土力学 第5章 土的抗剪强度

第五章土的抗剪强度5.1、5.2土的抗剪强度理论1、土体的抗剪强度组成：土体的抗剪强度主要由内聚力和内摩擦角组成；2、天然休止角：通过漏斗向地面撒沙的时候，沙堆与地面的夹角称为砂土的天然休止角；天然休止角亦最松散状态下的土体内摩擦角；-------同一种砂土、松散和密实状态土体的内摩擦角是不同的，主要因为越密实土体之间的接触面越大、滑动摩擦抗力越大，且越密实咬合摩擦力越大。

3、土体抗剪强度的影响因素：土体的抗剪强度首先取决于土体的C、值（由土体的组成、土的状态、土的结构、应力历史、毛细水压力等决定），其次取决于土体的应力状态，。

4、土体的抗剪强度指标：主要指土体的C、值。

5、抗剪强度主要解决的土力学问题：①各种类型的滑坡→边坡稳定性问题→第七章内容；②挡土结构物的破坏→土压力问题→第六章内容；③地基破坏→基坑承载及地基土稳定性问题→第八章内容；④砂土液化→土体的振动液化特性→第九章内容。

6、各种类型的滑坡：①崩塌：张拉破坏+剪切破坏共同组成；②平移滑动：主要为无粘性土或少粘性土的边坡破坏形式；③旋转滑动：主要为粘性土边坡的破坏形式；④滑流：边坡遇水产生流体似的滑动。

7、土体的内摩擦角：通常由土体之间的滑动摩擦力与咬合摩擦力组成。

（1）粗粒土的内摩擦角的影响主要影响因素有：密度、粒径级配、颗粒形状、矿物成分等，其中前三项影响土体之间的咬合力和接触面积（影响滑动摩擦力），矿物成分主要因为土体的滑动摩擦系数；（2）细粒土的内摩擦角的影响主要影响因素有：细粒土表面存在吸附水膜，颗粒通过吸附水膜间接接触会影响土体的滑动摩擦力，吸附水膜与土颗粒的含水量有关，故其摩擦角的影响因素更为复杂。

8、土体的内聚力：主要指细粒土的黏聚强度，取决于土颗粒之间的库伦力（静电力）、范德华力（分子间引力）、胶结作用和毛细水压力。

9、土体的库仑强度公式：总应力强度公式：；有效应力强度公式：；孔隙水压力不影响土体的抗剪强度，故上述两个相同。

习题5-1解：[作图法] 由题意得，试验结果中已知法向应力 和抗剪强度f ，画出法向应力 和抗剪强度f 关系如下图：由库仑公式f c+tan 可得，a c 50.5kP tan =0.52127.5 ，，即， 于是该土样的内摩擦角27.5 ，黏聚力a c 50.5kP 。

[数学法] 利用最小二乘法做线性回归分析，将抗剪强度看作因变量，法向应力看作自变量，从而2fi 2fi tan 0tan 0tan i i c c c经整理得，fi fi tan 0tan 0i i i c cfi2fi tan tan i i i inc c 最终，τ=50.5+ 0.521σ0501001502002503000100200300400τσfi fi 22fi 1tan 111tan i i i i in n c n n得，tan =0.52127.5 ，即a c 50.5kP 习题5-2解：由题意得，a 1a 3a =26c 20kP 450kP 100kP ，，， 。

代入公式23f 1tan 452c tan 4522，得到处于极限平衡状态时的小主应力：23f 12a 3atan 452c tan 45222626 450tan 45220tan 4522 150.7kP 100kP≥ 所以该土样处于破坏状态。

习题5-3解：（1）由题意得:30 ,1313a13a +400+150400150+cos 2+cos 60337.5kP 2222400150sin 2sin 60108.3kP 22所以与最大主应力面成夹角30 倾斜面上的正应力a 337.5kP ，剪应力a 108.3kP 。

（2）由题已知A 点大主应力1a 400kP ，小主应力3a 150kP ，土的抗剪强度指标c 0 30 ，，代入公式223f 1a 3a30tan 452c tan 45400tan 450222 133.3kP 150kP≤所以A 点土处于稳定状态。

第五章土的抗剪强度及其参数确定土的抗剪强度是土体在受到剪切力作用下抵抗破坏的能力。

土的抗剪强度是土力学中的重要参数，用于设计土体的承载力及稳定性。

土的抗剪强度与土体的力学性质有关，主要包括土粒间的摩擦力和粘聚力。

土粒间的摩擦力是由于土粒之间的接触而产生的阻力，而粘聚力是吸附在土粒表面的水膜力量。

土的抗剪强度可通过劈裂强度和摩擦强度来表示，即抗剪强度=粘聚力+摩擦力。

土体的抗剪强度可通过室内试验测定。

常见的试验方法有直剪试验、三轴剪切试验和扭转试验等。

其中，直剪试验是最简单的一种试验方法，适用于研究土体的剪切特性及其参数的确定。

直剪试验是将土样切割成一定形状的试件，然后施加垂直于剪切面的正压力和平行于剪切面的剪切力，观察土样的破坏模式及其抗剪强度。

试验可以得到剪切应力-剪切应变曲线，从而确定土体的抗剪强度及其参数。

直剪试验中，土样的形状和尺寸对试验结果有一定影响。

常见的土样形状有圆形、方形、矩形等。

土样尺寸的选择要符合土体的工程实际，并考虑统计性。

在试验过程中，还需控制剪切速率、正压力等试验条件。

直剪试验得到的剪切应力-剪切应变曲线常表现为线性段和非线性段。

线性段表征土体的弹性特性，非线性段表征土体的塑性特性。

通过拟合这两个段的曲线，可以确定土体的抗剪强度及其参数。

土体的抗剪强度参数主要包括内摩擦角和粘聚力。

内摩擦角是土体摩擦力大小的一种表征，可通过试验结果计算得到。

粘聚力是土体粘聚力大小的一种表征，需要通过试验得到。

根据试验结果，可以进一步确定土体的抗剪强度参数。

土的抗剪强度及其参数对土体的工程设计和稳定性分析具有重要的意义。

确定准确的抗剪强度参数可以保证土体工程的安全可靠性，也有助于优化土体的设计和施工方案。

因此，在土力学和岩土工程中，研究土的抗剪强度及其参数的确定是一个重要的课题。