1、5、土的抗剪強度,5.1 土的抗剪強度與極限平衡原理 5.2 土的剪切試驗方法 5.3 不同排水條件時的剪切試驗成果 5.4 地基破壞型式和地基承載力,給土的抗剪強度下定義：土體抵抗剪切破壞的極限能力,5.1 土的抗剪強度與極限平衡原理,5.1.1 庫侖定律,庫侖定律： 土的抗剪強度是剪切面上的法向總應(yīng)力 的線性函數(shù),庫倫公式,兩大抗剪強度指標(biāo),c:土的粘聚力 :土的內(nèi)摩擦角,注：對于無粘性土而言c=0),土的抗剪強度一般可分為兩部分： 第一部分與顆粒間的法向應(yīng)力有關(guān)，通常呈正比例關(guān)系，其本質(zhì)是摩擦力； 另一部分是與法向應(yīng)力無關(guān)的土粒之間的粘結(jié)力，通常稱為粘聚力。,影響因素 土的抗剪強度,內(nèi)在

2、因素,外在因素：試驗時的排水條件等因素,顆粒間的有效法向應(yīng)力,土的孔隙比,表達(dá)方法 土的抗剪強度,總應(yīng)力法：總應(yīng)力強度指標(biāo),有效應(yīng)力法：有效應(yīng)力強度指標(biāo),莫爾包線表示材料在不同應(yīng)力作用下達(dá)到極限狀態(tài)時，滑動面上法向應(yīng)力與剪應(yīng)力f 的關(guān)系。,莫爾包線,f =c+ tan,5.1.2 莫爾-庫倫強度理論,土體內(nèi)一點處不同方位的截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)力 和法向應(yīng)力）,斜面上的應(yīng)力,5.1.3 土中一點的應(yīng)力狀態(tài),A(, ),莫爾圓可以表示土體中任何一點的應(yīng)力狀態(tài)，莫爾圓圓周上各點的坐標(biāo)就表示該點在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。,當(dāng)應(yīng)力圓與強度線相離時：,強度包線,當(dāng)應(yīng)力圓與強度線相切時：,當(dāng)應(yīng)力圓與強

3、度線相割時：,極限應(yīng)力摩爾圓,f,（處于彈性平衡狀態(tài)）,=f,（處于極限平衡狀態(tài)）,f,（處于破壞狀態(tài)）,5.1.4 土的極限平衡條件,莫爾庫侖破壞的準(zhǔn)則：,c,A,cctg,1/2(1 +3 ),無粘性土：c=0,粘性土：,A,B,D,O,f 極限平衡條件 莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則,極限應(yīng)力圓 破壞應(yīng)力圓,剪切破壞面,粘性土的極限平衡條件：,1= 3tg2(45+/2)2ctg (45+/2) 3= 1tg2(45/2)2ctg (45/2),無粘性土的極限平衡條件：,1= 3tg2(45+/2) 3= 1tg2(45/2),土體處于極限平衡狀態(tài)時，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為 f,的方法 測定土

4、抗剪強度,直接剪切試驗,三軸壓縮試驗,無側(cè)限抗壓強度試驗,現(xiàn)場十字板剪切儀,5.2 土的剪切試驗方法,試驗儀器：直剪儀（應(yīng)變控制式，應(yīng)力控制式）,5.2.1 直接剪切試驗,應(yīng)變控制式直剪儀的試驗原理： 對同一種土至少取4個平行試樣，分別在不同垂直壓力下剪切破壞，將試驗結(jié)果繪制抗剪強度f與相應(yīng)垂直壓力的關(guān)系圖。,剪切容器與應(yīng)力環(huán),在不同的垂直壓力下進(jìn)行剪切試驗，得相應(yīng)的抗剪強度f，繪制f - 曲線，得該土的抗剪強度包線,在法向應(yīng)力作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線。,快剪 固結(jié)快剪 慢剪,根據(jù)加荷速率 的快慢分類：,直剪試驗優(yōu)缺點：,優(yōu)點： 儀器構(gòu)造簡單，試樣的制備和安裝方便，易于操作。 缺點：

5、剪切破壞面固定，且不一定是土樣的最薄弱面。 不能嚴(yán)格控制排水條件，不能量測土樣的孔隙水壓力。 剪切過程中試樣剪切面積逐漸減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻。,一、抗剪強度包線,分別在不同的周圍壓力3作用下進(jìn)行剪切，得 到34 個不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓的公切 線即為土的抗剪強度包線。,c,5.2.2 三軸壓縮試驗,二、三軸剪切試驗,試驗儀器組成： 應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測系 統(tǒng)組成 應(yīng)力控制式三軸儀,試驗步驟:,第二步：施加周圍壓力,第三步：施加豎向壓力,第一步：裝土樣,三軸壓縮儀,軸向加荷系統(tǒng),加壓和量測系統(tǒng),三軸試驗優(yōu)缺點：,優(yōu)點： 能控制排水條件，量測孔隙水壓力。 試

6、樣的應(yīng)力分布比較均勻，剪切破壞面為最薄弱面。 缺點： 試驗儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)雜。 試驗在2=3的軸對稱條件下進(jìn)行，與土體實際受力情況可能不符。,5.3 不同排水條件時的剪切試驗,5.3.1 總應(yīng)力強度指標(biāo)與有效應(yīng)力強度指標(biāo),c 、 為土的有效粘聚力和有效內(nèi)摩擦角，即土的有效應(yīng)力強度指標(biāo),c 、 為土的總應(yīng)力強度指標(biāo),有效應(yīng)力原理：土的抗剪強度并不是由剪切面上的法向總應(yīng)力決定，而是取決于剪切面上的法向有效應(yīng)力。,三軸壓縮試驗可以分為三種試驗方法： 1.不固結(jié)不排水試驗 (UU試驗) 2.固結(jié)不排水試驗 (CU試驗) 3.固結(jié)排水試驗 (CD試驗),5.3.2 不同排水條件時的

7、剪切試驗方法,1.不固結(jié)不排水剪（UU）,三軸試驗：施加周圍壓力3、軸向壓力直至剪破的整個過程都關(guān)閉排水閥門，不允許試樣排水固結(jié)。,直剪試驗：通過試驗加荷的快慢來實現(xiàn)是否排水。使試樣在35min內(nèi)剪破，稱之為快剪。,有效應(yīng)力圓,總應(yīng)力圓,u=0,cu,飽和粘性土在三組3下的不排水剪試驗得到A、B、C三個不同3作用下破壞時的總應(yīng)力圓，但只能得到一個有效應(yīng)力圓。,為什么強度包線是一條水平線,2. 固結(jié)不排水剪（CU）,三軸試驗：施加周圍壓力3時打開排水閥門，試樣完全排水固結(jié)，孔隙水壓力完全消散。然后關(guān)閉排水閥門，再施加軸向壓力增量，使試樣在不排水條件下剪切破壞。,直剪試驗：剪切前試樣在垂直荷載下充

8、分固結(jié)，剪切時速率較快，使土樣在剪切過程中不排水，這種剪切方法為稱固結(jié)快剪。,將總應(yīng)力圓在水平軸上左移uf得到相應(yīng)的有效應(yīng)力圓，按有效應(yīng)力圓強度包線可確定c 、 ,ccu,c ,飽和粘性土在三組3下進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗得到A、B、C三個不同3作用下破壞時的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強度包線確定固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強度指標(biāo)ccu、 cu,3. 固結(jié)排水剪（CD）,三軸試驗：試樣在圍壓3作用下排水固結(jié)，再緩慢施加軸向壓力增量，直至剪破，整個試驗過程中打開排水閥門，始終保持試樣的孔隙水壓力為零。,直剪試驗：試樣在垂直壓力下固結(jié)穩(wěn)定，再以緩慢的速率施加水平剪力，直至剪破，整個試驗過程中盡量使土樣排水，試驗方法

9、稱為慢剪。,在整個排水剪試驗過程中，uf 0，總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓即是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力強度線即是有效應(yīng)力強度線，強度指標(biāo)為cd、d。,cd,總結(jié):,對于同一種土，在不同的排水條件下進(jìn)行試驗，總應(yīng)力強度指標(biāo)完全不同。,有效應(yīng)力強度指標(biāo)不隨試驗方法的改變而不同，抗剪強度與有效應(yīng)力有唯一的對應(yīng)關(guān)系。,3=0,5.3.3 無側(cè)限抗壓強度試驗,無 側(cè) 限 壓 縮 儀,0,cu,無側(cè)限抗壓強度試驗,qu,無側(cè)限抗壓強度試驗所得的極限應(yīng)力圓的水平切線就是破壞包線,無側(cè)限抗壓強度試驗,無 側(cè) 限 壓 縮 儀,0,cu,無側(cè)限抗壓強度試驗,qu,無側(cè)限抗壓強度試驗所得的極限應(yīng)力圓的水平切線就是破壞包線,十