第2章 土抗剪強(qiáng)度

1、第2章 土的抗剪強(qiáng)度加拿大特朗斯康谷倉(cāng)：概況：加拿大特朗斯康谷倉(cāng)：概況：1911年動(dòng)工，年動(dòng)工，1913年完工，自年完工，自重重20000T。1913年年9月裝谷物，月裝谷物，10月月17日裝了日裝了31822谷物時(shí)，谷物時(shí)，1小時(shí)豎向沉降達(dá)小時(shí)豎向沉降達(dá)30.5cm，24小時(shí)傾斜小時(shí)傾斜2653，西端下沉，西端下沉7 . 3 2 m ， 東 端 上 抬， 東 端 上 抬 1 . 5 2 m ， 上 部 鋼 混 筒 倉(cāng) 完 好 無(wú) 損， 上 部 鋼 混 筒 倉(cāng) 完 好 無(wú) 損2.1庫(kù)侖公式 內(nèi)摩擦角：是特指巖體、土體內(nèi)部產(chǎn)生剪切破壞時(shí)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),即材料內(nèi)部發(fā)生破壞時(shí)的摩擦阻力折算的摩擦角.

2、 外摩擦角:巖體與其它材料如混凝土/鋼筋等接觸面之間的摩擦阻力折算的摩擦角砂土庫(kù)侖公式tgf粘土庫(kù)侖公式tg cf抗剪強(qiáng)度的來(lái)源v1 無(wú)粘性土 ：滑動(dòng)摩擦 咬合摩擦v2粘性土：內(nèi)摩擦力 范德華力 粘聚力 庫(kù)侖力 天然膠結(jié)力v無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度取決于顆粒間的磨擦阻力，它包括土顆粒間滑動(dòng)磨擦阻力和土顆粒表面凸凹不平所形成的機(jī)械咬合力，其大小取決于顆粒大小、級(jí)配狀況、密實(shí)度、顆粒形狀以及粗糙程度等因素。v粘聚力C:是土粒間膠結(jié)作用和各種物理化學(xué)鍵作用的結(jié)果，其大小與土礦物成份、壓密程度有關(guān)。粘聚力分為原始粘聚力和固化粘聚力。原始粘聚力是由土顆粒之間的分子引力形成。它隨土的壓密、土顆粒間的距離減少而增

3、大。固化粘聚力是由土中化合物的膠結(jié)作用形成，隨膠結(jié)物的結(jié)晶和硬化而增強(qiáng)。如果土的結(jié)構(gòu)破壞，這部分粘聚力即喪失，而且不能恢復(fù)，故在基礎(chǔ)施工時(shí)，應(yīng)盡可能不擾動(dòng)地基土的結(jié)構(gòu)。 影響抗剪強(qiáng)度的因素v1土的物理化學(xué)作用的影響 土的礦物成份 土的顆粒形狀和級(jí)配 土的原始密度 土的含水率 土的結(jié)構(gòu) 2 孔隙水壓力的影響 只有作用在土顆粒骨架上的有效應(yīng)力才能產(chǎn)生內(nèi)摩擦力 土的極限平衡條件tg cfABDOf極限平衡條件莫爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則極限應(yīng)力圓破壞應(yīng)力圓剪切破壞面無(wú)粘性土極限平衡條件20132031tan452tan452粘性土的極限平衡條件土的極限平衡條件土的極限平衡條件2.2確定強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)v測(cè)定土抗剪

4、強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)稱(chēng)為剪切試驗(yàn)v按照常用的試驗(yàn)儀器將剪切試驗(yàn)分為 直接剪切試驗(yàn) 三軸壓縮試驗(yàn) 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn) 十字板剪切試驗(yàn)v近似模擬直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)v在直剪試驗(yàn)過(guò)程中，不能量測(cè)孔隙水應(yīng)力，也不能控制排水，所以只能以總應(yīng)力法來(lái)表示土的抗剪強(qiáng)度。但是為了考慮固結(jié)程度和排水條件對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，根據(jù)加荷速率的快慢可將之間試驗(yàn)劃分為v快剪v固結(jié)快剪v慢剪直接剪切試驗(yàn)比較其大?。褐苯蛹羟性囼?yàn)v直剪試驗(yàn)的缺點(diǎn)v剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面v試驗(yàn)中的排水程度靠試驗(yàn)速度的快慢控制v由于上下土盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過(guò)程中

5、試樣的有效面積減小，使試樣中的應(yīng)力分布不均勻，主應(yīng)力方向發(fā)生變化，當(dāng)剪切變形較大時(shí)這一缺陷表現(xiàn)更為突出三軸壓縮試驗(yàn)v三軸壓縮試驗(yàn)直接量測(cè)的是試樣在不同恒定周?chē)鷫毫ο碌目箟簭?qiáng)度，然后利用莫爾庫(kù)侖破壞理論間接推求土的抗剪強(qiáng)度。三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)v三軸試驗(yàn)根據(jù)試樣的固結(jié)和排水條件不同，可分為不固結(jié)不排水剪（UU）、固結(jié)不排水剪（CU）、固結(jié)排水剪（CD）。分別對(duì)應(yīng)于直剪試驗(yàn)的快剪、固結(jié)快剪、和慢剪試驗(yàn)。v結(jié)果比較： UU CU CD三軸壓縮試驗(yàn)v剪切破壞有效應(yīng)力 有效應(yīng)力圓與總應(yīng)力圓大小相同，只是當(dāng)剪破時(shí)的孔隙水應(yīng)力為正值時(shí)，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左邊；而當(dāng)

6、剪破時(shí)的孔隙水應(yīng)力為負(fù)值時(shí)，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的右邊。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)v三軸壓縮試驗(yàn)當(dāng)周?chē)鷫毫榱銜r(shí)即為無(wú)側(cè)限試驗(yàn)條件，此時(shí)只有軸向壓力，所以也稱(chēng)單軸壓縮試驗(yàn)。v由于試樣的側(cè)向壓力為零，在軸向受壓時(shí)，其側(cè)向變形不受限制，故又稱(chēng)無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)。v由于試樣是在軸向壓縮的條件下破壞的，因此把這種情況下土能承受的最大軸向壓力稱(chēng)為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，以qu表示無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)極限應(yīng)力圓不排水強(qiáng)度原位十字板剪切試驗(yàn)v原位十字板剪切試驗(yàn)是一種利用十字板剪切儀在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的方法。這種方法適用于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性土的原位不排水強(qiáng)度，特別適用于均勻的飽和軟粘土。原位十字板剪切試驗(yàn)原位

7、十字板剪切試驗(yàn)正常固結(jié)土UU試驗(yàn)正常固結(jié)土UU試驗(yàn)Cu土的不排水抗剪強(qiáng)度正常固結(jié)土CU試驗(yàn)正常固結(jié)土CU試驗(yàn)正常固結(jié)土CD試驗(yàn)正常固結(jié)土CD試驗(yàn)三種試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比uucucd粘土的殘余強(qiáng)度粘土的殘余強(qiáng)度v粘土的殘余強(qiáng)度與它的應(yīng)力歷史無(wú)關(guān)v在大位移下超固結(jié)粘土的強(qiáng)度降低幅度比正常固結(jié)粘土的大v殘余強(qiáng)度線為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線 粘土的結(jié)構(gòu)性與觸變性v粘土的強(qiáng)度隨著其結(jié)構(gòu)的改變而發(fā)生變化的特性稱(chēng)為土的結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)性v某些在含水率不變的條件下使其原有結(jié)構(gòu)受徹底擾動(dòng)的粘土，稱(chēng)為重塑土重塑土v在含水率不變的條件下粘土因重塑而軟化（強(qiáng)度降低），軟化后又隨靜置時(shí)間的延長(zhǎng)而硬化（強(qiáng)度增長(zhǎng)）的這種性質(zhì)稱(chēng)為粘土的觸變性

8、觸變性。v土的靈敏度靈敏度是指粘土在未擾動(dòng)狀態(tài)下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與其重塑后立即進(jìn)行試驗(yàn)的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比值。 砂性土的剪切性狀v砂土的抗剪強(qiáng)度受密度、顆粒形狀、表面粗糙度和級(jí)配的影響。對(duì)于一般砂土來(lái)講，影響抗剪強(qiáng)度的主要因素是其初始孔隙比（或初始干密度）。v初始孔隙比越小，抗剪強(qiáng)度越高v同一種砂土在相同的孔隙比下飽和時(shí)的內(nèi)摩擦角比干燥時(shí)小砂性土的剪切性狀砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變v松砂受剪時(shí)，顆粒滾落到平衡位置，排列更緊密些，所以體積縮小，把這種因剪切而體積縮小的現(xiàn)象稱(chēng)為剪縮性松 砂砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變v緊砂受剪時(shí)，顆粒必須升高以離開(kāi)它們?cè)瓉?lái)的位置而彼此才能滑過(guò)，從而導(dǎo)致體積膨脹，把這種因剪切

9、而體積膨脹的現(xiàn)象稱(chēng)為剪脹性。緊 砂砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變 隨著軸向應(yīng)變的增加，松砂的強(qiáng)度逐漸增加，曲線應(yīng)變硬化。體積逐漸減小緊砂的強(qiáng)度達(dá)到一定值后，隨著軸向應(yīng)變的繼續(xù)增加，強(qiáng)度反而減小，最后呈應(yīng)變軟化型 體積開(kāi)始時(shí)稍有減小，繼而增加，超過(guò)它的初始體積砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變v砂土在低周?chē)鷫毫ο掠捎诔跏伎紫侗鹊牟煌?，剪破時(shí)的體積可能小于初始體積，也可能大于初始體積，則可以想象，砂土在某一初始孔隙比下受剪，它剪破時(shí)的體積將等于其初始體積，這一初始孔隙比稱(chēng)為臨界孔隙比。 砂土的臨界孔隙比將隨周?chē)鷫毫Φ脑黾佣鴾p小砂土的應(yīng)力軸向應(yīng)變體變v飽和砂土在低周?chē)鷫毫ο率芗魰r(shí)，如果不允許它的體

10、積發(fā)生變化，則：v緊砂為抵抗剪脹的趨勢(shì)，將通過(guò)調(diào)整土體內(nèi)部應(yīng)力，產(chǎn)生負(fù)孔隙水壓力，使周?chē)鷫毫υ黾?，以保持體積不變v松砂為抵抗體積縮小的趨勢(shì)，將產(chǎn)生正孔隙水壓力，使周?chē)鷫毫p小，以保持體積不變。砂土的殘余強(qiáng)度砂土的液化v液化：任何物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體的行為或過(guò)程v砂土液化：砂土在突發(fā)的動(dòng)荷載作用下，不能在短時(shí)間排水固結(jié)，為抵抗剪力引起的體積縮小的趨勢(shì)，將產(chǎn)生很大的孔隙水壓力，從而導(dǎo)致土體的抗剪能力完全喪失的現(xiàn)象?？辜魪?qiáng)度指標(biāo)的選擇試驗(yàn)方法適用范圍UU試驗(yàn)地基為透水性差的飽和粘性土和排水不良且建筑物施工速度快。常用于施工期的強(qiáng)度與穩(wěn)定算CU試驗(yàn)建筑物竣工后較長(zhǎng)時(shí)間，突遇荷載增大。如房屋加層、天然土坡上堆

11、載等CD試驗(yàn)地基的透水性較好（如砂土等低塑性土）和排水條件良好，且建筑物施工速度較慢v只有當(dāng)室內(nèi)室驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力水平與實(shí)際工程的應(yīng)力條件完全相同時(shí)，試驗(yàn)所得的強(qiáng)度指標(biāo)才能符合實(shí)際，而這只能是近似做到。因此，在選擇某種土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和時(shí)，必須同時(shí)指出土樣的原始固結(jié)狀態(tài)和所用的試驗(yàn)方法，才能正確判斷這種指標(biāo)的意義以及如何用于計(jì)算分析。 土的強(qiáng)化和弱化 高應(yīng)變擬合分析時(shí)土的靜阻力模型緊砂的強(qiáng)度達(dá)到一定值后，隨著軸向應(yīng)變的繼續(xù)增加，強(qiáng)度反而減小，最后呈應(yīng)變軟化型 隨著軸向應(yīng)變的增加，松砂的強(qiáng)度逐漸增加，曲線應(yīng)變硬化。練習(xí)題v1土的強(qiáng)度指標(biāo)是指_和_v2影響土強(qiáng)度的主要因素_、_、_、v_、_、_v3土的承載力大小主要由土的決定，其由力和力組成，