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1、土的抗剪强度王英浩内蒙古科技大学建筑与土木工程学院岩土教研组概述土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点.工程时间中与土的抗剪强度有关的工程主要有以下3类:（1）土质土坝的稳定（2）土压力（3）地基的承载力问题工程实例－土坡稳定工程实例－土坡稳定工程实例－土压力工程实例－土压力工程实例－地基承载力问题工程实例－地基承载力问题第一节土的抗剪强度概述土的抗剪强度:是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。滑动面(破坏面):当土体受到荷载作用后,土中各点将产生剪应力,若某点的剪应力达到其抗剪强度,在剪切面两侧的土体将产生相对位移而产生滑动
2、破坏,该剪切面称为滑动面或破坏面。一.库仑公式1）库伦公式基本形式（总应力抗剪强度公式）式中——剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度(KPa)——破坏面上的法向应力(KPa)——土的粘聚力，(KPa)对于无粘性土，——土的内摩擦角(º)称为抗剪强度指标，同一种土，它们与试验方法有关无粘性土粘性土（2）有效应力抗剪强度公式式中——剪切破坏面上的有效法向应力(KPa)u——土中的超静孔隙水压力(KPa)——土的有效粘聚力(KPa)——土的有效内摩擦角(º)称为土的有效抗剪强度指标，同一种土，其值理论上与试验方法无关，应接近于常数。问题:总应力法
3、与有效应力法的优缺点是什么?总应力法比有效应力法简单,因为试验时不需测量孔隙水压力,进行稳定分析时也不考虑孔隙水压力,只需测量总应力即可.但是对于同一种土,施加相同的总应力,如果试验方法不同,或者说控制的排水条件不同,则所得的强度指标也就不相同.也就是说,总应力和土的抗剪强度没有唯一对应的关系,应用较多.有效应力法考虑了孔隙水压力的影响,只计入作用于粒间的有效应力,试验证明,对于同一种土,不论采用何种试验方法,只要能准确测量出孔隙水压力,则所得的有效抗剪强度指标是相同的.它们有唯一对应的关系.但测量孔隙水压力时,比较麻烦,需要精确评价地基强
4、度和稳定性时常采用.抗剪强度的来源：1）无粘性土：来源于土粒间的摩擦力（内摩擦力）。包括：a.一部分由于土颗粒粗糙产生的表面摩擦力；b.另一部分是粗颗粒之间互相镶嵌，联锁作用产生的咬合力。2）粘性土：除内摩擦力外，还有内聚力。内聚力主要来源于：土颗粒之间的电分子吸引力和土中胶结物质（硅、铁物质和碳酸盐等）对土粒的胶结作用。二.莫尔-库仑强度理论(一)、土体中任一点的应力状态假定土层为均匀、连续的半空间材料，研究地面以下任一深度处M点的应力状态。下面仅研究平面问题，在土体中取一微单元体，作用在该单元体上的两个主应力为，则作用在与大主应力作用面
5、成角的平面上的正应力和剪应力可根据静力平衡条件求得：如下图。以上可用莫尔圆表示，(二)、土的极限平衡条件的建立如果给定了土的抗剪强度参数和c以及土中某点的应力状态，则可将抗剪强度包线与莫尔应力圆画在同一张坐标图上。它们之间的关系有三种情况：（1）莫尔圆位于抗剪强度包线下方（圆1），说明该点在任何平面上的剪应力都小于土所能发挥的抗剪强度，因此不会发生剪切破坏；（2）圆3实际上不存在；（3）圆2，说明在A点所代表的平面上剪应力正好等于抗剪强度，该点处于极限平衡状态。c土处于极限平衡状态下时根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系，可建立以下
6、极限平衡条件：粘性土：化简后得：无粘性土：破裂面破裂角：破坏面与大主应力作用面间的夹角问题:土体的最大剪应力面是否即剪切破裂面?对于饱和软粘土,在不排水条件下,其内摩擦角为0,此时土体的最大剪应力面即为剪切破裂面.第二节抗剪强度的测定方法测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验按照常用的试验仪器将剪切试验分为直接剪切试验三轴压缩试验无侧向抗压强度试验十字板剪切试验近似模拟直接剪切试验应变控制式直剪仪应变控制式直剪仪的试验原理：对同一种土至少取4个平行试样，分别在不同垂直压力下剪切破坏，将试验结果绘制抗剪强度f与相应垂直压力的关系图。试验结
7、果表明，对于粘性土f~基本上呈直线关系，直线方程可用库伦公式表示；对于无粘性土，f~则是通过原点的直线。的缺点直接剪切仪限定剪切面不一定是最薄弱面剪切面上剪应力分布不均匀剪切面在剪切过程中是逐渐缩小的不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力构造简单操作方便的优点直接剪切仪三轴压缩试验对同一种土至少取3个平行试样，分别在不同周围压力3和轴压1作用下剪切破坏，将试验结果绘制为若干个极限应力圆。根据莫尔-库伦理论，这一组极限应力圆的公共切线即为土的抗剪强度包线，可近似取为一条直线，直线的方程即为库伦公式所表示的方程。三轴压缩仪的试验原
8、理：c0三轴压缩试验原理的优点三轴压缩仪的缺点三轴压缩仪能较严格地控制排水条件剪切破坏面为最薄弱面试验设备、试验过程相对复杂试样的受力状态为轴对称情况，与实际土体的受力状态未必相
