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1、土 的 抗 剪 强 度,土力学与地基基础,第五章,第五章 土的抗剪强度,二、土的抗剪强度理论,三、抗剪强度指标的测定,一、抗剪强度研究的工程意义,土的抗剪强度：土抵抗剪切破坏的极限能力。其数值等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。,滑裂面,抗剪力相应于剪应力的增加而逐渐发挥。,抗剪力完全发挥时,土就处于极限状态。,1.土中某点的应力状态平面课题,zx,z,xz,x,2.单元体稳定性分析,根据静力平衡,ds,根据库伦定律，可得斜截面上的抗剪强度f,比较斜截面上的抗剪强度f与剪应力大小,可知单元体能否沿斜截面剪切破坏。,单元体斜截面数量无限；,单元体稳定必须满足,所有斜截面：,摩尔应力圆方程,应力圆半径
2、 r1(13)/2,应力圆圆心 0、(1+3)/2,3.摩尔库伦强度准则,1,3,(1+3)/2,A(、),单元体所有斜截面上的应力状态（、）均可用应力圆圆周上某点的坐标表示。,3.摩尔库伦强度准则,抗剪强度线,极限应力圆,f,应力圆与强度线相离：,f,弹性平衡状态,应力圆与强度线相切：,=f,极限平衡状态,应力圆与强度线相割：,f,破坏状态,应力圆与强度线的相对位置反映单元体的稳定性,4.极限平衡条件,c,A,cctg,(1+3)/2,该式表明，单元体在小主应力3作用下，处于极限平衡时的大主应力必须为1f；,c,c,根据极限平衡条件判别单元体的稳定性,计算主应力1、3：,确定单元体的应力状态
3、（x、z、xz）,判别方法：,由3 1f，比较1和1f由1 3f，比较3和3f由1,3 m，比较和 m,5.破坏面位置,剪破面并不在最大剪应力面，而与最大剪应力面成/2夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力max所控制。,5.3 强度指标的测定,直接剪切试验,三轴压缩试验,无侧限抗压强度试验,现场十字板剪切仪,室内试验,现场试验,对同一种土至少取4个平行试样，分别在不同垂直压力下剪切破坏，绘制抗剪强度f与相应垂直压力的关系曲线。,一、直接剪切试验,基本原理,试样形状,h=2cmA=30cm2,试验方法,试样沿给定面剪切,试验记录，试样产生某一剪切位移时施加的水平推力（剪应力）。,抗剪强度f
4、 的确定,4mm,f,f,（、f）,4组,应力位移曲线,c、值的确定,试验类型,控制剪切速率近似模拟排水条件,快剪,施加正应力后立即剪切,固结快剪,施加正应力-充分固结,固结慢剪,以保证无超静孔压,3-5分钟内剪切破坏,在3-5分钟内剪切破坏,施加正应力-充分固结,剪切速率0.02mm/分,设备和操作简单人为固定剪切面剪切面应力状态复杂应力、应变不均匀主应力方向旋转剪切面积逐渐减小排水条件不明确,直剪试验的优缺点,二、三轴压缩试验,对同一种土至少取3个平行试样，分别在不同周围压力3下剪切破坏，绘制各应力圆的公切线，即为土的抗剪强度曲线。,基本原理,试样形状,高度/直径=22.5,压力室的组成,
5、试验方法,先施加静水压力围压 1=2=3；,再施加应力差1=1-3。,1=3+1,+1,+1,破坏主应力差的确定,(1-3)f,(1-3)f,松砂,密砂,15%,测得三个试样破坏时的主应力：,1i、3i,试验记录，试样产生某一轴向应变时施加的应力差。,c、值的确定,强度包线,(1-)f,c,(1-)f,试验类型,三轴压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，可分为三种：,不固结不排水试验（UU试验）,关闭排水阀门，围压下不固结；,关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水。,固结不排水试验（CU试验）,打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；,关闭排水阀门，
6、很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水。,固结排水试验（CD试验）,打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；,打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔隙水压力。,试验方法与现场条件的对应关系,粘土地基上的分层慢速填方,在1层固结后快速施工2层,软土地基上的快速填方,固结排水试验,固结不排水试验,不固结不排水试验,三轴试验的优缺点,优点：1 应力状态和应力路径明确；2 排水条件清楚，可控制；3 破坏面不是人为固定的。,缺点：设备相对复杂，现场难以试验。,三、无侧限抗压强度试验,无侧限抗压强度试验实际上是周围压力30的三轴压缩试验。,3=0,无侧限抗压强度试验只能测得一组破坏主应力。,极限应力圆的水平切线就是破坏包线,四、十字板剪切试验,原位十字板剪切试验是一种利用十字板剪切仪在现场测定土的抗剪强度的方法。,适用于测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀的饱和软粘土。,钻孔到指定的土层，插入十字形的探头。,通过施加的扭矩计算土的抗剪强度。,
