土的抗剪强度

第5章土的抗剪强度

5.1概述

土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的移动，该点便发生了剪切破坏。工程实践和室内试验都验证了建筑物地基和土工建筑物的破坏绝大多数属于剪切破。例如堤坝、路堤边坡的坍滑(图5.1a)，挡土墙墙后填土失稳(图5.1b)建筑物地基的失稳(图 5.1c)，都是由于沿某一些面上的剪应力超过土的抗剪强度所造成。因此土的抗剪强度是决定地基或土工建筑物稳定性的关键因素。所以研究土的抗剪强度的规律对于工程设计、施工和管理都具有非常重要的理论和实际意义。

由于土的抗剪强度是岩土的重要力学性质之一，本章主要讲述叙述土抗剪强度的基本概念、土地抗剪强度的基本理论、土的抗剪强度的试验方法及土的抗剪强度指标的应用。

5.2土的抗剪强度的基本理论

5.2.1直剪试验

土的抗剪强度可以通过室内试验与现场试验测定。直剪试验是其中最基本的室内试验方法。

直剪试验使用的仪器称直剪仪。按加荷方式分为应变式和应力式两类。前者是以等速推动剪切盒使土样受剪，后者则是分级施加水平剪力于剪力盒使土样受剪。目前我国普遍应用的是应变式直剪仪如图5.2所示。试验开始前将金属上盒和下盒的内圆腔对正，把试样置于上下盒之间。通过传压板和滚珠对土样先施加垂直法向应力σ=p/F(F-土样的截面积)，然后再施加水平剪力T，使土样沿上下盒水平接触面发生剪切位移直至破坏。在剪切过程中，隔固定时间间隔，测读相应的剪变形，求出施加于试样截面的剪应力值。于是即可绘制在一定法应力条件下，土样剪变形λ与剪应力τ的对应关系(图5.3a)。

τf。同一种

土的几个不

同土样分别

施加不同的

垂直法向应

力σ做直剪

试验都可得

到相应的剪

应力-剪切

位移曲线

(图5.3a)，

根据这些曲线求出相应于不同的法向应力σ试样剪坏时剪切面上的剪应力τf。在直角坐标σ-τ关系图中可以作出破坏剪应力的连线(图5.3b)。在一般情况下，这个连线是线性的，称为库伦强

度线。见式(5.1a)、式(5.2b)。

砂性土 ?στtg f = (5.1a)

粘性土?στtg c f += (5.1b)

式中：c ——土的粘聚力(kPa)，图5.3b 中的τ-σ直线在纵轴上的截距；

?——土的内摩擦角，即τ-σ直线与横轴上的夹角；

tg ?——直线的斜率。

公式(5.1)就是土体的强度规律的数学表达式。在18世纪七十年代由库仑(Coulomb,C.A)砂土的摩擦试验后得出的，所以也称库仑定律。它表明在一定的荷载范围内土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系，其中c 、?被称为土的强度指标。

5.2.3 土的极限平衡条件

1)土中一点的应力状态

在自重与外荷作用下土体(如地基)中任意一点的应力状态，对于平面应力问题，只要知道应力分量即σx 、σz 和τxz ，即可确定一点的应力状态。对于土中任意一点，所受的应力又随所取平面的方向不同而发生变化。但可以证明，在所有的平面中必有一组平面的剪应力为零,

力问题，土中一点的应力可用主应力σ1和σ3力。由材料力学可知当土中任一点的应力σx 、σ)2

(2231xy x z x z στσσσσσ++±+= 主应力平面与任意平面间的夹角由下式得出：)(

211x z xy tg σστα-=- α角的转动方向与摩尔应力圆图上的一致。

2)土的极限平衡状态

根据库仑定律和试验作出的库仑强度线，着法向应力σ以及剪应力τ，则由τ与抗剪强度τf 对比可知：

当τ＜τ f (在破坏线以下)

τ=τf (破坏线以上) τ＞τf (在破坏线上方)的摩尔应力圆，σ圆)割时，表明该点土体已经破坏(图线相切的应力圆称为极限应力圆(

一切面处于极限平衡状态时的应力条件。这就是说通过库仑定律与摩尔应力圆原理的结合可以推导出表示土体极限平衡状态时主应力之间的相互关系式或应力条件。

3)土的极限平衡条件

在图5.6中，根据极限应力圆O 1与强度线τf =c +σtg ?相切于A 点的几何关系，由直角三角形ABO 1中得到，通过三角函数间的变换关系最后可以得到土中某点处于极限平衡状态时主应力之间的关系式(式5.5a 、式5.5b)：

)2

45(2)245(00231 +c tg ++ tg =σσ?? (5.5a) )2

45(2)245(00213 c tg + tg =σσ?

?-- (5.5b) 公式(5.3)至(5.5)可以用来判断土体中一点的应力状态。

5.3抗剪强度试验方法

抗剪强度试验的方法有室内试验和野外试验等，室内最常用的是直剪试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验等。野外试验有原位十字板剪切试验等。

5.3.1直接剪切试验

直剪试验基本原理与方法已知前述，在直接剪切试验中，不能两侧孔隙水压力，也不能控制排水，所以只能一总应力法来表示土的抗剪强度。但是为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为块剪、固结快剪和慢剪三种试验类型。

1).快剪。竖向压力施加后立即施加水平剪力进行剪切，使土样在3-5分钟内剪坏。由于剪切速度快，可认为土样在这样短暂时间内没有排水固结或者说模拟了“不排水”剪切情况。得到的强度指标用c q 、?q 表示；

2).固结快剪。竖向压力施加后，给以充分时间使土样排水固结。固结终了后施加水平剪力，快速地(约在3～5min 内)把土样剪坏，即剪切时模拟不排水条件。得到的指标用c cq 、?cq 表示；

3).慢剪。竖向压力施加后，让土样充分排水固结，固结后以慢速施加水平剪力，使土样在受剪过程中一直有充分时间排水固结，直到土被剪破，得到的指标用c s 、?s 表示。

由上述三种试验方法可知，即使在同一垂直压力作用下，由于试验时的排水条件不同，作用在受剪面积上的有效应力也不同，所以测得的抗剪强度指标也不同。在一般情况下，?s ＞?cq ＞?q 。

上述三种试验方法对粘性土是有意义的，但效果要视土的渗透性大小而定。对于非粘性土，由于土的渗透性很大，即使快剪也会产生排水固结，所以常只采用一种剪切速率进行“排水剪试验。

直剪试验的优点是仪器构造简单，操作方便，它的主要缺点是：

①不能控制排水条件；

②剪切面是人为固定的，该面不一定是土样的最薄弱的面；

③剪切面上的应力分布不均匀的。

因此，为了克服直剪试验存在的问题，后来又发展了三轴压缩试验方法，三轴压缩仪是目前测定土抗剪强度较为完善的仪器。

5.3.2三轴压缩试验

1)试验仪器和试验方法

三轴压缩试验使用的仪器为三轴剪力仪(也称三轴压缩仪)，其核心部分是三轴压力室，它的构造见图5.8。此外，还配备有：（a ）轴压系统, 即三轴剪切仪的主机台，用以对式样施加轴向附加压力，并可控制轴向应变的速率:（b ）侧压系统, 通过液体(通常是水)对土样施加周围压力；（c ）孔隙水压力测读系统，用以测量土样孔隙水压力及其在试验过程中的变化。

试验用的土样为正圆柱形，常用的高度与直径之比为2-2.5。土样用薄橡皮膜包裹，以免压力室的水进入。试样上、下两端可根据试样要求放置透水石或不透水板。试验中试样的排水情况由排水阀B 控制(图5.8)。试样底部与孔隙水压力量测系统相接，必要时藉以测定试验过程中试样的孔隙水压力变化。

试验时，先打开阀门A ，向压力室压入液体，使土样在三个轴向受到相同的周围压力σ3，此时土样中不受剪力。然后再由轴向系统通过活塞对土样施加竖向压力q ，此时试样中将产生剪应力。在周围压力σ3不变情况下，不断增大q ，直到土样剪坏。其破坏面发生在与大主应力作用成面αf =45°+2

?的夹角处。这时作用于土样的轴向应力σ1=σ3+q ，为最大主应力，周围压力σ3为最小主应力。用σ1和σ3可绘得土样破坏时的一个极限应力圆。若取同一种土的3-4个试样，在不同周围压力σ3下进行剪切直得到相应的σ1，便可绘出几个极限应力圆。这些极限应力圆的公切线，即为抗剪强度包线。它一般呈直线形状，从而可求得指标c 、?值(图5.9)。

若在试验过程中，通过孔隙水测读系统分别测得每一个土样剪切破坏时的孔隙水压力的大小就可以得出土样剪切破坏时有效应力σ1′=σ1-u ，σ′3=σ3-u ，绘制出相应的有效极限应力圆如图4-10，根据有效极限应力圆，即可求得有效强度指标?′、c ′。

2)三轴试验方法

根据土样固结排水条件的不同，相应于直剪试验三轴试验也可分为下列三种基本方法：

(1) 不固结不排水剪(UU )：

先向土样施加周围压力σ3，随后即施加轴向应力q 直至剪坏。在施加q 过程中，自始至终关闭排水阀门不允许土中水排出，即在施加周围压力和剪切力时均不允许土样发生排水固结。

这样从开始加压直到试样剪坏全过程中土中含水量保持不变。这种试验方法所对应的实际工程条件相当于饱和软粘土中快速加荷时的应力状况

(2) 固结不排水剪(CU )试验：

试验时先对土样施加周围压力σ3，并打开排水阀门B ，使土样在σ3作用下充分排水固结。然后施加轴向应力q ，此时，关上排水阀门B ，使土样在不能向外排水条件下受剪直至破坏为止。

三轴“CU ”试验是经常要做的工程试验，它适用的实际工程条件常常是一般正常固结土层在工程竣工时或以后受到大量、快速的活荷载或新增加的荷载的作用时所对应的受力情况。

(3) 固结排水剪(CD )试验：

在施加周围压力σ3和轴向压力q 的全过程中，土样始终是排水状态，土中孔隙水压力始终处于消散为零的状态，使土样剪切破坏。

这三种不同的三轴试验方法所得强度、包线性状及其相应的强度指标不相同，其大致形态与关系如图5.11所示。

三轴试验和直剪试验的三种试验方法在工程实践中如何选用是个比较复杂的问题，应根据工程情况、加荷速度快慢、土层厚薄、排水情况、荷载大小等综合确定。一般来说，对不

易透水的饱和粘性土，当土层较厚，排水条件较差，施工速度较快时，为使施工期土体稳定可采用不固结不排水剪。反之，对土层较薄，透水性较大，排水条件好，施工速度不快的短期稳定问题可采用固结不排水剪。击实填土地基或路基以及挡土墙及船闸等结构物的地基，一般认为采用固结不排水剪。此外，如确定施工速度相当慢，土层透水性及排水条件都很好，可考虑用排水剪。当然，这些只是一般性的原则，实际情况往往要复杂得多，能严格满足试验条件的很少，因此还要针对具体问题作具体分析。

5.4

1)土的抗剪强度指标

土的抗剪强度指标c 和?为土的内摩擦系数，σtg ?生变化，即使是同一种土，?、c 2)影响土的抗剪强度的因素

(1)土粒的矿物成份、形状、颗粒大小与颗粒级配

土的颗粒越粗，形状越不规则，表面越粗糙，?越大，内摩擦力越大，抗剪强度也越高。粘土矿物成份不同，其粘聚力也不同。土中含有多种胶合物，可使c 增大。

(2)土的密度

土的初始密度越大，土粒间接触较紧，土粒表面摩擦力和咬合力也越大，剪切试验时需要克服这些土的剪力也越大。粘性土的紧密程度越大，粘聚力c 值也越大。

(3)含水量

土中含水量的多少，对土抗剪强度的影响十分明显。土中含水量大时，会降低土粒表面上的摩擦力，使土的内摩擦角?值减小；粘性土含水量增高时，会使结合水膜加厚，因而也就降低了粘聚力。

(4)土体结构的扰动情况

粘性土的天然结构如果被破坏时，其抗剪强度就会明显下降，因为原状土的抗剪强度高于同密度和含水量的重塑土。所以施工时要注意保持粘性土的天然结构不被破坏，特别是开挖基槽更应保持持力层的原状结构，不扰动。

(5)孔隙水压力的影响

根据有效应力原理，作用于试样剪切面上总应力等于有效应力与孔隙水压力之和。孔隙水压力由于作用在土中自由水上，不会产生土粒之间的内摩擦力，只有作用在土的颗粒骨架上的有效应力，才能产生土的内摩擦强度。因此，土的抗剪强度应为有效应力的函数，库伦

公式应改为′+′ )tg (=τf c u σ?-，然而，在剪切试验中试样内的有效应力(或孔隙水压力)

将随剪切前试样的固结程度和剪切中的排水条件而异。因此，同一种土，如试验条件不同，那么，即使剪切面上的总应力相同，也会因土中孔隙水是否排出与排出的程度，亦即有效应

力的数值不同，使试验结果的抗剪强度不同。因而在土工工程设计中所需要的强度指标试验方法必须与现场的施工加荷实际相符合。目前，为了近似地模拟土体在现场可能受到的受剪条件，而把剪切试验按固结和排水条件的不同分为不固结不排水剪，固结不排水剪和固结排水剪三种基本试验类型。但是直剪仪的构造却无法做到任意控制土样是否排水。在试验中，便通过采用不同的加荷速率来达到排水控制的要求，即采用快剪、固结快剪和慢剪三种试验方法。

5.5 土的强度特性

5.5.1 砂性土的强度特性

1）砂土的内摩擦角

由于砂土的透水性强，它在现场的受剪过程大多相当于固结排水剪情况，由固结排水剪试验求得的强度包络线一般为通过坐标原点的直线，可表达为

d f tg ?στ?= (5.24)

式中：υd ――固结排水剪求得的内摩擦角。

砂土的抗剪强度将受到其密度、颗粒形状、表面粗糙度和级配等因素的影响。对于一定的砂土来说，影响抗剪强度的主要因素是其初始孔隙比(或初始干密度)。初始孔隙比愈小；(即土愈紧密)则抗剪强度愈高，反之，初始孔隙比愈大(即土愈疏松)则抗剪强度愈低。此外，同一种砂土在相同的初始孔隙比下饱和时的内摩擦角比干燥时稍小(一般小20左右)。说明砂土浸水后强度降低。几种砂土在不同密度时的内摩擦角典型值见表4-1。

2）砂土的应力～轴向应变～体变

砂土的初始孔隙比不同，在受剪过程中将显示出非常不同的性状。松砂受剪时，颗粒滚落到平衡位置排列得更紧密些，如图4-15(a)所示，所以它的体积缩小，把这种因剪切而体积缩小的现象称为剪缩性；反之，紧砂受剪时，颗粒必须升高以离开它们原来的位置而彼此才能相互滑过，从而导致体积膨账。如图4-15(b)所示，把这种因剪切而体积膨胀的现象称为剪胀性。然而，紧砂的这种剪胀趋势随着周围压力的增大、土粒的破碎而逐渐消失。在高围压下，不论砂土的松紧如何，受剪都将剪缩。

图4-16表示同一种砂土，在相同的围压作用下，由于初始孔隙比的不同受剪时的应力～轴向应变～体变得全过程。从图中可以看出随着轴向应变的增加，松砂的强度逐渐增大；应力～轴向应变关系呈应变硬化型，它的体积则逐渐减小。但是，紧砂的强度达一定值后，随着轴向应变的继续增加强度反而减小，应力一轴向应变关系最后呈随应变软化型，它的体积开始时稍有减小，继而增加，超过了它的初始体积。

既然砂土在低围压下由于初始孔隙比的不同，剪破时的体积可能小于初始体积，也可能大于初始体积，那么，可以想象，砂土在某一初始孔隙比下受剪，它剪破时的体积将等于初始体积，这一初始孔隙比称为临界孔隙比。图4-17为不同围压下砂土的初始孔隙比与剪破时体变的关系曲线。由图可见，砂土的临界孔隙比将随周围压力的增加而减小。

饱和砂土在低围压下受剪时，如果不允许它的体积发生变化，即进行不排水剪试验，则密实的砂为了抵消受剪时的剪胀趋势，将通过土样内部的应力调整，即产生负孔隙水压力，使有效围压增加，以保持试样在受剪阶段体积不变。所以，在相同初始周围压力下，由固结不排水剪试验测得的强度要比固结排水剪试验的高。反之松砂为了抵消受剪时的体积缩小趋势，将产生正孔隙水压力，使有效围压减小，以保持试样在受剪阶段体积不变。所以，在相同初始周围压力下，由固结不排水剪试验测得的强度要比固结排水剪试验的低。

3)砂土的残余强度

如前所述，同一种砂土在相同的周围压力作用下，由于其初始孔隙比不同在剪切过程中将出现不同的应力一应变特征。松砂的应力一应变曲线没有一个明显的峰值，剪应力随着剪应变的增加而增大，最后趋于某一恒定值；密实的砂的应力～应变曲

线有十个明显的峰值，过此峰值以后剪应力便随剪应变的增加而降低，最后趋于松砂相同的恒定值，如图4-18所示。这一恒定的强库通常称为残余强度或最终强度，以τf 表示。密实砂的这种强度减小被认为是剪位移克服了土粒之间的咬合作用之后，砂土结构崩解变松的结果。

4）砂土的液化

液化被定义为任何物质转化为液体的行为或过程。对于大多数砂土来说，当试样受剪时，一般都能在短时间内排水固结。因而，砂土的抗剪强度相当于固结排水剪或慢剪试验的结果，但是对于饱和疏松的粉细砂，当受到突发的动力荷载时，例如地震荷载，一方面由于动剪应力的作用有使体积缩小的趋势，另一方面由于时间短来不及向外排水，因此就产生了很大的孔隙水压力。按有效应力原理，无粘性土的抗剪强度应表达为

')(''?σ?στtg u tg f -==

由上式可知，当动荷载引起的超静孔隙水应力u 达到σ时，则有效应力σ’

=0，其抗剪强度τf =0，这时，无粘性土地基将丧失其承载力，土坡将流动塌方。

5.5.2 粘性土的强度特性

1）应力历史的影响

粘性土的抗剪强度远比无粘性土复杂，天然沉积的粘土就更复杂。想对原状土的强度特性有正确的了解，也就非常困难。饱和粘土试样的抗剪强度除受固结程度和排水条件影响外，在一定程度上还受它的应力历史的影响。在三轴试验中，如果试样现有固结压力σc 等于或大于该试样在历史上曾受到过的最大固结压力则试样是正常固结的；如果试样现有固结压力σc 小于该试样在历史上曾受到过的最大固结压力，则该试样是属于超固结的。正常固结和超固结试样在受剪时

将具有不同的强度特性。对于同一种土，超固结土的强度大于正常固结土的强度。

2）粘性土的残余强度

超固结粘土在剪切试验中有与密实砂相似的应力一应变特征，当强度随着剪位移达到峰值后，如果剪切继续进行，随着剪位移继续增大，强度显著降低，最后稳定在某一数值不变，该不变的值即被称为粘土的残余强度。正常固结粘土亦有此现象，只是降低的幅度较超固结粘土要小些。图5-19(a)为不同应力历史的同一种粘土在相同竖向压力下在直剪仪中的慢剪试验结果。图4-19(b)为不同竖向压力σ下的峰值强度线和残余强度线。由图可见：

（1）粘土的残余强度与它的应力历史无关；

（2）在大剪位移下超固结粘土的强度降低幅度比正常固结粘土的大；

（3）残余强度线为通过坐标原点的直线，即 r r tg ?στ?=

式中：τr ——粘土的残余强度；

σ——剪破面上的法向应力；

υr ——残余内摩擦角。

必须指出，在大位移下粘土强度降低的机理与密实砂不同。密实砂是由于土粒间咬合作用被克服，结构崩解变松的结果，而粘土被认为是由于在受剪过程中土的结构性损伤、土粒的排列变化及粒间引力减小；吸着水层中水分子的定向排列和阳离子的分布因受剪而遭到破坏。

3)粘土的结构性与灵敏度

土的强度同土的结构有着密切的关系。当土的原有结构遭受破坏或扰动时，不仅改变了土粒的排列情况，同时也使土粒间的联结受到不同程度的破坏，其强度会降低，压缩性也增大。粘土的强度(或其它性质)随着其结构的改变而发生变化的特性称为土的结构性。因此，对具有明显结构性的粘土，要注意避免扰动或破坏其结构。 某些在含水率不变的条件下使其原有结构受彻底扰动的粘土，称为重塑土。粘土对结构扰动的敏感程度可用灵敏度表示。灵敏度定义为原状试样的无侧限抗压强度与相同含水率下重塑试样的无侧限抗压强度之比

'

u u t q q s 式中：S t ——粘土的灵敏度；

q u ——原状试样的无侧限抗压强度；

q u ’——重塑试样的无侧限抗压强度。

粘土可根据灵敏度按表5—2进行分类。

表5—2 粘土按灵敏度分类

S t

粘土分类 S t 粘土分类 1

不 灵 敏 4～8 灵 敏 1～2

低 灵 敏 8～16 很灵敏 2～4 中等灵敏 >16 流 动

对于灵敏度高的粘土，经重塑后停止扰动，静置一段时间后其强度又会部分恢复。在含水率不变的条件下粘土因重塑而软化(强度降低)，软化后又随静置时间的延长而硬化(强度增长)的这种性质称为粘土的触变性

第5章土的抗剪强度试题及答案

第5章土的抗剪强度试题及答案 第5章土的抗剪强度试题及答案 一、简答题 1.土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数，也就是土的强度指标，为什么？ 2.同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的，为什么？ 3.何谓土的极限平衡条件？粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同？ 4.为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面？如何确定剪切破坏面与小主应力作用方向夹角？ 5.试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同？并指出直剪试验土样的大主应力方向。 6.试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。 7.根据孔隙压力系数A、B的物理意义，说明三轴UU和CU试验中求A、B两系数的区别。 8.同钢材、混凝土等建筑材料相比，土的抗剪强度有何特点？同一种土其强度值是否为一个定值？为什么？ 9.影响土的抗剪强度的因素有哪些？ 10.土体的最大剪应力面是否就是剪切破裂面？二者何时一致？ 11.如何理解不同的试验方法会有不同的土的强度，工程上如何

选用？ 12.砂土与粘性土的抗剪强度表达式有何不同？同一土样的抗剪强度是不是一个定值？为什么？ 13.土的抗剪强度指标是什么?通常通过哪些室内试验、原位测试测定? 14.三轴压缩试验按排水条件的不同，可分为哪几种试验方法？工程应用时，如何根据地基土排水条件的不同，选择土的抗剪强度指标？ 15.简述直剪仪的优缺点。【三峡大学2006年研究生入学考试试题】 二、填空题 1.土抵抗剪切破坏的极限能力称为土的________。 2.无粘性土的抗剪强度来源于___________。 3.粘性土处于应力极限平衡状态时，剪裂面与最大主应力作用面的夹角为。 4.粘性土抗剪强度库仑定律的总应力的表达式，有效应力的表达式。 5.粘性土抗剪强度指标包括、。 6.一种土的含水量越大，其内摩擦角越。 7.已知土中某点，，该点最大剪应力值为，与主应力的夹角为。 8.对于饱和粘性土，若其无侧限抗压强度为，则土的不固结不

地基土抗剪强度指标C、φ值的确定

地基土抗剪强度指标C、φ值的确定 1. 抗剪强度的物理意义及基本理论 土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。土的抗剪强度是由颗粒间的内摩察力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生粘聚力共同组成。 在法向应力不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。 S=c+σtanφ 2. 抗剪强度的试验方法 2.1室内剪切试验 包括直接剪切试验和三轴剪切试验，主要适用于粘性土和粉土，砂土可按要求的密度制备土样。 2.2 除土工试验以外其他确定抗剪强度C、Φ值的方法 根据原位测试数据确定抗剪强度C、Φ值的经验方法 (1) 动力触探 沈阳地区《建筑地基基础技术规范》（DB21-907-96）资料（深度范围不大于） 砂土、碎石土内摩察角标准值Φk (2) 标准贯入试验 国外砂土N与Φ的关系经验关系式主要有Dunhan、大崎、Peck、Meyerhof等研究的经验公式，见《工程地质手册》（第四版）P193。经试算（详见国外砂土标贯击数N与内摩察角Φ的关系（按公式计算））采用Φ值进行承载力特征值fak计算时，对于粉、细砂采用Φ=（12N）0.5+15，对于中、粗、砾砂采用Φ=0.3N+27计算出的数值实际能较为吻合（N为经杆长修正后的标贯击数）。根据计算成果，N 与Φ的对应关系见下表： N与内摩察角Φ（度）的经验关系表

(3) 静力触探试验 《工程地质手册》（第四版）P210，砂土的内摩察角可根据静力触探参照下表取值。 砂土的内摩察角Φ 根据现场剪切试验确定抗剪强度C、Φ值 该方法成本较高，一般很少采用，主要用于场地稳定性评价，见《工程地质手册》（第四版）P234。粗粒混合土的抗剪强度C、Φ值通过现场剪切试验确定。 3. 岩土体抗剪强度指标的经验数据 3.1 土的抗剪强度指标经验数据 (1) 砂土的内摩察角与矿物成分和粒径的关系 (2) 不同成因粘性土的力学性质指标 3.2 岩石的抗剪强度指标经验数据

地基土抗剪强度指标Cφ值的确定

地基土抗剪强度指标Cφ值的确定 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

地基土抗剪强度指标C、φ值的确定 1. 抗剪强度的物理意义及基本理论 土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。土的抗剪强度是由颗粒间的内摩察力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生粘聚力共同组成。 在法向应力不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。 S=c+σtanφ 2. 抗剪强度的试验方法 室内剪切试验 包括直接剪切试验和三轴剪切试验，主要适用于粘性土和粉土，砂土可按要求的密度制备土样。 除土工试验以外其他确定抗剪强度C、Φ值的方法 2.2.1 根据原位测试数据确定抗剪强度C、Φ值的经验方法 (1) 动力触探 沈阳地区《建筑地基基础技术规范》（DB21-907-96）资料（深度范围不大于15m） 砂土、碎石土内摩察角标准值Φk

(2) 标准贯入试验 国外砂土N与Φ的关系经验关系式主要有Dunhan、大崎、Peck、Meyerhof等研究的经验公式，见《工程地质手册》（第四版）P193。经试算（详见国外砂土标贯击数N与内摩察角Φ的关系（按公式计算））采用Φ值进行承载力特征值f ak计算时，对于粉、细砂采用Φ=（12N）+15，对于中、粗、砾砂采用Φ=+27计算出的数值实际能较为吻合（N 为经杆长修正后的标贯击数）。根据计算成果，N与Φ的对应关系见下表： N与内摩察角Φ（度）的经验关系表 (3) 静力触探试验 《工程地质手册》（第四版）P210，砂土的内摩察角可根据静力触探参照下表取值。 砂土的内摩察角Φ 2.4.2 根据现场剪切试验确定抗剪强度C、Φ值 该方法成本较高，一般很少采用，主要用于场地稳定性评价，见《工程地质手册》（第四版）P234。粗粒混合土的抗剪强度C、Φ值通过现场剪切试验确定。 3. 岩土体抗剪强度指标的经验数据 土的抗剪强度指标经验数据 (1) 砂土的内摩察角与矿物成分和粒径的关系

土的抗剪强度试题及答案

第5章土的抗剪强度试题及答案 一、简答题 1. 土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数，也就是土的强度指标，为什么 2. 同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的，为什么 3. 何谓土的极限平衡条件粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同 4. 为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面如何确定剪切破坏面与小主应力作用方向夹角 5. 试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同并指出直剪试验土样的大主应力方向。 6. 试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。 7. 根据孔隙压力系数A、B的物理意义，说明三轴UU和CU试验中求A、B两系数的区别。 8. 同钢材、混凝土等建筑材料相比，土的抗剪强度有何特点同一种土其强度值是否为一个定值为什么 9. 影响土的抗剪强度的因素有哪些 10. 土体的最大剪应力面是否就是剪切破裂面二者何时一致 11. 如何理解不同的试验方法会有不同的土的强度，工程上如何选用 12. 砂土与粘性土的抗剪强度表达式有何不同同一土样的抗剪强度是不是一个定值为什么 13. 土的抗剪强度指标是什么通常通过哪些室内试验、原位测试测定 14. 三轴压缩试验按排水条件的不同，可分为哪几种试验方法工程应用时，如何根据地基土排水条件的不同，选择土的抗剪强度指标 15. 简述直剪仪的优缺点。【三峡大学2006年研究生入学考试试题】 二、填空题 1. 土抵抗剪切破坏的极限能力称为土的___ _ ____。 2. 无粘性土的抗剪强度来源于____ _______。 3. 粘性土处于应力极限平衡状态时，剪裂面与最大主应力作用面的夹角为。 4. 粘性土抗剪强度库仑定律的总应力的表达式，有效应力的表达式。 5. 粘性土抗剪强度指标包括、。 6. 一种土的含水量越大，其内摩擦角越。 7. 已知土中某点，，该点最大剪应力值为，与主应力的夹角为。 8. 对于饱和粘性土，若其无侧限抗压强度为，则土的不固结不排水抗剪强度指标。

土的抗剪强度

第七章土的抗剪强度 一、单项选择题 1. 土体的破坏从本质上讲是由于。 (A) 压坏(B) 拉坏(C) 剪坏 2. 一个饱和粘性土试样，在三轴仪内进行常规固结不排水试验，在恒侧压力下增加竖向应力至破坏， 若土的孔压参数A=1，试问试验过程中有效应力路线ESP线为。 3. 有三种塑性指数不同的土样（Ⅰ）I P>17，（Ⅱ）I P=10，（Ⅲ）I P<7，试问哪一种土的内摩擦角?最大？B (A) （Ⅰ）(B) （Ⅲ）(C) （Ⅱ） 4. 松砂或软土，在剪切破坏时，其体积。C (A) 不会变化(B) 膨胀(C) 缩小 5. 直剪试验土样的破坏面在上下剪切盒之间，三轴试验土样的破坏面。B (A) 与试样顶面夹角呈45?面(B) 与试样顶面夹角呈45?+φ/2面 (C) 与试样顶面夹角呈45?-φ/2面 6. 有一个饱和粘土试样，在室压σ3=70kPa应力下固结，然后在不排水条件下增加轴力（σ1-σ3）至50kPa 时土样发生破坏。若土样的孔隙水压力参数B=1，A=0，试问破坏时的有效大主应力σ1'为。 C (A) 50 kPa (B) 70 kPa (C) 120 kPa 7. 一个饱和粘性土试样，进行三轴固结不排水试验，并测出孔隙水压力，可以得到一个总应力圆和有 效应力圆，则。C (A) 总应力圆大(B) 有效应力圆大(C) 两个应力圆一样大 8. 一个饱和的粘性土试样，在三轴仪内进行不固结不排水试验。试问土样的破坏面。A (A) 与水平面呈45?(B) 与水平面呈60?(C) 与水平面呈75? 9. 饱和的粘性土，在同一竖向荷载p作用下进行快剪、固结快剪和慢剪，试验方法所得的 强度最大。C

土的抗剪强度-粘聚力和内摩擦角

土的抗剪强度--粘聚力和内摩擦角 内摩擦角与黏( 内) 聚力: 土的抗剪强度由滑动面上土的黏聚力〈阻挡剪切) 和土的内摩阻力两部分组成。 内摩擦角大小取决于土粒间的摩阻力和连锁作用, 内摩擦角反映了土的摩阻性质。 黏聚力是黏性土的特性指标, 黏聚力包括土粒间分子引力形成的原始黏聚力和土中化合物的胶结作用形成的固化黏聚力。因而内摩擦角与黏聚力是土抗剪强度的两个力学指标。 土的抗剪强度指土对剪切破坏的极限抵抗能力，土体的强度问题实质是土的抗剪能力问题。 土的抗剪强度指标——内摩擦角φ、黏( 内) 聚力C φ——土的内摩擦角（°） C——土的粘聚力（KPa） φ、C与土的性质有关，还与实验方法、实验条件有关。因此，谈及强度指标时，应注明它的试验条件。（直剪实验、三轴剪切试验等） 土的抗剪强度 第一节概述 建筑物由于土的原因引起的事故中，一部分是沉降过大，或是差异沉降过大造成的；另一方面是由于土体的强度破坏而引起的。对于土工建筑物（如：路堤、土坝等）来说，主要是后一个原因。从事故的灾害性来说，强度问题比沉降问题要严重的多。而土体的破坏通常都是剪切破坏；研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性。 ①土的抗剪强度（τf）：是指土体抵抗抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动的剪应力。 ②剪切面（剪切带）：土体剪切破坏是沿某一面发生与剪切方向一致的相对位移，这个面通常称为剪切面。 其物理意义：可以认为是由颗粒间的内摩阻力以及由胶结物和束缚水膜的分子引力所造成的粘聚力所组成。 无粘性土一般无连结，抗剪强度主要是由颗粒间的摩擦力组成，这与粒度、密实度和含水情况有关。 粘性土颗粒间的连结比较复杂，连结强度起主要作用，粘性突的抗剪强度主要与连结有关。 决定土的抗剪强度因素很多，主要为：土体本身的性质，土的组成、状态和结构；而这些性质又与它形成环境和应力历史等因素有关；此外，还决定于它当前所受的应力状态。 土的抗剪强度主要依靠室内经验和原位测试确定，试验中，仪器的种类和试验方法以及模拟土剪切破坏时的应力和工作条件好坏，对确定强度值有很大的影响。 第二节抗剪强度的基本理论 一、库仑定律（剪切定律） 1773年法国学者 在法向应力变化范围不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。

土的抗剪强度

第七章 土的抗剪强度 第一节 概述 建筑物由于土的原因引起的事故中，一部分是沉降过大，或是差异沉降过大造成的；另一方面是由于土体的强度破坏而引起的。对于土工建筑物（如：路堤、土坝等）来说，主要是后一个原因。从事故的灾害性来说，强度问题比沉降问题要严重的多。而土体的破坏通常都是剪切破坏；研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性。 ①土的抗剪强度（τf ）：是指土体抵抗抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动的剪应力。 ②剪切面（剪切带）：土体剪切破坏是沿某一面发生与剪切方向一致的相对位移，这个面通常称为剪切面。 其物理意义：可以认为是由颗粒间的内摩阻力以及由胶结物和束缚水膜的分子引力所造成的粘聚力所组成。 无粘性土一般无连结，抗剪强度主要是由颗粒间的摩擦力组成，这与粒度、密实度和含水情况有关。 粘性土颗粒间的连结比较复杂，连结强度起主要作用，粘性突的抗剪强度主要与连结有关。 决定土的抗剪强度因素很多，主要为：土体本身的性质，土的组成、状态和结构；而这些性质又与它形成环境和应力历史等因素有关；此外，还决定于它当前所受的应力状态。 土的抗剪强度主要依靠室内经验和原位测试确定，试验中，仪器的种类和试验方法以及模拟土剪切破坏时的应力和工作条件好坏，对确定强度值有很大的影响。 第二节 抗剪强度的基本理论 一、库仑定律（剪切定律） 1773年 法国学者 在法向应力变化范围不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。 无粘性土：φστtg f ?= 粘性土：φστtg f ?=+c 式中：f τ：土的抗剪强度，Kpa ； σ：剪切面的法向压力，Kpa ； φtg ：土的内摩擦系数； φ：土的内摩擦角，度； c ：土的内聚力，Kpa 。 σφtg ：内摩擦力。 库仑定律说明：（1）土的抗剪强度由土的内摩擦力σφtg 和内聚力c 两部分组成。 （2）内摩擦力与剪切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩擦系数φtg 。 （3）表征抗剪强度指标：土的内摩擦角φ和内聚力c 。 无粘性土的c ＝0，内摩擦角（φtg ）主要取决于土粒表面的粗糙程度和土粒交错排列

土的抗剪强度

第5章土的抗剪强度 ５。１概述 土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的移动，该点便发生了剪切破坏。工程实践和室内试验都验证了建筑物地基和土工建筑物的破坏绝大多数属于剪切破。例如堤坝、路堤边坡的坍滑(图5。1a),挡土墙墙后填土失稳（图5.1b）建筑物地基的失稳（图5。1ｃ)，都是由于沿某一些面上的剪应力超过土的抗剪强度所造成。因此土的抗剪强度是决定地基或土工建筑物稳定性的关键因素。所以研究土的抗剪强度的规律对于工程设计、施工和管理都具有非常重要的理论和实际意义。 由于土的抗剪强度是岩土的重要力学性质之一，本章主要讲述叙述土抗剪强度的基本概念、土地抗剪强度的基本理论、土的抗剪强度的试验方法及土的抗剪强度指标的应用. 5.2土的抗剪强度的基本理论 5．２．1直剪试验 土的抗剪强度可以通过室内试验与现场试验测定.直剪试验是其中最基本的室内试验方法. 直剪试验使用的仪器称直剪仪。按加荷方式分为应变式和应力式两类。前者是以等速推动剪切盒使土样受剪,后者则是分级施加水平剪力于剪力盒使土样受剪.目前我国普遍应用的是应变式直剪仪如图 5.２所示．试验开始前将金属上盒和下盒的内圆腔对正，把试样置于上下盒之间.通过传压板和滚珠对土样先施加垂直法向应力σ=p/Ｆ(Ｆ—土样的截面积），然后再施加水平剪力T,使土样沿上下盒水平接触面发生剪切位移直至破坏。在剪切过程中,隔固定时间间隔,测读相应的剪变形,求出施加于试样截面的剪应力值。于是即可绘制在一定法应力条件下,土样剪变形λ与剪应力τ的对应关系(图５。３a)。 为τf。同一 种土的几个 不同土样分 别施加不同 的垂直法向 应力σ做直 剪试验都可 得到相应的 剪应力-剪 切位移曲线 （图5.3a）， 根据这些曲线求出相应于不同的法向应力σ试样剪坏时剪切面上的剪应力τｆ。在直角坐标σ—τ关系图中可以作出破坏剪应力的连线（图5。３ｂ).在一般情况下,这个连线是线性的，称为库

第7章土的抗剪强度

第7章土的抗剪强度 一、简答题 1. 土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数，也就是土的强度指标，为什么？【答】土的抗剪强度可表达为，称为抗剪强度指标，抗剪强度指标实质上就是抗剪强度参数。 2. 同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的，为什么？【答】对于同一种土，抗剪强度指标与试验方法以及实验条件都有关系，不同的试验方法以及实验条件所测得的抗剪强度指标是不同。 3. 何谓土的极限平衡条件？粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同？【答】（1）土的极限平衡条件：即 或 土处于极限平衡状态时破坏面与大主应力作用面间的夹角为，且 （2）当为无粘性土（）时，或 4. 为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面？如何确定剪切破坏面与小主应力作 用方向夹角？【答】因为在剪应力最大的平面上，虽然剪应力最大，但是它小于该面 上的抗剪强度，所以该面上不会发生剪切破坏。剪切破坏面与小主应力作用方向夹角 5. 试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同？并指出直剪试验土样的大主应力方向。【答】直剪试验土样的应力状态：；三轴试验土样的应力状态：。直剪试验土样的大主应力作用方向与水平面夹角为900。 6. 试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。 7. 根据孔隙压力系数A、B的物理意义，说明三轴UU和CU试验中求A、B两系数的区别。【答】孔隙压力系数A为在偏应力增量作用下孔隙压力系数，孔隙压力系数B为在各向应力相等条件下的孔隙压力系数，即土体在等向压缩应力状态时单位围压增量所引起的孔隙压力增量。三轴试验中，先将土样饱和，此时B=1，在UU试验中，总孔隙压力增量为：

第5章 土的抗剪强度

第五章 土的抗剪强度 名词解释 1、抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的极限能力。 2、库仑定律：将土的抗剪强度ιf 表示为剪切面上法向应力σ的函数，即φστtan +=c f ， 式中c 、Ф分别为土粘聚力和内摩擦角，该关系式即为库仑定律。 3、莫尔一库仑强度理论：由库仑公式表示莫尔包线的强度理论。 填空: 1．根据莫尔一库仑破坏准则，土的抗剪强度指标包括 和 。 2．莫尔抗剪强度包线的函数表达式是 。 3．土的抗剪强度有两种表达方法：一种是以 表示的抗剪强度总应力法，另一种是以 表示的抗剪强度有效应力法。 4．应力历史相同的一种土，密度变大时，抗剪强度的变化是 ；有效应力增大时，抗剪强度的变化是 。 5．直接剪切仪分为 控制式和 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，后者则是对试件分级施加水平剪应力测定相应的位移。 6．排水条件对土的抗剪强度有很大影响，实验中模拟土体在现场受到的排水条件，通过控制加荷和剪坏的速度，将直接剪切试验分为快剪、 和 。 7．对于孔隙中充满水的完全饱和土，各向等压条件下的孔隙压力系数等于 ，表明施加的各向等压等于 ；对于干土，各向等压条件下的孔隙压力系数等于 。 8．对于非饱和土，土的饱和度越大，各向等压条件下的孔隙压力系数越 。 参考答案 1．粘聚力，内摩擦角； 2．φστtan +=c f ； 3．总应力，有效应力； 4．增 大，增大；5．应变，应力； 6．固结快剪，慢剪； 7． 1，孔隙水压力，o ；8.大 选择题 1、建立土的极限平衡条件依据的是（ 1 ）。 (1)极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系； (2)极限应力圆与抗剪强度包线相割的几何关系； (3)整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方的几何关系 (4)静力平衡条件 2、根据有效应力原理，只要（ 2 ）发生变化，土体强度就发生变化 (1)总应力；(2)有效应力；(3)附加应力；(4)自重应力。 3．无侧限抗压强度试验可用来测定土的（ 4 ）。 (1)有效应力抗剪强度指标； (2)固结度； (3)压缩系数； (4)灵敏度。 4．对于高灵敏度饱和软粘土，室内试验测得的强度值与原位土强度的关系是

地基土抗剪强度指标C、φ值的确定

地基土抗剪强度指标C、0值的确定 1.抗剪强度的物理意义及基本理论 土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。土的抗剪强度是由颗粒间的内摩察力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生粘聚力共同组成。 在法向应力不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。 S=c+（T tan ? 2.抗剪强度的试验方法 2.1室内剪切试验 包括直接剪切试验和三轴剪切试验，主要适用于粘性土和粉土，砂土可按要求的密度 制备土样。 2.2除土工试验以外其他确定抗剪强度C、①值的方法 2.2.1根据原位测试数据确定抗剪强度C、①值的经验方法 （1）动力触探 沈阳地区《建筑地基基础技术规范》（DB21-907-96）资料（深度范围不大于15m） 砂土、碎石土内摩察角标准值①k

（2）标准贯入试验 国外砂土N与①的关系经验关系式主要有Dunhan、大崎、Peck、Meyerhof等研究的经验公式，见《工程地质手册》（第四版）P193o经试算（详见国外砂土标贯击数N与内摩察角①的关系（按公式计算））采用①值进行承载力特征值f ak计算时，对于粉、细砂采用①=（12N）0.5+15，对于中、粗、砾砂采用①=0.3N+27计算出的数值实际能较为吻合（N 为经杆长修正后的标贯击数）。根据计算成果，N与①的对应关系见下表： N与内摩察角①（度）的经验关系表 （3）静力触探试验 《工程地质手册》（第四版）P210,砂土的内摩察角可根据静力触探参照下表取值。 砂土的内摩察角① 2.4.2根据现场剪切试验确定抗剪强度C、①值 该方法成本较高，一般很少采用，主要用于场地稳定性评价，见《工程地质手册》（第四版）P234o粗粒混合土的抗剪强度C、①值通过现场剪切试验确定。 3.岩土体抗剪强度指标的经验数据 3.1 土的抗剪强度指标经验数据 （1）砂土的内摩察角与矿物成分和粒径的关系 ⑵ 不同成因粘性土的力学性质指标

土的抗剪强度

第5章土的抗剪强度 5.1概述 土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的移动，该点便发生了剪切破坏。工程实践和室内试验都验证了建筑物地基和土工建筑物的破坏绝大多数属于剪切破。例如堤坝、路堤边坡的坍滑(图5.1a)，挡土墙墙后填土失稳(图5.1b)建筑物地基的失稳(图 5.1c)，都是由于沿某一些面上的剪应力超过土的抗剪强度所造成。因此土的抗剪强度是决定地基或土工建筑物稳定性的关键因素。所以研究土的抗剪强度的规律对于工程设计、施工和管理都具有非常重要的理论和实际意义。 由于土的抗剪强度是岩土的重要力学性质之一，本章主要讲述叙述土抗剪强度的基本概念、土地抗剪强度的基本理论、土的抗剪强度的试验方法及土的抗剪强度指标的应用。 5.2土的抗剪强度的基本理论 5.2.1直剪试验 土的抗剪强度可以通过室内试验与现场试验测定。直剪试验是其中最基本的室内试验方法。 直剪试验使用的仪器称直剪仪。按加荷方式分为应变式和应力式两类。前者是以等速推动剪切盒使土样受剪，后者则是分级施加水平剪力于剪力盒使土样受剪。目前我国普遍应用的是应变式直剪仪如图5.2所示。试验开始前将金属上盒和下盒的内圆腔对正，把试样置于上下盒之间。通过传压板和滚珠对土样先施加垂直法向应力σ=p/F(F-土样的截面积)，然后再施加水平剪力T，使土样沿上下盒水平接触面发生剪切位移直至破坏。在剪切过程中，隔固定时间间隔，测读相应的剪变形，求出施加于试样截面的剪应力值。于是即可绘制在一定法应力条件下，土样剪变形λ与剪应力τ的对应关系(图5.3a)。 τf。同一种 土的几个不 同土样分别 施加不同的 垂直法向应 力σ做直剪 试验都可得 到相应的剪 应力-剪切 位移曲线 (图5.3a)， 根据这些曲线求出相应于不同的法向应力σ试样剪坏时剪切面上的剪应力τf。在直角坐标σ-τ关系图中可以作出破坏剪应力的连线(图5.3b)。在一般情况下，这个连线是线性的，称为库伦强

土的抗剪强度_试题及答案

1. 已知地基土的抗剪强度指标，，问当地基中某点的大主应力，而小主应力为多少时，该点刚好发生剪切破坏？ 1.解： 2. 已知土的抗剪强度指标，，若作用在土中某平面上的正应力和剪应力分别为.，问该平面是否会发生剪切破坏？ 2.解： 因为，所以该平面会发生剪切破坏。 3. 对某砂土试样进行三轴固结排水剪切试验，测得试样破坏时的主应力差 ，周围压力，试求该砂土的抗剪强度指标。 3.解： 4.一饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结排水试验，施加周围压力 ，试样破坏时的主应力差，整理试验成果得有效应力强度指标.。问：（1）破坏面上的法向应力和剪应力以及试样中的最大剪应力为多少？（2）为什么试样的破坏面发生在的平面而不发生在最大剪应力的作用面？

解： （1） （2）破坏面上 在最大剪应力作用面上 5. 一正常固结饱和粘性土样在三轴仪中进行固结不排水剪切试验，试件在周围压力作用下，当通过传力杆施加的竖向压力达到200kPa时发生破坏，并测得此时试件中的孔隙水压力。试求土地有效粘聚力和有效内摩擦角.破坏面上的有效正应力和剪应力。 5.解： 正常固结饱和粘性土进行固结不排水剪切试验时，。 破坏面上的有效正应力和剪应力分别为：

6.某土样.，承受大主应力.小主应力 的作用，测得孔隙水压力，试判断土样是否达到极限平衡状态。 6.解：该土样未达到极限平衡状态。 7. 一饱和粘性土试样进行固结不排水剪切试样，施加的周围压力，试样破坏时的主应力差。已知土的粘聚力，内摩擦角 ，是说明为什么试样的破坏面不发生在最大剪应力的作用面？ 7.解： 8. 从饱和粘性土层中取出土样加工成三轴试样，由固结不排水试验得， 。若对同样的土样进行不固结不排水试验，当试样放入压力室时测得初始孔隙水压力，然后关闭排水阀，施加周围压力，随后施加竖向压力至试样破坏，测得破坏时的孔隙压力系数，求此试样的不排水抗剪强度。 8. 解： 根据土的极限平衡条件： 即

土的抗剪强度指标的取值研究

卞首蓉1陈贵喜2 （1.三峡电力职业学院建筑工程系，湖北宜昌443000；2.北京振冲股份有限公 司，北京100102） 摘要：土的抗剪强度是土体的重要力学性质之一，作为工程设计重要的基础资料，与工程建筑物的稳定和正常使用有着密切关系。土的抗剪强度指标φ、c是一对随机变量，必须选择合适的统计方法，分析其统计规律，以保证设计取值的合理与可靠，φ、c的相关性影响着工程的可靠度指标；含水量的变化，施工开挖过程等也会对抗剪强度指标值产生明显影响。本文将说明在工程中应用土的抗剪强度参数值应注意的一些问题。 关键词：抗剪强度指标；统计特征；相关性；施工影响；取值 1.引言 土是一种非连续、各向异性明显的多孔松散堆积物，即使是同一土层，其性质仍有一定的差异。它既不是理想的弹性材料，也不是理想的塑性材料，土的三相组成使其工程性质表现相当复杂。 土的抗剪强度是工程设计中极其重要的影响因素，在工程上的应用很广，主要有下列三个方面： (1)地基承载力与地基稳定性； (2)土坡稳定性； (3)挡土墙及地下结构上的土压力。 其间都包含了土的强度值或强度指标的作用。因此，土的抗剪强度指标值的选取将直接影响到分析结果的精度和实际工程的可靠性。 2.土的抗剪强度指标基本值的确定 2.1土的抗剪强度指标φ、c的统计方法 土的抗剪强度指标φ、c值通常是由试验获得的[1,2]，各种仪器的构造与试验方法都不一样，测定的强度值也不同。利用现有的测试设备和技术条件，欲准确测定土的抗剪强度指标是较为困难的，只能作近似模拟。在《规范》(GB5007-2 002)中明确规定一般应选用三轴UU或CU试验测定强度指标。

土的抗剪强度

土的抗剪强度 要的性质之一。本文主要介绍了与土的抗剪强度的有关的试验，并对于相关试验优缺点进行评价分析。 1. 概述 土的抗剪强度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。在土力学中，采用摩尔-库仑强度准则，用内摩擦角和内聚力两个指标描述土的抗剪强度规律，即在土的破裂面上，抗剪强度随法向应力增长的规律。土的抗剪强度在计算承载力、评价地基稳定性以及计算挡土墙土压力时，都有重要的应用。因此，正确的测定土的抗剪强度，对于计算和评价土体的性质有重要的意义。根据土体受力面和受力方式不同，测定土的抗剪强度的方法和仪器也不同，目前常用的方法主要有室内的直接剪切试验、无侧限抗压强度试验和三轴压缩试验及原位的十字板剪切试验等。本文主要针对直接剪切试验和三轴压缩试验进行分析对比。 2. 实验室测定土的抗剪强度的方法 实验室测定土的抗剪强度主要通过直接剪切试验和三轴压缩试验，其对应的仪器为直接剪切仪和三轴压缩仪。 2.1 直接剪切试验。

直接剪切试验是在某一预订的面上剪切土的试件，测定该面上的剪应力和抗剪强度的试验。我国目前普遍采用的是应变控制式直剪仪，如图1，对试样施加某一法向应力，然后等速推动下盒，使试样在沿上下盒之间的水平面上受剪直至破坏，剪应力的大小可借助与上盒接触的量力环而确定。根据试样在剪切过程中剪应力与剪切位移之间的关系曲线，如图2（2-a），可以确定抗剪强度f。通常同一种土取4个试样，分别在不同的法向应力下剪切破坏，可将试验结果绘制成如图2（2-b）所示的抗剪强度f与法向应力之间的关系曲线。 按照剪切前土的固结程度，剪切时排水的条件以及剪切加荷的快慢，直接剪切试验方法可分3种： （1）快剪试验(不排水剪) 。对试样施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。一般从加荷到剪坏只用3～5min。由于剪切速率快，可认为整个过程不排水。 （2）固结快剪试验(固结不排水剪) 。在法向压力下试样充分排水，待完全固结后，再快速施加水平剪力使试样剪切破坏。 （3)慢剪试验(排水剪) 。对试样施加竖向压力后，给予充分时间，使试样孔隙中的水全部排出而达到完全固结，再以缓慢的速率施加水平剪应力直至试样剪切破坏，从而使试样在受剪过程中一直充分排水和产

地基土抗剪强度指标C、φ值的确定

地基土抗剪强度指标C、0值的确定 1. 抗剪强度的物理意义及基本理论 土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗 剪强度。土的抗剪强度是由颗粒间的内摩察力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生粘聚力共同组成。 在法向应力不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是 抗剪强度的库仑定律。 S=c+(T tan ? 2. 抗剪强度的试验方法 2.1室内剪切试验 包括直接剪切试验和三轴剪切试验，主要适用于粘性土和粉土，砂土可按要求的密度 制备土样。 2.2除土工试验以外其他确定抗剪强度C、①值的方法 2.2.1根据原位测试数据确定抗剪强度C、①值的经验方法 (1)动力触探 沈阳地区《建筑地基基础技术规范》(DB21-907-96)资料(深度范围不大于15m) 砂土、碎石土内摩察角标准值①k

(2)标准贯入试验

国外砂土N与①的关系经验关系式主要有Dunhan、大崎、Peck、Meyerhof等研究的经验公式，见《工程地质手册》（第四版）P193o经试算（详见国外砂土标贯击数N与内摩察角①的关系（按公式计算））采用①值进行承载力特征值f ak计算时，对于粉、细砂采用①= （12N）0.5+15，对于中、粗、砾砂采用①=0.3N+27计算出的数值实际能较为吻合（N 为经杆长修正后的标贯击数）。根据计算成果，N与①的对应关系见下表： N与内摩察角①（度）的经验关系表 （3）静力触探试验 《工程地质手册》（第四版）P210,砂土的内摩察角可根据静力触探参照下表取值。 砂土的内摩察角① 该方法成本较高，一般很少采用，主要用于场地稳定性评价，见《工程地质手册》（第四版）P234o粗粒混合土的抗剪强度C、①值通过现场剪切试验确定。 3. 岩土体抗剪强度指标的经验数据 3.1 土的抗剪强度指标经验数据 （1）砂土的内摩察角与矿物成分和粒径的关系 ⑵ 不同成因粘性土的力学性质指标

地基土抗剪强度指标cφ值的确定

地基土抗剪强度指标 cφ值的确定 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

地基土抗剪强度指标C、φ值的确定 1. 抗剪强度的物理意义及基本理论 土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。土的抗剪强度是由颗粒间的内摩察力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生粘聚力共同组成。 在法向应力不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。 S=c+σtanφ 2. 抗剪强度的试验方法 室内剪切试验 包括直接剪切试验和三轴剪切试验，主要适用于粘性土和粉土，砂土可按要求的密度制备土样。 除土工试验以外其他确定抗剪强度C、Φ值的方法 2.2.1 根据原位测试数据确定抗剪强度C、Φ值的经验方法 (1) 动力触探 沈阳地区《建筑地基基础技术规范》（DB21-907-96）资料（深度范围不大于 15m） 砂土、碎石土内摩察角标准值Φ k

(2) 标准贯入试验 国外砂土N与Φ的关系经验关系式主要有Dunhan、大崎、Peck、Meyerhof等研究的经验公式，见《工程地质手册》（第四版）P193。经试算（详见国外砂土标贯击 计算 数N与内摩察角Φ的关系（按公式计算））采用Φ值进行承载力特征值f ak 时，对于粉、细砂采用Φ=（12N）+15，对于中、粗、砾砂采用Φ=+27计算出的数值实际能较为吻合（N为经杆长修正后的标贯击数）。根据计算成果，N与Φ的对应关系见下表： N与内摩察角Φ（度）的经验关系表 (3) 静力触探试验 《工程地质手册》（第四版）P210，砂土的内摩察角可根据静力触探参照下表取值。 砂土的内摩察角Φ 2.4.2 根据现场剪切试验确定抗剪强度C、Φ值 该方法成本较高，一般很少采用，主要用于场地稳定性评价，见《工程地质手册》（第四版）P234。粗粒混合土的抗剪强度C、Φ值通过现场剪切试验确定。 3. 岩土体抗剪强度指标的经验数据 土的抗剪强度指标经验数据 (1) 砂土的内摩察角与矿物成分和粒径的关系

第四章 土的抗剪强度

第四章土的抗剪强度（4学时） 内容提要 1．土的抗剪强度及其破坏准则； 2．土的极限平衡条件； 3．土的抗剪强度指标的测定； 4. 强度指标的表达方法及指标的选用。 能力培养要求 1．掌握测定土的抗剪强度指标的试验仪器和试验方法。 2．会用土中一点的极限平衡条件式，判别土所处的应力状态。 3．会用库仑定律判别土的状态。 4．掌握强度指标的选用。 5．了解不同排水条件对强度指标的影响。 教学形式 教师主讲、课堂讨论、学生讲评、提问答疑、工程案例分析等 第一节土的抗剪强度及其破坏准则 教学目标 1．理解直接剪切试验与抗剪强度定律。 2．理解抗剪强度指标c、φ及其影响因素。 教学内容设计及安排 一、土的强度与破坏形式 土的抗剪强度——土体抵抗剪切破坏的极限能力。 注意：土体受荷作用后，土中各点同时产生法向应力和剪应力，其中法向应力作用将使土体发生压密，这是有利的因素；而剪应力作用可使土体发生剪切，这是不利的因素。因此，土的强度破坏通常是指剪切破坏，所谓土的强度往往指抗剪强度。 二、土的抗剪强度规律----库仑定律 库仑（Coulomb）根据砂土的剪切试验，得到抗剪强度的表达式 粘性土的抗剪强度表达式 式中τf――土的抗剪强度，kPa； σ――剪切面上的法向应力，kPa； ?――土的内摩擦角，o； c ――土的粘聚力，kPa。 c和?称为土的抗剪强度指标 以上两式为著名的抗剪强度定律，即库仑定律，如下图：

【讨论】：土的抗剪强度不是一个定值，而是剪切面上的法向总应力σ 的线性函数；对于无粘性土，其抗剪强度仅仅由粒间的摩擦力（σ tan ?）构成；对于粘性土，其抗剪强度由摩擦力 （σ tan ?）和粘聚力（c ）两部分构成。 三、土的抗剪强度影响因素 摩擦力??????咬合摩擦滑动摩擦 影响因素?????????土粒级配 土粒表面的粗糙程度土粒的形状剪切面上的法向总应力土的原始密度 粘聚力??????颗粒之间的分子引力土粒之间的胶结作用 影响因素??? ????土的结构含水量矿物成分粘粒含量 【注意】：c 和? 是决定土的抗剪强度的两个重要指标，对某一土体来说，c 和? 并不 是常数，c 和? 的大小随试验方法、固结程度、土样的排水条件等不同而有较大的差异。 第二节 土的极限平衡条件 教学目标 1．掌握土中一点的极限平衡条件及其土中一点的应力状态的判定。 2．了解摩尔----库仑强度准则。 教学内容设计及安排 一、土中一点的应力状态 现以平面课题为例分析土中某点的应力状态。设作用 在单元体上的大、小主应力分别为σ1和σ3， 在单元体上任

土的抗剪强度.

第6章土的抗剪强度 一、简答题 1. 土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数，也就是土的强度指标，为什么？ 2. 同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的，为什么？ 3. 何谓土的极限平衡条件？粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同？ 4. 为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面？如何确定剪切破坏面与小主应力作用方向夹角？ 5. 试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同？并指出直剪试验土样的大主应力方向。 6. 试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。 7. 根据孔隙压力系数A、B的物理意义，说明三轴UU和CU试验中求A、B两系数的区别。 8. 同钢材、混凝土等建筑材料相比，土的抗剪强度有何特点？同一种土其强度值是否为一个定值？为什么？ 9. 影响土的抗剪强度的因素有哪些？ 10. 土体的最大剪应力面是否就是剪切破裂面？二者何时一致？ 11. 如何理解不同的试验方法会有不同的土的强度，工程上如何选用？ 12. 砂土与粘性土的抗剪强度表达式有何不同？同一土样的抗剪强度是不是一个定值？为什么？ 13. 土的抗剪强度指标是什么?通常通过哪些室内试验、原位测试测定? 14. 三轴压缩试验按排水条件的不同，可分为哪几种试验方法？工程应用时，如何根据地基土排水条件的不同，选择土的抗剪强度指标？ 15. 简述直剪仪的优缺点。 二、填空题 1. 土抵抗剪切破坏的极限能力称为土的___ _ ____。 2. 无粘性土的抗剪强度来源于____ _______。 3.粘性土处于应力极限平衡状态时，剪裂面与最大主应力作用面的夹角为 。 4.粘性土抗剪强度库仑定律的总应力的表达式 ，有效应力的表达式 。 5.粘性土抗剪强度指标包括、。