土抗剪强度-同济

一、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。土体强度破坏的机理：

在外荷载引起的剪应力或剪应变超过土体的抗剪强度，导致土体沿着剪应力作用方向产生相对滑动－剪切破坏。第一页，共33页。边坡滑裂面工程背景p第二页，共33页。挡土墙滑裂面第三页，共33页。地基p滑裂面工程中土的破坏形式主要表现为滑动破坏面—剪切破坏第四页，共33页。二、土的抗剪强度与极限平衡条件1.库仑定律抗剪强度指标：

c:土的粘聚力

:土的内摩擦角NT=NtanφuT第五页，共33页。总应力法：抗剪强度的两种表达方法:抗剪强度的第二种表达式式中c′

、j′分别为有效粘聚力和有效内摩擦角，统称为有效应力抗剪强度指标.有效应力法：法向应力采用总应力s表示的抗剪强度.当法向应力采用有效应力s′表示时，则称为抗剪强度的。第六页，共33页。三、土的剪切试验方法

1.直接剪切试验试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）PT上盒下盒透水石土样TP试样内的变形分布第七页，共33页。剪切前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力，

剪应力为剪切力T除以试样面积A在法向应力作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该作用下，土的抗剪强度6mma

b

剪切位移△l(0.01mm)

剪应力（kPa)

1

2

直剪试验原理直剪试验原理第八页，共33页。直剪试验方法分类通过控制剪切速率来近似模拟排水条件1.快剪施加正应力后立即剪切3-5分钟内剪切破坏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.固结慢剪施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分，以保证无超静孔压cq、q

ccq、cq

cs、s

第九页，共33页。2.三轴压缩试验仪器设备：压力室，加压系统，量测系统等组成。试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽第十页，共33页。

3

3

3

3

3

3△△1.施加周围压力2.施加竖向压力试验加载的基本步骤:三轴试验的强度包线分别作围压为100kPa

、200kPa，得到破坏时相应的（1-)f绘制两个破坏状态的应力摩尔圆，画出它们的公切线，即强度包线11-31

=15%强度包线(1-)fc

(1-)f＝100kPa＝200kPa第十一页，共33页。三轴试验方法三轴试验方法固结排水试验（CD试验）1打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压固结不排水试验（CU试验）1打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水不固结不排水试验（UU试验）1关闭排水阀门，围压下不固结；2关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水cd、d

ccu、cu

cu、u

第十二页，共33页。有效应力圆总应力圆u=0BCcuuAA

3A

1A饱和粘性土在三组3下的不排水剪试验得到A、B、C三个不同3作用下破坏时的总应力圆试验表明：三个试样的周围压力3不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线三个试样只能得到一个有效应力圆

（1）不固结不排水剪（UU）不同试验方法的剪切试验结果

（1）不固结不排水剪的剪切试验结果第十三页，共33页。将总应力圆在水平轴上左移uf得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定c、

ccuc

cu饱和粘性土在三组3下进行固结不排水剪试验得到A、B、C三个不同3作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标ccu、

cuABC（2）固结不排水剪（CU）

（2）固结不排水剪的剪切试验结果第十四页，共33页。实验室的UU试验：在有效固结压力c

条件下的CU强度值。地基中的正常固结粘土：’z’z取回室内,如c

<’z，不再是正常固结土。

f“正常固结粘土”UU与CU强度指标的相关性抗剪强度指标有时失去其物理意义，而变成计算参数的含义’z固结压力为0的正常固结粘土（如地表土）:亦即其历史上的最大固结压力是0，则室内UU试验的抗剪强度为0，即处于泥浆状态。c=0是否意味着正常固结粘土无粘聚力?粘聚力随c增加而增加第十五页，共33页。cuσp1cu1σp2cu2σp3cu3正常固结粘土层固结不排水试验强度包线(破坏主应力线)上的每一点对应于一个具有相同先期固结压力的不排水强度指标，数值上等于相应莫尔圆的半径cu第十六页，共33页。在整个排水剪试验过程中，uf

＝0，总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线。强度指标为cd、dcdd（3）固结排水剪（CD）

（3）固结排水剪的剪切试验结果第十七页，共33页。四、工程中抗剪强度指标选用名称指标地基稳定性坝体稳定性不排水剪(快剪)cu、ucq、q软土地基上快速施工土坝快速施工，心墙未固结固结不排水剪(固结快剪)ccu、cuccq、cq固结完成后受突然荷载水位骤降固结排水剪(慢剪)cd、dcs、s地基透水性强施工较慢稳定渗流期或正常运行期第十八页，共33页。不固结不排水剪（快剪）cu、u（cq、q）粘土地基上快速施工建筑物软土地基上快速填方土坝快速施工，心墙未固结第十九页，共33页。固结不排水剪（固结快剪）ccu、cu（ccq、cq）水位骤降在1层固结后，施工2层12粘土地基预压固结后，快速施工建筑物第二十页，共33页。固结排水剪（慢剪）ccd、cd（cs、s）粘土地基上慢速施工建筑物粘土地基上分层慢速填方稳定渗流期的土坝第二十一页，共33页。pqOf线Kf线以固结排水三轴试验为例五、强度包线与破坏主应力线强度包线f

：在~

坐标系中所有破坏状态莫尔圆的公切线破坏主应力线Kf在p~q坐标系中所有处于极限平衡应力状态对应点的集合O’第二十二页，共33页。pqOcaf线Kf线O’ARpqOcaf线Kf线O’AR第二十三页，共33页。1(’)p(p’)quKfKfffuu总应力强度破坏线与有效应力强度破坏线以正常固结土（或松砂）CU试验为例第二十四页，共33页。五、有效固结应力法有效应力法局限性’n

(有效法向应力)原位应力j第二十五页，共33页。两种试验得到相同的Kf线Kf线上，pfqfef间存在唯一性关系

A点：ef=ef和试验的类型及应力路径等无关ef–pf-qf

唯一性关系粘土的pfqfef唯一性关系pOqKf线固结排水试验固结不排水试验ef=efAe0=efpc第二十六页，共33页。第二十七页，共33页。总应力法（固结不排水强度为例）p(p)Oqcuf3

=31第二十八页，共33页。有效固结应力法p(p)Oqcuf3

=3c1cp(p)Oqcuf3

=3c1c第二十九页，共33页。qpCBK’fKfA六软粘土在荷载作用下的强度增长饱和软粘土地基在外荷载作用下，随着孔隙水压力的消散以及土层的固结，土的抗剪强度也将会随之增长。CU应力路径第三十页，