土的抗剪强度试验成果与其它指标的关系及影响因素分析

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。

实验一 土的抗剪强‎度试验一、实验目的本试验的目‎的在于测定‎土的内摩擦‎角及内聚力‎，以供计算承‎载力、评价地基稳‎定性及计算‎土侧压力等‎用。

二、土的抗剪强‎度土的抗剪强‎度是指土体‎抵抗剪切破‎坏的极限能‎力，土内某一面‎上的抗剪强‎度就是抵抗‎该面两侧土‎体发生滑动‎的最大阻力‎，这阻力由土‎的内摩擦力‎和内聚力所‎组成，可近似地用‎库仑公式表‎示如下：粘土性 c tg a f +=ϕστ (a kp ) 砂土 ϕστtg a f = (a kp ) 式中f τ——土的抗剪强‎度 （a kp ）a σ——剪切面上土‎所承受的垂‎直压力，ϕ——土的内摩擦‎角（度） c ——土的内聚力‎ （a kp ）测定土的抗‎剪强度试验‎设备可分成‎两类：一类是具有‎能控制剪切‎面的仪器、其中广泛应‎用的是单剪‎切面应变控‎制式直接剪‎切仪和应力‎控制式直接‎剪切仪；另一类是三‎轴剪切仪。

就土样剪切‎过程中孔隙‎水变化情况‎的不同，采用直剪仪‎的试验方法‎有：（1）慢剪法 加垂直压力‎使土样压缩‎达到稳定，然后以小于‎0.02 mm ／min 的剪‎切速度慢慢‎施加水平剪‎力，固结渗出的‎水能及时排‎出。

（2）快剪法 加垂直压力‎后，以0.8mm ／min 的剪‎切速度迅速‎施加剪力，在3~5分钟内剪‎断为止，整个试验过‎程中土样的‎含水量基本‎保持不变。

（3）固结快剪 先加垂直压‎力使土样完‎全固结，然后迅速施‎加剪力至剪‎断为止，在剪切过程‎中土样的含‎水量基本保‎持不变。

选定剪切方‎法时，应尽量与土‎在工程中的‎情况相符。

本试验采用‎应变控制式‎直接剪切仪‎作固结快剪‎。

三、设备及仪器‎1、ZJ-2型等应变‎直剪仪主要‎部分为:（1） 剪切推动座‎部分；（2）剪切盒部分‎；（3）测力环部分‎；（4）竖向加荷部‎分.主要技术指‎标如表：表 ZJ-型直剪仪主‎要技术指标‎2、百分表（精度0.01mm）两只；3、停表一只。

土的抗剪强度指标及其工程应用剪切强度是土体受到剪切变形和破坏作用时所能承受的最大剪切应力。

常用的剪切强度指标有摩擦角和剪切强度参数。

摩擦角是指土体内部颗粒间的内摩擦角，可以反映土体的内聚力大小和颗粒间的摩擦特性。

剪切强度参数则是一种实验室测试中得到的参数，常用的有黏聚强度和摩擦角。

在实际工程中，土壤的剪切强度参数是通过室内试验测试或现场地质勘探得到的。

剪切模量是土体抵抗剪切变形的能力。

在土体受到剪切作用时，会产生剪应力和剪切应变，剪切模量可以反映土体的刚度和抵抗变形的能力。

同时，剪切模量还可以用于分析土体的稳定性和变形行为。

常用的剪切模量指标有弹性模量、切变模量和泊松比等。

这些指标一般通过室内试验或现场观测得到。

土的抗剪强度指标在工程应用中具有重要的意义。

首先，它们是土力学研究的基础指标，能够揭示土体的内部性质和变形特性，为土体的工程行为提供理论基础。

其次，土的抗剪强度指标在土木工程设计中应用广泛。

例如，在地基处理和土体加固中，需要根据土壤的抗剪强度指标来设计合理的加固措施；在土的承载力分析和地基基础设计中，需要根据土壤的剪切强度和剪切模量来确定地基的稳定性和变形特性；在土石坝的设计和施工中，需要通过剪切强度参数和剪切模量来评估土体的稳定性和变形行为。

综上所述，土的抗剪强度指标是土力学研究和土木工程设计中非常重要的指标。

它们可以揭示土体的内部性质、变形特性和工程行为，为土木工程的设计提供理论基础和技术支持。

因此，在实际工程中，需要充分考虑土体的抗剪强度指标，并结合具体工程情况进行合理的设计和施工。

第5章土的抗剪强度5.1概述土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。

当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的移动，该点便发生了剪切破坏。

工程实践和室内试验都验证了建筑物地基和土工建筑物的破坏绝大多数属于剪切破。

例如堤坝、路堤边坡的坍滑(图5.1a)，挡土墙墙后填土失稳(图5.1b)建筑物地基的失稳(图 5.1c)，都是由于沿某一些面上的剪应力超过土的抗剪强度所造成。

因此土的抗剪强度是决定地基或土工建筑物稳定性的关键因素。

所以研究土的抗剪强度的规律对于工程设计、施工和管理都具有非常重要的理论和实际意义。

由于土的抗剪强度是岩土的重要力学性质之一，本章主要讲述叙述土抗剪强度的基本概念、土地抗剪强度的基本理论、土的抗剪强度的试验方法及土的抗剪强度指标的应用。

5.2土的抗剪强度的基本理论5.2.1直剪试验土的抗剪强度可以通过室内试验与现场试验测定。

直剪试验是其中最基本的室内试验方法。

直剪试验使用的仪器称直剪仪。

按加荷方式分为应变式和应力式两类。

前者是以等速推动剪切盒使土样受剪，后者则是分级施加水平剪力于剪力盒使土样受剪。

目前我国普遍应用的是应变式直剪仪如图5.2所示。

试验开始前将金属上盒和下盒的内圆腔对正，把试样置于上下盒之间。

通过传压板和滚珠对土样先施加垂直法向应力σ=p/F(F-土样的截面积)，然后再施加水平剪力T，使土样沿上下盒水平接触面发生剪切位移直至破坏。

在剪切过程中，隔固定时间间隔，测读相应的剪变形，求出施加于试样截面的剪应力值。

于是即可绘制在一定法应力条件下，土样剪变形λ与剪应力τ的对应关系(图5.3a)。

τf。

同一种土的几个不同土样分别施加不同的垂直法向应力σ做直剪试验都可得到相应的剪应力-剪切位移曲线(图5.3a)，根据这些曲线求出相应于不同的法向应力σ试样剪坏时剪切面上的剪应力τf。

在直角坐标σ-τ关系图中可以作出破坏剪应力的连线(图5.3b)。

岩土工程中的土体抗剪性分析岩土工程是土木工程领域的重要分支，主要研究土壤和岩石在各种荷载作用下的力学性质和行为规律。

土体抗剪性是岩土工程中的一个重要研究方向，对于工程的稳定性和安全性具有关键影响。

本文将重点讨论岩土工程中的土体抗剪性分析。

一、概述土体抗剪性是指土壤在受到剪切力作用下的抵抗能力。

在岩土工程中，土体的抗剪性能是评价土体稳定性和承载力的重要指标。

土壤的抗剪性分析是通过对土壤的试验、力学模型和数值模拟等方法，来研究土体在外部荷载作用下的力学行为和变形特性。

二、土体抗剪性的影响因素土体的抗剪性受到多个因素的影响，包括土体的物理性质、颗粒结构、颗粒间的摩擦力和黏聚力等。

1. 土体的物理性质土体的物理性质是影响土体抗剪性的基本因素。

其中包括土壤的颗粒类型、粒径分布、形状和孔隙度等。

一般来说，颗粒度越大，土壤的抗剪性越好；孔隙度越小，土壤的抗剪性越好。

2. 颗粒结构土壤中的颗粒结构对土体的抗剪性起着重要影响。

颗粒结构包括颗粒间的接触状态和排列方式。

颗粒间的接触状态可以分为颗粒间紧密接触和颗粒间松散接触。

紧密接触状态下的土体抗剪性较好，而松散接触状态下的土体抗剪性较差。

3. 颗粒间的摩擦力和黏聚力颗粒间的摩擦力和黏聚力也是影响土体抗剪性的重要因素。

摩擦力是指颗粒之间由于接触而产生的摩擦力，黏聚力是指颗粒之间由于吸附力和化学作用而产生的黏聚力。

增大颗粒间的摩擦力和黏聚力，可以提高土壤的抗剪性。

三、土体抗剪性分析方法在岩土工程中，常用的土体抗剪性分析方法包括实验试验、力学模型和数值模拟等。

1. 实验试验实验试验是研究土体抗剪性的重要手段之一。

常用的实验试验方法包括直剪试验、三轴剪切试验等。

通过实验试验可以获取土体在不同应力水平下的剪切特性，进而研究土体的抗剪性能。

2. 力学模型力学模型是通过建立适当的数学模型，来模拟土体的力学行为和变形特性。

常见的力学模型包括弹性力学模型、塑性力学模型和强度理论模型等。

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。

影响土体抗剪强度的因素有哪些？
（一）土的组成、原始密度、孔隙比及含水量等因素
土的组成包括有颗粒级配、颗粒棱角、矿物类别等。

一般级配良好的土，由于粒间接触多，比均匀士的咬合作用强，并且每一接触压力都比均匀土小，因而颗粒破碎要少，其内摩擦角比均匀土的大。

另外，土粒越大，形状越不规则，表面越粗糙，则抗剪强度越大。

土的原始密度越大，土粒间的咬合作用力越强，受剪时首先须克服咬合作用，才能产生相对猾动。

此外，土的密度大也意味着土粒间的孔隙小，接触紧密，原始内聚力较大。

所以土的原始密度越高，其抗剪强度越大。

土体的初始孔隙比越小，颗粒越紧密，咬合摩擦力越大，受剪破坏时所需的能量也越大。

土的含水量对抗剪强度的影响亦不容忽视。

当含水量增加时，水分在较大土粒表面形成润滑剂，使摩阻力减小；对细小的粘土粒，使其结合水膜变厚，从而降低土的粘聚力。

（二）土的结构性
在实际取样试验过程中，肯定存在取样扰动。

试验表明，重塑土样在重塑作用下，原来由土骨架承受的有效应力大部分转由孔隙水承担，因而二者的有效应力极不相同，形成较大的强度差异；另外，土的结构破坏使土丧失固化内聚力，所以原状土的抗剪强度高于同样密度和含水量的重塑土。

（三）应力历史
土的受荷过程不同所造成的土体受力历史状态不一，对强度的试验结果有影响。

另外还有加荷条件、土的各向异性、应变强度软化、时间因素、环境条件等因素，都会对土的抗剪强度带来影响。

土的抗剪强度指标及其工程应用土的抗剪强度是指土体抵抗内部剪切力的能力。

在土力学中，土的抗剪强度是一个重要的力学参数，用于描述土体在承受剪切力时的变形与破坏特性。

了解土的抗剪强度指标及其工程应用对于工程设计与土力学研究具有重要意义。

土的抗剪强度指标分为三种，即黏聚力（c）、内摩擦角（φ）和抗剪强度（τ）。

黏聚力是指土体结构内部粘聚的程度，通常由于颗粒之间的吸附力引起。

内摩擦角是指土体颗粒之间的摩擦阻力，是土的粒间摩擦特性的体现。

抗剪强度是指土体承受剪切力导致的抵抗能力。

土的抗剪强度指标在工程应用中具有广泛的应用，包括地基工程、岩土工程和水利工程等领域。

在地基工程中，抗剪强度用于评估地基的稳定性和承载力。

在岩土工程中，抗剪强度用于评估土体的稳定性和变形特性，设计防护结构。

在水利工程中，抗剪强度用于设计大坝、堤防和土体水坝等结构的稳定性。

抗剪强度指标的工程应用通常通过实验和计算的方式进行，其中比较常用的实验方法包括直剪试验、三轴压缩试验和静力触探等。

直剪试验是将土样分割成两部分，施加水平剪切力，测量摩擦力和剪切应力，推断抗剪强度指标。

三轴压缩试验是将土样置于三轴压缩仪中，施加垂直压力和水平剪切力，并测量抗剪强度指标。

静力触探是利用静力触探仪，通过测量推进杆推进土层的阻力，了解土的抗剪强度指标。

除了实验方法，工程应用中还可采用计算方法，如极限平衡法、有限元法和模型试验分析等。

极限平衡法是通过平衡土体内外力的大小，获得土的抗剪强度指标。

有限元法是利用数值模拟和计算得到土体在不同应力状态下的变形、破坏和稳定性，从而确定抗剪强度指标。

模型试验分析是通过实验模型，在受到剪切力的作用下观察土体的变形特性和抗剪强度指标。

总之，土的抗剪强度指标及其工程应用对于工程设计与土力学研究具有重要意义。

通过实验和计算方法，我们可以获得土的抗剪强度指标，用于评估土体的稳定性、变形特性和承载力等工程问题。

在实际工程中，合理应用抗剪强度指标可有效地保证工程结构的安全性和可靠性。

回填土抗剪强度指标回填土是工程中常用的一种土工材料，用于填充和加固地基、填埋腐败垃圾等。

回填土的抗剪强度指标是评价其性能的重要指标之一。

本文将从抗剪强度指标的意义、影响因素以及提高抗剪强度的方法等方面进行探讨。

一、抗剪强度指标的意义抗剪强度是指土体在受到剪切力作用时抵抗破坏的能力。

在工程实践中，回填土往往需要承受来自建筑物、交通载荷等的剪切力，因此其抗剪强度是保证工程稳定和安全的重要性能指标。

抗剪强度指标可用于评估回填土的整体稳定性，并为工程设计提供依据。

合理的抗剪强度指标可以确保回填土在受到荷载作用时不发生破坏，保证工程的正常运行和使用寿命。

二、影响因素1.土体性质：回填土的颗粒级配、含水率、密实度等土体性质对抗剪强度有着重要影响。

颗粒级配合理、含水率适宜、密实度高的土体往往具有较高的抗剪强度。

2.土体结构：土体中颗粒间的接触状态和排列方式也会影响抗剪强度。

颗粒间的结合力越大、接触面积越大，土体的抗剪强度就越高。

3.荷载条件：荷载类型和大小对回填土的抗剪强度有很大影响。

静载荷和动载荷对土体的剪切破坏方式不同，因此对抗剪强度的要求也不同。

4.施工工艺：回填土的施工工艺包括填筑方式、压实方法等，这些都会直接影响土体的抗剪强度。

合理的施工工艺可以提高土体的密实度和结构稳定性，提高抗剪强度。

三、提高抗剪强度的方法为了提高回填土的抗剪强度，可以从以下几个方面进行改进：1.土体改良：采用土体改良技术，如加入胶结材料、添加剂等，可以改善土体的颗粒间结合力，提高抗剪强度。

例如，混合回填土中加入适量的水泥，可以形成胶结体，提高土体的整体强度。

2.合理的施工工艺：选择合适的填筑方式和压实方法，保证回填土的均匀性和密实度。

在填筑过程中，及时进行湿润、夯实等措施，减少土体中的空隙，提高抗剪强度。

3.选择合适的土体：根据工程要求选择合适的回填土，包括土体的颗粒级配、含水率和密实度等。

合适的土体可以提供更好的抗剪强度，更好地满足工程的需求。

土的抗剪强度试验分析摘要：土的抗剪强度作为土的一个重要力学性质，是水利工程设计中的一个重要参数。

本文结合笔者多年试验经验，介绍了试验中剪切速率与剪损标准的选择，探讨了剪切试验常遇到有关土质的特性，对几种剪切试验方法及相关性进行分析，并提出了试验指标的选取及应用。

供类似试验分析参考与借鉴。

关键词：土；抗剪强度；剪切速率；剪损标准；试验分析土的抗剪强度指的是土体抵抗剪切破坏的极限能力，它是评价建筑物安全标准之一。

由于土的结构、含水率、组成成分和密实度的差异性，设计者在水利工程设计中应慎重的选择试验的剪切速率与剪损标准。

在复杂的工程地质试验成果整理时，单一的试验成果数据不能完成体现出土地性质，试验过程过程中也会有试验数量、取样误差、试验误差等因素的存在。

因此，为解决影响土的抗剪强度的因素，通过对抗剪强度试验中的一些问题进行探讨，分析试验方法间的关联性，选取合理的代表性指标，避免由于人为因素选取的方法不适而产生的误差，提供设计计算抗剪强度的准确性，从而提高试验成果质量的科学性。

1 试验中剪切速率与剪损标准的选择1.1 直剪试验剪切速率规范规定以0.8～1.2mm/min的速率剪切,但在实践中可根据土质的情况，选择适当的转速控制剪切速率。

1.2 直剪试验剪损标准用直剪仪快剪和固结快剪，其剪损标准的确定应考虑以下二种情况：剪应力～剪切位移关系曲线上有明显峰值和稳定值；无明显峰值和稳定值时应以剪切位移4mm时的剪应力值来确定抗剪强度。

1.3 三轴试验剪损标准选择破坏强度，是三轴试验资料整理中的重要问题。

破坏强度是从应力应变关系中分析后选取的。

土的应力应变关系可归纳为三种曲线。

应力曲线1和2有峰值和稳定值，而曲线3则是随应变的增大，剪应力逐渐增加。

有峰盾和稳定值易确定破坏强度，曲线3就比较难于选定破坏点，因此目前对于曲线3这种曲线可用如下三种方法来确定破坏点。

图1 应力-应变关系曲线(1)以15%应变时的主应力差作为破坏值，其破坏条件是：(2)采用最大有效主应力比作为破坏值，也能正确反映强度特性。

土力学第四章抗剪强度土力学第四章抗剪强度一、引言土力学是研究土体力学性质及其应力、应变关系的学科，而抗剪强度是土力学中的重要概念之一。

本文将探讨土力学第四章中与抗剪强度相关的内容，包括抗剪强度的定义、影响因素以及在工程实践中的应用。

二、抗剪强度的定义抗剪强度是指土体抵抗剪切力的能力。

在土力学中，土体通常是以颗粒状存在，受力时会发生内部颗粒之间的相对位移，导致剪切变形。

抗剪强度是土体抵抗这种剪切变形的能力的一种表征。

三、影响抗剪强度的因素1. 土体类型：不同类型的土体具有不同的抗剪强度。

粘土的抗剪强度相对较高，而砂土的抗剪强度相对较低。

2. 湿度：湿度对土体的抗剪强度有着显著的影响。

在一定范围内，湿度的增加会使土体的抗剪强度增加。

3. 应力状态：土体在不同应力状态下的抗剪强度也会有所不同。

例如，在三轴压缩试验中，土体在不同的主应力差下会表现出不同的抗剪强度。

4. 颗粒形状和排列方式：土体中颗粒的形状和排列方式对抗剪强度有着重要影响。

颗粒形状不规则或排列紧密的土体具有较高的抗剪强度。

四、抗剪强度的实验测定方法为了准确测定土体的抗剪强度，工程实践中通常使用一系列实验方法。

常用的方法包括直剪试验、三轴剪切试验和动三轴剪切试验等。

这些实验方法可以通过施加不同的剪切应力来测定土体的抗剪强度。

五、抗剪强度在工程实践中的应用抗剪强度是土力学中一个非常重要的参数，广泛应用于各种工程实践中。

在土壤基础工程中，准确测定和分析土体的抗剪强度可以帮助工程师评估土体的稳定性，并设计合理的基础结构。

此外，在土木工程中，抗剪强度也被用来评估土体的抗冲刷能力和抗滑移能力。

六、结论土力学第四章中的抗剪强度是研究土体力学性质时的重要内容。

本文从抗剪强度的定义、影响因素、实验测定方法以及在工程实践中的应用等方面进行了论述。

通过深入研究和理解抗剪强度这一概念，可以更好地应用于土壤力学和土木工程实践中，提高工程设计的可靠性和安全性。

参考文献：1. 毛振泉，王曙明，李敏. 工程土力学基础. 北京: 中国建筑工业出版社，2013.2. 刘福赉, 张猛, 刘允斌. 土力学与岩土工程高级课程. 西安: 西安建筑科技大学出版社，2014.。