土的抗剪強(qiáng)度

1、土的抗剪強(qiáng)度、王英浩、內(nèi)蒙古科技高等院校建筑和土木工程學(xué)學(xué)院巖土教研組認(rèn)為，土的破壞主要是由剪切引起的，剪切破壞是土體破壞的重要特征。 施工時(shí)間中有關(guān)土的抗剪強(qiáng)度的工程主要有以下3種3: (1)土質(zhì)土防洪堤的穩(wěn)定(2)土壓力(3)地基的承載力問(wèn)題，工程實(shí)例土坡穩(wěn)定，工程實(shí)例土坡穩(wěn)定的工程實(shí)例土壓力，工程實(shí)例土壓力，工程實(shí)例地基承載力問(wèn)題，工程實(shí)例地基承載力問(wèn)題，第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度概要土的抗剪強(qiáng)度3360與土體抗剪破壞當(dāng)載荷作用于折動(dòng)面(破壞面) :土體時(shí)，在土的各點(diǎn)產(chǎn)生剪切應(yīng)力，當(dāng)某一點(diǎn)的剪切應(yīng)力達(dá)到剪切強(qiáng)度時(shí)，在剪切面兩側(cè)的土體產(chǎn)生相對(duì)位移而產(chǎn)生折動(dòng)破壞，將該剪切面稱為折動(dòng)面或破壞面。 1

2、.庫(kù)侖式1 )以庫(kù)侖式的基本形式(總應(yīng)力剪切強(qiáng)度式)表示剪切斷裂面上的剪切應(yīng)力，即土的剪切強(qiáng)度(KPa )破壞面上的法向應(yīng)力(KPa )土的粘聚力，(KPa )無(wú)粘性土，土的內(nèi)摩擦角() 稱為剪切強(qiáng)度指標(biāo)，在同一種類的土中，這些個(gè)和試驗(yàn)方法有關(guān)有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式中剪切斷裂面上的有效法向應(yīng)力(KPa ) u土中超靜孔隙水壓(KPa )土的有效粘著力(KPa )土的有效內(nèi)摩擦角() 稱為土的有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，在同一土中，其值理論上與試驗(yàn)方法無(wú)關(guān)，均接近常數(shù)。 問(wèn)題：總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？總應(yīng)力法比有效應(yīng)力法簡(jiǎn)單，測(cè)試時(shí)不需要測(cè)量孔隙水壓力，所以進(jìn)行穩(wěn)定分析時(shí)也不考慮孔隙水壓力，只要

3、測(cè)量總應(yīng)力即可，但對(duì)同一土壤施加相同的總應(yīng)力，測(cè)試方法不同或控制的排水條件不同也就是說(shuō)，總應(yīng)力和土的抗剪強(qiáng)度沒(méi)有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系的應(yīng)用很多。有效應(yīng)力法考慮到孔隙水壓力的影響，只計(jì)算作用于粒間的有效應(yīng)力，對(duì)于同種類的土，無(wú)論采用什么樣的試驗(yàn)方法，只要能夠正確地測(cè)定孔隙水壓力，得到的有效剪切強(qiáng)度指標(biāo)是相同的。但是，測(cè)定孔隙水壓力方面剪切強(qiáng)度的來(lái)源：1)無(wú)粘性土：來(lái)自土粒間的摩擦力(內(nèi)摩擦力)。 a .一部分土粒子的粗糙度引起的表面摩擦力b .另一部分是粗粒子彼此嵌合，聯(lián)搖滾樂(lè)作用引起的咬合力。 2 )粘性土：除了內(nèi)摩擦力外，還有粘聚力。 粘聚力主要來(lái)源于土顆粒之間的電分子吸引力以及土中黏附物質(zhì)(硅元

4、素、鐵元素物質(zhì)和碳酸鹽等)與土顆粒的黏附作用。 二、摩爾庫(kù)侖強(qiáng)度理論，(一)，假定土體中任意點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)是土層均勻連續(xù)的半空間材料，研究在地面以下任意深度m點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài).下面只討論平面問(wèn)題，在土體中取微針織面料體，作用于該尤針織面料體的兩個(gè)主應(yīng)力，作用于與大主應(yīng)力作用面成角的平面的正應(yīng)力和切應(yīng)力可以由靜力平衡條件求出：(二)、土的極限平衡條件的建立、土處于極限平衡態(tài)時(shí)， 由極限應(yīng)力圓和抗剪強(qiáng)度包復(fù)線相接的幾何關(guān)系，能夠建立以下極限平衡條件的粘性土：簡(jiǎn)化得到的：破壞面與大主應(yīng)力作用面之間的角度、問(wèn)題：土體的最大抗剪應(yīng)力面是剪切斷裂面嗎？ 對(duì)于飽和軟粘土，在不排水的條件下，其內(nèi)摩擦角為0，此時(shí)土體

5、的最大剪切應(yīng)力面為剪切斷裂面，第二節(jié)剪切強(qiáng)度的測(cè)定方法、測(cè)定土剪切強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)稱為剪切試驗(yàn)， 用常用的試驗(yàn)儀器將剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)無(wú)側(cè)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分成十字板剪切試驗(yàn)進(jìn)行近似模擬，直接剪切試驗(yàn)，應(yīng)變控制式直剪切器應(yīng)變控制式直剪切器的試驗(yàn)原理：對(duì)同一種土至少采集4個(gè)平行試樣，分別在不同的垂直壓力下進(jìn)行剪切斷裂，將試驗(yàn)結(jié)果制作剪切強(qiáng)度f(wàn)和相應(yīng)垂直壓力的相關(guān)系譜圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，粘性土f基本呈直線關(guān)系，直線方程式在庫(kù)侖式表示的無(wú)粘性土中，f是通過(guò)原點(diǎn)的直線。 的缺點(diǎn)直接構(gòu)成剪切器、剪切面不一定是最弱的面，剪切面上的剪切應(yīng)力分布不均勻，剪切面在剪切過(guò)程中逐漸縮小，排水條件不能嚴(yán)格特羅爾，不

6、能測(cè)量孔隙水壓力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，優(yōu)點(diǎn)直接在剪切器、三軸壓縮試驗(yàn)、 對(duì)同一種土采取至少3個(gè)平行試料，分別在不同的周圍壓力3和軸壓1下剪切破壞，將試驗(yàn)結(jié)果繪制成幾個(gè)極限應(yīng)力圓。 根據(jù)摩爾庫(kù)侖理論，該極限應(yīng)力圓的公切線為土的抗剪強(qiáng)度包復(fù)線，近似直線，直線方程為庫(kù)侖方程表示的方程； 三軸壓縮機(jī)的試驗(yàn)原理：c，0，三軸壓縮試驗(yàn)原理，的優(yōu)點(diǎn)三軸壓縮機(jī)的缺點(diǎn)三軸壓縮機(jī)，c，0，三軸壓縮試驗(yàn)原理， 是能夠嚴(yán)格控制排水條件，剪切破壞面為最弱的面，在試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，試樣的受力狀態(tài)為軸對(duì)稱的情況下，不一定與實(shí)際的土體的受力狀態(tài)一致，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)在周圍壓力為零時(shí)為無(wú)側(cè)限試驗(yàn)條件，

7、此時(shí)由于試料的側(cè)向力為零，在軸向施加壓力時(shí)，其側(cè)向變形不受限制，因此也稱為無(wú)側(cè)向限制壓縮試驗(yàn)。 由于試料在軸心受壓的條件下被破壞，此時(shí)土所能承受的最大軸向壓力稱為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，用qu表示，可以代替極限應(yīng)力圓，應(yīng)用：三軸試驗(yàn)(相當(dāng)于3=0)，求出土的靈敏度缺陷：無(wú)粘性土和粗軟土(流型)試驗(yàn)快，水不能排除，十字該方法適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)飽和粘性土原位排水強(qiáng)度，尤其適用于均勻的飽和軟黏土. 因?yàn)椴恍枰_孔取原來(lái)的土的花樣，土亂，試驗(yàn)時(shí)的土的排水條件和受力狀態(tài)與實(shí)際的條件非常接近。第四節(jié)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、1、粘性土不同的固結(jié)和排水條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、1、固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)(也稱為固結(jié)快剪，用符號(hào)Cu表示

8、)、試驗(yàn)過(guò)程、固結(jié)不排水試驗(yàn)(Cu試驗(yàn))在施加周圍壓力時(shí)向一盞茶排水(固結(jié))、施加軸向壓力直到剪切破壞的試驗(yàn)過(guò)程中排水(固結(jié)) 飽和粘性土的固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度受應(yīng)力歷史的影響，因此首先區(qū)分試樣處于什么樣的固結(jié)狀態(tài)。正常固結(jié)狀態(tài)的試樣在剪切過(guò)程中有體積減少的傾向(剪切收縮)，但由于不允許排水，產(chǎn)生正孔隙水壓的強(qiáng)超固結(jié)狀態(tài)的試樣在剪切過(guò)程中先剪切收縮(產(chǎn)生正孔隙水壓力)，然后剪切膨脹(產(chǎn)生負(fù)孔隙水壓力)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論： a .正常固結(jié)飽和黏土、剪切過(guò)程不排水，從有效應(yīng)力原理看，有效應(yīng)力圓和總應(yīng)力圓直徑相等、位置不同。 正常固結(jié)狀態(tài)的試料在剪切斷裂時(shí)發(fā)生正的孔隙水壓力，因此有效應(yīng)力位于總應(yīng)力的左側(cè)。

9、總應(yīng)力破壞包復(fù)線和有效應(yīng)力破壞包復(fù)線均通過(guò)原點(diǎn)，固結(jié)壓力為零的土沒(méi)有剪切強(qiáng)度。 用、超固結(jié)狀態(tài)、正常固結(jié)狀態(tài)、ccu、0、a、b、c、b .超固結(jié)飽和粘土、超固結(jié)狀態(tài)土的固結(jié)不排水試驗(yàn)、超固結(jié)狀態(tài)的飽和粘性土的固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)得到的總應(yīng)力破壞被復(fù)線，能夠用直線ab代替，與正常固結(jié)狀態(tài)土的固結(jié)不排水破壞被復(fù)線bc相交的bc的延長(zhǎng)線通過(guò)原點(diǎn)。 使abc多段線變成實(shí)際直線。 超固結(jié)狀態(tài)的土樣在剪切斷裂時(shí)發(fā)生負(fù)孔隙水壓力，因此有效應(yīng)力圓位于總應(yīng)力圓的右側(cè)。 未固結(jié)的非排水剪切試驗(yàn)(也稱為快剪切，用符號(hào)UU表示)、試驗(yàn)過(guò)程、未固結(jié)的非排水試驗(yàn)(UU試驗(yàn))在施加周圍壓力時(shí)不排水(不固結(jié))、在施加軸向壓力

10、直至剪切斷裂的試驗(yàn)過(guò)程中也不允許排水(不排水)。 試驗(yàn)的結(jié)論：0，cu，飽和粘性土的不固結(jié)排水試驗(yàn)，圖中的三個(gè)實(shí)線圓分別表示三個(gè)試驗(yàn)片在不同的圓周壓力破壞時(shí)的總應(yīng)力圓，折斷線表示有效應(yīng)力圓。 試驗(yàn)的結(jié)果，三個(gè)試驗(yàn)片的周壓不同，但破壞時(shí)的主應(yīng)力差相等，因此三個(gè)總應(yīng)力圓的直徑相同，因此破壞包復(fù)線為水平線，在不排水的條件下，試驗(yàn)中的試樣的含水量不變化，體積不變化，僅使周圍的壓力增加變化，試樣中的有效應(yīng)力不變化由于只能得到一個(gè)有效應(yīng)力圓，得不到有效應(yīng)力破壞包復(fù)線，不固結(jié)的排水試驗(yàn)只測(cè)定飽和土的排水強(qiáng)度，因此可用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)代替三軸壓縮試驗(yàn)測(cè)定飽和土的排水抗剪強(qiáng)度。不固結(jié)排水試驗(yàn)的“不固結(jié)”，維持

11、試料本來(lái)的有效應(yīng)力、不在三軸壓力室周圍的壓力排水固結(jié)。 如果飽和粘性土沒(méi)有固著，其中的有效應(yīng)力為零(預(yù)固著壓力也為零)，表現(xiàn)為泥漿狀土，其抗剪強(qiáng)度也必定為零。 在高剪切前固結(jié)壓力下進(jìn)行不固結(jié)的非排水試驗(yàn)，可以得到大的非排水剪切強(qiáng)度。 3、固著排水剪切試驗(yàn)(也稱為慢切，以符號(hào)CD表示)、試驗(yàn)過(guò)程、固著排水試驗(yàn)(CD試驗(yàn))在施加周圍的壓力時(shí)排水(固著)到一盞茶，在施加軸向的壓力直至剪切斷裂的試驗(yàn)過(guò)程中允許排水(排水)。 試驗(yàn)結(jié)論： a .正常固結(jié)飽和粘土、b .超固結(jié)飽和粘土，在試驗(yàn)過(guò)程中，土樣中的孔隙水壓力始終為零，總應(yīng)力最后完全轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，因此總應(yīng)力圓為有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力破壞被復(fù)線為有效應(yīng)

12、力破壞被復(fù)線。 正常粘著狀態(tài)的土，其破壞包復(fù)線通過(guò)原點(diǎn)。 超固結(jié)飽和粘土通過(guò)固結(jié)排水剪切先剪切收縮后剪切膨脹，但水分不排出，相反有通過(guò)剪切膨脹吸水的傾向，含水量進(jìn)一步增加的事實(shí)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。 對(duì)同一種土進(jìn)行固結(jié)排水試驗(yàn)得到的cd，d與固結(jié)排水試驗(yàn)得到的c，相近，由于固結(jié)排水試驗(yàn)所需時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，實(shí)用上用c，代替cd，d。 3種試驗(yàn)結(jié)果的強(qiáng)度包復(fù)線，對(duì)同種類的飽和粘性土，分別在3種不同的排水條件下進(jìn)行了剪切試驗(yàn)。用總應(yīng)力表示，得到完全不同的試驗(yàn)結(jié)果，用有效應(yīng)力表示，無(wú)論采用哪種試驗(yàn)方法，都得到大致相同的有效應(yīng)力破壞包復(fù)線。 因此，抗剪強(qiáng)度和總應(yīng)力沒(méi)有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，有效應(yīng)力有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 二、

13、粘性土殘馀強(qiáng)度指標(biāo)，硬超壓實(shí)粘土曲線中出現(xiàn)剪切應(yīng)力峰，即為土峰剪切強(qiáng)度。 峰后強(qiáng)度隨剪切位移的增大而降低，稱為應(yīng)變軟化特征。 剪切位移大時(shí)，其強(qiáng)度最終也降低到某個(gè)穩(wěn)定值，該最終值強(qiáng)度被稱為殘存強(qiáng)度。 實(shí)驗(yàn)證明，粘性土的殘馀強(qiáng)度也符合與峰強(qiáng)度相同的庫(kù)侖式；可以解釋為：在剪切面的兩側(cè)非取向排列的薄層微粒子的結(jié)構(gòu)隨著剪切應(yīng)變的增加在剪切方向變化，土的抗剪強(qiáng)度降低。 殘余強(qiáng)度主要依賴于與土壤結(jié)構(gòu)關(guān)系不大的土壤礦物成分和有效法向應(yīng)力的影響。 粘土的殘余強(qiáng)度與其應(yīng)力的歷史無(wú)關(guān)。 在大剪切位移下超固結(jié)粘土的強(qiáng)度下降幅度大于正常固結(jié)粘土的強(qiáng)度下降幅度。 殘余強(qiáng)度線是通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。 3 .以無(wú)粘性土的抗剪

14、強(qiáng)度指標(biāo)，砂被剪斷時(shí)，粒子為了離開其原來(lái)的位置而必須上升，導(dǎo)致體積膨脹，這種因剪斷而體積膨脹的現(xiàn)象稱為剪斷膨脹性。 砂、松砂、松砂被剪切時(shí)，粒子滾動(dòng)到平衡的位置，排列變得更密，因此體積縮小，由于該剪切而體積縮小的現(xiàn)象稱為剪切性，砂的強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，隨著軸向應(yīng)變的增加，強(qiáng)度反而減少，最終成為應(yīng)變軟化型，軸向應(yīng)變?cè)黾铀缮暗膹?qiáng)度逐漸增加，曲線變形硬化，體積稍微減少，然后增加，超過(guò)其初期體積，體積逐漸減少，對(duì)于一定側(cè)的極限壓力下的同種砂土，緊貼和松散砂土的最終強(qiáng)度達(dá)到相同的數(shù)值，最終的空隙率也有達(dá)到一定的值的傾向，這個(gè)值稱為臨界空隙率。 以該空隙率土砂不排水而被破壞時(shí)，其體積變化為零，土砂的臨界空隙率隨著周圍壓力的增加而減少，土砂由于突發(fā)性的動(dòng)載荷不能在短時(shí)間內(nèi)排水固著，為了抵抗剪斷力引起的體積縮小的傾向，產(chǎn)生大的孔隙水壓力，土體的剪斷力完全喪失的現(xiàn)象被土砂液化砂土液化可宏命令引起噴泉砂和地下砂層液化，原有明顯的層理土壤，震災(zāi)后層理紊亂。 這些個(gè)現(xiàn)象可以導(dǎo)致地表下沉和變形。 四、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度性狀復(fù)雜，這不僅關(guān)系到剪切條件，也關(guān)系到土的應(yīng)力歷程等因素。 由于實(shí)際工程條件的復(fù)雜性，用實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)條件完全模擬現(xiàn)場(chǎng)條件是不可能的。 因此，對(duì)于具體的工程問(wèn)題，確定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的方法，只能盡量模擬實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 對(duì)一般工程問(wèn)題多采用總應(yīng)力分析法，其