土體抗剪強度試驗第1頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六莫爾圓示意圖第2頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六（2）庫侖定律（直剪試驗原理）

土體中任何一個滑動面上存在著庫侖定律，近似直線表示：

τ＝C+σtgΦ

τ—土的抗剪強度

C—土的粘聚力

σ—滑動面的法向應(yīng)力

Φ—內(nèi)摩擦角

通過剪切試驗可以得到不同法向應(yīng)力σ下的抗剪強度，把它們繪制在坐標(biāo)上,得到直線的截距和傾角就是該土的C和Φ。第3頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六（3）極限平衡和強度理論

利用庫侖直線和莫爾圓判斷土體是否破壞！

同時可得到：土中某點破壞時，與中主應(yīng)力σ2無關(guān)。

破壞面與大主應(yīng)力作用面（σ1）夾角為α＝45＋Φ/2?？磮D：如果利用土體試驗數(shù)據(jù)可以得到庫侖定律直線，那么根據(jù)土體存在的狀態(tài)數(shù)據(jù)畫出的莫爾圓C與直線相交，那么土體已經(jīng)破壞，如果莫爾圓B相切則是極限狀態(tài)，如果是莫爾圓A則沒有破壞，或者說數(shù)據(jù)點在直線外側(cè)則破壞了，內(nèi)側(cè)沒有破壞。

第4頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六例題1：設(shè)地基土的內(nèi)摩擦角Φ為30，粘聚力C為10，地基中某點的大小主應(yīng)力σ1、σ3分別是138.4、100，問該點是否已經(jīng)破壞？解：

根據(jù)C和Φ確定庫侖直線和莫爾圓。據(jù)圖計算得到OA=[CctgΦ+(σ1+σ3)/2]sinΦ=68.2>莫爾圓的半徑=19.2。因此可確定該地基土處于穩(wěn)定狀態(tài)。

第5頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六2、直接剪切試驗（試驗步驟）

繪制剪應(yīng)力隨位移變化的曲線，確定抗剪強度，然后畫出法向應(yīng)力與抗剪強度的直線關(guān)系，

即可確定粘聚力和內(nèi)摩擦角兩個強度指標(biāo)。

儀器有應(yīng)力控制和應(yīng)變控制式兩種。一般用應(yīng)變控制式。

剪切方法有：快剪、固結(jié)快剪和慢剪。第6頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六1）快剪:施壓后立即快速剪切(3—5分鐘破壞)，不發(fā)生固結(jié)（需放置不透水設(shè)施，周圍涂凡士林）。多用于滲透系數(shù)小于10-6cm/s的粘性土，用來模擬土體厚施工速度快的情況。

2）固結(jié)快剪:固結(jié)后立即剪切，剪切過程中不固結(jié)。適用滲透系數(shù)小于10-6cm/s的粘性土和砂性土（砂土即使施工速度很快，土體也會很快就排水固結(jié)完成）。用來模擬已經(jīng)完全固結(jié)后又突然施加荷載的情況。

3）慢剪:施加壓力經(jīng)過3—16個小時固結(jié)，然后再剪切約1—4小時。實際工程中很少。

注意事項：

1）滲透系數(shù)大于10-6cm/s的不能做快剪試驗。

2）如剪切曲線上無峰值出現(xiàn)，則應(yīng)使位移達(dá)到6mm，取剪切位移為4mm時的剪應(yīng)力為抗剪強度。

3）固結(jié)快剪和慢剪時主固結(jié)完成的標(biāo)準(zhǔn)是變形小于0.005mm/h。

4）抗剪強度與剪切速率有關(guān)：快剪<固結(jié)快剪<慢剪。第7頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六5）飽和粘性土的抗剪強度指標(biāo)與排水條件和剪切速率有關(guān)，與孔隙水壓力、試樣大小無關(guān)。（注意：無粘性土的粘聚力為0）

6）緊密砂土和超固結(jié)土等具有剪脹性。剪脹時孔隙水壓力將減小。

直剪儀缺點：

1）不能有效控制排水

2）剪切面積隨位移增加而減小。

3）快剪時得到的總應(yīng)力指標(biāo)偏大。

3、無側(cè)限抗壓強度（試驗步驟）

因為只有豎向的壓力作用，是三軸試驗的特例。也就是說σ3=0，σ1的最大值就是無側(cè)限抗壓強度q。

注意事項：

（1）在試樣兩端以及側(cè)面涂凡士林。

（2）試驗時如有峰值出現(xiàn)，則剪到3％—5％軸向應(yīng)變時可停止，如無峰值出現(xiàn)則應(yīng)剪到25％軸向應(yīng)變時停止。

第8頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六（3）破壞面是沿最軟弱面（但直剪試驗不是）。對于脆性土，破壞面與水平面的夾角α＝45＋Φ/2。

(4)如果是飽和軟粘土（Φ＝0），則其不排水抗剪強度是無側(cè)限抗壓強度的1/2。（5）靈敏度是原狀土與重塑土無側(cè)限抗壓強度的比值。公式（P71）為：S＝q/qˊ。兩土樣應(yīng)有相同的密度和含水量，重塑土樣應(yīng)立即進(jìn)行試驗，防止強度恢復(fù)。第9頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六4、三軸剪切試驗使3—4個試樣分別在不用的圍壓（x、y、z三個方向）下施加變化的軸向壓力，直到破壞，確定抗剪強度參數(shù)。該試驗可控制排水條件，且剪切面不固定的。分3類：UU、CU、CD第10頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六（1）不固結(jié)不排水試驗（UU）

在試驗中不允許排水，可得到總的或有效的強度參數(shù)和孔隙水壓力。其強度包線不是直線。

試驗時如測力計出現(xiàn)峰值則剪切到5％軸向應(yīng)變就可停止，如無峰值應(yīng)剪切到15％—20％的軸向應(yīng)變。

（2）固結(jié)不排水試驗（CU）

試樣在某一壓力下固結(jié)，然后在不排水情況下剪切破壞?？傻玫娇偟幕蛴行У膹姸葏?shù)和孔隙水壓力。

（3）固結(jié)排水試驗（CD）

試驗中允許排水固結(jié)，可得到有效的強度參數(shù)。剪切過程中應(yīng)打開排水閥排水。

第11頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六注意事項：

1）試樣飽和分三種方法：抽氣法、水頭法、反壓力法。

2）粘性土分5—8層制樣，粉質(zhì)土分3—5層制樣。

3）剪切速率問題：

UU試驗速率對強度影響不大（0.5%—1.0％）；CU試驗相對要慢，并且粘性土(0.05%—0.1%)要比粉質(zhì)土(0.1%—0.5%)慢；CD試驗要緩慢的剪切(0.