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1、2020/7/9，岩土力学，第5章，土壤抗剪强度，1概述，1。抗剪强度的基本概念土壤强度是指一部分土壤相对于另一部分土壤滑动时的阻力，本质上是土壤和土壤之间的摩擦力。土的抗剪强度首先取决于土自身的性质，即土的组成、状态和结构，这与土的形成环境和应力历史有关。其次，这取决于它目前的压力状态。2020/7/9，岩土力学，滑动面，滑动前的坡度，原始地面，滑动面，图5-1，土质边坡滑动，图5-2，基础不稳定性，2020/7/9，岩土力学，ii。(2)土作为工程结构环境的问题是土压力问题。这与边坡稳定性问题直接相关。如果边坡较陡，无法保持稳定，且由于场地或其他条件的限制，缓坡是不允许的，可以修建挡土墙来
2、保持力的平衡。这类工程问题如挡土墙、桥台、地下隧道等。(3)作为建筑物基础的土壤问题，即基础的承载力。3.土壤抗剪强度试验方法实验室试验：改变应力状态，扰动取土过程。原位测试：精度不高，2020/7/9，岩土力学，2土的抗剪强度和破坏理论，屈服或塑性流动：软土，1。土的屈服和破坏1理想弹塑性材料的应力-应变关系应力-应变关系应改为线性关系变形是完全弹性的应力-应变关系是唯一的。不管应力路径和应力历史，它被称为屈服应力或破坏应力。A，1，图5-3，2020/7/9，岩土力学，2土壤的应力-应变关系(1)正常固结(松砂)，图5-3曲线(3)加工硬化，屈服点至b点。峰值3出现时实际计算中的土壤弹塑性
3、问题(1)根据线性弹性体(2)根据理想塑性材料(2)根据莫尔-库仑破坏理论(1)土壤破坏理论1广义特殊莱斯卡理论，1-3，1，3=300千帕图5-4土的应力- 2广义miss理论公式中E材料的泊松比变形能的极限值，3莫尔-库仑理论图5-5固定剪切面的剪切试验，2020/7/9，岩土力学，(1)库仑公式基本形式(总应力剪切强度公式)中剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度，破坏面上法向应力土的粘聚力，对于无粘性土，土的内摩擦角*称为抗剪强度指数，与同类土的试验方法有关(2)有效应力抗剪强度公式中剪切破坏面上的有效正应力土体中有超孔隙水压力的土体的有效内摩擦角和有效抗剪强度指数理论上与试验方法无关，
4、应接近常数。岩土力学，莫尔剪切强度公式当应力变化范围不大时，莫尔破坏包络线可以用库仑直线代替(2)莫尔破坏准则极限平衡条件1确定土体中剪切破坏面的位置(1)在地面荷载p的作用下，土体中某点m的应力状态在强度包络线之下，该点的应力状态是弹性的，应力圆正好与强度相切，该点处于极限平衡状态。一、M、P、2020/7/9、岩土力学、O、公式(5-7)可以写成：2020/7/9、岩土力学，如果是干净的沙子，那么就有一个时间、来总结莫尔库仑破坏理论，它可以表述为以下三个要点：1它可以表示如下：2当法向应力不是很大时，抗剪强度可以简化为法向应力的线性函数，表示为库仑公式，2020/7/9，岩土力学，3在土壤
5、单元中，如果任何表面上的剪应力大于该表面上土壤的抗剪强度，土壤单元将被破坏。破坏准则表明，它是从公式(5-7)到公式(5-10) (3)的极限平衡条件。极限平衡条件的应用达到极限平衡所需的内摩擦角单位处于弹性平衡，单位处于塑性平衡，达到极限平衡所需的主应力大的土壤已被破坏，否则，它处于弹性平衡。2020/7/9，岩土力学，3土壤抗剪强度的试验方法，单轴和三轴剪切试验(1)常规三轴剪切试验方法(1)排水剪切：见第4章第2节(2)不排水剪切图和试验结果：详细讨论见图5-11，不排水剪切应力-应变-孔隙压力关系曲线，密实，中等密实，轴向应变1 (%)，U，(2)破坏包络线和抗剪强度指标(1)有三种方
6、法可以从应力-应变关系曲线中找出破坏过程中的偏离应力。(1)当需要使用土的剩余强度时，取曲线的最大应力偏差值，取试验曲线的最终值。(2)取最大有效主应力比时的偏应力值为(3)取规定轴向应变值对应的偏应力为值2的包络线。2020/7/9，岩土力学，(3)三轴试验1三轴排水中的应力路径和破坏主应力线，因此，应力路径：直线p=q *破坏主应力线和破坏点的连接，图5-13排水剪应力路径，2020/7/9，岩土力学，2三轴不排水试验A，P=(1 3)/2 P/=(1 3/)/2，图5-14不排水剪切应力路径，Kf/，2020/7/9，岩土力学，c，3)破坏包络线与破坏主应力线的关系很差，图5-15破坏包
7、络线第二，直剪试验，(1)试验设备和试验方法设备：应变控制直剪仪取破坏时的正应力和剪应力值作曲线值：取剪应力变形曲线的峰值作为曲线的最终值岩土力学，(2)优缺点和新的发展优势：(1)固结快，试验时间短(2)没有侧向膨胀曲线直接计算竖向变形的缺点：(1)剪切面剪应力分布不均匀，中间边缘大(2)不能控制排水条件和测量孔隙水压力(3)剪切面土的性质值并不意味着其他部位的深基坑不能进行直剪试验，因此应进行三轴试验。 发展方向：单剪仪，2020年7月9日，岩土力学。根据土的极限平衡条件，如果，那么，应用：1代替三轴试验(当)2可以用来发现土的敏感性缺点：1太软的土(流塑)不能很快测试，2水不能太晚清除，
8、2020/7/9，岩土力学，4。十字板剪切试验原位测试，(1)土壤原位测试技术的优点1避免取样2。所涉及的土壤体积比室内测试样品的体积大得多。3.可连续进行，获得完整的土壤剖面和物理力学指标。4.它具有快速、经济的优点。4.土壤原位测试技术的缺点。1.在试验中很难控制边界条件。例如，排水条件和应力条件2。试验数据与土壤工程性质之间的关系是基于统计经验关系。3.当测试设备进入土壤层时，也会干扰土壤层。4.测试应力路径无法得到很好的控制。测试期间的主应力方向通常与实际项目不一致。5.应变场不均匀，应变速率大于实际工程的正常固结。岩土力学，2020年7月9日，(2)十字板剪切试验测量正常固结饱和软粘
9、土的不排水抗剪强度和灵敏度的应用范围，(3)试验原理：其中，伪(各向同性)圆柱体上下的抗剪强度对圆心产生的扭矩，柱面上的剪应力对圆心产生的扭矩， 影响试验精度的主要因素(1)转速(2)土体各向异性(3)十字板头规范，图5-23，2020年7月9日，岩土力学，(4)排水条件，(5)竖井与孔壁之间的摩擦力，2结果分析及应用，(1)不排水抗剪强度峰值、残余峰值及软粘土敏感性的计算，(2)随深度绘制曲线，(3)土体长期强度仅为峰值强度的60.70%，(4)十字板不排水抗剪强度的应用需要修改。 a .计算地基承载力b .估算单桩承载力c .计算软粘土的敏感性d .分析软土地区大坝的临界高度e .分析地基
10、抗滑稳定性f .估算土体的液性指数g .检验地基加固效果h .根据变化曲线的关系确定软土的固结历史，2020/7/9，岩土力学，4土的抗剪强度机理及影响因素。首先，摩擦强度一般由两部分组成：一部分是颗粒间滑动产生的滑动摩擦，另一部分是颗粒间脱离咬合状态产生的咬合摩擦。滑动摩擦与颗粒形状、矿物成分和级配有关。咬合摩擦与土壤密度和圆度有关。影响(粗粒土)的因素有：(1)密度(2)颗粒级配(3)颗粒形状(4)矿物组成，2020年7月9日，岩土力学，(2)粘聚力。细粒土的粘聚力取决于土颗粒之间的各种物理和化学力。粘聚力的微观研究是一个非常复杂的问题，目前仍有各种不同的观点。第三，摩擦强度与粘结强度的内
11、在关系接触点面积：Ai=Ni/y，其中Y材料的屈服强度为f=s Ai，所以F可视为摩擦系数，f=tg、间隙、空、空、间隙、P、P、Ni、Ai，(a)、(b) C=0，不是无摩擦强度，而是隐含在C中；=0，不是无粘性强度，而是隐含在。在学习中，我们不仅要看到摩擦强度和内聚强度的区别，还要看到它们之间的相同之处。2020/7/9，岩土力学，第四版。密度对抗剪强度的影响密度有效应力抗剪强度的唯一性关系影响抗剪强度的最重要因素是土壤的组成。土的结构和应力状态证明了土的密度有效应力抗剪强度的唯一性关系。(a)排水试验：密度增加，(b)固结不排水试验保持不变，2020年7月9日。2，孔隙水压力u，试验2(
12、固体不排水试验)，图5-31唯一性试验验证，2020/7/9，岩土力学，试验结论：(1)对于正常固结土，唯一性关系不受加载路径的影响；(2)对于超固结土，只要应力历史相同，唯一性原则仍然适用。因此，密度越高，有效应力越高，具有相同应力历史的土的抗剪强度也越高。2020/7/9，岩土力学，5抗剪和各种抗剪强度指标中的土壤特性，土壤特性：用相同的仪器对相同的土壤进行测试，如果测试方法不同，尤其是排水条件不同，则测量结果通常会非常不同，有时甚至非常不同。1.排水和不排水条件下土壤的剪切状态与弹性材料相比，土壤有一个重要的特征：当受到剪切时，它不仅改变形状，而且改变体积“扩容”，包括体积扩容和收缩。土
13、壤体积的变化完全是由于孔隙流体(水和气)体积的变化。非饱和土：首先，气体体积的变化与土壤的渗透性有关。饱和土：吸水或挤水的变化与渗透系数K有关，渗透系数K大，体积变化时间短。2020年7月9日，岩土力学，1。排水剪切密实砂：非常小。收缩-膨胀密度降低了承受剪切应力的能力，并降低了残余峰值。松砂：剪缩密度增加，应力稳定，增加，密砂，V，图3-3三轴试验应力-应变曲线，2020年7月9日，岩土力学，结论：如果两种砂在不同密实状态下的成分相同，当剪应变较大时，两种砂的密度和剩余强度趋于一致，空隙率与此密度相对应。2020/7/9，岩土力学，细粒土：类似于粗粒土、松砂和中密砂的正常固结和轻度超固结土，
14、以及类似于密砂的严重超固结土。2.在不排水剪切中，土样不允许排水，控制体积是固定的。其机理是土体趋于膨胀，土体产生的负孔隙水压力增加了作用在骨架上的有效应力，使土体不能膨胀。土壤倾向于收缩，因此土壤收缩时不会产生正孔隙水压力，作用在骨架上的有效应力也不会收缩。2020/7/9，岩土力学，结论：密实砂产生负孔隙水压力，增加土壤的抗剪强度；松砂产生正孔隙水压力，这降低了土壤的抗剪强度。正常固结土和轻度超固结土类似于松砂和中密砂，而重度超固结土类似于密砂。，2020/7/9，岩土力学，2。总应力抗剪强度指标和有效应力抗剪强度指标，砂：总应力：有效应力：其中：总应力内摩擦角和有效应力内摩擦角是同一个试
15、样，用同样的试验方法测得的强度只有一个，但有两个明显的表达式：例：松砂：密砂：2020/7/9，岩土力学，结论有效应力强度指标和总应力强度指标的差异实质上反映了孔隙水压力对土体抗剪强度的影响。总应力法：用试验方法模拟原位土的工作条件。有效应力法准确反映了土的抗剪强度本质，是今后的发展方向。然而，孔隙水压力很难测量。注：理论上，如果试样中的孔压比(滑动面上的正应力)与原位土的孔压比相同，则总应力法和有效应力法得到的抗剪强度可以一致。2020/7/9，岩土力学，三轴和三轴不固结不排水剪切试验(UU)和直接剪切快速剪切试验，1。主要试验过程、2020/7/9、岩土力学、U、II 2)饱和土的孔压系数
16、B=1。有效应力圈只有一个证明：假设地层中饱和粘土样品的垂直固结压力为，侧向固结压力为(侧向压力系数)，2020/7/9。岩土力学，应力圈一，相当于当前应力圈二，相当于样品一：其中初始孔隙水压力(1)样品二：只有一个有效应力圈，2020。3.没有与其他试验相关的限制压缩。当孔隙水压力未消散且密度因荷载增加而保持不变时，应使用叶片剪力测量的不排水强度。例如，在计算地基极限承载力时，如果建筑物施工速度快，地基土粘性大，透水性小，排水条件差，应采用不排水强度。(2)快剪试验对应于三轴不固结不排水试验方法，在直剪试验中称为高粘度土样。快速剪切试验的性质与低粘度或无粘性土的水下无人器试验基本相同，快速剪切试验的性质与水下无人器试验有很大不同。2020年7月9日，岩土力学，三轴固结排水试验和直剪慢剪试验，2项试验结论(
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