土的抗剪强度粘聚力和内摩擦角

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1、土的抗剪强度-粘聚力和内摩擦角内摩擦角与黏（内）聚力：土的抗剪强度由滑动面上土的黏聚力阻挡剪切）和土的内摩阻力两部分组成。内摩擦角大小取决于土粒间的摩阻力和连锁作用，内摩擦角反映了土的摩阻性质。黏聚力是黏性土的特性指标，黏聚力包括土粒间分子引力形成的原始黏聚力和土中化合物 的胶结作用形成的固化黏聚力。因而内摩擦角与黏聚力是土抗剪强度的两个力学指标。土的抗剪强度指土对剪切破坏的极限抵抗能力，土体的强度问题实质是土的抗剪能力问题 土的抗剪强度指标内摩擦角申、黏（内）聚力C申土的内摩擦角（）C土的粘聚力（KPa）4 C与土的性质有关，还与实验方法、实验条件有关。因此，谈及强度指标时，应注明它 的试验

2、条件。（直剪实验、三轴剪切试验等）土的抗剪强度第一节概述建筑物由于土的原因引起的事故中，一部分是沉降过大，或是差异沉降过大造成的； 另一方面是由于土体的强度破坏而引起的。对于土工建筑物（如：路堤、土坝等）来说，主 要是后一个原因。从事故的灾害性来说，强度问题比沉降问题要严重的多。而土体的破坏通 常都是剪切破坏；研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性。 土的抗剪强度（Tf）：是指土体抵抗抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时 滑动的剪应力。 剪切面（剪切带）：土体剪切破坏是沿某一面发生与剪切方向一致的相对位移，这 个面通常称为剪切面。其物理意义：可以认为是由颗粒间的内摩阻力以及由胶结物和

3、束缚水膜的分子引力所 造成的粘聚力所组成。无粘性土一般无连结，抗剪强度主要是由颗粒间的摩擦力组成，这与粒度、密实度和 含水情况有关。粘性土颗粒间的连结比较复杂，连结强度起主要作用，粘性土的抗剪强度主要与连结 有关。决定土的抗剪强度因素很多，主要为：土体本身的性质，土的组成、状态和结构；而 这些性质又与它形成环境和应力历史等因素有关；此外，还决定于它当前所受的应力状态。土的抗剪强度主要依靠室内经验和原位测试确定，试验中，仪器的种类和试验方法以 及模拟土剪切破坏时的应力和工作条件好坏，对确定强度值有很大的影响。第二节抗剪强度的基本理论一、库仑定律（剪切定律）1773年 法国学者在法向应力变化范围不

4、大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗 剪强度的库仑定律。土的抗剪强度有極力法是用更切血上的有弦应力宋表较土的抗前强度.即!总应力宏和宵驗 力注T总殛力法是用翦研面上的證、应力宋表示土的抗码强度，即tj= a十諾屮土的强度土娶匪袂于有效应力光小，故般强彥的关系式中应展映有誠应力刃更肖合 适.眼4CF：剪切面的法向压力，Kga无粘性土： Tj- = 7爼妙4粘性土： r,. = tr - Zg+c*J，土的內靡擦角，度；4二 -l-fttirh浪十 ize. .1库仑定獰说明：门丨土的抗勇强度由土的内摩擦力喝曲彌內聚力匚两厨分组成-爼矶土的內摩擦系数；4内摩瘵力与剪切面上的袪向应

5、力成正比#其比值沟土的内摩擦系数魄机C3）表征抗码强度指标；土的内摩摄坤中和内聚力无站性土的c二山内摩療角隔、主妾取决于土竝表面的粗槌程度和土竝交错排列的啊*土独丢面瞇槌，犧隼越多，密奚度越丈，剜土罚內摩擦系敌丸.带性土的内髮力（:取袂于土竝间的违紡程度;内呈擦力3馆列義讥屮Ty - J-g+CTy =绘矿 +L式中：孑，齐或疔，分别齿有效內星厚角和就内聚力r 犍和土田抗勢强度与土豈関前在法向应力柞用下的固结辭关.而土題在耳效应力 柞用下才旨继阪耳就应X遂耶增加囲过程，就是士 B0抗码强度邂紬增加的过程剪坷而_L的迭而应力乌呵竝应力之间何如下关系：t 1 igf +rf = (忌应力法导有救应

6、力法的优缺点1，1 恩殴I法.优龈操件简单、运用右便.（一般年苴剪慨测走） 缺吊茶能反映地基土在師固结惜況下册抗対强度.2.脣换力法：优点：理论上比较严格，能较好強反映颈码强瘦的买质，能检验土悴 赴于不同固结If况T的稳定性.-訣氐孑IM水压R的正确测宦比段困难。1 三、莫尔库仑般坏标准.）.莫赋亠昨仑破坏理论：以產仑會式吉厂6增妙卄作天航剪强度梵式根据码应力是否古到杭勇强度（r = Tf）作为砥坏标淮的理论就捺问莫尔f產它破坏理论*）.莫宋庄仑锻坏准则（掠准h胡究莫尔庄仑破坏理论如何亘摂用主应力枣示.这就 壬莫乐轻破坏准则丫也称土的极隈平衡条件1笙元陳上的应力和应力區1*任瓯芜一单元土悴嶼其

7、面恕肉康减.在单元悴上任取某一蚯:期，则霉公貳，卍式中：c :任-誌面inn上的迭向应力（Kpa）j - T :任二讎商腹上的厠应力（畑h P Q jt最击主应力* -芦最小主应力：aa t fLii c.iij与衆小主型力作用肓向戏圭垢上述应力间的关系也可用应力圆（莫尔圆）表示。6碍2 从应力园的几何条件可知:2O - 4- CT-J ) =r 1 (jj -) COS 2d1 2 2r = Ys -弔 jsin 2a_上郞得应丈i岡的仝式：耒示为纵、横坐掠分别为H及C7创圖 囲心沏（5 +珂 0）,囲半勢于竺二竺2 22.扱限平衡条件:通过土中一点，在by作用F可出现一对宛切破裂面如图它门

8、与遅小主应力作用这一对號裂症之闾的夭角在疔声用方向矛于百-仞*“ ab abStn p =ct? l+g而E Ol& =代典上式獵 血叭氛巧严=竺毂r rigp+tT, +Tj)7, 4- j3 + 2c ctgp进一歩整理可辭：将上两忒雙芮:取两或平芳和.方向的交軌如=仲厂OF -吓；还十疔弓枠7- =C CQ5 fl? +;- SiW 护 A、 CTj = CFjig快剪（不排水剪）这种试验方法要求在剪切过程中土的含水量不变，因此，无论加垂直压力或水平剪力，都必 须迅速进行，不让孔隙水排出。适用范围：加荷速率快，排水条件差，如斜坡的稳定性、厚度很大的饱和粘土地基等。 固结快剪（固结不排水剪

9、）试样在垂直压力下排水固结稳定后，迅速施加水平剪力，以保持土样的含水量在剪切前后基 本不变。试用范围：一般建筑物地基的稳定性，施工期间具有一定的固结作用。 慢剪（排水剪）土样的上、下两面均为透水石，以利排水，土样在垂直压力作用下，待充分排水固结达稳定 后，再缓慢施加水平剪力，使剪力作用也充分排水固结，直至土样破坏。适用范围：加荷速率慢，排水条件好，施工期长，如透水性较好的低塑性土以及再软弱饱和 土层上的高填方分层控制填筑等等。二、按试验仪器分1、直接剪切试验优点：仪器构造简单，操作方便缺点：（1）剪切面不一定是试样抗剪能力最弱的面；（2）剪切面上的应力分布不均匀，而且受剪切面面积愈来愈小； （

10、4亍 + ） + 扣电（4宁 + 兰）討22t3 - Tjig2（5E - ） - 2c *t（45a22主： 由买最小主应力口g式5 =知才【4亍十* +塞绘（4亍+耳）可推求土憋 MO于根限狀忑时，所能承受的最丈王应为f （若芙际最大主应力申创）；C2）辰理，由实测cl及公武円=叭迪气4亍-?-在龍（4亍-号）可推求土熾页. 聂限平衡状姦时所能承受的巖小主应力a3f焙弼暖小主应力为血刑斷“当fllfxol或R.胆也时，土捋盐龙穗定平爲当列冋1或吧.E3时土範处无扱限平衝+当Qlfal或町&帀时土粧槪无先稳秋态-* 寿三节抗煎强度粽鯉方法-、罐述惫E处1*决勇（不却E水码】= 彳固缺製（葩不

11、排术期 !噗码（捧水码）*（3）不能严格控制排水条件，测不出剪切过程中孔隙水压力的变化。2、三轴剪切试验优点：（1）试验中能严格控制试样排水条件及测定孔隙水压力的变化；（2）剪切面不固定；（3）应力状态比较明确（4）除抗剪强度外，尚能测定其它指标。缺点：（1）操作复杂；（2）所需试样较多；主逼力方向固定不变，而且是再令円的轴对称皓紀下进行的.乌跚悽祝尚不能完全符合三、按控制方法分：剪切试验控制方法分为应变控制式和应力控制式两种。四、直接剪切试验1、取样要求：用环刀取，环刀面积不小于30cm2，环刀高度不小于2cm，同一土样至少切 取4个试样。2、试验方法（1）快剪（q）：试样在垂直压力施加后立

12、即进行快速剪切，试验全过程都不许有排水现象 产生。（2）固结快剪（Cq）:试样在垂直压力下经过一定程度的排水固结后，再进行快速剪切。（3）慢剪（S）:试样在垂直压力排水固结后慢慢的进行剪切，剪切过程中孔隙水可自由 排出。试验结果：一般情况下，快剪所得的值最小，慢剪所得的值最大，固结快剪居中。3、指标计算直按两切试验的结果用总应力法搜產仑辿式巾Y十嗎葩 计算抗剪强痣指标口 *甲同一土试样切聪不少于四个试样进厅不同垂宣压力作甲下曲煎切试验后，电相同的比例艮狂堂粧氏上绘制抗期虽度幻与垂亘压力P的相关宣绻 直雄荒叮轴的截距即为土KJ內聚力出直线领斜角餵为土的內摩擦甬评，相关亘线可用囲解袪或最小二乘袪确

13、定4、残余抗剪强度（1）物理意义：土的剪应力剪应变关系可分为两种类型：一种是曲线平缓上升，没有中 间峰值，如松砂；另一种剪应力剪应变曲线有明显的中间峰值，在超越峰值后，剪应变不 断增大，但抗剪强度确下降，如密砂。在粘性土中，坚硬的、超压密的粘土的剪应力剪应 变曲线常呈现较大峰值，正常压密土或软粘土则不出现峰值，或有很小的峰值。（图见教材） 超过峰值后，当剪应变相当大时，抗剪强度不再变，此时稳定的最小抗剪强度，称为土的残 余抗剪强度；而峰值剪应变则称为峰值强度。残余抗剪强度以下式表达。式中：土的残余抗剪强度（Kpa） 4咔 残余內聚丈IKPa|AAAAA何：残余內摩瘵角r）#：垂直舷压力加a在进

14、行滑坡的稳定性计算或抗滑计算时，土的抗剪强度的取值，一般需要考虑土的残余抗剪 强度。（2）试验方法一般采用排水反复直接剪切试验，剪切速率应低于0.02mm/ min,取土要求同上。五、三轴剪切试验1、原理三轴剪切试验的原理是在圆柱形试样上施加最大主应力（轴向压力）和最小主应力（周围压 力）。保护其中之一（一般是）不变，改变另一个主应力，使试样中的剪应力逐渐增大，直 至达到极限平衡而剪坏，由此求出土的抗剪强度。2、试验方法（1）快剪（不固结不排水剪）UU试样在完全不排水条件下施加周围压力后，快速增大轴向压力到试样破坏。控制方法：应变控制式。（2）固结快剪（固结不排水剪）CU试样先在周围压力下进行

15、固结，然后在不排水条件下快速增大轴向压力到试样破坏。控制方法：应变控制式。（3）慢剪（固结排水剪）CD试样先在周围压力下进行固结，然后继续在排水条件下缓慢增大轴向压力到试样破坏。控制方法：应力控制式。3、试样控制（1）取土要求：试样制备的数量一般不少于4件。（2）试样尺寸：试样直径（mm）截面积（cm2）允许最大粒径（mm）附注39.1122（1）允许个别超径颗粒存在，不应超过试件直径的1/5；（2）对于有裂61.83051018010隙、软弱面或结构面的土样，宜用直径61.8mm,或101mm的试样。（3）试件高度与直径的比值应为2.02.54、指标计算将同一土样在不同应力条件下所测得的不少

16、于4次的三轴剪切试样结果，分别绘制应力圆, 从这些应力园的包线即可求出抗剪强度指标。试验方法分析方法应力园包线圆心横坐标半径在纵轴上的截距倾角不固结不排水剪总应力法Cu固结不排水剪总应力法Ccu有效应力法C固结排水剪有效应力法Cd（注：脚注f表示剪切破坏时的主应力值。）此外，还有无策限压缩试验，十字板剪切试验。例设牯性出她基中杲点的主麽力Oi =. ff3 =, 土的抗剪强度指标试问该点处干什幺状烝？胳 由式，码亦（4亍一才）一2吃（4亍-評可得土陞处丈機限平断秋恣而晏大主应力为，时所对顼册最小主瓏力两； 叫=巧创（4亍-骂2丸馆怕亍居尸豹貯谯故;可列定谈点处于稳定狀态.*或：由 oj =巧看

17、（旳亍*萝）+ 2c 增说亍十）.猖呵=光0畑 尸v % 廿1亠几隐定例2进行土得三轴砂切试验得到下表養系，求2这亍土样有履应力相关得黏着力门内 库據轴札(这个试验是按固结不排水试验逛行即固结屈力(kgcm) 制压力(ke/ciB3)卢最極力差kgrc).-量丸厘力差时册孔隙水压力(kg/cm1) a1.0*1.2a.57h2.叶2 21.1G1*30.W5*1甬23 0-1.9331.2畑染助肚力巧=1托敢血时./= 7- -ejl = D.573 + E.O-Dgn = l DSC (kcnt2)-(75/1 tr2 m = I.lI0.49=0.51Q kcm-师I压力 j3=2.0 K

18、cuPBJ.-牛/ = 5-%=l.+ 27.945冃2巧!5 (kg/cm3)亠解：侧压力a3 =.1 0 Kg/匚廿时#cf?: =-,=0.571+1.0-0.490=1.081 (kg/cm2j 屮巧一盘=1.00.49=p.510kg/cm2J 侧压力近=24疋数廿时41.101 + 2.0-0.545=2.156 tkg/cms) 4巴,=巧一盘=20.945=1.055 kcm2 侧压丈I o3 =3. 0址/匚廿时4o-1； 1 = 7=1.938+3-1.2=65.6 (kctrf)屮o-3/=o-3-u =3.0-1.232= 1.7ISkg/cm2 d绘制莫尔应力團心求得

19、：c= 0 kg/cm2)屮少二勾0屮有效应力如下另外，最夫剪应力发生在和水平面戚4亍的方向42.875-2.2 = 0:675-込tr + 73 = 3.5 + 2.0 = 5.5/cgic则：込=5；巧+巧;巧匚员茲屮t =sin 2口 = _sin 120 = 1.516 kg/cm22 2其丈小为：22.VVWVW洌3在馆和状恵正常固结祐土上谨行固结不捧拣的三軸庄縮试題.博謎如下信，当侧圧力cf3=,2 O.kgfcrtrB?趣坏的应力養毎-巧=3.5 kgciTL2孔隙忒压力片二2 2畦/冷丿.滑移面钠方向和水平而成d.求这时滑移面上的法向应尢码范剪应力r和码+另外，试验中的最大舸应力厘其方向信样呢亍*辖1很据在啟坯时，j = 2 0 kg/cin2 *检蘇应力的法向应力和敦应力5.5 + 2.0 + 5.5-2.0 cOgI20- = 2 g?5 氐吐垃如2 2