第7章 土的抗剪強度

1、1第七章 土的抗剪強度土木與建筑工程學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院7 土的抗剪強度2地基地基破壞破壞 變形破壞變形破壞強度破壞強度破壞 沉降、位移、不均勻沉降、位移、不均勻沉降等超過規(guī)定限值沉降等超過規(guī)定限值地基整體或局部滑移、地基整體或局部滑移、隆起，隆起， 土工構(gòu)土工構(gòu) 筑物失筑物失穩(wěn)、滑坡穩(wěn)、滑坡7 土的抗剪強度3土體強度破壞的機理：土體強度破壞的機理： 在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，當土中某點由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度時，當土中某點由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度時，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對滑動，該點便發(fā)生剪切土

2、就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對滑動，該點便發(fā)生剪切破壞。破壞。土是以固體顆粒為主的散體，顆粒是巖塊或巖屑，本身強土是以固體顆粒為主的散體，顆粒是巖塊或巖屑，本身強度很高，但粒間聯(lián)結(jié)較弱。因此，土的強度問題表現(xiàn)為土度很高，但粒間聯(lián)結(jié)較弱。因此，土的強度問題表現(xiàn)為土粒間的錯動、剪切、以致于破壞。所以，粒間的錯動、剪切、以致于破壞。所以，研究土的強度主研究土的強度主要是研究土的抗剪強度。要是研究土的抗剪強度。7 土的抗剪強度4建筑物地基在外荷載作用下將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，建筑物地基在外荷載作用下將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，土具有抵抗剪應(yīng)力的潛在能力土具有抵抗剪應(yīng)力的潛在能力剪阻力，它隨著剪應(yīng)剪阻力，它隨

3、著剪應(yīng)力的增加而逐漸發(fā)揮，剪阻力被完全發(fā)揮時，土就處于力的增加而逐漸發(fā)揮，剪阻力被完全發(fā)揮時，土就處于剪切破壞的極限狀態(tài)，此時剪應(yīng)力也就到達極限，這個剪切破壞的極限狀態(tài)，此時剪應(yīng)力也就到達極限，這個極限值就是土的抗剪強度。極限值就是土的抗剪強度。土的抗剪強度土的抗剪強度土的抗剪強度指土體抵抗剪切破壞的土的抗剪強度指土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的主要力學(xué)性質(zhì)之一。極限能力，是土的主要力學(xué)性質(zhì)之一。土體的破壞通常部是剪切破壞。土體的破壞通常部是剪切破壞。7 土的抗剪強度5工程實踐中與土的抗剪強工程實踐中與土的抗剪強度有關(guān)的工程主要有以下度有關(guān)的工程主要有以下3 3類：類：（1 1）土工構(gòu)筑物的

4、穩(wěn)定）土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定（2 2）土壓力問題）土壓力問題（3 3）地基的承載力問題）地基的承載力問題如果土體內(nèi)某一部分的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度，在該部如果土體內(nèi)某一部分的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度，在該部分就開始出現(xiàn)剪切破壞。隨著荷載的增加剪切破壞的范分就開始出現(xiàn)剪切破壞。隨著荷載的增加剪切破壞的范圍逐漸擴大，最終在土體中形成連續(xù)的滑動面，地基發(fā)生圍逐漸擴大，最終在土體中形成連續(xù)的滑動面，地基發(fā)生整體剪切破壞而喪失穩(wěn)定性。整體剪切破壞而喪失穩(wěn)定性。7 土的抗剪強度61. 土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題性問題 土壩、路堤等填土壩、路堤等填方邊坡以及天然土方邊坡以及天然土坡等，在超載、滲坡等，在

5、超載、滲流乃至暴雨作用下流乃至暴雨作用下引起土體強度破壞引起土體強度破壞后將產(chǎn)生整體失穩(wěn)后將產(chǎn)生整體失穩(wěn)邊坡滑坡等事故。邊坡滑坡等事故。7 土的抗剪強度72. 土壓力問題土壓力問題 擋土墻、基坑等工擋土墻、基坑等工程中，墻后土體強度程中，墻后土體強度破壞將造成過大的側(cè)破壞將造成過大的側(cè)向土壓力，導(dǎo)致墻體向土壓力，導(dǎo)致墻體滑動、傾覆或支護結(jié)滑動、傾覆或支護結(jié)構(gòu)破壞事故構(gòu)破壞事故 。7 土的抗剪強度83. 地基承載力問題地基承載力問題 基礎(chǔ)下的地基土體產(chǎn)生基礎(chǔ)下的地基土體產(chǎn)生整體滑動或因局部剪切整體滑動或因局部剪切破壞而導(dǎo)致過大的地基破壞而導(dǎo)致過大的地基變形變形 甚至傾覆。甚至傾覆。7 土的抗剪強

6、度9p土壓力土壓力p邊坡穩(wěn)定邊坡穩(wěn)定p地基承載力地基承載力p擋土結(jié)構(gòu)物破壞擋土結(jié)構(gòu)物破壞p各種類型的滑坡各種類型的滑坡p地基的破壞地基的破壞核心核心7 土的抗剪強度107 土的抗剪強度11庫侖公式及抗剪強度指標庫侖公式及抗剪強度指標17761776年，庫侖根據(jù)年，庫侖根據(jù)砂土砂土剪切試驗剪切試驗后來，根據(jù)后來，根據(jù)粘性土粘性土剪切試驗剪切試驗庫侖定律：庫侖定律：土的抗剪強度土的抗剪強度是剪切面上的法向總應(yīng)力是剪切面上的法向總應(yīng)力 的線性函數(shù)的線性函數(shù) tanfcftanc: :土的粘聚力土的粘聚力 : :土的內(nèi)摩擦角土的內(nèi)摩擦角 f =c+ tan 粘土粘土c f f = tan 砂土砂土 f

7、土的抗剪強度理論抗抗剪剪強強度度指指標標7 土的抗剪強度12內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦系數(shù)；內(nèi)摩擦系數(shù)； tantanp直剪試驗直剪試驗n庫侖（庫侖（17761776） n試驗原理試驗原理施加施加 （=P/A）量測量測 （=T/A）上盒上盒下盒下盒PSTA fOc tan fcf tan庫侖公式及抗剪強度指標庫侖公式及抗剪強度指標土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度13內(nèi)摩擦力的來源內(nèi)摩擦力的來源: : 1. 1.土粒間表面粗糙所產(chǎn)生的摩擦力。土粒間表面粗糙所產(chǎn)生的摩擦力。 2.2.土粒間互相鑲嵌、聯(lián)鎖所產(chǎn)生的咬合力。土粒間互相鑲嵌、聯(lián)鎖所產(chǎn)生的咬合力。 粘聚力的來源粘聚力的來源: :1. 1.由土粒

8、之間的電分子引力。由土粒之間的電分子引力。2.2.土中膠體物質(zhì)的膠結(jié)力。土中膠體物質(zhì)的膠結(jié)力。3.3.薄膜水的粘滯阻力。薄膜水的粘滯阻力。庫侖公式及抗剪強度指標庫侖公式及抗剪強度指標土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度14根據(jù)太沙基的有效應(yīng)力原理，土體內(nèi)的剪應(yīng)力只能根據(jù)太沙基的有效應(yīng)力原理，土體內(nèi)的剪應(yīng)力只能由土的骨架承擔，因此，土的抗剪強度應(yīng)表示為與由土的骨架承擔，因此，土的抗剪強度應(yīng)表示為與剪切面上的法向有效應(yīng)力成正比。即：剪切面上的法向有效應(yīng)力成正比。即：（7-37-3） tanfcf tan庫侖公式及抗剪強度指標庫侖公式及抗剪強度指標土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度15土的強度就是指土的抗

9、剪強度土的強度就是指土的抗剪強度, ,既土的破壞為剪切破壞。既土的破壞為剪切破壞。材料強度理論有多種不同理論，適用不同的材料材料強度理論有多種不同理論，適用不同的材料。莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件強強度度理理論論1.1.認為材料破認為材料破壞是剪壞壞是剪壞2.2.認為材料破認為材料破壞是拉壞壞是拉壞莫爾理論莫爾理論適用土，具一定安全度適用土，具一定安全度密色斯理論密色斯理論特雷斯卡理論特雷斯卡理論適用于金屬材料適用于金屬材料格里菲斯理論格里菲斯理論土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度16大量實踐及試驗證明，土的破壞主要是剪壞，所以適用莫大量實踐及試驗證明，土的破壞主

10、要是剪壞，所以適用莫爾強度理論。爾強度理論。莫爾強度理論認為：莫爾強度理論認為：土中一點的剪應(yīng)力土中一點的剪應(yīng)力達到該點的抗剪達到該點的抗剪強度強度f時，該點便處于極限平衡狀態(tài)。時，該點便處于極限平衡狀態(tài)。即土的破壞條件為即土的破壞條件為 = f莫爾強度理論莫爾強度理論莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度17莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論土體內(nèi)部的滑動可沿任何一個面發(fā)生，只要該面上的剪應(yīng)力等于土體內(nèi)部的滑動可沿任何一個面發(fā)生，只要該面上的剪應(yīng)力等于它的抗剪強度。所以，必須研究土體內(nèi)任一微小單元

11、的應(yīng)力狀態(tài)。它的抗剪強度。所以，必須研究土體內(nèi)任一微小單元的應(yīng)力狀態(tài)。2cos2231312sin2312312231)2()2(方向的靜力平衡條件可得：方向的靜力平衡條件可得：消去上兩式中的消去上兩式中的 ，則可得到：則可得到： 方向的靜力平衡條件可得：方向的靜力平衡條件可得：在平面問題或軸對稱問題中。取某一土體單元，若其大主應(yīng)力在平面問題或軸對稱問題中。取某一土體單元，若其大主應(yīng)力 1 1和小主應(yīng)力和小主應(yīng)力 3 3的大小和方向已知，則與大主應(yīng)力而成的大小和方向已知，則與大主應(yīng)力而成 角的任一平角的任一平面上的法向應(yīng)力面上的法向應(yīng)力 和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力可由力的平衡條件求得?？捎闪Φ钠胶鈼l件求

12、得。7 土的抗剪強度18莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論可見在可見在 坐標平面坐標平面上，土單元的應(yīng)力狀態(tài)上，土單元的應(yīng)力狀態(tài)的軌跡將是一個圓，該的軌跡將是一個圓，該圓就稱為莫爾應(yīng)力圓。圓就稱為莫爾應(yīng)力圓。莫爾圓就表示土體中莫爾圓就表示土體中一點的應(yīng)力狀態(tài)，莫爾一點的應(yīng)力狀態(tài)，莫爾圓圓周上各點的坐標就圓圓周上各點的坐標就表示該點在相應(yīng)平面上表示該點在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。2312231)2()2(7 土的抗剪強度19莫爾庫侖強度理論 2sin)(212cos)(21)(21313131 （7-5）因為莫爾強度理論與庫侖定律的坐

13、標完全一致，將他因為莫爾強度理論與庫侖定律的坐標完全一致，將他們放在一起用來研究土中一點的抗剪強度問題既是們放在一起用來研究土中一點的抗剪強度問題既是莫莫爾爾庫侖強度理論庫侖強度理論莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度20莫爾園與庫侖強度線的三種情況 f強度包線以內(nèi)：強度包線以內(nèi)：下任何一個面下任何一個面上的一對應(yīng)力上的一對應(yīng)力 與與 都沒有達到都沒有達到破壞包線，不破壞；破壞包線，不破壞；與破壞包線相切：與破壞包線相切：有一個面上有一個面上的應(yīng)力達到破壞；的應(yīng)力達到破壞；與破壞包線相交：與破壞包線相交：有一些平面有一些平面上的應(yīng)力超過強

14、度；不可能發(fā)上的應(yīng)力超過強度；不可能發(fā)生。生。莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度21判斷土中一點某方向面破壞與否的方法判斷土中一點某方向面破壞與否的方法已知條件：已知條件： 2sin)(212cos)(21)(21313131 土的土的c、（f=tg+c）土中一點的應(yīng)力狀態(tài)（土中一點的應(yīng)力狀態(tài)（1、3或或z、x、xz已知）已知）解：解：求出該斜截面上的正應(yīng)力求出該斜截面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力將將代入庫侖公式代入庫侖公式f=tg+c求出破壞時的抗剪強度求出破壞時的抗剪強度f判斷：判斷：f 沒破壞（穩(wěn)定）沒破壞（穩(wěn)定）f 破壞破壞=f

15、極限平衡狀態(tài)極限平衡狀態(tài)莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度22【例例】已知土中某一平面上作用的法向應(yīng)力為已知土中某一平面上作用的法向應(yīng)力為260Kpa, 260Kpa, 剪剪應(yīng)力為應(yīng)力為92Kpa, 92Kpa, 該平面是否會剪切破壞？為什么？該平面是否會剪切破壞？為什么？解：該平面上的抗剪強度解：該平面上的抗剪強度f f為為ctgf Kpatg5 .1042018260 f f=104.5Kpa=104.5Kpa實實=92Kpa=92Kpa，未破壞未破壞莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土

16、的抗剪強度23判斷土中一點某方向面破壞與否注意：注意：某截面沒有破壞并不能說該點沒破壞。某截面沒有破壞并不能說該點沒破壞。但若已判定某截面破壞了，則該點破壞了。但若已判定某截面破壞了，則該點破壞了。怎樣直接判定土中一點怎樣直接判定土中一點破壞與否？破壞與否？根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強度包線相切的幾何關(guān)系，根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強度包線相切的幾何關(guān)系，可建立可建立土中一點的極限平衡方程式土中一點的極限平衡方程式。莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度24土中一點的極限平衡方程式土中一點的極限平衡方程式131313132sin2ctgctg2cc t

17、anfc 1f 313ctg2c O c132粘性土莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度25土中一點的極限平衡方程式土中一點的極限平衡方程式213231452tg 4522452tg 4522fftgctgc 1f 313ctg2ctanfc O c132（7-9）（7-10）莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度26 tanfc290 3 1f45 /2破裂面破裂面 O c 1f 32 2 與大主應(yīng)力面夾角：與大主應(yīng)力面夾角： =45=45 + + /2/2土中一點的極限平衡方程式土

18、中一點的極限平衡方程式莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度27f f 破裂角破裂角（剪破角），它是（剪破角），它是剪破面與大主平面的夾角。剪破面與大主平面的夾角。 =45+/2f1313土中一點的極限平衡方程式土中一點的極限平衡方程式2f=90+f=45+ /2莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度28【例例】已知某點已知某點1=420Kpa, 3=180Kpa, c=18Kpa, =20問問:1、該點破壞否？、該點破壞否？ 2、是否沿剪應(yīng)力最大面破壞？、是否沿剪應(yīng)力最大面破壞？解解1

19、、A )245(2245231 tgctg）（極極)(41942011處處于于剪剪破破狀狀態(tài)態(tài)該該點點已已破破壞壞極極實實 KpaKpa Kpatgtg419)22045(182220451802 ）（BKpatgtg7 .180)22045(1822204542023 ）（極極 )(7 .18018033處于剪破狀態(tài)處于剪破狀態(tài)該點已破壞該點已破壞極極實實 KpaKpa 解解2、Kpa120)180420(21)(2131max )902(2sin)(2131max 或或莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度29ctgf 2cos2231

20、31 )02cos902( Kpa3002180420231 圓心坐標圓心坐標Kpatgf1271820300 45面上的面上的max=120Kpaf=127KPa ；不會沿該面破壞不會沿該面破壞莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度301.用莫爾理論研究土的強度忽略了中主應(yīng)力用莫爾理論研究土的強度忽略了中主應(yīng)力2的影響。（平面的影響。（平面問題）問題）2.土的破壞是土中某斜截面上的土的破壞是土中某斜截面上的f所致。所致。3. 抗剪強度抗剪強度f不是常數(shù)，它與剪切面上的法向應(yīng)力成正比。不是常數(shù)，它與剪切面上的法向應(yīng)力成正比。4.破壞面不一定

21、是最大剪應(yīng)力作用平面（破壞面不一定是最大剪應(yīng)力作用平面（45面）而是在面）而是在、的最不利組合的的最不利組合的45+/2面上。面上。5.同一種土可以在不同的應(yīng)力狀態(tài)下被剪破，這樣一組土樣的同一種土可以在不同的應(yīng)力狀態(tài)下被剪破，這樣一組土樣的極限應(yīng)力圓的公切線是強度包線，它一般為曲線，但可以極限應(yīng)力圓的公切線是強度包線，它一般為曲線，但可以近似地用庫侖公式所表達的直線代替，即近似地用庫侖公式所表達的直線代替，即f=tg+c土的強度理論概括如下：土的強度理論概括如下：莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件莫爾庫侖強度理論及極限平衡條件土的抗剪強度理論7 土的抗剪強度317 土的抗剪強度32土的抗剪強度試驗

22、土的抗剪強度試驗測定土抗剪強度指標的試驗稱為測定土抗剪強度指標的試驗稱為剪切試驗剪切試驗十字板剪切試驗十字板剪切試驗 ( (適用適用: :飽和軟粘土飽和軟粘土) )大型直接剪切試驗大型直接剪切試驗直接剪切試驗直接剪切試驗三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗 ( (無側(cè)向抗壓強度試驗無側(cè)向抗壓強度試驗) )抗抗剪剪強強度度試試驗驗室內(nèi)室內(nèi)室外室外7 土的抗剪強度33直接剪切試驗直接剪切試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗1.1.試驗儀器：試驗儀器：直剪儀直剪儀7 土的抗剪強度34PSTA = 100KPa = 200KPa = 300KPa Oc 2.2.試驗步驟：試驗步驟：直接剪切試驗直接剪切試驗土的抗剪

23、強度試驗土的抗剪強度試驗（1）對試樣施加某一法向應(yīng)力）對試樣施加某一法向應(yīng)力 （2）再施加水平剪切應(yīng)力）再施加水平剪切應(yīng)力 ，將下盒推動；，將下盒推動；（3）測定剪切位移和剪切應(yīng)力）測定剪切位移和剪切應(yīng)力（4）繪制）繪制曲線曲線（5）進行不同）進行不同 下多個土樣的試驗下多個土樣的試驗（6）確定破壞剪應(yīng)力）確定破壞剪應(yīng)力 f ，繪制，繪制 f曲線。曲線。7 土的抗剪強度352.2.試驗步驟：試驗步驟： 取峰值或穩(wěn)定值取峰值或穩(wěn)定值 取剪切位移取剪切位移4mm對應(yīng)的對應(yīng)的作為作為f有關(guān)破壞標準有關(guān)破壞標準直接剪切試驗直接剪切試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度36直接剪切試驗直接

24、剪切試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度37在直剪試驗過程中，不能量測孔隙水應(yīng)力，也不能控制排在直剪試驗過程中，不能量測孔隙水應(yīng)力，也不能控制排水，所以只能以總應(yīng)力法來表示土的抗剪強度。水，所以只能以總應(yīng)力法來表示土的抗剪強度。根據(jù)加垂直荷載后固結(jié)程度和剪切速率的快慢可將直剪試根據(jù)加垂直荷載后固結(jié)程度和剪切速率的快慢可將直剪試驗劃分為驗劃分為:快剪快剪(q) quick shear固結(jié)快剪固結(jié)快剪(cq) consolidated quick shear慢剪慢剪(s) slow shear3.3.試驗方法及結(jié)果：試驗方法及結(jié)果：直接剪切試驗直接剪切試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強

25、度試驗7 土的抗剪強度38直剪試驗類型直剪試驗類型直接剪切試驗直接剪切試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度39粘性土粘性土粘性土三種直剪試驗結(jié)果粘性土三種直剪試驗結(jié)果直接剪切試驗直接剪切試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度40無粘性土三種直剪試驗結(jié)果無粘性土三種直剪試驗結(jié)果0cqsqfcqsq無粘性土無粘性土直接剪切試驗直接剪切試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度41試驗時不能嚴格控制排水條件，不能量測孔隙水壓力。試驗時不能嚴格控制排水條件，不能量測孔隙水壓力。限定的剪切面不是土樣最薄弱面；限定的剪切面不是土樣最薄弱面；應(yīng)力應(yīng)變分布不均勻應(yīng)力應(yīng)變

26、分布不均勻, ,且垂直荷載發(fā)生偏轉(zhuǎn)且垂直荷載發(fā)生偏轉(zhuǎn), ,使主應(yīng)力大使主應(yīng)力大小方向都發(fā)生偏轉(zhuǎn)小方向都發(fā)生偏轉(zhuǎn); ;受剪面積逐漸縮小受剪面積逐漸縮小, ,而在計算抗剪強度時仍按土樣的原而在計算抗剪強度時仍按土樣的原截面積計算；截面積計算；直接剪切試驗直接剪切試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗直剪儀的缺點直剪儀的缺點: : 直剪儀的優(yōu)點直剪儀的優(yōu)點: : 7 土的抗剪強度42組成情況：組成情況： 主機：壓力室、軸壓系統(tǒng)主機：壓力室、軸壓系統(tǒng) 穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)：壓力泵穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)：壓力泵 量測系統(tǒng)：排水管、體變管量測系統(tǒng)：排水管、體變管 三軸壓縮試驗：三軸壓縮試驗：較為完善方法較為完善方法試驗儀器：

27、試驗儀器：三軸壓縮儀三軸壓縮儀三軸壓縮試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度43試樣試樣壓力室壓力室壓力水壓力水排水管排水管閥門閥門軸向加壓桿軸向加壓桿有機玻璃罩有機玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石三軸壓縮試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度44試樣是軸對稱應(yīng)力狀態(tài)。試樣是軸對稱應(yīng)力狀態(tài)。垂直應(yīng)力垂直應(yīng)力 1 是大主應(yīng)力，是大主應(yīng)力，水平向應(yīng)力相等水平向應(yīng)力相等 2 = 3；試樣首先施加靜水壓力（試樣首先施加靜水壓力（圍壓）圍壓） 1= 2= 3 。 然后通過活塞桿施加應(yīng)力然后通過活塞桿施加應(yīng)力差差 1- 3 。 應(yīng)力狀態(tài)分析：應(yīng)力狀態(tài)分析：三軸壓縮試驗土的抗剪強度

28、試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度45應(yīng)力施加演示應(yīng)力施加演示:土試樣土試樣 2= 1施加圍壓施加圍壓 2施加軸向偏差應(yīng)力施加軸向偏差應(yīng)力 7 土的抗剪強度46試驗步驟：試驗步驟：（1）將土樣切成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)，放在壓力室中）將土樣切成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)，放在壓力室中（2）施加周圍壓力）施加周圍壓力 3（3）施加豎向壓力，使試件受剪破壞）施加豎向壓力，使試件受剪破壞（4）破壞時大主應(yīng)力為）破壞時大主應(yīng)力為 1，小主應(yīng)力為，小主應(yīng)力為 3（5） 進行不同圍壓三軸試驗進行不同圍壓三軸試驗,繪制破壞狀態(tài)的應(yīng)力摩爾圓繪制破壞狀態(tài)的應(yīng)力摩爾圓（6） 畫出公切線畫出公切線強度包線，得到強度指標強度包

29、線，得到強度指標 c與與 c 7 土的抗剪強度47三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗實質(zhì)就是三軸剪切試驗。它是進行三軸壓縮試驗實質(zhì)就是三軸剪切試驗。它是進行土的抗剪強度的精密試驗。因此，重大工程和科土的抗剪強度的精密試驗。因此，重大工程和科學(xué)研究都常做三軸試驗。學(xué)研究都常做三軸試驗。優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度48試驗方法：試驗方法：按按排排水水固固結(jié)結(jié)條條件件分分不排水剪不排水剪（不固結(jié)不排水剪）（不固結(jié)不排水剪）UU Unconsolidated Undriaind Test固結(jié)不排水剪固結(jié)不排水剪 CU Consolidated Undriaind Te

30、st排水剪排水剪（固結(jié)排水剪）（固結(jié)排水剪）CD Consolidated Driaind Test三軸壓縮試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度49ccu 、 cu 三種試驗方法的試驗條件三種試驗方法的試驗條件cd 、 d cu 、 u 三軸壓縮試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度50三軸壓縮試驗中的孔隙水壓力系數(shù)一、孔隙水壓力系數(shù)一、孔隙水壓力系數(shù)B B條件：條件：B是在施加圍壓（各向同等壓力增量）3時,且不排水條件下測出的。定義：定義：33 uB3 c 3 3 3 cuc c c 總總u3 c 33cuuu 總總3意義：意義：B是與土的飽和度有關(guān)的參數(shù)是與土

31、的飽和度有關(guān)的參數(shù) 干土干土B=0 , 飽和土飽和土B=1 , 0B17 土的抗剪強度51二、孔隙水壓力系數(shù)二、孔隙水壓力系數(shù)A A條件：條件：A是在施加軸向壓力增量1時,且不排水條件下測出的。定義：定義：設(shè)在偏差應(yīng)力(1-3)增量作用下，孔隙水壓力增量為U1311 uA31uuu 總總完全飽和土完全飽和土q3u3 總總u1 q3 3 3 )(311 Au三軸壓縮試驗中的孔隙水壓力系數(shù)7 土的抗剪強度52非飽和土體非飽和土體)(311 BAu意義：意義： A與土的固結(jié)狀態(tài)有關(guān)與土的固結(jié)狀態(tài)有關(guān) NC粘土粘土A=0.51.0 ; OC粘土粘土A1.0)(31313 ABBuuu )(313 AB

32、u非非飽飽和和土土的的完全飽和土體完全飽和土體)(313 Au二、孔隙水壓力系數(shù)二、孔隙水壓力系數(shù)A A三軸壓縮試驗中的孔隙水壓力系數(shù)7 土的抗剪強度53無側(cè)限抗壓強度試驗無側(cè)限抗壓強度試驗是三軸試驗的一個特例，即是三軸試驗的一個特例，即3 3=0=0時的不排水剪。時的不排水剪。適用條件：適用條件：只能用于粘性土。尤其是高塑性飽和粘性土即只能用于粘性土。尤其是高塑性飽和粘性土即=0=0。試驗方法：試驗方法：在在3 3=0 =0 施加施加1 1至破壞。破壞時的至破壞。破壞時的1 1以以q qu u表示表示q qu uq qu u加壓加壓框架框架量表量表量力環(huán)量力環(huán)升降升降螺桿螺桿無側(cè)限壓縮儀無側(cè)

33、限壓縮儀試試樣樣土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度54無側(cè)限抗壓強度試驗無側(cè)限抗壓強度試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度55極限應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓不排水強度飽和粘性土飽和粘性土無側(cè)限抗壓強度試驗無側(cè)限抗壓強度試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度56)245(2)245(231tgctg根據(jù)一點的極限平衡方程式qu=0)245(2tgcquu1.飽和粘性土 =0 fuuqc22.非飽和土 0 )245(2uuutgqc uufctg無側(cè)限抗壓強度試驗無側(cè)限抗壓強度試驗土的抗剪強度試驗土的抗剪強度試驗7 土的抗剪強度577 土的抗剪強度58 3 3 3

34、 3 3 3 有效應(yīng)力圓有效應(yīng)力圓總應(yīng)力圓總應(yīng)力圓 u u=0=0BCcu uAA 3A 1A三個試樣只能得到三個試樣只能得到一個有效應(yīng)力圓一個有效應(yīng)力圓 1. 1.不排水剪抗剪強度不排水剪抗剪強度(UU)(UU)fuuc2031飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度7 土的抗剪強度59三軸試驗：三軸試驗：施加周圍壓力施加周圍壓力 3 3時打開排水時打開排水閥門，試樣完全排水固結(jié)，孔閥門，試樣完全排水固結(jié)，孔隙水壓力完全消散；隙水壓力完全消散；然后關(guān)閉排水閥門，再施加然后關(guān)閉排水閥門，再施加軸向壓力增量軸向壓力增量 ，使試樣在，使試樣在不排水條件下剪切破壞。不排水條件下剪切破壞。 3 3 3

35、 3 3 3 關(guān)閉關(guān)閉排水閥排水閥2.2.固結(jié)不排水剪（固結(jié)不排水剪（CUCU） 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度7 土的抗剪強度60 3 3 3 3 3 3 將總應(yīng)力圓在水平軸上左移將總應(yīng)力圓在水平軸上左移u uf f得到相應(yīng)的有效應(yīng)力得到相應(yīng)的有效應(yīng)力圓，按有效應(yīng)力圓強度包線可確定圓，按有效應(yīng)力圓強度包線可確定c c 、 ccuc cucu 飽和粘性土在三組飽和粘性土在三組 3 3下進行固結(jié)不排水剪下進行固結(jié)不排水剪試驗得到試驗得到A A、B B、C C三個不同三個不同 3 3作用下破壞作用下破壞時的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強度包線確定時的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強度包線確定固結(jié)不排水剪總

36、應(yīng)力強度指標固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強度指標c ccucu、 cucuABC2.2.固結(jié)不排水剪（固結(jié)不排水剪（CUCU） 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度7 土的抗剪強度61三軸試驗：三軸試驗：試樣在周圍壓力試樣在周圍壓力 3 3作用下排作用下排水固結(jié)；水固結(jié)；再緩慢施加軸向壓力增量再緩慢施加軸向壓力增量 ，直至剪破；，直至剪破；整個試驗過程中打開排水閥整個試驗過程中打開排水閥門，始終保持試樣的孔隙水門，始終保持試樣的孔隙水壓力為零。壓力為零。 3 3 3 3 3 3 打開打開排水閥排水閥3.3.固結(jié)排水剪（固結(jié)排水剪（CDCD） 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度7 土的抗剪強度6

37、2在整個排水剪試驗過程中，在整個排水剪試驗過程中， uf 0，總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有，總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓即是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力強度線即效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓即是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力強度線即是有效應(yīng)力強度線。強度指標為是有效應(yīng)力強度線。強度指標為cd、 d cd d d總結(jié)總結(jié): : 3 3 3 3 3 3 對于同一種土，在不同的排水條件下進行試驗，總應(yīng)力強度對于同一種土，在不同的排水條件下進行試驗，總應(yīng)力強度指標完全不同指標完全不同有效應(yīng)力強度指標不隨試驗方法的改變而不同，抗剪強度與有效應(yīng)力強度指標不隨試驗方法的改變而不同，抗剪強度與有效應(yīng)力有唯一的對應(yīng)關(guān)系有效應(yīng)力有唯一的對應(yīng)關(guān)系

38、3.3.固結(jié)排水剪（固結(jié)排水剪（CDCD） 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度7 土的抗剪強度63三種三軸試驗結(jié)果的對比三種三軸試驗結(jié)果的對比飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度7 土的抗剪強度64 土的抗剪強度指標隨試驗方法、排水條件的不同而異，土的抗剪強度指標隨試驗方法、排水條件的不同而異，對于具體工程問題，應(yīng)該盡可能根據(jù)現(xiàn)場條件決定采用對于具體工程問題，應(yīng)該盡可能根據(jù)現(xiàn)場條件決定采用實驗室的試驗方法，以獲得合適的抗剪強度指標實驗室的試驗方法，以獲得合適的抗剪強度指標 試驗方法試驗方法適用條件適用條件不排水剪或快剪不排水剪或快剪地基土的透水性和排水條件不良，建筑物施工速度較地基土

39、的透水性和排水條件不良，建筑物施工速度較快快排水剪或慢剪排水剪或慢剪地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑物加荷速率地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑物加荷速率較慢較慢固結(jié)不排水剪或固結(jié)不排水剪或固結(jié)快剪固結(jié)快剪建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，或地基條件建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，或地基條件等介于上述兩種情況之間等介于上述兩種情況之間4.4.抗剪強度指標的選用抗剪強度指標的選用 飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度7 土的抗剪強度65粘性土的殘余強度指標粘性土的殘余強度指標Cr、r硬粘土具有應(yīng)變軟化特征。當峰值強度出現(xiàn)，隨著剪應(yīng)變的增加，硬粘土具有應(yīng)變軟化特征。當峰值強度出現(xiàn)，

40、隨著剪應(yīng)變的增加，剪應(yīng)力會慢慢趨于一穩(wěn)定值，即殘余強度剪應(yīng)力會慢慢趨于一穩(wěn)定值，即殘余強度f rf r所以殘余強度與峰值強度相比主要表現(xiàn)在內(nèi)聚力下降。所以殘余強度與峰值強度相比主要表現(xiàn)在內(nèi)聚力下降。試驗表明，殘余強度與土的結(jié)構(gòu)關(guān)系不大，所以用重塑土求試驗表明，殘余強度與土的結(jié)構(gòu)關(guān)系不大，所以用重塑土求得的殘余強度與原狀土樣的殘余強度基本相同。得的殘余強度與原狀土樣的殘余強度基本相同。用途：評價土坡的穩(wěn)定性，和土坡的復(fù)活評價。用途：評價土坡的穩(wěn)定性，和土坡的復(fù)活評價。pf rf ctgf rrrfctg r r略小于略小于 Cr04.4.抗剪強度指標的選用抗剪強度指標的選用 飽和粘性土的抗剪強度

41、飽和粘性土的抗剪強度7 土的抗剪強度667 土的抗剪強度67應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑土體在受荷過程中，土中一點某一方向面上應(yīng)力土體在受荷過程中，土中一點某一方向面上應(yīng)力發(fā)展變化在應(yīng)力坐標圖中的軌跡。發(fā)展變化在應(yīng)力坐標圖中的軌跡。通常選擇最大剪應(yīng)力面（與主應(yīng)通常選擇最大剪應(yīng)力面（與主應(yīng)力面成力面成4545度的斜面）度的斜面）pO 3 1 1 3q固結(jié)排水三軸試驗131322pq一個點代表一個摩爾圓；一個點代表一個摩爾圓；一條線代表一系列摩爾圓一條線代表一系列摩爾圓應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑摩爾園摩爾園：一個園代表一個應(yīng)力狀態(tài)一個園代表一個應(yīng)力狀態(tài)p,q平面：平面：一個點代表一個應(yīng)力狀態(tài)一個點代表一個應(yīng)力狀態(tài) 保持

42、為常數(shù)保持為常數(shù)應(yīng)力路徑在強度問題中的應(yīng)用應(yīng)力路徑在強度問題中的應(yīng)用7 土的抗剪強度68摩爾圓與摩爾圓與 p, q 平面上的應(yīng)力路徑平面上的應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑在強度問題中的應(yīng)用應(yīng)力路徑在強度問題中的應(yīng)用7 土的抗剪強度69破壞包線破壞包線 f 在在 坐標系中坐標系中所有破壞狀態(tài)摩爾圓的公切線所有破壞狀態(tài)摩爾圓的公切線破壞主應(yīng)力線破壞主應(yīng)力線 Kf在在p q 坐標系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)點的集合坐標系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)點的集合pq O f 線線Kf線線固結(jié)排水三軸試驗兩條直線與橫坐標交點都是 0強度包線與破壞主應(yīng)力線強度包線與破壞主應(yīng)力線應(yīng)力路徑在強度問題中的應(yīng)用應(yīng)力路徑在強度問題中的

43、應(yīng)用7 土的抗剪強度70pq O c a f線線Kf線線OARtgRO A固結(jié)排水三軸試驗破壞包線破壞包線 f 在在 坐標系中坐標系中所有破壞狀態(tài)摩爾圓的公切線所有破壞狀態(tài)摩爾圓的公切線破壞主應(yīng)力線破壞主應(yīng)力線 Kf在在p q 坐標系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)點的集合坐標系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)點的集合強度包線與破壞主應(yīng)力線強度包線與破壞主應(yīng)力線應(yīng)力路徑在強度問題中的應(yīng)用應(yīng)力路徑在強度問題中的應(yīng)用7 土的抗剪強度71pq O c a f線線Kf線線OARsinRO AtgsintgRO A固結(jié)排水三軸試驗破壞包線破壞包線 f 在在 坐標系中坐標系中所有破壞狀態(tài)摩爾圓的公切線所有破壞狀態(tài)摩爾圓的公切線破壞主應(yīng)力線破壞主應(yīng)力線 Kf在在p q 坐標系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)點的集合坐標系中所有處于極限平衡應(yīng)力狀態(tài)點的集合強度包線與破壞主應(yīng)力線強度包線與破壞主應(yīng)力線應(yīng)力路徑在強度問題中的應(yīng)用應(yīng)力路徑在強度問