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第七章 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。
①土的抗剪强度（τf ）：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。
②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，粘性突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。
无粘性土：φστtg f ⋅= 粘性土：φστtg f ⋅=+c式中：f τ：土的抗剪强度，Kpa ；σ：剪切面的法向压力，Kpa ；φtg ：土的内摩擦系数；υ：土的内摩擦角，度； c ：土的内聚力，Kpa 。
σφtg ：内摩擦力。
库仑定律说明：（1）土的抗剪强度由土的内摩擦力σφtg 和内聚力c 两部分组成。
（2）内摩擦力与剪切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩擦系数φtg 。
第七章 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。
①土的抗剪强度（τf ）：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。
②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，粘性突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。
无粘性土：φστtg f ⋅= 粘性土：φστtg f ⋅=+c式中：f τ：土的抗剪强度，Kpa ；σ：剪切面的法向压力，Kpa ；φtg ：土的内摩擦系数；υ：土的内摩擦角，度； c ：土的内聚力，Kpa 。
σφtg ：内摩擦力。
库仑定律说明：（1）土的抗剪强度由土的内摩擦力σφtg 和内聚力c 两部分组成。
（2）内摩擦力与剪切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩擦系数φtg 。
第五章土的抗剪强度在外荷载作用下，土工建筑物和地基内部会产生剪应力和相应的变形，与此同时也会引起抵抗这种剪切变形的阻力。
当土体内的剪应力和抗剪应力处于平衡状态时，土工建筑物和地基会保持稳定。
随着剪应力的增加，抗剪应力相应也会增加，但是抗剪应力增加有一个限度，达到这一限度时，土体就要发生破坏，这个限度称为土的抗剪强度。
如果土体内某一部分的剪应力达到它的抗剪强度时，该部分的土体就出现剪切破坏或产生塑性流动，最终可能导致一部分土体沿着某个面相对于另一部分土体产生滑动，发生整体破坏。
一、库仑定律与土的极限平衡条件1、库仑定律1776年库仑根据砂土剪切试验的结果提出砂土抗剪强度公式后来对粘性土进行剪切试验，得到粘性土抗剪强度公式2、土的抗剪强度影响因素摩擦力：土的原始密度、剪切面上的法向总应力、土粒的形状、土粒的表面粗糙程度、土的颗粒级配粘聚力：粘粒含量、矿物成分、含水量、土的结构3、土中某点的应力状态土体内部某点不同方位上截面上应力(正应力和剪应力)的集合。
土体内部某点的不同方位上所有截面应力组合均在莫尔应力圆上，圆心坐标[1/2(+ )，0]，应力圆半径r＝1/2(－ )。
因此土的应力状态可以用莫尔应力圆表示。
4、土的极限平衡条件把抗剪强度包线与描述土体中某点的莫尔应力圆绘在同一座标系中，根据两者的相对位置判断土体该点所处的状态。
莫尔应力圆位于抗剪强度包线的下方，该点处于弹性平衡状态。
莫尔应力圆与抗剪强度包线相切，该点处于极限平衡状态莫尔应力圆与抗剪强度包线相割，该点已经被剪破。
土体处于极限平衡状态的极限平衡条件：二、土的抗剪强度试验1、直接剪切试验2、三轴剪切试验3、无侧限抗压强度试验4、十字板剪切试验三、不同排水条件下的剪切试验成果1、总应力强度指标和有效应力强度指标土的抗剪强度并不是由剪切面上的法向总应力决定，而是取决于剪切面上的有效法向应力，可以根据有效应力表示的土体抗剪强度表达式表示有效应力强度指标确切的表示出土的抗剪强度的实质。
1、土的抗剪强度：土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。
2、莫尔应力圆：在σ-τ坐标平面内，土单元体应力状态的轨迹是一个圆，圆心落在σ轴上，与坐标原点的距离为(σ1+ σ2)/2，半径为(σ1- σ2)/2。
3、土的极限平衡条件：可以把莫尔应力圆与库仑抗剪强度定律互相结合起来。
通过两者之间的对照来对土所处的状态进行判别。
把莫尔应力圆与库仑抗剪强度线相切时的应力状态确定为破坏状态—称为莫尔－库仑破坏准则，它是目前判别土体（土体单元）所处状态的最常用或最基本的准则。
4、莫尔－库仑强度理论
（1）土单元的某一个平面上的抗剪强度τf是该面上作用的法向应力σ的单值函数，τf=f(σ)；
（2）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似τf=c+σtgφ；
（3）某土单元的任一个平面上τ=τf，该单元就达到了极限平衡应力状态；
5、莫尔－库仑强度的相关公式
6、常见剪切试验
直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验、十字板剪切试验(现场)。
7、直接剪切试验
为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为三种试验类型：快剪（Q）、固结快剪（R）、慢剪（S）。
8、快剪试验
适用于渗透系数小于10-6cm /s的细粒土。
试验时在试样上施加垂直压力后，拔去固定销钉，立即以0.8mm/min的剪切速度进行剪切，使试样在3min~5min 内剪破。
试样每产生剪切位移0.2mm~0.4mm测记测力计和位移读数，直至测力计读数出现峰值，或继续剪切至剪切位移为 4mm时停机，记下破坏值；当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm时停机。
试验所得的强度称为快剪强度，相应的指标称为快剪强度指标，以cQ，φQ表示。
9、固结快剪试验
适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。
试验时对试样施加垂直压力后，每小时测读垂直变形一次，直至变形稳定。
变形稳定标准为变形量每小时不大于0.005mm。
再拔去固定销，剪切过程同快剪试验。
所得强度称为固结快剪强度，相应指标称为固结快剪强度指标，以cR，φR表示。
10、慢剪试验
是对试样施加垂直压力后，待固结稳定后，再拔去固定销，以小于0.02mm/min 的剪切速度使试样在充分排水的条件下进行剪切。
这样得到的强度称为慢剪强度，其相应的指标称为慢剪强度指标，以cS，φS表示。
11、直接剪切试验优缺点
优点：直剪试验的设备简单，试样的制备和安装方便，且操作容易掌握，至今仍为工程单位广泛采用。
缺点：（1）剪破面固定；（2）排水条件不易控制；（3）应力分布不均，主应力轴旋转；（4）剪切盒内壁与试样间有摩擦。
12、三轴压缩试验
直接量测的是试样在不同恒定周围压力下的抗压强度，然后利用莫尔－库仑强度准则间接推求土的抗剪强度。
13、常规三轴压缩试验
由于压力室和试样均为圆柱形，因此两个侧向（或称周围）的应力相等并为小主应力σ3 ，而竖向（或轴向）的应力为大主应力σ1。
在增加σ1时保持σ3不变，这样条件下的试验称为常规三轴压缩试验。
根据试样的固结和排水条件不同，可分为不固结不排水剪（UU）、固结不排水剪（CU) 、固结排水剪（CD)。
14、三轴压缩（剪切）试验优缺点
优点：应力状态和应力路径明确；排水条件清楚，可控制；破坏面不是人为固定的；单元体试验
缺点：设备相对复杂，现场试验困难。
15、无侧限抗压强度试验
又称无侧限压力试验或单轴压力试验是周围压力σ3=0的三轴压缩试验，此时q=σ1。
测得的土样所能承受的最大轴向压力称为无侧限抗压强度，以qu 表示。
试验用圆柱状试样，可在专门的无侧限仪上进行，也可在三轴仪上进行。
16、十字板剪切试验
是一种利用十字板剪切仪在现场测定土的抗剪强度的方法。
这种试验方法适合于在现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀的饱和粘性土。
17、孔隙应力系数B
不排水条件下，各向相等压力增量Δσ3，孔隙应力增量为Δu
1
B=Δu1Δσ3
B是在各向施加相等压力条件下的孔隙应力系数。
它是反映土体在各向相等压力作用下，孔隙应力变化情况的指标，也是反映土体饱和程度的指标。
18、孔隙应力系数A、 A-
轴向应力增量q（即主应力差Δσ1－Δσ3）作用，孔隙水应力为Δu2
A=B
Δu2
Δσ1－Δσ3
A是在偏应力条件下的孔隙应力系数，其数值与土的种类、应力历史等有关。
A−=
Δu2
Δσ1－Δσ3
A−是综合反映主应力差(Δσ1-Δσ3)作用下孔隙应力变化情况的一个指标。
19、孔隙应力系数B-
20、砂土的内摩擦角
由于砂土的透水性强，它在现场的受剪过程大多相当于固结排水剪情况，由固结排水剪试验求得的强度包线一般为通过坐标于原点的直线，可表达为τf=σtgφd 式中：φd—固结排水剪求得的内摩擦角。
砂土抗剪强度受密度、颗粒形状、表面粗糙度和级配影响；
21、粘性土的残余强度
粘土的结构性损伤、土粒的排列变化及粒间引力减小；吸着水层中水分子的定向排列和阳离子的分布因受剪而遭到破坏。
22、重塑土：在含水率不变的条件下，使其原有结构受彻底扰动的土体（样）。
23、灵敏度：原状试样的无侧限抗压强度与相同含水率下重塑试样的无侧限抗压强度之比St= qu/qu ′ ；St —粘土的灵敏度；qu —原状试样的无侧限抗压强度；qu ′ —重塑试样的无侧限抗压强度。
24、触变性：在含水率不变的条件下粘土因重塑而软化（强度降低），软化后又随静置时间的延长而硬化（强度增长）的这种性质称为粘土的触变性。
25、蠕变是指在恒定剪应力作用下应变随时间而增长的现象。
