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1、土的抗剪強度王英浩內(nèi)蒙古科技大學建筑與土木工程學院巖土教研組概述土的破壞主要是由于剪切引起的，剪切破壞是土體破壞的重要特點.工程時間中與土的抗剪強度有關的工程主要有以下3類:（1）土質土壩的穩(wěn)定（2）土壓力（3）地基的承載力問題工程實例－土坡穩(wěn)定工程實例－土坡穩(wěn)定工程實例－土壓力工程實例－土壓力工程實例－地基承載力問題工程實例－地基承載力問題第一節(jié)土的抗剪強度概述土的抗剪強度:是指土體抵抗剪切破壞的極限能力。滑動面(破壞面):當土體受到荷載作用后,土中各點將產(chǎn)生剪應力,若某點的剪應力達到其抗剪強度,在剪切面兩側的土體將產(chǎn)生相對位移而產(chǎn)生滑動
2、破壞,該剪切面稱為滑動面或破壞面。一.庫侖公式1）庫倫公式基本形式（總應力抗剪強度公式）式中——剪切破壞面上的剪應力，即土的抗剪強度(KPa)——破壞面上的法向應力(KPa)——土的粘聚力，(KPa)對于無粘性土，——土的內(nèi)摩擦角(o)稱為抗剪強度指標，同一種土，它們與試驗方法有關無粘性土粘性土（2）有效應力抗剪強度公式式中——剪切破壞面上的有效法向應力(KPa)u——土中的超靜孔隙水壓力(KPa)——土的有效粘聚力(KPa)——土的有效內(nèi)摩擦角(o)稱為土的有效抗剪強度指標，同一種土，其值理論上與試驗方法無關，應接近于常數(shù)。問題:總應力法
3、與有效應力法的優(yōu)缺點是什么?總應力法比有效應力法簡單,因為試驗時不需測量孔隙水壓力,進行穩(wěn)定分析時也不考慮孔隙水壓力,只需測量總應力即可.但是對于同一種土,施加相同的總應力,如果試驗方法不同,或者說控制的排水條件不同,則所得的強度指標也就不相同.也就是說,總應力和土的抗剪強度沒有唯一對應的關系,應用較多.有效應力法考慮了孔隙水壓力的影響,只計入作用于粒間的有效應力,試驗證明,對于同一種土,不論采用何種試驗方法,只要能準確測量出孔隙水壓力,則所得的有效抗剪強度指標是相同的.它們有唯一對應的關系.但測量孔隙水壓力時,比較麻煩,需要精確評價地基強
4、度和穩(wěn)定性時常采用.抗剪強度的來源：1）無粘性土：來源于土粒間的摩擦力（內(nèi)摩擦力）。包括：a.一部分由于土顆粒粗糙產(chǎn)生的表面摩擦力；b.另一部分是粗顆粒之間互相鑲嵌，聯(lián)鎖作用產(chǎn)生的咬合力。2）粘性土：除內(nèi)摩擦力外，還有內(nèi)聚力。內(nèi)聚力主要來源于：土顆粒之間的電分子吸引力和土中膠結物質（硅、鐵物質和碳酸鹽等）對土粒的膠結作用。二.莫爾-庫侖強度理論(一)、土體中任一點的應力狀態(tài)假定土層為均勻、連續(xù)的半空間材料，研究地面以下任一深度處M點的應力狀態(tài)。下面僅研究平面問題，在土體中取一微單元體，作用在該單元體上的兩個主應力為，則作用在與大主應力作用面
5、成角的平面上的正應力和剪應力可根據(jù)靜力平衡條件求得：如下圖。以上可用莫爾圓表示，(二)、土的極限平衡條件的建立如果給定了土的抗剪強度參數(shù)?和c以及土中某點的應力狀態(tài)，則可將抗剪強度包線與莫爾應力圓畫在同一張坐標圖上。它們之間的關系有三種情況：（1）莫爾圓位于抗剪強度包線下方（圓1），說明該點在任何平面上的剪應力都小于土所能發(fā)揮的抗剪強度，因此不會發(fā)生剪切破壞；（2）圓3實際上不存在；（3）圓2，說明在A點所代表的平面上剪應力正好等于抗剪強度，該點處于極限平衡狀態(tài)。c土處于極限平衡狀態(tài)下時根據(jù)極限應力圓與抗剪強度包線相切的幾何關系，可建立以下
6、極限平衡條件：粘性土：化簡后得：無粘性土：破裂面破裂角：破壞面與大主應力作用面間的夾角問題:土體的最大剪應力面是否即剪切破裂面?對于飽和軟粘土,在不排水條件下,其內(nèi)摩擦角為0,此時土體的最大剪應力面即為剪切破裂面.第二節(jié)抗剪強度的測定方法測定土抗剪強度指標的試驗稱為剪切試驗按照常用的試驗儀器將剪切試驗分為直接剪切試驗三軸壓縮試驗無側向抗壓強度試驗十字板剪切試驗近似模擬直接剪切試驗應變控制式直剪儀應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，將試驗結果繪制抗剪強度?f與相應垂直壓力?的關系圖。試驗結
7、果表明，對于粘性土?f~?基本上呈直線關系，直線方程可用庫倫公式表示；對于無粘性土，?f~?則是通過原點的直線。的缺點直接剪切儀限定剪切面不一定是最薄弱面剪切面上剪應力分布不均勻剪切面在剪切過程中是逐漸縮小的不能嚴格控制排水條件，不能量測孔隙水壓力構造簡單操作方便的優(yōu)點直接剪切儀三軸壓縮試驗對同一種土至少取3個平行試樣，分別在不同周圍壓力?3和軸壓?1作用下剪切破壞，將試驗結果繪制為若干個極限應力圓。根據(jù)莫爾-庫倫理論，這一組極限應力圓的公共切線即為土的抗剪強度包線，可近似取為一條直線，直線的方程即為庫倫公式所表示的方程。三軸壓縮儀的試驗原
8、理：c0三軸壓縮試驗原理的優(yōu)點三軸壓縮儀的缺點三軸壓縮儀能較嚴格地控制排水條件剪切破壞面為最薄弱面試驗設備、試驗過程相對復雜試樣的受力狀態(tài)為軸對稱情況，與實際土體的受力狀態(tài)未必相
