第7章土的抗剪强度.ppt

第七章 土的抗剪强度土木与建筑工程学院土木与建筑工程学院1§7 土的抗剪强度地基地基破坏破坏 变形破坏变形破坏强度破坏强度破坏 沉降、位移、不均匀沉降、位移、不均匀沉降等超过规定限值沉降等超过规定限值地基整体或局部滑移、地基整体或局部滑移、隆起，隆起， 土工构土工构 筑物失筑物失稳、滑坡稳、滑坡2§7 土的抗剪强度土体强度破坏的机理：土体强度破坏的机理： 在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏土是以固体颗粒为主的散体，颗粒是岩块或岩屑，本身强土是以固体颗粒为主的散体，颗粒是岩块或岩屑，本身强度很高，但粒间联结较弱因此，土的强度问题表现为土度很高，但粒间联结较弱因此，土的强度问题表现为土粒间的错动、剪切、以致于破坏所以，粒间的错动、剪切、以致于破坏所以，研究土的强度主研究土的强度主要是研究土的抗剪强度。

要是研究土的抗剪强度3§7 土的抗剪强度建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗剪应力的潜在能力土具有抵抗剪应力的潜在能力——剪阻力，它随着剪应剪阻力，它随着剪应力的增加而逐渐发挥，剪阻力被完全发挥时，土就处于力的增加而逐渐发挥，剪阻力被完全发挥时，土就处于剪切破坏的极限状态，此时剪应力也就到达极限，这个剪切破坏的极限状态，此时剪应力也就到达极限，这个极限值就是土的抗剪强度极限值就是土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度指土体抵抗剪切破坏的土的抗剪强度指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的主要力学性质之一极限能力，是土的主要力学性质之一土体的破坏通常部是剪切破坏土体的破坏通常部是剪切破坏4§7 土的抗剪强度工程实践中与土的抗剪强工程实践中与土的抗剪强度有关的工程主要有以下度有关的工程主要有以下3 3类：类：（（1 1）土工构筑物的稳定）土工构筑物的稳定（（2 2）土压力问题）土压力问题（（3 3）地基的承载力问题）地基的承载力问题如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部分就开始出现剪切破坏。

随着荷载的增加．剪切破坏的范分就开始出现剪切破坏随着荷载的增加．剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成连续的滑动面，地基发生围逐渐扩大，最终在土体中形成连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性整体剪切破坏而丧失稳定性5§7 土的抗剪强度1. 土工构筑物的稳定土工构筑物的稳定性问题性问题 土坝、路堤等填方土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡边坡以及天然土坡等，在超载、渗流等，在超载、渗流乃至暴雨作用下引乃至暴雨作用下引起土体强度破坏后起土体强度破坏后将产生整体失稳边将产生整体失稳边坡滑坡等事故坡滑坡等事故6§7 土的抗剪强度2. 土压力问题土压力问题 挡土墙、基坑等工挡土墙、基坑等工程中，墙后土体强度程中，墙后土体强度破坏将造成过大的侧破坏将造成过大的侧向土压力，导致墙体向土压力，导致墙体滑动、倾覆或支护结滑动、倾覆或支护结构破坏事故构破坏事故 7§7 土的抗剪强度3. 地基承载力问题地基承载力问题 基础下的地基土体产生基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基破坏而导致过大的地基变形变形 甚至倾覆甚至倾覆8§7 土的抗剪强度p土压力土压力p边坡稳定边坡稳定p地基承载力地基承载力p挡土结构物破坏挡土结构物破坏p各种类型的滑坡各种类型的滑坡p地基的破坏地基的破坏核心核心9§7 土的抗剪强度10§7 土的抗剪强度库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标17761776年，库仑根据年，库仑根据砂土砂土剪切试验剪切试验后来，根据后来，根据粘性土粘性土剪切试验剪切试验库仑定律：库仑定律：土的抗剪强度土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力是剪切面上的法向总应力  的线性函数的线性函数 c: :土的粘聚力土的粘聚力 : :土的内摩擦角土的内摩擦角 f =c+  tan  粘土粘土c   f f =  tan  砂土砂土   f土的抗剪强度理论抗抗剪剪强强度度指指标标11§7 土的抗剪强度p直剪试验直剪试验n库仑（库仑（17761776）） n试验原理试验原理施加施加 σ（（=P/A））量测量测  （（=T/A））上盒上盒下盒下盒PSTA  fOc 库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标土的抗剪强度理论12§7 土的抗剪强度内摩擦力的来源内摩擦力的来源: : 1.1.土粒间表面粗糙所产生的摩擦力。

土粒间表面粗糙所产生的摩擦力 2.2.土粒间互相镶嵌、联锁所产生的咬合力土粒间互相镶嵌、联锁所产生的咬合力 粘聚力的来源粘聚力的来源: :1.1.由土粒之间的电分子引力由土粒之间的电分子引力2.2.土中胶体物质的胶结力土中胶体物质的胶结力3.3.薄膜水的粘滞阻力薄膜水的粘滞阻力库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标土的抗剪强度理论13§7 土的抗剪强度¢根据太沙基的有效应力原理，土体内的剪应力只能根据太沙基的有效应力原理，土体内的剪应力只能由土的骨架承担，因此，土的抗剪强度应表示为与由土的骨架承担，因此，土的抗剪强度应表示为与剪切面上的法向有效应力成正比即：剪切面上的法向有效应力成正比即：（（7-37-3））库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标土的抗剪强度理论14§7 土的抗剪强度¢土的强度就是指土的抗剪强度土的强度就是指土的抗剪强度, ,既土的破坏为剪切破坏既土的破坏为剪切破坏¢材料强度理论有多种不同理论，适用不同的材料材料强度理论有多种不同理论，适用不同的材料莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件强强度度理理论论1.1.认为材料破认为材料破坏是剪坏坏是剪坏2.2.认为材料破认为材料破坏是拉坏坏是拉坏莫尔理论莫尔理论——适用土，具一定安全度适用土，具一定安全度密色斯理论密色斯理论特雷斯卡理论特雷斯卡理论适用于金属材料适用于金属材料——格里菲斯理论格里菲斯理论土的抗剪强度理论15§7 土的抗剪强度¢大量实践及试验证明，土的破坏主要是剪坏，所以适用莫大量实践及试验证明，土的破坏主要是剪坏，所以适用莫尔强度理论。

尔强度理论¢莫尔强度理论认为：莫尔强度理论认为：土中一点的剪应力土中一点的剪应力τ达到该点的抗剪达到该点的抗剪强度强度τf时，该点便处于极限平衡状态时，该点便处于极限平衡状态即土的破坏条件为即土的破坏条件为 τ = τf莫尔强度理论莫尔强度理论莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论16§7 土的抗剪强度莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论土体内部的滑动可沿任何一个面发生，只要该面上的剪应力等于它土体内部的滑动可沿任何一个面发生，只要该面上的剪应力等于它的抗剪强度所以，必须研究土体内任一微小单元的应力状态的抗剪强度所以，必须研究土体内任一微小单元的应力状态ττ方向的静力平衡条件可得：方向的静力平衡条件可得：消去上两式中的消去上两式中的  ，，则可得到：则可得到：  方向的静力平衡条件可得：方向的静力平衡条件可得：在平面问题或轴对称问题中取某一土体单元，若其大主应力在平面问题或轴对称问题中取某一土体单元，若其大主应力  1 1和小主应力和小主应力 3 3的大小和方向已知，则与大主应力而成的大小和方向已知，则与大主应力而成 角的任一平角的任一平面上的法向应力面上的法向应力  和剪应力和剪应力ττ可由力的平衡条件求得。

可由力的平衡条件求得17§7 土的抗剪强度莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论Ø可可见见在在 ~τ~τ坐坐标标平平面面上上，，土土单单元元的的应应力力状状态态的的轨轨迹迹将将是是一一个个圆圆，，该该圆就称为莫尔应力圆圆就称为莫尔应力圆Ø莫莫尔尔圆圆就就表表示示土土体体中中一一点点的的应应力力状状态态，，莫莫尔尔圆圆圆圆周周上上各各点点的的坐坐标标就就表表示示该该点点在在相相应应平平面面上上的正应力和剪应力的正应力和剪应力18§7 土的抗剪强度莫尔—库仑强度理论（（7-5））因为莫尔强度理论与库仑定律的坐标完全一致，将他因为莫尔强度理论与库仑定律的坐标完全一致，将他们放在一起用来研究土中一点的抗剪强度问题既是们放在一起用来研究土中一点的抗剪强度问题既是莫莫尔尔——库仑强度理论库仑强度理论莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论19§7 土的抗剪强度莫尔园与库仑强度线的三种情况   f•强度包线以内：强度包线以内：下任何一个面下任何一个面上的一对应力上的一对应力 与与  都没有达到都没有达到破坏包线，不破坏；破坏包线，不破坏；•与破坏包线相切：与破坏包线相切：有一个面上有一个面上的应力达到破坏；的应力达到破坏；•与破坏包线相交：与破坏包线相交：有一些平面有一些平面上的应力超过强度；不可能发上的应力超过强度；不可能发生。

生莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论20§7 土的抗剪强度判断土中一点某方向面破坏与否的方法判断土中一点某方向面破坏与否的方法已知条件：已知条件：土的土的c、、φ（（τf=σtgφ+c））土中一点的应力状态（土中一点的应力状态（σ1、、σ3或或σz、、σx、、τxz已知）已知）解：解：①①求出该斜截面上的正应力求出该斜截面上的正应力σ和剪应力和剪应力τ②②将将σ代入库仑公式代入库仑公式τf=σtgφ+c求出破坏时的抗剪强度求出破坏时的抗剪强度τf③③判断：判断：τ＜＜τf 没破坏（稳定）没破坏（稳定）τ＞＞τf 破坏破坏τ=τf 极限平衡状态极限平衡状态莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论21§7 土的抗剪强度【【例例】】已知土中某一平面上作用的法向应力为已知土中某一平面上作用的法向应力为260Kpa, 260Kpa, 剪剪应力为应力为92Kpa, 92Kpa, 该平面是否会剪切破坏？为什么？该平面是否会剪切破坏？为什么？解：该平面上的抗剪强度解：该平面上的抗剪强度ττf f为为∵τ∵τf f=104.5Kpa>τ=104.5Kpa>τ实实=92Kpa=92Kpa，，∴∴未破坏未破坏莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论22§7 土的抗剪强度判断土中一点某方向面破坏与否注意：注意：①①某截面没有破坏并不能说该点没破坏。

某截面没有破坏并不能说该点没破坏②②但若已判定某截面破坏了，则该点破坏了但若已判定某截面破坏了，则该点破坏了怎样直接判定土中一点怎样直接判定土中一点破坏与否？破坏与否？根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系，根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系，可建立可建立土中一点的极限平衡方程式土中一点的极限平衡方程式莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论23§7 土的抗剪强度土中一点的极限平衡方程式土中一点的极限平衡方程式 1f 3  O c粘性土莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论24§7 土的抗剪强度土中一点的极限平衡方程式土中一点的极限平衡方程式 1f 3  O c（（7-9））（（7-10））莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论25§7 土的抗剪强度  3 1f45°＋＋ /2破裂面破裂面 O c 1f 32 2  与大主应力面夹角：与大主应力面夹角： αα=45=45  + +  /2/2土中一点的极限平衡方程式土中一点的极限平衡方程式莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论26§7 土的抗剪强度ααf f — — 破裂角破裂角（剪破角），它（剪破角），它是剪破面与大主平面的夹角。

是剪破面与大主平面的夹角土中一点的极限平衡方程式土中一点的极限平衡方程式2αf=90°+φαf=45°+ φ/2莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论27§7 土的抗剪强度【【例例】】已知某点已知某点σ1=420Kpa, σ3=180Kpa, c=18Kpa, φ=20°问问:1、该点破坏否？、该点破坏否？ 2、是否沿剪应力最大面破坏？、是否沿剪应力最大面破坏？解解1、、A B解解2、、莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论28§7 土的抗剪强度最大剪应力作用平最大剪应力作用平最大剪应力作用平最大剪应力作用平面上的面上的面上的面上的σ σ圆心坐标圆心坐标45°面上的面上的τmax=120Kpa<τf=127KPa ；；∴∴不会沿该面破坏不会沿该面破坏莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论29§7 土的抗剪强度1.用莫尔理论研究土的强度忽略了中主应力用莫尔理论研究土的强度忽略了中主应力σ2的影响平面的影响平面问题）问题）2.土的破坏是土中某斜截面上的土的破坏是土中某斜截面上的τ＞＞τf所致。

所致3. 抗剪强度抗剪强度τf不是常数，它与剪切面上的法向应力成正比不是常数，它与剪切面上的法向应力成正比4.破坏面不一定是最大剪应力作用平面（破坏面不一定是最大剪应力作用平面（45°面）而是在面）而是在σ、、τ的最不利组合的的最不利组合的45°+φ/2面上5.同一种土可以在不同的应力状态下被剪破，这样一组土样的同一种土可以在不同的应力状态下被剪破，这样一组土样的极限应力圆的公切线是强度包线，它一般为曲线，但可以极限应力圆的公切线是强度包线，它一般为曲线，但可以近似地用库仑公式所表达的直线代替，即近似地用库仑公式所表达的直线代替，即τf=σtgφ+c土的强度理论概括如下：土的强度理论概括如下：莫尔库仑强度理论及极限平衡条件莫尔库仑强度理论及极限平衡条件土的抗剪强度理论30§7 土的抗剪强度31§7 土的抗剪强度土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验测定土抗剪强度指标的试验称为测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验剪切试验十字板剪切试验十字板剪切试验 ( (适用适用: :饱和软粘土饱和软粘土) )大型直接剪切试验大型直接剪切试验直接剪切试验直接剪切试验三轴压缩试验三轴压缩试验 ( (无侧向抗压强度试验无侧向抗压强度试验) )抗抗剪剪强强度度试试验验室内室内室外室外32§7 土的抗剪强度直接剪切试验直接剪切试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验1.1.试验仪器：试验仪器：直剪仪直剪仪33§7 土的抗剪强度PSTAσ = 100KPa 位移位移位移位移σ = 200KPaσ = 300KPa  Oc 2.2.试验步骤：试验步骤：直接剪切试验直接剪切试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验（（1）对试样施加某一法向应力）对试样施加某一法向应力 （（2）再施加水平剪切应力）再施加水平剪切应力 ，将下盒推动；，将下盒推动；（（3）测定剪切位移和剪切应力）测定剪切位移和剪切应力（（4）绘制）绘制曲线曲线（（5）进行不同）进行不同 下多个土样的试验下多个土样的试验（（6）确定破坏剪应力）确定破坏剪应力 f ，绘制，绘制 f曲线。

曲线34§7 土的抗剪强度2.2.试验步骤：试验步骤：①① 取峰值或稳定值取峰值或稳定值②② 取剪切位移取剪切位移4mm对应的对应的τ作为作为τf有关破坏标准有关破坏标准直接剪切试验直接剪切试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验35§7 土的抗剪强度直接剪切试验直接剪切试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验36§7 土的抗剪强度在直剪试验过程中，不能量测孔隙水应力，也不能控制排在直剪试验过程中，不能量测孔隙水应力，也不能控制排水，所以只能以总应力法来表示土的抗剪强度水，所以只能以总应力法来表示土的抗剪强度根据加垂直荷载后固结程度和剪切速率的快慢可将直剪试根据加垂直荷载后固结程度和剪切速率的快慢可将直剪试验划分为验划分为:Ø快剪快剪(q) quick shearØ固结快剪固结快剪(cq) consolidated quick shearØ慢剪慢剪(s) slow shear3.3.试验方法及结果：试验方法及结果：直接剪切试验直接剪切试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验37§7 土的抗剪强度直剪试验类型直剪试验类型注：手轮一圈注：手轮一圈注：手轮一圈注：手轮一圈0.01mm0.01mm0.01mm0.01mm直接剪切试验直接剪切试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验38§7 土的抗剪强度φ φcqcqφ φq qc cq qc ccqcqC C C C值差不多值差不多值差不多值差不多, , , ,但但但但φφφφs s s s ＞＞＞＞ φφφφcqcqcqcq＞＞＞＞φφφφq q q q∴∴∴∴慢剪的抗剪强度慢剪的抗剪强度慢剪的抗剪强度慢剪的抗剪强度ττττf f f f最大。

最大粘性土粘性土粘性土三种直剪试验结果粘性土三种直剪试验结果直接剪切试验直接剪切试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验39§7 土的抗剪强度无粘性土三种直剪试验结果无粘性土三种直剪试验结果但非常接近实际上砂土只有慢剪，垂直加荷半小时，但非常接近实际上砂土只有慢剪，垂直加荷半小时，但非常接近实际上砂土只有慢剪，垂直加荷半小时，但非常接近实际上砂土只有慢剪，垂直加荷半小时，剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率0.04mm/min0.04mm/min0.04mm/min0.04mm/min（（（（4 4 4 4转转转转/ / / /分）结果与慢剪相似分）结果与慢剪相似分）结果与慢剪相似分）结果与慢剪相似无粘性土无粘性土直接剪切试验直接剪切试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验40§7 土的抗剪强度设备简单设备简单设备简单设备简单, , , ,价格便宜价格便宜价格便宜价格便宜, , , ,操作方便操作方便操作方便操作方便, , , ,易于掌握易于掌握易于掌握易于掌握④④试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力①①限定的剪切面不是土样最薄弱面；限定的剪切面不是土样最薄弱面；②②应力应变分布不均匀应力应变分布不均匀, ,且垂直荷载发生偏转且垂直荷载发生偏转, ,使主应力大使主应力大小方向都发生偏转小方向都发生偏转; ;③③受剪面积逐渐缩小受剪面积逐渐缩小, ,而在计算抗剪强度时仍按土样的原而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面积计算；截面积计算；直接剪切试验直接剪切试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验直剪仪的缺点直剪仪的缺点: : 直剪仪的优点直剪仪的优点: : 41§7 土的抗剪强度组成情况：组成情况：§ 主机：压力室、轴压系统主机：压力室、轴压系统§ 稳压调压系统：压力泵稳压调压系统：压力泵§ 量测系统：排水管、体变管量测系统：排水管、体变管 三轴压缩试验：三轴压缩试验：较为完善方法较为完善方法试验仪器：试验仪器：三轴压缩仪三轴压缩仪三轴压缩试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验42§7 土的抗剪强度试试样样压力室压力室压力水压力水排水管排水管阀门阀门轴向加压杆轴向加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石三轴压缩试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验43§7 土的抗剪强度Ø试样是轴对称应力状态。

垂试样是轴对称应力状态垂直应力直应力 1 是大主应力，水是大主应力，水平向应力相等平向应力相等 2 = 3；；Ø试样首先施加静水压力（围试样首先施加静水压力（围压）压）  1= 2= 3 Ø 然后通过活塞杆施加应力然后通过活塞杆施加应力差差 1- 3 应力状态分析：应力状态分析：三轴压缩试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验44§7 土的抗剪强度应力施加演示应力施加演示:土土试试样样      2=  1·施加围压施加围压  2·施加轴向偏差应力施加轴向偏差应力   45§7 土的抗剪强度试验步骤：试验步骤：（（1）将土样切成圆柱体套在橡胶膜内，放在压力室中）将土样切成圆柱体套在橡胶膜内，放在压力室中（（2）施加周围压力）施加周围压力 3（（3）施加竖向压力，使试件受剪破坏）施加竖向压力，使试件受剪破坏（（4）破坏时大主应力为）破坏时大主应力为 1，小主应力为，小主应力为 3（（5）） 进行不同围压三轴试验进行不同围压三轴试验,绘制破坏状态的应力摩尔圆绘制破坏状态的应力摩尔圆（（6）） 画出公切线画出公切线—强度包线，得到强度指标强度包线，得到强度指标 c与与  c  46§7 土的抗剪强度三轴压缩试验三轴压缩试验实质就是三轴剪切试验。

它是进行三轴压缩试验实质就是三轴剪切试验它是进行土的抗剪强度的精密试验因此，重大工程和科土的抗剪强度的精密试验因此，重大工程和科学研究都常做三轴试验学研究都常做三轴试验优点：优点：（（（（1 1 1 1）可严格控制排水条件；）可严格控制排水条件；）可严格控制排水条件；）可严格控制排水条件；（（（（2 2 2 2）可量测土样中的孔隙水压力；）可量测土样中的孔隙水压力；）可量测土样中的孔隙水压力；）可量测土样中的孔隙水压力；（（（（3 3 3 3）破裂面在最软弱处；）破裂面在最软弱处；）破裂面在最软弱处；）破裂面在最软弱处；（（（（4 4 4 4）是一种多用途的试验设备，如测孔隙水压力系数，侧）是一种多用途的试验设备，如测孔隙水压力系数，侧）是一种多用途的试验设备，如测孔隙水压力系数，侧）是一种多用途的试验设备，如测孔隙水压力系数，侧压力系数，变形模量等压力系数，变形模量等压力系数，变形模量等压力系数，变形模量等缺点：缺点：（（（（1 1 1 1））））   2 2 2 2= = = =   3 3 3 3，轴对称拟三轴，假三轴），轴对称拟三轴，假三轴），轴对称拟三轴，假三轴），轴对称。

拟三轴，假三轴）（（（（2 2 2 2）应力应变仍不够均匀，端部影响较大应力应变仍不够均匀，端部影响较大应力应变仍不够均匀，端部影响较大应力应变仍不够均匀，端部影响较大土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验47§7 土的抗剪强度试验方法：试验方法：按按排排水水固固结结条条件件分分①①不排水剪不排水剪（不固结不排水剪）（不固结不排水剪）UU Unconsolidated Undriaind Test②②固结不排水剪固结不排水剪 CU Consolidated Undriaind Test③③排水剪排水剪（固结排水剪）（固结排水剪）CD Consolidated Driaind Test三轴压缩试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验48§7 土的抗剪强度ccu 、、 cu 三种试验方法的试验条件三种试验方法的试验条件cd 、、 d cu 、、 u 三轴压缩试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验49§7 土的抗剪强度三轴压缩试验中的孔隙水压力系数一、孔隙水压力系数一、孔隙水压力系数B B条件：条件：B是在施加围压（各向同等压力增量）Δσ3时,且不排水条件下测出的定义：定义：意义：意义：B是与土的饱和度有关的参数是与土的饱和度有关的参数 干土干土B=0 , 饱和土饱和土B=1 , ∴ ∴0≤B≤17-217-2150§7 土的抗剪强度二、孔隙水压力系数二、孔隙水压力系数A A条件：条件：A是在施加轴向压力增量Δσ1时,且不排水条件下测出的。

定义：定义：设在偏差应力(Δσ1-Δσ3)增量作用下，孔隙水压力增量为ΔU1完全饱和土完全饱和土三轴压缩试验中的孔隙水压力系数51§7 土的抗剪强度非饱和土体非饱和土体意义：意义： A与土的固结状态有关与土的固结状态有关 NC粘土粘土A=0.5~1.0 ; OC粘土粘土A<0 , (超固结程度越高超固结程度越高,A越小越小)A可达可达-0.5; 高灵敏土高灵敏土A>1.0在三向应力在三向应力在三向应力在三向应力ΔσΔσΔσΔσ1 1 1 1和和和和ΔσΔσΔσΔσ3 3 3 3共同作用下的超静孔隙水压力共同作用下的超静孔隙水压力共同作用下的超静孔隙水压力共同作用下的超静孔隙水压力完全饱和土体完全饱和土体7-287-287-27b7-27b二、孔隙水压力系数二、孔隙水压力系数A A三轴压缩试验中的孔隙水压力系数52§7 土的抗剪强度无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验是三轴试验的一个特例，即是三轴试验的一个特例，即σσ3 3=0=0时的不排水剪时的不排水剪适用条件：适用条件：只能用于粘性土尤其是高塑性饱和粘性土即只能用于粘性土尤其是高塑性饱和粘性土即φ=0φ=0试验方法：试验方法：在在σσ3 3=0 =0 施加施加σσ1 1至破坏。

破坏时的至破坏破坏时的σσ1 1以以q qu u表示表示q qu uq qu u加压加压框架框架量表量表量力环量力环升降升降螺杆螺杆无侧限压缩仪无侧限压缩仪试试样样土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验53§7 土的抗剪强度无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验54§7 土的抗剪强度极限应力圆极限应力圆不排水强度饱和粘性土饱和粘性土无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验55§7 土的抗剪强度根据一点的极限平衡方程式qu=01.饱和粘性土 φ=0 2.非饱和土 φ≠0 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验56§7 土的抗剪强度57§7 土的抗剪强度  3  3  3  3  3  3△△ △△ 有效应力圆有效应力圆总应力圆总应力圆 u u=0=0BCcu  uAA  3A  1A三个试样只能得到三个试样只能得到一个有效应力圆一个有效应力圆 1.1.不排水剪抗剪强度不排水剪抗剪强度(UU)(UU)饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度58§7 土的抗剪强度三轴试验：三轴试验：Ø施加周围压力施加周围压力 3 3时打开排水时打开排水阀门，试样完全排水固结，孔阀门，试样完全排水固结，孔隙水压力完全消散；隙水压力完全消散；Ø然后关闭排水阀门，再施加然后关闭排水阀门，再施加轴向压力增量轴向压力增量△△ ，使试样在，使试样在不排水条件下剪切破坏。

不排水条件下剪切破坏  3  3  3  3  3  3△△ △△ 关闭关闭排水阀排水阀2.2.固结不排水剪（固结不排水剪（CUCU）） 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度59§7 土的抗剪强度  3  3  3  3  3  3△△ △△ 将总应力圆在水平轴上左移将总应力圆在水平轴上左移u uf f得到相应的有效应力得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定圆，按有效应力圆强度包线可确定c c  、、      ccuc    cucu  饱和粘性土在三组饱和粘性土在三组 3 3下进行固结不排水剪下进行固结不排水剪试验得到试验得到A A、、B B、、C C三个不同三个不同 3 3作用下破坏时作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标结不排水剪总应力强度指标c ccucu、、  cucuABC2.2.固结不排水剪（固结不排水剪（CUCU）） 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度60§7 土的抗剪强度三轴试验：三轴试验：Ø试样在周围压力试样在周围压力 3 3作用下排作用下排水固结；水固结；Ø再缓慢施加轴向压力增量再缓慢施加轴向压力增量△△ ，直至剪破；，直至剪破；Ø整个试验过程中打开排水阀整个试验过程中打开排水阀门，始终保持试样的孔隙水门，始终保持试样的孔隙水压力为零。

压力为零  3  3  3  3  3  3△△ △△ 打开打开排水阀排水阀3.3.固结排水剪（固结排水剪（CDCD）） 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度61§7 土的抗剪强度在整个排水剪试验过程中，在整个排水剪试验过程中， uf ＝＝0，总应力全部转化为有效，总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线强度指标为有效应力强度线强度指标为cd、、 d  cd d d总结总结: :  3  3  3  3  3＋＋△△   3＋＋△△ 对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全不同指标完全不同有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪强度与有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪强度与有效应力有唯一的对应关系有效应力有唯一的对应关系3.3.固结排水剪（固结排水剪（CDCD）） 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度62§7 土的抗剪强度三种三轴试验结果的对比三种三轴试验结果的对比饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度63§7 土的抗剪强度 土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定异，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标采用实验室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标 试验方法试验方法适用条件适用条件不排水剪或快剪不排水剪或快剪地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较快快排水剪或慢剪排水剪或慢剪地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率较慢较慢固结不排水剪或固结不排水剪或固结快剪固结快剪建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，或地基条件建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，或地基条件等介于上述两种情况之间等介于上述两种情况之间4.4.抗剪强度指标的选用抗剪强度指标的选用 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度64§7 土的抗剪强度粘性土的残余强度指标粘性土的残余强度指标Cr、、φr硬粘土具有应变软化特征。

当峰值强度出现，随着剪应变的增加，硬粘土具有应变软化特征当峰值强度出现，随着剪应变的增加，剪应力会慢慢趋于一稳定值，即残余强度剪应力会慢慢趋于一稳定值，即残余强度ττf rf r所以残余强度与峰值强度相比主要表现在内聚力下降所以残余强度与峰值强度相比主要表现在内聚力下降•试验表明，残余强度与土的结构关系不大，所以用重塑土求得试验表明，残余强度与土的结构关系不大，所以用重塑土求得的残余强度与原状土样的残余强度基本相同的残余强度与原状土样的残余强度基本相同•用途：评价土坡的稳定性，和土坡的复活评价用途：评价土坡的稳定性，和土坡的复活评价τ ττ τσ σσ σΦr略小于略小于φ Cr≈04.4.抗剪强度指标的选用抗剪强度指标的选用 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度65§7 土的抗剪强度66§7 土的抗剪强度应力路径应力路径——土体在受荷过程中，土中一点某一方向面上应力土体在受荷过程中，土中一点某一方向面上应力发展变化在应力坐标图中的轨迹发展变化在应力坐标图中的轨迹通常选择最大剪应力面（与主应通常选择最大剪应力面（与主应力面成力面成4545度的斜面）度的斜面）pO 3 1 1  3q固结排水三轴试验莫尔圆圆心莫尔圆圆心莫尔圆圆心莫尔圆圆心莫尔圆半径莫尔圆半径莫尔圆半径莫尔圆半径一个点代表一个摩尔圆；一个点代表一个摩尔圆；一条线代表一系列摩尔圆一条线代表一系列摩尔圆——应力路径应力路径摩尔园摩尔园：：一个园代表一个应力状态一个园代表一个应力状态p,q平面：平面：一个点代表一个应力状态一个点代表一个应力状态   保持为常数保持为常数应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用67§7 土的抗剪强度摩尔圆与摩尔圆与 p, q 平面上的应力路径平面上的应力路径用摩尔圆用摩尔圆用应力路径用应力路径土中一点的应力状态土中一点的应力状态土中一点的应力状态土中一点的应力状态一个摩尔圆一个摩尔圆一个摩尔圆一个摩尔圆一点一点一点一点应力的变化过程应力的变化过程应力的变化过程应力的变化过程一系列摩尔圆一系列摩尔圆一系列摩尔圆一系列摩尔圆一条线一条线一条线一条线（应力路径）（应力路径）（应力路径）（应力路径）极限应力状态的极限应力状态的极限应力状态的极限应力状态的摩尔圆摩尔圆摩尔圆摩尔圆与强度包线相切与强度包线相切与强度包线相切与强度包线相切的摩尔圆的摩尔圆的摩尔圆的摩尔圆破坏主应力线上的破坏主应力线上的破坏主应力线上的破坏主应力线上的一点一点一点一点应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用68§7 土的抗剪强度破坏包线破坏包线  f 在在 ~  坐标系中坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线所有破坏状态摩尔圆的公切线破坏主应力线破坏主应力线 Kf在在p ~q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合pq  O f 线线Kf线线固结排水三轴试验两条直线与横坐标交点都是 0’强度包线与破坏主应力线强度包线与破坏主应力线应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用69§7 土的抗剪强度pq  O c a f线线Kf线线O’AR固结排水三轴试验破坏包线破坏包线  f 在在 ~  坐标系中坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线所有破坏状态摩尔圆的公切线破坏主应力线破坏主应力线 Kf在在p ~q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合强度包线与破坏主应力线强度包线与破坏主应力线应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用70§7 土的抗剪强度pq  O c a f线线Kf线线O’AR固结排水三轴试验破坏包线破坏包线  f 在在 ~  坐标系中坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线所有破坏状态摩尔圆的公切线破坏主应力线破坏主应力线 Kf在在p ~q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合强度包线与破坏主应力线强度包线与破坏主应力线应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用71§7 土的抗剪强度pq  O c a f线线Kf线线O’AR固结排水三轴试验 >   c > a破坏包线破坏包线  f 在在 ~  坐标系中坐标系中所有破坏状态摩尔圆的公切线所有破坏状态摩尔圆的公切线破坏主应力线破坏主应力线 Kf在在p ~q 坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合坐标系中所有处于极限平衡应力状态点的集合强度包线与破坏主应力线强度包线与破坏主应力线应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用72§7 土的抗剪强度不同加荷方法的应力路径不同加荷方法的应力路径不同加荷方法的应力路径不同加荷方法的应力路径不同加荷方法的应力路径不同加荷方法的应力路径应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用73§7 土的抗剪强度NCNCNCNC土土土土CUCUCUCU实验的应力路径实验的应力路径实验的应力路径实验的应力路径不同加荷方法的应力路径不同加荷方法的应力路径应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用74§7 土的抗剪强度75§7 土的抗剪强度砂土的抗剪强度受密度、颗粒形状、表面粗糙度和砂土的抗剪强度受密度、颗粒形状、表面粗糙度和级配的影响。

级配的影响对于一般砂土来讲，影响抗剪强度的主要因素是其对于一般砂土来讲，影响抗剪强度的主要因素是其初始孔隙比（或初始干密度）初始孔隙比越小，初始孔隙比（或初始干密度）初始孔隙比越小，抗剪强度越高抗剪强度越高自然条件下，无粘性土透水性大，在荷载作用下自然条件下，无粘性土透水性大，在荷载作用下u u消散快，实际上满足排水剪切试验条件强度线为消散快，实际上满足排水剪切试验条件强度线为近似通过原点的直线，表达式为：近似通过原点的直线，表达式为：无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度76§7 土的抗剪强度砂土的应力～轴向应变～体变砂土的应力～轴向应变～体变松砂受剪时，颗粒滚落松砂受剪时，颗粒滚落到平衡位置，排列更紧到平衡位置，排列更紧密些，所以体积缩小，密些，所以体积缩小，把这种因剪切而体积缩把这种因剪切而体积缩小的现象称为小的现象称为剪缩性剪缩性松砂松砂无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度77§7 土的抗剪强度紧砂受剪时，颗粒必须紧砂受剪时，颗粒必须紧砂受剪时，颗粒必须紧砂受剪时，颗粒必须升高以离开它们原来的升高以离开它们原来的升高以离开它们原来的升高以离开它们原来的位置而彼此才能滑过，位置而彼此才能滑过，位置而彼此才能滑过，位置而彼此才能滑过，从而导致体积膨胀，把从而导致体积膨胀，把从而导致体积膨胀，把从而导致体积膨胀，把这种因剪切而体积膨胀这种因剪切而体积膨胀这种因剪切而体积膨胀这种因剪切而体积膨胀的现象称为的现象称为的现象称为的现象称为剪胀性剪胀性剪胀性剪胀性。

紧砂紧砂砂土的应力～轴向应变～体变砂土的应力～轴向应变～体变无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度78§7 土的抗剪强度随着轴向应变的增加，随着轴向应变的增加，松砂的强度逐渐增加，松砂的强度逐渐增加，曲线曲线应变硬化应变硬化体积逐渐减小体积逐渐减小紧砂的强度达到一定值紧砂的强度达到一定值后，随着轴向应变的继后，随着轴向应变的继续增加，强度反而减小，续增加，强度反而减小，最后呈最后呈应变软化型应变软化型体积开始时稍有减小，体积开始时稍有减小，继而增加，超过它的继而增加，超过它的初始体积初始体积砂土的应力～轴向应变～体变砂土的应力～轴向应变～体变无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度79§7 土的抗剪强度 砂土的临界砂土的临界孔隙比将随周围压孔隙比将随周围压力的增加而减小力的增加而减小砂土在低周围压力下由于初始砂土在低周围压力下由于初始砂土在低周围压力下由于初始砂土在低周围压力下由于初始孔隙比的不同，剪破时的体积孔隙比的不同，剪破时的体积孔隙比的不同，剪破时的体积孔隙比的不同，剪破时的体积可能小于初始体积，也可能大可能小于初始体积，也可能大可能小于初始体积，也可能大可能小于初始体积，也可能大于初始体积，则可以想象，砂于初始体积，则可以想象，砂于初始体积，则可以想象，砂于初始体积，则可以想象，砂土在某一初始孔隙比下受剪，土在某一初始孔隙比下受剪，土在某一初始孔隙比下受剪，土在某一初始孔隙比下受剪，它剪破时的体积将等于其初始它剪破时的体积将等于其初始它剪破时的体积将等于其初始它剪破时的体积将等于其初始体积，这一初始孔隙比称为体积，这一初始孔隙比称为体积，这一初始孔隙比称为体积，这一初始孔隙比称为临临界孔隙比界孔隙比。

△V砂土的应力～轴向应变～体变砂土的应力～轴向应变～体变无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度80§7 土的抗剪强度砂土液化砂土液化¢显然当砂土的显然当砂土的e0＜＜ecr剪胀；当剪胀；当 e0 ＞＞ ecr剪缩¢当饱和砂土在振动荷载的反复作用下剪缩（体积减小）时，当饱和砂土在振动荷载的反复作用下剪缩（体积减小）时，产生的超静孔隙水压力来不及消散，则孔隙水压力升高，产生的超静孔隙水压力来不及消散，则孔隙水压力升高，有效应力降低，会使砂土象液体一样完全失去抗剪强度，有效应力降低，会使砂土象液体一样完全失去抗剪强度，这种现象称之这种现象称之液化液化无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度81。