土质学与土力学土的抗剪强度理论讲义

第五章土的抗剪强度土力学体系第一、土的三相理论第二、土的渗透理论第三、土的变形理论第四、土的强度理论一、土的强度特点二、工程中与土体强度有关的问题三、土的强度的机理四、摩尔-库仑强度理论

§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论一、土的强度特点：碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用——主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；2.三相体系：三相承受与传递荷载——有效应力原理；3.自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。

§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论土压力边坡稳定地基承载力挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏核心强度理论

§5土的抗剪强度二、工程中土体的破坏类型§5.1土体破坏与土的强度理论三、土的强度的机理

§5土的抗剪强度§5.1土体破坏与土的强度理论直剪试验库仑（1776）试验原理施加σ（=P/A），S量测

（=T/A）STσ

=100KPa

S上盒下盒PA直剪仪直剪晃试验库仑写（17勒76）试验漠原理试验剥结果σ=10蓄0K走Pa

Sσ=20宫0K答Paσ=300猫KP雅a三、荐土的焦强度恒的机损理§5土的返抗剪正强度§5怎.1土体链破坏厉与土饿的强扇度理敞论PSTA

Oc

c粘聚涛力

内摩谢擦角σ

=100KPa

Sσ

=200KPaσ

=300KPa直剪斩试验库仑堵（17妨76）试验桂原理试验胞结果三、板土的槐强度份的机药理§5土的昼抗剪骂强度§5诱.1土体剖破坏骡与土泳的强彩度理陵论库仑返公式但：

f：土的别抗剪徒强度

tg宇

：摩擦谋强度-正比字于压征力c：粘聚发强度-与所督受压看力无贪关NT=NT

滑动浅摩擦

三、却土的宝强度奋的机辟理§5土的裁抗剪撑强度§5垄.1土体影破坏葵与土段的强镇度理共论1.摩擦己强度

tg荡

（1）滑额动摩凳擦密度渡（e,

帐

蹄

粒径图级配详（Cu,茅Cc）颗粒脖的矿辛物成午分对于

：砂拾土>粘性帮土；高岭腿石>伊里婚石>蒙特艺石粒径领的形桐状（另颗粒充的棱槽角与员长宽叫比）在其膜他条在件相蒸同时呼：对于特砂土绒，颗时粒的吴棱角罗提高棍了内究摩擦韵角

对于丽碎石事土，农颗粒本的棱帽角可架能降佩低其诊内摩栽擦角

影响辽土的孤摩擦袜强度糟的主夺要因勇素：三、粉土的都强度客的机统理§5土的自抗剪桥强度§5占.1土体看破坏石与土磁的强雅度理哗论1.摩擦氧强度

tg案

粘聚庄强度弹机理颗粒恭间的估电分谦子引驱力（感库仑斧力）化学脚分子肾之间汁的引些力颗粒味间胶堂结假粘亮聚力她（毛估细力全等）

粘聚御强度赶影响拔因素地质绸历史粘土苦颗粒葵矿物绿成分密度离子兔价与容离子溪浓度----+三、怀土的票强度壳的机滩理§5土的夫抗剪城强度§5如.1土体疯破坏侧与土坛的强插度理滴论2.凝聚忌强度一、兼土的杆强度笔特点二、叠工程益中土易体的喜破坏喷类型三、柄土的帐强度捕的机惊理四、语摩尔-库仑谁强度拢理论§5土的秃抗剪奏强度§5礼.1土体岂破坏警与土蛛的强崇度理牲论§5土的不抗剪阀强度§5快.1土体今破坏撤与土籍的强堂度理熟论四、胆摩尔-库仑恳强度自理论1.库仑训公式2.应力严状态伪与摩添尔圆3.极限范平衡伪应力冤状态4.摩尔-库仑段强度辱理论5.破坏啄判断稳方法6.滑裂趟面的旧位置二、旷莫尔壳应力哀圆只要茧该面船上的穿剪应灾力达钻到其谢抗剪拉强度,土体缎内部奥的滑阀动可爪沿任新何一估个面铸发生劳，为勾此，缴通常羽需要赞研究逼土体四内任兄一微蝇小单酿元体嗽的应崇力状宵态。σ1σ3莫尔阁应力驰圆三、裙莫尔——库仑叠准则（一匹）土喂的抗肚剪强悟度规坛律库仑杠抗剪爪强度浮定律誉：锐对宏于砂究土τf=σ业tg匀φ对于责粘性青土τf=c朱+σ帆tg妙φ摩尔骑圆与盗强度孔线的延位置锈关系土：相离相切相交杏（实辱际上阶不存傅在）（二我）土升的极嘱限平置衡条舒件莫尔抛－库访仑破驳坏准条则：把莫糟尔应翁力圆浅与库桌仑抗钩剪强绣度线泳相切缎时的虎应力慌状态笋，即τ=绳τf时的味极限萍平衡阶状态甲作为笑土的茶破坏略准则段。是抢目前增判别纱土体卖所处倡状态古的最咸常用粪或最待基本烟的准料则。根据筐这一储准则伏，当垦土处勾于极盆限平惧衡状昌态即溪应理迟解为顽破坏笋状态杆，此盘时的搅莫尔薪应力腿圆即彻称为穿极限赶应力丝式圆或楚破坏扶应力伴圆，党相应励的一析对平锹面即众称为灿剪切扣破坏重面（侧简称伟剪破摔面）对。土的淡极限原平衡喷条件川：根据付莫尔收－库镇仑破掠坏准喜则来貌研究公某一记土体葡单元陪处于塔极限件平衡彼状态纺时的薄应力光条件忽及其尚大、桨小主凉应力绩之间孤的关杨系，狗称该牺关系术为土负的极兔限平少衡条谢件。根据俯莫尔在－库亮仑破赖坏准阻则，径当单筋元土查体达规到极帖限平绪衡状枕态时桥，莫勉尔应匠力圆免恰好丈与库诊仑抗让剪强惯度线浊相切周。根据筒图中桥的几极何关职系并袋经过甲三角猪公式握的变趣换，孤可得上式箩即为刮土的锯极限队平衡抛条件到。当催土的友强度申指标c，φ为已汽知，暖若土狠中某蝴点的肠大小坝主应窃力σ1和σ3满足屈上列糠关系骑式时调，则至该土撒体正屈好处销于极棒限平殊衡或推破坏悦状态喜。从图贱中还鞋可以铃看出索，按惨照莫嘉尔－自库仑真破坏足准则爆，当狼土处链于极拦限平存衡状恋态时迁，其煌极限危应力遗圆与阿抗剪姥强度怎线相愁切与D点，巧这说霸明此逼时土贿体中典已出需现了惕一对素剪破牧面。此剪破搬面与矩大主匠应力太面的腔夹角θf称为妻破坏狂角，武从图瓦中的纳几何隐关系予可得堡到理闻论剪歉破角恼为：θf=4沃5°堡+φ厨/2【例题5－2】已知妈某土禁体单仰元的踩大主侄应力σ1＝48苹0k恭Pa，小肆主应仗力σ3＝21肺0k细Pa。通热过试康验测茄得土冬的抗复剪强四度指娃标c=第20吵kP戏a，φ＝18剃°，问轧该单纽奉元土需体处的于什厚么状羊态？【解】已知σ1＝48制0k埋Pa，σ3＝21忘0k些Pa，c=摘20输kP苍a，φ＝18场°由式钳（5－2）和他（5－3）分园别求眉出剪站破面眉上的殿法向腹应力σ和剪制应力τ为由式斑（5－6）求派相应饱面上劣的抗燃剪强魄度τf为由于τ>教τf，说传明该翠单元苗体早钱已破区坏。（1）直捷接用τ与τf的关广系来息判别（2）利车用公循式（5－8）或慢式（5－9）的辱极限屠平衡奖条件涝来判急别①由舒式（5－8）设概达到朵极限搏平衡鹿条件绵所需科要的买小主巩应力园值为σ3f，此放时把节实际岗存在磁的大剂主应钞力σ1=48巡寿0k剃Pa及强棒度指弃标c，φ代入烂公式现（5－8）中贱，则拨得②也可淘由式崖（5－9）计慈算达忽到极限限平比衡条桥件时冰所需快要得锐大主不应力掉值为σ1f，此访时把悄实际愉存在婶的大握主应盯力σ3=21柱0k配Pa及强间度指胖标c，φ代入公公式坝（5－8）中业，则得由计南算结余果表丧明，σ3＜σ3f,反σ1＞σ1f，所黄以该臂单元煤土体子早已碎破坏汉。第3节躲确定柏强度掏指标启的试击验测定游土抗慢剪强养度指步标的搞试验许称为剪切诞试验，剪束切试返验可甚以在闲试验罪室内赏进行炼，也各可在枪现场浴原位英条件速下进制行。抛按常痛用的头试验宗仪器其可将绩剪切洽试验况分为直接陈剪切辱试验淋、三准轴压搭缩试狱验、侨无侧虽限抗涂压强骡度试确验和富十字舰板剪妄切试辉验四种团。一、叮直接奴剪切榆试验用直保接剪汽切仪哑（简浑称直设剪仪驻）来衣测定雾土的烘抗剪住强度贯的试绿验称崇为直接袄剪切诞试验。直接芦剪切骑试验器是测扑定预晌定剪掏破面罚上抗阔剪强扬度的铲最简遥便和俗最常撕用的烟方法搬。直剪披仪分应变题控制原式和鸣应力暮控制狭式两种探，前缓者以名等应崖变速争率使吓试样笑产生涌剪切猴位移湿直至泥剪破炸，后凭者是刊分级而施加杆水平兄剪应散力并滑测定接相应差的剪封切位末移。目前吧我国惑使用馆较多污的是应变灭控制毯式直烦剪仪。直剪蛇仪的旋示意洋图如絮图所泉示：（一学）快锻剪（Q）试验泰时在甚试样构上施锄加垂忌直压艰力后日，拔值去固刮定销惭钉，欣立即胸以0.素8m滩m/添mi缓n的剪锅切速散度进扯行剪腾切，降使试涌样在3m司in～5m盟in内剪窗破。扣该试搭验所拨得的限强度湿称为把快剪溪强度尚，相扮应的翻指标刘称为彼快剪忙强度厨指标孙，以cQ，φQ表示拜。为了尚考虑姑固结瞧程度灵和排费水条各件对吉抗剪茅强度运的影舍响，习根据分加荷掉速率犯的快疼慢将吗直剪冰试验冤划分爬为快剪质、固尝结快家剪和薄慢剪三种唉试验浇类型盘。（二坏）固批结快索剪（R）试验房诚时对研试样薄施加警垂直忙压力扯后，些每小湿时测撤读垂岩直变材形一舅次，寄直至占变形翼稳定延。变诱形稳智定标啄准为坊变形颂量每藏小时朽不大睡于0.芬00愤5m细m，在变拔去曾固定深销，见剪切暖过程谱同快教剪试盈验。只所得戴强度挥称为烦固结萄快剪减强度埋，相杠应指题标称货为固幕结快亦剪强巴度指洲标，灾以cR，φR表示汤。（三济）慢蛾剪（S）慢剪谊试验佳是对爽试样背施加厉垂直动压力砍后，外待固悠结稳拒定后敢，再骡拔去每固定速销，色以小妇于0.扭02讨mm稻/m周in的剪赖切速评度使味试样标在充远分排再水的往条件驻下进钥行剪竞切，跨这样片得到晓的强习度称萝为慢驾剪强友度，致其相孕应的债指标尾称为收慢剪等强度怨指标揉，以cS，φS表示障。上述百三种植方法誉的试羡验结蛮果如农图5－10所示也。从偿图中拘可以植看出连，cQ＞cR＞cS，而φQ＜φR＜φS。直剪匹试验盗的设敏备简牌单，房诚试样存的制秤备和榴安装笔方便即，且射操作蓄容易仁掌握暂，至踪蝶今仍胁为工诱程单察位广楼泛采瓦用。二、宝三轴捷压缩局试验1.定义一、笨试验跑系统2.基本桌组成三轴趣压缩明仪主坐要由压力殿室、慎加压背系统销以及港量测福系统三部商分组框成。图1三轴宋压缩彼仪试鸡验系街统三轴喝压缩苹试验既又称舰三轴适剪切宇试验分，是走测定丘土的撕应力昆与应阿变关膜系和记强度继的一厚种常傍用的仆室内亦试验乒方法滥。（1）压西力室压力铲室一的般由金属处上盖废、活爱塞、由有机有玻璃批圆筒腿、底务座、猜围压明管、科测压胖管、障橡皮侦膜、只透水我石、宋试样理、试皆样冒懂和排煮水管等组下成。图2压力悉室图（2）加穗压系腰统由压力阻泵、细调压强阀和伐压力基表等组禾成。（3）量子测系阔统由排水床系统弊、体痛变管漆和孔表隙水刊压力郑量测贱装置等组富成。二、牺试验段原理假设盒本实桶验是狼对地鹅基土宽中某摇点的毒应力摧状态井的模企拟，废图3表示辉的是柱在荷丑载q作用芬下地棵基土喉中任中意一佣点M的应瓶力状熔态。qσ1σ1σ3σ3M图3瓜M的应唤力状怀态1.土中贸应力嘴状态用三瓶轴压益缩试荷验模偶拟M点的盖应力赴状态绘时需向将M点的套应力侵进行义分解粘。σ1σ1σ3σ3Mσ3σ3σ3σ3Mσ1-σ3Mσ1-σ3（a）（b）情况a：各两向等佩压状越态，俩通过娘施加捐围压昨实现侨；情况b：偏千压状庙态，盖通过改施加跨轴向联压力瞎实现防。令Δσ＝σ1-σ3，则Δσ被称丙为偏卸差应稳力。2.应力狗圆与健强度别包线莫尔母应力洗圆：若σ1为大滨主应胖力，σ3为小引主应标力，赠在τ-σ直角铃坐标撞系统仰中以[1朽/2(σ1+富σ3),炮0]为圆犁心坐修标，1/董2(闪σ1-屿σ3)为半雀径作威出的伙圆即给为莫虫尔应烫力圆刚。图5强度拜包线极限智应力平圆是指中根据主土体晃极限碰状态育下的萌大小崖主应层力作刊出的奏莫尔道应力宿圆。根据破此包仔线可蔽以得搂到土部的抗沾剪强益度指炉标c，φ值抗剪筛强度姿包线叙：过不算同应昂力状善态下猎的一朴组极倚限应意力圆协作一爽条共音切线起即为灵土的上抗剪吉强度蹈包线周。(

1-

)f

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(

1-

)f固结孕排水聪试验恭（CD试验左）试样服先在倡围压珍作用咱下排罪水固秤结，饼然后炕允许技试样滋在充芽分排财水的微条件刑下增麦加轴桶向压猎力直杆至破抚坏。固结怨不排尖水试出验（CU试验欺）土样纠在施丑加围早压时毒，允祸许试附样充鸟分排我水，甘待固鸟结稳冰定后火，再倍在不炉排水麦的条熄件下腰施加漂轴向银压力组，直玩至试缺样剪办切破仿坏。不固燃结不润排水屈试验洗（UU试验祝）试样殃在施迁加围捏压和挎随后年施加誓偏应末力直刮至破狡坏的笑整个辽试验港过程侍中都计不允迎许排主水，驶这样万从开袖始加涝压直根至试教样剪漏坏，姻土中疗的含救水量杆始终劳保持述不变蜂，孔碗隙水侵压力沟也不豆消散状。cd、

dccu、

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u三、培试验柳类型（1）试齿验种究类粘土浆地基椅上分改层慢挥速施火工的留填方稳定镇渗流粒期的值土坝天然颂粘土并坡或愤在粘撑土中持的开推挖固结堆排水拨试验适用垂于排尖水条知件好航，施芽工慢舟，在择施工或期不愧产生源孔隙逝水压其力的普情况勿。ccdφcd(2虏)试验厕的应膊用固结壶不排汉水试踢验适用您于在不一定平应力守条件惠下，惩已经拆固结易排水大的土矛体，竭应力赛增加乒后不鞭排水票的情抄况。ccuφcu在1层土生固结料后，需施工2层的填方库水萄位从1骤降睛到2在天粉然土愈坡上漫快速僵填方(2例)试验凑的应练用不固悉结不貌排水决试验适用亩于渗份透系榴数小导，施籍工进坑度快板，在勇施工垃期无礼排水村固结肺的情便况。cu软土糊地基姜上快清速施恳工的惯填方土坝限快速疏施工砍，心悼墙未炼固结粘土贺地基钻上快屡速施辟工的赏建筑栋物(2塌)试验转的应察用四、酒试验直操作1、试饼验步指骤（1）对血仪器林各部枕分进凝行全造面检皆查，卫检查乔围压缓系统剑、反慈压力跃系统删、孔帖隙水洒压力猪系统妈、轴难向压腾力系疑统是服否能判正常壶工作舰，排次水管稻路是畜否畅逝通，懒管路嘱阀门迟连接生处有孙无漏潮水漏盖气现博象。堵橡胶转膜是患否有者漏水蚕漏气域现象胳。（2）制织作试俗样。红将试厌验土惯体做芳成直寨径为38～50示mm，高75～10嘉0m斜m的圆纽奉柱体堆。（3）将资试样捡饱和杰。土榨柱（4）拆摆开压评力室波的有栽机玻善璃罩锋，将泛试样艇放在砍试样射底座矮的不轰透水盒圆板属上，愿在试器样的林顶部柿放置馆不透逮水试害样帽寻。（5）将总橡皮筑膜套稍在承钞膜筒挽上，竹两端击翻过偿来，害用洗泥耳球凳吸气泻，使念橡皮猎膜贴但紧承柜膜筒属内壁冰，然抬后套丘在试卸样外竖放气优，翻慈起橡天皮膜土，取巨出承财膜筒给，用械橡皮祝圈将所橡皮惰膜分叨别扎瘦紧在债试样载底座兵和试换样帽酿上。承膜工筒装好轿的试扁样（6）装舒上有恨机玻丈璃罩毫，安揉装时黎应先戏将活钱塞提卫高，秋以防颂碰撞树试样渠，然响后将抖活塞泥对准酿试样袍帽中堤心，缝并旋纳紧压玻力室毫密封育螺帽距，再垦将测孝力环扎对准罚活塞婆。（7）向已压力欣室充敬水，绞当压椒力室雹快注阵满水均时，捡降低虎进水江速度店，当脊水从发排水茅孔溢抵出时总，关芦闭排考水孔棕。（8）根财据选搁定的侍试验申类型仍控制储排水属阀开肌关，掌然后宁向压哪力室固内施截加气微压或假液压σ3。加围拉压需州控制叉围压经的速断度(9碎)根据次选定分的试奇验类谷型调汗整排湿水阀冶开关虽，然撕后通垄过轴笨向加垫荷系梨统对丛试件露施加说竖向舍偏差奇应力见。(1悼0)读取婆并记豆录数隔据。(1鞋1)试验吴结束刺后，百关闭扬电动唤机，锋关围帝压阀哑，拔胳开离亏合器巩，倒夕转手建轮，则然后谣打开贿排气皂孔，录排去冠压力肢室内正的水非，拆剖去压蓝力室剩外罩碑，取症出试乏验，握描述崖试样箩破坏止的形奸状，捉并测加得试摔验后迷的密句度和俱含水焦量稿。(1钟2)整理善数据多并撰轻写试圆验报叫告。2.试样肢的制遭取（1）原男状土醋试样盆制备用先虾用钢京丝锯扇或削诊土刀笨将土稻样切厘取一款稍大啦于规烦定尺轧寸的孕土柱悦，然件后放弯在切容土盘膊削成贫规定胞直径普的土戴柱，障最后风按试段样高济度要珍求削青平上僚下两纱端。（2）扰劫动土班试样地制备（a）将跑土样腾风干施、碾爬碎，旋测出晃其风烈干含申水率厚，并吉根据罢含水病率算筛出所佳需加半水量趣。（b）将历水加泉入风惹干的鸽土样截中，搏拌匀砌。（c）将窝拌匀叠的土衫样装阻入塑召料袋艳置于教密闭前容器回内至腰少20羊h使其网含水脖率均猜匀。（d）根炮据要库求的膜干密烛度称届取所狡需土姻质量吊放入浪内径统与试俯样直哥径相糟同的流击样备筒分非层击坏实，略直至店试样馒规定眨高度歪。3.试样房诚饱和（1）抽至气饱虑和。将装近有试遵样的誉饱和番器置虑于无垂水的下抽气壳缸内纳进行习抽气,当真森空度助接近馆当地1个大敞气压料后应竞继续特抽气,继续豆抽气累时间训宜符盾合下犹列要稀求：粉质殊土撑大释于0.执5h粘质盯土竞大朴于1h密实阳的粘跨质土历大于2h当抽础气时阔间达常到上弄述要耐求后淘徐徐贪注入把清水秩并保面持真滑空度贩稳定，颠待饱徐和器幼完全伴被水浑淹没隙就停恨止抽筛气并内释放刺抽气萍缸的欲真空奔，最后沈将试虾样在室水下剃静置基，时鲁间应骄大于10仅h。(2袜)水头葡饱和试样丹装入跑压力验室后绢施加20威kP租a的围哭压,然后欢提高扬压力飘室底繁部量农管的待水面种和降喘低顶暑部固茂结排干水管犬的水著面，雕使两走管水北面差捐在1m左右阔，再冻打开捧量管糊的孔甚隙压访力阀乐和排爸水管袭的排旨水阀绞让水类自下稳而上宁通过秩试样悦直至妨同一横时间惊间隔辱内量嗓管流转出的词水量雹与固偷结排鸽水管概内的幼水量痛相等专为止王。固结占排水蒜试验触（CD试验出）1打开取排水椒阀门无，施加绕围压

后充刑分固林结，麻使超域静孔啊隙水商压力缩慧完全胡消散滩；2打开伙排水沟阀门薪，慢殿慢施砌加轴莫向偏暴差应粪力

，充趴分排融水，贪避免尘产生鼓超静厌孔压固结征不排吹水试乓验(CU试验榨）1打开我排水性阀门珠，施加跨围压

后充河分固田结，肺使超炮静孔焦隙水纱压力膨完全泥消散匙；2关闭旺排水坐阀门搅，施蔽加轴苦向偏抄差应巴力

使试绩样很粗快被禽剪切胆破坏滤，在漆施加悄过程胞中不寇排水不固着结不跌排水朱试验屡（UU试验轮）1关闭遭排水跃阀门晌，围压

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使试挡样很届快被蛋剪切扮破坏夸，在砍施加糖轴向炎偏差闲应力致

过程映中不罢排水(3银)加载律过程狗和排舟水控体制试验勉记录仁表五、番试验升结果帅的整膀理1.抗剪酷强度同一泉种土调施加找的总把应力σ虽然海相同扛，但颈是如廊果试古验方洪法不颠同或繁排水换不同震则所否得强符度指决标就勉不同做，所妖以抗横剪强都度与进总应激力没固有唯它一的徐对应迷关系谈。根据亦有效回应力熔原理σ＝σ’嗓+u得有霸效应盛力与庙抗剪兄强度涨的关暴系表玩达式设为：准确切测出疗孔隙则水压撒力后袍由上右式可贱得抗耽剪强挺度与轧有效啦应力阿的唯仔一对昂应关便系。式中障，c’为有川效粘拥聚力惧；φ’为有街效内纽奉摩擦救