第四章 土的抗剪强度

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1、第一节概述第二节土的抗剪强度理论第三节土的抗剪强度试验第四节无粘性土的抗剪强度第五节饱和粘性土的抗剪强度第四章土的抗剪强度与地基承载力TeacherYangPing第一节概述一、概念：土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。二、与土的抗剪强度有关的工程问题1、建筑地基的承载力；2、土工建筑物的土坡稳定；3、深基坑土壁的稳定性；4、挡土墙的稳定性。TeacherYangPing第二节土的抗剪强度理论一、抗剪强度的库仑定律1、无粘性土f—土的抗剪强度；—滑动面上法向总应力；—土的内摩擦角，度。TeacherYangPingc—土的粘聚力（内聚力）

2、kPa；其它字母意义同上。2、粘性土TeacherYangPing二、抗剪强度的来源1、无粘性土：内摩擦力注：其中内摩擦力包括：滑动摩擦力、咬合摩擦力、阻力。2、粘性土：内摩擦力+粘聚力注：粘聚力包括原始粘聚力和固化粘聚力。三、影响抗剪强度的因素1、土粒的大小、形状及矿物成份；2、土的结构性；3、孔隙水压力；4、应力历史的影响；5、土的各向异性。TeacherYangPing四、莫尔—库仑强度理论及极限平衡条件㈠、土中一点的应力状态（以条形荷载为例）TeacherYangPing当土中某一点主应力1、3方向及大小已知时，则与大主应力作用面成角的任一平面上的法向应力和剪

3、应力可由力的平衡条件求得。土体中任意点应力如下图：M点的应力x、y、zx可按力学中的公式计算，再按下面公式可得该点的大主应力1和小主应力3。TeacherYangPing根据静力平衡条件可得：TeacherYangPing联立求解以上方程可以得到斜截面mn上法向应力和剪应力：将上两式两边平方并相加得：TeacherYangPing上式为圆的方程，该圆圆心坐标为((1+3)/2，0)，半径为(1-3)/2，由此可作出莫尔圆如下图：注：莫尔圆上任一点代表与1作用面成角的斜面，其纵坐标代表该面上的剪应力，横坐标代表该面上的法向应力，即莫尔圆表示一点的

4、应力状态。TeacherYangPing㈡、土的极限平衡条件1、根据抗剪强度曲线与莫尔圆的关系判断①、莫尔圆位于抗剪强度曲线以下，处于稳定状态。②、莫尔圆与抗剪强度曲线相切，处于极限平衡状态。③、莫尔圆与抗剪强度曲线相割，土体已被剪破。TeacherYangPing2、根据极限平衡条件判断根据极限应力圆与抗剪强度相切于一点的几何关系，可建立粘性土和无粘性土的极限平衡条件。TeacherYangPing从图可知：化简后得：或：TeacherYangPing由三角函数可以证明：或：代入式(2)、(3)得粘性土的极限平衡条件为：或：TeacherYangPing对于无粘性土，由于c

5、=0，代入粘性土的极限平衡可知，无粘性土的极限平衡条件为：或：当土中一点应力达极限平衡状态时，破裂角一般为f=45º+/2，而不发生在最大剪应力作用面（=45º）上(因该面上的抗剪强度更大)。TeacherYangPing第三节土的抗剪强度试验一、直接剪切试验分为应变控制式和应力控制式两种，我国普遍采用的是应变控制式直剪仪，其装置如下图:TeacherYangPing对同一种土至少取4个重度和含水量相同的试样，分别在不同垂直压力下剪切破坏，一般可取压力为100、200、300、400kPa，其试验结果如下图：TeacherYangPing直接剪切试验可分为快剪、固结快

6、剪和慢剪三种方法：1、快剪：是在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。2、固结快剪：是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。3、慢剪：是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。TeacherYangPing直接剪切试验的优缺点：优点：构造简单，操作方便。缺点：1、剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；2、剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象；3、在剪切过程中，土样剪切面不断缩小，而在计算抗剪强度时却是按土样的原截

7、面积计算的；4、试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力，在进行不排水剪时，试件仍有可能排水，特别是对于饱和粘性土，由于它的抗剪强度受排水条件的影响显著，故排水试验不够理想。TeacherYangPing二、三轴压缩试验TeacherYangPing试验原理：a、试件受周围压力；b、破坏时试件上的主应力；c、莫尔破坏包线三轴压缩试验按剪切前受到周围压力3的固结状态和剪切时的排水条件，分为以下三种方法：TeacherYangPing1、不排水剪UU：试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至破坏的整