土的抗剪強度-粘聚力和內摩擦角

1、土的抗剪強度-粘聚力和內摩擦角內摩擦角與黏 ( 內 ) 聚力 : 土的抗剪強度由滑動面上土的黏聚力阻擋剪切 ) 和土的內摩阻力兩部分組成。內摩擦角大小取決于土粒間的摩阻力和連鎖作用 , 內摩擦角反映了土的摩阻性質。黏聚力是黏性土的特性指標 , 黏聚力包括土粒間分子引力形成的原始黏聚力和土中化合物的膠結作用形成的固化黏聚力。因而內摩擦角與黏聚力是土抗剪強度的兩個力學指標。土的抗剪強度指土對剪切破壞的極限抵抗能力，土體的強度問題實質是土的抗剪能力問題。土的抗剪強度指標內摩擦角、黏 ( 內 ) 聚力 C   土的內摩擦角（°）  

2、 C土的粘聚力（KPa）  、C與土的性質有關，還與實驗方法、實驗條件有關。因此，談及強度指標時，應注明它的試驗條件。（直剪實驗、三軸剪切試驗等）土的抗剪強度第一節(jié) 概述建筑物由于土的原因引起的事故中，一部分是沉降過大，或是差異沉降過大造成的；另一方面是由于土體的強度破壞而引起的。對于土工建筑物（如：路堤、土壩等）來說，主要是后一個原因。從事故的災害性來說，強度問題比沉降問題要嚴重的多。而土體的破壞通常都是剪切破壞；研究土的強度特性，就是研究土的抗剪強度特性。土的抗剪強度（f）：是指土體抵抗抗剪切破壞的極限能力，其數值等于剪切破壞時滑動的剪應力。剪切面（剪切帶）：

3、土體剪切破壞是沿某一面發(fā)生與剪切方向一致的相對位移，這個面通常稱為剪切面。其物理意義：可以認為是由顆粒間的內摩阻力以及由膠結物和束縛水膜的分子引力所造成的粘聚力所組成。無粘性土一般無連結，抗剪強度主要是由顆粒間的摩擦力組成，這與粒度、密實度和含水情況有關。粘性土顆粒間的連結比較復雜，連結強度起主要作用，粘性突的抗剪強度主要與連結有關。決定土的抗剪強度因素很多，主要為：土體本身的性質，土的組成、狀態(tài)和結構；而這些性質又與它形成環(huán)境和應力歷史等因素有關；此外，還決定于它當前所受的應力狀態(tài)。土的抗剪強度主要依靠室內經驗和原位測試確定，試驗中，儀器的種類和試驗方法以及模擬土剪切破壞時的應力和工作條件好

4、壞，對確定強度值有很大的影響。第二節(jié) 抗剪強度的基本理論一、庫侖定律（剪切定律）          1773年 法國學者在法向應力變化范圍不大時，抗剪強度與法向應力的關系近似為一條直線，這就是抗剪強度的庫侖定律。 上述應力間的關系也可用應力圓（莫爾圓）表示。從應力園的幾何條件可知：1、快剪（不排水剪）這種試驗方法要求在剪切過程中土的含水量不變，因此，無論加垂直壓力或水平剪力，都必須迅速進行，不讓孔隙水排出。適用范圍：加荷速率快，排水條件差，如斜坡的穩(wěn)定性、厚度很大的飽和粘土地基等。2、

5、固結快剪（固結不排水剪）試樣在垂直壓力下排水固結穩(wěn)定后，迅速施加水平剪力，以保持土樣的含水量在剪切前后基本不變。試用范圍：一般建筑物地基的穩(wěn)定性，施工期間具有一定的固結作用。3、慢剪（排水剪）土樣的上、下兩面均為透水石，以利排水，土樣在垂直壓力作用下，待充分排水固結達穩(wěn)定后，再緩慢施加水平剪力，使剪力作用也充分排水固結，直至土樣破壞。適用范圍：加荷速率慢，排水條件好，施工期長，如透水性較好的低塑性土以及再軟弱飽和土層上的高填方分層控制填筑等等。二、按試驗儀器分1、直接剪切試驗優(yōu)點：儀器構造簡單，操作方便缺點：（1）剪切面不一定是試樣抗剪能力最弱的面；（2）剪切面上的應力分布不均勻，而且受剪切面

6、面積愈來愈?。唬?）不能嚴格控制排水條件，測不出剪切過程中孔隙水壓力的變化。2、三軸剪切試驗優(yōu)點：（1）試驗中能嚴格控制試樣排水條件及測定孔隙水壓力的變化；（2）剪切面不固定；（3）應力狀態(tài)比較明確（4）除抗剪強度外，尚能測定其它指標。缺點：（1）操作復雜；（2）所需試樣較多；三、按控制方法分:剪切試驗控制方法分為應變控制式和應力控制式兩種。四、直接剪切試驗1、取樣要求：用環(huán)刀取，環(huán)刀面積不小于30cm2，環(huán)刀高度不小于2cm，同一土樣至少切取4個試樣。2、試驗方法（1）快剪（q）：試樣在垂直壓力施加后立即進行快速剪切，試驗全過程都不許有排水現象產生。（2）固結快剪（Cq）：試樣在垂直壓力下經

7、過一定程度的排水固結后，再進行快速剪切。（3）慢剪（S）：試樣在垂直壓力排水固結后慢慢的進行剪切，剪切過程中孔隙水可自由排出。試驗結果：一般情況下，快剪所得的值最小，慢剪所得的值最大，固結快剪居中。3、指標計算4、殘余抗剪強度（1）物理意義：土的剪應力剪應變關系可分為兩種類型：一種是曲線平緩上升，沒有中間峰值，如松砂；另一種剪應力剪應變曲線有明顯的中間峰值，在超越峰值后，剪應變不斷增大，但抗剪強度確下降，如密砂。在粘性土中，堅硬的、超壓密的粘土的剪應力剪應變曲線常呈現較大峰值，正常壓密土或軟粘土則不出現峰值，或有很小的峰值。（圖見教材） 超過峰值后，當剪應變相當大時，抗剪強度不再變，

8、此時穩(wěn)定的最小抗剪強度，稱為土的殘余抗剪強度；而峰值剪應變則稱為峰值強度。殘余抗剪強度以下式表達。在進行滑坡的穩(wěn)定性計算或抗滑計算時，土的抗剪強度的取值，一般需要考慮土的殘余抗剪強度。 （2）試驗方法一般采用排水反復直接剪切試驗，剪切速率應低于0.02mm/min，取土要求同上。五、三軸剪切試驗1、原理三軸剪切試驗的原理是在圓柱形試樣上施加最大主應力（軸向壓力）和最小主應力（周圍壓力）。保護其中之一（一般是）不變，改變另一個主應力，使試樣中的剪應力逐漸增大，直至達到極限平衡而剪壞，由此求出土的抗剪強度。2、試驗方法（1）快剪（不固結不排水剪）UU試樣在完全不排水條件下施加周圍壓力后，

9、快速增大軸向壓力到試樣破壞。控制方法：應變控制式。（2）固結快剪（固結不排水剪）CU試樣先在周圍壓力下進行固結，然后在不排水條件下快速增大軸向壓力到試樣破壞?？刂品椒ǎ簯兛刂剖?。（3）慢剪（固結排水剪）CD試樣先在周圍壓力下進行固結，然后繼續(xù)在排水條件下緩慢增大軸向壓力到試樣破壞?？刂品椒ǎ簯刂剖?。3、試樣控制（1）取土要求：試樣制備的數量一般不少于4件。 （2）試樣尺寸：試樣直徑（mm）截面積（cm2）允許最大粒徑（mm）附注39.1122（1）允許個別超徑顆粒存在，不應超過試件直徑的1/5；（2）對于有裂隙、軟弱面或結構面的土樣，宜用直徑61.8mm，或101mm的試樣。（3）試件高度與直徑的比值應為2.02.561.83051018010 4、指標計算將同一土樣在不同應力條件下所測得的不少于4次的三軸剪切試樣結果，分別繪制應力圓，從這些應力園的包線即可求出抗剪強度指標。試驗方法分析方法應力園包線圓心橫坐標半徑在縱軸上的截距傾角不固結不排水剪總應力法  Cu 固結不排水