土力學(xué)第七章

土力學(xué)7課程負(fù)責(zé)人:謝康和浙江大學(xué)巖土工程研究所2008第7章土的抗剪強(qiáng)度

7.1概述7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定7.4飽和粘性土抗剪強(qiáng)度7.6無(wú)粘性土抗剪強(qiáng)度7.7抗剪強(qiáng)度的影響因素7.1概述土是三相體，土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗由于荷載作用產(chǎn)生的土顆粒間相互滑動(dòng)而導(dǎo)致土體破壞的極限能力，也就是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。土的破壞通常都是剪切破壞，這是因?yàn)橥令w粒自身通常不易被壓碎，而更容易在外力作用下產(chǎn)生相對(duì)滑移。當(dāng)外荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過(guò)土體自身的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土體就會(huì)發(fā)生剪切破壞。圖7-1土坡失穩(wěn)示意圖右圖為一土坡失穩(wěn)示意圖。圖中土體沿著AB滑動(dòng)面產(chǎn)生滑動(dòng)造成土坡失穩(wěn)，是由于AB滑動(dòng)面上土體的抗剪強(qiáng)度不足以抵抗其滑動(dòng)力。影響土的抗剪強(qiáng)度因素很多，包括有：土的組成成分、土體結(jié)構(gòu)、應(yīng)力歷史、土體中應(yīng)力大小、排水條件、加荷速率等。

(1)土壓力問(wèn)題；(2)土坡穩(wěn)定性問(wèn)題；(3)地基承載力問(wèn)題。地基承載力大小、作用在擋土墻上的土壓力大小、邊坡穩(wěn)定性等與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)。土的抗剪強(qiáng)度是土力學(xué)的重要組成部分。在工程實(shí)踐中與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)的工程問(wèn)題主要有三類(lèi)：

學(xué)習(xí)土的抗剪強(qiáng)度，要掌握土的抗剪強(qiáng)度理論、土的抗剪強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的關(guān)系、土的抗剪強(qiáng)度測(cè)定方法，更重要在工程分析中如何確定、選用土的抗剪強(qiáng)度。7.1概述7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件

（一）抗剪強(qiáng)度的庫(kù)侖定律

土體發(fā)生剪切破壞時(shí)，將沿著其內(nèi)部某一曲面（滑動(dòng)面）產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，而該滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力就等于土的抗剪強(qiáng)度。

1776年，庫(kù)倫（Cuolomb）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)為滑動(dòng)面上法向應(yīng)力的函數(shù)，即

對(duì)粘性土：

對(duì)無(wú)粘性土：

式中——土的抗剪強(qiáng)度，kPa；C

——土的粘聚力，kPa；——剪切滑動(dòng)面上法向應(yīng)力，kPa；圖7-2土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間的關(guān)系7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件

上式便稱(chēng)為庫(kù)侖定律，

由此可知，粘性土的抗剪強(qiáng)度由內(nèi)摩擦力和粘聚力二部分組成。一部分是與剪切面上作用的法向應(yīng)力無(wú)關(guān)的抵抗顆粒間相互滑動(dòng)的力，稱(chēng)為粘聚力。土的粘聚力主要來(lái)自土的結(jié)構(gòu)性。砂土粘聚力常為零，所以又稱(chēng)為無(wú)粘性土。毛細(xì)壓力也會(huì)引起粘聚力增加，但一般可忽略不計(jì)；另一部分是與剪切面上作用的法向應(yīng)力有關(guān)的抵抗顆粒間相互滑動(dòng)的力，稱(chēng)為摩阻力，通常與法向應(yīng)力成正比例關(guān)系，其本質(zhì)是摩擦力。摩擦力又可分為兩種：一種是由顆粒表面產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力，一種是由顆粒相互咬合產(chǎn)生的咬合摩擦力。

7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件

（二）摩爾—庫(kù)侖理論

1910年摩爾（Mohr）提出材料產(chǎn)生剪切破壞時(shí)，剪切面上的剪應(yīng)力是該面上法向應(yīng)力σ的函數(shù)，可記為

一般上式呈曲線關(guān)系，如右圖所示，通常稱(chēng)為摩爾包線。實(shí)驗(yàn)證明，一般土體在應(yīng)力變化范圍不大時(shí)，摩爾包線可以用庫(kù)侖強(qiáng)度公式來(lái)表示，即土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力成線性函數(shù)關(guān)系。通常將由庫(kù)倫直線方程表示摩爾包線，根據(jù)剪應(yīng)力是否達(dá)到抗剪強(qiáng)度作為破壞標(biāo)準(zhǔn)的的土體抗剪強(qiáng)度理論為摩爾-庫(kù)倫（Mohr-Coulomb）強(qiáng)度理論。圖7-3摩爾包線圖7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件

（三）土的抗剪強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

在式中，土的粘聚力c和內(nèi)摩擦角常稱(chēng)為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。土的抗剪強(qiáng)度常常需要應(yīng)用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)來(lái)計(jì)算，對(duì)一種土，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是常數(shù)。不能把土的抗剪強(qiáng)度與土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等同起來(lái)。由該式可知，當(dāng)時(shí)，土的抗剪強(qiáng)度隨剪切面上的法向應(yīng)力增大而增大。對(duì)一種土，其抗剪強(qiáng)度是隨土中應(yīng)力高低而變化的。例如天然地基，由自重應(yīng)力形成的初始應(yīng)力場(chǎng)隨著深度自重應(yīng)力是增加的。對(duì)同層土，地基土的抗剪強(qiáng)度是隨深度而增大的，但抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是常數(shù)。根據(jù)有效應(yīng)力原理，土中總應(yīng)力等于有效應(yīng)力和孔隙水壓力之和。土的抗剪強(qiáng)度值與土中應(yīng)力有關(guān)。土的抗剪強(qiáng)度可以用總應(yīng)力表示，也可用有效應(yīng)力表示。采用有效應(yīng)力表達(dá)時(shí)，土的抗剪表達(dá)式為

7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件

上式中，——土的抗剪強(qiáng)度有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)；，——分別為作用在剪切面上的總應(yīng)力和有效應(yīng)力；u——破壞時(shí)土體中孔隙水壓力。

采用總應(yīng)力表達(dá)時(shí)，土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為式中，——土的抗剪強(qiáng)度總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。在土工分析中，采用有效應(yīng)力分析時(shí)，應(yīng)用土的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，采用總應(yīng)力分析時(shí)，應(yīng)用土的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件

（四）土的強(qiáng)度理論——極限平衡理論設(shè)土體中某一單元上作用著大、小主應(yīng)力分別為和，則在土體內(nèi)與大主應(yīng)力作用面成任意角的平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力可以用大、小主應(yīng)力來(lái)表示

圖7-4土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)的摩爾圓圖7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件

上圖中，抗剪強(qiáng)度包線與豎軸截距為c，與橫軸成角。圖中，，摩爾圓半徑為，由三角形AO1B可得下述關(guān)系式：經(jīng)化簡(jiǎn)并通過(guò)三角函數(shù)間的變幻關(guān)系，可得到土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力之間的關(guān)系式：或采用有效應(yīng)力分析時(shí)，類(lèi)似可得

或7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件

破壞面與大主應(yīng)力作用面夾角為：

如果土體的抗剪強(qiáng)度曲線和某點(diǎn)的應(yīng)力圓已知，則土中某點(diǎn)所處的應(yīng)力狀態(tài)就可以確定，并可以判斷土體是否達(dá)到破壞：1.摩爾圓位于抗剪強(qiáng)度曲線之下，表示該點(diǎn)任一平面上的剪應(yīng)力都小于其相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度，即，因此處于穩(wěn)定狀態(tài)；2.摩爾圓與抗剪強(qiáng)度曲線相切，表示已有一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到了它的抗剪強(qiáng)度，即，因而處于極限平衡狀態(tài)，此時(shí)的摩爾圓稱(chēng)為極限應(yīng)力圓；3．

摩爾圓與抗剪強(qiáng)度曲線相割，表示該點(diǎn)某些平面上的剪應(yīng)力已大于他們的抗剪強(qiáng)度，即，土體發(fā)生剪切破壞。實(shí)際上這種應(yīng)力狀態(tài)不可能存在，因?yàn)楫?dāng)某一平面發(fā)生剪切破壞后，剪應(yīng)力不能再增加。

7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件

（五）摩爾-庫(kù)倫（Mohr-Coulomb）強(qiáng)度理論概要1.土體中某點(diǎn)任一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度時(shí)，這一點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)，土的破壞就是土中剪應(yīng)力達(dá)到了土的抗剪強(qiáng)度所致即；2.任一平面上的抗剪強(qiáng)度是該面上法向應(yīng)力的函數(shù)，即；3.同一種土可以在不同的應(yīng)力狀態(tài)下被剪破，一組土樣極限應(yīng)力圓的公切線就是其抗剪強(qiáng)度包線，它一般是曲線，但在一定應(yīng)力范圍內(nèi)可用直線近似表示，即庫(kù)侖定律；4.破壞面不一定發(fā)生在最大剪應(yīng)力作用面（）上，而是發(fā)生在法向應(yīng)力與剪應(yīng)力最不利組合面上，即與最大主應(yīng)力作用面夾角為的平面上。注意，該理論只是一種土的強(qiáng)度破壞理論；在各種強(qiáng)度理論中，摩爾理論最適合研究土的強(qiáng)度和穩(wěn)定，但該理論忽略了中主應(yīng)力的影響。

7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件

7.2土的抗剪強(qiáng)度和極限平衡條件

7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度可通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定。在室內(nèi)試驗(yàn)中主要測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。土的抗剪強(qiáng)度測(cè)定方法很多，下面對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)只介紹直接剪切試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)和常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)只介紹十字板試驗(yàn)。

（一）直接剪切試驗(yàn)(DirectShearTest)直接剪切試驗(yàn)是最古老和最簡(jiǎn)單的剪切試驗(yàn)。試驗(yàn)原理如圖所示。圖7-5直剪儀原理圖1—垂直變形量表；2—垂直加荷框架；3—推動(dòng)座；4—試樣；5—剪切容器；6—量力環(huán)土樣裝在金屬剪切盒內(nèi)，對(duì)土樣施加一法向壓力和剪切力，增大剪切力使土體沿指定的剪切面破壞。剪切儀按施加剪切力的特點(diǎn)分為應(yīng)力控制式和應(yīng)變控制式兩種。應(yīng)力控制式是分級(jí)施加等量水平剪切力于土樣使之受剪；應(yīng)變控制式是等速推動(dòng)剪切容器使土樣等速位移受剪。兩者相比，應(yīng)變控制式直剪儀具有明顯優(yōu)點(diǎn)。圖中所示的為應(yīng)變控制式直剪儀，該儀器在我國(guó)得到普遍應(yīng)用。該儀器的主要部件由固定的上盒和活動(dòng)的下盒組成，土樣放在盒內(nèi)上下兩塊透水石之間。試驗(yàn)時(shí)，由杠桿系統(tǒng)通過(guò)加壓活塞和透水石對(duì)土樣施加一法向應(yīng)力，然后等速推動(dòng)下盒，使土樣在沿上下盒之間的水平面上產(chǎn)生剪切，直至破壞，作用在水平面上的剪應(yīng)力的大小可通過(guò)與上盒接觸的量力環(huán)確定。7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定不同法向應(yīng)力作用下，土樣剪切過(guò)程中的剪應(yīng)力與剪切位移之間的關(guān)系曲線如下圖中（a）所示。當(dāng)曲線有峰值時(shí)，取峰值為該法向應(yīng)力作用下的抗剪強(qiáng)度值；當(dāng)曲線無(wú)峰值時(shí)，可取剪切位移為2mm所對(duì)應(yīng)剪應(yīng)力值為該法向應(yīng)力作用下的抗剪強(qiáng)度值。對(duì)一種土取3~4個(gè)土樣，分別在不同的法向應(yīng)力作用下剪切破壞，可得3~4組數(shù)值，繪在圖上，如下圖中（b）所示。試驗(yàn)結(jié)果表明抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間的關(guān)系基本上成直線關(guān)系，該直線在豎軸上截距稱(chēng)為土的粘聚力，與水平軸夾角稱(chēng)為土的內(nèi)摩擦角。該直線方程即為摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度方程式。（a）剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系；（b）抗剪強(qiáng)度-法向應(yīng)力關(guān)系圖7-6直接剪切試驗(yàn)成果圖7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定前面談到土的抗剪強(qiáng)度與土中應(yīng)力、土的排水條件、加荷速率有關(guān)。土中應(yīng)力與土的固結(jié)程度有關(guān)。為了能近似地模擬現(xiàn)場(chǎng)土體的剪切條件，考慮剪切前土在荷載作用下的固結(jié)程度、土體剪切速率或加荷速度快慢情況，把直剪試驗(yàn)分為下述三種：快剪試驗(yàn)，固結(jié)快剪試驗(yàn)和慢剪試驗(yàn)?，F(xiàn)作簡(jiǎn)要介紹：

1.快剪試驗(yàn)(QuickShear)

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)土樣施加豎向壓力后，立即以0.8mm/min的剪切速率施加水平剪切力，直至土樣產(chǎn)生剪切破壞。從加荷到剪切破壞一般情況下一個(gè)土樣只需3~5min。由于施加豎向壓力后立即開(kāi)始剪切，土體在該豎向壓力作用下未產(chǎn)生排水固結(jié)。由于快剪速率較快，對(duì)滲透性較小的粘性土可以認(rèn)為土體在剪切過(guò)程中也未產(chǎn)生排水固結(jié)。由快剪試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)通常用cq和表示，土體由快剪試驗(yàn)測(cè)定的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為：7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定

2.固結(jié)快剪試驗(yàn)(ConsolidatedQuickShear)對(duì)土樣施加豎向應(yīng)力后，讓土樣充分排水，待土樣排水固結(jié)穩(wěn)定后，再以0.8mm/min的剪切速率進(jìn)行剪切，直至土體破壞。由試驗(yàn)得到的強(qiáng)度指標(biāo)常用ccq和表示，土體由固結(jié)快剪試驗(yàn)測(cè)定的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為：7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定

3.慢剪試驗(yàn)(SlowShear)

對(duì)土樣施加豎向應(yīng)力后，讓土樣充分排水，待土樣排水固結(jié)穩(wěn)定后，再以小于0.02mm/min的剪切速率進(jìn)行剪切，直至土體破壞。由于剪切速率較慢，可認(rèn)為在剪切過(guò)程中土體充分排水并產(chǎn)生體積變形。由試驗(yàn)得到的強(qiáng)度指標(biāo)用cs和表示，土體由慢剪試驗(yàn)測(cè)定的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為：直接剪切試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，土樣制備和試驗(yàn)操作方便，曾在一般工程中得到廣泛使用，但存在不少缺點(diǎn)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，可能逐步被三軸試驗(yàn)代替。其主要缺點(diǎn)有：（1）剪切面限定為上下盒之間的平面，不是土樣剪切破壞時(shí)最薄弱的面；（2）用剪切速度大小來(lái)模擬剪切過(guò)程中的排水條件，誤差很大，在試驗(yàn)中不能控制排水條件；（3）剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，剪切過(guò)程中上下盒軸線不重合，實(shí)際剪切面逐步變小，試驗(yàn)中主應(yīng)力大小及方向發(fā)生變化。整理試驗(yàn)成果中難以考慮上述因素影響。7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定

（二）常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)又稱(chēng)為常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)(TriaxialShearTest)，簡(jiǎn)稱(chēng)三軸試驗(yàn)。三軸試驗(yàn)是在三向加壓條件下的剪切試驗(yàn)。常規(guī)三軸儀圖如圖中所示。1－調(diào)壓筒；2－周?chē)鷫毫Ρ恚?－周?chē)鷫毫﹂y；4－排水閥；5－體變管；6－排水管；7－變形量表；8－量力環(huán)；9－排氣孔；10－軸向加壓設(shè)備；11－壓力室；12－量管閥；13－零位指示器；14－孔隙壓力表；15－量管；16－孔隙壓力閥；17－離合器；18－手輪；19－馬達(dá)；20－變壓管圖7-7常規(guī)三軸儀示意圖7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定三軸試驗(yàn)試樣形狀為圓柱形，外包不透水薄膜，讓土樣與壓力室內(nèi)水相隔離。作用在圓柱形土樣上的圍壓通過(guò)壓力室中水壓力提供，圓柱形土樣軸向荷載通過(guò)活塞桿施加。在三軸試驗(yàn)中可以量測(cè)圍壓（徑向壓力）、軸向壓力、土樣中孔隙壓力、軸向壓縮量以及排水條件下土樣的排水量等。在試驗(yàn)中先對(duì)土樣施加恒定的圍壓（），然后增加軸向壓力，即增大，直至土體剪切破壞。由于在試驗(yàn)中土樣受力明確，基本上可自由變形，可以較好的控制土樣的排水條件，測(cè)量土體中孔隙水壓力，所以三軸試驗(yàn)是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)較為完善的方法，它將成為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)主要測(cè)定方法。根據(jù)土樣在圍壓作用下是否排水固結(jié)和剪切過(guò)程中排水條件，三軸試驗(yàn)可分為不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)UU試驗(yàn)）、固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)CIU試驗(yàn)）和固結(jié)排水剪切試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)CID試驗(yàn)）三種，下面分別加以介紹。7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定

1.不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)（Unconsolidated-UndrainedShearTest—UU試驗(yàn)）土樣在施加周?chē)鷫毫碗S后增加軸向壓力直至土樣剪切破壞的全過(guò)程中均處于不排水狀態(tài)。飽和土樣在不排水過(guò)程中土體體積保持不變。試驗(yàn)過(guò)程中圍壓保持不變，可測(cè)量軸向力、軸向位移和土樣中超孔隙水壓力的變化過(guò)程，可測(cè)定剪切破壞時(shí)最大和最小主應(yīng)力和超孔隙水壓力值。UU試驗(yàn)常用來(lái)測(cè)定粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度Cu。7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定上圖中圓I表示一土樣在壓力室壓力（即徑向壓力）為、軸向壓力為時(shí)發(fā)生破壞時(shí)的總應(yīng)力圓。應(yīng)力圓直徑為。若破壞時(shí)土樣中孔隙水壓力為u，則破壞時(shí)有效主應(yīng)力，。虛線圓是總應(yīng)力圓Ⅰ相應(yīng)的有效應(yīng)力圓。因?yàn)?，所以有效?yīng)力圓的直徑與總應(yīng)力圓的直徑相等。圓Ⅱ是同組另一土樣在壓力室壓力為時(shí)進(jìn)行同樣試驗(yàn)得到的土樣破壞時(shí)總應(yīng)力圓，此時(shí)軸向壓力為。UU試驗(yàn)中試樣在壓力室壓力下不發(fā)生固結(jié)，所以改變壓力室壓力并不改變?cè)囼?yàn)中的有效應(yīng)力，而只引起土樣中孔隙水壓力變化。由于兩個(gè)試樣在剪切前的有效壓力相等，在剪切時(shí)含水量保持不變，有效應(yīng)力保持不變，因此抗剪強(qiáng)度不變，破壞時(shí)的應(yīng)力圓直徑不變。圓Ⅲ是壓力室壓力為時(shí)進(jìn)行UU試驗(yàn)得到的土樣破壞時(shí)總應(yīng)力圓。三個(gè)總應(yīng)力圓對(duì)應(yīng)的有效應(yīng)力圓是相同的。圖7-8UU試驗(yàn)7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定在上面UU試驗(yàn)圖中，三個(gè)總應(yīng)力圓的包線是一條水平線。根據(jù)摩爾-庫(kù)倫公式，式中Cu——土的不排水抗剪強(qiáng)度。因?yàn)閹讉€(gè)土樣的不固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)破壞時(shí)有效應(yīng)力圓只有一個(gè)，所以不能由UU試驗(yàn)測(cè)定相應(yīng)的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)和。UU試驗(yàn)一般只用于測(cè)定飽和粘土不排水抗剪強(qiáng)度Cu，應(yīng)用于總應(yīng)力的分析方法只驗(yàn)算地基的穩(wěn)定性。不固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)中試樣的剪切前“不固結(jié)”是指保持試樣中原有的有效應(yīng)力不變。原狀土土樣中的有效應(yīng)力取決于土樣在天然地基中的有效應(yīng)力狀態(tài)，制備土樣中的有效應(yīng)力取決于制備過(guò)程中土體的固結(jié)情況。如果飽和土從未發(fā)生過(guò)固結(jié)，有效應(yīng)力等于零，抗剪強(qiáng)度也必然等于零，這種土是泥漿狀的。一般從天然地基中取出的試樣或人工制備的試樣，總是具有一定的強(qiáng)度，相當(dāng)于在某種壓力下已發(fā)生固結(jié)。不固結(jié)是指在三軸儀中在所加壓力的作用下土體未發(fā)生固結(jié)。7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定

2.固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)（Consolidated-UndrainedShearTest—CIU試驗(yàn)）土樣在施加周?chē)鷫毫?，將排水閥打開(kāi)，讓土樣在圍壓作用下排水固結(jié)，土樣中超孔隙水壓力消散。固結(jié)完成后，關(guān)閉排水閥。增加軸向壓力對(duì)土樣進(jìn)行剪切，直至土樣剪切破壞。在剪切過(guò)程中，土樣處于不排水狀態(tài)。試驗(yàn)過(guò)程中可測(cè)量軸向力、軸向位移和土樣中超孔隙水壓力的變化過(guò)程。CIU試驗(yàn)中還有可測(cè)量土樣施加圍壓后，排水閥尚未打開(kāi)前，土樣中的孔隙水壓力值。通過(guò)圍壓值與由其產(chǎn)生的超孔隙水壓力值的比較，可判斷土樣是否是飽和土樣。對(duì)處于不排水條件下的飽和土樣，圍壓值與由其產(chǎn)生的超孔隙水壓力值應(yīng)是相等的。這一點(diǎn)在下一節(jié)討論孔隙壓力系數(shù)B時(shí)將進(jìn)一步說(shuō)明。7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定

3.固結(jié)排水剪切試驗(yàn)（Consolidated-DrainedShearTest—CID試驗(yàn)）土樣先在圍壓作用下排水固結(jié)，然后在排水條件下緩慢增加軸向壓力，直至土樣剪切破壞。理論上在剪切過(guò)程中應(yīng)不讓土樣中產(chǎn)生超孔隙水壓力，但在實(shí)際試驗(yàn)中是很難達(dá)到的。通常通過(guò)減少加荷速率，使土樣內(nèi)部超孔隙水壓力降到很低水平。在CID試驗(yàn)中除可測(cè)定圍壓、軸向壓力和軸向位移值外，還可通過(guò)測(cè)量排水量來(lái)測(cè)定土體在剪切過(guò)程中的體積變形。在固結(jié)排水剪切試驗(yàn)中，土樣中超孔隙水壓力常為零，故有效應(yīng)力與總應(yīng)力值是相等的。通過(guò)CID試驗(yàn)測(cè)得土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)常用和表示。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，由CID試驗(yàn)測(cè)定的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和值與由CIU試驗(yàn)測(cè)得的相應(yīng)有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)和值基本相等，但往往比值高1～2°。7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定

（三）無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(UnconfinedCompressionStrengthTest)無(wú)側(cè)限壓力儀如下圖所示，土樣在無(wú)圍壓（σ3＝0）條件下，在軸向力作用下剪切破壞。采用無(wú)側(cè)限壓力儀進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)非常簡(jiǎn)便，可在工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。由于該試驗(yàn)結(jié)果只能給出一個(gè)極限應(yīng)力圓，如下圖，破壞時(shí)最大軸向應(yīng)力記為qu，稱(chēng)為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。無(wú)側(cè)限壓力儀無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)實(shí)際上是三軸壓縮試驗(yàn)的特例，即周?chē)鷫毫Φ娜S試驗(yàn)，所以又稱(chēng)單軸試驗(yàn)。試驗(yàn)破壞時(shí)的軸向壓力以表示，稱(chēng)為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，其相當(dāng)于三軸試驗(yàn)中試樣在條件下破壞時(shí)的大主應(yīng)力，根據(jù)土的極限平衡理論，得：對(duì)飽和軟粘土，由UU試驗(yàn)已知，故可利用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度來(lái)測(cè)定土的不排水抗剪強(qiáng)度Cu值，

式中，——土的不排水抗剪強(qiáng)度，kPa；Cu——土的不排水粘聚力，kPa；qu——無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa。

7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定

順便指出，除利用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)定飽和軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度Cu值外，還常用它來(lái)測(cè)定飽和粘性土的靈敏度st，土的靈敏度是以原狀土樣的強(qiáng)度與同一土樣經(jīng)重塑后土樣的強(qiáng)度之比來(lái)表示的，即

式中qu——原狀土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa；q0——重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa。7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定（四）十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)是一種土的抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法，這種試驗(yàn)方法適合于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性土的原位不排水抗剪強(qiáng)度，特別適用于均勻飽和粘性土。圖中為十字板剪切儀示意圖。在鉆孔孔底插入規(guī)定形狀和尺寸的十字板頭到指定位置，施加扭矩M使十字板頭等速扭轉(zhuǎn)，在土中形成圓柱破壞面。

十字板剪力儀示意圖7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定十字板在土中的剪切面可分為二部分：由十字板切成的圓柱面和十字板切成的上下面。設(shè)各面土體同時(shí)達(dá)到破壞極限，由破壞時(shí)力的平衡可得到作用在十字板上的扭矩M與剪切破壞面上土的抗剪強(qiáng)度所產(chǎn)生的抵抗扭矩相等，即式中τfv、τfH——剪切破壞時(shí)圓柱體側(cè)面和上下面土的抗剪強(qiáng)度，kPa；H——十字板的高度，m；D——十字板的直徑，m。天然地基中土體抗剪強(qiáng)度往往是各向異性的，在實(shí)用上往往假定土體是各向同性的，即，于是由上式可得十字板剪切試驗(yàn)直接在地基中原位進(jìn)行試驗(yàn)，沒(méi)有取土樣，以及運(yùn)輸土樣、制備土樣的擾動(dòng)影響，故認(rèn)為它是比較能反映土體原位強(qiáng)度的測(cè)定方法。十字板剪切試驗(yàn)用于試驗(yàn)測(cè)定粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度值。7.3土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定7.4飽和粘性土抗剪強(qiáng)度7.4.1孔隙水壓力系數(shù)土的抗剪強(qiáng)度大小與土中應(yīng)力有關(guān)，研究表明主要與有效應(yīng)力有關(guān)。為了分析荷載作用下地基中有效應(yīng)力分布情況，有時(shí)需要了解地基中孔隙水壓力分布情況。土體中的孔隙水壓力大小不僅與作用在土體上的法向應(yīng)力有關(guān)，還與剪應(yīng)力有關(guān)。斯肯普頓（Skempton）等在三軸試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上提出了著名的孔隙水壓力關(guān)系方程，表達(dá)式如下：

式中A、B——孔隙壓力系數(shù)?，F(xiàn)在，將通過(guò)對(duì)上式的推導(dǎo)來(lái)說(shuō)明孔隙壓力系數(shù)A和B的物理意義及測(cè)定方法。

下面圖（a）表示一個(gè)試樣在各向相等的壓力p作用下發(fā)生排水固結(jié)，穩(wěn)定后土體中孔隙水壓力u＝0，按照有效應(yīng)力原理，土體中有效應(yīng)力為。圖（b）表示試樣在排水條件下受到各向相同的壓力

的作用，孔隙水壓力增長(zhǎng)為，有效應(yīng)力的增長(zhǎng)為：1.各向等壓作用下的孔隙壓力系數(shù)B在各向等壓應(yīng)力增量作用下，土體中孔隙水壓力增加，孔隙壓力系數(shù)B則是反映土體飽和程度對(duì)土體在等向應(yīng)力增量作用下孔壓增量的影響，定義為

原理及推導(dǎo)：7.4.1孔隙水壓力系數(shù)

根據(jù)彈性理論，土體體積變化為：

式中Cs——土的體積壓縮系數(shù)，

V——試樣的體積?？紫吨辛黧w（空氣和水）在壓力增大時(shí)發(fā)生的體積壓縮為：式中n——土的孔隙率；Cv——孔隙的體積壓縮系數(shù)。

在p作用下固結(jié)，，不排水條件下，圍壓作用下有效應(yīng)力改變量（a）（b）7.4.1孔隙水壓力系數(shù)因?yàn)橥令w粒的體積壓縮很小，可以忽略不計(jì)，所以土體體積變化應(yīng)該等于土中孔隙體積變化，從上面兩式相等可得到下式，

并改寫(xiě)為

式中B——在各向應(yīng)力相等條件下的孔隙壓力系數(shù)，主要反映土體飽和程度對(duì)土體在等向應(yīng)力增量作用下孔壓增量的影響。

7.4.1孔隙水壓力系數(shù)對(duì)于飽和土，因?yàn)樗膲嚎s性比土骨架的壓縮性低得多，即，所以B＝1。對(duì)于干土，孔隙壓縮性接近無(wú)窮大，所以B＝0。非飽和的濕土，孔隙壓力系數(shù)B值在0~1之間。飽和度越大，B值越接近于1。通過(guò)測(cè)定土樣孔隙壓力系數(shù)B值，可以評(píng)價(jià)土樣的飽和度。2.偏應(yīng)力作用下的孔隙壓力系數(shù)A假定土體在偏壓應(yīng)力增量作用下的孔隙壓力增量為，孔壓系數(shù)A是反映土體在偏壓應(yīng)力增量作用下受剪時(shí)產(chǎn)生體積變化對(duì)土體中孔壓增量的影響，定義為：

7.4.1孔隙水壓力系數(shù)圖（c）表示土體在軸向受到作用時(shí)，孔隙水壓力增長(zhǎng)，軸向及側(cè)向的有效應(yīng)力增長(zhǎng)為：根據(jù)彈性理論，土體體積變化為：

（c）在不排水條件下，軸向力作用下有效應(yīng)力改變量和，7.4.1孔隙水壓力系數(shù)孔隙中流體在壓力增大時(shí)發(fā)生的體積變化為

同前，上面兩式相等，可得

因?yàn)橥敛皇菑椥泽w，將上式中的1/3改為系數(shù)A，可得：7.4.1孔隙水壓力系數(shù)因?yàn)椴慌潘畻l件下圍壓與孔隙水壓力增長(zhǎng)之間的關(guān)系為：所以可得到：圖（d）所示的在和共同作用下土體中的孔隙水壓力為：式中，A，是在偏應(yīng)力作用下的孔隙壓力系數(shù)，。上式稱(chēng)為斯肯普頓孔隙壓力系數(shù)方程。對(duì)于飽和土，B＝1.0，則由上式可得：不排水條件在軸向力和側(cè)向力作用下7.4.1孔隙水壓力系數(shù)7.4.1孔隙水壓力系數(shù)孔隙壓力系數(shù)A值取決于偏應(yīng)力所引起的體積變化。試驗(yàn)表明高壓縮性粘土的A值大。超固結(jié)粘土在偏應(yīng)力作用下將發(fā)生體積膨脹，產(chǎn)生負(fù)的孔隙壓力，因此A值是負(fù)的。斯肯普頓和拜倫給出各種土的孔隙壓力系數(shù)A值如表7-2所示，用于計(jì)算土體破壞和地基沉降時(shí)要取用不同的數(shù)值。對(duì)于同一種土來(lái)說(shuō)，孔隙壓力系數(shù)A值也不是常數(shù)。因?yàn)锳值還決定于其他一些因素，如應(yīng)變大小、初始應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力歷史和荷載的類(lèi)型（是加荷還是卸荷）等。所以表7-2中所列的數(shù)值只能作為粗略計(jì)算時(shí)參考，應(yīng)用時(shí)必須注意。若需要精確計(jì)算土的孔隙壓力，應(yīng)該在實(shí)際可能遇到的應(yīng)力與應(yīng)變條件下進(jìn)行三軸不排水試驗(yàn)，直接測(cè)定孔隙水系數(shù)A值?？讐合禂?shù)A是反映土體在偏壓應(yīng)力增量作用下受剪時(shí)產(chǎn)生體積變化，對(duì)土體中孔壓增量的影響。

7.4.1孔隙水壓力系數(shù)作業(yè)習(xí)題課本P133:7.2～7.57.4.1孔隙水壓力系數(shù)首先分析在實(shí)驗(yàn)室制備的正常固結(jié)粘土和超固結(jié)土采用固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)（CIU試驗(yàn)）測(cè)定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)情況。1.正常固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度

當(dāng)CIU試驗(yàn)中作用在土樣上的固結(jié)壓力等于制備土樣時(shí)的固結(jié)壓力稱(chēng)為正常固結(jié)土，CIU試驗(yàn)破壞摩爾圓及摩爾包線如下圖所示。圖中摩爾包線通過(guò)原點(diǎn)，破壞時(shí)，，所以總應(yīng)力摩爾圓和有效應(yīng)力摩爾圓半徑相等，兩摩爾圓距離等于破壞時(shí)孔隙水壓力u值。7.4.2正常固結(jié)土和超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度對(duì)實(shí)驗(yàn)室制備的正常固結(jié)土，CIU試驗(yàn)固結(jié)壓力記為，剪切破壞時(shí)，軸向應(yīng)力記為，此時(shí)孔隙水壓力記為u，則最大和最小有效應(yīng)力為，。CIU試驗(yàn)破壞摩爾圓及摩爾包線下圖所示。圖中摩爾包線通過(guò)原點(diǎn)，因?yàn)槿粼囼?yàn)固結(jié)壓力，即制備土樣的固結(jié)壓力也為零，此時(shí)土樣是漿液，抗剪強(qiáng)度應(yīng)等于零，所以強(qiáng)度包線通過(guò)原點(diǎn)。破壞時(shí)，，所以總應(yīng)力摩爾圓和有效應(yīng)力摩爾圓半徑相等。兩摩爾圓距離等于破壞時(shí)孔隙水壓力u值。若將由CIU試驗(yàn)測(cè)定的總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度記為和，有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度記為和，即可知，，正常固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為

或正常固結(jié)粘土CIU試驗(yàn)對(duì)正常固結(jié)土，試樣剪切時(shí)體積要壓縮，但在不排水條件下，不允許體積有變化，為了抵消體積壓縮趨勢(shì)，孔隙水壓力將升高，所以剪切破壞時(shí)孔隙水壓力u為正值，有效應(yīng)力圓總在應(yīng)力圓的左方。

7.4.2正常固結(jié)土和超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度2.超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度當(dāng)試驗(yàn)時(shí)的固結(jié)壓力小于制備土樣時(shí)的固結(jié)壓力稱(chēng)為超固結(jié)土。對(duì)超固結(jié)土樣，當(dāng)試驗(yàn)固結(jié)壓力為零時(shí)，土樣的抗剪強(qiáng)度并不等于零，其總應(yīng)力和有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度摩爾包線在縱坐標(biāo)上截距分別為和，強(qiáng)度包線如下圖所示。

對(duì)于高度超固結(jié)狀態(tài)土樣，剪切時(shí)體積要膨脹，為了抵消膨脹趨勢(shì)，將產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力，有效應(yīng)力圓在應(yīng)力圓的右方。

超固結(jié)粘土CIU試驗(yàn)7.4.2正常固結(jié)土和超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為：

或超固結(jié)粘土CIU試驗(yàn)7.4.2正常固結(jié)土和超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度

3.地基原狀土的抗剪強(qiáng)度土樣的前期固結(jié)壓力記為Pc。在CIU試驗(yàn)中，當(dāng)固結(jié)壓力大于Pc時(shí)，土樣的性狀同實(shí)驗(yàn)室制備的正常固結(jié)土，其抗剪強(qiáng)度摩爾包線如正常固結(jié)粘土CIU試驗(yàn)圖所示；當(dāng)固結(jié)壓力小于Pc時(shí)，土樣的性狀同實(shí)驗(yàn)室制備的超固結(jié)土，其抗剪強(qiáng)度摩爾包線形如超固結(jié)粘土CIU所示。因此，前期固結(jié)壓力為Pc的土體的總應(yīng)力摩爾包線如下圖所示。圖中摩爾包線分為兩段，CIU試驗(yàn)固結(jié)壓力小于Pc時(shí)，摩爾包線較平緩，不通過(guò)原點(diǎn)，固結(jié)壓力大于Pc時(shí)，延長(zhǎng)摩爾包線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于Pc值。前期固結(jié)壓力為Pc的土體有效應(yīng)力摩爾包線性狀與總應(yīng)力摩爾包線相似。前期固結(jié)壓力為Pc時(shí)土的總應(yīng)力摩爾包線7.4.2正常固結(jié)土和超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度下圖表示地基中土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)視為具體情況分兩段選用，對(duì)正常固結(jié)土，加載時(shí)，土體處正常固結(jié)狀態(tài)，采用右邊部分計(jì)算土的抗剪強(qiáng)度，卸載時(shí)土體處超固結(jié)狀態(tài)，采用左邊部分計(jì)算土的抗剪強(qiáng)度。對(duì)超固結(jié)土，加載時(shí)，若土體中固結(jié)應(yīng)力大于Pc時(shí)采用右邊部分計(jì)算土的抗剪強(qiáng)度；若土體中固結(jié)應(yīng)力小于Pc時(shí)，與卸載時(shí)相同，采用左邊部分計(jì)算土的抗剪強(qiáng)度。7.4.2正常固結(jié)土和超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度4.粘性土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇

一種土的有效應(yīng)力指標(biāo)和應(yīng)該是常數(shù)，不隨試驗(yàn)方法而變；但是其總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)的三種三軸試驗(yàn)結(jié)果各不相同，一般來(lái)講，，所得的值也不相同。因此要根據(jù)不同的情況正確選用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

一般認(rèn)為，由三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)確定的有效應(yīng)力指標(biāo)和宜于分析地基的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；而對(duì)于飽和軟粘土的短期穩(wěn)定問(wèn)題，宜采用不固結(jié)不排水試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo)、，用總應(yīng)力法進(jìn)行分析。

一般工程多采用總應(yīng)力分析法。若建筑物施工速度較快，而地基土的透水性和排水條件不好時(shí)，可采用三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)或直剪儀快剪試驗(yàn)的結(jié)果；若地基荷載增長(zhǎng)速率較慢，地基透水性和排水條件較好時(shí)，則可以采用固結(jié)排水或慢剪試驗(yàn)結(jié)果；如果介于上述兩種情況之間的，可用固結(jié)不排水或固結(jié)快剪試驗(yàn)結(jié)果。在確定強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)還應(yīng)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)。

7.4.2正常固結(jié)土和超固結(jié)土的抗剪強(qiáng)度7.5無(wú)粘性土抗剪強(qiáng)度砂和粉土等常被稱(chēng)為無(wú)粘性土。無(wú)粘性土粘聚力c＝0，抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為式中——有效內(nèi)摩擦角，對(duì)無(wú)粘性土通常在28°~42°之間。無(wú)粘性土滲透性系數(shù)大，土體中超孔隙水壓力常等于零，有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)是相同的。無(wú)粘性土的內(nèi)摩擦角常采用直剪試驗(yàn)或三軸試驗(yàn)。下圖中為由松砂、中等密實(shí)砂和密實(shí)砂三軸固結(jié)排水試驗(yàn)得到的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。從圖中可以看到：密實(shí)砂和中等密實(shí)砂中剪應(yīng)力起初隨著軸向應(yīng)變?cè)龃蠖龃?，直到峰值τm，然后則隨著軸向應(yīng)變?cè)龃蠖鴾p少，并以殘余強(qiáng)度τr為漸近值。松砂中剪應(yīng)力隨著軸向應(yīng)變?cè)龃蠖龃?，其極限值也為τr。無(wú)粘性土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線CID試驗(yàn)7.5無(wú)粘性土抗剪強(qiáng)度對(duì)密實(shí)砂和中等密實(shí)砂可由峰值τm確定峰值強(qiáng)度，由τr確定殘余強(qiáng)度，并確定相應(yīng)的強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩擦角和殘余內(nèi)摩擦角值，如圖中所示。松砂的內(nèi)摩擦角可由極限值確定。松砂的內(nèi)摩擦角大致與干砂的天然休止角相等，密實(shí)砂的內(nèi)摩擦角比天然休止角大5°~10°

無(wú)粘性土內(nèi)摩擦角7.5無(wú)粘性土抗剪強(qiáng)度無(wú)粘性土的內(nèi)摩擦角除了與初始孔隙比有關(guān)，還與土粒的形狀、表面的粗糙程度以及土的級(jí)配有關(guān)。密實(shí)砂土和土粒表面粗糙的砂土，內(nèi)摩擦角較大。級(jí)配良好的比顆粒均一的內(nèi)摩擦角大。表中是在不同密實(shí)度狀態(tài)下無(wú)粘性土的內(nèi)摩擦角參考數(shù)值。在無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)可供初步設(shè)計(jì)時(shí)參考選用。無(wú)粘性土內(nèi)摩擦角參考值土的類(lèi)型剩余強(qiáng)度或松砂峰值強(qiáng)度峰值強(qiáng)度中密密實(shí)粉砂（非塑性）26~30°28~32°30~34°均勻細(xì)砂、中砂26~30°30~34°32~36°級(jí)配良好的砂30~34°34~40°38~46°礫

砂32~36°36~42°40~48°7.5無(wú)粘性土抗剪強(qiáng)度7.6抗剪強(qiáng)度的影響因素7.6.0土的組成及物理性質(zhì)指標(biāo)的影響土的組成包括顆粒級(jí)配、顆粒棱角、礦物類(lèi)別等。一般級(jí)配良好的土，其內(nèi)摩擦角比均勻土的大。此外，土粒越大，形狀越不規(guī)則，表面越粗糙，則抗剪強(qiáng)度越大。土的密度越大，單位體積內(nèi)含的土粒越多，土粒之間的咬合作用力越強(qiáng)，土顆粒之間的內(nèi)摩擦力也越大；此外，密度大也意味著土粒的孔隙小，結(jié)合緊密，內(nèi)聚力大。因此，土的密度越大，其抗剪強(qiáng)度越高。土的孔隙比越小，顆粒結(jié)合越緊密，咬合摩擦力越大，受剪破壞時(shí)所需的能量也越大。土的含水量較大時(shí)，水分在較大土粒表面形成潤(rùn)滑劑，使摩阻力減??；對(duì)于細(xì)小的粘土粒，則使其結(jié)合水膜變厚，從而降低土的粘聚力。

7.6.1土的結(jié)構(gòu)性的影響地基中原狀土都有一定的結(jié)構(gòu)性。由于地質(zhì)歷史以及環(huán)境條件的不同，土的結(jié)構(gòu)性強(qiáng)弱差別很大。以粘性土為例，在土體結(jié)構(gòu)性未破壞前，土體抗剪強(qiáng)度摩爾包線性狀與超固結(jié)土類(lèi)似，主要反映在土的粘聚力的提高。本圖表示粘性土結(jié)構(gòu)性對(duì)土的強(qiáng)度包線影響的示意。若土樣1，2，3具有相同的前期固結(jié)壓力Pc，土樣3的土體結(jié)構(gòu)性最強(qiáng)，土樣2次之，土樣1最小。從圖中可看出土的結(jié)構(gòu)性未破壞前，土的結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng)，土的抗剪強(qiáng)度愈高。由于原狀土的結(jié)構(gòu)性，使正常固結(jié)原狀土的由試驗(yàn)得到的摩爾包線往往不通過(guò)原點(diǎn)。土的結(jié)構(gòu)性對(duì)土的抗剪強(qiáng)度影響7.6抗剪強(qiáng)度的影響因素7.6.2應(yīng)力歷史的影響本圖表示應(yīng)力歷史對(duì)土的抗剪強(qiáng)度的影響。圖（a）為e-p曲線，圖（b）為抗剪強(qiáng)度摩爾包線。若土體應(yīng)力歷史為D→A→B→C，土體抗剪強(qiáng)度摩爾包線為OC，若應(yīng)力歷史為D→A→A’→A→B→C，則摩爾包線為a’ac；若應(yīng)力歷史為D→A→B→B’→B→C，則摩爾包線為b’bc。應(yīng)力歷史不同，土的抗剪強(qiáng)度摩爾包線為。應(yīng)力歷史不同，土的抗剪強(qiáng)度摩爾包線也不同。應(yīng)力歷史對(duì)抗剪強(qiáng)度影響7.6抗剪強(qiáng)度的影響因素7.6.3應(yīng)力路徑的影響首先介紹應(yīng)力路徑的概念。土體中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可以用應(yīng)力空間中的一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示，該點(diǎn)稱(chēng)為該應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力點(diǎn)。土體中該點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的變化可以用應(yīng)力點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)來(lái)表示。應(yīng)力點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡稱(chēng)為應(yīng)力路徑。7.6抗剪強(qiáng)度的影響因素

以CIU試驗(yàn)來(lái)說(shuō)明應(yīng)力路徑的繪制。橫坐標(biāo)為，縱坐標(biāo)。CIU試驗(yàn)中土樣固結(jié)階段，，設(shè)圍壓從零至100kPa，其應(yīng)力路徑為0→A。CIU試驗(yàn)剪切階段，，并且數(shù)值保持不變，增至160kPa，于是得到p=120kPa，q=60kPa，相應(yīng)的應(yīng)力點(diǎn)為圖中B點(diǎn)，應(yīng)力路徑為AB。若繼續(xù)增加軸向應(yīng)力直至土體破壞，設(shè)破壞時(shí)相應(yīng)應(yīng)力點(diǎn)為C。則AC為CIU試驗(yàn)剪切階段的應(yīng)力路徑。因?yàn)閺腁→C采用的是總應(yīng)力，AC又稱(chēng)為CIU試驗(yàn)剪切階段的總應(yīng)力路徑。若圖中橫坐標(biāo)采用有效應(yīng)力，CIU試驗(yàn)應(yīng)力路徑縱坐標(biāo)采用(與q相等)。B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的有效應(yīng)力點(diǎn)為B’，此時(shí)孔隙水壓力為u，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的有效應(yīng)力點(diǎn)為C’，此時(shí)孔隙水壓力為uf，則CIU試驗(yàn)剪切階段有效應(yīng)力路徑如圖AB’C’。7.6抗剪強(qiáng)度的影響因素應(yīng)力路徑對(duì)土體抗剪強(qiáng)度的影響可以從圖中看出。在（p，q）平面上，OF表示抗剪強(qiáng)度線，在剪切過(guò)程中沿著應(yīng)力路徑AB1、AB2和AB3進(jìn)行剪切破壞，土體具有的抗剪強(qiáng)度是不同的。顯然，沿著路徑AB1進(jìn)行剪切，土體抗剪強(qiáng)度最高；沿著路徑AB3土體抗剪強(qiáng)度最??；沿著路徑AB2抗剪強(qiáng)度居中。應(yīng)力路徑對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響示意圖7.6