下载文档原格式
土力学剪切实验实验报告实验报告：土力学剪切实验一、实验目的通过土力学剪切实验，研究土壤的抗剪特性，了解土壤的剪切强度和抗剪力的变化规律，为土壤工程设计提供依据。
二、实验原理三、实验材料与设备1.实验材料：土壤样本（取自实际工程现场）2.实验设备：剪切试验仪、土壤箱、荷载控制系统、位移测量系统等。
四、实验步骤1.准备土壤样本：根据实验需要，取适量土壤样本，经过筛选去除颗粒较大的土壤。
2.土壤湿度调节：根据实验需要，调节土壤湿度，使其符合实验要求。
3.土壤填充：将土壤均匀地填充到土壤箱中，并进行压实，以消除土壤内部的空隙。
4.样本制备：在土壤箱中放置剪切试验器，调节试验器的位置和尺寸，制备具有标准尺寸和形状的土壤样本。
5.施加荷载：通过荷载控制系统，向土壤样本施加垂直荷载，记录施加的荷载大小和变化情况。
6.施加剪力：通过剪切试验仪，施加水平剪力，产生土壤的剪切变形，记录剪切力的大小和变化情况。
7.测量位移：借助位移测量系统，测量土壤样本在剪切过程中的位移情况。
8.数据处理：结合实验数据，绘制荷载-位移曲线、剪切力-位移曲线等，计算土壤样本的抗剪力和剪切强度等力学参数。
五、实验结果与分析根据实验数据，绘制荷载-位移曲线和剪切力-位移曲线，得到土壤样本在不同荷载和位移条件下的抗剪特性。
根据曲线的形态，可以得出以下结论：1.荷载-位移曲线：随着施加荷载的增加，土壤样本的位移逐渐增大，但位移增大的速率逐渐减小。
2.剪切力-位移曲线：随着剪切位移的增加，剪切力也逐渐增加，并达到峰值后逐渐减小。
根据实验数据和曲线分析，可以计算土壤样本的抗剪力和剪切强度。
通过比较不同条件下的数据，可以得出土壤剪切特性的变化规律，为土壤工程设计提供依据。
六、实验总结通过土力学剪切实验，我们了解了土壤的剪切强度和抗剪力的变化规律。
实验结果可以为土壤工程设计提供重要的参数和依据，帮助工程师选择合适的土壤材料和设计合理的工程结构。
在实验过程中，我们发现实验结果可能受到土壤样本的湿度、压实度等因素的影响，因此在实际工程中，还需按照具体情况选择最适合的剪切实验方法和参数。
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。
第一章：土的物理性质及工程分类名词解释1、土的抗剪强度：土体对外荷载产生剪应力的极限抵抗能力。
2、土的极限平衡状态：摩尔应力圆与抗剪强度线相切时的应力状态。
3、极限平衡条件：根据摩尔库仑破坏准则来研究土体单元处于极限平衡状态时的应力条件及大小主应力之间的关系，该关系称为土的极限平衡条件。
4、孔压系数B ：土体在等向应力状态下由外荷载所引起的孔隙水压力与应力增量的比值。
5、孔压系数A ：土体在偏向应力状态下由外荷载所引起的孔隙水压力与应力增量的比值。
6、应力路径：用摩尔应力圆上一点的轨迹来表示土体斜截面上的应力变化过程，该点移动的轨迹线称为应力路径。
7、灵敏度：原状土的单轴抗压强度与重塑土的单轴抗压强度的比值。
简答1、什么是土的抗剪强度，其有何特点？ 答：土体对外荷载产生剪应力的极限抵抗能力。
土的抗剪强度来源于土粒间的摩擦强度和粘聚强度，而不是土粒的强度。
对于无粘性土只有抗剪强度，而无抗拉强度；粘性土既有抗剪强度，也有抗拉强度。
2、无粘性土抗剪强度的来源及影响因素是什么？ 答：无粘性土抗剪强度的来源于土粒间的内摩擦力，包括表面摩擦力和咬合力。
影响无粘性土抗剪强度的因素有土的物理化学性质、天然密度、含水率及土的结构的影响；此外还受土中孔隙水应力的影响，孔隙水应力越小,有效应力越大,抗剪强度也越大。
3、为什么试验条件不同所测得的抗剪强度不一样？答：土的抗剪强度不仅与土的种类、性质有关，还与试验时的排水条件、剪切速度、应力历史、应力路径等因素有关，其中排水条件影响最为显著。
4、什么是土的极限平衡条件，写出表达式？答：根据摩尔-库伦破坏准则研究土体单元处于极限平衡状态时的应力条件以及大小主应力之间的关系，该关系称为土的极限平衡条件。
对于粘性土：对于无粘性土：⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=245tan 2245tan 231ϕϕσσo o c ⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛-=245tan 2245tan 213ϕϕσσo o c ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=245tan 213ϕσσo ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=245tan 231ϕσσo5、单轴抗压强度试验能否测定一般粘性土的抗剪强度指标？为什么？答：不能，因为通过单轴抗压强度试验只能得到一个摩尔应力圆，对于一般的粘性土，单轴抗压强度试验无法得到抗剪强度包线。
但对于饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验成果，其强度包线近似于一水平线，即ϕu =0，因此无侧限抗压强度试验可用于测定饱和软粘土的不排水强度。
6、同一种土的抗剪强度是定值吗？为什么？答：根据库伦抗剪强度公式，抗剪强度的大小与土的抗剪强度指标有关，试验条件不同土的抗剪强度指标也不一样；另一方面抗剪强度的大小还与截面上的正应力有关，正应力越大，抗剪强度越大。
7、施工单位抢修铁路，在一段原为水塘的地段填筑路基，填筑速度很快，不久发现填土面明显降低，在路基两侧洼地有隆起现象，试说明发生该现象的原因？答：由于软粘土的排水条件较差，施工速度太快，孔隙水来不及排出，孔隙水压力急剧增加，有效应力下降，土的有效抗剪强度降低，地基承载力下降，土体出现了强度破坏，出现填土面明显降低，在路基两侧洼地有隆起现象。
8、什么是K f 线和τf 线？二者有何关系？答：摩尔应力圆的最大剪应力平面的连线，或摩尔应力圆顶点的连线成为K f 线，其倾角为α，截距为d f ；土的抗剪强度线为τf 线，其倾角为内摩擦角φ，截距为粘聚力c 。
二者有如下关系：αϕtg =sinϕcos f d c =第1题 解：根据题意： 1）数解法kpatg tg c f 9.6212324510223245tan 1802452245tan 0000200231=+⨯⨯++⨯=+⨯++⨯=）（）（）（）（φφσσkpa f 40011=>σσ 土体处于弹性平衡状态。
kpatg tg c tg f 8.1112324510223245tan 40024522450000200213=-⨯⨯--⨯=-⨯--=）（）（）（）（φφσσkpa f 18033=<σσ 土体处于弹性平衡状态。
2）图解法以），（0290231kpa =+σσ为圆心kpa R 110231=-=）（σσ为半径,绘制摩尔应力圆。
绘制库仑直线10320+⨯=tg f στ直线与圆相离，故土体处于弹性平衡状态。
第2题 解：根据题意：已知C /=15KPa ，φ/=30°，u=50KPa ，σ1=280KPa ，σ3=150KPa 根据有效应力原理 kPa u 230502801/1=-=-=σσkPa u 100501503/3=-=-=σσkPa6.254)23045(152)23045(100)245(2)245(2///2/3/1=+⨯⨯++⨯=+++⨯=tg tg tg C tg mφφσσ∵kPa kPa m 4106.425/1/1=>=σσ ∴ 该土体单元处于稳定状态。
或 kPa 1.153)245(2)245(///2/1/3=---⨯=φφσσtg C tg m∵kPa kPa m 1601.153/3/3=<=σσ ∴ 该土体单元处于稳定状态。
第3题 解：根据题意：(1) B 1=0.9 B 2=0.95 B 3=0.98A 1=-0.21 A 2=-0.24 A 3=-0.33kPaq kPap 9321932311311=-==+=σσσσ同理：p 2=366.5kPa 、q 2=166.5kPa p 3=539.5kPa 、q 3=239.5kPa 取以上任意两点可确定K f 线方程的斜率：42.05.3665.5395.1665.2392323=--=--=p p q q tg α42.0sin ==αϕtg 25=ϕ用点斜式写出K f 线方程：()33p p tg q q -=-α令p=0 kPa d q f 94.11== kPa d c f 1.1325cos 94.11cos ===φ(2)用图解法如下：分别以（193，0），（366.5，0），（539.5，0）为圆心，以R=93kPa 、166.5kPa 、239.5kPa 为半径在σ-τ坐标内绘制三个极限应力圆，作出公切线，可以得出在τ轴上的截距为13.2kPa ，与σ轴夹角为25°，因此，C cu =13.1kPa 、φcu =25°第4题 解：根据题意：kPa u 140201601'1=-=-=σσkPa u 6020803'3=-=-=σσ在'1σ、'3σ作用下土体单元达到极限平衡状态，应力圆应和强度线相切。
对于正常固结饱和粘土的固结不排水剪试验，其有效抗剪强度线过圆心。
有效应力圆的圆心为：kPa p 1002'3'1'=+=σσ有效应力圆的半径为：kPa q 402'3'1'=-=σσ∴4.01004000sin '''==--=p q ϕ 6.23'=ϕ对于固结不排水剪试验，试样在3σ∆作用下已固结稳定，试样受剪前1u ∆已消散为零，所以有：)(312σσ∆-∆=∆=∆f A u u ∴25.08016020)(312=-=∆-∆∆=σσu A f第5题 解：根据题意：土样1破坏时σ1=235KPa ，σ3=55KPa ，土样2破坏时σ1=429KPa ，σ3=120KPakPa p 1452552352311=+=+=σσ kPa q 902552452311=-=-=σσ kPa p 5.27421204292312=+=+=σσ kPa q 9.15421204292312=-=-=σσ 通过两点确定出Kf 线方程的斜率如下：5.01455.274909.154tan 1212=--=--=p p q q α30tan arcsin ==αϕ用点斜式写出K f 线方程： )(tan 11p p q q -=-α 令p=0，可得：d f =q=17.5kPa ， kPa d C f 2.20cos ==φ某点σ1=170KPa ，σ3=85KPa 所处的应力状态：kPa540)23045(2.202)23045(85)245(2)245(2231=+⨯⨯++⨯=+++⨯= tg tg tg C tg m φφσσ∵kPa kPa m 40054011=>=σσ ∴ 该土体单元处于稳定状态。
第6题 解：根据题意：试样破坏时kPa 2203=σ kPa 390170220131=+=∆+=σσσu u ∆-=∆-=3901'1σσ u u ∆-=∆-=2203'3σσ在'1σ、'3σ作用下土体单元达到极限平衡状态，应满足极限平衡条件())22645(202)22645(2203902+⨯⨯++∆-=∆- tg tg u u ∴ kPa u 1.152=∆固结不排水剪试验，试样在3σ∆作用下已固结稳定，试样受剪前1u ∆已消散为零，所以有：)(312σσ∆-∆=∆=∆f A u u 895.02203901.152)(31=-=∆-∆∆=σσu A f第7题 解：根据题意：（1）kPa 1903=σ kPa u 100=∆kPa u 901001903'3=-=∆-=σσ 试样破坏时，'1σ、'3σ应满足极限平衡条件kPa4.205)22345(02)22345(90)245(2)245(2'''2'3'1=+⨯⨯++⨯=+++⨯=tg tg tg C tg φφσσ（2）样破坏时kPa 1903=σ kPa 375185190131=+=∆+=σσσu u ∆-=∆-=3751'1σσ u u ∆-=∆-=1903'3σσ在'1σ、'3σ作用下土体单元达到极限平衡状态，应满足极限平衡条件())22345(02)22345(1903752+⨯⨯++∆-=∆- tg tg u u ∴ kPa u 8.45=∆（3）对于固结排水剪试验0=∆u1'1σσ= 3'3σσ=试样破坏时，'1σ、'3σ应满足极限平衡条件kPa7.433)22345(02)22345(190)245(2)245(2'''2'3'1=+⨯⨯++⨯=+++⨯=tg tg tg C tg φφσσ∴ kPa 7.2431907.433311=-=+=∆σσσ第8题 解：根据题意：（1）M 点超静孔隙水压力kPa h u w 1001010=⨯==∆γM 点自重应力力kPa h h s 762113182'1=⨯+⨯=+=γγσ加荷瞬间竖向有效应力为kPa u s 166100190761'1=-+=-∆+=σσσ 对于饱和粘性土来说0.1=BkPa B u 80800.131=⨯=∆⨯=∆σ kPa u u u 208010012=-=∆-∆=∆ 对于饱和粘土不固结不排水剪试验，)(313σσσ∆-∆+∆=∆A u 182.08019080100313=--=∆-∆∆-∆=σσσu A（2）加荷瞬间水平向有效应力为：kPa u K s 8.4010080768.030'3=-+⨯=-∆+=σσσ kPa4.122)23045(02)23045(8.40)245(2)245(2///2/3/1=+⨯⨯++⨯=+++⨯=tg tg tg C tg mφφσσ∵kPa kPa m 1664.122/1/1=<=σσ ∴ 该土体单元处于破坏状态。
