土的抗剪强度和地基承载力

便、试样薄、固结快、省时、仪器刚度大，不可能发生横向 变形，仅根据竖向变形量就可计算试样体积的变化。这些 优点使直剪仪至今还被广泛应用。 (2)直剪试验仪的缺点是所受外力状态比较简单，试样内的 应力状态又比较复杂，应力、应变分布不均匀。剪切破坏面 事先已确定，这不能真实反映实际的复杂情况。在试验直至 破坏的过程中，受剪切的实际面积在不断缩小，上下盒边缘 处的应力集中很明显，所以剪切面上的应力、应变很不均匀 又难测定。直剪仪有一个明显缺点就是不能控制排水条件， 不能测试试样中的孔隙水压力及其变化。
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第二节土的抗剪强度试验方法
(二)三轴剪切试验 1.试验原理及设备组成 三轴剪切仪也就是三轴压缩仪，试样破坏的本质是压一剪
型。土样是一个圆柱体，高75~100 mm，直径为38~50 mm， 用橡皮薄膜套起来，置于压力室中。土样三向受压，可以发 生横向变形，通过液压加周围压力，通过杠杆系统加竖向压 力。当压力及其组合达到一定程度时，土样就会按规律产生 一个斜向破裂面或沿弱面破裂。 2.试验分类 三轴试验根据土样的排水条件可分为: (1)不固结不排水试验。该试验简称为UU试验，和直剪仪 中的快剪相当。UU试验的本质是自始至终关闭排水阀门，不 能排水。因为不能排水，所以也不能固结。不能排水是问题 的本质方面，因而，也简称不排水剪。也因为不能排水，自 始至终存在孔隙水压力，随着加荷增大，孔隙水压力越来越 大，而有效应力是常量。
3.土的黏聚力
土的黏聚力包括原始黏聚力、加固黏聚力及毛细黏聚力三部 分。
二、土的极限平衡条件
(一)黏性土
劲伸h并}土与的抗轴剪交强于度O曲’点线，表如达图式4为-4所: 示f ，则tanOO'
c pc
。把曲线延 c
tan

3
6 土的抗剪强度和地基承载力
试验结果
f ： 土的抗剪强度 tg：摩擦强度-正比于压力
c： 粘聚强度
c O


库仑公式
f c tan
抗剪强度指标
无粘性土 c = 0
c： 粘聚力 ：内摩擦角
4
6 土的抗剪强度和地基承载力
2. 应力状态与莫尔圆(平面问题)
平衡方程：
第 六 章
土的抗剪强度和地基承载力
§6 土的抗剪强度和地基承载力
§6.1 土的抗剪强度和极限平衡条件
§6.2 抗剪强度指标的确定
§6.3 无粘性土的抗剪强度
§6.4 土的抗剪强度的影响因素
§6.5 地基的临塑荷载与塑性荷载
Байду номын сангаас
§6.6 地基的极限荷载
2
6 土的抗剪强度和地基承载力
1、直剪试验
试验方法 施加 σ（=P/A） 施加 S 量测 （=T/A）
(2) 固结快剪
施加正应力-充分固结
在3-5分钟内剪切破坏
通过控制剪切速率 来近似模拟排水条 件
(3) 快剪
施加正应力后
立即剪切3-5分钟内剪切破坏
12
6 土的抗剪强度和地基承载力
一、直剪试验
☺优点
设备简单，操作方便 结果便于整理
☹缺点
试样应力状态复杂 应变不均匀 不易控制排水条件 剪切面固定

5
6 土的抗剪强度和地基承载力
2. 应力状态与莫尔圆(平面问题)
α为截面与σ1作用面的夹角,在莫尔 圆上按逆时针方向旋转2倍α
1 ( ), 0 3 圆心： 2 1 1 半径： r ( 1 3 ) 2

局部剪切破坏p-s曲线没有明显的直线段，地基破坏时曲线也没有明显的陡降。
4.5.1 地基的破坏模式
局部剪切破坏
O
s
p
p～s曲线上坡度发生显著变化（即变化率最大的点）所对应的基底压力p作为地基的极限承载力fu。
固结快剪试验也适用于渗透系数小于10－6cm/s的细粒土。试验时对试样施加垂直压力后，每小时测读垂直变形一次，直至固结变形稳定。变形稳定标准为变形量每小时不大于0.005mm，在拔去固定销，剪切过程同快剪试验。所得强度称为固结快剪强度，相应指标称为固结快剪强度指标，以 表示。
透水石
橡皮膜
阀门，接体变量测系统
试样帽
活塞
有机玻璃罩
4.3.2三轴压缩试验
三轴压缩试验
三轴压缩仪
不固结不排水剪（UU）
4.3.2三轴压缩试验
固结不排水剪（CU）
4.32 三轴压缩试验
固结排水剪（CD）
4.3.2 三轴压缩试验
剪切类型 比较项目
Hale Waihona Puke 不固结不排水 （UU）4.3.3 无侧限抗压强度试验
无侧陷压缩示意图
无侧限仪
十字板剪切试验是一种利用十字板剪切仪在现场测定土的抗剪强度的方法。这种试验方法适合于在现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀的饱和粘性土。
4.3.4 原位十字板剪切试验
4.3.4 原位十字板剪切试验
O
c
1=1f
3f＝ 3
1<1f
1>1f
（三）已知土中大小主应力状态判断土体所处的状态
1 假定此时的大主应力为破坏时的大主应力，求得破坏时的小主应力 。根据破坏时的小主应力和实际的小主应力之间的关系进行判断。

第11章土的抗剪强度与地基承载力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。

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

剪切破坏是土体强度破坏的重要特点。

因此，土的强度问题实质上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三类：第一类是以土作为建造材料的土工构筑物的稳定性问题[图11-l（a）]；第二类是土作为工程构筑物环境的安全性问题，即土压力问题[图11-1（b）]；第三类是土作为建筑物地基的承载力问题[图11-1（c）]。

因此，为了进行地基承载力计算、边坡稳定分析、挡土结构上土压力的估算、基坑支护设计、地基稳定性评价等，都需要认真研究土的抗剪强度。

图11-1 土体的剪切破坏现象11.1 库仑定律11.1.1 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，法国学者库仑根据砂土的试验结果[图11-2（a）]，将土的抗剪强度表达为滑动面上法向应力的函数，即στtanϕ=⋅(11-1)f以后库仑又根据粘性土的试验结果[图11-2（b）]，提出更为普遍的抗剪强度表达形式：τtanϕσ=c⋅+(11-2)fτ——土的抗剪强度，kPa；式中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，（°）。

上述土的抗剪强度数学表达式，也称为库仑定律，它表明在一般应力水平下，土的抗剪强度与滑动面上的法向应力之间呈直线关系。

这一基本关系式能满足一般工程的精度要求，是目前研究土的抗剪强度的基本定律。

上述土的抗剪强度表达式中采用的法向应力为总应力σ，称为总应力表达式。

根据有效应力原理，土中某点的总应力σ等于有效应力σ'和孔隙水压力u 之和，即u +'=σσ。