土力學(xué)第7章土的抗剪強(qiáng)度

土力學(xué)7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)土壓力問題；(2)土坡穩(wěn)定性問題；(3)地基承載力問題。

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)的工程問題主要有三類：

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

上式便稱為庫侖定律，

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)力無關(guān)的抵抗顆粒間相互滑動(dòng)的力，稱為粘聚力。土的粘聚力主要來自土的結(jié)構(gòu)性。砂土粘聚力常為零，所以又稱為無粘性土。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)，摩爾包線可以用庫侖強(qiáng)度公式來表示，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。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

1、應(yīng)力符號(hào)規(guī)定（1）正應(yīng)力以壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)；（2）剪應(yīng)力以使物體產(chǎn)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)為正，反之為負(fù)；（3）角度以x軸正向沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)所形成的夾角為正，反之為負(fù)。2、一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)6個(gè)應(yīng)力分量：σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx補(bǔ)充：一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)3、平面問題的簡(jiǎn)化在實(shí)際工程中，可根據(jù)不同的受力狀態(tài)，將三維問題簡(jiǎn)化為平面問題。（1）平面應(yīng)力問題；（2）平面應(yīng)變問題。補(bǔ)充：一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)補(bǔ)充：一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)4、基本應(yīng)力公式以平面應(yīng)力問題為例，如圖，任意角度α截面的應(yīng)力計(jì)算公式如下：

最大最小主應(yīng)力：

最大主應(yīng)力與x軸的夾角θ可按下式求得：OtnC2θ02θ

(sn,tn)ED'(sy,tyx)BAD(sx,txy)補(bǔ)充：一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)補(bǔ)充：一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)任一斜面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力用主應(yīng)力表示為：莫爾應(yīng)力圓的方程：snA1s'B1s"OtnC2θ02θ

(sn,tn)ED'(sy,tyx)BAD(sx,txy)（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為土的粘聚力，與水平軸夾角稱為土的內(nèi)摩擦角。該直線方程即為摩爾-庫倫強(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）用剪切速度大小來模擬剪切過程中的排水條件，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)又稱為常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)(TriaxialShearTest)

，簡(jiǎn)稱三軸試驗(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－周圍壓力表；3－周圍壓力閥；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壓力室中水壓力提供，圓柱形土樣軸向荷載通過活塞桿施加。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UU試驗(yàn)）、固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱CIU試驗(yàn)）和固結(jié)排水剪切試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱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)）土樣在施加周圍壓力和隨后增加軸向壓力直至土樣剪切破壞的全過程中均處于不排水狀態(tài)。飽和土樣在不排水過程中土體體積保持不變。試驗(yàn)過程中圍壓保持不變，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)力取決于制備過程中土體的固結(jié)情況。如果飽和土從未發(fā)生過固結(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)）土樣在施加周圍壓力后，將排水閥打開，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。在剪切過程中，土樣處于不排水狀態(tài)。試驗(yàn)過程中可測(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，排水閥尚未打開前，土樣中的孔隙水壓力值。通過圍壓值與由其產(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，還可通過測(cè)量排水量來測(cè)定土體在剪切過程中的體積變形。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）無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(UnconfinedCompressionStrengthTest)

無側(cè)限壓力儀如下圖所示，土樣在無圍壓（σ3＝0）條件下，在軸向力作用下剪切破壞。采用無側(cè)限壓力儀進(jìn)行無側(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，稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。無側(cè)限壓力儀無側(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，即周圍壓力的三軸試驗(yàn)，所以又稱單軸試驗(yàn)。試驗(yàn)破壞時(shí)的軸向壓力以表示，稱為無側(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，故可利用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度來測(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)度之比來表示的，即

式中qu——原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa；

q0——重塑土的無側(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)。

現(xiàn)在，將通過對(duì)上式的推導(dǎo)來說明孔隙壓力系數(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)于同一種土來說，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。

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。

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無粘性土抗剪強(qiáng)度

砂和粉土等常被稱為無粘性土。無粘性土粘聚力c＝0，抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為式中——有效內(nèi)摩擦角，對(duì)無粘性土通常在28°~42°之間。無粘性土滲透性系數(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龃螅钡椒逯郸觤，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。無粘性土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線CID試驗(yàn)7.5無粘性土抗剪強(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°

無粘性土內(nèi)摩擦角7.5無粘性土抗剪強(qiáng)度

無粘性土的內(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)下無粘性土的內(nèi)摩擦角參考數(shù)值。在無試驗(yàn)資料時(shí)可供初步設(shè)計(jì)時(shí)參考選用。無粘性土內(nèi)摩擦角參考值土的類型剩余強(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滑劑，使摩阻力減小；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)來表示，該點(diǎn)稱為該應(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)來表示。應(yīng)力點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡稱為應(yīng)力路徑。7.6抗剪強(qiáng)度的影響因素

以CIU試驗(yàn)來說明應(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?。谎刂窂紸B2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抗剪強(qiáng)度的影響因素7.6.4土體各向異性的影響土體各向異性主要由兩個(gè)因素引起：一為結(jié)構(gòu)方面的原因，在沉積和固結(jié)過程中，天然土層中的粘土顆粒及其組構(gòu)單元排列的方向性造成了土體各向異性；二為應(yīng)力方面的原因，由于天然地層的初始應(yīng)力一般處于不等向應(yīng)力狀態(tài)（正常固結(jié)土靜止土壓力系數(shù)K0值一般小于1，超固結(jié)土K0往往大于1），引起了在不同方向荷載情況下，使土體破壞所需剪應(yīng)力增量各不相同。在地質(zhì)歷史中，天然土層還受到周圍環(huán)境（如氣候變化、地下水位升降及歷史上的冰川活動(dòng)等）和時(shí)間的影響。這些都引起土的結(jié)構(gòu)和土的初始應(yīng)力狀態(tài)的變化，使之變得更加復(fù)雜。從而使土的各向異性也變得更加復(fù)雜。7.6抗剪強(qiáng)度的影響因素

用沿著不同方向切取的土樣進(jìn)行壓縮剪切試驗(yàn)，可以測(cè)得土體的各向異性。試驗(yàn)表明：正常固結(jié)粘土的水平向土樣的強(qiáng)度常常小于豎直向土樣的強(qiáng)度。關(guān)于45°方向的土樣的強(qiáng)度有兩種不同情況：有些粘土的45°方向土樣的強(qiáng)度介于