岩土教研组土的抗剪强度讲义课件

土的抗剪强度王英浩内蒙古科技大学建筑与土木工程学院岩土教研组概述土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点.工程时间中与土的抗剪强度有关的工程主要有以下3类:（1）土质土坝的稳定（2）土压力（3）地基的承载力问题工程实例－土坡稳定工程实例－土坡稳定工程实例－土压力工程实例－土压力工程实例－地基承载力问题工程实例－地基承载力问题第一节土的抗剪强度概述土的抗剪强度:是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。

滑动面(破坏面):当土体受到荷载作用后,土中各点将产生剪应力,若某点的剪应力达到其抗剪强度,在剪切面两侧的土体将产生相对位移而产生滑动破坏,该剪切面称为滑动面或破坏面。一.库仑公式1）库伦公式基本形式（总应力抗剪强度公式）式中——剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度(KPa)

——破坏面上的法向应力(KPa)

——土的粘聚力，(KPa)对于无粘性土，

——土的内摩擦角(º) 称为抗剪强度指标，同一种土，它们与试验方法有关

无粘性土粘性土（2）有效应力抗剪强度公式式中——剪切破坏面上的有效法向应力(KPa)

u——土中的超静孔隙水压力(KPa)——土的有效粘聚力(KPa)——土的有效内摩擦角(º)称为土的有效抗剪强度指标，同一种土，其值理论上与试验方法无关，应接近于常数。问题:总应力法与有效应力法的优缺点是什么?总应力法比有效应力法简单,因为试验时不需测量孔隙水压力,进行稳定分析时也不考虑孔隙水压力,只需测量总应力即可.但是对于同一种土,施加相同的总应力,如果试验方法不同,或者说控制的排水条件不同,则所得的强度指标也就不相同.也就是说,总应力和土的抗剪强度没有唯一对应的关系,应用较多.有效应力法考虑了孔隙水压力的影响,只计入作用于粒间的有效应力,试验证明,对于同一种土,不论采用何种试验方法,只要能准确测量出孔隙水压力,则所得的有效抗剪强度指标是相同的.它们有唯一对应的关系.但测量孔隙水压力时,比较麻烦,需要精确评价地基强度和稳定性时常采用.抗剪强度的来源：1）无粘性土：来源于土粒间的摩擦力（内摩擦力）。包括：a.一部分由于土颗粒粗糙产生的表面摩擦力；

b.另一部分是粗颗粒之间互相镶嵌，联锁作用产生的咬合力。2）粘性土：除内摩擦力外，还有内聚力。内聚力主要来源于：土颗粒之间的电分子吸引力和土中胶结物质（硅、铁物质和碳酸盐等）对土粒的胶结作用。砂土的内摩擦角变化范围不是很大，中砂、粗砂、砾砂一般为32°～40°；粉砂、细砂一般为28°～36°。e愈小，内摩擦角愈大，但含水饱和粉砂、细砂很容易失稳，因此对其内摩擦角的取值宜慎重，规定取20°左右。砂土有时也有很小的粘聚力（约10kPa以内），这是由于砂土中夹有一些粘土颗粒，也可能是由于毛细粘聚力的缘故。粘性土的抗剪强度指标的变化范围很大，它与土的种类有关，并且与土的天然结构是否破坏、试样在法向压力下的排水固结程度及试验方法等因素有关。内摩擦角的变化范围大致为0°～30°；粘聚力则可从小于10kPa变化到200kPa以上。土的抗剪强度指标的工程数值：二.莫尔-库仑强度理论(一)、土体中任一点的应力状态假定土层为均匀、连续的半空间材料，研究地面以下任一深度处M点的应力状态。下面仅研究平面问题，在土体中取一微单元体，作用在该单元体上的两个主应力为，则作用在与大主应力作用面成角的平面上的正应力和剪应力可根据静力平衡条件求得：如下图。以上可用莫尔圆表示，(二座)、眯土的萌极限秩平衡裕条件垃的建狮立

如果给定了土的抗剪强度参数和c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。它们之间的关系有三种情况：（1）莫尔圆位于抗剪强度包线下方（圆1），说明该点在任何平面上的剪应力都小于土所能发挥的抗剪强度，因此不会发生剪切破坏；（2）圆3实际上不存在；（3）圆2，说明在A点所代表的平面上剪应力正好等于抗剪强度，该点处于极限平衡状态。c

土处于杜极限平司衡状态臂下时根据标极限幅应力虫圆与盐抗剪健强度原包线赢相切总的几科何关怎系，批可建忽立以议下极自限平衡条稳件：粘性土纱：化简蓄后得像：无粘性土：破裂面破裂角：破坏遣面与抛大主裳应力国作用梦面间宝的夹者角问题清:土滚体的膨最大润剪应店力面沃是否觉即剪爸切破鱼裂面皂?对于饱铜和软粘抗土,在很不排水臭条件下酬,其内次摩擦角荣为0,符此时土隆体的最舞大剪应理力面即顽为剪切必破裂面鞭.第二糟节掉抗剪与强度掌的测爹定方透法测定吉土抗誓剪强触度指浙标的哗试验飘称为常剪切宿试验按照常个用的试朝验仪器脱将剪切欢试验分勇为直接皇剪切他试验三轴器压缩孩试验无侧向击抗压强乓度试验十字板淋剪切试呆验近似模穴拟直接剪暖切试验应变控制式直剪仪应变脂控制滤式直晚剪仪咬的试雷验原朱理：对同若一种王土至竞少取留4个播平行杂试样嫁，分棚别在喷不同也垂直硬压力下剪制切破遥坏，尿将试罪验结打果绘登制抗愿剪强燃度f与相应新垂直压帝力的关系贷图。试状验结果壶表明，咸对于粘挠性土f~基本汗上呈接直线伟关系友，直疯线方换程可拼用库坏伦公崭式表怎示；向对于系无粘御性土溪，f~则是通傲过原点个的直线穴。的缺点直接剪照切仪限定答剪切选面不铺一定和是最枕薄弱安面剪切永面上肌剪应跟力分挡布不锦均匀剪切碍面在凑剪切双过程赌中是用逐渐泻缩小鲜的不能跟严格虎控制喜排水毕条件呀，不任能量炉测孔宴隙水伞压力构造简悼单操作掠方便的优点直接剪针切仪三轴饶压缩暖试验对同缺一种宽土至龄少取针3个曲平行延试样邮，分赏别在仍不同掉周围压压力3和轴报压1作用下眉剪切破惊坏，将断试验结资果绘制劝为若干迫个极限胡应力遵圆。根拔据莫忧尔-贴库伦棕理论蹲，这灾一组刮极限榨应力除圆的公共策切线即为土益的抗剪强扒度包线，可近谦似取为行一条直宋线，直掘线的方旁程即为笨库伦公临式所表葬示的方赔程。三轴谨压缩触仪的危试验刃原理胞：c0三轴压屋缩试验温原理的优点三轴压裕缩仪的缺点三轴压趣缩仪能较钥严格跨地控偷制排酒水条粮件剪切破胆坏面为葱最薄弱欢面试验设羽备、试喂验过程络相对复壳杂试样的际受力状绸态为轴晕对称情按况，与汪实际土毫体的受速力状态彻未必相菊符无侧限挣抗压强姑度试验三轴压餐缩试验踏当周围拌压力为送零时即项为无侧飘限试验傲条件，软此时只违有轴向雷压力，裂所以也扁称单轴绑压缩试腿验。由于信试样聋的侧逆向力雅为零朱，在辰轴向柔受压瞧时，型其侧兵向变万形不思受限属制，库故又品称无舒侧限坚压缩游试验羡。由于米试样冤是在木轴向策压缩弹的条耳件下霜破坏臂的，我因此货把这艺种情愧况下娘土能怎承受溉的最爪大轴趣向压证力称甘为无刚侧限调抗压什强度笼，以qu表示极限应场力圆应用胞：代替赤三轴驰试验造（当3=0）可用臣来求狮土的著灵敏强度缺点：无粘性贺土以及榴太软土挖（流塑续）不可试验快行,欺水来先不及排敌除十字招板剪脸切试行验原位十叼字板剪年切试验向是一种梳利用十故字板剪药切仪在旦现场测旷定土的持抗剪强掩度的方择法。这意种方法荐适用于棋在现场当测定饱遇和粘性渗土的原陵位不排莫水强度岔，特别淡适用于涛均匀的扎饱和软互粘土。无需存钻孔启取得浙原状姻土样售,从积而使麦土少阁受扰衣动,屿试验牌时土番的排胀水条葵件和劳受力愁状态父与实开际条皂件十蜡分接宴近.第四宪节帅土的狭抗剪鸦强度障指标一.粘渗性土在击不同固竿结和排饱水条件炕下的抗舒剪强度紧指标1.固结图不排勇水剪试验(教又称固结快昼剪,以这符号Cu表示)试验过碧程土样固结介不排里水试剃验（CU试验）是盒在施加臂周围弱压力闸时充稻分排绍水（境固结汤），而袄在施搜加轴么向压反力直泻至剪熄切破日坏的辞整个拖试验查过程伤中不允挑许排敞水（感不排阳水）。饱和齐粘性敞土的乌固结降不排塌水抗贯剪强军度受尼应力睛历史争的影那响，静所以翅首先白要区胡分试佣样是蚁处于诱什么坊样的由固结设状态螺。正常盾固结状态督的试规样在旷剪切便过程趴中体命积有圣减小壳的趋辈势（剪缩），但术由于不矛允许排锻水，故倡产生正的朗孔隙芬水压般力；而强超固蓝结状态班的试此样在夺剪切睡过程放中，肚先表何现为剪缩（产生正的治孔隙知水压唯力），然喝后转为劣剪胀（错产生负的孔披隙水压桂力）。试验结炭论a.正常什固结机饱和供粘土剪切过删程中不排冲水，根遮据有滑效应两力原妈理可刺知，有效应浪力圆与腐总应力雷圆直径侮相等，捉位置不窃同。因为正拣常固结圆状态的盘试样在犹剪切破简坏时产馒生正的孔贷隙水压甜力，故有溪效应力介圆在总系应力圆婚的左边。总应力朱破坏包狼线和有桥效应力魔破坏包贼线都通累过原点，说丘明固结压柱力为零麻的土不独会具有劝抗剪强街度。超固冠结状丛态正常固值结状态ccu0abcb.超固结敌饱和粘霞土超固伸结状丽态土厨的固亮结不刊排水毕试验超固酱结状帐态的呢饱和尿粘性森土的六固结争不排朴水剪贼切试军验得植到的纤总应沃力破坏炕包线融是一蹈条略图平缓避的曲姐线，可近赚似以直虫线ab代替，泡与正常依固结状寄态土的舍固结不杠排水破尿坏包线bc相交，bc的延长莲线通过饺原点。师实用上阻将ab腔c折线绑取为戚一条挖直线湖。由于超码固结状拆态的土均样在剪姥切破坏贴时，产趟生负的孔五隙水压置力，有椅效应市力圆埋在总袭应力燃圆的右边。2.不固结词不排水苦剪试验(交又称快剪,以都符号UU表示伞)土样试验过侍程不固衔结不烂排水好试验蹄（UU试验）是在鸟施加什周围透压力口时不排绑水（残不固便结），且在塞施加轴阀向压力膜直至剪松切破坏歌的整个图试验过味程中也不允许功排水（危不排水竿）。试验摄结论0cu饱和粘迷性土的奶不固结溜不排水久试验图中蚊三个薯实线挪圆分芬别表压示三域个试个件在隶不同搜的围妄压作宅用下剂破坏零时的碗总应某力圆医，虚郑线表准示有馆效应守力圆明。试矿验结旨果表冬明，蛛虽然叨三个屡试件课的围压雨不同，但破嫩坏时的主应岂力差驰相等，所茧以三个总应它力圆的易直径相敞同，所刑以破坏恰包线忆是一兵条水惠平线，可愉得由于仿在不弯排水货条件袖下，似试样症在试葬验过攀程中含水量允不变，扛体积不凡变，改变暴周围压忽力增量舰只能引肌起孔隙垫水压力贫的变化摘，并不除会改允变试捉样中终的有兰效应府力，各试营件在剪泉切前的烂有效应该力相等耍，因此抗剪掀强度旅不变。由于守只能宰得到一个有铺效应力闪圆，所以不能得欲到有效巷应力破蒸坏包线，不劝固结故不排廊水试灯验只绢用于歇测定甲饱和济土的铜不排笛水强陶度，度所以滨可以犯用无侧限复抗压强衔度试验代替三无轴压缩标试验来六测定饱馒和土的蝴不排水钟抗剪强芒度。不固结垃不排水猪试验的“不固结”是在杰保持牵试样原来继有效悦应力分不变的情答况下律，在车三轴算压力割室的茅周围但压力愧下不烧再排掉水固春结。搭如果居饱和园粘性用土从未港固结过，则宰其中的有效贤应力嚷为零恼（先道期固茧结压纱力也颜为零），表迟现为一佣种泥浆死状土，情其抗剪强钢度必摇然也畅等于凭零。如果在较高循的剪折前固员结压楚力下进行厚不固结搅不排水粱试验，救就会得集到较大的跑不排水驴抗剪强丈度。3.固结页排水垦剪试验(燃又称慢剪,以符偶号CD表示骨)土样试验过啄程固结怪排水建试验双（CD试验）是在施加欢周围票压力跑时充主分排积水（懒固结标），而在施加夕轴向蜜压力第直至葛剪切巴破坏的整个破试验过歪程中允许排乖水（排潜水）。试验衡结论a.正常固沸结饱和仙粘土b.超固结扶饱和粘驳土在整彻个试描验过圈程中余，土汪样中雁的孔隙经水压肿力始爽终为射零，总应盛力最秩后完疯全转喷化为跳有效做应力，所以总应力盛圆就是是有效应惹力圆，总应逃力破坏定包线就哭是有效原应力破脊坏包线勉。正常固桂结状态爽的土，截其破坏包舌线通过未原点。超固蜜结饱晃和粘托土在子固结帮排水嗽剪中先剪雨缩后奇剪胀,但不会跪排出棕水分,反而倒因剪胀更而有吸水的趋势溪,含水量冬还要增吹加.试验结捕果表明瘦，对于首同一种双土，固竿结排水斗试验得哈到的cd、d与固虎结不典排水活试验帮得到堆的c'、欢'很接近，由死于固碎结排灵水试浓验所隐需的萍时间端太长尤，故实用上突用c'沙、聋'代替cd、d。三种试丸验结果金的强度杰包线对同嫁一种闷饱和遭粘性洽土，笑分别饰在三桶种不参同的傲排水污条件唉下进耐行剪榆切试引验。茶如果框用总应力属表示，将得绢到完全不嘱同的试隆验结果，而以有效缩慧应力农表示，则暖不论牺采用俘哪种守试验酒方法联，都嗽得到近乎同甘一条有蓬效应力疯破坏包贸线。所以说猫，抗剪苏强度与周总应力奥没有唯郊一的对辞应关系凶，而与谅有效应笋力有唯凉一的对孩应关系。二.西粘性菜土的植残余淹强度培指标坚硬渠的超况压密脂粘土脂的蝇曲惨线可阶出现扎剪应最力的亲峰值冷,即该为土泉的峰值尼抗剪退强度.峰后缸强度随右剪切位送移增大炭而降低蔑,称为割应变软亩化特征朵.当剪繁切位移识较大时份,其强雪度最终转也降低椒至某一犯稳定值申,这种茂终值强正度称为票残余强杆度.试铸验证明姥,粘性煤土的残穿余强度症同峰值爷强度一输样也符矩合库仑屈公式,禁即粘性土我的残余漏强度可酬解释为诞,沿剪铃切面两稀侧非定向辨排列的薄满层微扣粒结脏构,尤随着剃剪应体变的饮增加件而逐来渐转斜化为宽沿剪捎切方伍向定向排桃列,因物而土剩的抗冲剪强诊度随兆之降受低.残余呆强度餐与土挂的结汤构关齿系不种大,北而主惠要取缝决于修土的谷矿物饿成分伟和有谈效法证向应易力的令影响各.粘土的鸭残余强垃度与它立的应力犹历史无坐关.在大剪洲位移下见超固结输粘土的垄强度降神低幅度柄比正常倒固结粘避土的大昌.残余聚强度窄线为照通过搞坐标森原点算的直锯线.三.土无粘墨性土真的抗村剪强杆度指劝标紧砂受康剪时，诵颗粒必岔须升高薪以离开图它们原绣来的位乔置而彼婆此才能具滑过，乡丰从而导关致体积趴膨胀，孙把这种错因剪切库而体积丧膨胀的修现象称渗为剪胀重性。紧功砂松赞砂松砂受碍剪时，支颗粒滚否落到平锯衡位置辽，排列稀更紧密繁些，所献以体积仗缩小，滔把这种景因剪切墙而体积辈缩小的耀现象称止为剪缩霞性.紧砂的爪强度达缠到一定蔽值后，齐随着轴您向应变犬的继续项增加，汪强度反战而减小跟，最后窑呈应变建软化型炼.随着浑轴向陡应变尚的增从加，驴松砂咳的强难度逐框渐增妇加，炎曲线窗应变停硬化舒.体积问开始支时稍均有减师小，鹿继而堡增加辱，超乐过它累的初竟始体慎积.体积逐熟渐减小狐.对一定祸侧限压纷力下的柿同种砂倾土,紧投密和松诵散的砂仰土最终开的强度岔趋于同宗一数值丽,而最斥终孔隙薄比也大识致趋向照于某一判稳定值蝇,该值符称为临界堪孔隙救比.在这锡一孔隙登比下,荡砂土在秘不排水瘦条件下牌受荷至业破坏时兔,其体易积变化片为零.砂土灿的临雪界孔咬隙比留将随泻周围仆压力眨的增日加而暂减小杨.砂土在云突发的惧动荷载壶作用下傅，不能狭在短时石间排水固薪结，悼为抵催抗剪往力引赴起的警体积太缩小弄的趋稠势，询将产生很常大的妙孔隙