2013土力学-冯老师-第六章-土的抗剪强度

土力学SoilMechanics,冯晓腊教授,本章内容,第一节概述第二节土的抗剪强度第三节抗剪强度指标的测定方法第四节抗剪强度的表示方法及其影响因素,第三节抗剪强度指标的测定方法,在确定地基土的承载力、挡土墙的土压力以及验算土坡稳定性等工程问题中，都要用到土体的抗剪强度指标。因此，正确地测定和选择土的抗剪强度指标是土工计算中十分重要的问题。,测定方法,一、直接剪切试验,应变控制式直剪仪,应力控制式直剪仪,P,T,土样,下盒,上盒,S,面积A,1,S,2,3,f1,f2,f3,直剪仪(directsheartestapparatus),试验成果:,直剪试验的类型:,(1)固结慢剪施加正应力-充分固结剪切速率很慢，0.02mm/分，以保证无超静孔压(2)固结快剪施加正应力-充分固结在3-5分钟内剪切破坏(3)快剪施加正应力后立即剪切3-5分钟内剪切破坏,通过控制剪切速率近似模拟排水条件,优点：操作方便，人为固定剪切面，应力和边界条件清楚，易重复缺点：剪应力分布不均匀，不容易控制排水，剪切面易发生变化适宜：二、三级建筑的可塑状态粘性土与饱和度不大于0.5的粉土,直剪试验中的应力状态:,剪切破坏时,二、三轴剪切试验,试样应力特点与试验方法强度包线试验类型优缺点,试验装置：,应变控制式三轴仪：压力室加压系统量测系统,轴向加荷系统,三轴压缩仪,应力特点与试验方法,方法：固结：试样施加围压力1=2=3剪切：施加应力差1=1-3,应力特点：试样是轴对称应力状态垂直应力z一般是大主应力1侧向应力总是相等x=y，且为中、小主应力2=3,三、无侧限抗压试验,1、试验装置,3=0,十字板剪切试验,1.概述,十字板剪切试验(VaneShearTest,简称VST)适用于原位测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。十字板剪切试验在我国沿海软土地区被广泛使用。对于不均匀土层，特别是夹有薄层粉细砂或粉土的软粘土。十字板剪切试验会有较大的误差，使用时必须谨慎。,优点和缺点,它具有下列优点：(1)不用取样，可以在现场对基本上处于天然应力状态下的土层进行扭剪。(2)野外测试设备轻便，操作容易。(3)测试速度较快，效率高，成果整理简单。其缺点是仅适用于江河湖海的沿岸地带的软土，适应范围有限，对硬塑粘性土和含有砾石杂物的土不宜采用，否则会损伤十字板头。,3.十字板剪切试验分类,开口钢环式十字板剪切仪轻便式十字板剪切仪电测式十字板剪切仪,计算土的抗剪强度Cu,计算重塑土的抗剪强度Cu计算土的灵敏度St,6.新产品介绍,1、电动室内十字板剪切仪符合ASTMD4648规范,手动便携式十字板剪切仪用于初步测试软粘土和中等强度硬粘土的天然不排水抗剪强度,微型十字板剪切仪,标准十字板基座刻度范围0-1kg/cm2，最小刻度为0.05kg/cm2，这样目视精度接近0.01kg/m2，除了标准十字板头外，另外两个十字板头范围分别为0-2.5和0-0.2kg/cm2。十字板剪切仪和贯入仪同时使用，可以快速对土体的内摩擦角进行评估，或者用来判定土体是否是粘性的。重量：0.5公斤,E-286十字板剪切,E-286十字板剪切仪紧凑小巧，可放置于携带箱中，能快速测试土体的基础、掘进、坑槽的稳定性。总范围0-260kPa。重量：3公斤,电动野外十字板剪切仪EF-1004,欧洲标准型:十字板(xh,量程):65x130mm,200kPa刀刃形状:顶端全部直角十字板保护鞘:外径75,长度820mm延长管:外径42延长杆:22x1000mm滑动接口:15顺时针方向,五、大型直剪试验,对无法取得原状土的土类如：滑坡的软弱结合面、岩-土接触面,1.2试验目的,现场直剪试验的目的是测定土体抵抗剪切破坏的能力，为地基、地下建筑物和边坡的稳定计算分析提供抗剪强度参数(摩擦系数和粘聚力)。,直剪试验的平推法和斜推法试体受力见下图。,土的现场剪切试验,现场直剪试验,水平推剪试验,滑坡现场剪切试验,工程实例,六、饱和粘性土剪切试验方法,常用试验类型,破坏偏差应力取值方法,松砂,密砂,取曲线的最大偏差应力值作为(1-3)f取规定的轴向应变值（通常15%）所相应的偏差应力作为(1-3)f以最大有效主应力比(1/3)max处的偏差应力值作为(1-3)f,三轴试验确定土的强度包线,由不同围压的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f分别绘制破坏状态的应力摩尔圆，其公切线即为强度包线，可得强度指标c与,固结排水试验（CD试验）ConsolidatedDrainedTriaxialtest(CD)总应力抗剪强度指标：cdd（c）,试验类型与强度指标,固结不排水试验（CU试验）ConsolidatedUndrainedTriaxialtest(CU)总应力抗剪强度指标：ccucu,不固结不排水试验（UU试验）UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest(UU)总应力抗剪强度指标：cuu（cuuuu）,不固结不排水抗剪强度（UU试验）,改变周围压力增量只能引起孔隙水压力的变化，并不会改变试样中的有效应力，各试件在剪切时的有效应力相等，因此抗剪强度不变。,固结不排水抗剪强度（CU试验）,即有效应力圆与总应力圆直径相等，但位置不同，两者之间的距离为uf，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。总应力破坏包线和有效应力破坏包线都通过原点，说明未受任何固结压力的土(如泥浆状土)不会具有抗剪强度。,B=1u3=0u1=A(),超固结饱和粘性土固结不排水抗剪强度（CU试验）,饱和粘性土固结排水抗剪强度（CD试验）,固结排水试验在整个试验过程中，超孔隙水压力始终为零，总应力最后全部转化为有效应力，所以总应力圆就是有效应力圆，总应力破坏包线就是有效应力破坏包线。正常固结土的破坏包线通过原点，粘聚力Cd0，内摩擦角d约在2040之间，超固结土的破坏包线略弯曲，实用上近似取为一条直线代替，Cd约为525kPa,d比正常固结土的内摩擦角要小。,表示同一种粘性土分别在三种不同排水条件下的试验结果，如果以总应力表示，将得出完全不同的试验结果，而以有效应力表示，则得到近乎同一条有效应力破坏包线(如图中虚线所示)，可见，抗剪强度与有效应力有唯一的对应关系。,抗剪强度指标的选择,不固结不排水剪（快剪）cu、u（cq、q）,粘土地基上快速施工的建筑物,抗剪强度指标的选择,固结不排水剪（固结快剪）ccu、cu（ccq、cq）,在天然土坡上快速填方,抗剪强度指标的选择,固结排水剪（慢剪）ccd、cd（cs、s）,粘土地基上慢速施工的建筑物,抗剪强度指标的选择,第四节抗剪强度的表示方法及其影响因素,一、抗剪强度的两种表示方