土的抗剪强度计算

第1篇一、实验目的1. 了解土直剪实验的基本原理和方法。

2. 掌握土直剪实验的操作步骤和数据处理方法。

3. 分析土的抗剪强度及其影响因素。

二、实验原理土直剪实验是一种常用的土力学实验，用于测定土的抗剪强度和剪切变形特性。

实验原理基于土体在剪切过程中，抗剪强度与剪切应力之间的关系。

根据摩尔-库仑理论，土体的抗剪强度可以用下式表示：τ = c + σtanφ式中，τ为剪切应力；c为土的黏聚力；σ为正应力；φ为土的内摩擦角。

三、实验仪器1. 土直剪仪：用于进行土直剪实验。

2. 量筒：用于量取土样体积。

3. 天平：用于称量土样质量。

4. 保湿器：用于保持土样的水分状态。

四、实验步骤1. 准备土样：取一定量的土样，将其放入保湿器中，保持土样的水分状态。

2. 称量土样：用天平称量土样的质量，并记录。

3. 量取土样体积：将土样放入量筒中，量取土样的体积，并记录。

4. 装样：将土样装入土直剪仪的剪切盒中，注意土样要均匀分布。

5. 加载：按照实验要求，对土样进行加载，直至达到预定剪切应力。

6. 记录数据：在剪切过程中，记录剪切应力、剪切位移等数据。

7. 解除加载：达到预定剪切应力后，解除加载，观察土样的剪切破坏情况。

8. 数据处理：根据实验数据，计算土样的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角等参数。

五、实验结果与分析1. 抗剪强度：根据实验数据，计算土样的抗剪强度。

抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的能力，其大小反映了土体的稳定性。

2. 黏聚力：黏聚力是土体颗粒之间的粘结力，反映了土体的内聚力。

根据实验数据，计算土样的黏聚力。

3. 内摩擦角：内摩擦角是土体抵抗剪切变形的能力，反映了土体的剪切特性。

根据实验数据，计算土样的内摩擦角。

4. 影响因素分析：分析土的抗剪强度及其影响因素，如土的种类、含水量、应力状态等。

六、实验结论通过土直剪实验，可以测定土体的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角等参数，为土体工程设计和施工提供依据。

实验结果表明，土的抗剪强度受多种因素影响，如土的种类、含水量、应力状态等。

地基土抗剪强度指标Cφ值的确定地基土抗剪强度指标C、φ值的确定1. 抗剪强度的物理意义及基本理论土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。

土的抗剪强度是由颗粒间的内摩察力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生粘聚力共同组成。

在法向应力不大时，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。

S=c+σtanφ2. 抗剪强度的试验方法2.1室内剪切试验包括直接剪切试验和三轴剪切试验，主要适用于粘性土和粉土，砂土可按要求的密度制备土样。

2.2 除土工试验以外其他确定抗剪强度C、Φ值的方法2.2.1 根据原位测试数据确定抗剪强度C、Φ值的经验方法(1) 动力触探沈阳地区《建筑地基基础技术规范》（DB21-907-96）资料（深度范围不大于15m）砂土、碎石土内摩察角标准值Φk(2) 标准贯入试验国外砂土N与Φ的关系经验关系式主要有Dunhan、大崎、Peck、Meyerhof等研究的经验公式，见《工程地质手册》（第四版）P193。

经试算（详见国外砂土标贯击数N与内摩察角Φ的关系（按公式计算））采用Φ值进行承载力特征值f ak计算时，对于粉、细砂采用Φ=（12N）0.5+15，对于中、粗、砾砂采用Φ=0.3N+27计算出的数值实际能较为吻合（N为经杆长修正后的标贯击数）。

根据计算成果，N与Φ的对应关系见下表：N与内摩察角Φ（度）的经验关系表(3) 静力触探试验《工程地质手册》（第四版）P210，砂土的内摩察角可根据静力触探参照下表取值。

砂土的内摩察角Φ2.4.2 根据现场剪切试验确定抗剪强度C、Φ值该方法成本较高，一般很少采用，主要用于场地稳定性评价，见《工程地质手册》（第四版）P234。

粗粒混合土的抗剪强度C、Φ值通过现场剪切试验确定。

3. 岩土体抗剪强度指标的经验数据3.1 土的抗剪强度指标经验数据(1) 砂土的内摩察角与矿物成分和粒径的关系(2) 不同成因粘性土的力学性质指标3.2 岩石的抗剪强度指标经验数据3.3 岩石结构面的抗剪强度指标经验数据(1)岩体结构面的抗剪强度指标宜根据现场原位试验确定。

土的抗剪强度--粘聚力和内摩擦角内摩擦角与黏( 内) 聚力:土的抗剪强度由滑动面上土的黏聚力〈阻挡剪切) 和土的内摩阻力两部分组成。

内摩擦角大小取决于土粒间的摩阻力和连锁作用, 内摩擦角反映了土的摩阻性质。

黏聚力是黏性土的特性指标, 黏聚力包括土粒间分子引力形成的原始黏聚力和土中化合物的胶结作用形成的固化黏聚力。

因而内摩擦角与黏聚力是土抗剪强度的两个力学指标。

土的抗剪强度指土对剪切破坏的极限抵抗能力，土体的强度问题实质是土的抗剪能力问题。

土的抗剪强度指标——内摩擦角φ、黏( 内) 聚力Cφ——土的内摩擦角（°）C——土的粘聚力（KPa）φ、C与土的性质有关，还与实验方法、实验条件有关。

因此，谈及强度指标时，应注明它的试验条件。

（直剪实验、三轴剪切试验等）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。

土的抗剪强度理论
土的抗剪强度理论主要有两种：摩尔-库伦理论和塔努达克斯理论。

1. 摩尔-库伦理论：
摩尔-库伦理论是最广为接受的土的抗剪强度理论之一。

它假设土体是由许多颗粒组成的,这些颗粒之间存在着一定的内摩擦力。

当土体受到剪切力作用时,土体内部就会发生剪切破坏,这时剪切破坏面的形状就取决于内摩擦角。

摩尔-库伦理论的公式为：
τ = c + σ tanφ
其中,τ为土体的抗剪强度； c为土体的内聚力；σ为剪应力,即水平方向的应力；φ为土体的内摩擦角。

2. 塔努达克斯理论：
塔努达克斯理论通过分析土体内部的颗粒间力学作用关系,将土体分成多个不同的区域,每个区域内部存在着不同的应力状态和内部摩擦力。

塔努达克斯理论认为,土体的强度与颗粒之间的粘结力和内摩擦力有关。

其公式为：
τ = c' + σ tan(φ'-α)
其中,τ为土体的抗剪强度；c'为粘聚力；σ为剪应力,即水平方向的应力；φ'为土体的内摩擦角；α为土体颗粒的倾斜角。

这两种理论在工程实践中都有应用,选择哪种理论需要根据具体情况考虑。

75第五部分 土的抗剪强度一、计算题5-1-1某饱和粘性土，由无侧线抗压强度试验测得不排水抗剪强度u c =70kPa ，如果对同一土样进行三轴不固结不排水试验，施加周围压力3σ=20 kPa 。

求当轴向压力为300 kPa 时，试件能否发生破坏？5-1-2饱和粘土试样在三轴仪中进行固结不排水试验，破坏时1σ=400 kPa ，3σ= 200kPa ，孔隙水压力1u =150 kPa ，c '=60 kPa ，ϕ' =︒30。

求破坏面上反向有效应力，剪应力及剪切破坏时的孔隙水压力系数A 。

5-1-3某正常固结饱和粘性土试样，其不固结不排水强度指标为0ϕ=0，u c = 10kPa 进行固结不排水试验，得有效抗剪强度指标c '=0，ϕ'=︒30。

（1）如试样在不排水条件下破坏，求破坏时有效大主应力和小主应力。

（2）如某一面上法向应力σ突然增加到100kPa ，法向应力刚增加时沿这个面的抗剪强度是多少？经很长时间后该面抗剪强度是多少？5-1-4某黏土有效强度指标：0='c ，︒='30ϕ，作不固结不排水三轴试验。

在每一种试验中，三轴周围压力保持不变为762002/m kN 。

试计算：（1）在不固结不排水试验中，破坏时孔隙压力是1202/m kN .求式样破坏时的有效竖向压力强度是多少？（2）固结不排水试验测得在破坏时的有效竖向压力强度为1502/m kN .求破坏时孔隙水压力为多少？5-1-1某土工实验室进行应变式直剪试验，数据如表5-1所列。

试整理分析得出该土样的抗剪强度指标。

已知剪力盒面积A=302cm ，应力环系数K=0.2kPa/0.01mm ，百分表每格=0.01mm 。

垂直荷载（kN ） 0.15 0.30 0.60 0.90 应力环系数(格)1201602803805-1-6对某饱和粘性土进行三轴固结不排水试验，kPa 3003=σ，孔隙水压力kPa u f 100=。

土的抗剪强度试验计算公式一、引言土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的能力。

在土力学中，抗剪强度是土体强度的重要指标之一。

为了确定土体的抗剪强度，进行抗剪强度试验是必不可少的。

二、试验方法常用的土体抗剪强度试验方法包括直剪试验和剪切试验。

直剪试验是将土体样品切割成一个或多个直剪面，然后施加垂直于直剪面的剪切力，测量土体的抗剪强度。

剪切试验是将土体样品切割成一个或多个平面，然后施加平行于平面的剪切力，测量土体的抗剪强度。

三、抗剪强度计算公式土的抗剪强度可以通过以下公式计算：τ = c +σtanφ其中，τ为土的抗剪强度，c为土体的内聚力，σ为土体的正应力，φ为土体的内摩擦角。

四、实验结果分析根据抗剪强度试验的结果，可以得到不同应力下土的抗剪强度。

通过分析实验结果，可以了解土体的强度特性及其变化规律。

五、影响因素土的抗剪强度受到多种因素的影响，主要包括土体类型、孔隙水压力、土体含水量、固结应力等因素。

不同的因素对土的抗剪强度有不同的影响程度。

六、工程应用土的抗剪强度是土建工程中设计和施工的重要参数之一。

在土体的承载力计算、土体的稳定性分析等方面，抗剪强度的准确评估和合理应用对工程的安全性和可靠性具有重要意义。

七、结论通过土的抗剪强度试验可以得到土体的抗剪强度参数，进而评估土体的强度特性和工程性质。

抗剪强度计算公式可以帮助工程师准确计算土体的抗剪强度，为工程设计和施工提供依据。

八、展望随着科技的进步和土力学理论的发展，土的抗剪强度试验方法和计算公式将不断完善和改进。

未来的研究将更加关注土体的微观结构和宏观性质之间的关系，以提高土体抗剪强度的评估和应用效果。

土的抗剪强度试验是土力学领域的重要研究内容之一。

通过试验和分析，可以得到土体的抗剪强度参数，并应用于工程设计和施工中。

在未来的研究中，我们将继续深入探索土体抗剪强度的机理和影响因素，为工程实践提供更准确、可靠的参考依据。

土力学之土的抗剪强度及其参数确定土的抗剪强度是土力学中的重要参数之一，用于描述土体抵抗剪切应力的能力。

土的抗剪强度参数的确定需要考虑土体的物理性质、结构特征以及应力应变关系等因素。

一、土的抗剪强度的定义及简述土的抗剪强度是指在外部施加作用力（剪切应力）下，土体抵抗变形产生的剪切应变的能力。

一般来说，土体内的剪切应力可被分为两个分量：正应力（垂直于剪切面的作用力）和剪应力（平行于剪切面的作用力）。

土体的抗剪强度可以用剪应力与正应力的比值来表示。

土的抗剪强度可通过下列几种方式进行确定：1.直剪试验：直剪试验是最常用的测试土体抗剪强度的方法之一、在直剪试验中，通过施加垂直和平行剪切面的正应力，在一定的剪切速率下测量剪切应力与正应力的关系。

通过实验数据可以得到土体的抗剪强度参数。

2.土压力计试验：通过在土体中插入测量设备，如土压力计、陀螺式测斜仪等，测量垂直于剪切面的正应力和剪应力，从而计算土体的抗剪强度。

3.环剪试验：环剪试验是一种应用于饱和土的试验方法，通过测量环剪试件在应变恢复下的剪应力和正应力，计算土体的抗剪强度。

4.塑性指数试验：土体的塑性指数试验也可以用来间接推算土的抗剪强度。

通过测量土体在不同水分含量下的变形特性，计算土壤塑性指数，从而得知土的剪切强度。

二、土的抗剪强度参数的确定土的抗剪强度参数包括内摩擦角（φ）和剪切强度指数（C）。

内摩擦角是衡量土体粒子内摩擦阻力的参数，剪切强度指数是衡量土体的整体抗剪强度的参数。

内摩擦角的确定可以通过直剪试验等实验方法得到。

在直剪试验中，通过分析剪切应力与正应力之间的关系，可以得到剪切线斜率的正切值，即为内摩擦角的正切值。

内摩擦角的具体数值可以根据土壤类型和试验条件进行确定。

剪切强度指数是一个比较复杂的参数，通常需要通过直剪试验等实验方法来测定。

在直剪试验中，通过测量不同正应力下的剪应力和正应力的关系，可以计算出剪切强度指数。

剪切强度指数的具体数值也需要根据具体的试验条件来确定。