第四章+土的抗剪強(qiáng)度

1、第五章土的抗剪強(qiáng)度學(xué)習(xí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握土的抗剪強(qiáng)度表示方法和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定方法，學(xué)會(huì)利用土的極限平衡條件分析土中平衡狀態(tài)的方法。掌握土的剪切性狀。學(xué)習(xí)基本要求1. 掌握抗剪強(qiáng)度公式，熟悉抗剪強(qiáng)度的影響因素2掌握摩爾 - 庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度理論和極限平衡理論3掌握抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定方法4掌握不同固結(jié)和排水條件下土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的意義及應(yīng)用5了解應(yīng)力路徑的概念參考學(xué)習(xí)進(jìn)度內(nèi)容學(xué)時(shí) A(32h )學(xué)時(shí) B( 52h)內(nèi)容學(xué)時(shí) A( 32h)學(xué)時(shí) B( 52h)試驗(yàn)方法與指土的抗剪強(qiáng)度公式標(biāo)的選用三軸試驗(yàn)中孔土的極限平衡理論隙水系數(shù)三軸試驗(yàn)中剪剪切試驗(yàn)方法切性狀合計(jì)主要基礎(chǔ)知識(shí)單元體應(yīng)力和應(yīng)力圓的基本概

2、念參閱：孫訓(xùn)方等編著，材料力學(xué) ，高等教育出版社，1987。第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度的定義和工程意義1. 抗剪強(qiáng)度的定義土的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力，數(shù)值上等于剪切破壞時(shí)滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力。在外荷載作用下，土體中任一截面將產(chǎn)生法向應(yīng)力和剪應(yīng)力，其中法向應(yīng)力使土體發(fā)生壓密，剪應(yīng)力使土體產(chǎn)生剪切變形。當(dāng)土中一點(diǎn)某截面上由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，它將沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生滑動(dòng)，則認(rèn)為該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。不斷增加外荷載，由局部剪切破壞會(huì)發(fā)展成連續(xù)的剪切破，形成滑動(dòng)面，從而引起滑坡或地基失穩(wěn)等破壞現(xiàn)象?？辜魪?qiáng)度是土的一個(gè)重要力學(xué)性質(zhì)，在估算地基承載力、評(píng)價(jià)土體穩(wěn)定性(

3、 如計(jì)算土壩、路堤、碼頭、岸坡等斜坡穩(wěn)定性) 、以及擋土建筑物土壓力計(jì)算，都需要土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。2. 相關(guān)工程問題在工程實(shí)踐中與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)的工程問題主要有三類：(1) 以土作為建造材料的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題，如土壩、路堤等填方邊坡以及天然土坡等的穩(wěn)定性問題（圖 5-l （a）；(2) 土作為工程構(gòu)筑物環(huán)境的安全性問題，即土壓力問題，如擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土體，它的強(qiáng)度破壞將造成對(duì)墻體過大的側(cè)向土壓力，以至可能導(dǎo)致這些工程構(gòu)筑物發(fā)生滑動(dòng)、傾覆等破壞事故（圖 5-1 （ b）；(3) 土作為建筑物地基的承載力問題， 如果基礎(chǔ)下的地基土體產(chǎn)生整體滑動(dòng)或因局部剪切破壞而導(dǎo)致過大的地基變形

4、，將會(huì)造成上部結(jié)構(gòu)的破壞或影響其正常使用功能（圖 5-1 （c）圖 5-l （ a）圖 5-1 （b）圖 5-1 （ c）工程事故 1：加拿大特朗斯康谷倉(cāng)加拿大特朗斯康谷倉(cāng)平面呈矩形，長(zhǎng)，寬，高，容積36368m3。谷倉(cāng)為圓筒倉(cāng)，每排13個(gè)圓筒倉(cāng)， 5 排，一共 65 個(gè)圓筒倉(cāng)組成。谷倉(cāng)的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏基，厚61cm，基礎(chǔ)理深。谷倉(cāng)于 1911 年開始施工， 1913 年秋完工。谷倉(cāng)自重20000t ，相當(dāng)于裝滿谷物后滿載總重量的。 1913 年 9 月起往谷倉(cāng)裝谷物，仔細(xì)地裝載，使谷物均勻分布。10 月，當(dāng)谷倉(cāng)裝了 31822m3谷物時(shí)，發(fā)現(xiàn) 1 小時(shí)內(nèi)垂直沉降達(dá)。結(jié)構(gòu)物向西傾斜，并在2

5、4 小時(shí)內(nèi)谷倉(cāng)傾倒，傾斜度離垂線達(dá)26o53。谷倉(cāng)西端下沉，東端上抬。加拿大特朗斯康谷倉(cāng)嚴(yán)重傾倒，是地基整體滑動(dòng)強(qiáng)度破壞的典型工程實(shí)例。1913 年 10月 18 日谷倉(cāng)傾倒后，上部鋼筋混凝土筒倉(cāng)堅(jiān)如盤石，僅有極少的表面裂縫。工程事故 2：美國(guó)紐約某水泥倉(cāng)庫(kù)近代世界上最嚴(yán)重的建筑物破壞之一是美國(guó)的一座水泥倉(cāng)庫(kù)。這座水泥倉(cāng)庫(kù)位于紐約市漢森河旁。建筑地基土分四層：表層為黃色粘土，厚；第二層為青色粘土，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn) N8 擊，承載力為 84105kPa，層厚；第三層為碎石夾粘土，厚度較小，僅；第四層為巖石。水泥倉(cāng)庫(kù)上部結(jié)構(gòu)為圓筒形，直徑d13m，基礎(chǔ)為整塊板式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)理深，位于表層黃色粘土中部。1

6、914 年水泥筒倉(cāng)地基軟粘土嚴(yán)重超載，引起地基土剪切破壞而滑動(dòng)。地基滑動(dòng)使水泥筒倉(cāng)傾倒呈45o，地基土被擠出地面， 高達(dá)。與此同時(shí)，離筒倉(cāng)凈距 23m以外的辦公樓受地基滑動(dòng)的影響，發(fā)生傾斜。當(dāng)這座水泥倉(cāng)庫(kù)第一次發(fā)生大量沉降災(zāi)難的預(yù)兆時(shí)，如果立即卸除儲(chǔ)藏的極重的水泥，很容易挽救，可以在倉(cāng)庫(kù)下托換基礎(chǔ)。但負(fù)責(zé)人僅安排了仔細(xì)進(jìn)行沉降觀測(cè)與記錄，未采取卸荷措施，結(jié)果發(fā)展成災(zāi)難。第二節(jié)土的強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)（庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度定律）庫(kù)侖（ Charles Augustin Coulomb1736 1806） , 法國(guó)工程師，1773 年發(fā)表著名的論文“建筑靜力學(xué)各種問題極大極小法則的應(yīng)用”，建立了材料的庫(kù)侖強(qiáng)

7、度法則、土壓力理論及拱的計(jì)算理論等。一、抗剪強(qiáng)度定律表達(dá)式1. 總應(yīng)力表達(dá)式及強(qiáng)度指標(biāo)實(shí)驗(yàn)證明，土的抗剪強(qiáng)度與剪切面上的法向應(yīng)力有關(guān)，它隨著法向應(yīng)力增大而增大，是一曲線關(guān)系（圖 (a) ），但在法向應(yīng)力不大的范圍內(nèi)可視為直線（圖 (b) ）。法國(guó)工程師庫(kù)倫， , 1776) 總結(jié)土的破壞現(xiàn)象和影響因素，提出如下表達(dá)式：圖土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的關(guān)系對(duì)于砂土：ftan對(duì)于粘性土：ftanc式中： f 土的抗剪強(qiáng)度 (kPa) ； 作用在剪切面上的法向應(yīng)力 （kPa）；土的內(nèi)摩擦角（°） ； c 土的粘聚力（ kPa）。式（8-1 ）和（8-2 ）就是土的抗剪強(qiáng)度定律，由于是庫(kù)倫 177

8、3 年提出，故又稱為庫(kù)倫定律，并可表示成圖所示的抗剪強(qiáng)度線，強(qiáng)度線在縱坐標(biāo)軸上的截距 c 為粘聚力，傾角 為內(nèi)摩擦角。 c 和 是反映土的抗剪強(qiáng)度特性的兩個(gè)重要強(qiáng)度參數(shù)，也是抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)需要測(cè)定的兩個(gè)物理量。（ a ）（ b ）圖土的抗剪強(qiáng)度曲線（關(guān)系曲線）說明： a) 上述土的抗剪強(qiáng)度數(shù)學(xué)表達(dá)式，也稱為庫(kù)侖定律，它表明在一般應(yīng)力水平下，土的抗剪強(qiáng)度與滑動(dòng)面上的法向應(yīng)力之間呈直線關(guān)系;b）其中c,稱為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；c）這一基本關(guān)系式能滿足一般工程的精度要求，是目前研究土的抗剪強(qiáng)度的基本定律。d) 依據(jù)法相應(yīng)力采用總應(yīng)力 還是有效應(yīng)力 ' ，抗剪強(qiáng)度表達(dá)式分為總應(yīng)力表達(dá)式和有效應(yīng)力表

9、達(dá)式兩種。2. 有效應(yīng)力表達(dá)式土中的應(yīng)力有總應(yīng)力和有效應(yīng)力之分，由太沙基（）有效應(yīng)力原理可知，真正引起土體剪切破壞的是有效應(yīng)力，所以工程實(shí)踐中常常應(yīng)用有效應(yīng)力表達(dá)的庫(kù)倫抗剪強(qiáng)度定律，其表達(dá)式為：對(duì)于砂土：/ tan/f對(duì)于粘性土：/ tan /c/f式中： f/ 有效抗剪強(qiáng)度（ kPa）； / 作用在剪切面上的法向有效應(yīng)）。力（kPa）； / 土的有效內(nèi)摩擦角（°） ；c/ 土的有效內(nèi)聚力（kPa試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐表明，土的抗剪強(qiáng)度不僅與土的性質(zhì)有關(guān)，還與試樣排水條件、剪切速率、應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力歷史等諸多因素有關(guān)，尤其是排水條件影響最大。二、土的抗剪強(qiáng)度的構(gòu)成1. 強(qiáng)度構(gòu)成由土的抗剪強(qiáng)

10、度表達(dá)式可以看出，砂土的抗剪強(qiáng)度是由內(nèi)摩阻力構(gòu)成，而粘性土的抗剪強(qiáng)度則由內(nèi)摩阻力和粘聚力兩個(gè)部分所構(gòu)成。內(nèi)摩阻力 包括土粒之間的表面摩擦力和由于土粒之間的嵌固作用而產(chǎn)生的咬合力。咬合力是指當(dāng)土體相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，將嵌在其它顆粒之間的土粒拔出所需的力，土越密實(shí)，嵌固作用則越強(qiáng)。粘聚力包括原始粘聚力、固化粘聚力和毛細(xì)粘聚力。原始粘聚力主要是由于土粒間水膜受到相鄰?fù)亮Ｖg的電分子引力而形成的，當(dāng)土被壓密時(shí)，土粒間的距離減小，原始粘聚力隨之增大，當(dāng)土的天然結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，原始粘聚力將喪失一些，但會(huì)隨著時(shí)間而恢復(fù)其中的一部分或全部。固化粘聚力是由于土中化合物的膠結(jié)作用而形成的，當(dāng)土的天然結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，則固化粘聚

11、力隨之喪失，而且不能恢復(fù)。毛細(xì)粘聚力是由于毛細(xì)壓力所引起的，一般可忽略不計(jì)。2. 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的工程數(shù)值范圍砂土：砂土的內(nèi)摩擦角變化范圍不是很大，中砂、粗砂、礫砂一般為=32° 40°；粉砂、細(xì)砂一般為28° 36°?？紫侗扔?，愈大，但含水飽和的粉砂、細(xì)砂很容易失去穩(wěn)定，因此對(duì)其內(nèi)摩擦角的取值宜慎重，有時(shí)規(guī)定取 =20°左右。砂土有時(shí)也有很小的粘聚力 （約 10 kPa 以內(nèi)），這可能是由于砂土中夾有一些粘土顆粒，也可能是由于毛細(xì)粘聚力的緣故。粘性土：粘性土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的變化范圍很大，它與土的種類有關(guān)，并且與土的天然結(jié)構(gòu)是否破壞、試樣在

12、法向壓力下的排水固結(jié)程度及試驗(yàn)方法等因素有關(guān)。內(nèi)摩擦角的變化范圍大致為 0° 30°；粘聚力則可從小于 10 kPa 變化到 200 kPa 以上。第二節(jié)土的強(qiáng)度理論與極限平衡條件一、 土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)設(shè)某一土體單元上作用著的大、小主應(yīng)力分別為力學(xué)理論，此土體單元內(nèi)與大主應(yīng)力 1 作用平面成力 和切應(yīng)力 可分別表示如下：1 和 3, 根據(jù)材料角的平面上的正應(yīng)上述關(guān)系也可用坐標(biāo)系中直徑為 ( 1 f3 f ) / 2 、圓心坐標(biāo)為( 1 f3 f ) / 2 的摩爾應(yīng)力圖上一點(diǎn)的坐標(biāo)大小來表示，如下圖之 A 點(diǎn)。圖 5-3土中應(yīng)力狀態(tài)（ a）單元體應(yīng)力（ b）摩爾應(yīng)力圓二、

13、莫爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論當(dāng)土體中某一點(diǎn)任意平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度f 時(shí)，則稱該點(diǎn)應(yīng)力處于極限平衡狀態(tài)。例如在土坡或地基中任取一單元土體，其主應(yīng)力的大小與方向都隨該單元體的位置而異，假定作用在該單元體上的最大主應(yīng)力為 1 ，最小主應(yīng)力為 3 ，在單元體內(nèi)與 1 作用平面成任意角 的平面上有法向應(yīng)力 與剪應(yīng)力，其大小可由下式求得：1313 cos2221 3 sin 22此時(shí)平面上的抗剪強(qiáng)度大小由庫(kù)倫強(qiáng)度定律計(jì)算：ftanc當(dāng) = f 時(shí)，該點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)處于極限平衡狀態(tài)；當(dāng) f 時(shí)，該點(diǎn)應(yīng)力處于破壞狀態(tài)；當(dāng) f 時(shí)，該點(diǎn)應(yīng)力處于穩(wěn)定狀態(tài)。將土的抗剪強(qiáng)度包線與莫爾應(yīng)力圓畫在同一坐標(biāo)圖上（如圖），它們之

14、間的關(guān)系有以下三種情況： （1）整個(gè)莫爾圓在抗剪強(qiáng)度包線下方（圓），表明該點(diǎn)在任意平面上的剪應(yīng)力都小于土的抗剪強(qiáng)度（ f ），因此不會(huì)發(fā)生剪切破壞，處于穩(wěn)定狀態(tài)； （2）抗剪強(qiáng)度包線與莫爾圓相交（圓） ，表明該點(diǎn)某些平面上的剪應(yīng)力已超過了土的抗剪強(qiáng)度（ f ）, 該點(diǎn)處于破壞狀態(tài)，實(shí)際上這種情況是不會(huì)存在的； （3）莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線相切（圓），切點(diǎn)為 A ，表明 A 所代表的平面上，剪應(yīng)力剛好等于抗剪強(qiáng)度（ = f ），該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)。把與抗剪強(qiáng)度線相切的莫爾應(yīng)力圓（圓）稱為極限應(yīng)力圓，該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)稱為極限應(yīng)力狀態(tài)。圖 莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線的關(guān)系示意圖我們已經(jīng)知道，如果土中某點(diǎn)的應(yīng)

15、力單元體處于極限平衡狀態(tài)，則單元體所對(duì)應(yīng)的莫爾應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線相切，如圖所示，根據(jù)這種幾何關(guān)系可建立破壞準(zhǔn)則即著名的莫爾 - 庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則。由圖所示的極限平衡狀態(tài)，莫爾應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線相切的幾何關(guān)系有：(13)/2sin3)/2c ctg( 1經(jīng)過三角公式變換，上式可改寫成如下較實(shí)用的表達(dá)形式：1 f3 f tg 2 45 02c tg 45022或3 f1 f tg 2 4502c tg 45022（8-1 ）（ 8-2 ）公式中的下標(biāo)f 表示已經(jīng)處于剪切破壞的極限狀態(tài)。圖土中一點(diǎn)達(dá)極限平衡狀態(tài)的應(yīng)力圓與強(qiáng)度線的關(guān)系（ a）微單元體；（b）極限平衡狀態(tài)時(shí)的莫爾應(yīng)力圓由圖所示，極限應(yīng)力圓

16、與抗剪強(qiáng)度線相切于A 點(diǎn)，說明土體中已有一對(duì)剪破面，該剪破面與大主應(yīng)力作用平面的夾角f 為:f4502式（ 8-1 ）、（8-2 ）均為極限平衡條件，是判斷土體中某點(diǎn)是否達(dá)到極限平衡狀態(tài)的條件。它表明，導(dǎo)致土體破壞的剪應(yīng)力并不是土體實(shí)際所受的最大剪應(yīng)力，而是強(qiáng)度包線與莫爾圓相切的切點(diǎn)應(yīng)力處于極限狀態(tài)，這就是土的強(qiáng)度理論，通常稱為莫爾 - 庫(kù)倫強(qiáng)度理論。莫爾- 庫(kù)倫強(qiáng)度理論的推導(dǎo)中利用了庫(kù)倫抗剪強(qiáng)度表達(dá)式（ftanc ），即認(rèn)為抗剪強(qiáng)度包線為直線。實(shí)際上土的莫爾破壞包線為曲線，在壓力較小的應(yīng)力范圍內(nèi)可用直線表示。但對(duì)于高土石壩和高層建筑地基破壞包絡(luò)線不能用直線表示。第三節(jié)室內(nèi)剪切試驗(yàn)一、直接剪切

17、試驗(yàn)一、直剪儀的工作原理直接對(duì)試樣施加剪力的設(shè)備，叫做直剪儀。按施加剪應(yīng)力的特點(diǎn)分為應(yīng)力控制式 ( 圖和應(yīng)變控制式兩種 ( 圖 。應(yīng)力控制式是分級(jí)施加等量水平剪力于土樣使之受剪，應(yīng)變控制式是等速推動(dòng)剪切容器使土樣以等速位移受剪。儀器的主要部件剪切容器是由固定的上盒和活動(dòng)的下盒(應(yīng)變式 )或固定下盒與活動(dòng)的上盒( 應(yīng)力式 ) 等部件組成。試樣置于上下盒之間，在試樣上先施加預(yù)定的法向壓力，然后以一定速率分級(jí)對(duì)試樣施加水平剪力，直至試樣被剪損為止，此時(shí)在試樣剪損面上的剪應(yīng)力可量測(cè)或計(jì)算確定。圖應(yīng)力控制式直剪儀1- 量表； 2- 土盒； 3- 透水石； 4- 下盒； 5- 傳壓板； 6- 試樣；7-

18、固定螺絲； 8- 加壓框架； 9- 滑輪； 10- 砝碼盤圖應(yīng)變控制式直剪儀1- 手輪； 2- 推力器； 3- 下盒； 4- 加壓框架； 5- 垂直位移量表；6- 傳壓板；7- 透水板； 8- 上盒； 9- 儲(chǔ)水盒； 10- 量力環(huán)； 11- 水平位移量表；12- 滾珠； 13- 試樣由于應(yīng)變控制式 ( 簡(jiǎn)稱應(yīng)變式 ) 直剪儀具有明顯的優(yōu)點(diǎn)， 在國(guó)內(nèi)外得到普遍使用。用這種儀器可以得到較為準(zhǔn)確的剪應(yīng)力 - 剪切位移（ ）關(guān)系曲線，如圖中 1 線所示。同時(shí)可以通過控制應(yīng)變而準(zhǔn)確測(cè)得土的特征應(yīng)力點(diǎn)O 、A 、B ，從而測(cè)得屈服應(yīng)力、最大剪應(yīng)力和殘余剪應(yīng)力。而應(yīng)力控制式直剪儀，則在應(yīng)力接近于這些特征應(yīng)

19、力點(diǎn)時(shí)，由于事先無法預(yù)知其應(yīng)力值，而盲目施加等量剪應(yīng)力以至超過其特征應(yīng)力點(diǎn)，其結(jié)果使應(yīng)力特征點(diǎn)（屈服點(diǎn)和最大剪應(yīng)圖 直接剪切試驗(yàn)的關(guān)系曲線力點(diǎn)）的位置模糊不清，且根本得不到殘余剪應(yīng)力（如圖中 2 線）。所以應(yīng)力控制式直接剪力儀使用不多，只適宜作慢剪或長(zhǎng)期剪切試驗(yàn)。為求得土的抗剪強(qiáng)度參數(shù) ( c 、 ) ，需要對(duì) 3 5 個(gè)試樣分別在不同的法向壓力 1 、 2 、 3 ， 4 作用下進(jìn)行剪切破壞， 測(cè)得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度值f 1 、f 2 、 f 3 、 f 4 ，通過在直角坐標(biāo)中繪制曲線，以直線表示，直線的截距為粘聚力 c ，傾角為內(nèi)摩擦角 （圖）。在試驗(yàn)成果計(jì)算中是假定試樣為理想的均勻變形，實(shí)際

20、上由于邊緣效應(yīng)，試樣變形很復(fù)雜。通常是靠近剪力盒邊緣處的應(yīng)變最大，而試樣中間部位的應(yīng)變則小很多，而剪切面附近的應(yīng)變又明顯大于試樣頂部和底部的應(yīng)變。由于同樣理由，試樣中的剪應(yīng)力也很不均勻。因此，很難用莫爾- 庫(kù)倫強(qiáng)度理論來分析試樣在剪切破壞時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并沒有反應(yīng)真實(shí)的應(yīng)力 - 應(yīng)變關(guān)系。但對(duì)實(shí)用來說，通過假定剪切面上的應(yīng)力和應(yīng)變呈均勻分布所得到的抗剪強(qiáng)度資料還是有一定使用價(jià)值。由直接剪切試驗(yàn)的儀器和工作原理可以看出， 直接剪切試驗(yàn)存在多方不足：（1）剪切破壞面固定在上下盒之間的水平面 ( 圖（a）) ，而通常這一平面并不是最薄弱面，這與實(shí)際情況不符； （ 2）試驗(yàn)中，不能嚴(yán)格控制

21、排水條件，只能靠剪切速度的快和慢進(jìn)行粗略控制； （3）由于剪切盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過程中試樣的有效面積逐漸減少 ( 圖（ b）) ，而計(jì)算法向壓力和剪應(yīng)力仍然用初始面積，這影響了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度； （4）剪切過程中垂直荷載會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，主應(yīng)力大小和方向會(huì)發(fā)生變化 ( 圖（ c）) ，即剪切過程中應(yīng)力- 應(yīng)變狀態(tài)不那么清楚和準(zhǔn)確。 剪切面上的應(yīng)變和應(yīng)力分布也不均勻， 其中，與剪力盒接觸的部位較大。圖直接剪切試驗(yàn)（二）直接剪切試驗(yàn)方法飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)以及天然粘性土地基加荷過程中，孔隙水會(huì)隨時(shí)間不斷排出，孔隙水壓力轉(zhuǎn)換為有效應(yīng)力，土樣發(fā)生固結(jié)。固結(jié)過程實(shí)質(zhì)上也是強(qiáng)度增長(zhǎng)的過程，對(duì)同一種土，即便是在相

22、同法向壓力作用下，由于剪切前試樣的固結(jié)過程和剪切過程中試樣的排水條件不同，其強(qiáng)度指標(biāo)也是各異的。為了更好地模擬現(xiàn)場(chǎng)土體的剪切條件，考慮固結(jié)程度和排水條件對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，依據(jù)剪切前的固結(jié)程度，剪切時(shí)的排水條件，將直接剪切試驗(yàn)劃分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種試驗(yàn)方法。1. 快剪試驗(yàn)快剪試驗(yàn)，就是在對(duì)試樣施加法向壓力和剪力時(shí)，都不允許試樣產(chǎn)生排水固結(jié)。由于在直剪儀上下盒之間存在縫隙，要嚴(yán)格控制不排水是不可能的。為了盡量消除此種影響，一般在試樣上下放置不透水有機(jī)玻璃圓塊代替透水石，并在圓塊周邊涂抹凡士林，以阻止水分從縫隙中溢出。待施加預(yù)定的法向壓力后，隨即施加水平推力，并用較快的速率在 35 分鐘內(nèi)將

23、試樣剪損。這種試驗(yàn)方法是用來模擬現(xiàn)場(chǎng)土層較厚，滲透性較小，施工速度較快，剪破前基本上來不及固結(jié)就迅速加載而剪破的情況。2. 固結(jié)快剪試驗(yàn)先使試樣在法向壓力作用下達(dá)到完全固結(jié)，然后施加水平荷載進(jìn)行剪切，在剪切時(shí)不讓孔隙水排出，在剪切肘，與快剪試驗(yàn)方法相同。這種試驗(yàn)方法， 是用來模擬現(xiàn)場(chǎng)土體在自重和正常荷載作用下已達(dá)到完全固結(jié)狀態(tài)，以后又遇到突然施加的荷載，或土層較薄，滲透較小，施工速度較快的情況。3. 慢剪試驗(yàn)先使試樣在法向壓力下達(dá)到完全固結(jié)，固結(jié)時(shí)間與土的滲透性大小相關(guān)，大致 316 小時(shí)以上。之后施以慢速剪切，每次剪切歷時(shí)約為 14 小時(shí)。每次施加水平剪力時(shí)，都得使土中水充分排出，以消除其孔

24、隙水壓力影響，直至土樣被剪壞為止。這種試驗(yàn)方法是模擬現(xiàn)場(chǎng)土體己充分固結(jié)后才開始逐步緩慢地承受荷載的情況，一般工程的正常施工進(jìn)度都不符合這樣的條件。所以在工程實(shí)踐中較少直接采用。但此法所測(cè)定的強(qiáng)度指標(biāo)，可用于有效應(yīng)力的分析。由于快剪和固結(jié)快剪，在試驗(yàn)過程中都有不排水的要求，所以只適合于滲透系數(shù)較小的粘性土而不適合滲透性較大的無粘性土。對(duì)于無粘性土，可允許采用同一種剪切速率試驗(yàn)。對(duì)于正常固結(jié)的粘性土，由于固結(jié)會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度增長(zhǎng)，所以一般情況下，快剪的抗剪強(qiáng)度最小，固結(jié)快剪的抗剪強(qiáng)度較大，而慢剪的抗剪強(qiáng)度最大。二、三軸壓縮試驗(yàn)的基本原理與技術(shù)要求（一） 三軸壓縮儀的工作原理三軸壓縮試驗(yàn)（也簡(jiǎn)稱為三軸試驗(yàn)

25、）方法是依據(jù)莫爾 - 庫(kù)侖強(qiáng)度理論設(shè)計(jì)的，試驗(yàn)設(shè)備是三軸儀。目前使用的三軸儀多為應(yīng)變控制式， 如圖所示 ，它主要由壓力室、周圍壓力系統(tǒng)、體積變化和孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)組成。壓力室放在圓形臺(tái)上，其上端裝有測(cè)力計(jì)，圓形臺(tái)由電動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)，使之向上移動(dòng)給試樣施加軸向應(yīng)力，試樣軸向應(yīng)變速率有變速箱進(jìn)行控制。圖 三軸壓力室示意圖圖三軸壓縮儀1- 調(diào)壓閥； 2- 周圍壓力表；3- 周圍壓力閥；4- 排水閥； 5- 體變管； 6- 排水管； 7- 百分表；8- 量力環(huán)； 9- 排氣口； 10- 軸向壓力設(shè)備；11- 壓力室； 12- 量管閥； 13- 零位指示器；14- 孔隙水壓力表；15- 量管； 16- 孔

26、隙水壓力閥；17- 離合器； 18- 微調(diào)手輪； 19 粗調(diào)手輪其中測(cè)力計(jì)有量力鋼環(huán)和壓力傳感器兩種，量力鋼環(huán)由優(yōu)質(zhì)彈簧鋼制成，壓力傳感器是一種能將施加荷重轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號(hào)的換能元件， 其中貼有電阻片作為傳感部件。 在選用測(cè)力計(jì)時(shí)注意使其量程和靈敏度同時(shí)滿足試驗(yàn)要求。如圖所示 ，壓力室是盛裝試樣并是液壓和軸向壓力作用于試樣的重要部分。由金屬上蓋、有機(jī)玻璃圓筒和底座，1- 接周圍壓力系統(tǒng)；2- 底座； 3- 試樣；通過拉桿連接成一個(gè)整體。 上蓋中央有4- 透水石； 5- 活塞桿； 6- 外罩； 7- 試樣帽；不銹鋼活塞桿以傳遞軸向壓力， 下面置于底座中央，周圍用橡皮密封并用螺絲與底座緊密相連。整

27、個(gè)壓力室是一個(gè)密封的整體，只有底座有三處通道分別與周圍加壓系統(tǒng)、孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)和排水閥聯(lián)接，其中排水閥通過試樣帽與試樣頂部聯(lián)通。試驗(yàn)時(shí)將一圓柱形試樣置于壓力室中央，用橡皮膜密封，試樣頂部通過試樣帽與排水閥聯(lián)通，底部與孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)聯(lián)接。壓力室內(nèi)注滿液體（通常為水），液體與壓力源聯(lián)通，以液體為壓力介質(zhì)向試樣周圍施加水平向壓力。對(duì)試樣施加外力的過程可用 圖的示意圖表示 ，先通過液體向試樣施加周圍壓力3 （包括預(yù)固結(jié)壓力和周圍壓力增量3 ），由于平面軸對(duì)稱性，兩個(gè)水平向主應(yīng)力相等，即23 。然后通過活塞桿向試樣施加軸向壓力 q ，此壓力也稱為偏應(yīng)力，有q或 q。不斷增加軸1313向力直至試樣

28、破壞，從而得到一個(gè)極限應(yīng)力圓。用幾個(gè)試樣，施加不同的周圍壓力，得到不同的破壞應(yīng)力，可畫出幾個(gè)極限應(yīng)力圓，求諸圓的公切線，即得到強(qiáng)度包線，由此可求出試樣的 c 、 值（圖）。圖三軸試驗(yàn)時(shí)試樣受力狀態(tài)圖三軸試驗(yàn)破壞應(yīng)力圓及強(qiáng)度包絡(luò)線三軸壓縮試驗(yàn)和直接剪切試驗(yàn)相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)：（1）可以嚴(yán)格控制試樣排水條件，這對(duì)于含水率高的粘性土的快剪試驗(yàn)非常重要； （2）受力狀態(tài)明確，可以控制大、小主應(yīng)力，并避免了儀器本身摩擦阻力的影響； （3）能沿最弱面發(fā)生剪切破壞； （ 4）能準(zhǔn)確測(cè)定土的孔隙水壓力，由此可依據(jù)太沙基有效應(yīng)力原理計(jì)算有效應(yīng)力。同時(shí)還可測(cè)定體積的變化。但三軸壓縮試驗(yàn)也有一些缺點(diǎn)，如操作復(fù)雜，所需

29、土樣較多等。另外，常規(guī)三軸試驗(yàn)只能在 23 的軸對(duì)稱條件下進(jìn)行，只有真三軸儀才能進(jìn)行1 2 3的三軸試驗(yàn)。（二）三軸試驗(yàn)方法及適用性三軸試驗(yàn)分為常規(guī)試驗(yàn)法和特殊試驗(yàn)法兩種，所謂常規(guī)試驗(yàn)法是指試樣在恒定周圍壓力作用下，施加軸向壓力直至試樣破壞；而特殊試驗(yàn)法是指模擬實(shí)際工程的不同應(yīng)力路徑，按所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法進(jìn)行的專門試驗(yàn)，它可以隨時(shí)改變 1 或 3 ，并可在控制一定的有效應(yīng)力比 1 / / 3/ 的條件下進(jìn)行剪切破壞。本章只闡述常規(guī)三軸試驗(yàn)的基本原理與方法。常規(guī)三軸試驗(yàn)過程可分為兩個(gè)階段：第一階段是向壓力室施加一定的液體壓 p ，此時(shí)試樣承受各向大小相等的壓力 p 作用，該壓力稱為周圍壓力或簡(jiǎn)稱為

30、圍壓，有 p = 3 = 2 = 1 。一般試驗(yàn)過程中，周圍壓力分兩步施加，先施加一定大小的初始固結(jié)周圍壓力，待試樣完全固結(jié)后再施加一個(gè)周圍壓力增量；第二階段是通過壓力室上蓋中的活塞桿施加軸向壓力q 使試樣剪切破壞，并有 1 3 q 。這兩階段可控制排水閥門使試樣處于排水或不排水狀態(tài)。排水條件不同，試驗(yàn)過程亦不同，得到的抗剪強(qiáng)度參數(shù)亦有所差異，為此依據(jù)排水條件的不同，將三軸試驗(yàn)分為三種試驗(yàn)方法，即不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)、固結(jié)不排水剪試驗(yàn)和固結(jié)排水剪試驗(yàn)。其中固結(jié)或不固結(jié)是針對(duì)周圍壓力增量而言，排水或不排水是對(duì)附加軸向壓力而言。1. 不固結(jié)不排水剪（ UU ）試驗(yàn)此種試驗(yàn)方法通常簡(jiǎn)稱為不排水試驗(yàn)，是

31、在施加周圍壓力和軸向壓力的兩個(gè)階段試樣都不排水， 其主要試驗(yàn)步驟可簡(jiǎn)述為： 在初始周圍壓力 3 作用下固結(jié)穩(wěn)定后，第一階段關(guān)閉排水閥，不允許孔隙水排出的情況下施加周圍壓力增量 3 ，此時(shí)試樣中產(chǎn)生大于零的孔隙水壓力； 第二階段是在繼續(xù)關(guān)閉排水閥不允許孔隙水排水的情況下， 施加軸向壓力 q 直至試樣剪切破壞。試驗(yàn)過程中試樣含水率始終保持不變，體積也保持不變，但孔隙水壓力會(huì)發(fā)生變化。該試驗(yàn)方法適用于土體受力而孔隙水不易消散的情況。當(dāng)建筑物施工速度快，透水性低（ k n 10 4 cm/sec），排水條件差，或只考慮短期施工過程中的穩(wěn)定性時(shí)可使用此法。2. 固結(jié)不排水剪（ CU ）試驗(yàn)在初始周圍壓力

32、3 作用下固結(jié)穩(wěn)定后，第一階段打開排水閥，允許孔隙水排出的情況下施加周圍壓力增量 3 ，待試樣固結(jié)穩(wěn)定， 孔隙水壓力為零；第二階段是在關(guān)閉排水閥的情況下， 施加軸向壓力 q 直至試樣剪切破壞，此時(shí)試樣中會(huì)產(chǎn)生大于零的孔隙水壓力。試驗(yàn)測(cè)得總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) ccu 和 cu ，同時(shí)依據(jù)有效應(yīng)力原理，通過測(cè)得孔隙水壓力可計(jì)算有效應(yīng)力， 求得有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) c/ 和 / 。該試驗(yàn)方法適用于地基或土工建筑物在建成后，本身已基本固結(jié)穩(wěn)定，考慮到在使用期間荷載的突然增加（如地震荷載或其他附加動(dòng)荷載）或水位驟降引起自重應(yīng)力驟增，或土層較薄，滲透性較大，施工速度較慢的竣工工程，或施加垂直荷載后施加水平荷載的建筑

33、物等情況。3. 固結(jié)排水剪（ CD ）試驗(yàn)試驗(yàn)時(shí)，在初始周圍壓力3 作用下固結(jié)穩(wěn)定后，第一階段打開排水閥，允許孔隙水排出的情況下施加周圍壓力增量3 ，試樣固結(jié)穩(wěn)定， 孔隙水壓力為零；第二階段是在繼續(xù)打開排水閥的情況下，緩慢施加軸向壓力q ，使試樣在充分排水條件下剪切破壞。實(shí)際上整個(gè)試驗(yàn)過程中，試樣都處于排9水狀態(tài)，孔隙水壓力始終為零，總7應(yīng)力等于有效應(yīng)力。這種試驗(yàn)主要求得有效應(yīng)力 8 強(qiáng)度指標(biāo) cd 、 d ，由于試驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)，常用 c/ 、/ 代替，但兩者是有圖真空飽和裝置些差異的，在進(jìn)行電算時(shí)，仍需進(jìn)行固結(jié)排水剪試驗(yàn)。1- 裝有試樣的飽和器；2- 真空缸； 3- 橡皮塞；（三）試樣技術(shù)要求

34、1. 試樣飽和方法（ 1）常規(guī)飽和方法工程實(shí)踐中的土體常處于飽和狀態(tài)，為此在試驗(yàn)前需要對(duì)試樣進(jìn)行飽和。目前常用飽和方法有毛細(xì)飽和法、水頭飽和法和抽氣飽和法三種。毛細(xì)飽和法是直接將試樣浸水，借助毛細(xì)管作用使試樣飽和，但不宜浸沒試樣頂面。通常適用滲透系數(shù)較大的土樣。水頭飽和法系借助水頭差，使水在水力梯度作用下從試樣底部緩慢滲入試樣。抽氣飽和法是借助真空飽和裝置（ 圖），利用真空技術(shù)排出試樣孔隙中的空氣，再自試樣底部開始緩慢注水使試樣飽和，這是使用較多的方法，但土樣結(jié)構(gòu)較軟弱時(shí)，抽氣容易引起擾動(dòng)時(shí)，不宜采用。抽氣飽和時(shí)采用的真空度與土樣密實(shí)度和滲透性大小有關(guān)。一般維持真空度約一個(gè)大氣壓繼續(xù)抽氣至少半

35、個(gè)小時(shí)，如是密實(shí)土樣，宜延長(zhǎng)至 2 小時(shí)以上。整個(gè)操作過程要維持真空度穩(wěn)定，徐徐注水至整個(gè)試樣浸沒才停止抽氣，解除真空，靜置 10 小時(shí)以上才結(jié)束。（2）反壓飽和法經(jīng)過飽和的土樣都達(dá)不到完全飽和的要求， 即使采用效果較好的真空抽氣飽和，其飽和度也只能達(dá)到 95%。為了解決這一問題， 人們?cè)缦炔捎脽o空氣水處理，或?qū)ι皹舆M(jìn)行預(yù)濕煮沸。 60 年代初期等建議采用反壓技術(shù)進(jìn)行飽和，現(xiàn)在已經(jīng)成為三軸試驗(yàn)試樣飽和的必須步驟。反壓就是人為地在試樣內(nèi)增加孔隙水壓力， 使試樣中的氣體在壓力作用下完全溶解于孔隙水中，同時(shí)增加周圍壓力，使試樣有效應(yīng)力保持不變。這個(gè)同時(shí)施加給試樣內(nèi)孔隙水和壓力室內(nèi)液體的壓力稱為反壓。

36、這種通過施加反壓，使孔隙中的氣體完全溶解于孔隙水的飽和方法稱為反壓飽和法。要完全飽和試樣，需要采用多大的反壓，決定于試樣的初始飽和度，一般可按照表 8-3 選取反壓值。表 8-3不同飽和度下的反壓值飽和度（ %）100959085807570反壓值（ kPa）024549073097512201470使用反壓飽和時(shí)要注意幾點(diǎn)： （1）反壓施加速度不宜太快，一則是因?yàn)榭諝馊芙庥谒乃俣仁蔷徛?，需要一定的時(shí)間過程；二則是給含水量有足夠的時(shí)間調(diào)整，空氣溶解后，含水量應(yīng)有所增加，保證試樣體積不變，顆粒骨架結(jié)構(gòu)不受擾動(dòng)； （ 2）盡量增加試樣的初始飽和度。如果初始飽和度較低，需要的反壓較大，儀器難以實(shí)

37、現(xiàn)； （3）周圍壓力宜略大于反壓，以避免試樣膨脹；（4）宜分級(jí)施加反壓，各級(jí)反壓的差值與土樣密實(shí)度、初始飽和度及飽和時(shí)間等有關(guān)，一般差值宜為 20kPa，軟粘土可用 30kPa，較堅(jiān)硬或低飽和粘土， 可取 50 70kPa。每級(jí)壓力要等孔隙水壓力穩(wěn)定方能加下一級(jí)壓力。反壓施加結(jié)束后，可單獨(dú)增加周圍壓力，觀測(cè)孔隙水壓力的增量，如果兩者增量相等，則證明試樣完全飽和。2. 周圍壓力等級(jí)及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)一組三軸試驗(yàn)必須用幾個(gè)試樣，在不同周圍壓力作用下進(jìn)行試驗(yàn)，以求得一組極限莫爾應(yīng)力圓。周圍壓力的選擇盡可能與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓力一致，對(duì)于大荷載工程，需要周圍壓力較高，一般儀器難以達(dá)到，多數(shù)在較低的周圍壓力下進(jìn)行試驗(yàn)。

38、通常周圍壓力等級(jí)可選用 50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa。對(duì)于超固結(jié)土，由于超固結(jié)范圍和正常固結(jié)范圍的強(qiáng)度不同，需要增多周圍壓力等級(jí)，對(duì)飽和度較低的粘性土的不排水試驗(yàn)，其強(qiáng)度包線可能有突起現(xiàn)象，也宜增加周圍壓力等級(jí)。常規(guī)三軸壓縮儀中的排水固結(jié)均為等圍壓固結(jié)， 即在壓力室內(nèi)通過液體給試樣 施加的 是三 個(gè)軸 向相等 的固 結(jié)壓 力 p ，試 驗(yàn)是 在各 向等應(yīng) 力（ p123 ）和等應(yīng)變（ 123 ）條件下排水固結(jié)。對(duì)于碾壓式土壩或地基土，豎向固結(jié)壓力大于水平向的固結(jié)壓力，此時(shí)可采用不等壓固結(jié)，其固結(jié)壓力關(guān)系為 1 23k0 1 （ k 為側(cè)壓力系數(shù)）。固結(jié)穩(wěn)定

39、的要求， 理論上是固結(jié)度達(dá)到 100%，固結(jié)所需要的時(shí)間長(zhǎng)短與土質(zhì)、排水條件等有關(guān)。判斷穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)有兩種方法，第一種方法是固結(jié)排水量穩(wěn)定法，即在適當(dāng)時(shí)間間隔記錄時(shí)間和量水管的讀數(shù)，待量水管的水位不變或在小時(shí)內(nèi)變化小于試樣總體積的1/1000 時(shí)，即認(rèn)為固結(jié)達(dá)到穩(wěn)定；第二種方法是固結(jié)度法，就是在試驗(yàn)過程中，畫出Vt 曲線或V lg t 曲線，用時(shí)間平方根法或時(shí)間對(duì)數(shù)法找出主固結(jié)點(diǎn)，若固結(jié)度達(dá)到90100%或主固結(jié)線段完全呈現(xiàn)時(shí)，認(rèn)為固結(jié)基本完成。值得注意的是，同一飽和度的土樣，在不同固結(jié)壓力作用下達(dá)到相同固結(jié)度所需要的時(shí)間相同。我國(guó)水利水電土工試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定24 小時(shí)為固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。3. 試樣的剪

40、切速率三軸試驗(yàn)中試樣的剪切速率決定于軸向荷載施加速率的大小，它直接影響著剪應(yīng)力與剪應(yīng)變的關(guān)系，從而影響土的抗剪強(qiáng)度。這種影響主要表現(xiàn)在兩方面，一是影響土樣的固結(jié)；二是影響土樣的粘滯塑性和體積膨脹作用。對(duì)不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)， 剪切速率對(duì)砂土影響極小， 對(duì)粘性土則有影響。經(jīng)驗(yàn)表明，試樣應(yīng)變控制在每分鐘%左右，對(duì)強(qiáng)度的影響就不大。對(duì)固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，剪切速率的影響決定于土的粘滯性和結(jié)構(gòu)觸變性。剪切速率快，土體結(jié)構(gòu)不易破壞，阻力較大，強(qiáng)度亦較大，相反強(qiáng)度就較低。同時(shí)，剪切速率會(huì)影響孔隙水壓力分布的均勻性，當(dāng)需要測(cè)定孔隙水壓力時(shí)，剪切速率要相對(duì)較慢，粘性土可控制在每分鐘 %左右。對(duì)粉質(zhì)土可加快到 %。如

41、果不需要測(cè)定孔隙水壓力時(shí)可快些，增加到 %。4. 試樣面積的校正三軸試驗(yàn)中，試樣面積會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)進(jìn)行校正，面積校正分固結(jié)后面積校正和剪切過程時(shí)面積校正。1. 固結(jié)后試樣高度和面積校正（1）等向應(yīng)變法一校正時(shí)認(rèn)為試樣固結(jié)體積減少量等于固結(jié)排水量，且固結(jié)后試樣的軸向應(yīng)變與橫向應(yīng)變相等。固結(jié)后試樣的軸向應(yīng)變h0 hchc11h0h0固結(jié)后試樣的橫向應(yīng)變d0 dcd c231d0d 0由于123 ，可得：hcdch0d0222且 Vc4dchcdchc所以有VVc1dchc212V02d0h0V0V0d0h04d0h0所以有 V1hc3和V0h03由有Vhc3變換得：V013h0Vdc3V013d0

42、V1 / 3hc h01V0由 Vdc313 變換得：V0d033 / 2dcAcVd0A01V02 / 3即有AcA0 1VV0式中： 1 試樣固結(jié)后的軸向應(yīng)變；2 、 3 試樣固結(jié)后的橫向應(yīng)變hc 試樣固結(jié)后的高度， cm;2h0 試樣初始高度， cm；dc 固結(jié)后試樣直徑， cm;d0 試樣初始直徑， cm;V 試樣固結(jié)后與固結(jié)前的體積變化，cm3;3Ac 試樣固結(jié)后的斷面積，2V0 試樣初始體積， cm;cm；2A0 試樣初始斷面積， cm。（2）等向應(yīng)變法二該方法還是認(rèn)為試樣固結(jié)體積減少量等于固結(jié)排水量，但簡(jiǎn)單地認(rèn)為各個(gè)方向變形量相等，如圖8. 20所示，故有：hc h0 (11V

43、)dc d0 (11V )圖等應(yīng)變條件下試樣斷面積校正3 V03 V0所以固結(jié)后斷面積為：Ac4dc2d02(1 1 V)2A0 (12V(1V )2) A0(1 2V )43 V03 V03 V03 V0式中符號(hào)同前。（ 3）平均斷面積法同樣認(rèn)為試樣固結(jié)體積減少量等于固結(jié)排水量且為等斷面積，由此得到固結(jié)前后的體積關(guān)系為：Ac ( h0hc ) V0V即V01V V0Ac1hc h0h0由于軸向應(yīng)變 1hc / h0 ，試樣初始斷面積 A0V0 / h0 ，上式可改寫為：Ac A01V V0112. 平均斷面積法校正剪切過程中試樣面積飽和土在不排水試驗(yàn)過程中，認(rèn)為試樣體積不變，即V 0 ，故有

44、：Aa ( h0h)A0 h0對(duì)于軸向應(yīng)變有：1 (%)h100 ，代入上式得：h0A0Aa11對(duì)于固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，應(yīng)將固結(jié)后的試樣高度作為起始高度，即：AchiAa111hc式中Aa 剪切校正的試樣斷面積， cm2； Ac 固結(jié)后試樣斷面積， cm2； hi 試樣剪切時(shí)高度的變化值， cm; hc 固結(jié)后試樣高度， cm。本章主要介紹了土的抗剪強(qiáng)度公式、土的極限平衡條件和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)測(cè)定方法。土的抗剪強(qiáng)度理論是研究與計(jì)算地基承載力和分析地基承載穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。土的抗剪強(qiáng)度可以采用庫(kù)侖公式表達(dá)，基于摩爾 - 庫(kù)侖強(qiáng)度理論導(dǎo)出的土的極限平衡條件是判定土中一點(diǎn)平衡狀態(tài)的基準(zhǔn)。土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c,值一般通過試驗(yàn)確定，試驗(yàn)條件尤其是排水條件對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)將帶來很大的影響，故在選擇抗剪強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)應(yīng)盡可能符合工程實(shí)際的受力條件和排水條件。序號(hào)問 題1 土的抗剪強(qiáng)度是不是一個(gè)定值2 解釋土的內(nèi)摩擦角和粘聚力的含義。3 土中達(dá)到極限平衡狀態(tài)是否地基已經(jīng)破壞4 直剪試驗(yàn)與三軸試驗(yàn)的實(shí)際使用情況如何5 為什么直剪試驗(yàn)要分快剪，固結(jié)快剪及慢剪這三種試驗(yàn)結(jié)果有何差別6 土體中發(fā)生剪切破壞的平面為什么不是剪應(yīng)力值最大的平面練習(xí)題：1. 某高層建筑地基取原狀土進(jìn)行直剪試驗(yàn)， 4 個(gè)試