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1、第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)是指土体抵抗剪切破坏的是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。工程中的地基承极限能力，是土的重要力学性质之一。工程中的地基承载力，挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强载力，挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度度(qingd)直接相关。土的破坏主要是由于剪切所引直接相关。土的破坏主要是由于剪切所引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点。起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点。7-1 7-1 概概 述述第一页，共50页。第七章第七章第七章
2、第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-2 7-2 土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)理论理论7.2.1 库仑公式及抗剪强度库仑公式及抗剪强度(qingd)指标指标17761776年，库仑根据年，库仑根据砂土砂土剪切试验得出剪切试验得出 f=tan 砂土砂土后来，根据后来，根据粘性土粘性土剪切试验剪切试验得出得出 f=c+tan 粘土粘土c 库仑定律：库仑定律：土的抗剪强度是土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力剪切面上的法向总应力 的线的线性函数性函数 f f第二页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的
3、抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)抗剪强度抗剪强度(qingd)指标指标c:土的粘聚力土的粘聚力:土的内摩擦角土的内摩擦角(无粘性无粘性(zhn xn)(zhn xn)土：土：c=0)c=0)7-2 7-2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论7.2.1 库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标第三页，共50页。土的抗剪强度一般可分为两部分土的抗剪强度一般可分为两部分(b fen)：一部分：一部分(b fen)与颗粒间的法向应力有关，通常呈正比例关系，其与颗粒间的法向应力有关，通常呈正比例关系，其本质是摩擦力；另一部分本质是摩擦力；另一部分(b fen)是与法向应力无关的是与法向
4、应力无关的土粒之间的粘结力，通常称为粘聚力。土粒之间的粘结力，通常称为粘聚力。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)影影响响因因素素(yn s)土土的的抗抗剪剪强强度度内在因素内在因素外在因素：外在因素：试验时的排水条件等因素试验时的排水条件等因素颗粒间的有效法向应力颗粒间的有效法向应力土的孔隙比土的孔隙比7-2 7-2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论7.2.1 库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标第四页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)表表
5、达达方方法法土土的的抗抗剪剪强强度度(qingd)总应力法：总应力强度总应力法：总应力强度(qingd)指标指标有效应力法：有效应力法：有效应力强度指标有效应力强度指标c 、为土的有效粘为土的有效粘聚力和有效内摩擦角，聚力和有效内摩擦角，即土的有效应力强度即土的有效应力强度指标指标 c、为土的总应为土的总应力强度指标力强度指标 7-2 7-2 土的抗剪强度理论土的抗剪强度理论7.2.1 库仑公式及抗剪强度指标库仑公式及抗剪强度指标第五页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7.2.2 莫尔库伦强度莫尔库伦强度(qing
6、d)理论及极限平理论及极限平衡条件衡条件19101910年莫尔年莫尔(Mohr)(Mohr)提出材料的破坏提出材料的破坏(phui)(phui)是剪切破坏是剪切破坏(phui)(phui)，当，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏(phui)(phui)，并提出在破坏，并提出在破坏(phui)(phui)面上的剪应力，是该面上法向应力的函数，面上的剪应力，是该面上法向应力的函数，即即 莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状态极限状态时，滑动面上时，滑动面上法向应力法向应力 与剪应力与剪
7、应力 f f 的关系。的关系。由库伦公式表示莫尔包线的强度理由库伦公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔论称为莫尔库伦强度理论。库伦强度理论。莫尔包线莫尔包线 f=c+tan 第六页，共50页。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，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，就发生剪切破坏就发生剪切破坏(phui)(phui)，该点即处于极限平衡状态，根据莫，该点即处于极限平衡状态，根据莫尔库伦理论，可得到土体中一点的剪切破坏尔库伦理论，可得到土体中一点的剪切破坏(phui)(phui)条件，条件，即土的极限平衡条件。即土的极限平衡条件。第七章第七章第七章第七章 土的
8、抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7.2.2 莫尔库伦强度莫尔库伦强度(qingd)理论及极限平理论及极限平衡条件衡条件 3 3 1 1 3 1 dldlcos dlsin 楔体静楔体静力平衡力平衡第七页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)O 1 31/2(1+3)2 A(,)土中某点的应土中某点的应力状态力状态(zhu(zhu ngtngt i)i)可可用莫尔应力圆用莫尔应力圆描述描述 3 1 莫尔圆可以表示土体中一点的应力莫尔圆可以表示土体中一点的应力(yngl)状态，莫尔圆
9、状态，莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力圆周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力(yngl)和剪应力和剪应力(yngl)。7.2.2 莫尔库伦强度理论及极限平衡条件莫尔库伦强度理论及极限平衡条件第八页，共50页。应力应力(yngl)(yngl)圆与强度线圆与强度线相离：相离：强度强度(qingd)线线应力应力(yngl)(yngl)圆与强度线圆与强度线相切：相切：应力圆与强度线应力圆与强度线相割相割：极限应力极限应力圆圆f 破坏状态破坏状态 第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度 7.2.2 莫尔库伦强度理论及极限平衡条件莫尔库伦强度
10、理论及极限平衡条件第九页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)3 1c f2 fA cctg 1/2(1+3)无粘性无粘性(zhn xn)(zhn xn)土土极限平衡条件：极限平衡条件：c=0c=0粘性粘性(zhn xn)(zhn xn)土极限平衡条件：土极限平衡条件：7.2.2 莫尔库伦强度理论及极限平衡条件莫尔库伦强度理论及极限平衡条件第十页，共50页。土体处于极限土体处于极限(jxin)(jxin)平衡状态时，破坏面与大主平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为应力作用面的夹角为 f f第七章第七章第七章第七章
11、 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)3 1c f2 fA cctg 1/2(1+3)说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成应力面成 /2/2的夹角的夹角(ji jio)(ji jio)。因此，土的剪切。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力破坏并不是由最大剪应力maxmax所控制。所控制。7.2.2 莫尔库伦强度理论及极限平衡条件莫尔库伦强度理论及极限平衡条件第十一页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)第十二页，共5
12、0页。【例题【例题【例题【例题(lt)7(lt)71 1】已知某土体单元的大主应力】已知某土体单元的大主应力】已知某土体单元的大主应力】已知某土体单元的大主应力11480kPa480kPa，小主应力，小主应力，小主应力，小主应力33210kPa210kPa。通过试验测得土的抗。通过试验测得土的抗。通过试验测得土的抗。通过试验测得土的抗剪强度指标剪强度指标剪强度指标剪强度指标c=20kPac=20kPa，1818，问该单元土体处于什，问该单元土体处于什，问该单元土体处于什，问该单元土体处于什么状态？么状态？么状态？么状态？【解】已知【解】已知【解】已知【解】已知11480kPa480kPa，33
13、210kPa 210kPa，c=20kPac=20kPa，1818（1 1）直接用）直接用）直接用）直接用 与与与与ff的关系来判别的关系来判别的关系来判别的关系来判别第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)第十三页，共50页。分别分别分别分别(fnbi)(fnbi)求出剪破面上的法向应力求出剪破面上的法向应力求出剪破面上的法向应力求出剪破面上的法向应力 和剪应和剪应和剪应和剪应力力力力 为为为为求相应求相应求相应求相应(xingyng)(xingyng)面上的抗剪强度面上的抗剪强度面上的抗剪强度面上的抗剪强度ff为为为为由于由于由
14、于由于 f f，说明，说明，说明，说明(shumng)(shumng)该单元体早已破该单元体早已破该单元体早已破该单元体早已破坏。坏。坏。坏。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度 第十四页，共50页。（2 2）利用极限平衡条件来判别）利用极限平衡条件来判别）利用极限平衡条件来判别）利用极限平衡条件来判别(pnbi)(pnbi)设达到极限平衡条件所需要的小主应力值为设达到极限平衡条件所需要的小主应力值为设达到极限平衡条件所需要的小主应力值为设达到极限平衡条件所需要的小主应力值为3f3f，此时把实际存在的大主应力此时把实际存在的大主应力此时把实际存在的大主应力
15、此时把实际存在的大主应力3=480kPa3=480kPa及强度指标及强度指标及强度指标及强度指标c c，代入公式中，则得代入公式中，则得代入公式中，则得代入公式中，则得第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)第十五页，共50页。也可由下式计算也可由下式计算也可由下式计算也可由下式计算(j sun)(j sun)达到极限平衡条件时达到极限平衡条件时达到极限平衡条件时达到极限平衡条件时所需要得大主应力值为所需要得大主应力值为所需要得大主应力值为所需要得大主应力值为1f1f，此时把实际存在的，此时把实际存在的，此时把实际存在的，此时把实际
16、存在的大主应力大主应力大主应力大主应力3=480kPa3=480kPa及强度指标及强度指标及强度指标及强度指标c c，代入公式代入公式代入公式代入公式中，则得中，则得中，则得中，则得由计算结果表明，由计算结果表明，由计算结果表明，由计算结果表明，3 33f,1 3f,1 1f 1f ，所以该单元所以该单元所以该单元所以该单元(dnyun)(dnyun)土体早已破坏。土体早已破坏。土体早已破坏。土体早已破坏。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)第十六页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗
17、剪强度(qingd)(qingd)7-3 7-3 土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)试验试验的的方方法法测测定定(cdng)土土抗抗剪剪强强度度直接剪切试验直接剪切试验三轴压缩试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验现场十字板剪切仪现场十字板剪切仪第十七页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-3 7-3 土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)试验试验试验仪器试验仪器(yq)(yq)：直剪仪（应变控制式，应力控制式）：直剪仪（应变控制式，应力控制式）7.3.1 直接剪切试验
18、直接剪切试验第十八页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-3 7-3 土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)试验试验7.3.1 直接直接(zhji)剪切试验剪切试验第十九页，共50页。剪前施加在试样顶面上的竖向剪前施加在试样顶面上的竖向压力压力(yl)为剪破面上的法向为剪破面上的法向应力应力，剪应力由剪切力除以试，剪应力由剪切力除以试样面积样面积在法向应力在法向应力 作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根作用下，剪应力与剪切位移关系曲线，根据据(gnj)曲线得到该曲线得到该 作用下，土的抗剪强度作用下，
19、土的抗剪强度4mm4mm a a b b 剪切位移剪切位移l(0.01mm)(0.01mm)剪应力剪应力（kPa)kPa)1 1 2 2 第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7.3.1 直接剪切试验直接剪切试验应变控制式直剪仪的试验原理：应变控制式直剪仪的试验原理：第二十页，共50页。应变控制式直剪仪的试验原理应变控制式直剪仪的试验原理(yunl)：对同一种土至少取对同一种土至少取4个平行试样，分别在不同垂个平行试样，分别在不同垂直压力直压力 下剪切破坏，一般可取垂直压力为下剪切破坏，一般可取垂直压力为100、第七章第七章第七章
20、第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)200200、300300、400 kPa400 kPa，将试验结果绘制，将试验结果绘制抗剪强度抗剪强度f f与相应与相应垂直压力垂直压力(yl)(yl)的的关系图。关系图。7-3 7-3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验7.3.1 直接剪切试验直接剪切试验第二十一页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-3 7-3 土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)试验试验7.3.1 直接直接(zhji)剪切试验剪切试验 在不同的
21、垂直压力在不同的垂直压力 下进行剪切试验，得相应的抗剪强度下进行剪切试验，得相应的抗剪强度f，绘制绘制f-曲线，得该土的抗剪强度包线曲线，得该土的抗剪强度包线第二十二页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)为了能近似地模拟现场土体的剪切条件为了能近似地模拟现场土体的剪切条件(tiojin)(tiojin)，考虑剪切前土在荷载作用下的固结，考虑剪切前土在荷载作用下的固结程度、土体剪切速率或加荷速度快慢情况。把直程度、土体剪切速率或加荷速度快慢情况。把直剪试验分为剪试验分为:快剪试验、固结快剪试验和慢剪试验。快剪试验、固结
22、快剪试验和慢剪试验。7-3 7-3 土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)试验试验7.3.1 直接剪切试验直接剪切试验第二十三页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-3 7-3 土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)试验试验7.3.1 直接直接(zhji)剪切试验剪切试验第二十四页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7.3.1 直接直接(zhji)剪切试验剪切试验第二十五页，共50页。直剪试验直剪试验(shyn
23、)(shyn)优缺点优缺点优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作。优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作。缺点：缺点：剪切破坏面固定剪切破坏面固定(gdng)(gdng)，且不一定是土样的最薄弱面。，且不一定是土样的最薄弱面。不能严格控制排水条件，不能量测土样的孔隙水压力。不能严格控制排水条件，不能量测土样的孔隙水压力。剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀。剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-3 7-3 土的抗剪强度试验
24、土的抗剪强度试验7.3.1 直接剪切试验直接剪切试验第二十六页，共50页。试验仪器试验仪器(yq)(yq)：应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测 系统组成系统组成 (常用）常用）应力控制式三轴仪应力控制式三轴仪第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-3 7-3 土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)试验试验试验步骤试验步骤:3 3 3 3 3 3 2.2.施加周围压力施加周围压力3.3.施加竖向压力施加竖向压力1.1.装样装样7.3.2 三轴压缩试验三轴压缩试验第二十七页
25、，共50页。三轴压缩三轴压缩(y su)仪仪第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)第二十八页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7.3.2 三轴压缩三轴压缩(y su)试验试验7-3 7-3 土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)试验试验抗剪强度包线抗剪强度包线 分别在不同的周围压力分别在不同的周围压力 3作用下进行剪切，得到作用下进行剪切，得到3 34 4 个不同的破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。坏应力圆，
26、绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线。抗剪强度包线抗剪强度包线 c 第二十九页，共50页。三轴压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，三轴压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，分为以下三种试验方法：分为以下三种试验方法：(1)(1)不固结不排水不固结不排水UUUU试验试验 试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中不允许排水整个过程中不允许排水,试验自始至终试验自始至终(z sh zh (z sh zh zhng)zhng)关闭排水阀门。关闭排水阀门。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪
27、强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-3 7-3 土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)试验试验 (2)(2)固结不固结不排水排水CU试验试验 试样在施加周围压力时打开排水阀门，允许排水固结，待固结稳试样在施加周围压力时打开排水阀门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪定后关闭排水阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。切破坏。(3)(3)固结排水固结排水CD试验试验 试样在施加周围压力时允许排水固结，待固结稳定后，再试样在施加周围压力时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。在排水
28、条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。7.3.2 三轴压缩试验三轴压缩试验第三十页，共50页。三轴试验三轴试验(shyn)(shyn)优优缺点缺点 优点：优点：能控制排水条件，量测孔隙水压力。能控制排水条件，量测孔隙水压力。试样的应力分布比较试样的应力分布比较(bjio)(bjio)均匀，剪切破坏面为最均匀，剪切破坏面为最薄弱面。薄弱面。缺点：缺点：试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂。试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂。试验在试验在 2=2=3 3的轴对称条件下进行，与土体实际受力的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符。情况可能不符。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强
29、度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-3 7-3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验7.3.2 三轴压缩试验三轴压缩试验第三十一页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7.3.3 无侧限抗压强度无侧限抗压强度(kn y qin d)试验试验ququ加压加压框架框架量表量表量力环量力环升降升降螺杆螺杆无侧限压缩仪无侧限压缩仪 3=0试试样样无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例(tl)(tl)，对试样不施加周围，对试样不施加周围压力，即压力，即 3=03
30、=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条，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件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力ququ，称为无侧限抗压强度，称为无侧限抗压强度 第三十二页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-3 7-3 土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)试验试验0cuqu无侧限抗压强度无侧限抗压强度(kn y qin d)试验所得试验所得的极限应力圆的水平切线就是破坏包线的极限应力圆的水平切线就是破坏包线7.3.3 无侧限抗压强度试
31、验无侧限抗压强度试验第三十三页，共50页。说明：对于说明：对于(duy)(duy)饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验饱和软粘土，根据三轴不排水剪试验成果，其强度包线近似于一水平线，即成果，其强度包线近似于一水平线，即 u=0u=0，因此无侧限，因此无侧限抗压强度试验适用于测定饱和软粘土的不排水强度抗压强度试验适用于测定饱和软粘土的不排水强度无侧限抗压强度试验仪器构造简单无侧限抗压强度试验仪器构造简单(jindn)(jindn)，操作方便，可代替三轴试验测定饱和软粘土的不操作方便，可代替三轴试验测定饱和软粘土的不排水强度排水强度 第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗
32、剪强度(qingd)(qingd)7-3 7-3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验7.3.3 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验第三十四页，共50页。在抗剪强度的原位测试方法中目前国内广泛应用的是十字在抗剪强度的原位测试方法中目前国内广泛应用的是十字(sh z)(sh z)板剪切试验。板剪切试验。设剪切破坏时所施加的扭矩为设剪切破坏时所施加的扭矩为M M，则它应该与剪切破坏圆柱，则它应该与剪切破坏圆柱面面(包括侧面和上下面包括侧面和上下面)上土的抗剪强度所产生的抵抗力矩上土的抗剪强度所产生的抵抗力矩相等，即：相等，即：第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度
33、(qingd)(qingd)7.3.4 十字十字(sh z)板剪切试验板剪切试验7-3 7-3 土的抗剪强度试验土的抗剪强度试验实用上为了简化计算实用上为了简化计算,目前在常规的目前在常规的十字板试验中仍假设十字板试验中仍假设 ，将这一，将这一假设代入左式中，得假设代入左式中，得由于十字板在现场测定的土的抗剪强度，属于不排水剪切的试验由于十字板在现场测定的土的抗剪强度，属于不排水剪切的试验条件，因此其结果应与无侧限抗压强度试验结果接近。十字板剪条件，因此其结果应与无侧限抗压强度试验结果接近。十字板剪切试验适用于饱和软黏土。切试验适用于饱和软黏土。第三十五页，共50页。第七章第七章第七章第七章
34、土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7.5.1 不排水抗剪强度不排水抗剪强度(qingd)7-5 7-5 饱和饱和(boh)(boh)粘性土的抗剪强粘性土的抗剪强度度 三轴试验：三轴试验：施加周围压力施加周围压力 3、轴向压力轴向压力 直至剪破的整直至剪破的整个过程都关闭排水阀门，个过程都关闭排水阀门，不允许试样排水固结。不允许试样排水固结。3 3 3 3 3 3 直剪试验：直剪试验：通过试验加荷的快通过试验加荷的快慢来实现是否排水。使试样慢来实现是否排水。使试样在在3 35 5minmin内剪破，称之为快内剪破，称之为快剪。剪。关闭排关闭排水阀水阀第三
35、十六页，共50页。有效有效(yuxio)应应力圆力圆总应力总应力(yngl)圆圆 u u=0=0BCcu uAA 3A 1A饱和粘性土在三组饱和粘性土在三组 3 3下的不排水剪试验得到下的不排水剪试验得到(d do)A(d do)A、B B、C C三个不同三个不同 3 3作用下破坏时的作用下破坏时的总应力圆，但只能得到总应力圆，但只能得到(d do)(d do)一个有效应力一个有效应力圆。圆。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度 试验表明：试验表明：虽然虽然三个试样的三个试样的周围周围压力压力 3 3不同，但不同，但破坏时的主应力破坏时的主应力差相等，三个
36、极差相等，三个极限应力圆的直径限应力圆的直径相等，因而强度相等，因而强度包线是一条水平包线是一条水平线。线。7.5.1 不排水抗剪强度不排水抗剪强度7-5 7-5 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度第三十七页，共50页。三轴试验：施加周围压力三轴试验：施加周围压力 3 3时时打开排水阀门，试样完全排水打开排水阀门，试样完全排水固结，孔隙固结，孔隙(kngx)(kngx)水压力完水压力完全消散。然后关闭排水阀门，全消散。然后关闭排水阀门，再施加轴向压力增量再施加轴向压力增量，使，使试样在不排水条件下剪切破坏。试样在不排水条件下剪切破坏。3 3 3 3 3 3 直剪试验：剪切前试样在垂直荷载
37、直剪试验：剪切前试样在垂直荷载下充分固结，剪切时速率较快，使下充分固结，剪切时速率较快，使土样在剪切过程土样在剪切过程(guchng)(guchng)中不排中不排水，这种剪切方法为称固结快剪。水，这种剪切方法为称固结快剪。打开排打开排水阀水阀关闭排关闭排水阀水阀第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7.5.2 固结不排水抗剪强度固结不排水抗剪强度7-5 7-5 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度第三十八页，共50页。将总应力将总应力(yngl)(yngl)圆在水平轴上左移圆在水平轴上左移ufuf得到相应的有效应得到相应的有效
38、应力力(yngl)(yngl)圆，按有效应力圆，按有效应力(yngl)(yngl)圆强度包线可确定圆强度包线可确定c c 、ccuc cucu 饱和粘性土在三组饱和粘性土在三组 3 3下进行下进行(jnxng)(jnxng)固结不排水剪试验得固结不排水剪试验得到到A A、B B、C C三个不同三个不同 3 3作用下破坏时的总应力圆，由总应力作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标ccuccu、cu cuABC第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7.5.2 固
39、结不排水抗剪强度固结不排水抗剪强度7-5 7-5 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度第三十九页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)三轴试验：试样在围压三轴试验：试样在围压 3 3作用作用下排水固结，再缓慢施加下排水固结，再缓慢施加(shji)(shji)轴向压力增量轴向压力增量，直，直至剪破，整个试验过程中打开至剪破，整个试验过程中打开排水阀门，始终保持试样的孔排水阀门，始终保持试样的孔隙水压力为零。隙水压力为零。3 3 3 3 3 3 直剪试验直剪试验(shyn)(shyn)：试样在垂直压力：试样在垂直压力下
40、固结稳定，再以缓慢的速率施加水下固结稳定，再以缓慢的速率施加水平剪力，直至剪破，整个试验平剪力，直至剪破，整个试验(shyn)(shyn)过程中尽量使土样排水，试过程中尽量使土样排水，试验验(shyn)(shyn)方法称为慢剪。方法称为慢剪。打开排打开排水阀水阀7.5.3 排水抗剪强度排水抗剪强度7-5 7-5 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度第四十页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)在整个排水剪试验过程中，在整个排水剪试验过程中，uf uf 0 0，总应力全部转化为有，总应力全部转化为有效应力，所以效应力
41、，所以(suy)(suy)总应力圆即是有效应力圆，总应力强总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线，强度指标为度线即是有效应力强度线，强度指标为cdcd、d d。cd d d 3 3 3 3 3 3 7.5.3 排水抗剪强度排水抗剪强度(qingd)7-5 7-5 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度第四十一页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)对于同一种对于同一种(y zhn)(y zhn)土，在不同的排水条件下进土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全不同。行试验，总应力强度指标完全不
42、同。有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪强度与有效应力有唯一强度与有效应力有唯一(wi y)(wi y)的对应关系。的对应关系。总应力强度指标总应力强度指标有效应力强度指标有效应力强度指标短期稳定问题短期稳定问题长期稳定问题长期稳定问题7.5.4 抗剪强度指标的选择抗剪强度指标的选择7-5 7-5 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度第四十二页，共50页。试验方法试验方法适用条件适用条件不不排排水水剪剪或或快剪快剪地地基基土土的的透透水水性性和和排排水水条条件件不不良良，建建筑筑物物施工速度较快施工速度较快排排水水剪剪或或慢慢剪剪地地
43、基基土土的的透透水水性性好好，排排水水条条件件较较佳佳，建建筑筑物加荷速率较慢物加荷速率较慢固固结结不不排排水水剪剪或或固固结结快快剪剪建建筑筑物物竣竣工工以以后后较较久久，荷荷载载又又突突然然增增大大，或地基条件等介于上述两种情况之间或地基条件等介于上述两种情况之间第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7.5.4 抗剪强度指标抗剪强度指标(zhbio)的选择的选择7-5 7-5 饱和饱和(boh)(boh)粘性土的抗粘性土的抗剪强度剪强度第四十三页，共50页。对加荷过程中的土体内某点，其应力状态的变化可在对加荷过程中的土体内某点
44、，其应力状态的变化可在应力座标图中以应力点的移动轨迹表示，这种轨迹称应力座标图中以应力点的移动轨迹表示，这种轨迹称为为(chn wi)(chn wi)应力路径。应力路径。按应力变化过程顺序把这些点连接起来就是应力路径，按应力变化过程顺序把这些点连接起来就是应力路径，并以箭头指明应力状态的发展方向。并以箭头指明应力状态的发展方向。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-6 7-6 应力路径在强度应力路径在强度(qingd)(qingd)问题问题中的应用中的应用第四十四页，共50页。应力路径可以应力路径可以(ky)(ky)用来表示总
45、用来表示总应力的变化也可以应力的变化也可以(ky)(ky)表示有表示有效应力的变化。效应力的变化。加荷方法不同，应力加荷方法不同，应力(yngl)路径也不同。路径也不同。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-6 7-6 应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用第四十五页，共50页。由于土体的变形和强度不仅与受力的大小由于土体的变形和强度不仅与受力的大小(dxio)(dxio)有关，更重要的还与土的应力历史有关，土的应力有关，更重要的还与土的应力历史有关，土的应力路径可以模拟土体实际的应力历史，全面地研究应路径可以模
46、拟土体实际的应力历史，全面地研究应力变化过程对土的力学性质的影响。力变化过程对土的力学性质的影响。利用固结不排水试验的有效应力路径利用固结不排水试验的有效应力路径(ljng)(ljng)确定确定的的KfKf线，可以求得有效应力强度参数线，可以求得有效应力强度参数cc和和，多数试验表明，在试件发生剪切破坏时，应力路径多数试验表明，在试件发生剪切破坏时，应力路径(ljng)(ljng)发生转折或趋向于水平，因此认为应力路发生转折或趋向于水平，因此认为应力路径径(ljng)(ljng)的转折点可作为判断试件破坏的标准。的转折点可作为判断试件破坏的标准。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强
47、度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)6-6 6-6 应力路径在强度问题中的应用应力路径在强度问题中的应用第四十六页，共50页。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-7 7-7 无粘性无粘性(zhn xn)(zhn xn)土的土的抗剪强度抗剪强度右图表示不同右图表示不同(b tn)(b tn)初始孔初始孔隙比的同一种砂土在相同周围压隙比的同一种砂土在相同周围压力下受剪时的应力应变关系和力下受剪时的应力应变关系和体积变化。由图可见，密实的紧体积变化。由图可见，密实的紧砂初始孔隙比较小，其应力应砂初始孔隙比较小，其
48、应力应变关系有明显的峰值，超过峰值变关系有明显的峰值，超过峰值后，随应变的增加应力逐步降低，后，随应变的增加应力逐步降低，呈应变软化型。松砂的强度随轴呈应变软化型。松砂的强度随轴向应变的增加而增大，应力应变向应变的增加而增大，应力应变关系呈应变硬化型，对同一种土，关系呈应变硬化型，对同一种土，紧砂和松砂的强度最终趋向同一紧砂和松砂的强度最终趋向同一值。值。第四十七页，共50页。由不同初始孔隙由不同初始孔隙(kngx)(kngx)比比的试样在同一压力下进行剪的试样在同一压力下进行剪切试验，可以得出初始孔隙切试验，可以得出初始孔隙(kngx)(kngx)比与体积变化之间比与体积变化之间的关系，如图
49、所示，相应于的关系，如图所示，相应于体积变化为零的初始孔隙体积变化为零的初始孔隙(kngx)(kngx)比称为临界孔隙比称为临界孔隙(kngx)(kngx)比，在三轴试验中，比，在三轴试验中，临界孔隙临界孔隙(kngx)(kngx)比是与侧比是与侧压力有关的压力有关的 。第七章第七章第七章第七章 土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度土的抗剪强度(qingd)(qingd)7-7 7-7 无粘性无粘性(zhn xn)(zhn xn)土土的抗剪强度的抗剪强度第四十八页，共50页。如果饱和砂土的初始孔隙比大于临界孔隙比，在剪如果饱和砂土的初始孔隙比大于临界孔隙比，在剪应力作用下由于剪缩必然使孔隙水压
50、力增高，而有应力作用下由于剪缩必然使孔隙水压力增高，而有效应力降低，致使砂土的抗剪强度降低当饱和松效应力降低，致使砂土的抗剪强度降低当饱和松砂受到动荷载作用，由于孔隙水来不及排出砂受到动荷载作用，由于孔隙水来不及排出(pi(pi ch)ch)，孔隙水压力不断增加，就有可能使有效应力，孔隙水压力不断增加，就有可能使有效应力降低到零，因而使砂土象流体那样安全失去抗剪强降低到零，因而使砂土象流体那样安全失去抗剪强度，这种现象称为砂土的液化，因此，临界孔隙比度，这种现象称为砂土的液化，因此，临界孔隙比对研究砂土的液化也具有重要意义。对研究砂土的液化也具有重要意义。无粘性土的抗剪强度决定于有效法向应力和