第五章土的抗剪強(qiáng)度

§1概述一、抗剪強(qiáng)度的基本概念土的強(qiáng)度是指一部分土體相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)時(shí)的抵抗力，實(shí)質(zhì)上就是土體與土體之間的摩擦力。土的抗剪強(qiáng)度，首先決定于它本身的性質(zhì)，即土的組成，土的狀態(tài)和土的結(jié)構(gòu)，這些性質(zhì)又與它形成的環(huán)境和應(yīng)力歷史等因素有關(guān)；其次還決定于它當(dāng)前所受的應(yīng)力狀態(tài)。11/23/2022巖土力學(xué)第五章土的抗剪強(qiáng)度

§1概述一、抗剪強(qiáng)度的基本概念111滑動(dòng)面滑前邊坡原地面滑動(dòng)面圖5-1土坡滑動(dòng)圖5-2地基失穩(wěn)11/23/2022巖土力學(xué)滑動(dòng)面滑前邊坡原地面滑動(dòng)面圖5-1土坡滑動(dòng)圖5-2地2二、工程中常見的強(qiáng)度問題（1）土作為土工結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性問題如人工筑成的路堤，土壩的邊坡以及天然土坡等的穩(wěn)定性問題。（2）土作為工程結(jié)構(gòu)的環(huán)境的問題即土壓力問題。這和邊坡穩(wěn)定問題有直接聯(lián)系，若邊坡較陡不能保持穩(wěn)定，又由于場地或其他條件限制而不允許采用平緩邊坡時(shí)，就可以修筑擋土墻來保持力的平衡。這類工程問題如擋土墻、橋臺(tái)、地下隧道等。（3）土作為建筑物的地基問題，即地基承載力的問題。三、土的抗剪強(qiáng)度測試方法室內(nèi)試驗(yàn)：應(yīng)力狀態(tài)被改變，取土過程受到干擾原位測試：精度不高11/23/2022巖土力學(xué)二、工程中常見的強(qiáng)度問題11/22/2022巖土力學(xué)3

§2土的抗剪強(qiáng)度和破壞理論

屈服或塑流：軟土材料破壞形式斷裂：巖石，硬粘土一、土的屈服與破壞1．理想彈、塑性材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系①應(yīng)力-應(yīng)變成直線關(guān)系

②變形是完全彈性的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是唯一的，與應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史無關(guān)③ 稱屈服應(yīng)力或破壞應(yīng)力abba123應(yīng)變硬化應(yīng)變軟化彈性階段1圖5-311/23/2022巖土力學(xué)

§2土的抗剪強(qiáng)度和破壞理論

屈服或塑流：軟土斷裂：42．土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（1）正常固結(jié)（松砂），圖5-3曲線（3）加工硬化,屈服點(diǎn)至b點(diǎn),無峰值（2）超固結(jié)（密松），圖5-3曲線（2）加工軟化，出現(xiàn)峰值3．實(shí)際計(jì)算時(shí)土的彈塑性問題（1）按線彈性體（2）按理想塑性材料二、莫爾——庫倫破壞理論（一）土的破壞理論1．廣義特萊斯卡理論1-313

=300kpa3

=200kpa3

=100kpa圖5-4土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系11/23/2022巖土力學(xué)2．土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系1-313=300kpa52．廣義密色斯理論式中E——材料的彈性模量 ——材料的泊松比 ——畸變能的極限值， 3．莫爾——庫倫理論

圖5-5固定剪切面的剪切試驗(yàn)11/23/2022巖土力學(xué)2．廣義密色斯理論11/22/2022巖土力學(xué)6（1）庫倫公式基本形式（總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式）式中——剪切破壞面上的剪應(yīng)力，即土的抗剪強(qiáng)度——破壞面上的法向應(yīng)力——土的粘聚力，對(duì)于無粘性土，——土的內(nèi)摩擦角* 稱為抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，同一種土，它們與試驗(yàn)方法有關(guān)（2）有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式式中——剪切破壞面上的有效法向應(yīng)力u——土中的超靜孔隙水壓力——土的有效粘聚力——土的有效內(nèi)摩擦角，土的有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)于同一種土，其值理論上與試驗(yàn)方法無關(guān)，應(yīng)接近于常數(shù)。11/23/2022巖土力學(xué)（1）庫倫公式基本形式（總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式）11/22/2074．莫爾抗剪強(qiáng)度公式當(dāng)應(yīng)力變化范圍不很大時(shí)可用庫倫直線代替莫爾破壞包線（二）莫爾——庫倫破壞準(zhǔn)則——極限平衡條件1．土體中剪切破壞面位置的確定（1）在地面荷載p作用下，土中某點(diǎn)M的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力圓在強(qiáng)度包線下面，該點(diǎn)應(yīng)力條件處于彈性狀態(tài)應(yīng)力圓正好與強(qiáng)度相切，該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)

.A.C.B·Mp11/23/2022巖土力學(xué)4．莫爾抗剪強(qiáng)度公式.A.C.B·Mp11/22/2028O450+/2450+/21f（2）破裂面位置與最大主平面成2．極限平衡條件推導(dǎo)由 (5-7)整理后： 31f

c圖5-7土的破裂面確定11/23/2022巖土力學(xué)O450+/2450+/21f（2）破裂面位置與最大主9又因故得 （5-7）′又因得：故公式（5-7）′可寫為：

11/23/2022巖土力學(xué)又因11/22/2022巖土力學(xué)10若 ，即對(duì)潔凈的砂土，則有當(dāng) 時(shí)，歸納莫爾——庫倫破壞理論，可表達(dá)為如下三個(gè)要點(diǎn)：1．破壞面上，材料的抗剪強(qiáng)度是法向應(yīng)力的函數(shù)。可表達(dá)為：2．當(dāng)法向應(yīng)力不很大時(shí)，抗剪強(qiáng)度可簡化為法向應(yīng)力的線性函數(shù)，即表示為庫倫公式11/23/2022巖土力學(xué)若 ，即對(duì)潔凈的砂土，則有歸納莫爾——庫倫破壞理論，可表達(dá)為113．土單元體中，任何一個(gè)面上的剪應(yīng)力大于該面上土的抗剪強(qiáng)度，土單元體即發(fā)生破壞，用破壞準(zhǔn)則表示即為式（5-7）至式（5-10）的極限平衡條件（三）極限平衡條件的應(yīng)用達(dá)到極限平衡所要求的內(nèi)磨擦角 單元體已破壞 單元體處于彈性平衡狀態(tài) 單元體處于塑性平衡狀態(tài)達(dá)極限平衡所要求的大主應(yīng)力 土體已破壞，反之，處于彈性平衡狀態(tài)11/23/2022巖土力學(xué)3．土單元體中，任何一個(gè)面上的剪應(yīng)力大于該面上土的抗剪強(qiáng)度，12§3土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法

一、三軸剪切試驗(yàn)（一）常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)方法（1）排水剪：圖及試驗(yàn)結(jié)果見第四章第二節(jié)（2）不排水剪：詳細(xì)討論見第五節(jié)

圖5-11不排水剪切的應(yīng)力-應(yīng)變-孔壓關(guān)系曲線密實(shí)中密軸向應(yīng)變1(%)u密實(shí)中密松0松軸向應(yīng)變1(%)-1000-5005010011/23/2022巖土力學(xué)§3土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法

一、三軸剪切試驗(yàn)密實(shí)中密軸向應(yīng)13（二）破壞包線和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)1．從應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線尋找破壞時(shí)的偏差應(yīng)力的方法有三種（1）取曲線的最大偏差應(yīng)力值當(dāng)需要用土的殘余強(qiáng)度時(shí)取試驗(yàn)曲線的終值作（2）以最大有效主應(yīng)力比 處的偏差應(yīng)力值作為（3）取規(guī)定的軸向應(yīng)變值 所相應(yīng)的偏差應(yīng)力作為 值2．包絡(luò)線的作法由 可作出包絡(luò)線l11/23/2022巖土力學(xué)（二）破壞包線和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)l11/22/2022巖土力學(xué)14（三）三軸試驗(yàn)中的應(yīng)力路徑和破壞主應(yīng)力線1．三軸排水所以應(yīng)力路徑：直線p=q*破壞主應(yīng)力線，——破壞點(diǎn)的連線圖5-13

排水剪切應(yīng)力路徑apKfq45011/23/2022巖土力學(xué)（三）三軸試驗(yàn)中的應(yīng)力路徑和破壞主應(yīng)力線所以圖5-13152．三軸不排水試驗(yàn)a.總應(yīng)力（不考慮）增加 ，有b.有效應(yīng)力路徑增加其中 ，所以u(píng)不是常量。450apKfq=(1-3)/2P=(1+3)/2P/=(1/+3/)/2圖5-14不排水剪切應(yīng)力路徑Kf/11/23/2022巖土力學(xué)2．三軸不排水試驗(yàn)450apKfq=(1-3)/2P16

c31OO/pqaf線Kf線R3）破壞包線與破壞主應(yīng)力線關(guān)系故又故圖5-15破壞包線與破壞主應(yīng)力線11/23/2022巖土力學(xué)c31OO/pqaf線Kf線R3）破壞包線與17（四）三軸試驗(yàn)的發(fā)展令11/23/2022巖土力學(xué)（四）三軸試驗(yàn)的發(fā)展11/22/2022巖土力學(xué)18二、直剪試驗(yàn)

（一）試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法設(shè)備：應(yīng)變控制式直接剪切儀取破壞時(shí)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力值作出 曲線 取值：取剪應(yīng)力—剪變形曲線峰值為 取值：—曲線之終值11/23/2022巖土力學(xué)二、直剪試驗(yàn)

（一）試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法11/22/2022巖19（二）優(yōu)缺點(diǎn)及新發(fā)展優(yōu)點(diǎn)：（1）固結(jié)快，試驗(yàn)歷時(shí)短 （2）無側(cè)向膨脹曲豎向變形直接算出缺點(diǎn)：（1）剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，中間小邊緣大 （2）不能控制排水條件，無法測出孔隙水壓力 （3）剪切面上土的性值不能代表其他部位土深基坑不能做直剪試驗(yàn)，應(yīng)作三軸試驗(yàn)發(fā)展方向：單剪儀11/23/2022巖土力學(xué)（二）優(yōu)缺點(diǎn)及新發(fā)展11/22/2022巖土力學(xué)20（三）無側(cè)限壓縮試驗(yàn)

根據(jù)土的極限平衡條件IfThen應(yīng)用：1°代替三軸試驗(yàn)（當(dāng) ）2°可用來求土的靈敏度缺點(diǎn)：1°太軟土（流塑）不可2°試驗(yàn)快,水來不及排除11/23/2022巖土力學(xué)（三）無側(cè)限壓縮試驗(yàn)

根據(jù)土的極限平衡條件IfThen應(yīng)21四、十字板剪切試驗(yàn)——原位試驗(yàn)

（一）土的原位測試技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1．可在現(xiàn)場進(jìn)行，避免取樣2．涉及的土體積比室內(nèi)試驗(yàn)樣品大很多3．可連續(xù)進(jìn)行，可得到完整的土層剖面及物理力學(xué)指標(biāo)4．具有快速經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)土的原位測試技術(shù)的缺點(diǎn)1．難于控制測試中的邊界條件，如排水條件和應(yīng)力條件2．測試數(shù)據(jù)和土的工程性質(zhì)的關(guān)系建立在統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系上3．測試設(shè)備進(jìn)入土層對(duì)土層也有一定擾動(dòng)4．試驗(yàn)應(yīng)力路徑無法很好控制，試驗(yàn)時(shí)的主應(yīng)力方向與實(shí)際工程往往不一致5．應(yīng)變場不均勻，應(yīng)變速率大于實(shí)際工程的正常固結(jié)11/23/2022巖土力學(xué)四、十字板剪切試驗(yàn)——原位試驗(yàn)

（一）土的原位測試技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)22（二）十字板剪切試驗(yàn)適用范圍測定正常固結(jié)飽和軟粘土 的不排水抗剪強(qiáng)度和靈敏度（三）測試原理：其中：假 （各向同性）——柱體的上、下面的抗剪強(qiáng)度對(duì) 圓心所產(chǎn)生的抗扭力矩——圓柱面上的剪應(yīng)力對(duì)圓心所產(chǎn) 生的抗扭力矩1．影響測試精度的主要因素（1）旋轉(zhuǎn)速率（2）土的各向異性 （3）十字板頭規(guī)格圖5-2311/23/2022巖土力學(xué)（二）十字板剪切試驗(yàn)適用范圍1．影響測試精度的主要因素圖5-23（4）排水條件（5）軸桿與孔壁摩擦2．成果分析應(yīng)用（1）計(jì)算軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度峰值，殘余峰和靈敏度（2）繪制隨深度變化曲線（3）土的長期強(qiáng)度僅為峰值強(qiáng)度的60~70%，應(yīng)修正（4）十字板不排水抗剪強(qiáng)度的應(yīng)用a.計(jì)算地基承載力b.預(yù)估單樁承載力c.求軟粘土靈敏度d.軟土地區(qū)堤壩的臨界高度e.地基抗滑穩(wěn)定分析f.估計(jì)土的液性指數(shù)g.檢驗(yàn)地基加固效果h.根據(jù) 變化曲線關(guān)系，判定軟土固結(jié)歷史11/23/2022巖土力學(xué)（4）排水條件11/22/2022巖土力學(xué)24§4土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理和影響因素

一、摩擦強(qiáng)度一般由兩部分組成：一是顆粒之間滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦，一是顆粒之間脫離咬合狀態(tài)而移動(dòng)所產(chǎn)生的咬合摩擦。滑動(dòng)摩擦與顆粒形狀、礦物組成、級(jí)配有關(guān)咬合摩擦與土的密度、磨圓度有關(guān)影響（粗粒土）的因素：（1）密度（2）粒經(jīng)級(jí)配（3）顆粒形狀（4）礦物成分11/23/2022巖土力學(xué)§4土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理和影響因素

一、摩擦強(qiáng)度11/22/25二、粘聚強(qiáng)度

細(xì)粒土的粘聚力取決于土粒間的各種物理化學(xué)作用力，包括庫倫力（靜電力）、范得華力、膠結(jié)作用力等。對(duì)粘聚力的微觀研究是一個(gè)很復(fù)雜的問題，目前還存在著各種不同的見解。三、摩擦強(qiáng)度和粘聚強(qiáng)度的內(nèi)在聯(lián)系

接觸點(diǎn)面積：

Ai=Ni/y式中y——材料的屈服強(qiáng)度 又f=sAi

所以其中f可看成摩擦系數(shù)，f=tg

隙空空隙PPNiAi(a)(b)圖5-30土顆粒的微觀接觸荷載教小時(shí)荷載增加，接觸點(diǎn)屈服11/23/2022巖土力學(xué)二、粘聚強(qiáng)度隙空空隙PPNiAi(a)(b)圖5-30土顆26結(jié)論土的抗剪強(qiáng)度雖然形式上區(qū)分為摩擦強(qiáng)度和粘聚強(qiáng)度，而其物理實(shí)質(zhì)則難以截然區(qū)分；c=0,并非無摩擦強(qiáng)度，而是隱含在c中；=0，并非無粘聚強(qiáng)度，而是隱含于中。學(xué)習(xí)中，既要看到摩擦強(qiáng)度和粘聚強(qiáng)度間有區(qū)別的一面又要看到它們之間有相同的一面。

11/23/2022巖土力學(xué)結(jié)論11/22/2022巖土力學(xué)27四、密度對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響—密度—有效應(yīng)力—抗剪強(qiáng)度的唯一性關(guān)系影響抗剪強(qiáng)度最主要的因素：①土的組成②土的密度③土的結(jié)構(gòu)及所受應(yīng)力狀態(tài)證明土的密度——有效應(yīng)力——抗剪強(qiáng)度唯一性關(guān)系（a）排水試驗(yàn)：密度增大,

(b)固結(jié)不排水試驗(yàn) 不變11/23/2022巖土力學(xué)四、密度對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響—密度—有效應(yīng)力—抗剪強(qiáng)度的唯一性關(guān)28剪切至破壞試樣11（排水）試驗(yàn)1（排水試驗(yàn)）固結(jié)2孔隙水壓力u試樣2剪切至破壞（不排水）固結(jié)試驗(yàn)2（固界不排水試驗(yàn)）45012圖5-31唯一性試驗(yàn)驗(yàn)證11/23/2022巖土力學(xué)剪切至破壞試樣11（排水）試驗(yàn)1（排水試驗(yàn)）固結(jié)2孔隙水壓力29實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）正常固結(jié)土， 唯一性關(guān)系不受加載路徑影響（2）對(duì)于超固結(jié)土，只要應(yīng)力歷史相同， 唯一性的原則仍可適用。因此，應(yīng)力歷史相同的土，密度愈高，抗剪強(qiáng)度愈大，有效應(yīng)力愈高，抗剪強(qiáng)度也愈大。 11/23/2022巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：11/22/2022巖土力學(xué)30§5土在剪切中的性狀和各類抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

土的特點(diǎn)：同一種土，用同一臺(tái)儀器做試驗(yàn)，如果采用的試驗(yàn)方法，特別是排水條件不一樣，測得的結(jié)果往往差別很大，有時(shí)甚至相當(dāng)懸殊。一、土在排水和不排水條件下的剪切狀態(tài)土與彈性材相比，有一個(gè)重要的特征：即受剪切時(shí)不僅產(chǎn)生形狀的變化，還要產(chǎn)生體積的變化——“剪脹性”，它包括體積剪脹和剪縮。對(duì)于 土體積的變化完全由于孔隙流體（水和氣）體積的變化非飽和土：變化——首先表現(xiàn)為氣體的體積變化 ——與土的透氣性有關(guān)飽和土：變化——吸入或擠出水分——與滲透系數(shù)K有關(guān)，K大，體積變化時(shí)間短11/23/2022巖土力學(xué)§5土在剪切中的性狀和各類抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

土的特點(diǎn)：11/31

1、排水剪密砂：→很小，收縮→膨脹→密度降低→承受剪應(yīng)力能力降低→峰值→殘余值松砂：→剪縮→密度增大→穩(wěn)定的應(yīng)力豎向應(yīng)變密砂l(fā)松砂松砂豎向應(yīng)變體積應(yīng)變?cè)龃竺苌皏圖3-3三軸試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線11/23/2022巖土力學(xué)1、排水剪豎向應(yīng)變密砂l(fā)松砂松砂豎向應(yīng)變體積應(yīng)變?cè)龃?2結(jié)論：若兩種不同密實(shí)狀態(tài)的砂的組成相同，則剪應(yīng)變很大時(shí)兩種砂的密度和殘余強(qiáng)度將趨于一致，對(duì)應(yīng)于該密度的孔隙比，稱為臨界孔隙比，它表示土處于這種密實(shí)狀態(tài)時(shí)，受剪切作用只產(chǎn)生剪應(yīng)變而不產(chǎn)生體應(yīng)變。11/23/2022巖土力學(xué)結(jié)論：11/22/2022巖土力學(xué)33細(xì)粒土：類似粗料土性狀正常固結(jié)及輕度超固結(jié)土類似于松砂和中密砂重度的超固結(jié)土則類似于密砂。2．不排水剪剪切中不讓土樣排水，控制體積固定不變機(jī)理：①土體積有膨脹趨勢→土產(chǎn)生負(fù)值的孔隙水壓力→作用于骨架的有效應(yīng)力增加，使土體不能膨脹。②土體有收縮的趨勢而控制不讓其收縮時(shí)→土產(chǎn)生正的孔隙水壓力→減小作用于骨架上的有效應(yīng)力→土體不發(fā)生收縮。11/23/2022巖土力學(xué)細(xì)粒土：類似粗料土性狀11/22/2022巖土力學(xué)34結(jié)論：密砂產(chǎn)生負(fù)值孔隙水壓力，增加土的抗剪強(qiáng)度；松砂則產(chǎn)生正值孔隙水壓力，降低土的抗剪強(qiáng)度正常固結(jié)土和輕度超固結(jié)土，類似于松砂和中密砂，重度超固結(jié)土類似于密砂。11/23/2022巖土力學(xué)結(jié)論：11/22/2022巖土力學(xué)35二、總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

砂：總應(yīng)力： 有效應(yīng)力：式中：——總應(yīng)力內(nèi)摩擦角——有效應(yīng)力內(nèi)摩擦角同一個(gè)試件，同一種試驗(yàn)方法測得的強(qiáng)度只有一個(gè)，但卻有兩種表達(dá)方式顯然：例：松砂： 密砂：/uf/圖5-32有效應(yīng)力破壞包線和總應(yīng)力破壞包線11/23/2022巖土力學(xué)二、總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

砂：總應(yīng)力：36結(jié)論

有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)的差別實(shí)質(zhì)上是反映試件中孔隙水壓力對(duì)土的抗剪強(qiáng)度的影響?？倯?yīng)力法：用試驗(yàn)方法模擬原位土體的工作條件測 。有效應(yīng)力法：確切反映土的抗剪強(qiáng)度的實(shí)質(zhì)，是今后發(fā)展方向。但孔隙水壓力不易測得。說明：理論上，若試件中的孔壓比 （為滑動(dòng)面上的正應(yīng)力）與原位土體的孔壓比相同，則用總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法得到的抗剪強(qiáng)度就能相互一致。

11/23/2022巖土力學(xué)結(jié)論11/22/2022巖土力學(xué)37三、三軸不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)（UU）和直剪快剪試驗(yàn)

1、主要試驗(yàn)過程

土樣11/23/2022巖土力學(xué)三、三軸不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)（UU）和直剪快剪試驗(yàn)

1、主要38cu/uc/uIII圖5-33飽和土不固結(jié)不排水強(qiáng)度包線2．試驗(yàn)結(jié)論1）飽和試件：① 不變不變不變②③

大小取決于先期固結(jié)壓力 愈高，愈小，愈大。2）飽和土的孔壓系數(shù)B=1。有效應(yīng)力圓只有一個(gè)證明：設(shè)飽和粘土試樣在地層中所受的垂直固結(jié)壓力為，則側(cè)向固結(jié)壓力為 （為側(cè)向壓力系數(shù)）11/23/2022巖土力學(xué)cu/uc/uIII圖5-33飽和土不固結(jié)不排水39應(yīng)力圓I，相當(dāng)于 時(shí)的情況應(yīng)力圓II，相當(dāng)于對(duì)I試件：

其中——初始孔隙水壓力 （1）試樣II：

∴有效應(yīng)力圓只有一個(gè)11/23/2022巖土力學(xué)應(yīng)力圓I，相當(dāng)于 時(shí)的情況11/22/2022巖土力學(xué)403．與其它試驗(yàn)關(guān)系無側(cè)限壓縮，十字板剪切測得的4．應(yīng)用不排水強(qiáng)度用于荷載增加所引起的孔隙水壓力不消散，密度保持不變的情況，如地基的極限承載計(jì)算中，若建筑物的施工速度快，地基土的粘性大，透水性小，排水條件差時(shí)應(yīng)采用不排水強(qiáng)度。（二）快剪試驗(yàn)與三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)方法相對(duì)應(yīng)，在直剪試驗(yàn)中稱為快剪試驗(yàn)粘性較大的土樣，快剪試驗(yàn)與UU試驗(yàn)性質(zhì)基本相同低性粘或無粘性土，快剪試驗(yàn)與UU試驗(yàn)性質(zhì)差別較大11/23/2022巖土力學(xué)3．與其它試驗(yàn)關(guān)系11/22/2022巖土力學(xué)41四、三軸固結(jié)排水試驗(yàn)和直剪慢剪試驗(yàn)

土樣2．試驗(yàn)結(jié)論（1）（2）試驗(yàn)室土樣劃分注：上述定義與天然土層正常固結(jié)、超固結(jié)定義有區(qū)別

11/23/2022巖土力學(xué)四、三軸固結(jié)排水試驗(yàn)和直剪慢剪試驗(yàn)

土樣2．試驗(yàn)結(jié)論11/242正常固結(jié)土：天然土：3．應(yīng)用（1）施工速度較慢，地基土的粘性小，透水性大，排水條件良好時(shí)應(yīng)采用排水強(qiáng)度。

（二）慢剪試驗(yàn)與三軸排水試驗(yàn)方法相對(duì)應(yīng)，在直剪試驗(yàn)中為慢剪試驗(yàn)。do摩擦強(qiáng)度粘聚強(qiáng)度圖5-35

正常固結(jié)土強(qiáng)度包線cdob正常固結(jié)段超固結(jié)段p圖5-36

天然土f包線dceda11/23/2022巖土力學(xué)正常固結(jié)土：do摩擦強(qiáng)度粘聚強(qiáng)度圖5-35正常固結(jié)土43五．三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)和直剪快剪試驗(yàn)土樣（一）三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)． 1、試驗(yàn)過程2．試驗(yàn)結(jié)論將試樣在不同的下作不排水剪試驗(yàn)，即可得破壞圓ccu2ccu1ccucu圖5-38固結(jié)不排水強(qiáng)度包線11/23/2022巖土力學(xué)五．三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)和直剪快剪試驗(yàn)土樣（一）三軸固結(jié)不排水44正常固結(jié)：天然土試件：有效應(yīng)力抗剪指標(biāo)：obcu圖5-39正常固結(jié)土和天然土的固結(jié)不排水強(qiáng)度包線ccuob正常固結(jié)段超固結(jié)段（/）ccuc/-u1+u2超固結(jié)正常固結(jié)圖5-40總應(yīng)力強(qiáng)度包線和有效應(yīng)力強(qiáng)度包線總應(yīng)力圓有效應(yīng)力圓11/23/2022巖土力學(xué)正常固結(jié)：obcu圖5-39正常固結(jié)土和天然土的固結(jié)453．應(yīng)用工程上如果土體在加載過程中既非完全不排水又非完全排水，而常處于兩者之間時(shí)常采用。較前兩種方法更為常用。（二）固結(jié)快剪試驗(yàn)與三軸固結(jié)不排水方法相對(duì)應(yīng)，在直接試驗(yàn)中的固結(jié)快剪試驗(yàn)。注意：塑性指標(biāo)數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響塑性指標(biāo)數(shù)高的土，各種指標(biāo)比較符合三軸試驗(yàn)同類指標(biāo)的變化規(guī)律；塑性指標(biāo)數(shù)較低的粘性土，不同方法所測得的相差無幾。11/23/2022巖土力學(xué)3．應(yīng)用11/22/2022巖土力學(xué)46六．土的殘余強(qiáng)度

1．排水剪密砂：松砂：強(qiáng)度穩(wěn)定值2、不排水剪密砂，中砂，密、松砂 隨升高，不存在 極松砂（圖5-42）工程應(yīng)用：在飽和疏松的粉細(xì)砂中開挖基坑，類似不排水狀態(tài)，u,f,導(dǎo)致在很低的下流動(dòng)，此即為流砂和流動(dòng)滑坡的內(nèi)在機(jī)理。S(剪變形)r3Kf/qP/A/r(a)(b)圖5-42不排水試驗(yàn)的殘余強(qiáng)度1-3

12ru密砂松砂排水試驗(yàn)11/23/2022巖土力學(xué)六．土的殘余強(qiáng)度

1．排水剪S(剪變形)r3Kf/qP/47粘性土的殘余強(qiáng)度機(jī)理與砂土區(qū)別：前者強(qiáng)度的降低主要是由于在剪切中土的結(jié)構(gòu)起變化所致。S(剪位移）正常固結(jié)峰值超固結(jié)峰值有效應(yīng)力/超固結(jié)土正常固結(jié)土殘余強(qiáng)度//r*圖5-43粘性土的剪切試驗(yàn)曲線工程應(yīng)用天然滑坡的滑動(dòng)面或斷層面，土體往往因多次滑動(dòng)而經(jīng)歷相當(dāng)大的變形，分析其穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)該采用殘余強(qiáng)度。11/23/2022巖土力學(xué)粘性土的殘余強(qiáng)度機(jī)理與砂土區(qū)別：S(剪位移）正常固結(jié)峰值超固48七、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用（《巖土力學(xué)》張振營中國水利水電出版社）

土的抗剪強(qiáng)度及其指標(biāo)的確定將會(huì)因所采用的分析方法（總應(yīng)力法或有效應(yīng)力法）的不同而有所不同，必須分別確定和采用相應(yīng)的指標(biāo)。1、當(dāng)采用有效應(yīng)力法進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用有效強(qiáng)度指標(biāo)。只要能比較準(zhǔn)確地確定孔隙壓力，則采用有效強(qiáng)度指標(biāo)是應(yīng)該推薦的；有效強(qiáng)度指標(biāo)可用直剪的慢剪、三軸不排水剪和固結(jié)不排水剪（監(jiān)測孔隙壓力）等方法測定；2、對(duì)于可能發(fā)生快速加荷的正常固結(jié)粘土上地基土的穩(wěn)定分析可采用不排水剪指標(biāo)；11/23/2022巖土力學(xué)七、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用（《巖土力學(xué)》張振營中國水利水電49對(duì)于土層較厚、透水性小、施工速度較快的工程的施工期和竣工期也可采用UU試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo)；當(dāng)土層較薄、透水性大、施工速度較慢工程的竣工期分析也可采用CD試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo)，如果介于以上兩者之間，可采用CU試驗(yàn)指標(biāo)；3、以上所述的一些情況都不是很準(zhǔn)確的，應(yīng)具體問題具體分析；4、直剪試驗(yàn)不能控制排水條件，但設(shè)備簡單，操作方便，比較普及，使用時(shí)應(yīng)注意其適用性。

11/23/2022巖土力學(xué)對(duì)于土層較厚、透水性小、施工速度較快的工程的50第五章土的抗剪強(qiáng)度

§1概述一、抗剪強(qiáng)度的基本概念土的強(qiáng)度是指一部分土體相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)時(shí)的抵抗力，實(shí)質(zhì)上就是土體與土體之間的摩擦力。土的抗剪強(qiáng)度，首先決定于它本身的性質(zhì)，即土的組成，土的狀態(tài)和土的結(jié)構(gòu)，這些性質(zhì)又與它形成的環(huán)境和應(yīng)力歷史等因素有關(guān)；其次還決定于它當(dāng)前所受的應(yīng)力狀態(tài)。11/23/2022巖土力學(xué)第五章土的抗剪強(qiáng)度

§1概述一、抗剪強(qiáng)度的基本概念1151滑動(dòng)面滑前邊坡原地面滑動(dòng)面圖5-1土坡滑動(dòng)圖5-2地基失穩(wěn)11/23/2022巖土力學(xué)滑動(dòng)面滑前邊坡原地面滑動(dòng)面圖5-1土坡滑動(dòng)圖5-2地52二、工程中常見的強(qiáng)度問題（1）土作為土工結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性問題如人工筑成的路堤，土壩的邊坡以及天然土坡等的穩(wěn)定性問題。（2）土作為工程結(jié)構(gòu)的環(huán)境的問題即土壓力問題。這和邊坡穩(wěn)定問題有直接聯(lián)系，若邊坡較陡不能保持穩(wěn)定，又由于場地或其他條件限制而不允許采用平緩邊坡時(shí)，就可以修筑擋土墻來保持力的平衡。這類工程問題如擋土墻、橋臺(tái)、地下隧道等。（3）土作為建筑物的地基問題，即地基承載力的問題。三、土的抗剪強(qiáng)度測試方法室內(nèi)試驗(yàn)：應(yīng)力狀態(tài)被改變，取土過程受到干擾原位測試：精度不高11/23/2022巖土力學(xué)二、工程中常見的強(qiáng)度問題11/22/2022巖土力學(xué)53

§2土的抗剪強(qiáng)度和破壞理論

屈服或塑流：軟土材料破壞形式斷裂：巖石，硬粘土一、土的屈服與破壞1．理想彈、塑性材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系①應(yīng)力-應(yīng)變成直線關(guān)系

②變形是完全彈性的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是唯一的，與應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史無關(guān)③ 稱屈服應(yīng)力或破壞應(yīng)力abba123應(yīng)變硬化應(yīng)變軟化彈性階段1圖5-311/23/2022巖土力學(xué)

§2土的抗剪強(qiáng)度和破壞理論

屈服或塑流：軟土斷裂：542．土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（1）正常固結(jié)（松砂），圖5-3曲線（3）加工硬化,屈服點(diǎn)至b點(diǎn),無峰值（2）超固結(jié)（密松），圖5-3曲線（2）加工軟化，出現(xiàn)峰值3．實(shí)際計(jì)算時(shí)土的彈塑性問題（1）按線彈性體（2）按理想塑性材料二、莫爾——庫倫破壞理論（一）土的破壞理論1．廣義特萊斯卡理論1-313

=300kpa3

=200kpa3

=100kpa圖5-4土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系11/23/2022巖土力學(xué)2．土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系1-313=300kpa552．廣義密色斯理論式中E——材料的彈性模量 ——材料的泊松比 ——畸變能的極限值， 3．莫爾——庫倫理論

圖5-5固定剪切面的剪切試驗(yàn)11/23/2022巖土力學(xué)2．廣義密色斯理論11/22/2022巖土力學(xué)56（1）庫倫公式基本形式（總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式）式中——剪切破壞面上的剪應(yīng)力，即土的抗剪強(qiáng)度——破壞面上的法向應(yīng)力——土的粘聚力，對(duì)于無粘性土，——土的內(nèi)摩擦角* 稱為抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，同一種土，它們與試驗(yàn)方法有關(guān)（2）有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式式中——剪切破壞面上的有效法向應(yīng)力u——土中的超靜孔隙水壓力——土的有效粘聚力——土的有效內(nèi)摩擦角，土的有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)于同一種土，其值理論上與試驗(yàn)方法無關(guān)，應(yīng)接近于常數(shù)。11/23/2022巖土力學(xué)（1）庫倫公式基本形式（總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式）11/22/20574．莫爾抗剪強(qiáng)度公式當(dāng)應(yīng)力變化范圍不很大時(shí)可用庫倫直線代替莫爾破壞包線（二）莫爾——庫倫破壞準(zhǔn)則——極限平衡條件1．土體中剪切破壞面位置的確定（1）在地面荷載p作用下，土中某點(diǎn)M的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力圓在強(qiáng)度包線下面，該點(diǎn)應(yīng)力條件處于彈性狀態(tài)應(yīng)力圓正好與強(qiáng)度相切，該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)

.A.C.B·Mp11/23/2022巖土力學(xué)4．莫爾抗剪強(qiáng)度公式.A.C.B·Mp11/22/20258O450+/2450+/21f（2）破裂面位置與最大主平面成2．極限平衡條件推導(dǎo)由 (5-7)整理后： 31f

c圖5-7土的破裂面確定11/23/2022巖土力學(xué)O450+/2450+/21f（2）破裂面位置與最大主59又因故得 （5-7）′又因得：故公式（5-7）′可寫為：

11/23/2022巖土力學(xué)又因11/22/2022巖土力學(xué)60若 ，即對(duì)潔凈的砂土，則有當(dāng) 時(shí)，歸納莫爾——庫倫破壞理論，可表達(dá)為如下三個(gè)要點(diǎn)：1．破壞面上，材料的抗剪強(qiáng)度是法向應(yīng)力的函數(shù)?？杀磉_(dá)為：2．當(dāng)法向應(yīng)力不很大時(shí)，抗剪強(qiáng)度可簡化為法向應(yīng)力的線性函數(shù)，即表示為庫倫公式11/23/2022巖土力學(xué)若 ，即對(duì)潔凈的砂土，則有歸納莫爾——庫倫破壞理論，可表達(dá)為613．土單元體中，任何一個(gè)面上的剪應(yīng)力大于該面上土的抗剪強(qiáng)度，土單元體即發(fā)生破壞，用破壞準(zhǔn)則表示即為式（5-7）至式（5-10）的極限平衡條件（三）極限平衡條件的應(yīng)用達(dá)到極限平衡所要求的內(nèi)磨擦角 單元體已破壞 單元體處于彈性平衡狀態(tài) 單元體處于塑性平衡狀態(tài)達(dá)極限平衡所要求的大主應(yīng)力 土體已破壞，反之，處于彈性平衡狀態(tài)11/23/2022巖土力學(xué)3．土單元體中，任何一個(gè)面上的剪應(yīng)力大于該面上土的抗剪強(qiáng)度，62§3土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法

一、三軸剪切試驗(yàn)（一）常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)方法（1）排水剪：圖及試驗(yàn)結(jié)果見第四章第二節(jié)（2）不排水剪：詳細(xì)討論見第五節(jié)

圖5-11不排水剪切的應(yīng)力-應(yīng)變-孔壓關(guān)系曲線密實(shí)中密軸向應(yīng)變1(%)u密實(shí)中密松0松軸向應(yīng)變1(%)-1000-5005010011/23/2022巖土力學(xué)§3土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法

一、三軸剪切試驗(yàn)密實(shí)中密軸向應(yīng)63（二）破壞包線和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)1．從應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線尋找破壞時(shí)的偏差應(yīng)力的方法有三種（1）取曲線的最大偏差應(yīng)力值當(dāng)需要用土的殘余強(qiáng)度時(shí)取試驗(yàn)曲線的終值作（2）以最大有效主應(yīng)力比 處的偏差應(yīng)力值作為（3）取規(guī)定的軸向應(yīng)變值 所相應(yīng)的偏差應(yīng)力作為 值2．包絡(luò)線的作法由 可作出包絡(luò)線l11/23/2022巖土力學(xué)（二）破壞包線和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)l11/22/2022巖土力學(xué)64（三）三軸試驗(yàn)中的應(yīng)力路徑和破壞主應(yīng)力線1．三軸排水所以應(yīng)力路徑：直線p=q*破壞主應(yīng)力線，——破壞點(diǎn)的連線圖5-13

排水剪切應(yīng)力路徑apKfq45011/23/2022巖土力學(xué)（三）三軸試驗(yàn)中的應(yīng)力路徑和破壞主應(yīng)力線所以圖5-13652．三軸不排水試驗(yàn)a.總應(yīng)力（不考慮）增加 ，有b.有效應(yīng)力路徑增加其中 ，所以u(píng)不是常量。450apKfq=(1-3)/2P=(1+3)/2P/=(1/+3/)/2圖5-14不排水剪切應(yīng)力路徑Kf/11/23/2022巖土力學(xué)2．三軸不排水試驗(yàn)450apKfq=(1-3)/2P66

c31OO/pqaf線Kf線R3）破壞包線與破壞主應(yīng)力線關(guān)系故又故圖5-15破壞包線與破壞主應(yīng)力線11/23/2022巖土力學(xué)c31OO/pqaf線Kf線R3）破壞包線與67（四）三軸試驗(yàn)的發(fā)展令11/23/2022巖土力學(xué)（四）三軸試驗(yàn)的發(fā)展11/22/2022巖土力學(xué)68二、直剪試驗(yàn)

（一）試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法設(shè)備：應(yīng)變控制式直接剪切儀取破壞時(shí)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力值作出 曲線 取值：取剪應(yīng)力—剪變形曲線峰值為 取值：—曲線之終值11/23/2022巖土力學(xué)二、直剪試驗(yàn)

（一）試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法11/22/2022巖69（二）優(yōu)缺點(diǎn)及新發(fā)展優(yōu)點(diǎn)：（1）固結(jié)快，試驗(yàn)歷時(shí)短 （2）無側(cè)向膨脹曲豎向變形直接算出缺點(diǎn)：（1）剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，中間小邊緣大 （2）不能控制排水條件，無法測出孔隙水壓力 （3）剪切面上土的性值不能代表其他部位土深基坑不能做直剪試驗(yàn)，應(yīng)作三軸試驗(yàn)發(fā)展方向：單剪儀11/23/2022巖土力學(xué)（二）優(yōu)缺點(diǎn)及新發(fā)展11/22/2022巖土力學(xué)70（三）無側(cè)限壓縮試驗(yàn)

根據(jù)土的極限平衡條件IfThen應(yīng)用：1°代替三軸試驗(yàn)（當(dāng) ）2°可用來求土的靈敏度缺點(diǎn)：1°太軟土（流塑）不可2°試驗(yàn)快,水來不及排除11/23/2022巖土力學(xué)（三）無側(cè)限壓縮試驗(yàn)

根據(jù)土的極限平衡條件IfThen應(yīng)71四、十字板剪切試驗(yàn)——原位試驗(yàn)

（一）土的原位測試技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1．可在現(xiàn)場進(jìn)行，避免取樣2．涉及的土體積比室內(nèi)試驗(yàn)樣品大很多3．可連續(xù)進(jìn)行，可得到完整的土層剖面及物理力學(xué)指標(biāo)4．具有快速經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)土的原位測試技術(shù)的缺點(diǎn)1．難于控制測試中的邊界條件，如排水條件和應(yīng)力條件2．測試數(shù)據(jù)和土的工程性質(zhì)的關(guān)系建立在統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系上3．測試設(shè)備進(jìn)入土層對(duì)土層也有一定擾動(dòng)4．試驗(yàn)應(yīng)力路徑無法很好控制，試驗(yàn)時(shí)的主應(yīng)力方向與實(shí)際工程往往不一致5．應(yīng)變場不均勻，應(yīng)變速率大于實(shí)際工程的正常固結(jié)11/23/2022巖土力學(xué)四、十字板剪切試驗(yàn)——原位試驗(yàn)

（一）土的原位測試技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)72（二）十字板剪切試驗(yàn)適用范圍測定正常固結(jié)飽和軟粘土 的不排水抗剪強(qiáng)度和靈敏度（三）測試原理：其中：假 （各向同性）——柱體的上、下面的抗剪強(qiáng)度對(duì) 圓心所產(chǎn)生的抗扭力矩——圓柱面上的剪應(yīng)力對(duì)圓心所產(chǎn) 生的抗扭力矩1．影響測試精度的主要因素（1）旋轉(zhuǎn)速率（2）土的各向異性 （3）十字板頭規(guī)格圖5-2311/23/2022巖土力學(xué)（二）十字板剪切試驗(yàn)適用范圍1．影響測試精度的主要因素圖5-73（4）排水條件（5）軸桿與孔壁摩擦2．成果分析應(yīng)用（1）計(jì)算軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度峰值，殘余峰和靈敏度（2）繪制隨深度變化曲線（3）土的長期強(qiáng)度僅為峰值強(qiáng)度的60~70%，應(yīng)修正（4）十字板不排水抗剪強(qiáng)度的應(yīng)用a.計(jì)算地基承載力b.預(yù)估單樁承載力c.求軟粘土靈敏度d.軟土地區(qū)堤壩的臨界高度e.地基抗滑穩(wěn)定分析f.估計(jì)土的液性指數(shù)g.檢驗(yàn)地基加固效果h.根據(jù) 變化曲線關(guān)系，判定軟土固結(jié)歷史11/23/2022巖土力學(xué)（4）排水條件11/22/2022巖土力學(xué)74§4土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理和影響因素

一、摩擦強(qiáng)度一般由兩部分組成：一是顆粒之間滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦，一是顆粒之間脫離咬合狀態(tài)而移動(dòng)所產(chǎn)生的咬合摩擦?；瑒?dòng)摩擦與顆粒形狀、礦物組成、級(jí)配有關(guān)咬合摩擦與土的密度、磨圓度有關(guān)影響（粗粒土）的因素：（1）密度（2）粒經(jīng)級(jí)配（3）顆粒形狀（4）礦物成分11/23/2022巖土力學(xué)§4土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理和影響因素

一、摩擦強(qiáng)度11/22/75二、粘聚強(qiáng)度

細(xì)粒土的粘聚力取決于土粒間的各種物理化學(xué)作用力，包括庫倫力（靜電力）、范得華力、膠結(jié)作用力等。對(duì)粘聚力的微觀研究是一個(gè)很復(fù)雜的問題，目前還存在著各種不同的見解。三、摩擦強(qiáng)度和粘聚強(qiáng)度的內(nèi)在聯(lián)系

接觸點(diǎn)面積：

Ai=Ni/y式中y——材料的屈服強(qiáng)度 又f=sAi

所以其中f可看成摩擦系數(shù)，f=tg

隙空空隙PPNiAi(a)(b)圖5-30土顆粒的微觀接觸荷載教小時(shí)荷載增加，接觸點(diǎn)屈服11/23/2022巖土力學(xué)二、粘聚強(qiáng)度隙空空隙PPNiAi(a)(b)圖5-30土顆76結(jié)論土的抗剪強(qiáng)度雖然形式上區(qū)分為摩擦強(qiáng)度和粘聚強(qiáng)度，而其物理實(shí)質(zhì)則難以截然區(qū)分；c=0,并非無摩擦強(qiáng)度，而是隱含在c中；=0，并非無粘聚強(qiáng)度，而是隱含于中。學(xué)習(xí)中，既要看到摩擦強(qiáng)度和粘聚強(qiáng)度間有區(qū)別的一面又要看到它們之間有相同的一面。

11/23/2022巖土力學(xué)結(jié)論11/22/2022巖土力學(xué)77四、密度對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響—密度—有效應(yīng)力—抗剪強(qiáng)度的唯一性關(guān)系影響抗剪強(qiáng)度最主要的因素：①土的組成②土的密度③土的結(jié)構(gòu)及所受應(yīng)力狀態(tài)證明土的密度——有效應(yīng)力——抗剪強(qiáng)度唯一性關(guān)系（a）排水試驗(yàn)：密度增大,

(b)固結(jié)不排水試驗(yàn) 不變11/23/2022巖土力學(xué)四、密度對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響—密度—有效應(yīng)力—抗剪強(qiáng)度的唯一性關(guān)78剪切至破壞試樣11（排水）試驗(yàn)1（排水試驗(yàn)）固結(jié)2孔隙水壓力u試樣2剪切至破壞（不排水）固結(jié)試驗(yàn)2（固界不排水試驗(yàn)）45012圖5-31唯一性試驗(yàn)驗(yàn)證11/23/2022巖土力學(xué)剪切至破壞試樣11（排水）試驗(yàn)1（排水試驗(yàn)）固結(jié)2孔隙水壓力79實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）正常固結(jié)土， 唯一性關(guān)系不受加載路徑影響（2）對(duì)于超固結(jié)土，只要應(yīng)力歷史相同， 唯一性的原則仍可適用。因此，應(yīng)力歷史相同的土，密度愈高，抗剪強(qiáng)度愈大，有效應(yīng)力愈高，抗剪強(qiáng)度也愈大。 11/23/2022巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：11/22/2022巖土力學(xué)80§5土在剪切中的性狀和各類抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

土的特點(diǎn)：同一種土，用同一臺(tái)儀器做試驗(yàn)，如果采用的試驗(yàn)方法，特別是排水條件不一樣，測得的結(jié)果往往差別很大，有時(shí)甚至相當(dāng)懸殊。一、土在排水和不排水條件下的剪切狀態(tài)土與彈性材相比，有一個(gè)重要的特征：即受剪切時(shí)不僅產(chǎn)生形狀的變化，還要產(chǎn)生體積的變化——“剪脹性”，它包括體積剪脹和剪縮。對(duì)于 土體積的變化完全由于孔隙流體（水和氣）體積的變化非飽和土：變化——首先表現(xiàn)為氣體的體積變化 ——與土的透氣性有關(guān)飽和土：變化——吸入或擠出水分——與滲透系數(shù)K有關(guān)，K大，體積變化時(shí)間短11/23/2022巖土力學(xué)§5土在剪切中的性狀和各類抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

土的特點(diǎn)：11/81

1、排水剪密砂：→很小，收縮→膨脹→密度降低→承受剪應(yīng)力能力降低→峰值→殘余值松砂：→剪縮→密度增大→穩(wěn)定的應(yīng)力豎向應(yīng)變密砂l(fā)松砂松砂豎向應(yīng)變體積應(yīng)變?cè)龃竺苌皏圖3-3三軸試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線11/23/2022巖土力學(xué)1、排水剪豎向應(yīng)變密砂l(fā)松砂松砂豎向應(yīng)變體積應(yīng)變?cè)龃?2結(jié)論：若兩種不同密實(shí)狀態(tài)的砂的組成相同，則剪應(yīng)變很大時(shí)兩種砂的密度和殘余強(qiáng)度將趨于一致，對(duì)應(yīng)于該密度的孔隙比，稱為臨界孔隙比，它表示土處于這種密實(shí)狀態(tài)時(shí)，受剪切作用只產(chǎn)生剪應(yīng)變而不產(chǎn)生體應(yīng)變。11/23/2022巖土力學(xué)結(jié)論：11/22/2022巖土力學(xué)83細(xì)粒土：類似粗料土性狀正常固結(jié)及輕度超固結(jié)土類似于松砂和中密砂重度的超固結(jié)土則類似于密砂。2．不排水剪剪切中不讓土樣排水，控制體積固定不變機(jī)理：①土體積有膨脹趨勢→土產(chǎn)生負(fù)值的孔隙水壓力→作用于骨架的有效應(yīng)力增加，使土體不能膨脹。②土體有收縮的趨勢而控制不讓其收縮時(shí)→土產(chǎn)生正的孔隙水壓力→減小作用于骨架上的有效應(yīng)力→土體不發(fā)生收縮。11/23/2022巖土力學(xué)細(xì)粒土：類似粗料土性狀11/22/2022巖土力學(xué)84結(jié)論：密砂產(chǎn)生負(fù)值孔隙水壓力，增加土的抗剪強(qiáng)度；松砂則產(chǎn)生正值孔隙水壓力，降低土的抗剪強(qiáng)度正常固結(jié)土和輕度超固結(jié)土，類似于松砂和中密砂，重度超固結(jié)土類似于密砂。11/23/2022巖土力學(xué)結(jié)論：11/22/2022巖土力學(xué)85二、總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

砂：總應(yīng)力： 有效應(yīng)力：式中：——總應(yīng)力內(nèi)摩擦角——有效應(yīng)力內(nèi)摩擦角同一個(gè)試件，同一種試驗(yàn)方法測得的強(qiáng)度只有一個(gè)，但卻有兩種表達(dá)方式顯然：例：松砂： 密砂：/uf/圖5-32有效應(yīng)力破壞包線和總應(yīng)力破壞包線11/23/2022巖土力學(xué)二、總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

砂：總應(yīng)力：86結(jié)論

有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)的差別實(shí)質(zhì)上是反映試件中孔隙水壓力對(duì)土的抗剪強(qiáng)度的影響?？倯?yīng)力法：用試驗(yàn)方法模擬原位土體的工作條件測 。有效應(yīng)力法：確切反映土的抗剪強(qiáng)度的實(shí)質(zhì)，是今后發(fā)展方向。但孔隙水壓力不易測得。說明：理論上，若試件中的孔壓比 （為滑動(dòng)面上的正應(yīng)力）與原位土體的孔壓比相同，則用總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法得到的抗剪強(qiáng)度就能相互一致。

11/23/2022巖土力學(xué)結(jié)論11/22/2022巖土力學(xué)87三、三軸不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)（UU）和直剪快剪試驗(yàn)

1、主要試驗(yàn)過程

土樣11/23/2022巖土力學(xué)三、三軸不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)（UU）和直剪快剪試驗(yàn)

1、主要88cu/uc/uIII圖5-33飽和土不固結(jié)不排水強(qiáng)度包線2．試驗(yàn)結(jié)論1）飽和試件：① 不變不變不變②③

大小取決于先期固結(jié)壓力 愈高，愈小，愈大。2）飽和土的孔壓系數(shù)B=1。有效應(yīng)力圓只有一個(gè)證明：設(shè)飽和粘土試樣在地層中所受的垂直固結(jié)壓力為，則側(cè)向固結(jié)壓力為 （為側(cè)向壓力系數(shù)）11/23/2022巖土力學(xué)cu/uc/uIII圖5-33飽和土不固結(jié)不排水89應(yīng)力圓I，相當(dāng)于 時(shí)的情況應(yīng)力圓II，相當(dāng)于對(duì)I試件：

其中——初始孔隙水壓力 （1）試樣II：

∴有效應(yīng)力圓只有一個(gè)11/23/2022巖土力學(xué)應(yīng)力圓I，相當(dāng)于 時(shí)的情況11/22/2022巖土力學(xué)903．與其它試驗(yàn)關(guān)系無側(cè)限壓縮，十字板剪切測得的4．應(yīng)用不排水強(qiáng)度用于荷載增加所引起的孔隙水壓力不消散，密度保持不變的情況，如地基的極限承載計(jì)算中，若建筑物的施工速度快，地基土的粘性大，透水性小，排水條件差時(shí)應(yīng)采用不排水強(qiáng)度。（二）快剪試驗(yàn)與三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)方法相對(duì)應(yīng)，在直剪試驗(yàn)中稱為快剪試驗(yàn)粘性較大的土樣，快剪試驗(yàn)與UU試驗(yàn)性質(zhì)基本相同低性粘或無粘性土，快剪試驗(yàn)與UU試驗(yàn)性質(zhì)差別較大11/23/2022巖土力學(xué)3．與其它試驗(yàn)關(guān)系1