第六章 土的抗剪强度 第一节 概述 第二节 摩尔－库仑强度理论 第三节 土中一点的极限平衡条件 第四节 土的剪切试验 第五节 土的应力路径

Presentation on theme: "第六章 土的抗剪强度 第一节 概述 第二节 摩尔－库仑强度理论 第三节 土中一点的极限平衡条件 第四节 土的剪切试验 第五节 土的应力路径"— Presentation transcript:

1 第六章 土的抗剪强度 第一节 概述 第二节 摩尔－库仑强度理论 第三节 土中一点的极限平衡条件 第四节 土的剪切试验 第五节 土的应力路径
第六章 土的抗剪强度 第一节 概述 第二节 摩尔－库仑强度理论 第三节 土中一点的极限平衡条件 第四节 土的剪切试验 第五节 土的应力路径 第六节 无粘性土的剪切特性 第七节 粘性土的剪切特性 第八节 土的抗剪强度指标的选用

2 第一节 概述 土体剪切破坏工程实例－地基承载力问题 加拿大特朗斯康谷仓 1911年动工 1913年完工 谷仓自重20000吨
第一节 概述 土体剪切破坏工程实例－地基承载力问题 加拿大特朗斯康谷仓 1911年动工 1913年完工 谷仓自重20000吨 1913年10月17日发现1小时内竖向沉降达30.5厘米，结构物向西倾斜，并在24小时内倾倒，谷仓西端下沉7.32米，东端上抬1.52米。 原因：地基承载力不够，超载引发强度破坏而产生滑动。

3 乌江武隆鸡冠岭 山体崩塌 1994年4月30日 崩塌体积400万方，10万方进入乌江 死4人，伤5人，失踪12人；击沉多艘船只
第一节 概述 1994年4月30日 崩塌体积400万方，10万方进入乌江 死4人，伤5人，失踪12人；击沉多艘船只 1994年7月2-3日降雨引起再次滑坡 滑坡体崩入乌江近百万方；江水位差数米，无法通航。 乌江武隆鸡冠岭 山体崩塌

4 第一节 概述 崩塌 平移滑动 旋转滑动 流滑 滑裂面 各种类型的滑坡

5 第二节 莫尔-库仑强度理论 一 土的抗剪强度定律 1776年，库仑根据砂土剪切试验得出
第二节 莫尔-库仑强度理论 一 土的抗剪强度定律 1776年，库仑根据砂土剪切试验得出  f 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 f = tan  砂土 后来，根据粘性土剪切试验得出  f f =c+ tan  粘土 c

6 第二节 莫尔－库仑强度理论 库仑公式 (无粘性土：c=0) 上式称为库仑定律，它表明土的抗剪强度与正应力之间呈线性关系。实践证明，在一般应力范围内，采用库仑定律确定土的抗剪强度指标能够满足工程要求，但在高压力作用下，该曲线逐渐向下弯曲，此时就不宜直接采用简单的直线关系。 c:土的粘聚力 :土的内摩擦角 抗剪强度指标

7 二 莫尔-库仑强度理论 莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状态时，滑动面上法向应力与剪应力f 的关系。 f =c+ tan
第二节 莫尔－库仑强度理论 二 莫尔-库仑强度理论 f =c+ tan 摩尔包线 莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到极限状态时，滑动面上法向应力与剪应力f 的关系。

8 用有效应力表示的莫尔圆与库伦公式的关系如图所示推出，单元体的破坏条件为
第二节 莫尔－库仑强度理论 用有效应力表示的莫尔圆与库伦公式的关系如图所示推出，单元体的破坏条件为 即莫尔——库伦理论

9 第三节 土中一点的应力状态 1 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 斜面上的应力 （剪应力 和法向应力） 1 
第三节 土中一点的应力状态 1 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） 斜面上的应力 3 1 3 1    

10 莫尔圆可以表示土体中一点的应力状态，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和剪应力。
第三节 土中一点的应力状态 土中某点的应力状态可用莫尔应力圆描述   O A(, ) 1 3  3 1    2 1/2(1 +3 ) 莫尔圆可以表示土体中一点的应力状态，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和剪应力。

11 莫尔－库仑破坏准则   A 3 1 c 粘性土： 无粘性土：c=0 2 f   f cctg 1/2(1 +3 )
第三节 土中一点的应力状态 莫尔－库仑破坏准则   A 3 1 2 f  c  f cctg 1/2(1 +3 ) 粘性土： 无粘性土：c=0

12 第三节 土中一点的应力状态 τ＝τf 极限平衡条件 莫尔－库仑破坏准则 τ D A B O σ 极限应力圆 破坏应力圆 剪切破坏面

13 粘性土的极限平衡条件 无粘性土的极限平衡条件 σ1= σ3tg2(45+φ/2) σ3= σ1tg2(45－φ/2)
第三节 土中一点的应力状态 粘性土的极限平衡条件 σ1= σ3tg2(45+φ/2)＋2ctg (45+φ/2) σ3= σ1tg2(45－φ/2)－2ctg (45－φ/2) 无粘性土的极限平衡条件 σ1= σ3tg2(45+φ/2) σ3= σ1tg2(45－φ/2)

14 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 / 2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力τmax所控制。
第三节 土中一点的应力状态 讨论： 土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主 应力作用面的夹角为  f＝ max  f 2 f 3 1 c  A   cctg 1/2(1 +3 ) 说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成 / 2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力τmax所控制。

15 第四节 土的剪切试验 室内试验： 野外试验： 直剪试验 重塑土制样或现场取样 三轴试验等 缺点：扰动 优点：应力和边界条件 清楚，易重复
第四节 土的剪切试验 室内试验： 直剪试验 三轴试验等 野外试验： 十字板扭剪试验 旁压试验等 重塑土制样或现场取样 缺点：扰动 优点：应力和边界条件 清楚，易重复 缺点：应力和边界条 件不易掌握 优点：原状土的原位 强度

16 (direct shear test apparatus)
第四节 土的剪切试验 一 直 剪 试 验 P  面积A f3 上盒 3 f2 2 f1 土样 1 下盒 S S T   O c  直剪试验是发展较早的一种测定土的抗剪强度的方法，由于其设备简单，易于操作，在我国应用较广。 图5-17是直接剪力仪的构造示意图。它的主要部分是剪切盒。剪切盒分上、下盒，上盒通过量力环固定于仪器架上，下盒放在能沿滚珠槽滑动的底盘上。试件通常是用环刀切出的一块厚为20mm的圆形土饼，试验时，将土饼推入剪切盒内。先在试件上加垂直压力P，然后通过推进螺杆推动下盒，使试件沿上下盒间的平面直接受剪切。剪力T由量力环测定。剪切变形S由百分表测定。 在施加每一种法向压应力后（σn＝P/A，A为试件面积），逐级增加剪切面上的剪应力τ（τ＝T/A），直至试件破坏。将试验结果绘制成剪应力τ和剪变形S的关系曲线如图5-18。一般曲线的峰值作为该级法向应力σn下相应的抗剪强度τf。必要时也可取终值作为抗剪强度，详见下节“土的残余强度”中的说明。 变换几种法向应力σ，测出相应的几个抗剪强度τf。在σ-τ坐标上，绘制σ-τf曲线，即为土的抗剪强度曲线，也就是莫尔—库伦破坏包线，如图5-19所示 直剪仪 (direct shear test apparatus)

17 第四节 土的剪切试验 直剪仪

18 直剪试验的类型 (1) 固结慢剪 (2) 固结快剪 通过控制剪切速率近似模拟排水条件 (3) 快剪 施加正应力-充分固结
第四节 土的剪切试验 直剪试验的类型 (1) 固结慢剪 施加正应力-充分固结 剪切速率很慢，<0.02mm/分， 以保证无超静孔压 (2) 固结快剪 在3-5分钟内剪切破坏 (3) 快剪 施加正应力后立即剪切 3-5分钟内剪切破坏 通过控制剪切速率近似模拟排水条件 慢剪试验的要点是保证试验中试件能充分固结排水。加垂直应力σv后，让试件充分固结，待变形稳定后再加剪应力。加剪应力的速率也很缓慢，让剪切过程中孔隙水压力完全消散。 固结快剪试验的要点是试件加垂直应力σv后，让试件充分固结，待变形稳定后再加剪应力。加剪应力的速率按快剪处理，即要求试件在3~5分钟内剪坏，不让排水。 快剪试验的要点是在试件的上下面贴不透水蜡纸或薄膜，以模拟不排水的边界条件。加垂直法向应力σv后，不让试件固结，立即施加剪应力。剪应力的施加速度很快，要求在3-5分钟内将试件剪坏。如果是粘性较大的土样，在这样快速加载中，能保持孔隙水压力基本不消散，密度基本不变化。但是对于低粘性土或无粘性土，因为试件很薄，边界不能保证绝对不适水，所以在规定的加载速率下，土样仍能部分排水固结，甚至接近完全排水固结

19 直剪试验的优缺点 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 P
第四节 土的剪切试验 直剪试验的优缺点 P T 土样 试样内的 变形分布 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 直剪试验已有百年以上的历史，由于仪器简单，操作方便，至今在工程实践中仍广泛应用。这种试验，试件的厚度薄，固结快，试验的历时短，特别是对于粘性大的细粒土，用三轴试验需要固结的时间很长，剪切中为了使试件中孔隙水压力分布均匀，剪切速率要求很慢，这种情况下用直剪试验有着突出的优点。 但是这种仪器有不少缺点，主要的有如下几个方面 ： 1）人为固定了剪切面 2）试件内的应力状态复杂，应变分布不均匀。在试验资料的分析中，假定试件中的剪应力均匀分布，但事实上井非如此。当试件被剪破时，靠近剪力盒边缘的应变最大，而试件的中间部分的应变相对要小得多，剪切面附近的应变又大于试件顶部和底部的应变，如图5-20b所示。所以，在剪切过程中，特别是在剪切破坏时，试件内的应力和应变，既非均匀又难确定 3）剪切面积逐渐减少 4）这种试验方法不能严格控制试件的排水，不能量测试验过程中试件内孔隙水压力的变化。只能根据剪切速率，大致模拟实际工程中土体的工作情况．

20 第四节 土的剪切试验 二 三轴压缩试验 1、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。   抗剪强度包线  c

21 2、三轴剪切试验 试验仪器： 应变控制式三轴仪：压力室，加压系统， 量测系统组成 (常用） 应力控制式三轴仪 试验步骤: 1.装样
第四节 土的剪切试验 2、三轴剪切试验 试验仪器： 应变控制式三轴仪：压力室，加压系统， 量测系统组成 (常用） 应力控制式三轴仪 △ 试验步骤:  3 1.装样 2.施加周围压力 3.施加竖向压力

22 第四节 土的剪切试验 三轴压缩仪示意图

23 第四节 土的剪切试验 三轴压缩仪

24 第四节 土的剪切试验 应变控制式三轴仪： 压力室 加压系统 量测系统 轴向加荷系统

25 缺点： 三轴试验优缺点 优点： ①能控制排水条件，量测孔隙水压力。 ②试样的应力分布比较均匀，剪切破坏面为最薄弱面。
第四节 土的剪切试验 三轴试验优缺点 优点： ①能控制排水条件，量测孔隙水压力。 ②试样的应力分布比较均匀，剪切破坏面为最薄弱面。 缺点： ①试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂。 ②试验在2=3的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符。

26 三 不同排水条件时的剪切试验成果 1 总应力强度指标与有效应力强度指标
第四节 土的剪切试验 三 不同排水条件时的剪切试验成果 1 总应力强度指标与有效应力强度指标 c 、 为土的总应力强度指标 c 、 为土的有效粘聚力和有效内摩擦角，即土的有效应力强度指标 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。

27 度和剪切时的排水条件，可以分为三种试验方法：
第四节 土的剪切试验 2 不同排水条件时的剪切试验方法及成果 三轴压缩试验按剪切前的固结程 度和剪切时的排水条件，可以分为三种试验方法： 1.不固结不排水试验 (UU试验) 2.固结不排水试验 (CU试验) 3.固结排水试验 (CD试验)

28 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。
第四节 土的剪切试验 （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。 关闭排水阀 △  3 直剪试验：通过试验加荷的快慢来实现是否排水。使试样在3～5min内剪破，称之为快剪。

29 饱和粘性土在三组3下的不排水剪试验得到A、B、C三个不同3作用下破坏时的总应力圆，但只能得到一个有效应力圆。
第四节 土的剪切试验 有效应力圆 总应力圆   u=0 A  3A  1A B C cu uA 饱和粘性土在三组3下的不排水剪试验得到A、B、C三个不同3作用下破坏时的总应力圆，但只能得到一个有效应力圆。 试验表明：虽然三个试样的周围压力3不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线。

30 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，使土样在剪切过程中不排水，这种剪切方法为称固结快剪。
第四节 土的剪切试验 （2）. 固结不排水剪（CU） 三轴试验：施加周围压力3时打开排水阀门，试样完全排水固结，孔隙水压力完全消散。然后关闭排水阀门，再施加轴向压力增量△，使试样在不排水条件下剪切破坏。 关闭排水阀 打开排水阀 △  3 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，使土样在剪切过程中不排水，这种剪切方法为称固结快剪。

31 将总应力圆在水平轴上左移uf得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定c 、 
第四节 土的剪切试验 饱和粘性土在三组3下进行固结不排水剪试验得到A、B、C三个不同3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ccu、 cu  3 △    cu C B c  A ccu 将总应力圆在水平轴上左移uf得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定c 、 

32 三轴试验：试样在围压3作用下排水固结，再缓慢施加轴向压力增量△，直至剪破，整个试验过程中打开排水阀门，始终保持试样的孔隙水压力为零。
第四节 土的剪切试验 （3）. 固结排水剪（CD） 三轴试验：试样在围压3作用下排水固结，再缓慢施加轴向压力增量△，直至剪破，整个试验过程中打开排水阀门，始终保持试样的孔隙水压力为零。 打开排水阀 △  3 直剪试验：试样在垂直压力下固结稳定，再以缓慢的速率施加水平剪力，直至剪破，整个试验过程中尽量使土样排水，试验方法称为慢剪。

33 对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全不同。
第四节 土的剪切试验  3  3＋△   d cd 在整个排水剪试验过程中，uf ＝0，总应力全部转化为有效应力，所以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cd、d。 总结: 对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全不同。 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的对应关系。

34 第四节 土的剪切试验 三 无侧限抗压强度试验 加压框架 量表 量力环 升降螺杆 无侧限压缩仪 qu 3=0 试样

35 无侧限抗压强度试验所得的极限应力圆的水平切线就是破坏包线
第四节 土的剪切试验 无侧限抗压强度试验所得的极限应力圆的水平切线就是破坏包线 cu qu 无侧限抗压强度试验

36 四 十字板剪切试验 M 一般适用于测定软粘土的不排水强度指标 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
第四节 土的剪切试验 四 十字板剪切试验 M 一般适用于测定软粘土的不排水强度指标 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 十字板剪切仪是一种使用方便的原位测试仪器，通常用以测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀饱和软粘土中。因为这种土常因取样操作和试件成形过程中不可避免地受到扰动而破坏其天然结构，常使室内试验测得的强度值明显地低于原位土的强度。 十字板仪由板头，加力装置和量测装置三部分所组成。设备装置简图见图5-23。板头是两片正交的金属板，厚2mm，刃口成60º，常用尺寸为D（宽）× H（高）＝50mm×l00mm。 试验通常在钻孔内进行，先将钻孔钻进至要求测试的深度以上75cm左右。清理孔底后，将十字板头压入上中至测试的深度。然后通过安放在地面上的施加扭力装置，旋转钻杆以扭转十字板头，这时十字板周围的土体内形成一个直径为D，高度为H的圆柱形剪切面。剪切面上的剪应力随扭矩的增加而增加，直到虽大扭矩Mmax时，土体沿圆柱面破坏，剪应力达到土的抗剪强度τf。

37 假定土体为各向同性，fh=fv=f：
第四节 土的剪切试验 M2 fv fh M1 D H M 假定土体为各向同性，fh=fv=f： 分析土的抗剪强度和扭矩的关系。实际上抗扭力矩是由M1和M2两部分所组成 。M1是柱体的上下面的抗剪强度对圆心所产生的抗扭力矩 。M2是圆柱面上的剪应力对圆心所产生的抗扭力矩 试验时，当扭矩达到Mmax，土体剪切破坏，这时土所发挥的抗剪强度τf称峰值剪应力τp。剪切破坏后，扭矩即不断减小，也即剪切面上的剪应力不断下降，最后趋于稳定。稳定时的剪应力称为剩余剪应力τr。剩余剪应力代表土的结构完全彻底破坏后的抗剪强度，所以τp/τr有时也可以代替式（1-23），表示土的灵敏度。 十字板剪切试验因为直接在原位进行试验，不必取土样，故地基土体所受的扰动较小，被认为是比较能反映土体原位强度的测试方法

38 第五节 土的应力路径 应力状态：土体中一点（微小单元）上作用的应力的大小与方向
第五节 土的应力路径 应力状态：土体中一点（微小单元）上作用的应力的大小与方向 应力路径：土体中一点应力状态连续变化，在应力空间（平面）中的轨迹 y yz xy zx x z 1 2 3 试验中的土样或土体中的土单元，在外荷载变化的过程中，应力将随之发生变化。如果是弹性体，应力-应变关系符合广义虎克定律。这种关系只决定于材料本身的特性而不随应力的变化而变化，即应力和应变总是一一相对应。 但对于像土这类弹塑性材料则不一样。同一种应力因加载、卸载、重新加载或重新卸载的过程不同，所对应的应变以及相应的土的性质都很不一样。所以，研究土的性质，不仅需要知道土的初始和最终应力状态，而且还需要知道它所受应力的变化过程。 应力状态：土体中一点（微小单元）上作用的应力的大小与方向 应力路径：土体中一点应力状态连续变化时，在应力空间（平面）中的轨迹

39  应力状态可用莫尔圆表示 (p,q) 圆心坐标： R= () 半径：r = () r 顶点坐标：(p,q)
第五节 土的应力路径 应力状态可用莫尔圆表示 O 1 3   R r (p,q) 圆心坐标： R= () 半径：r = () 顶点坐标：(p,q) 其中，p=() q=() 应力状态也可用莫尔圆上的点，如（p,q）来表示

40 应力路径及破坏主应力线 方法一：用一系列的 莫尔圆表示 方法二：用p-q图上莫尔圆的顶点坐标的变化线表示   3 1  p q
第五节 土的应力路径 应力路径及破坏主应力线 方法一：用一系列的 莫尔圆表示   O 强度包线 O 破坏时的莫尔圆与强度包线相切 不直观，易混乱 3 1  方法二：用p-q图上莫尔圆的顶点坐标的变化线表示 p q O 3 O 破坏主 应力线 在二维应力问题中，应力路径也即应力的变化过程可以用若干个应力圆表示 例如土试件先受周围压力作用，这时的应力圆可表示为图中的一个点。然后在试件的竖直方向分级增加偏差应力1-3，每一级偏差应力可以绘出一个直径为1-3的应力圆。但是这种用若干个应力圆表示应力变化过程的方法显然很不方便，特别是出现应力不是单凋增加，而是有时增加，有时减小的情况，用应力圆来表示应力变化过程．不但不方便，而且极易发生混乱。 应力变化过程的较为简易的表示方法就是选择土体中某一个特定的面上的应力变化来表示土单元体的应力变化。因为该面的应力在应力圆上表示为一个点，因此这个面上的应力 变化过程即可用该点在应力坐标上的移动轨迹来表示。这个应力点的移动轨迹就称为应力路径 。 通常选择莫尔圆的顶点作为代表点最为方便，因为该点同时也可代表该单元体的应力状态 破坏点的连线，就是p-q图上的破坏包线，称为破坏主应力线，简称Kf线， 破坏点位于破坏主应力线上 方法直观，使用方便

41 三轴试验的总应力路径 q p 固结过程： p  0  p0 = 3 B 剪切过程： 3=0 1  0 A p0=3 Kf线
第五节 土的应力路径 三轴试验的总应力路径 固结过程： p  0  p0 = 3 p O q Kf线 B 剪切过程： 3=0 1  0 1 剪切 p0=3 固结 A 下面我们以常规三轴试验为例，来说明总应力路径、破坏主应力线以及有效应力路径、破坏主应力线的作法和差别。

42 三轴试验的有效应力路径 固结过程： p  0  p0 = 3 q q 剪切过程： 3=0 1  0 u  0 p p
第五节 土的应力路径 三轴试验的有效应力路径 固结过程： p  0  p0 = 3 p p O q q 饱和土固结不排水试验 Kf线 有效 应力 剪切过程： 3=0 1  0 u  0 Kf线 p0=3 u uf 总应力 对于排水试验由于总应力等于有效应力，所以总应力路径和有效应力路径重合，总应力破坏主应力线和有效应力破坏主应力线重合。 所以下面以固结不排水试验为例来说明有效应力路径和有效应力破坏主应力线的确定方法。 剪切过程中存在孔隙水压力，将总应力路径上的点减去该时刻的孔隙水压力值可得到相应的有效应力路径上的点。 所以，当孔隙水压力>0时，有效应力路径在总应力路径的左边；相反当孔隙水压力<0时，有效应力路径在总应力路径的右边。 另外，根据孔隙水压力u的计算公式，当A是常数时，有效应力路径为直线，一般情况下A不为常数，有效应力路径为曲线。 同样可知，将总应力破坏主应力线上的点减去该破坏点孔隙水压力值uf可得到相应的有效应力破坏主应力线上的点 当A是常数时，有效应力路径为直线， 一般情况下A不为常数，有效应力路径为曲线

43 第六节 无粘性土的剪切特性 无粘性土无粘聚力，其抗剪强度取决于剪切面上的摩擦性质，故无粘性土又称粒状土。粒状土的密实程度及颗粒间的相对移动是影响无粘性土性质的决定因素。 一 无粘性土的摩擦强度 摩擦物理过程分为两部分： 颗粒间的滑动而产生的滑动摩擦； 是颗粒间脱离咬合作用而产生的咬合摩擦。

44 第六节 无粘性土的剪切特性 研究表明：就一种砂而言，无论是紧砂还是松砂，颗粒的滑动摩擦角差异不大，两者在强度上的差异主要是由颗粒的排列定向作用与剪胀效应所致。 二、土颗粒组成对内摩擦角的影响 土颗粒的组成主要指颗粒形状、级配及矿物 成份等。级配良好的土，由于具有较好的接触以及咬合，较级配均匀的土咬合作用强，接触压力小而不易破碎，故内摩擦角较大。尖角的砂较圆角的砂其咬合作用强，内摩擦角也较大。

45 第六节 无粘性土的剪切特性 三 土的空隙比及剪胀性 松砂受剪，一般不出现峰值强度，其体积先是急剧减少，然后略有回胀；紧砂受剪时，先是颗粒彼此贴紧，体积略有收缩，然后由于咬合摩擦造成颗粒跨越发生相对位移，体积迅速增大，与此对应，应力应变曲线开始很陡，达峰值时，由于试样颗粒间咬合作用削弱，强度亦有所降低。 砂土在固结排水试验中的应力应变与体变曲线

46 四 无粘性土的内摩擦角 内摩擦角可分为峰值内摩擦角（按峰值强度确定）和剩余内摩擦角（按峰值后最终强度确定） 砂土的摩擦角 土 类 剩余摩擦角
第六节 无粘性土的剪切特性 四 无粘性土的内摩擦角 内摩擦角可分为峰值内摩擦角（按峰值强度确定）和剩余内摩擦角（按峰值后最终强度确定） 砂土的摩擦角 土 类 剩余摩擦角 （休止角）（°） 峰值摩擦角 （°） 中密 密实 无塑性粉砂 均匀细砂、中砂 级配良好的砂 砾 砂 26~30 30~34 32~36 28~32 34~40 36~42 38~46 40~48

47 第七节 粘性土的剪切特性 粘性土又称为凝聚性土。粘性土的强度由于其微观结构极为复杂、颗粒较为细小、矿物成份复杂、结构多变以及水和胶结物质的存在，表现出的性质极为复杂。 一、粘性土强度机理的研究 兰姆（Lambe, T. W） 从内力和微观结构出发 粘聚力 粘性土的抗剪强度 剪胀 摩擦

48 第七节 粘性土的剪切特性 粘聚力是由颗粒间的结合或胶结作用而引起的，与法向应力无关；摩擦是由颗粒间的摩擦以及相互吸引力造成；剪胀则由颗粒间相互咬合的约束力造成。后二者与法向应力有关 粘性土的强度分量 1–粘聚分量；2–剪胀分量

49 饱和粘土在剪切过程中必然会引起孔隙水压力的变化，而且，剪切前固结程度和排水条件不同将引起试验中产生的孔隙水压力也有所不同
第七节 粘性土的剪切特性 二 饱和粘土的强度特性 影响因素： 1 排水条件的影响 饱和粘土在剪切过程中必然会引起孔隙水压力的变化，而且，剪切前固结程度和排水条件不同将引起试验中产生的孔隙水压力也有所不同

50 曲线A为正常固结粘土试样在固结排水剪试验中的应力—应变曲线和体应变—轴应变曲线，曲线B为超固结粘土试样的曲线
第七节 粘性土的剪切特性 曲线A为正常固结粘土试样在固结排水剪试验中的应力—应变曲线和体应变—轴应变曲线，曲线B为超固结粘土试样的曲线 三轴排水剪应力—应变关系

51 威尔德粘土固结不排水试验的应力—应变曲线
第七节 粘性土的剪切特性 2 固结历史的影响 威尔德粘土固结不排水试验的应力—应变曲线 （a）正常固结； （b）超固结

52 第七节 粘性土的剪切特性 超固结粘土具有峰值抗剪强度，峰值后，强度会有所降低；在较大应变时与正常固结粘土的强度较为一致。从体积应变看，正常固结粘土总是压缩，而超固结土则先压缩，后膨胀。在此种情况下，粘土的应力—应变曲线及体积变化与砂土极其相似

53 第七节 粘性土的剪切特性 3 饱和粘土抗剪强度一般规律 正常固结（NC）试样的强度线

54 第七节 粘性土的剪切特性 三 非饱和粘土的抗剪强度 非饱和土中存在气体，在不排气情况下加荷，气体体积压缩，孔隙气压力上升。孔隙气压力（ ）和孔隙水压力（ ）并不相等，它们的差值等于毛细吸力 毕肖普（Bishop）引入等效孔隙水压力概念，即： 非饱和粘土的抗剪强度可表示为

55 第八节 土的抗剪强度指标的选用 抗剪强度的有效应力指标c，  c+  tg
第八节 土的抗剪强度指标的选用 抗剪强度的有效应力指标c，  c+  tg = -u 符合土的破坏的机理， 但有时孔隙水压力u 无法确定 抗剪强度的总应力指标c，  c+  tg 是一种“全额生产率”的概念，因u不能产生抗剪强度，不符合强度机理。在无法确定u时便于应用，但要符合工程条件

56 凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u的情况，都应当使用有效应力指标c，
第八节 土的抗剪强度指标的选用 有效应力指标与总应力指标 凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u的情况，都应当使用有效应力指标c， 采用总应力指标时，应根据现场土体可能的固结排水情况，选用不同的总应力强度指标

57 三轴试验指标与直剪试验指标 应优先采用三轴试验指标 应按照不同土类和不同的固结排水条件，合理选用直剪试验指标
第八节 土的抗剪强度指标的选用 三轴试验指标与直剪试验指标 应优先采用三轴试验指标 应按照不同土类和不同的固结排水条件，合理选用直剪试验指标 砂土：c,  三轴CD试验与直剪试验（直剪偏大） 粘土：有效应力指标：三轴CD或CU试验 总应力指标：三轴CU、UU试验 或直剪cq、q试验

58 土的强度指标的工程应用 名称 指标 应用 不排水剪 (快剪) cu、u cq、 q 软土地基 快速施工 固结不排水剪 (固结快剪)
第八节 土的抗剪强度指标的选用 土的强度指标的工程应用 名称 指标 应用 不排水剪 (快剪) cu、u cq、 q 软土地基 快速施工 固结不排水剪 (固结快剪) ccu、 cu ccq、 cq 固结完成后 受突然荷载 固结排水剪 (慢剪) cd、 d cs、 s 地基透水性强 施工较慢或正常运行期

59 不固结不排水剪（快剪） cu、u（cq、q）
第八节 土的抗剪强度指标的选用 不固结不排水剪（快剪） cu、u（cq、q） 土坝快速施工，心墙未固结 软土地基上的快速填方 不排水强度用于荷载增加所引起的孔隙水压力不消散，密度保持不变的情况。 具体的工程问题，如在地基的极限承载力计算中，若建筑物的施工速度快，地基土的粘性大，透水性小，排水条件差时就应该采用不排水强度。不排水强度用于饱和土中，因为u＝0，所以也称为＝0法，在软土地基的稳定分析中是一种常用的方法，已积累有相当丰富的工程经验。天然饱水粘性土坡的稳定分析也常采用这种方法。此外，辗压粘性土坝施工期的边坡稳定分析，如果采用总应力法时，也应用不排水强度，不过属于非饱和土的不排水强度 粘土地基上快速施工的建筑物

60 固结不排水剪（固结快剪） ccu、cu （ccq、cq） 2 1 在1层固结后，施工2层 水位骤降 在天然土坡上快速填方
第八节 土的抗剪强度指标的选用 固结不排水剪（固结快剪） ccu、cu （ccq、cq） 在1层固结后，施工2层 1 2 水位骤降 一般说，如果粘性土先在某种应力下固结，例如地基土在建筑物的固定荷载作用下固结，坝体内土体在其自重应力下固结等等，然后比较迅速加载。土坝因水位骤降或其它原因骤然加载等，这些情况下，若用总应力法分析土体的稳定性时，就可采用固结不排水试验以测定土的抗剪强度指标。 从某种意义上说，这种试验方法反映土体己部分固结，但又不完全固结时的抗剪强度。工程上如果土体在加载过程中既非完全不排水，又非完全排水，而处于两者之间时也常用这种抗剪强度指标。因此，虽然难以说明它确切反映哪一种工程情况，但实际上较其他两种方法更为常用 在天然土坡上快速填方

61 固结排水剪（慢剪） ccd、cd（cs、s）
第八节 土的抗剪强度指标的选用 固结排水剪（慢剪） ccd、cd（cs、s） 粘土地基上的分层慢速填方 稳定渗流期的土坝 排水强度是指加载过程中，孔隙水压力全部并及时消散，密度不断增加情况下的强度。工程中，当建筑物的施工速度较慢，而地基土的粘性小，或无粘性，透水性大，排水条件良好时，在地基极限承载力的计算中可用排水试验的抗剪强度指标 粘土地基上慢速施工的建筑物