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第四章 土的强度理论 学习要求： 1. 掌握抗剪强度公式，熟悉抗剪强度的影响因素； 2．掌握摩尔-库仑抗剪强度理论和极限平衡理论； 3．掌握抗剪强度指标的测定方法； 4．掌握不同固结和排水条件下土的抗剪强度指标的意义； 5．了解应力路径的概念。 土的抗剪强度 1.库仑定律 2.土的极限平衡条件 剪切试验方法(直剪，三轴，无侧限，十字板） 不同排水条件下剪切试验成果* §4.1土的抗剪强度与极限平衡条件 一、库仑定律 二、土体抗剪强度影响因素 摩擦力的两个来源 1.滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦 2.咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力 粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成 抗剪强度影响因素 摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度 粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构 土的剪切试验方法 一、直接剪切试验 在不同的垂直压力?下进行剪切试验，得相应的抗剪强度τf，绘制τf -? 曲线，得该土的抗剪强度包线 二、三轴剪切试验 应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成 应力控制式三轴仪 抗剪强度包线 分别在不同的周围压力?3作用下进行剪切，得到3～4 个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线 三、无侧限抗压强度试验 灵敏度 粘性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值 四、十字板剪切试验 适用于现场测定饱和粘性土的不排水强度，尤其适用于均匀的饱和软粘土 三、土中一点的应力状态 土体内一点处不同方位的截面上应力的集合（剪应力? 和法向应力?） 四、土的极限平衡条件 应力圆与强度线相离： 莫尔－库仑破坏准则 莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破坏准则 (目前判别土体所处状态的最常用准则) 莫尔－库仑破坏准则 §5.3 排水条件与试验成果的关系 一、总应力强度指标与有效应力强度指标 二、不同排水条件时的剪切试验方法及成果表达 三、抗剪强度指标的选用 * * 1776年，库仑根据砂土剪切试验 ?f =? tan? 砂土 后来，根据粘性土剪切试验 ?f =c+? tan? 粘土 c ? ? 库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力? 的线性函数 c:土的粘聚力 ?:土的内摩擦角 ? ?f ? ?f 试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式） 剪切试验 剪前施加在试样顶面上的竖向压力为剪破面上的法向应力?，剪应力由剪切力除以试样面积 在法向应力?作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据曲线得到该?作用下，土的抗剪强度 4mm a b 剪切位移△l (0.01mm) 剪应力?（kPa) 1 2 试验步骤: ? 3 ? 3 ? 3 ? 3 ? 3 ? 3 △? △? 2.施加周围压力 3.施加竖向压力 1.装样 抗剪强度包线 ? ? c ? qu qu 加压框架 量表 量力环 升降螺杆 无侧限压缩仪 无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即?3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度 试样 根据灵敏度将饱和粘性土分类： 低灵敏度土 1St≤2 中灵敏度土 2 St≤4 高灵敏度土 St4 ?3 ?3 ?1 ?1 ? ? ? ?3 ?1 ? dl dlcos? dlsin? 楔体静力平衡 ? ? ?3 ?1 ? dl dlcos? dlsin? 斜面上的应力 莫尔应力圆方程 ? ? O ?1 ?3 1/2(?1 +?3 ) ? 2? A(?, ?) 圆心坐标[1/2(?1 +?3 )，0] 应力圆半径r＝1/2(?1－?3 ) ? ? 强度线 应力圆与强度线相切： 应力圆与强度线相割： ττf 弹性平衡状态 τ=τf 极限平衡状态 ττf 破坏状态 ? 强度线 ? ?3 ?1 c ? ? f 2? f A ? ? cctg? 1/2(?1 +?3 ) 无粘性土：c=0 库仑定律 说明：施加于试样上的垂直法向应力?为总应力，c、?为总应力意义上的土的粘聚力和内摩擦角，称之为总应力强度指标 根据有效应力原理：土的抗剪强度并不是由剪切面上的法向总应力决定，而是取决于剪切面上的法向有效应力 有效应力强度指标确切地表达出了土的抗剪强度的实质，是比较合理的表达方法 1.不固结不排水剪（UU） 三轴试验：施加周围压力?3、轴向压力△?直至剪破的整个过程都关闭排水阀门，不允许试样排水固结 ? 3 ? 3 ? 3 ? 3 ? 3 ? 3 △? △? 直剪试验：通过试验加荷