【正文】 AT=?ANp =直剪試驗(yàn)結(jié)果 ?? f = c ＋ p tan? ? 第一級荷載必須大于上覆有效壓力 直剪試驗(yàn)方法 快剪試驗(yàn) ? 在土樣上下兩面安置不透水的銅板或塑料膜，并在施加豎向壓力后立即施加水平剪力進(jìn)行剪切，而且剪切的速率也很快，一般只 3 ~ 5min 。 ? 考慮上述復(fù)雜因素的試驗(yàn)只能用三軸儀才能模擬。 ? 對軟土，也可以用原位測試－十字板試驗(yàn)測定。 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測定方法 ? 在室內(nèi)試驗(yàn)中，可以用直剪試驗(yàn)或三軸試驗(yàn)來測定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。當(dāng)土的天然結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，原始粘聚力將喪失一些，但會(huì)隨著時(shí)間而恢復(fù)其中的一部分或全部。 ? ? ? ?? = c ＋ p tan? ? 對于 ? ＝ 0的土，稱為凝聚性材料，構(gòu)成內(nèi)聚力的物理原因是土的細(xì)顆粒表面作用，是一種物理化學(xué)作用。 ?? = c ＋ p tan? ? 對于 c＝ 0的土，稱為純摩擦材料， 內(nèi)摩阻力包括土粒之間的表面摩擦力和由于土粒之間的聯(lián)鎖作用而產(chǎn)生的咬合力。在土力學(xué)中，采用摩爾 — 庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則，用內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力兩個(gè)指標(biāo)描述土的抗剪強(qiáng)度規(guī)律，即在土的破裂面上，抗剪強(qiáng)度隨法向應(yīng)力增長的規(guī)律。 ? 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是土體的固有性質(zhì)，是描述土體中的抗剪強(qiáng)度隨法向應(yīng)力變化規(guī)律的參數(shù)； ? 抗剪強(qiáng)度是在一定的應(yīng)力條件下，土體滑動(dòng)面上抵抗滑動(dòng)的總強(qiáng)度。土的抗剪強(qiáng)度及其工程問題 同濟(jì)大學(xué) 高大釗 二○○六年四月 內(nèi) 容 ?土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) ?工程中的抗剪強(qiáng)度問題 ?土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 抗剪強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度指標(biāo) ?這是兩個(gè)不同的概念，但經(jīng)常被人們混淆，看一個(gè)土坡的最簡單的例子： ?平行滑動(dòng)面的力是滑動(dòng)力 T ?抵抗滑動(dòng)的是滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度 ? 滑動(dòng)面上的力系 T N G A滑動(dòng)面的面積 ? 滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度 ? 由兩部分組成，一部分與滑動(dòng)面上的法向應(yīng)力成正比，另一部分與法向應(yīng)力無關(guān)，可以寫成如下的表達(dá)式，式中的 c 稱為內(nèi)聚力， ? 稱為內(nèi)摩擦角，內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角就是這兩個(gè)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 ? 這個(gè)表達(dá)式被稱為庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則： ?? ＝ c＋ ptan? ?p=N/A ? 從整個(gè)土坡滑動(dòng)面 A上平均地看： ? 當(dāng) T?? A時(shí)，土坡不會(huì)滑動(dòng)， ? 當(dāng) T?? A時(shí)，土坡就失穩(wěn)了， ? 當(dāng) T＝ ? A時(shí)，稱為極限平衡。 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)原理與測定方法 ?抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的物理概念 ?直剪試驗(yàn)指標(biāo)的測定 ?三軸試驗(yàn)指標(biāo)的測定與資料分析 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的物理概念 ? 土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的能力。摩爾 — 庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則是土力學(xué)的三大定律之一。咬合力是指當(dāng)土體相對滑動(dòng)時(shí)，將嵌在其它顆粒之間的土粒拔出所需的力，土越密實(shí)，聯(lián)鎖作用則越強(qiáng)。 ? 原始粘聚力主要是由于土粒間水膜受到相鄰?fù)亮Ｖg的電分子引力而形成的，當(dāng)土被壓密時(shí)，土粒間的距離減小，原始粘聚力隨之增大。 ? 固化粘聚力是由于土中化合物的膠結(jié)作用而形成的，當(dāng)土的天然結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，則固化粘聚力隨之喪失，而且不能恢復(fù)。 ? 對粗粒土應(yīng)當(dāng)用大尺寸的儀器或現(xiàn)場大型直剪試驗(yàn)測定。 ? 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和土的原始狀態(tài)、應(yīng)力路徑、應(yīng)力歷史、排水條件等因素有關(guān)，考慮不同因素影響時(shí)，應(yīng)采用不同的試驗(yàn)方法。三軸試驗(yàn)分為常規(guī)的試驗(yàn)和特殊的試驗(yàn)兩類。 采取這些措施的目的是為了控制土樣在試驗(yàn)時(shí)不固結(jié)排水，以便測定天然狀態(tài)的強(qiáng)度指標(biāo)。 ? 由于直剪儀固有的缺點(diǎn)，盡管采取了上述措施，土樣和環(huán)刀之間仍有滲水通道，不能保證土樣處于完全不排水的狀態(tài)，特別是對透水性比較大的土影響更大。 固結(jié)排水終了后再施加水平剪力 ， 快速地將土樣剪壞 。固結(jié)快剪試驗(yàn)得到的指標(biāo)用 ccq 、 ?cq表示。慢剪試驗(yàn)指標(biāo)用 cs 、 ? s 。 ? 曾有文獻(xiàn)報(bào)道，對于塑性指數(shù)小于 11的土，固結(jié)快剪試驗(yàn)的內(nèi)摩擦角與慢剪試驗(yàn)的內(nèi)摩擦角很接近， 一般只比慢剪試驗(yàn)的內(nèi)摩擦角小 1? ~ 2? ，但在塑性指數(shù)為 11 ~ 18的土中，兩者的數(shù)值相差很大，一般為 10?左右。由此可見，直剪試驗(yàn)不適用于低塑性土。對軟土作快剪試驗(yàn)時(shí)，由于豎向荷載對土樣的擠壓作用，軟土側(cè)面擠入縫隙中，既破壞了土的結(jié)構(gòu)，又影響了試驗(yàn)的結(jié)果。可見直剪儀也不適用于砂土和軟土。 由于剪切總是發(fā)生在上下盒之間，剪切面人為規(guī)定為水平方向，這與實(shí)際工程中發(fā)生在土體內(nèi)的剪切面方向是不一致的。特別在夾薄層粉砂的粘性土層中，如果硬性規(guī)定的剪切面正好在粉砂薄層中，就會(huì)得到過大的抗剪強(qiáng)度值。 關(guān)于直剪儀的總結(jié) ? 1. 直剪儀存在許多致命的缺陷，國外已經(jīng)被淘汰，但我國還是常規(guī)武器； ? 2. 我國地基設(shè)計(jì)規(guī)范對直剪儀的態(tài)度，經(jīng)歷了從限制使用條件到企圖完全淘汰的過程，但還沒有具備淘汰的條件； ? 3. 在過渡的時(shí)間內(nèi)，正確認(rèn)識直剪儀的問題，不致發(fā)生濫用是至關(guān)重要的； 89設(shè)計(jì)規(guī)范的限制條件還是合適的 ? 直剪試驗(yàn)不適用于低塑性土。 ? 如 89版《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定直剪試驗(yàn)只適用于二級及三級建筑物的可塑狀粘性土和飽和度不大于 。土樣包在不透水的橡皮膜中，在土樣的底面和頂面都設(shè)置了可以控制的排水管道，通過閥門可以改變土樣的排水條件，并可通過管道量測土樣頂部或內(nèi)部的孔隙水壓力 。 ? 三軸試驗(yàn)方法 : ? 利用三軸儀的設(shè)備條件，用各種方法模擬土的各種應(yīng)力條件和物理狀態(tài)。 摩爾圓 土體中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 主應(yīng)力的 概念 當(dāng)截面的方向變化時(shí)，截面上應(yīng)力狀態(tài)的變化 摩爾－庫侖 強(qiáng)度包線 ? 破壞圓是破壞時(shí)的應(yīng)力圓 ? 破壞圓的公切線即為強(qiáng)度包線 ? ? ? 從 0點(diǎn)到圓心的距離等于半徑除以 sin?； ? 移項(xiàng)以后就得到極限平衡條件的表達(dá)式 ? ? ? ? ? ?1 3 1 32 2? = ? ?s i n c o sc破壞圓上的應(yīng)力條件 ??????si n1223131 ??=??? c t gc? 化簡并通過三角函數(shù)間的變換關(guān)系，從而可得到常用的土的極限平衡條件： ?????? ?????????? ??= 245tg2245tg 231 ???? c?????? ?????????? ??= 245tg2245tg 213 ???? c? 例題 土樣內(nèi)摩擦角為 ?=26176。 k P g 3 220232tg450245tg2245tg2213=??????=??????????????????=???? c? 對上述問題：內(nèi)摩擦角為 ?=26176。 關(guān)于摩爾圓的幾個(gè)概念 ? 1. ?1＝ ?3時(shí)，摩爾圓為一個(gè)點(diǎn)； ? 2. 在 ?1逐漸增大的過程中，達(dá)到破壞以前，土體都處于彈性狀態(tài)； ? 3. K0圓處于彈性狀態(tài)。 ? 4. 從 K0圓到破壞圓的過程，就是土體剪切破壞的發(fā)生過程，是從彈性狀態(tài)向塑性狀態(tài)發(fā)展的過程。 ? 5. 一系列破壞圓的公切線才是摩爾強(qiáng)度包線，摩爾強(qiáng)度包線的參數(shù)才是抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 ? 主機(jī)包括壓力室 、 周圍壓力系統(tǒng)和軸向加壓設(shè)備 。 ? 穩(wěn)壓系統(tǒng)包括壓力源 、 調(diào)壓筒和壓力表等 ， 用以調(diào)節(jié)和保持周圍壓力的穩(wěn)定 ， 以保證使用結(jié)果的準(zhǔn)確性 。 ? 量測系統(tǒng)用以量測從土樣中排出孔隙水的體積 ， 測定孔隙水壓力的變化以及對土樣施加應(yīng)力的大小 。 三軸試驗(yàn)方法與分析方法 ? 試驗(yàn)方法： ? 不固結(jié)不排水剪 ? 固結(jié)不排水剪 ? 固結(jié)排水剪 ? 分析方法： ? 總應(yīng)力法 ? 有效應(yīng)力法 三種試驗(yàn)的方法 試驗(yàn)方法 施加 周圍壓力 施加 偏差壓力 孔隙水壓力 不固結(jié)不排水剪 UU 關(guān)排水閥門 關(guān)排水閥門 不測孔隙水壓力 固結(jié)不排水剪 CU