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第五章 土的抗剪强度 5.1 土的抗剪强度概述 土的抗剪强度 ：是指土体抵抗剪切 破坏的极限能力。剪切破坏是土体破 坏的重要特征。 砂土：其抗剪强度由内摩擦阻力构成， 其大小取决于土粒表面的粗糙度、密 实度、凸颗粒大小及级配等因素。 粘性土：其抗剪强度由粘结力和内摩 擦阻力两部分组成。 与土的抗剪强度有关的工程问题 （1）稳定性问题 （2）土压力问题 （3）承载力问题 5.1.1抗剪强度的库仑公式 1、总应力法 砂土抗剪强度表达式： 粘性土抗剪强度表达式： 2、有效应力法 砂土抗剪强度表达式： 粘性土抗剪强度表达式： 3、库仑公式中，对于同一种土体，其 c 和φ值并非常数，它们均因试验方法和土样的试验条件等的不同而异。 4、实际工程中，由于孔隙水压力很难准确计算和测量，极大多数土工问题采用总应力的分析计算方法。 5.1.2莫尔－库仑强度理论 1、莫尔理论 材料的破坏是剪切破坏， 且破坏面上的剪应力是该面 上法向应力的函数： 莫尔包络线 2、莫尔－库仑强度理论 土的莫尔包络线通常可近似地用直线代替，该直线方程就是库仑公式表示的方程。由库仑公式表示莫尔包络线的强度理论，称为莫尔－库仑强度理论。 3、土中任意一点的应力 下面仅研究平面问题，在土体中取一单元微体，将各力分别 在水平和垂直方向投影，根据静力平衡条件可得： 4、极限平衡条件 （1） 相离 ，不会发生剪切破坏； （2） 相割 ，土体已破坏（摩尔 圆代表的应力状态实际上不存在）； （3） 相切 ，极限平衡状态，极 限应力圆。 当土体中任意一点在某一平面 上的剪应力达到土的抗剪强度时， 就发生剪切破坏，该点即处于极限 平衡状态。 极限平衡条件： 根据莫尔－库仑理论，可得到土体中一点的剪切破坏条件，即土的极限平衡条件。 （1）粘性土的极限平衡条件 （2）无粘性土的极限平衡条件 （3）破坏面与大主应力 作用面间的夹角 5.2 抗剪强度的测定方法 5.2.1直接剪切试验 直剪仪分为应变控 制式和应力控制式两种， 前者是等速推动试样产 生位移，测定相应的剪 应力，后者是对试件分 级施加水平剪力测定相 应的位移。目前，我国 普遍采用的是应变控制 式直剪仪。 ΔL=20n-R 式中：ΔL—剪切位移（0.01mm）； n—手轮转数； --剪应力（kPa）； C--测力计率定系数（N/0.01mm）； R--测力计量表读数（0.01mm）； 制图：①以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力τ与剪切位移Δl关系曲线；②以抗剪强度τf为纵坐标，垂直压力p为横坐标，绘制抗剪强度τf与垂直压力p的关系曲线。选取剪应力τ与剪切位移Δl关系曲线上的峰值点或稳定值作为抗剪强度τf；若无明显峰值点，则可取剪切位移ΔL等于4mm对应的剪应力作为抗剪强度τf。 直剪仪构造简单、操作方便、但有如下缺点： 1、剪应变和剪应力分布不均匀； 2、剪切面并非是试样抗剪最弱的剪切面； 3、剪切过程中，试样面积逐渐减小，且垂直荷载发生偏心；计算抗剪强度时按受剪面积不变和剪应力均匀分布计算。 4、不能严格控制排水条件。 5.2.2 三轴压缩试验 1、装置 主要由三部分组成：主机（包括压力室、轴向加荷系统）、稳压调压系统（由压力泵、调压阀和压力表等组成）及量测系统（排水管、体变管、孔隙水压力量测装置）。 2、常规三轴试验原理 3、计算与制图 1）试样面积效正： 式中：ε1--轴向应变，ΔH/H0； H0、A0--试样起始高度、面积； 2）计算主应力差： 式中： --主应力差（kPa）； C--测力计率定系数(N/0.01mm)； R--测力计读数(0.01mm)； 10--单位换算系数。 3）绘制主应力圆和强度包络线 以法向应力σ为横坐标，剪切应力τ为纵坐标。在横坐标上以（σ1+σ2）/2为圆心，以（σ1-σ2）/2 为半径，绘制破损总应力圆。在绘制不同周围压力下的应力圆后，作诸圆的包络线，该包络线的倾角为φu ，包络线在纵轴的截距为Cu(总应力)。 4、三轴试验的优缺点 优点：