土的抗剪强度指标的计算

土的抗剪强度指标测定一、土的抗剪强度土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限强度。

工程中的地基承载力、挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关，因此，研究土的强度特性，主要是研究土的抗剪性。

建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗这种剪应力的能力，并随剪应力的增加而增大，当这种剪阻力达到某一极限值时，土就要发生剪切破坏，这个极限值就是土的抗剪强度。

如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部分就开始出现剪切破坏，随着荷载的增加，剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。

二、库仑公式(一)土的抗剪强度1776年，法国科学家库仑通过一系列砂土剪切实验，将砂土的抗剪强度表达为滑动面上法向总应力的函数，即后来，经过进一步研究发现黏性土的抗剪强度黏性土的抗剪强度由两部分组成，一部分是摩擦力，另一部分是土粒之间的黏结力，它是由于黏性土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素引起的。

进一步提出黏性土抗剪强度公式:式中: ——土的抗剪强度(kPa);σ——剪切面上法向应力(kPa);φ——土的内摩擦角，即直线与横轴的夹角;c——土的黏聚力(kPa)。

由库仑提出的公式(1-46)和公式(1-47)是土体的强度规律的数学表达式，也称库仑定律，表明在一般的荷载范围内土的抗剪强度与法向应力之间呈线性关系，如图1-15所示，其中c，φ称为土的强度指标。

图1-15 土的抗剪强度与法向应力关系(二)土的抗剪强度指标抗剪强度指标c，φ反映土的抗剪强度变化的规律性，它们的大小反映了土的抗剪强度的高低。

土粒间的内摩擦力通常由两部分组成，一部分是由于剪切面上土颗粒与颗粒接触面所产生的摩擦力; 另一部分是由颗粒之间的相互嵌入和连锁作用产生的咬合力。

咬合力是指当土体相对滑动时，将嵌在其他颗粒之间的土粒拔出所需的力。

黏聚力c是由于黏土颗粒之间的胶结作用，结合水膜以及分子引力作用等引起的。

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。

土的力学性质指标1．压缩系数土的压缩性通常用压缩系数（或压缩模量）来表示，其值由原状土的压缩试验确定。

压缩系数按下式计算：21211000p p e e a --⨯= （1-1） 式中 1000——单位换算系数；a ——土的压缩系数（MPa -1）；p 1、p 2——固结压力（kPa ）：e 1、e 2——相对应于p 1、p 2时的孔隙比。

评价地基压缩性时，按p 1为100kPa ，p 2为200kPa ，相应的压缩系数值以a 1-2划分为低、中、高压缩性，并应按以下规定进行评价：（1）当a 1-2＜0.1MPa -1时，为低压缩性土；（2）当0.1≤a 1-2＜0.5MPa -1时，为中压缩性土；（3）当a 1-2≥0.5MPa -1时，为高压缩性土。

2．压缩模量工程上也常用室内试验求压缩模量E s 作为土的压缩性指标。

压缩模量按下式计算：ae E s 01+= （1-2） 式中 Es ——土的压缩模量（MPa ）；e 0——土的天然（自重压力下）孔隙比；a ——从土的自重应力至土的自重加附加应力段的压缩系数（MPa -1）。

用压缩模量划分压缩性等级和评价土的压缩性可按表1-1规定。

地基土按E s 值划分压缩性等级的规定 表1-13．抗剪强度土在外力作用下抵抗剪切滑动的极限强度，一般用室内直剪、原位直剪、三轴剪切试验、十字板剪切试验、野外标准贯入、动力触探、静力触探等试验方法进行测定。

它是评价地基承载力、边坡稳定性、计算土压力的重要指标。

（1）抗剪强度计算土的抗剪强度一般按下式计算：τf＝σ·tgφ＋c（1-3）式中τf——土的抗剪强度（kPa ）；σ——作用于剪切面上的法向应力（kPa）；φ——土的内摩擦角（°），剪切试验法向应力与剪应力曲线的切线倾斜角；c——土的粘聚力（kPa），剪切试验中土的法向应力为零时的抗剪强度，砂类土c＝0。

（2）土的内摩擦角φ和粘聚力c的求法同一土样切取不少于4个环刀进行不同垂直压力作用下的剪力试验后，用相同的比例尺在坐标纸上绘制抗剪强度τ与法向应力σ的相关直线，直线交τ值的截距却为土的粘聚力c，砂土的c=0，直线的倾斜角即为土的内摩擦角切，见图6-1。

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。