土体抗剪强度指标的选用及各种规范的对比

5 土的抗剪强度Shear strength of soilPPT: soilfoundation@ (password:foundation)周葆春博士副教授Email：zhoubcxynu@15.1 土的抗剪强度概述5.2 抗剪强度的测定方法5.3 孔隙压力系数5.4 土的抗剪强度指标5.5 应力路径25.4 土的抗剪强度指标5.4.1 粘性土在不同固结和排水条件下的抗剪强度指标5.4.2 粘性土的残余强度指标5.4.3 无粘性土的抗剪强度指标5.4.4 抗剪强度指标的选择35.4.1.1 固结不排水剪强度指标1. 特点饱和粘性土的固结不排水抗剪强度在一定程度上受应力历史的影响，因此，在研究粘性土的因结不排水强度时，要区别试样是正常固结还是超固结。

如果试样所受到的σ3>pc，属于正常固结试样；如果σ3<pc，则属于超固结试样。

试验结果证明，这两种不同固结状态的试样，其抗剪强度性状是不同的。

饱和粘性土固结不排水试验时，试样在σ3作用下充分排水固结，Δu1＝0，在不排水条件下，施加偏应力剪切时，试样中的孔隙水压力随偏应力的增加而不断变化，Δu2＝A(Δσ1-Δσ3)。

56正常固结试样剪切时体积有减少的趋势(剪缩)。

但由于不允许排水，产生正的孔隙水压力。

超固结试样在剪切时体积有增加的趋势( 剪胀)，开始产生正的孔隙水压力，以后转为负值。

(a)主应力差与轴向应变的关系(b)孔隙水压力与轴向应变的关系剪切过程中的超静孔隙水压力Δu 对于饱和土试样：孔压系数B=1.0Δu =BA (Δσ1−Δσ3)= A (Δσ1−Δσ3)对于剪切过程中无剪胀性：A =1/3剪切过程中发生剪缩：A >1/3剪切过程中发生剪胀：A <1/3 (甚至可能A<0，u <0 ）土体破坏时的A值f782.正常固结土的固结不排水试验结果有效应力圆与总应力圆直径相等、仅位置不同。

两者之间的距离为u f ，因为正常固结试样在剪切破坏时产生正的孔隙水压力，故有效应力圆在总应力圆的左方。

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。

第4章土的抗剪强度§4.1概述土的抗剪强度是指土体对外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。

在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土体某点由外力产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑移，该点便发生剪切破坏。

工程实践和室内试验都证明了土是由于受剪而产生破坏，剪切破坏是土体强度破坏的重要特点，因此，土的强度问题实质就是土的抗剪强度问题。

在工程实践中与土的抗剪强度有关的工程问题，主要有以下三类（图4-1）：第一，是土作为材料构成的土工构筑物的稳定问题，如土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等稳定问题（图4-1a）；第二，是土作为工程构筑物的环境的问题，即土压力问题，如挡土墙、地下结构等的周围土体，它的强度破坏将造成对墙体过大的侧向土压力，以至可能导致这些工程构筑物发生滑动、倾覆等破坏事故（图4-1b）；第三，是土作为建筑物地基的承载力问题，如果基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形，都会造成上部结构的破坏或影响其正常使用的事故（图4-1c）。

图4-1 工程中土的强度问题（a）土坡滑动；（b）挡土墙倾覆；（c）地基失稳§4.2土的强度理论与强度指标4.2.1 抗剪强度的库仑定律土体发生剪切破坏时，将沿着其内部某一曲线面（滑动面）产生相对滑动，而该滑动面上的剪应力就等于土的抗剪强度。

1776年，法国学者库仑（C.A.Coulomb）根据砂土的试验结果（图4-2a），将土的抗剪强度表达为滑动面上法向应力的函数，即（4-1）τtanσϕ=⋅f以后库仑又根据粘土的试验结果（图4-2b），提出更为普遍的抗剪强度表达形式：（4-2）τtanσϕ⋅=c+f式中τ—土的抗剪强度，kPa；fσ—剪切滑动面上的法向应力，kPa；c—土的粘聚力，kPa；ϕ—土的内摩擦角，（ ）。

式（4-1）和式（4-2）就是土的强度规律的数学表达式，它是库仑在十八世纪七十年代提出的，所以也称为库仑定律，它表明对一般应力水平，土的抗剪强度与滑动面上的法向应力之间呈直线关系，其中c、ϕ称为土的抗剪强度指标。