，嘱而以有庄效应力齐表示，赠则不论遍采用哪浮种试验递方法，饺都得到碎近乎同屿一条有奇效应力充破坏包用线。所以说匹，抗剪强度忆与总应力应没有唯一舅的对应关犹系，而与勤有效应力公有唯一的谜对应关系。0正常固结杠状态饱和嫩粘性土在传三种不同不排石水条件下讯的剪切试亚验结果四、抗剪跪强度指标甩的选择饱和粘闪性土的脸抗剪强睡度性状是很控复杂的，屑它不仅与剪切条件有关，还很与土的应力雪历史等因素税有关。确由于实滴际工程尺条件的炭复杂性歇，用实给验室的抛试验条晚件去完巷全模拟渴现场条即件是不孟可能的裤。所以带针对具控体的工恼程问题香，确定振土的抗凡剪强度若指标的议方法只寺能是尽橡可能地钱模拟实版际工况栗来进行霞试验。一般认傅为：由愈三轴固建结不排水试筒验确定的兰有效应力强度指标c'、'宜用于湖分析地河基的长搏期稳定叮性；而惯对于饱楚和软粘埋土地基草的短期访稳定问役题，则脏宜采用银不固结改不排水抬试验的雄强度指忌标，以卵总应力租法进行懂分析。对于一般寒的工程问开题多采用总疑应力分弦析法，铃其指标和测试伪方法的劲选择原飘则如下产：1.若昂建筑物伞施工速证度较快胆，而地筒基土的浊透水性继和排水者条件不通良时，无可采用三轴不固盟结不排水款试验或直剪的快腾剪试验结果；2.若地演基上荷载款的增加速凤率较慢，背而地基土朱的透水性批较高且排众水条件较秒佳时，则萍可以采用固结排水或慢剪试春验的结果帜；3.若实丛际工况介怎于上两种情况之间支，可用固结不排家水或固结快剪的试验结刷果；4.由于船实际加荷写条件和土仔性的复杂替性，而且斥在建筑物水的施工和合使用过程圈中都要经惜历不同的双固结状态皆，因此，确定强熊度指标弄还应结法合工程枯经验。基础臭工孕程第十三逃讲第5节希无懒粘性土棚的圣抗牺剪强度不同初于始孔隙贿比e0的同一郑种砂土顷在相同颗的周围火压力3下受剪，其忽应力~应唯变关系表俩明：1.密实算的紧砂，培其初始孔第隙比较小日，应力~课应变关系泄具有明显巡寿的峰值，声超过峰值津后，随应服变的增加救，应力逐修步降低，葛呈应变软化添型，体积变蛮化主要表槽现为剪胀。2.松砂震的应力~鹅应变关系扣呈应变硬市化型，对同一帮种土，紧砂和松口砂的强降度最终呆趋向同塞一值。买松砂受内剪其体刑积减小价（剪缩）。3.在高周围绳压力下，不痕论砂土敢的松紧边如何，太受剪时蚀都将剪缩。01-3砂土受美剪时的容应力~应变关系紧砂松砂由不同状初始孔飞隙比e0的试样在同一压力3下进行剪容切试验，可以得出裤初始孔隙快比e0与体积迷变化勺之间的懂关系，得相应于体积变化恩为零的初始孔隙捏比称为临界孔顽隙比ecv。临界孔耍隙比是健与侧压力（围压）3有关的翼，不刮同的3可以得出洁不同的ecv。0e02-2ecv砂土的衬临界孔粘隙比若饱和码砂土的陆初始孔再隙比e0大于临界之孔隙比ecv，在剪殿应力作用候下由于劣剪缩必纳然使孔是隙水压重力增高太，有效箱应力相危应降低趋，导致哭砂土的出抗剪强磨度降低抢。当饱和松变砂受到动虾荷载作用，敞由于孔包隙水来毁不及排出，孔隙伪水压力不革断增加，营就有可能扭造成土体广结构的破渣坏，有效跳应力降低烫为零，使搭得砂土象析流体那样笋完全失去英抗剪强度皂，这种现徐象称为砂隔土的液化。临界孔剂隙比ecv对研究敬砂土液窃化具有剂重要意信义。1.p1室24：倒数第竞9行“匙常固结不排软水强度摸...”2.p罢125姜：第1翁1行摊“…有愉效应力仙破坏包枪线都通急原点”状态土罢的过3.p130方：第11劝行“不同川的3可以得出晋不同的eev值。”挥文中其歇余地方作相眯应替换。ecv第4章芬内容勘靠误4.p横127均：例题吴3-1袖。由例洗题的已知条件师知只对一个饱和粘性土试母样进行竭了固结窑不排水急试验，性所以只挽能得到年一个总我应力表剪示的极芝限应力言圆和一示个有效酱应力表吧示的极腹限应力职圆。例帐题中说略“整理它试验结倦果得到繁…”，锈由于试胁样土处痛于超固暂结状态拿（由疾知），游所以仅夜由一个禾有效应溪力表示将的极限呀应力圆浅是无法云得到有贡效应力胞破坏包荣线的。因此有移效应力课强度参框数猫、根本无索法从一玩个试样辩的试验结果的学整理得嫩到。（狱本人认乞为：例题的承出题内朗容的描述有问