5土的抗剪强度

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。

土的抗剪强度试验计算公式土的抗剪强度是土体在受到剪切力作用下的抵抗能力，是土体力学性质的重要指标之一。

它描述了土体在承受剪切力时的强度和变形特性，对于土工工程的设计和施工具有重要意义。

本文将介绍土的抗剪强度试验及其计算公式，为读者提供相关知识。

1. 引言土的抗剪强度是指土体在受到剪切力作用下所能承受的最大剪切应力。

土的抗剪强度试验可以通过直剪试验来进行，该试验是一种常用的土力学试验方法。

2. 直剪试验原理直剪试验是将土样从中间切割，然后施加垂直于切割面的剪切力，通过测量土样的应力和应变关系来确定土的抗剪强度。

直剪试验可以分为无侧限直剪试验和有侧限直剪试验两种方式。

3. 无侧限直剪试验无侧限直剪试验是将土样放置在剪切箱中，施加垂直于土样截面的剪切力，使土样发生剪切变形。

通过测量应变和应力，可以计算出土的抗剪强度。

无侧限直剪试验的计算公式如下：土的抗剪强度 = 剪切力 / 土样截面积4. 有侧限直剪试验有侧限直剪试验是将土样放置在剪切箱中，通过在土样周围施加侧限力，使土样在剪切过程中保持侧限状态。

通过测量应变和应力，可以计算出土的抗剪强度。

有侧限直剪试验的计算公式如下：土的抗剪强度 = 剪切力/ 2πrh其中，r为土样的半径，h为土样的高度。

5. 直剪试验的步骤进行直剪试验时，需要按照以下步骤进行：（1）准备土样：选择代表性的土样进行试验，根据需要的剪切面积和形状，制备土样。

（2）安装土样：将土样放置在剪切箱中，确保土样的稳定和垂直。

（3）施加剪切力：通过加载装置施加垂直于土样截面的剪切力。

（4）测量应变和应力：使用应变计和应力计等仪器，测量土样的应变和应力。

（5）计算抗剪强度：根据测量数据，使用上述的计算公式，计算出土的抗剪强度。

6. 结论土的抗剪强度是土体在受到剪切力作用下的抵抗能力，直剪试验是一种常用的土力学试验方法。

通过测量土样的应变和应力，可以计算出土的抗剪强度。

无侧限直剪试验和有侧限直剪试验是两种常见的直剪试验方式。

75第五部分 土的抗剪强度一、计算题5-1-1某饱和粘性土，由无侧线抗压强度试验测得不排水抗剪强度u c =70kPa ，如果对同一土样进行三轴不固结不排水试验，施加周围压力3σ=20 kPa 。

求当轴向压力为300 kPa 时，试件能否发生破坏？5-1-2饱和粘土试样在三轴仪中进行固结不排水试验，破坏时1σ=400 kPa ，3σ= 200kPa ，孔隙水压力1u =150 kPa ，c '=60 kPa ，ϕ' =︒30。

求破坏面上反向有效应力，剪应力及剪切破坏时的孔隙水压力系数A 。

5-1-3某正常固结饱和粘性土试样，其不固结不排水强度指标为0ϕ=0，u c = 10kPa 进行固结不排水试验，得有效抗剪强度指标c '=0，ϕ'=︒30。

（1）如试样在不排水条件下破坏，求破坏时有效大主应力和小主应力。

（2）如某一面上法向应力σ突然增加到100kPa ，法向应力刚增加时沿这个面的抗剪强度是多少？经很长时间后该面抗剪强度是多少？5-1-4某黏土有效强度指标：0='c ，︒='30ϕ，作不固结不排水三轴试验。

在每一种试验中，三轴周围压力保持不变为762002/m kN 。

试计算：（1）在不固结不排水试验中，破坏时孔隙压力是1202/m kN .求式样破坏时的有效竖向压力强度是多少？（2）固结不排水试验测得在破坏时的有效竖向压力强度为1502/m kN .求破坏时孔隙水压力为多少？5-1-1某土工实验室进行应变式直剪试验，数据如表5-1所列。

试整理分析得出该土样的抗剪强度指标。

已知剪力盒面积A=302cm ，应力环系数K=0.2kPa/0.01mm ，百分表每格=0.01mm 。

垂直荷载（kN ） 0.15 0.30 0.60 0.90 应力环系数(格)1201602803805-1-6对某饱和粘性土进行三轴固结不排水试验，kPa 3003=σ，孔隙水压力kPa u f 100=。

土的抗剪强度试验计算公式一、引言土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的能力。

在土力学中，抗剪强度是土体强度的重要指标之一。

为了确定土体的抗剪强度，进行抗剪强度试验是必不可少的。

二、试验方法常用的土体抗剪强度试验方法包括直剪试验和剪切试验。

直剪试验是将土体样品切割成一个或多个直剪面，然后施加垂直于直剪面的剪切力，测量土体的抗剪强度。

剪切试验是将土体样品切割成一个或多个平面，然后施加平行于平面的剪切力，测量土体的抗剪强度。

三、抗剪强度计算公式土的抗剪强度可以通过以下公式计算：τ = c +σtanφ其中，τ为土的抗剪强度，c为土体的内聚力，σ为土体的正应力，φ为土体的内摩擦角。

四、实验结果分析根据抗剪强度试验的结果，可以得到不同应力下土的抗剪强度。

通过分析实验结果，可以了解土体的强度特性及其变化规律。

五、影响因素土的抗剪强度受到多种因素的影响，主要包括土体类型、孔隙水压力、土体含水量、固结应力等因素。

不同的因素对土的抗剪强度有不同的影响程度。

六、工程应用土的抗剪强度是土建工程中设计和施工的重要参数之一。

在土体的承载力计算、土体的稳定性分析等方面，抗剪强度的准确评估和合理应用对工程的安全性和可靠性具有重要意义。

七、结论通过土的抗剪强度试验可以得到土体的抗剪强度参数，进而评估土体的强度特性和工程性质。

抗剪强度计算公式可以帮助工程师准确计算土体的抗剪强度，为工程设计和施工提供依据。

八、展望随着科技的进步和土力学理论的发展，土的抗剪强度试验方法和计算公式将不断完善和改进。

未来的研究将更加关注土体的微观结构和宏观性质之间的关系，以提高土体抗剪强度的评估和应用效果。

土的抗剪强度试验是土力学领域的重要研究内容之一。

通过试验和分析，可以得到土体的抗剪强度参数，并应用于工程设计和施工中。

在未来的研究中，我们将继续深入探索土体抗剪强度的机理和影响因素，为工程实践提供更准确、可靠的参考依据。

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。

土力学5土的抗剪强度《土力学》第五章 土的抗剪强度 第一节 土的抗剪强度及其破坏准则一、土的强度与破坏形式概念：土的抗剪强度指土对剪切破坏的极限抵抗能力，土体的强度问题实质是土的抗剪能力问题。

二、土的抗剪强度规律——库仑定律（Coulomb ） （二）库仑定律表达式：C f +=φστtan式中各项含义：f τ-------------土的抗剪强度，KPaσ-------------剪切面上的法向应力，KPa ； φ--------------土的内摩擦角， C--------------土的粘聚力，KP（三）土的抗剪强度指标——φ、C φ——土的内摩擦角（°）C ——土的粘聚力（KPa ） C=0 Cφ、C 与土的性质有关，还与实验方法、实验条件有关。

因此，谈及强度指标时，应注明它的试验条件。

三、受剪面的破坏准则1、f ττ<时，土体受剪面是稳定的，处于弹性平衡状态；2、f ττ>时，土体受剪面已经破坏；3、f ττ=时，受剪面正好处于将要破坏的临界状态，称受剪面为极限平衡状态直剪试验的理论依据：土体受剪面在破坏时测得的τ和δ应在库仑直线上，测定若干个τ 和δ ，可绘制直线求出 φ和 C 值。

第二节 土的极限平衡条件一、土中一点的应力状态：与第一应力平面成α角的任一平面上，其应力ασ 、ατ 分别为：ασσσσσα2cos 223131-++=ασστα2sin 231-=摩尔应力圆：以231σσ+ 为圆心，以231σσ-为半径的圆的方程，即单位体上个截面的应力可绘成一应力圆。

单位体与摩尔应力圆关系：圆上一点，单元体上一面，转角2倍，转向相同。

二、摩尔——库仑准则（ 准则） （一） 应力圆与库仑直线的关系（1）应力圆与库仑直线相离， f ττ< ，稳定状态（2）应力圆与库仑直线相切，单位体上有一个截面的剪应力刚好等于抗剪强度，处于极限平衡状态。

其余截面 f ττ<（3）应力圆与库仑直线相割：该单元体面剪切破坏。

第五章 土的抗剪强度一、名 词 释 义l. 抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的极限能力。

2．破坏准则：当土体中的应力组合满足一定关系时，土体即发生破坏，这种应力组合即为破坏准则，亦即判定土体是否破坏的标准。

破坏准则又称为极限平衡条件。

3．库仑定律： 将土的抗剪强度f τ表示为剪切面上法向应力σ的函数，即φστtg c f ⋅+= 式中，φ,c 分别为土粘聚力和内摩擦角，该关系式即为库仑定律。

4．莫尔一库仑强度理论：由库仑公式表示莫尔包线的强度理论。

5．莫尔包线：土体发生剪切破坏时，剪切破坏面上的剪应力f τ是该面上的法向应力σ 的函数，这个函数在στ−f 坐标中是一条曲线，该曲线称为莫尔包线。

6．快剪试验：在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平应力使试样剪切破坏的直接剪切试验，要求在3～5min内将土样剪坏。

7．固结快剪试验：是允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏的直接剪切试验，要求在3～5min内将土样剪坏。

8. 慢剪试验：是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，再缓慢地施加水平剪应力使试样剪切破坏的直接剪切试验，为了保证剪切过程中土样内不产生孔隙水压力，施加水平剪应力使试样剪切破坏历时较长，对粘性土一般历时4～6h。

9. 不固结不排水试验：试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排出，自始至终关闭排水阀门的三轴压缩试验。

10．固结不排水试验：施加周围压力，打开排水阀门，允许排水固结，固结完成后关闭排水阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏的三轴压缩试验。

11．固结排水试验：试样在施加周围压力后允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏的三轴压缩试验。

12．无侧限抗压强度：将圆柱形土样放在无侧限抗压仪中，在不加任何侧向压力的情况下施加垂直压力，直到使土样剪切破坏，剪切破坏时试样所能承受的最大轴向压力称为无侧限抗压强度。