土力學(xué) 第6章 抗剪強(qiáng)度

1、第第六六章章 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：1. 1. 掌握抗剪強(qiáng)度公式，熟悉抗剪強(qiáng)度的影響因素掌握抗剪強(qiáng)度公式，熟悉抗剪強(qiáng)度的影響因素；2 2掌握摩爾掌握摩爾- -庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度理論和極限平衡理論庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度理論和極限平衡理論；3 3掌握抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定方法掌握抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定方法；4 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. .基本內(nèi)容：基本內(nèi)容： 5.1 5.1 土的強(qiáng)度概念與工程意義土的強(qiáng)度概念與工程意義 5.2 5.2 土體強(qiáng)度理論土體強(qiáng)度理論 5.3 5.3 飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度第一節(jié)第一節(jié)

2、 土的強(qiáng)度概念與工程意義土的強(qiáng)度概念與工程意義一、工程案例加拿大特郎斯特康谷倉(cāng)傾倒事故；巴西的大廈倒塌事件（l=29m，b=12m，柱長(zhǎng)21m，99根，地基土為軟弱的沼澤土。）第一節(jié)第一節(jié) 土的強(qiáng)度概念與工程意義土的強(qiáng)度概念與工程意義二、土體強(qiáng)度問(wèn)題在工程中的應(yīng)用 從以上案例看出，如果土體內(nèi)某部分的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度，在該部分就開(kāi)始出現(xiàn)剪切破壞。隨著荷載的增加剪切破壞的范圍逐漸擴(kuò)大，最終在土體中形成連續(xù)的滑動(dòng)面，地基發(fā)生整體剪切破壞而喪失穩(wěn)定性。土體強(qiáng)度問(wèn)題在工程實(shí)踐中應(yīng)用有以下三類：（1）地基承載力與地基穩(wěn)定性問(wèn)題；（2）擋土墻及地下結(jié)構(gòu)土壓力問(wèn)題；（3）土坡穩(wěn)定性問(wèn)題。三、土的強(qiáng)度意義

3、有三層含義：1、土的抗剪強(qiáng)度指土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的主要力學(xué)性質(zhì)之一。土體的破壞通常都是土體的破壞通常都是剪切破壞剪切破壞。2、建筑物地基在外荷載作用下將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，土具有抵抗剪應(yīng)力的潛在能力剪阻力剪阻力，它隨著剪應(yīng)力的增加而逐漸發(fā)揮，剪阻力被完全發(fā)揮時(shí)，土就處于剪切破壞的極限狀態(tài)，此時(shí)剪應(yīng)力也就到達(dá)極限，這個(gè)極限值就是抗剪強(qiáng)度。3、地基和土工建筑物的破壞絕大多數(shù)屬于剪切破壞地基和土工建筑物的破壞絕大多數(shù)屬于剪切破壞，它們都是土體沿著某一曲面產(chǎn)生滑動(dòng)的，這些事故一旦發(fā)生往往是災(zāi)害性的，對(duì)此，對(duì)土的強(qiáng)度問(wèn)題要有足夠的認(rèn)識(shí)，足夠的重視。第二節(jié) 土的強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)一、庫(kù)倫定

4、律/1n 1773年CA庫(kù)侖(Coulomb)根據(jù)砂土砂土的試驗(yàn)，將土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)為滑動(dòng)面上法向總應(yīng)力的函數(shù)，即n f = tann 以后（1776年）又提出了適合粘性土的更普遍的形式：n f = c tann 式中f 土的抗剪強(qiáng)度，kPan 剪切滑動(dòng)面上法向總應(yīng)力，kPan c 土的粘聚力(內(nèi)聚力)，kPan 土的內(nèi)摩擦角，度。n 以上兩式統(tǒng)稱為庫(kù)侖公式庫(kù)侖公式或庫(kù)侖庫(kù)侖n 定律定律，c、 稱為抗剪強(qiáng)度指標(biāo)指標(biāo)或抗n 剪強(qiáng)度參數(shù)參數(shù)。第二節(jié) 土的強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)一、庫(kù)倫定律/2結(jié)論：1、上式稱為土的抗剪強(qiáng)度的庫(kù)倫定律，它給出抗剪強(qiáng)度與剪切面上正應(yīng)力的關(guān)系。2、它表明無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度由剪

5、切面的粒間摩擦、阻力形成，與法向應(yīng)力成正比，粘性土抗剪強(qiáng)度由粒間摩阻力tg和粘聚力c兩部分組成，c不隨法向應(yīng)力改變，表示在坐標(biāo)圖上是曲線的截距。討論：（1）c、是表示抗剪強(qiáng)度的兩個(gè)參數(shù)，同一種土的c、在剪切時(shí)遇到的很多因素有關(guān)，所以沒(méi)有指明剪破時(shí)的條件的c、，嚴(yán)格說(shuō)是缺乏明確的物理意義。第二節(jié) 土的強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)一、庫(kù)倫定律/3討論：（2） 無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度與剪切面上的法向應(yīng)力成正比，其本質(zhì)是由于土粒之間的滑動(dòng)摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用所產(chǎn)生的摩阻力，其大小決定于土粒表面的粗糙度、密實(shí)度、土顆粒的大小以及顆粒級(jí)配等因素。 粘性土的抗剪強(qiáng)度粘性土的抗剪強(qiáng)度由兩部分組成，一

6、部分是摩擦力(與法向應(yīng)力成正比)，另部分是土粒之間的粘結(jié)力，它是由于粘性土顆粒之間的膠結(jié)作用和靜電引力效應(yīng)等因素引起的。 大量試驗(yàn)表明，土的抗剪強(qiáng)度不僅與土的性質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，還與試驗(yàn)時(shí)的排水排水條件、剪切速率速率、應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)和應(yīng)力歷史歷史等許多因素有關(guān)。其中最重要的是試驗(yàn)時(shí)的排水排水條件根據(jù)K太沙基(Terzaghi)的有效應(yīng)力概念，土體內(nèi)的剪應(yīng)力僅能由土的骨架承擔(dān)，由此，土的抗剪強(qiáng)度應(yīng)表示為剪切破壞面上法向有效應(yīng)力的函數(shù)庫(kù)倫公式應(yīng)修改為： 無(wú)粘性土: f = tan =( -u) tan 粘性土: f = c tan = c ( -u) tan 式中 剪切滑動(dòng)面上的法向有效應(yīng)力，kPa u

7、孔隙水壓力， kPa； c 土的有效粘聚力(內(nèi)聚力)，kPa 土的有效內(nèi)摩擦角，度。第二節(jié) 土的強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)二、直剪試驗(yàn) 直接剪切儀分為應(yīng)變控制式應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式應(yīng)力控制式兩種，前者是等速推動(dòng)試樣產(chǎn)生位移，測(cè)定相應(yīng)的剪應(yīng)力，后者則是對(duì)試件分級(jí)施加水平剪應(yīng)力測(cè)定相應(yīng)的位移，目前我國(guó)普遍采用的是應(yīng)變控制式直剪儀。 對(duì)同一種土至少取4個(gè)重度和含水量相同的試樣，分別在不同垂直壓力下剪切破壞，一般可取垂直壓力為100、200、300、400 kPa，將試驗(yàn)結(jié)果繪制抗剪強(qiáng)度f(wàn) 和垂直壓力 之間關(guān)系曲線。 一般取峰值作為該級(jí)壓力下的抗剪強(qiáng)度f(wàn) 。必要時(shí)可取終值（殘余強(qiáng)度）剪切位移為4mm對(duì)應(yīng)的剪

8、應(yīng)力作為抗剪強(qiáng)度。9 在直剪試驗(yàn)過(guò)程中，不能量測(cè)孔隙水應(yīng)力，也不能控制排在直剪試驗(yàn)過(guò)程中，不能量測(cè)孔隙水應(yīng)力，也不能控制排水，所以只能以水，所以只能以總應(yīng)力法總應(yīng)力法來(lái)表示土的抗剪強(qiáng)度。但是為了來(lái)表示土的抗剪強(qiáng)度。但是為了考慮固結(jié)程度和排水條件對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，根據(jù)考慮固結(jié)程度和排水條件對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，根據(jù)加荷速加荷速率的快慢率的快慢可將試驗(yàn)劃分為可將試驗(yàn)劃分為 快剪（快剪（c cq q, , q q） 固結(jié)快剪（固結(jié)快剪（c ccqcq,cqcq） 慢剪（慢剪（c cs s,s s） 直接剪切試驗(yàn)10按排水條件分 快剪（不排水剪）：在剪切過(guò)程中土的含水量不變，因此，無(wú)論加垂直壓力或水平剪力

9、，都必須迅速進(jìn)行，不讓孔隙水排出。適用范圍：加荷速率快，排水條件差 固結(jié)快剪（固結(jié)不排水剪）：試樣在垂直壓力下排水固結(jié)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。適用范圍：一般建筑物地基的穩(wěn)定性，施工期間具有一定的固結(jié)作用。 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(jié)達(dá)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(jié)，直至土樣破壞。適用范圍：加荷速率慢，排水條件好，施工期長(zhǎng)11l 設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便l 結(jié)果便于整理l 測(cè)試時(shí)間短優(yōu)點(diǎn)l 試樣應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜l 應(yīng)變不均勻l 不能控制排水條件l 剪切面固定缺點(diǎn)PSTA 直接剪切試

10、驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)第二節(jié) 土的強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)二、直剪試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)方法：直接剪切試驗(yàn)方法： 為了近似模擬土體在現(xiàn)場(chǎng)受剪的排水條件排水條件，直接剪切試驗(yàn)可分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪：快剪試驗(yàn)快剪試驗(yàn) 在試樣施加垂直壓力 后立即快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞（35分鐘剪壞），模擬了不固結(jié)不排水土樣施工。軟土地基上快速路堤施工，加載快，土體滲透性低，來(lái)不及排水 。固結(jié)快剪固結(jié)快剪 在試樣施加垂直壓力 后，允許試樣充分排水，待固結(jié)完成后，再快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞，剪切時(shí)模擬了不排水條件， 模擬了固結(jié)不排水剪。慢剪試驗(yàn)慢剪試驗(yàn) 在試樣施加垂直壓力 后，允許試樣充分排水，待固結(jié)完成后，以緩慢的

11、速率施加水平剪應(yīng)力，土樣在受剪過(guò)程中有充分排水時(shí)間， 模擬了固結(jié)排水剪。直接剪切試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)直接剪切試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn) 直接剪切儀具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，但它存在以下若干缺點(diǎn)：人為規(guī)定剪切面，規(guī)定剪切面只發(fā)生在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱面剪切破壞； 人為簡(jiǎn)化剪應(yīng)力計(jì)算，土樣中剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，中間小邊緣大，此外 在剪切過(guò)程中， 土樣剪切面逐漸縮小，而在計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)卻是按土樣的原截面積計(jì)算； 不能嚴(yán)格控制排水條件，測(cè)不出剪切過(guò)程中孔隙水壓變化。故試驗(yàn)結(jié)果不夠理想。但由于它具有的優(yōu)點(diǎn)，故仍為 一般工程廣泛采用?？旒簟⒙魧?shí)際是排水與不排水的問(wèn)題，并非速率快慢第二節(jié) 土的強(qiáng)度理論與強(qiáng)

12、度指標(biāo)二、直剪試驗(yàn)第二節(jié) 土的強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)三、土的強(qiáng)度理論1、根據(jù)庫(kù)倫定律的強(qiáng)度破壞線看出，它是代表著土體的一種受剪破壞的極限狀態(tài)。（如右圖）當(dāng)土體中任意一點(diǎn)在某一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，就發(fā)生剪切 破壞。即土體處于極限平衡狀態(tài)，根據(jù)莫爾庫(kù)倫理論、和莫爾應(yīng)力圓可得到土體中一點(diǎn)的剪切破壞條件，即土土的極限平衡條件的極限平衡條件。極限平衡狀態(tài)時(shí)，大、小主應(yīng)力之間的關(guān)系，稱為莫爾莫爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則。將抗剪強(qiáng)度包線與莫爾應(yīng)力圓畫在同一張坐標(biāo)圖上。它們之間的關(guān)系有以下三種情況。莫爾圓與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系f 穩(wěn)定狀態(tài)極限平衡狀態(tài)不可能狀態(tài)15應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相離： 強(qiáng)度線應(yīng)力圓與強(qiáng)

13、度線相切：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相割：極限應(yīng)力圓彈性平衡狀態(tài) 極限平衡狀態(tài) 破壞狀態(tài) f 2 2、土體中任意點(diǎn)的應(yīng)力、土體中任意點(diǎn)的應(yīng)力（莫爾應(yīng)力圓）土體內(nèi)部的滑動(dòng)可沿任何一個(gè)面發(fā)生，只要該面上的剪應(yīng)力剪應(yīng)力等于它的抗抗剪強(qiáng)度剪強(qiáng)度。所以，必須研究土體內(nèi)任一微小單元的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)。在平面問(wèn)題或軸對(duì)稱問(wèn)題中。取某一土體單元，若其大主應(yīng)力 1和小主應(yīng)力3的大小和方向已知，則與大主應(yīng)力作用面成角的任一平面上的法向應(yīng)力 和剪應(yīng)力可由力的平衡條件求得。 方向的靜力平衡條件可得： 方向的靜力平衡條件可得： 消去上式中 ，則可得到：可見(jiàn)在 坐標(biāo)平面上，土單元的應(yīng)力狀態(tài)的軌跡將是一個(gè)圓，該圓就稱為莫爾應(yīng)力圓。莫爾

14、圓就表示土體中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，莫爾圓圓周上各點(diǎn)的坐標(biāo)就表示該點(diǎn)在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力正應(yīng)力和剪剪應(yīng)力應(yīng)力。2cos2231312sin2312312231)2()2(土中一點(diǎn)應(yīng)力（微元體、隔離體、應(yīng)力圓）無(wú)粘性土（c=0）的極限平衡條件為： 根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線相切的幾何關(guān)系，可建立以下極限平衡條件極限平衡條件。 在土體中取一單元微體。mn為破裂面，它與大主應(yīng)力的作用面成f角。破裂面位于極限平衡狀態(tài)莫爾圓的A點(diǎn)。將抗剪強(qiáng)度線延長(zhǎng)與 軸相交于R點(diǎn)、由三角形ARD可知： 因 故 化簡(jiǎn)后得粘性土的極限平衡條件為：)(21cot)(21sin3131cRDADRDADsin)(21cot)(21

15、3131csin1sin12sin1sin131c)245(tan)245(tan213231oo)245tan(2)245(tan)245tan(2)245(tan213231oooocc破裂角破裂角 說(shuō)明破壞面與最大主應(yīng)力 1的作用面的夾角為（450 /2)。如前所述，土的抗剪強(qiáng)度f(wàn) 實(shí)際上取決于有效應(yīng)力，所以， 取有效摩擦角時(shí)才代表實(shí)際的破裂角。245of最大剪應(yīng)力處不發(fā)生破壞？3131sin31312121sincctg18根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算出大小主應(yīng)力1、3221,3422xzxzxz判斷破壞可能性由3計(jì)算1f比較1與1f11f 破壞狀態(tài)Oc1f311判別對(duì)象：土體微小單元（一點(diǎn)）當(dāng)3

16、 = 常數(shù)：213452tg 4522ftgc3.利用莫爾庫(kù)侖破壞標(biāo)準(zhǔn)判斷土體是否達(dá)到剪切破壞19根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算出大小主應(yīng)力1、3221,3422xzxzxz判斷破壞可能性231452tg 4522ftgc由1計(jì)算3f比較3與3f33f 彈性平衡狀態(tài)3=3f 極限平衡狀態(tài)33f 破壞狀態(tài)Oc 13f33判別對(duì)象：土體微小單元（一點(diǎn)）當(dāng)1= 常數(shù)：20【例例1 1】某土樣某土樣=26，c=20kPa，承受，承受1=480kPa，3=150kPa的的應(yīng)力。試根據(jù)極限平衡條件判斷該土樣所處的狀態(tài)應(yīng)力。試根據(jù)極限平衡條件判斷該土樣所處的狀態(tài)【解解】 根據(jù)極限平衡條件，由已知根據(jù)極限平衡條件，由已知3

17、求求1f 1f 150 + 384.16+64.01 448.17kPa 1480kPa448.17kPa 因此，該土樣已破壞。因此，該土樣已破壞。213452tg 4522ftgc)2/2645(tan2)2/2645tan(202例題分析21【例例2】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為430kPa，小主應(yīng)力，小主應(yīng)力為為200kPa。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=15 kPa， =20o。試問(wèn)該單元土體處于何種狀態(tài)？單元土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)試問(wèn)該單元土體處于何種狀態(tài)？單元土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個(gè)面上，是否會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破

18、？在哪個(gè)面上，是否會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？【解答】已知1=430kPa，3=200kPa，c=15kPa， =20o 1.計(jì)算法kPacoof8 .450245tan2245tan231計(jì)算結(jié)果表明：1f大于該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力1，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài) 2232138 .189245tan2245tankPacoof計(jì)算結(jié)果表明： 3f小于該單元土體實(shí)際小主應(yīng)力3，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑 ，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài) 。在剪切面上 552459021fkPaf7.2752cos21213131kPaf1 .1082sin213

19、1庫(kù)侖定律 kPacf3 .115tan 由于f ，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài) 或31c f2 fA232.圖解法 c11f3f實(shí)際應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓最大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成45okPa11590sin2131max最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力kPa31590cos21213131庫(kù)侖定律 kPacf7 .129tan最大剪應(yīng)力面上f ，所以，不會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破壞 max四、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定方法四、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定方法 土的抗剪強(qiáng)度是土的一個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)在計(jì)算承載力、評(píng)價(jià)地基的穩(wěn)定性以及計(jì)算擋土墻的土壓力時(shí)，都要用到土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，因此，正確地測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度在工程上具有重

20、要意義。 抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)方法有多種，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的有直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試三軸壓縮試驗(yàn)驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)、在現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試的有十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)，大型直接剪切試驗(yàn)大型直接剪切試驗(yàn)等?？辜魪?qiáng)度的影響因素抗剪強(qiáng)度的影響因素 1.土的種類；2.土的密度、含水量；3.初始應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力歷史； 4.試驗(yàn)中的排水條件等?？辜魪?qiáng)度指標(biāo)抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 總應(yīng)力指標(biāo)：c， 有效應(yīng)力指標(biāo) ：c， 在剪切試驗(yàn)中試樣內(nèi)的有效應(yīng)力(或孔隙水應(yīng)力)將隨剪切前試樣的固結(jié)程度和剪切中的排水條件而異。因此，同一種土如用不同的方法進(jìn)行試驗(yàn)，求出同一種土如用不同的方法進(jìn)行試驗(yàn)，求出的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)

21、是不同的的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)是不同的，即便剪破面上的法向總應(yīng)力相同，也未必就有相同的強(qiáng)度。當(dāng)采用有效應(yīng)力表示試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，不同試驗(yàn)方法引起的強(qiáng)度差異是通過(guò)項(xiàng)來(lái)反映，而有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)基本不變。三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn) 三軸壓縮試驗(yàn)也稱三軸剪切試驗(yàn)，是測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的一 種較為完善的方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統(tǒng)、施加圍壓系統(tǒng)、孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)等組成。 常規(guī)試驗(yàn)方法的主要步驟如下：常規(guī)試驗(yàn)方法的主要步驟如下： 1.將土樣切成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)、放在密封的壓力室中然后向壓力室內(nèi)壓入水，使試樣各向受到圍壓3 ，并使液壓在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持不變，這時(shí)試樣內(nèi)各向的三個(gè)主應(yīng)力都相等、因此不發(fā)生剪應(yīng)力。

22、 2.然通過(guò)傳力桿對(duì)試樣施加豎向壓力，這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力水平向主應(yīng)力保持不變。而豎向主應(yīng)力逐漸增大，試件終于至剪切破壞。26 三軸剪切試驗(yàn)試驗(yàn)步驟: 3 3 3 3 3 32.施加周圍壓力:1=2=3 3.施加豎向壓力: 1= 1-3 1.裝樣試樣是軸對(duì)稱應(yīng)力狀態(tài)。垂直應(yīng)力z一般是大主應(yīng)力；徑向與切向應(yīng)力總是相等r=，亦即1=z；2=3=r特點(diǎn)：27強(qiáng)度包線(1-)fc (1-)f11- 31 =15%v分別作圍壓為100 kPa 、200 kPa 、300 kPa的三軸試驗(yàn)，得到破壞時(shí)相應(yīng)的（1-)fv繪制三個(gè)破壞狀態(tài)的應(yīng)力摩爾圓，畫出它們的公切線強(qiáng)度包線，得到強(qiáng)度指標(biāo) c

23、與 三軸剪切試驗(yàn)28三軸試驗(yàn)根據(jù)試樣的固結(jié)和排水條件不同，三軸試驗(yàn)根據(jù)試樣的固結(jié)和排水條件不同，試驗(yàn)試驗(yàn)類型類型可分為：可分為：不固結(jié)不排水剪（不固結(jié)不排水剪（UUUU）固結(jié)不排水剪（固結(jié)不排水剪（CUCU）固結(jié)排水剪（固結(jié)排水剪（CDCD）快剪固結(jié)快剪慢剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn) 三軸剪切試驗(yàn)試驗(yàn)方法與現(xiàn)場(chǎng)條件的對(duì)應(yīng)關(guān)系粘土地基上的分層慢速填方在1層固結(jié)后快速施工2層12軟土地基上的快速填方固結(jié)排水試驗(yàn)固結(jié)不排水試驗(yàn)不固結(jié)不排水試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)方法三軸壓縮試驗(yàn)方法 三軸壓縮試驗(yàn)按剪切前的固結(jié)程度和剪切時(shí)的排水條件，分為以下三種試驗(yàn)方法； (1) 不固結(jié)不排水試驗(yàn)(UU Test)：試樣在施加周圍壓力和隨

24、后施加豎向壓力直至剪切破壞的整個(gè)過(guò)程中都不允許排水，試驗(yàn)自始至終關(guān)閉排水閥門。 (2) 固結(jié)不排水試驗(yàn)(CU Test)：試樣在施加周圍壓力3 后打并排水閥門，允許排水固結(jié)，穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，再施加豎向壓力、使試樣在不排水的條件下剪切破壞。 (3) 固結(jié)排水試驗(yàn)(CD Test)：試樣在施加周圍壓力3時(shí)允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓力至試樣剪切破壞。三軸壓縮試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)三軸壓縮試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn) 三軸壓縮儀的突出優(yōu)點(diǎn)是能較為嚴(yán)格地控制排水條件，量測(cè)試件中孔隙水壓力的變化。此外，試件中的應(yīng)力狀態(tài)也比較明確，破裂面是在最弱處，而不象直接剪切儀那樣限定在上下盒之間。一般說(shuō)來(lái)，三軸壓縮試

25、驗(yàn)的結(jié)果比較可靠。三軸壓縮試驗(yàn)的缺點(diǎn)是試樣的中主應(yīng)力2 3 。而實(shí)際上土體的受力狀態(tài)未必都屬于這類軸對(duì)稱情況。真三軸儀中的試樣可在不同的三個(gè)主應(yīng)力(1 2 3 )作用下進(jìn)行試驗(yàn)。側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn) 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)與三軸儀中進(jìn)行3 0的不排水剪切試驗(yàn)一樣，試驗(yàn)時(shí)，將圓柱形試樣放在無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)儀中，在不加任何側(cè)向壓力的情況下施加垂直壓力，直到使試件剪切破壞為止，剪切破壞時(shí)試樣所能承受的最大軸向壓力qu稱為無(wú)側(cè)限抗無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度壓強(qiáng)度。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，只能作一個(gè)極限應(yīng)力圓 (1 qu、 3 0)，因此對(duì)于一般粘性土就難以作出破壞包線。而對(duì)于飽和粘性土，根據(jù)在三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)的

26、結(jié)果，其破壞包線近于一條水平線，即u0。這樣，如僅為了測(cè)定飽和粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度就可以以利用構(gòu)造比較簡(jiǎn)中的無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)儀代替三軸儀。此時(shí)，取u 0則由無(wú)側(cè)阻抗比強(qiáng)度試驗(yàn)所得的極限應(yīng)力圓的水平線就是破壞包線，得：cu 土的不排水抗剪強(qiáng)度土的不排水抗剪強(qiáng)度2uufqc 靈敏度靈敏度 ：原狀土與重塑土無(wú)側(cè)限抗 壓強(qiáng)度的比值。十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn) 室內(nèi)的抗剪強(qiáng)度測(cè)試要求取得原狀土樣。但由于試樣在采取、運(yùn)送、保存和制備等方面不可避免地受到擾動(dòng)，含水量也很難保持、特別是對(duì)于高靈敏度的軟粘土，室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的精度就受到影響。 十字板剪切試驗(yàn)就地進(jìn)行，它不需取原狀土樣，試驗(yàn)時(shí)的排水條件、受力狀態(tài)與

27、土所處的天然狀態(tài)比較接近。 由于十字板在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的土的抗剪強(qiáng)度，屬于不排水剪切不排水剪切的試驗(yàn)條件，因此其結(jié)果應(yīng)與無(wú)側(cè)阻抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果接近，即 十字板剪切儀適用于飽和軟鉆土，特別適用于難于取樣或試樣在自重作用下不能保持原有形狀的軟粘土。它的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，試驗(yàn)時(shí)對(duì)土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)也較小，故在實(shí)際中廣泛得到應(yīng)用。2ufq土的抗剪強(qiáng)度隨深度的變化十字板試驗(yàn)裝置第三節(jié)第三節(jié) 有效應(yīng)力原理在抗剪強(qiáng)度中的應(yīng)用有效應(yīng)力原理在抗剪強(qiáng)度中的應(yīng)用 上述直剪及三軸試驗(yàn)得到的強(qiáng)度指標(biāo)都是總應(yīng)力指標(biāo)，而根據(jù)有效應(yīng)力原理可知土的強(qiáng)度與變形取決于有效應(yīng)力，即有效應(yīng)力才是引起土的抗剪強(qiáng)度的內(nèi)因。一、求一、求 有效粘聚力與有效內(nèi)摩擦角，在進(jìn)行抗剪強(qiáng)度時(shí)，只要測(cè)出孔隙水壓便可得有效應(yīng)力指標(biāo)。 求法主要對(duì)土樣作固結(jié)不排水試驗(yàn)，分別測(cè)得3個(gè)土樣的側(cè)壓力 剪破時(shí)偏應(yīng)力 、孔隙壓力利用作有效應(yīng)力莫爾應(yīng)力圓，求公切線可得二、強(qiáng)度試驗(yàn)方法與指標(biāo)的選用二、強(qiáng)度試驗(yàn)方法與指標(biāo)的選用1、總應(yīng)力法、總應(yīng)力法考慮工程特點(diǎn)、土的性質(zhì)及排水條件盡可能采用接近實(shí)際的測(cè)定方法考慮工程特點(diǎn)、土的性質(zhì)及排水條件盡可能采用接近實(shí)際的測(cè)定方法快剪、固結(jié)快剪、慢剪同一種土三種