【正文】 土的強(qiáng)度機(jī)理 —— 摩擦強(qiáng)度＋粘聚強(qiáng)度 （ 1）滑動(dòng)摩擦 摩擦強(qiáng)度 ?tg? 由顆粒之間發(fā)生滑動(dòng)時(shí)顆粒接觸面粗糙不平所引起，與顆粒大小，礦物組成等因素有關(guān) 2 30? 20? 顆粒直徑 (mm) 滑動(dòng)摩擦角 ? u 粗粉 細(xì)砂 中砂 粗砂 （ 2） 咬合摩擦 摩擦強(qiáng)度 ?tg? C A B C A B 剪切面 ? 是指相鄰顆粒對(duì)于相對(duì)移動(dòng)的約束作用 ? 當(dāng)發(fā)生剪切破壞時(shí)，相互咬合著的顆粒 A必須抬起，跨越相鄰顆粒 B， 或在尖角處被剪斷（ C）， 才能移動(dòng) ? 土體中的顆粒重新排列，也會(huì)消耗能量 52 土的抗剪強(qiáng)度理論 ? 密度（ e, ?? ?? ? 粒徑級(jí)配（ Cu, Cc） ? 顆粒的礦物成分 對(duì)于 ?：砂土 粘性土； 高嶺石 伊里石 蒙特石 ? 粒徑的形狀（顆粒的棱角與長(zhǎng)寬比） 在其他條件相同時(shí)： 一般，對(duì)于粗粒土，顆粒的棱角提高了內(nèi)摩擦角 ? 影響土的摩擦強(qiáng)度的主要因素： 摩擦強(qiáng)度 ?tg? 52 土的抗剪強(qiáng)度理論 52 土的抗剪強(qiáng)度理論 ? 粘聚強(qiáng)度機(jī)理 ? 靜電引力（庫(kù)侖力） ? 范德華力 ? 顆粒間膠結(jié) ? 假粘聚力（毛細(xì)力等） ? 粘聚強(qiáng)度影響因素 ? 地質(zhì)歷史 ? 粘土顆粒礦物成分 ? 密度 ? 離子價(jià)與離子濃度 + 粘聚強(qiáng)度 52 土的抗剪強(qiáng)度理論 土的抗剪強(qiáng)度有兩種表達(dá)方法，一種是以總應(yīng)力表示剪切破壞面上的法向應(yīng)力，抗剪強(qiáng)度表達(dá)式即為庫(kù)倫公式，稱(chēng)為抗剪強(qiáng)度 總應(yīng)力法 ，相應(yīng)的 c 、 υ 稱(chēng)為總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) ( 參數(shù) ) ；另一種則以有效應(yīng)力表示剪切破壞面上的法向應(yīng)力，稱(chēng)為抗剪強(qiáng)度 有效應(yīng)力法 ， c’ 、 υ’ 稱(chēng)為有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) ( 參數(shù) ) 。 抗剪強(qiáng)度有效應(yīng)力表達(dá)式 ： 對(duì)于砂土 對(duì)于粘性土 39。39。39。 土單元應(yīng)力狀態(tài)的軌跡是一個(gè)圓。 ? ? ?f ?強(qiáng)度包線(xiàn)以?xún)?nèi)： 任何一個(gè)面上的一對(duì)應(yīng)力 ?與 ? 都沒(méi)有達(dá)到破壞包線(xiàn)，不破壞； ?與破壞包線(xiàn)相切： 該面上的應(yīng)力達(dá)到破壞狀態(tài)； ?與破壞包線(xiàn)相交： 有一些平面上的應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度；不可能發(fā)生。 ? ? ?f 53 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 二、極限平衡條件 莫爾 庫(kù)侖強(qiáng)度理論表達(dá)式－極限平衡條件 131313 132s in2 c tgc tg2cc??????? ? ? ??????? ? ? ????1 ?3 13c tg2c??? ???t a nf c? ? ???? ? O ? c 132???53 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 二、極限平衡條件 剪破面與大主應(yīng)力作用平面的夾角 稱(chēng)為 破壞角 ，從圖中幾何關(guān)系可得理論剪破角為： =45176。當(dāng)土的強(qiáng)度指標(biāo) c， υ 為已知，若土中某點(diǎn)的大小主應(yīng)力 σ1和 σ3滿(mǎn)足上列關(guān)系式時(shí)，則該土體正好處于極限平衡或破壞狀態(tài) 。 ? ? ? ?? ? ? ?239。2239。39。4539。4539。213231????????????????????????tgctgtgctg【例題 5－ 1】已知某土體單元的大主應(yīng)力 σ1＝ 480kPa， 小主應(yīng)力 σ3＝ 220kPa。 問(wèn)該單元土體處于什么狀態(tài)？ 【解】已知 σ1＝ 480kPa,σ3＝ 220kPa ,c=20kPa, υ＝ 18176。 +? 分別求出剪破面上的法向應(yīng)力 σ和剪應(yīng)力 τ為 求相應(yīng)面上的抗剪強(qiáng)度 τf為 由于 τ τf， 說(shuō)明該單元體早已破壞。 = （ 2）利用極限平衡條件來(lái)判別 ①由達(dá)到極限平衡條件所需要的小主應(yīng)力值為 σ3f， 此時(shí)把實(shí)際存在的大主應(yīng)力 σ3 = 480kPa及強(qiáng)度指標(biāo) c， υ代入下式中，則得 53 土中一點(diǎn)的應(yīng)力極限平衡條件 ②也可由計(jì)算達(dá)到極限平衡條件時(shí)所需要得大主應(yīng)力值為 σ1f， 此時(shí)把實(shí)際存在的大主應(yīng)力 σ3 =480kPa及強(qiáng)度指標(biāo) c， υ代入下式中，則得 由計(jì)算結(jié)果表明，雖然 σ3＜ σ3f , 但 σ1 ＞ σ1f ， 所以該單元土體早已破壞。 最大剪應(yīng)力平面與大主應(yīng)力平面成 45 176。 54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 測(cè)定土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)稱(chēng)為 剪切試驗(yàn) ； 剪切試驗(yàn)可以在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，也可在現(xiàn)場(chǎng)原位條件下進(jìn)行。 54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 一、直接剪切試驗(yàn) σ = 100KPa ? S σ = 200KPa σ = 300KPa ? ? O c ? 粘性土抗剪強(qiáng)度線(xiàn) ? ? O ? 無(wú)粘性土抗剪強(qiáng)度線(xiàn) (過(guò)原點(diǎn) ) 通過(guò)控制剪切速率來(lái)近似模擬排水條件 (1) 固結(jié)慢剪 施加正應(yīng)力 充分固結(jié) 慢慢施加剪應(yīng)力 小于 ， 以保證無(wú)超靜孔壓 (2) 固結(jié)快剪 施加正應(yīng)力 充分固結(jié) 在 35分鐘內(nèi)剪切破壞 (3) 快剪 施加正應(yīng)力后 立即剪切 35分鐘內(nèi)剪切破壞 P S T A 54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 一、直接剪切試驗(yàn) ? ? O ?n K0?n P S T A z?x?zx?xz?1?3?54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 直接剪切試驗(yàn) 54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 一、直剪試驗(yàn) ? 設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便 ? 結(jié)果便于整理 ? 測(cè)試時(shí)間短 ?優(yōu)點(diǎn) ? 試樣應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜 ? 應(yīng)變不均勻 ? 不易控制排水條件 ? 剪切面固定 ?缺點(diǎn) P S T A 類(lèi)似試驗(yàn)： 環(huán)剪試驗(yàn) 單剪試驗(yàn) T P 試樣內(nèi)的 變形分布 54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 二、三軸壓縮試驗(yàn) (triaxial shear test) 壓力水 試樣 壓力室 排水管 閥門(mén) 軸向加壓桿 有機(jī)玻璃罩 橡皮膜 透水石 頂帽 量測(cè)體變或孔壓 三軸是指一個(gè)豎向和兩個(gè)側(cè)向而言，由于壓力室和試樣均為圓柱形，因此，兩個(gè)側(cè)向的應(yīng)力（或稱(chēng)圍壓）相等并為小主應(yīng)力 σ3 ，而豎向（或軸向）的應(yīng)力為大主應(yīng)力 σ1。 類(lèi)似試驗(yàn)： 環(huán)剪試驗(yàn) 單剪試驗(yàn) 常規(guī)三軸儀 54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 二、三軸壓縮試驗(yàn) 試驗(yàn)方法： 首先試樣施加靜水壓力 — 室壓（圍壓） ?1=?2=?3 ； 然后通過(guò)活塞桿施加的是應(yīng)力差 Δ ?1= ?1?3 。因此，試驗(yàn)中徑向應(yīng)力σ3等于（ σc+ Δσ3 ），軸向應(yīng)力 σ1等于（ σ3+q ）。固結(jié)排水剪試驗(yàn)同樣在周?chē)鷫毫υ隽?Δσ3下排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，在允許有水進(jìn)出的條件下以極慢的速率對(duì)試樣逐漸施加附加軸向壓力 q， 直至試樣剪破。 所以，也可稱(chēng)為 單軸壓縮試驗(yàn) 。同時(shí)，又由于試樣是在軸向壓縮的條件下破壞的，因此，把這種情況下土所能承受的最大軸向壓力稱(chēng)為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度以 qu表示。 54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 三、 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 當(dāng)軸向壓力與軸向應(yīng)變的關(guān)系曲線(xiàn)出現(xiàn)明顯的峰值時(shí)，則以峰值處的最大軸向壓力作為土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 qu； 當(dāng)軸向壓力與軸向應(yīng)變的關(guān)系曲線(xiàn)不出現(xiàn)峰值時(shí)，則取軸向應(yīng)變 ε＝ 20％ 處的軸向壓力作為土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 qu。 2qcuf ???54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 三、 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 三、 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 2qcuf ???54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 四、原位十字板剪切試驗(yàn) ? 一般適用于測(cè)定軟粘土的不排水強(qiáng)度指標(biāo)； ? 鉆孔到指定的土層，插入十字形的探頭； ? 通過(guò)施加的扭矩計(jì)算土的抗剪強(qiáng)度 假定： (1) 剪破面為圓柱面； (2) 抗剪強(qiáng)度均勻； 推導(dǎo)其抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式如下： 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介 —— m a x 1 2M M M??fvfh ?? ?時(shí)： ffHDDMMM ???? ??????262321m axm ax2()23fMDDH????fhDfhDrrrM ???? ????? ?6d2232/01fvDDHM ?? ???22 M1 H D M2 54 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 四、原位十字板剪切試驗(yàn) 55 三軸壓縮試驗(yàn)中的孔隙應(yīng)力系數(shù) 在常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)中，試樣先承受周?chē)鷫毫?σc固結(jié)穩(wěn)定，以模擬試樣的原位應(yīng)力狀態(tài)。在試驗(yàn)中分兩個(gè)階段來(lái)加荷，先使試樣承受周?chē)鷫毫υ隽?Δσ3， 然后在周?chē)鷫毫Σ蛔兊臈l件下施加大、小主應(yīng)力之差（ Δσ1－ Δσ3)(即附加軸向壓力 q）。 超孔隙水應(yīng)力的總增量為 Δu=Δu1+Δu2 ， 總的超孔隙水應(yīng)力為 u=u0+ Δu＝ Δu = + + 一 .孔隙應(yīng)力系數(shù) B 當(dāng)試樣在不排水條件下受到各向相等壓力增量 Δσ3時(shí)，產(chǎn)生的孔隙應(yīng)力增量為 Δu1， 將 Δu1與 Δσ3之比定義為孔隙應(yīng)力系數(shù) B， 即 B＝ Δu1/Δσ3 式中 B是在各向施加相等壓力條件下的孔隙應(yīng)力系數(shù)。 在飽和土的不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中，周?chē)鷫毫υ隽繉⑼耆煽紫端袚?dān)，所以 B＝ 1； 當(dāng)土完全干燥時(shí)，孔隙氣的壓縮性要比骨架的壓縮性高的多，這時(shí)周?chē)鷫毫υ隽繉⑼耆赏凉羌艹袚?dān)，于是 B＝ 0。飽和度越大， B越接近 1。上式也可寫(xiě)成：