土的抗剪强度

1、内蒙古科技大学建筑与土木工程学院岩土教学与研究组王英豪土的抗剪强度总结出土的破坏主要是由剪切引起的，剪切破坏是土破坏的一个重要特征。与施工期土体抗剪强度相关的项目主要包括以下三类： (1)土坝稳定性(2)土压力(3)地基承载力，工程实例边坡稳定。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，第一节土体抗剪强度概述土体抗剪强度：是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。滑动面(破坏面):当土壤受载时，土壤中的每个点都会产生剪应力。如果某一点的剪应力达到其抗剪强度，剪切面两侧的土将产生相对位移和滑动破坏。这个剪切面称为滑动面或破坏面。1.库仑公式1)剪切破坏面上的剪应力以库

2、仑公式(总应力抗剪强度公式)的基本形式表示，即土的抗剪强度(千帕)、破坏面上的正应力(千帕)、土的内聚力(千帕)对于无粘性土，土的内摩擦角()称为抗剪强度指数，它与同类土的试验方法有关，粘性土为无粘性土。(2)有效应力抗剪强度公式中剪切破坏面上的有效正应力土中的超孔隙水压力土的有效内聚力土的有效内摩擦角称为土的有效抗剪强度指数。同种土壤的值在理论上与试验方法无关，应该接近一个常数。问题：总应力法和有效应力法的优缺点是什么？总应力法比有效应力法简单，因为在试验和稳定性分析中不需要测量孔隙水压力，而只能测量总应力。然而，如果相同的总应力施加到相同的土壤上，如果试验方法不同或控制的排水条件不同，所获

3、得的强度指标将会不同。也就是说，总应力与土的抗剪强度之间没有唯一的对应关系。它被广泛使用。有效应力法考虑了孔隙水压力的影响，只考虑了颗粒间的有效应力。实验表明，对于同一种土，无论采用何种试验方法，只要能够准确测量孔隙水压力，得到的有效抗剪强度指标都是相同的。它们有着独特的对应关系。然而，在测量孔隙水压力时，这是很麻烦的，并且经常被用来准确地评估地基的强度和稳定性。抗剪强度来源：1)无粘性土：包括：a .土壤颗粒粗糙度引起的部分表面摩擦；另一部分是由粗颗粒间的互锁作用产生的咬合力。2)粘性土：除内摩擦外，还有内聚力。内聚力主要来自于土壤颗粒之间的电分子吸引和胶结物质(硅、铁和碳酸盐等)的胶结。)

4、在土壤颗粒上。莫尔-库仑强度理论，(1)假定土中任意点的应力状态为均匀连续的半空间材料，研究了地下任意深度M点的应力状态。接下来，我们只研究平面问题。拿土壤中的一个微型单位来说。如果作用在单元上的两个主应力为0，则作用在与大主应力成一定角度的平面上的正应力和剪应力可以根据静态平衡条件得到：(2)土的极限平衡条件的建立。当土体处于极限平衡状态时，根据极限应力圆与抗剪强度包络线的几何关系，可以建立以下极限平衡条件：粘性土：简化后，得到破坏面与大主应力作用面之间的夹角。问题：土壤的最大剪应力面是剪切破裂面吗？对于饱和软粘土，在不排水条件下，其内摩擦角为0，此时土的最大剪应力面为剪切破裂面。在第二节中

5、，确定土的抗剪强度指标的试验称为剪切试验。根据常用的试验仪器，剪切试验可分为直剪试验、三轴压缩试验、无侧压强度试验、十字板剪切试验近似模拟、直剪试验和应变控制直剪仪。应变控制直剪仪的试验原理：取至少4个同类土的平行试样，在不同垂直压力下进行剪切破坏，根据试验结果绘制抗剪强度f与相应垂直压力的关系。试验结果表明，粘性土f基本上是线性的，线性方程可用库仑公式表示。对于无粘性土，f是一条穿过原点的直线。直剪仪的缺点是，有限的剪切面不一定是最弱的面，剪切面上的剪应力分布不均匀，剪切过程中剪切面逐渐减小，排水条件不能严格控制，孔隙水压力不能测量，结构简单，操作方便的优点直剪仪，三轴压缩试验，至少取三个平

6、行的同类土样， 分别在不同的环境压力3和轴向压力1下进行剪切破坏，根据莫尔-库仑理论，这组极限应力圆的公共切线是土的抗剪强度包络线，可近似视为一条直线，直线方程为库仑公式表示的方程。 三轴压缩试验原理：c，0，三轴压缩试验原理，优点三轴压缩试验，缺点三轴压缩试验能严格控制排水条件，剪切破坏面是最薄弱的面，试验设备和试验过程比较复杂，试样的应力状态是轴对称的，这可能与土的实际应力状态不一致，无侧限压缩由于试样的侧向力为零，其侧向变形在轴向压缩时不受限制，所以也称为无侧限压缩试验。由于试样在轴向压缩下被破坏，在这种情况下，土能够承受的最大轴向压力称为无侧限抗压强度，用qu表示，极限应力圆、应用：代

7、替三轴试验(当3=0时)，可以用来计算土的敏感性。缺点：无粘性土和太软的土(流塑)不能快速检测，水不能及时排除。十字板剪切试验，原位十字板剪切试验是一种用十字板剪切仪进行原位测量的方法。该方法适用于原位测定饱和粘土的不排水强度，特别是均匀饱和软粘土。不需要钻孔来获得未扰动的土壤样品，因此土壤受到的扰动较小。在试验过程中，土壤的排水条件和应力状态与实际情况非常接近。第四节，不同固结排水条件下粘性土的抗剪强度指标，1。固结不排水剪切试验(也称为固结快剪，用符号Cu表示)，试验过程，固结不排水试验(CU试验)是在施加环境压力时进行的。饱和粘性土的固结不排水抗剪强度受应力历史的影响，因此有必要区分试样

8、首先处于何种固结状态。在正常固结状态下，试样的体积在剪切过程中趋于减小(剪切收缩)，但由于不允许排水，因此产生正孔隙水压力；然而，在剪切过程中，具有强超固结的试样首先表现出剪切收缩(正孔隙水压力)，然后转变为剪胀(负孔隙水压力)。试验结论：a .正常固结饱和粘土，剪切时不排水，根据有效应力原理，有效应力圆和总应力圆直径相同，位置不同。有效应力圆位于总应力圆的左侧，因为正常固结状态下的试样在剪切破坏过程中产生正孔隙水压力。总应力破坏包络线和有效应力破坏包络线都穿过原点，这表明零固结压力的土不具有抗剪强度。超固结状态，正常固结状态，CCU，0，A，B，C，B。超固结饱和粘土，超固结粘土的固结不排水

9、试验，从超固结饱和粘土的固结不排水剪切试验获得的总应力破坏包络线是一条稍微平缓的曲线，可以近似用直线ab代替，这与正常固结粘土的固结相似。在实践中，abc折线被视为一条直线。当处于超固结状态的土样发生剪切破坏时，产生负孔隙水压力，有效应力圆位于总应力圆的右侧。未固结和不排水剪切试验(也称为快速剪切，用符号UU表示)，试验过程未固结和不排水试验(UU试验)在施加环境压力时是不排水的(未固结的)，在从轴向压力到剪切破坏的整个试验过程中不允许排水(不排水)。试验结论：铜、饱和粘性土的未固结和不排水试验。图中，三个实心圆分别代表三个试样在不同围压下的总应力圆，虚线代表有效应力圆。试验结果表明，虽然三个

10、试件的围压不同，但破坏过程中的主应力差相等，所以三个总应力圆的直径相同，所以破坏包络线为水平线，可以得到。在不排水条件下，试样的含水量和体积在试验过程中保持不变，改变环境压力增量只能引起孔隙水压力的变化，而不会改变试样中的有效应力。由于只能得到一个有效应力圆，所以不能得到有效应力破坏包络线。未固结不排水试验仅用于测量饱和土的不排水强度，因此可以用无侧限抗压强度试验代替三轴压缩试验来测量饱和土的不排水抗剪强度。不固结不排水试验中的不固结是指在保持试样原始有效应力不变的情况下，试样在三轴压力室的环境压力下不再排水固结。如果饱和粘性土从未固结过，有效应力为零(预固结压力也为零)，并且是淤泥质土，其抗

11、剪强度必须等于零。如果在高预剪切固结压力下进行未固结不排水试验，将获得大的不排水剪切强度。固结排水剪切试验(也称为慢剪切，用符号CD表示)，试验过程，固结排水试验(CD试验)是在施加环境压力时完全排水(固结)，并在施加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过程中允许排水(排水)。在整个试验过程中，土样中的孔隙水压力始终为零，总应力最终完全转化为有效应力，因此总应力圆为有效应力圆，总应力破坏包络线为有效应力破坏包络线。正常固结土的破坏包络线穿过原点。超固结饱和粘土在固结排水剪切中先收缩后膨胀，但不排水。相反，由于膨胀，它倾向于吸收水分，其含水量将增加。试验结果表明，对于同一种土，固结排水试验得到的cd和

12、D与固结排水试验得到的C和D非常接近。由于固结排水试验所需时间太长，C和D分别为如果用总应力表示，将得到完全不同的试验结果，而如果用有效应力表示，无论采用哪种试验方法，都将得到几乎相同的有效应力破坏包络线。因此，剪切强度和总应力之间没有唯一的对应关系，只有剪切强度和有效应力之间有唯一的对应关系。2.粘性土的剩余强度指标，即硬超密实粘土的曲线，可以表示剪应力的峰值，即土的峰值抗剪强度。峰后强度随着剪切位移的增加而降低，这称为应变软化特性。当剪切位移较大时，其强度最终会降低到某一稳定值，称为剩余强度。试验表明，粘性土的剩余强度与峰值强度一样，也符合库仑公式，即粘性土的剩余强度可以解释为随着剪切应变

13、的增加，薄层颗粒沿剪切面两侧的非定向排列逐渐转变为沿剪切方向的定向排列，因此土的抗剪强度降低。剩余强度与土壤结构关系不大。它主要取决于土壤的矿物组成和有效正应力的影响。粘土的剩余强度与其应力历史无关。在大的剪切位移下，超固结粘土的强度比普通固结粘土的强度降低更多。剩余强度线是穿过坐标原点的直线。第三，无粘性土的抗剪强度指标。当紧密的沙子被剪切时，颗粒必须上升离开它们的原始位置，然后彼此滑过，这导致体积膨胀。这种由于剪切引起的体积膨胀现象称为剪胀。当密砂、松砂和松砂被剪切时，颗粒向下滚动到平衡位置并排列得更紧密，因此体积减小。这种由于剪切引起的体积减小现象称为剪切收缩。紧实砂强度达到一定值后，随

14、着轴向应变的不断增加，强度反而降低，最终呈现应变软化型。随着轴向应变的增加，松砂强度逐渐增加，曲线应变略有硬化。当体积超过其初始体积时，体积逐渐减小。对于同一种砂，在一定的侧压力下，密实砂和松散砂的最终强度趋于相同值，最终孔隙比也趋于稳定值，称为临界孔隙比。在这种孔隙比下，当砂在不排水条件下被加载至失效时，其体积变为零。砂土的临界孔隙比将随着周围压力的增加而降低。在突然的动载荷下，不可能在短时间内排水固结。为了抵抗剪切力引起的体积减小趋势，产生很大的孔隙水压力，土的抗剪能力完全丧失的现象称为砂土液化。从宏观角度来看，砂土液化可导致喷沙和地下砂土液化。地震后，具有明显层理的原生土被打乱了。上述现象会导致地表下沉和变形。第四，抗剪强度指标的选择饱和粘性土的抗剪强度特性非常复杂。由于实际工程条件的复杂性，不可能用实验室试验条件完全模拟现场条件。因此，针对具体的工程问题，确定土的抗剪强度指标的唯一途径是尽可能模拟实际工况。对于一般的工程问题，通常采用总应力分析法，其指标和试验方法