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1、第五章 土的抗剪强度,一、概述,土的抗剪强度：是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极 限抵抗能力。,土体强度破坏的机理： 在外荷载引起的剪应力或剪应变超过土体的抗剪强度，导致土体沿着剪应力作用方向产生相对滑动剪切破坏。,边坡,工程背景,挡土墙,滑裂面,地基,工程中土的破坏形式主要表现为滑动破坏面,剪切破坏,二、土的抗剪强度与极限平衡条件,1. 库仑定律,抗剪强度指标： c:土的粘聚力 :土的内摩擦角,总应力法：,抗剪强度的两种表达方法:,抗剪强度的第二种表达式,式中 c 、j分别为有效粘聚力和有效内摩擦角，统称为有效应力抗剪强度指标.,有效应力法：,法向应力采用总应力s表示的抗剪强度.,当法向应
2、力采用有效应力s表示时，则称为抗剪强度的。,三、 土的剪切试验方法,1. 直接剪切试验,试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）,P,土样,剪切前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力， 剪应力为剪切力T除以试样面积A,在法向应力作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该作用下，土的抗剪强度,直剪试验原理,直剪试验原理,直剪试验方法分类,通过控制剪切速率来近似模拟排水条件,1. 快剪 施加正应力后 立即剪切3-5分钟内剪切破坏 2. 固结快剪 施加正应力-充分固结 在3-5分钟内剪切破坏 3. 固结慢剪 施加正应力-充分固结 慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分，以保证无超静孔
3、压,cq 、q,ccq 、cq,cs 、s,2. 三轴压缩试验,仪器设备：压力室，加压系统，量测系统等组成。,压力室,压力水,排水管,阀门,轴向加压杆,有机玻璃罩,橡皮膜,透水石,顶帽,1.施加周围压力,2.施加竖向压力,试验加载的基本步骤:,三轴试验的强度包线,分别作围压为100 kPa 、200 kPa，得到破坏时相应的（1-)f,绘制两个破坏状态的应力摩尔圆，画出它们的公切线，即强度包线,1,1- 3,1 =15%,强度包线,(1-)f,c,(1-)f,100 kPa,200 kPa,三轴试验方法,三轴试验方法,固结排水试验（CD试验） 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压
4、力完全消散； 2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压,固结不排水试验（CU试验） 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散； 2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水,不固结不排水试验（UU试验） 1 关闭排水阀门，围压下不固结； 2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水,cd 、d,ccu 、cu,cu 、u,有效应力圆,总应力圆,u=0,cu,uA,饱和粘性土在三组3下的不排水剪试验得到A、B、C三个不同3作用下破坏时的总应力圆,试验表明：三个试样的周围压力3不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆
5、的直径相等，因而强度包线是一条水平线,三个试样只能得到一个有效应力圆,（1）不固结不排水剪（UU）,不同试验方法的剪切试验结果,（1）不固结不排水剪的剪切试验结果,将总应力圆在水平轴上左移uf得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定c 、 ,ccu,c ,饱和粘性土在三组3下进行固结不排水剪试验得到A、B、C三个不同3作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标ccu、 cu,（2）固结不排水剪（CU）,（2）固结不排水剪的剪切试验结果,实验室的UU试验： 在有效固结压力c 条件下的CU强度值。,地基中的正常固结粘土：z z 取回室内, 如 c z，不再是正
6、常固结土。,f,“正常固结粘土”,UU与CU强度指标的相关性,抗剪强度指标有时失去其物理意义，而变成计算参数的含义,z,固结压力为0的正常固结粘土（如地表土）: 亦即其历史上的最大固结压力是0，则室内UU试验的抗剪强度为0，即处于泥浆状态。,c=0是否意味着正常固结粘土无粘聚力? 粘聚力随c增加而增加,cu, p1,cu1,p2,cu2,p3,cu3,正常固结粘土层,固结不排水试验强度包线(破坏主应力线)上的每一点对应于一个具有相同先期固结压力的不排水强度指标，数值上等于相应莫尔圆的半径,cu,在整个排水剪试验过程中， uf 0，总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度
7、线即是有效应力强度线。强度指标为cd、d,cd,（3）固结排水剪（CD）,（3）固结排水剪的剪切试验结果,四、工程中抗剪强度指标选用,不固结不排水剪（快剪） cu、u（cq、q）,粘土地基上快速施工建筑物,固结不排水剪（固结快剪） ccu、cu（ccq、cq）,粘土地基预压固结后，快速施工建筑物,固结排水剪（慢剪） ccd、cd（cs、s）,粘土地基上慢速施工建筑物,p,q,Kf线,以固结排水三轴试验为例,五、强度包线与破坏主应力线,强度包线 f ： 在 坐标系中所有破坏状态莫尔圆的公切线,破坏主应力线 Kf 在p q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态对应点的集合,O,1,(),p(p),q,
8、u,Kf,Kf,f,f,u,u,总应力强度破坏线与有效应力强度破坏线,以正常固结土（或松砂）CU试验为例,五、有效固结应力法,有效应力法局限性,n (有效法向应力),原位应力,j,两种试验得到相同的Kf线 Kf线上，pfqfef间存在唯一性关系 A点： ef=ef 和试验的类型及应力路径等无关,ef pf - qf 唯一性关系,粘土的pfqfef唯一性关系,ef=ef,A,e0=ef,pc,总应力法（固结不排水强度为例）,p(p),O,q,cu,f,3 =3,1,有效固结应力法,p(p),O,q,cu,f,3 =3c,1,c,p(p),O,q,cu,f,3 =3c,1,c,C,B,A,六 软粘土在荷载作用下的强度增长,饱和软粘土地基在外荷载作用下，随着孔隙水压力的消散以及土层的固结，土的抗剪强度也将会随之增长。,3,(1 -3)/2,tf,1,利用有效应力强度指标估算,利用固结不排水剪总应力强度指标估算,p(p),O,q,cu,f,3 =3,1,c,破坏面方向,1,有效固结应力法,O,q,cu,f,3 =3,1,c,破坏面方向,知识回顾Knowledge Review,
