土体抗剪强度指标的选用及各种规范的对比

⼟体抗剪强度指标的选⽤及各种规范的对⽐⼟体抗剪强度指标的选⽤⼀、⼟强度指标在深基坑设计中，⼟压⼒的计算是⽀护设计的基础依据和关键所在，⽽在⼟压⼒计算中，⼟体的粘聚⼒c、内摩擦⾓Φ⼜是最基本的参数。

例如，同⼀种饱和粘性⼟，在固结排⽔和固结不排⽔试验中就表现出不同的摩擦⾓，⽽在不固结不排⽔试验中，内摩擦⾓为零。

在进⾏⼟强度指标试验时，分为三种情况考虑，即三轴的不固结不排⽔剪（UU），固结不排⽔剪（CU）及固结排⽔剪（CD），与其相对应的直接剪切试验分别为快剪，固结快剪和慢剪。

有⼈将直剪试验的固结快剪说成是固结不排⽔试验，将快剪称为不排⽔试验，也是错误的。

对于粘性⼟，很快的剪切速度对于粘⼟确实限制了排⽔，其固结快剪指标往往与三轴固结不排⽔试验相近；但是对于粉⼟、砂⼟来说，固结快剪和固结不排⽔可能就完全不同。

由于直剪试验上下盒之间存在缝隙，对于渗透系数⽐较⼤的砂⼟，即便在快剪过程中，这种缝隙也⾜以排⽔。

因此，对于砂⼟⽽⾔，固结快剪、快剪试验得到的指标基本上就是有效应⼒指标。

把三轴固结不排⽔试验指标和固结快剪指标不加区别是错误的。

⼆、各种规范对⼟压⼒计算参数的规定各种规范中关于⼟压⼒的计算参数的规定五花⼋门：1、建设部⾏业标准《建筑基坑⽀护技术规程》（JGJ120－99）对于砂性⼟，采⽤⽔⼟分算，取⼟的固结不排⽔抗剪强度指标或者固结快剪强度指标计算；对于粘性⼟及粉性⼟，采⽤⽔⼟合算，地下⽔以下取饱和重度和总应⼒固结不排⽔（固结快剪）抗剪强度指标计算。

⽔⼟合算，采⽤固结快剪峰值强度指标有争议。

2、冶⾦⼯业部标准《建筑基坑⼯程技术规范》（YB9258－97）⼀般情况宜按照⽔⼟分算原则计算，有效⼟压⼒取有效应⼒抗剪强度指标指标，粘性⼟⽆条件取得有效应⼒强度指标时，可采⽤固结不排⽔（固结快剪）指标代替。

当具有地区⼯程实践经验时，对粘性⼟也可采⽤⽔⼟合算原则，取总应⼒固结不排⽔抗剪强度指标计算。

3、《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）对于砂性⼟，宜按照⽔⼟分算原则计算，对粘性⼟宜按照⽔⼟合算的原则计算。

基坑支护中淤泥软土的抗剪强度取值探讨本文阐述淤泥软土的特性和抗剪强度指标的常用取值方法，对不同的取值方法进行对比，分析淤泥软土抗剪强度指标在基坑支护中的选用。

标签：淤泥软土抗剪强度指标基坑支护1前言软土作为一种软弱土层，抗剪强度低，在基坑工程中容易发生失稳。

在广东地区，软土主要为淤泥或淤泥质土，抗剪强度指标的取值对基坑支护设计在安全性和经济性方面具有重要影响。

对此目前仍然存在一定争议，不同地区，不同规范并不统一。

因此，软土基坑支护设计中对抗剪强度如何取值仍是一个值得探讨的问题。

2淤泥软土的特性在珠三角地区，分布着深厚的淤泥质软土，其物理力学性质是：呈灰～灰黑色，流塑～软塑状，天然含水量大于液限，孔隙比大，力学强度低，压缩性高，渗透性差，灵敏度高。

鉴于以上特点，淤泥软土基坑必须进行专门的基坑支护。

3淤泥软土抗剪强度指标常用取值方法土的抗剪强度指标的测定有原位测试和室内试验两种方法。

原位测试基本在原位应力的条件下进行，但是边界条件不能控制和精确确定，试验结果受外界因素影响。

常用的原位测试方法主要为十字板剪切试验，其可直接测定饱和淤泥软土的不排水强度。

室内试验方法的优点是边界条件可以明确确定并可加以控制，通常采用直剪试验（包括快剪和固结快剪）或三轴剪切试验（包括UU、CU试验）测定。

基坑支护设计中土体的抗剪强度指标常采用室内试验测定。

（1）十字板剪切试验：十字板剪切试验是利用插入土中的标准十字板头，以一定的速率扭转，通过量测土体破坏时的抵抗力矩来测定土体的不排水抗剪强度。

十字板剪切试验是在现场原位进行，对土体扰动较小，较能反映土体的原位强度。

但是，对于不均匀土层，或土层中夹有砂土或粉土的淤泥软土，十字板剪切试验误差较大。

（2）直剪试验：直剪试验是将环刀切取的土试样置入剪切盒中进行剪切，通过不同垂直压力作用下的剪切试验获得抗剪强度参数。

直剪试验分为快剪和固结快剪。

直剪试验优点是仪器结构简单，操作简便。

缺点是：①剪切面不一定是试样抗剪强度最弱的面；②剪切面上的应力分布不均匀；③不能严格控制排水条件（3）三轴剪切试验：三轴剪切试验是在圆柱形试样上施加最大主应力（轴向应力）σ1和最小主应力（围压）σ3，保持其中之一（一般是σ3）不变，改变另一主应力，使试样中的剪应力逐渐增大，直至剪切破坏，由此求得土的抗剪强度。

力 ➢ 1、不固结不排水试验（UU）
➢ 2、固结不排水试验（CU）
学 ➢ 3、固结排水试验（CD）
三轴压缩实验优缺点
土 ➢ 优点：
（1）可严格控制排水条件
力 （2）可量测孔隙水压力 （3）破裂面在最软弱处 ➢ 缺点：
学 （1）2=3，轴对称 （2）实验比较复杂
三、真三轴试验
土 力 学
四、无侧限抗压强度试验
力
f
cu
1 2
1
3
13 1uf 3uf 13
学 在不排水条件土 下体 ，孔 饱隙 和水压 B力 1，系改数变周
压力增量只会水 引压 起力 孔的 隙变化引 ，起 而土 不体 会 有效应力的变样 化在 ，剪 各切 试破坏应 前力 的相 有等 效 以抗剪强度不变。
二、固结不排水抗剪强度
0点说明未受任何固结压力的土，它不具有抗
学 ③土单元体的任何一个面上τ=τf时，就会发生剪 切破坏。此时土单元体的应力状态满足极限平 衡条件。
四 极限平衡条件的应用
土 已知土内一点M的主应力σ1m和σ3m ,以及土的内 摩擦角C、φ，可以判断该点土体是否破坏。
对于无粘性土
力1
m
sin
1 1 m 1m
3m 3m
m
学
＞
m
m
＜
m
莫尔应力圆的
半径
1 2
1
3
圆心：
(1 2
1
3
,0 )
土
A
I. II. III.
c
力
莫尔圆与抗剪强度之间的关系
抗剪强度包线与莫尔应力圆之间的关系有三种：
学 •（1）整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方 •（2）莫尔圆与抗剪强度包线相切（切点为A） •（3）莫尔圆与抗剪强度包线相割

土的剪切试验：室内试验有直剪，三轴压缩、无侧限抗压等方法，室外试验主要是十字板剪切试验(1)快剪(Q) 与不排水剪(UU)快剪与不排水剪用于模拟土体来不及固结排水就较快加载以至剪切破坏的情况。

但由于直剪仪不能有效地控制排水条件,直剪的快剪试验与三轴剪的不排水剪试验结果并不完全相同,其差别主要取决于土样的透水性强弱。

对于透水性很强的砂土,直剪的快剪可以相当于三轴剪的排水剪;而对于透水性很弱的黏土,2 种试验的结果相近。

近年来,由于房屋建筑施工周期短,结构荷载增长速度快,地基稳定性验算一般应采用快剪或不排水剪指标;验算斜坡稳定性时,若土体排水条件差、透水性较弱,也应采用快剪或不排水剪指标。

(2) 固结快剪(CQ)与固结不排水剪(CU)固结快剪与固结不排水剪试验用于模拟土体在自重或正常荷载下已充分固结,而后荷载突然增加的情况。

固结快剪与固结不排水剪试验的结果是否一致同样取决于土体的渗透性大小。

对于砂土,直剪仪的固结快剪相当于三轴排水剪。

在实际工程中,当建筑物在施工期间已排水固结,但竣工后有大量或突发活载施于其上时,可以采用固结快剪或固结不排水剪强度指标。

(3) 慢剪(S) 与排水剪(CD)慢剪与排水剪试验用于模拟土体充分固结后才开始缓慢施加荷载的情况。

由于慢剪及排水剪试验中孔隙水压力u 始终为零,即总应力等于有效应力,强度指标φs、Cs 与φd、Cd 一致,可近似替代有效应力强度指标φ′、C′, 即φs≈φd≈φ′, Cs≈ Cd≈ C′。

当土体透水性较强、排水条件良好、建筑施工速度较慢时,可采用慢剪或排水剪试验的强度指标。

抗剪指标试验方法的针对性三轴试验：UU实验---适用于渗透系数小的土体，施工进度快，在施工期无排水固结；CU实验---适用于在一定压力条件下，已固结排水土体，但应力增加时不排水；CD实验---适用于排水条件良好的土体，施工进度慢，在施工期不产生孔隙水压力不固结不排水剪（UU试验）试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都不允许排水，即从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不会消散。

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。

一、土的抗剪性
土是由固体颗粒组成的，土粒间的连结强度远远小于土粒本身的强度，故在外力作用下土粒 之间发生相互错动，引起土中的一部分相对另一部分产生滑动。土粒抵抗这种滑动的性能， 称为土的抗剪性。 土的抗剪性是由土的内摩擦角 φ 和内聚力 c 两个指标决定。对于高层建筑地基稳定性分析、 斜坡稳定性分析及支护等问题，c、φ 值是必不可少的指标。 无粘性土一般没有粘结力，抗剪力主要由颗粒间的滑动摩擦以及凹凸面间镶嵌作用所产生的 摩擦力组成，指标"内摩擦角 φ"值的大小，体现了土粒间摩擦力的强弱，也反映了土的抗 剪能力； 粘性土的抗剪力不仅有颗粒间的摩擦力，还有相互粘结力，不同种类的粘性土，具有不同的 粘结力，指标"内聚力 c"值的大小，体现了粘结力的强弱。因此，对于粘性土的抗剪能力， 由内摩擦角 φ 和粘聚力 c 两个指标决定。
三、影响土体抗剪强度的因素分析
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。
一、直接剪切试验
直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，前者是等速推动试样产生位移，测定相应的 剪应力，后者则是对试件分级施加水平剪应力测定相应的位移，目前我国普遍采用的是应变 控制式直剪仪。
应变控制式直剪仪主要部件由固定的上盒和活动的下盒组成，试样放在盒内上下两块透 水石之间。试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试件施加某一垂直压力 σ，然后等 速转动手轮对下盒施加水平推力，使试样在上下盒的水平接触面上产生剪切变形，直至破坏， 剪应力的大小可借助与上盒接触的量力环的变形值计算确定。假设这时土样所承受的水平向 推力为 T，土样的水平横断面面积为 A，那么，作用在土样上的法向应力则为σ＝P/A，而 土的抗剪强度就可以表示为 f ＝T/A。ຫໍສະໝຸດ 主要内容第一节 概述

水利工程中土体抗剪强度指标的选用摘要：水利工程建设过程中需要对建筑物地基承受外部荷载后的稳定性、填方边坡或挖方边坡在外部作用力和土体自身重力作用下的稳定性、挡土结构物之上的土体压力等问题进行研究。

这些问题都涉及土体之间沿着某一个面产生滑动的情况，即土体间抵抗滑动的能力。

土体抗滑能力的关键因素是土体的抗剪强度。

不同土体的物理力学性质不可能完全一样，同一土层的参数在不同位置也不完全一样，因此抗剪强度的指标选取非常重要。

关键词:抗剪强度；稳定分析；直接剪切试验；三轴压缩试验；固结引言传统水利工程通常位于村庄外围等开放地区，对周围环境的影响较小。

随着社会经济的发展，城市化水平不断提高，城市发展不可避免地对城市水的更新提出了更高的要求。

但是，城市地区的水利工程、复杂的周边环境(公路、建筑物、地下管道等)。

)和地形约束限制了需要特定支撑测量的挖方和填方方法。

目前，钢管桩、钢筋混凝土桩、水陆重墙和连续地下墙常用于基坑支护。

桩身通常用于浅挖，实施灵活实用，桩身可回收，但整体刚度较低，水平位移较大；钢筋混凝土喷桩密对准布置在墙体结构上，整体刚度较大，支撑效果较好，但桩间隙可能成为渗漏通道，因此需特别布置水帘，施工成本较高；此外，在坑底有较厚的柠檬层的情况下，不宜使用“喷桩+锚固”解决方案；地下连续墙的强度、刚性、技术成熟度、安全性和可靠性，但施工技术复杂，投资高，环境影响大；水陆重力分离器耐渗性好，但弯曲强度低，厚度大，指纹大，适用于浅埋。

1土体抗剪强度指标及其确定方法在外部荷载和自身重力作用下，水工建筑物、地基内部产生剪应力，土体产生抵抗这种变形的阻力。

随着剪应力的增加，土体剪应力随之增大，但是土体的抗剪强度是有限度的，达到这个限度时，土体将会在剪应力作用下产生相对位移，土体随之破坏，这个限度就是土体的抗剪强度。

土体抗剪强度由黏聚力c和内摩擦角*来表示，它们称为土的抗剪强度指标。

在外部荷载作用下，土体产生抵抗外部荷载的力，这种力称为总应力。

土的抗剪强度试验方法及指标的应用土的抗剪强度是指土体在受剪力作用下所表现出的抵抗剪切破坏的能力。

这是衡量土体抵御剪切破坏的能力的重要指标，而抗剪强度试验方法及指标的应用则是评估土体抵御剪切破坏能力的重要工具。

本文将详细介绍土的抗剪强度试验方法及指标的应用。

一、土的抗剪强度试验方法1、直剪试验法直剪试验法是一种较为简单易行的试验方法，广泛应用于土体的抗剪强度测定。

在直剪试验中，试样呈矩形或正方形，被放在两块平行的板块间，然后沿垂直于试样的方向施加剪切力。

试样的大小和形状决定了应力集中度，因此试样的尺寸和样品数量都是影响试验精度的重要因素。

2、剪切试验法剪切试验法是一种标准的土壤试验方法，其原理为在中心的圆柱型试样上施加正常压力，使试样两侧形成最大切线受力，从而破坏试样。

在试验时，可以通过改变饱和度、干湿程度、剪切速度等因素来控制试验条件。

3、三轴压缩试验法三轴压缩试验法是一种较为复杂的试验方法，常用于测定粘性土体的抗剪强度。

在试验中，试样被放置在固体地面上，并被均匀的压力包围，然后连续的施加压力，最后使土样达到最大应力，从而达到抗剪破坏。

二、土的抗剪强度指标的应用1、抗剪强度指标的应用抗剪强度指标是评估土体抗剪能力的重要指标。

在土体力学分析中，往往采用一些抗剪强度指标来评定土体的抗剪能力，如摩尔库仑准则、穆勒-布雷曼准则、龙格兰日流动准则等。

2、抗裂强度指标的应用抗裂强度指标常常用于估计土体在剪切作用下的破裂和开裂特性。

在土工工程中，常将抗裂强度指标用于土体的支撑能力及岩体的稳定性评估等方面。

3、剪切模量指标的应用剪切模量指标可用于评估土体的应变损失、弹性变形及非线性变形性能。

在场地工程中，如地基处理、坡面稳定、深基坑支护等，常需要对土体的非线性变形特性做出准确的分析和评估，此时剪切模量指标是一种重要的分析工具。

4、应变硬化模量指标的应用应变硬化模量指标可用于评估土体的变形及破碎特性。

在土体的高应变剪切破坏分析中，常用应变硬化模量指标来评估土体的破裂性质和剪切破坏模式。

（1）2=3，轴对称？？
（2）实验比较复杂
例：某饱和粘性土试样在三轴压缩仪中进 行固结不排水试验，周围压力3=100kPa，破坏
时 1=120kPa ，实测孔隙水压力 uf=40kPa ，土
样有效内摩擦角 =27 ，有效粘聚力 c=6kPa ， 试计算： 试件中的最大剪应力max； 与水平面夹角为58.5 的平面上的法向应
直剪试验根据排水条件可分为： 快剪、固结快剪和慢剪。 快剪试验是在试样施加竖向压力后，立即快速施
加水平剪应力使试样剪切破坏。
固结快剪是允许试样在竖向压力下排水，待固结
稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。
慢剪试验是允许试样在竖向压力下排水，待固结
稳定后，以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切

密砂 由粒间咬合力所引起
松砂 (a) 松砂

e e0 ecr e 0
密应力为 ' u f 133 40 93kPa
抗剪强度
f 6 93 tg27 53.4kPa
由上计算可见：
在 =45 的平面上，虽然剪应力最大，但
其抗剪强度f>max，故该平面不发生剪切破坏； 而 在 =58.5 ( 即 45+ /2 ) 的 平 面 上 ， 虽 然
抗剪强度指标的选择
不同排水条件的试验方法比较
试验方法 强度指标 不固 结不 排水 (UU) 快剪 孔隙水压力u的变化 剪前 剪切过程中 适用条件
cu, u, cq, q
u1>0 正常 固结 土
地基为不易排 u1=u1+u0 水的饱和软粘土， (不断变化) 建筑物施工速度 快，以及斜坡的 稳定性验算等
而实际的3=100kPa，小于按极限平衡条件 所求得的3，故可判断该点已剪切破坏。

科 技刨 新
环 球市 场信 息导报
土的抗剪 强度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ验方 法及指标 的应用
◎齐 万 义
土是 自然界漫长的地质年代内所形成 的一种非连续 、各向异 比较困难 的，在只知道总应 力条件下 ，就只可用 总应力法使用总 性 明显的多孔松散堆积物 ，是由固体颗粒 、水和气体三相体系组 应力指标来进行计算。 成 的。 即使 是 同一 土 层 ，其 性质 仍 有 一 定 的差 异 。 它 既不 是理 想 关于强度指标的正确选用， 目前在一些工程技术人员中存在 的弹性材料 ，也不是理想的塑性材料 ，土的三相组成使其工程性 些误解或者模糊的认识 ，这需要我们 加强对土力学基本概念和 质 表现相 当复杂性质复杂、不均匀、各 向异性 的材料 ，三相之间 原理的理解并在工程实践中逐步提高 ，正确合理地解决与土的强 的相 互作用对土的抗剪强度有很大的影响 ，同时，土中的孔 隙水 度有关的工程问题。 压力等对土 的强度影 响也是不可忽视的。根据有效应力原理 ，土 不固结不排水试验的应用。不固结不排水剪强度是在完全不 的强度指标 中分为有效应力强度指标和总应力强度指标 ，总应 力 排水条件下试验得到的， 它是土体在某个应力状态下的总强度 。 如 强度指标 又分为固结 不排水和不固结不排水强度指标。在室内或 果这个应力状态是天然状态 ，则这个强度就是天然强度 ，如果是 室外试验与测试 中，不同的试验方法或条件所测得测得结果是有 在某种条件下预固结后再取土做 的不固结不排水试验 ，那么这个 较 大差别的。这就需要我们尽可能选择选择与工程实际条件相似 强度就表示预压结束时 的总强度 ，与天然强度之差就是土的强度 的试验 方法。土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力 ，是 随固结度的增长而增长 的量 ，无论什么条件下得到的不固结不排 土的重要力学性质之一。主要对与土的抗剪强度有关的试验 方法 水强度都只能给 出一个总强度。理论上不固结不排水得到 的抗 剪 及其在工程中应用的问题做 了介绍和探讨 。 强度指标 ＝ ０ ，但实际测试中得到 的 一般都大于 ０ ，这主要是 由 ０ ） 减 少到总应力为 土强度的试验方法及应用。土的抗剪 强度是指 土体抵抗剪切 于饱和土在取样过程土样从原位 应力状态 ＞ 破坏的能力。在土力学 中，采用摩尔一库仑强度准则 ，用内摩擦 ０ ， 而为了能够保持原状土 的不回弹与体积不变，需要有一个负的 角和 内聚力两个指标描述土的抗剪强度规律 ， 即在土的破裂面上 ， 超 静 孔 隙水压 力 ，即 ｒ － ￣ｌ －ｌ ｒ 。 抗剪强度随法向应力增长 的规律。土的抗 剪强度指标和土的原始 如果不能满足试样完全不回弹与不扰动 ，则可 以在原位有效 状态 、应力路径 、应力历史 、排水条件等因素有关 ，考虑不 同因 自重压力下固结 ， 然后再进行三轴不排水试验测定土的强度指标。 素影 响时 ， 应采用不同的试验方法。土的抗剪强度的试验方法，目 如果取样后土样有的有效应力已经减 少，甚至巳卸载到 ０，则需 前室内最常用的是直接剪切试验和三轴压缩试验 ，后者是较 为完 要施加固结压力ｏ ３ ＝ － ｕ ｒ 使试样的体积与原位体积相同。 对于一正 善 的 方法。土 的剪 切试 验有 三种 方法 ：① 不 固结 不排 水 水剪 常固结饱和带土层 ，可取其层中点的有效 自重应力固结 到原位体 （ Ｕ Ｕ） ； ② 固结不排水剪 （ Ｃ Ｕ） ； ③排水剪 （ ｃ Ｄ ） 。 积以后 ，再进行几个围压 的三轴不固结不排水试验 ，而不能按每 根据有效应力原理 ， 土的抗剪强度是由土的有效应力决定 的， 深度 的实际 自重应力分别固结 ，再将用不同深度的试样破坏时 孔隙水压 力对于土的抗剪强度没有任何 作用 ，在没有超静孔隙水 的莫尔圆的包线作 为强度包线 ，这样得到 的强度指标就不是不排 压力或者孔隙水压力可以确定时，都应当用有效应力强度指标 。 水而是固结不排水的强度指标 了。无侧限压缩试验得到的强度 ｑ ｕ 上述 ３种试验方法 中不固结不排水剪试验结果只能用总应力 有时也叫做无侧 限抗压强度。它是 ｕ ｕ 试验的一种特殊情况 ，亦 ，而实际的有效围压为． Ｕ ｒ 。用这种试验 同样可 指标 表示，排水剪试验结果就是有效应 力指标 （ Ｑ ｄ ＝ ） ，只有固 即施加的围压为 ０ 结不排水剪试验结果可用总应力或有效应力指标来表示。 以得到不排水抗 剪强度 Ｃ ｕ ＝ ｑ ｕ ／ ２ 。 原位 的十字板剪切试验也是测定饱和软粘 土不排水强度的一 种方法。由于受试验的应力状态与应力路径、土样的扰动程度 、 仪 器设备的影响 ，通过现场十宇板剪切试验、无侧 限压缩试验 、不 排水三轴试验 和直剪试验 的快剪试 验得到的结果不可 能完全一

土的抗剪强度要的性质之一。

本文主要介绍了与土的抗剪强度的有关的试验，并对于相关试验优缺点进行评价分析。

1. 概述土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。

在土力学中，采用摩尔-库仑强度准则，用内摩擦角和内聚力两个指标描述土的抗剪强度规律，即在土的破裂面上，抗剪强度随法向应力增长的规律。

土的抗剪强度在计算承载力、评价地基稳定性以及计算挡土墙土压力时，都有重要的应用。

因此，正确的测定土的抗剪强度，对于计算和评价土体的性质有重要的意义。

根据土体受力面和受力方式不同，测定土的抗剪强度的方法和仪器也不同，目前常用的方法主要有室内的直接剪切试验、无侧限抗压强度试验和三轴压缩试验及原位的十字板剪切试验等。

本文主要针对直接剪切试验和三轴压缩试验进行分析对比。

2. 实验室测定土的抗剪强度的方法实验室测定土的抗剪强度主要通过直接剪切试验和三轴压缩试验，其对应的仪器为直接剪切仪和三轴压缩仪。

2.1 直接剪切试验。

直接剪切试验是在某一预订的面上剪切土的试件，测定该面上的剪应力和抗剪强度的试验。

我国目前普遍采用的是应变控制式直剪仪，如图1，对试样施加某一法向应力，然后等速推动下盒，使试样在沿上下盒之间的水平面上受剪直至破坏，剪应力的大小可借助与上盒接触的量力环而确定。

根据试样在剪切过程中剪应力与剪切位移之间的关系曲线，如图2（2-a），可以确定抗剪强度f。

通常同一种土取4个试样，分别在不同的法向应力下剪切破坏，可将试验结果绘制成如图2（2-b）所示的抗剪强度f与法向应力之间的关系曲线。

按照剪切前土的固结程度，剪切时排水的条件以及剪切加荷的快慢，直接剪切试验方法可分3种：（1）快剪试验(不排水剪) 。

对试样施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。

一般从加荷到剪坏只用3～5min。

由于剪切速率快，可认为整个过程不排水。

（2）固结快剪试验(固结不排水剪) 。

在法向压力下试样充分排水，待完全固结后，再快速施加水平剪力使试样剪切破坏。

各类土体抗剪强度标准
土的抗剪强度指标包括土的黏聚力和土的内摩擦角。

这些指标是通过试验得出的，反映了土的抗剪强度的高低。

具体来说，土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的能力，其大小与土的黏聚力和内摩擦角有关。

土的黏聚力是由于粘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，而内摩擦角则反映了土的摩阻性质，其大小取决于土粒间的摩阻力和连锁作用。

对于不同类型的土，其抗剪强度标准也会有所不同。

例如，粉土的内摩擦角一般为18～25°，粘聚力一般为5～10KPa；而圆粒土的内摩擦角一般为18～22°，粘聚力非常小，可以看做0。

此外，土的抗剪强度还会受到其他因素的影响，如土的密度、颗粒的粗糙度和粒径级配的均匀性等。

因此，在实际工程中，需要根据具体情况进行试验和分析，以确定各类土体的抗剪强度标准。

总的来说，土的抗剪强度标准是一个复杂的问题，需要考虑多种因素。

在实际工程中，需要结合具体情况进行试验和分析，以确定各类土体的抗剪强度指标，为工程设计和施工提供可靠的依据。

土体抗剪强度指标的选用一、土强度指标在深基坑设计中，土压力的计算是支护设计的基础依据和关键所在，而在土压力计算中，土体的粘聚力c、内摩擦角Φ又是最基本的参数。

例如，同一种饱和粘性土，在固结排水和固结不排水试验中就表现出不同的摩擦角，而在不固结不排水试验中，内摩擦角为零。

在进行土强度指标试验时，分为三种情况考虑，即三轴的不固结不排水剪（UU），固结不排水剪（CU）及固结排水剪（CD），与其相对应的直接剪切试验分别为快剪，固结快剪和慢剪。

有人将直剪试验的固结快剪说成是固结不排水试验，将快剪称为不排水试验，也是错误的。

对于粘性土，很快的剪切速度对于粘土确实限制了排水，其固结快剪指标往往与三轴固结不排水试验相近；但是对于粉土、砂土来说，固结快剪和固结不排水可能就完全不同。

由于直剪试验上下盒之间存在缝隙，对于渗透系数比较大的砂土，即便在快剪过程中，这种缝隙也足以排水。

因此，对于砂土而言，固结快剪、快剪试验得到的指标基本上就是有效应力指标。

把三轴固结不排水试验指标和固结快剪指标不加区别是错误的。

二、各种规范对土压力计算参数的规定各种规范中关于土压力的计算参数的规定五花八门：1、建设部行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－99）对于砂性土，采用水土分算，取土的固结不排水抗剪强度指标或者固结快剪强度指标计算；对于粘性土及粉性土，采用水土合算，地下水以下取饱和重度和总应力固结不排水（固结快剪）抗剪强度指标计算。

水土合算，采用固结快剪峰值强度指标有争议。

2、冶金工业部标准《建筑基坑工程技术规范》（YB9258－97）一般情况宜按照水土分算原则计算，有效土压力取有效应力抗剪强度指标指标，粘性土无条件取得有效应力强度指标时，可采用固结不排水（固结快剪）指标代替。

当具有地区工程实践经验时，对粘性土也可采用水土合算原则，取总应力固结不排水抗剪强度指标计算。

3、《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）对于砂性土，宜按照水土分算原则计算，对粘性土宜按照水土合算的原则计算。

土的抗剪强度试验与指标土的抗剪强度试验是土工学中常用的一种试验方法，旨在评估土体抵抗剪切破坏的能力。

抗剪强度是指土体在受到剪切力作用下抵抗剪切变形的能力，是土体力学性质的重要指标之一、下面将针对土的抗剪强度试验和相关指标进行详细介绍。

1.抗剪强度试验的基本原理和方法抗剪强度试验主要包括直剪试验和剪切试验两种方法。

（1）直剪试验：直剪试验是将土样加装在剪切盒内，然后施加垂直于剪切面的正应力，同时使剪切盒两侧施加水平剪切力，通过测量剪切应力、剪切应变和剪切变形等参数来评估土体的抗剪强度。

直剪试验方法简单，适用于饱和土样。

（2）剪切试验：剪切试验是将土样加装在剪切装置内，然后通过外加剪切力和测量压力垫片的变形，来计算土体的抗剪强度。

剪切试验方法繁琐，适用于不饱和土样。

2.抗剪强度指标（1）摩擦角（friction angle）：摩擦角是衡量土体抗剪性能的重要指标，表示土体内摩擦力的最大值。

在直剪试验中，摩擦角可通过剪切应力与正应力之间的关系计算得到。

（2）剪切强度（shear strength）：剪切强度是土体在剪切试验中的抵抗剪切破坏的能力，可以用剪切应力表示。

剪切强度也可以使用摩擦角和正应力的关系来计算。

（3）剪切应力-剪切应变曲线：剪切应力-剪切应变曲线可以反映土体的变形行为和破坏特性。

在剪切试验中，当土体受到一定的剪切应力后，剪切应变将发生快速增长，曲线呈现出明显的弯曲特征。

（4）剪切模量（shear modulus）：剪切模量是描述土体抵抗剪切变形的能力的指标，可表示为剪应力与剪应变的比值。

剪切模量可以用来评估土的稳定性和变形特性。

（5）内摩擦角（internal friction angle）：内摩擦角是指土体内部颗粒之间的摩擦角，主要用于研究土体内部颗粒间的相互作用。

内摩擦角是土体内部抗剪性能的重要指标。

3.抗剪强度试验的应用抗剪强度试验可以用于土工工程中的各种问题和设计计算中。

例如，在土体稳定性的评估中，抗剪强度试验可以用来确定土体的抗剪强度参数，从而分析土体的稳定性问题。

=

c ＋p tan
对于c＝0的土，称为纯摩擦材料， 内摩阻力包括土粒之间的表面摩擦力和 由于土粒之间的联锁作用而产生的咬合 力。咬合力是指当土体相对滑动时，将 嵌在其它颗粒之间的土粒拔出所需的力， 土越密实，联锁作用则越强。



=

c ＋p tan
对于 ＝0的土，称为凝聚性材料， 构成内聚力的物理原因是土的细颗粒表 面作用，是一种物理化学作用。
快剪 不用透水板 立即剪切 用透水板
剪应力
快速
结果
固结快剪 慢剪
快速 慢速
剪切时透水 途径通畅
用透水板
直剪仪不能有效地控制排水

直剪仪中的土样无法封闭，无论土 样承受法向应力或剪应力，无论剪切速 度多快，孔隙水总会沿着土样和环刀之 间的缝隙流失，无法测定不排水条件下 的强度，使快剪试验的结果特别离散， 而且内摩擦角往往偏大，用于工程是偏 于危险的；在固结快剪试验中，剪切时 的排水也使内摩擦角偏大。
2
= 450 tg2 32 2 20 tg32 = 150.5kPa

计算结果可以认为的计算值与已知值相等，所以 该土样处于极限平衡状态。
对上述问题：内摩擦角为 =26°， 粘聚力为20kPa，承受大主应力和小主应 力分别为450kPa和150kPa 如果用图解法，则同样会得到摩尔 应力圆与抗剪强度线相切的结果。
原始粘聚力主要是由于土粒间水膜受 到相邻土粒之间的电分子引力而形成的， 当土被压密时，土粒间的距离减小，原始 粘聚力随之增大。当土的天然结构被破坏 时，原始粘聚力将丧失一些，但会随着时 间而恢复其中的一部分或全部。 固化粘聚力是由于土中化合物的胶结 作用而形成的，当土的天然结构被破坏时， 则固化粘聚力随之丧失，而且不能恢复。

东北大学班级：土木1003组长：邢民组员：修佳林，孙为，周锦涛，薛普琛，张忠江，张彧有关不同实验所得的抗剪强度指标c、φ值的应用范围研究根据题意有四种试验方法：（1）不固结不排水试验（快剪）（2）固结不排水试验（固结快剪）（3）固结排水试验（慢剪）（4）三轴压缩试验1.根据《土力学地基基础》，作者：陈希哲第四版教材第151页指出：（1）三轴压缩试验应用范围：三轴压缩试验，实质上是三轴剪切试验。

这是测试土体抗剪强度的一种较精准的试验。

因此，在重大工程与科学研究中经常进行三轴压缩试验。

国家《建筑地基基础设计规范》规定，甲级建筑物应采用三轴压缩试验。

对于其他等级建筑物，如为可塑状粘性土与饱和度不大于0.5的粉土时，可采用直剪试验。

根据三轴压缩试验过程中试样的固结条件与空隙水压力是否消散的情况，可分为三种试验方法，同一试样，采用不同方法的试验方法，试验结果所得到的抗剪强度指标c与φ的值一般不相同。

（2）不固结不排水试验在试样施加周围压力之前，即将试样的排水阀关闭，在不固结的情况下即施加轴向力进行剪切。

在剪切过程中排水阀始终关闭，即不排水。

在整个试验过程中不让土中的水排出，使试样中始终存在空隙水压力，因此土中偶笑应力减少，所以试验结果测得的抗剪强度值最小。

（3）固结不排水试验这种试验方法与上述不固结不排水试验的不同之处为：施加周围压力时，试样充分排水固结。

固结后在快速施加水平剪力，这样测得的试验结果抗剪强度值居中。

（4）固结排水试验此方法与固结不排水的主要区别是在剪切过程中，自始至终打开排水阀，剪切速度缓慢。

每次剪切后都固结排水，使试样在整个试验过程中都处于充分排水条件下，这种实验结果测得的抗剪强度值最大。

根据文献关于土的抗剪强度应用的探讨缪志萍(江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003)2.强度指标在工程上的应用范围（1）有效应力强度指标与总应力强度指标土的抗剪强度指标分为有效应力强度指标和总应力强度指标。

(1)试验条件
• 施加围压充分固结
试 样
• 施加(1 -)时，阀
剪对于切门传饱过关感和程闭器土中，，试的可量连测样超接剪：静孔切孔孔压 过压隙系水数压B力=1.u0 对于程水剪中压切u产力=过B生Au程的(超中静无孔体隙积变=化A：(
• u0，=A-=u1/3
剪切过程中发生剪缩：
A>1/3
剪切过程中发生剪胀：
分，以保证无超静孔压水 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. 快剪（不排水剪） 施加正应力后立即剪切 3-5分钟内剪切破坏
试验过程中的应力变化 P
zx z
A
x
S
xz
T
在试验资料的分析中，假定试件中的剪应力均匀分布，
在但缘加事的剪应应实力变上以最并前大非，，如试而此件处试。于件当侧的试限中件状间被态部剪，分破2的时＝应，3 变靠＝k相近 对剪1 要力小盒得边1
• 由于土的抗剪强度受排水条件的影响显著，故试验结果不够 理想。但由于它具有的优点，故仍为一般工程广泛采用。
3. 试验优缺点
P
A
类似试验： 环剪试验 单剪试验
S T
优点 设备简单，操作方便 结果便于整理 测试时间短
缺点 试样应力状态复杂 应变不均匀 不能精确控制排水条件 剪切面固定
土样
1、试验原理与资料处理
P
A
S
T
f
τf=c＋tg
c O
f
σ = 300KPa σ = 200KPa σ = 100KPa
ε
2、试验分类
通过控制剪切速率来近 似模拟排水条件
P A
S T
6转/分钟－－慢剪 12转/分钟－－快剪