第四節土的抗剪強度土的強度問題,實質上就是一部分土體與另一部分之間相對滑動的抵抗能力。在工程實際中常見的強度問題,可歸納為三大類:第一,作為土工結構物的穩定性問題。如人工筑成的路堤、土壩、基坑等的邊坡,以及天然土坡等的穩定性;第二,作為結構物的環境,如擋土墻、地下室的側墻、橋臺、地下鐵道的襯砌等,作用在墻面上土壓力大小與土的強度有直接關系;第三,建筑物地基的承載力問題。邊坡穩定、土壓力和地基承載力等問題,是土抗剪強度的實際應用,所以抗剪強度是土力學基本理論問題之一。一、抗剪強度的基本概念及測定方法土的抗剪強度符合摩擦定律。因為它是同一種材料不同部分之間的滑動,故特稱為內摩擦,相應的系數稱為內摩擦系數。可通過試驗確定。(一)土的抗剪強度規律圖12-4-1應變控制式直剪儀1一輪軸；2一底座；3—透水石；4—測微表；5一活塞；6一上盒；7—土樣；8—測微表；9一量力環；10一下盒；11一剪切面圖12-4-1表示一種最簡單的強度試驗儀,稱為直剪儀。由上盒和下盒所組成,上盒固定不動,下盒可自由移動。土樣的直徑64mm,相當于面積A=30cm2;厚度25mm。試驗時,把土樣置于盒內上下透水石之間,通過承壓板施加豎向荷載黏;推動下盒施加剪切力τ。土樣破壞時,在上下盒之間形成剪切面,則破壞時剪切面上的法向應力σ和抗剪強度τf分別為:σ=P/Aτf＝T/A取3-4個重度與含水量大致相同的土樣,分別在不同的豎向荷載P作用下進行剪切試驗,就可以得到抗剪強度與法向應力之間的關系。1.砂土的抗剪強度規律砂土以及其他無黏性土的抗剪強度取決于顆粒的形狀、粗細、級配、礦物成分等因素;對于給定的砂樣,主要的因素是孔隙比和密實度。才圖區12-4誓-打2斗表示砂土補抗剪強度檔的一般規賭律琴性犧;殃圖射12-帳4-2固(侄α期)淹為剪切過慶程中的應腹力應變關拿系曲國線飄,叢峰浩值嚴黎應力即表屆示土的抗擾剪強捉度盛;務圖氧12-4刷-2(忽b則)痰為砂土的踐抗剪強度娛與法向應范力之間的糧關食系祖,弱是一條通錫過原點的老斜線。強輝度規律可早用公式表燃示閑:逼τ臨f耕＝并σ柔t本g胞Φ蕩(雄12-4殊-攪1譜)辟式芝中脂τ堤f精一一土的卸抗剪強劣度蜓;軌輝σ疤一一剪切天面饅(竹破壞丈面罩)宅上的法向售應力。越圖啄12-4太-期3揪表示密實偏度對抗剪象強度的影閘響畝;艱密砂撓的蓋亭應遲力帶-融應變曲線帽具有峰值撫特勝征愈,頁而且在剪濾切過程中完體堂積稱斤膨臘脹嚼,孔具有剪脹世性喝;際松砂無峰希值特快征股,診剪切過程填中體積收怕縮鞋,打具有剪縮粒性仿。古2鞭.折黏性士的謎抗剪強度唐規律擱黏性土的四強度規律疏是一條不罪通過原點造的斜望線勇,瑞見歷圖小12-4憤-籮4竹所示。強觸度規律公襪式曲為斷:科τ有f檔＝娘σ愧t猶g閃Φ含＋悔c悲委(獻12-4首-2)衰式阻中杠c癢一一土的均黏聚宋力而;疤土的內摩葛擦轟角翠Φ吸和黏聚茶力宮C烘稱為抗剪路強度參瘋數返(第指活標愚)針。對于飽吼和的黏性規土候,耕因為在豎路向和切向田應力作用況下俯,味土中會產蒼生孔隙水碰應力以及理排水固結蒙的過程。吃把有效應血力原理引切入公偽式跟(12-供4-2)龜套,餃寫橋成艦:擔τ侮f溝＝怨（慈σ件－慌u廢）枕t位g谷Φ大‘可＋姑c嗎’標＝緊σ旗‘辟t爹g蕩Φ銜‘首＋陶c來’漂(忽12-4沃-3)稍式嫌中詢σ洪‘斜一部一所(般σ罰－量u隨)裕剪切面上千有效法向燦應悠力芬;甚c老’持,央娘Φ早‘所—邊—儉有效黏聚建力和有效弊內摩擦角茂。雜因曲此盤,似飽和黏性炊土的抗剪守強度試驗籍有總應力那法和有效亞應力法之梅分每;涂相應的強格度參數有告總應力參歐數和有效衰應力參炊數之別。蜘由于直剪氧試驗不能都量測土樣隔內的孔隙級水應霸力碑,破蠶不能從定到量上知道疑土樣的排衡水固結的銹程度。所恰以艦只息墊能根據控譜制試驗速賢度來求得副不同的強謎度參僚數倦,纏規卻定炕歷了以下三肺種不同的腳試驗方什法桿:椅快捧剪謝:知在士樣上額下面上加蓄一層塑料據薄膜防止巾孔幻虎隙水排下出夕,茅在豎荷載征施加后立奸即尤(3~瘡5頁分啞鐘鑼)庭進早行貍襖剪切直至丹破姿壞竭;慶固結快請剪傲:鼻先讓土樣袖在豎荷載旋下充分排瘡水固民結例就(矩通常恒煮壓欣2絨4方小截時互)填,劣然后快速降地將土樣仿剪件壞豪;般慢荒剪序:殘土樣在豎舟向荷載下色充分排水貨固躍結紛,停然后緩核慢詠(櫻約輛4堆0陡分鐘或更平長時哪間軌)家地施加剪筑應力直至放破壞。臂以上三種控試余驗疲,鞋可以得到宰不同的強漫度參擋數嬸,聰實際應用熱時要根據董工程和土翁層的具體倒情威況解令選用試驗誤方法及其望強度參數拔。飼例如在深奸厚的高塑養性黏土地為基饑上垃,眾建筑物施墨工速度很失快村,攪預悉采計動土層到在施工期續排水固結矩程度很巖小程,蛛就應當采酒用快剪的旱參數來分權析地基的御穩定預性跨;侵又如施工慌期很說長犁,哈預計土層秧能夠充分綠排水固懶結妥,毅但竣工后寇可能有瞬莊時荷脂載巷,慚在這種情武況下可以次用固結快埋剪的參數荷。所(糠二每)籌三軸剪力倚試驗靠直剪試驗性測定土的青抗剪強中度寨,列儀器簡睛單康,悼操作方嫁便似,訊至今仍廣這泛使用。煎但它存在登著以下問涌題。喊首先是不蜻能量測土梳樣中的孔惜隙水壓弓力啄,夾無法控制喇排水固結謊的程度依;圣第二是破連壞時剪切野面被限制修在上下匣梨之間的隙勇縫處如果咽土樣中有織薄弱夾層欺時進,憤就不能正廚確反映實威際情佩況逃;豐第三剪切羞面上應力哄分布復魯雜吸,罷試樣前后停端應變特塵別顯尤著臨,符應力集中帳。所以目摔前對于蠅重鹿倦要工程以肉及進行理舒論研券究怨,征都須采用禍三軸剪力享試驗。土1檢.終三軸儀的矩構造變圖蒼12-4峰-濱5擁三軸儀構薯造繼三軸試驗撓儀的構造咽如講圖特12-4神-陶5紫所拿示活,些由三大部殼分組異成陳:予第一部分枕為主甲機火,夸包括受介壓券查室和豎向邊應力施加豬系稀統捉;死第二部分笨是圍壓系文統宋;趣第三部分枝為孔壓系饞統。試驗愿時于,表將土樣養包婆悉在橡皮膜嘩內置于受您壓室的底幫座雕上牧,薯通過圍壓滲系統對土鎖樣施加均狗勻壓供力則;嗓通過傳力忠桿施加交軸糟恢向應球力隨;與通過孔壓漂系統測定枝孔隙水應犬力。速2性.謙三軸試驗伙的基本原倒理購從材料力霧學應力分螺析可縣知有,析在林σ非l非和疊σ吐3約主應力作逃用敗下盛,臺任意方向慰平面上的菌正應力和朋剪殖鄭應力可以捕用應力圓疲來表示。參見拍圖像12-4喇-鐘6醉所句示云,忽當應力圓仍的位置正追好與抗剪柔強度線相西切暖時規,騎粉切點對應瑞平面上的撕法向應各力巨σ憶和剪應賞力吧T斷的關系滿荷足土的強翻度表時腸,容土樣就被透剪壞了。愧根蠅據干蒸這一關驕系新,激取汗3~初4差個土滴樣婦(魔土樣直隨徑討3.8c這m記,沙高箭7.6c風m爐)連在不同的秒的作用下唐增宋加鑼σ椅直敬至陶吵破俯壞篇,礎分別將破化壞時的應伯力圓畫出諸來澤,壁作這些圓恩的公切斜線梳,亂即為土的州抗剪強度袍線懇,歐其截娘距日姿和傾角即針為抗剪強呈度參熄數李c釘和漲Φ鳥。足3龜.埋三軸試驗柜資料整理雙三軸試驗冠各階段土峰樣受力情忽況般,盼孔隙水壓帖力變化等慧都可以測斥定和控制仁。三軸試拋驗施加賣強度包韻線析(構虛線表洋示精)祥。疼總應力圓狀與有效應奉力圓直徑白大小相哈同腳,屯兩者之間苗位置差即擾孔隙產水菊受壓罪力遇u工f曬,腳相應的參寧數填c擱cu脾，域Φ致cu般和塵c謙‘蝦,券倦Φ闖‘享。鉗對哪于慢C玻D哄試協驗扎,痕整個試驗枕過程中充雜分排掛水克,塑所幻以業角總應力圓銷與有效應漸力圓相哀等瘋,毫只能得到光一條強度詢包線及其鉗參卡數懼c挑‘臺,折打Φ買‘揭。對于正趙常固結舊的謎要土年,恩有效應力淡強度包線對通常是通噸過原惰點耀,設或組c隨‘妻≈節0何。放圖稱12-4墾-遲7毒飽和黏性竭土不排水姐剪切試驗坡結果辦圖效12-4削-灑8詞三軸固結脆不排水試貼驗結果季圖憂12-4燕-扯9慕三軸排水主試驗結果幣(擔三紋)丹無側限和岸十字板強慣度試驗塌無側限和步十字板試逢驗也是兩敏種常用的案方法。罪這兩種試亂驗基本上挪都屬于不繭排水覽剪悅,晨所魚以趁規其強度也憤視作天然偉強度。害無側限又涉稱單軸壓鈴縮試驗。爺相當于三稀軸試驗就中嫁σ獻3=眾0絡的條件。查試驗結果劍只能得到澡一個應力揚圓辭,正見撿圖顛12-4峰-1購0擴。若抗壓倦強度滑為鉆q霸u鎖'棋則不排水掌強度秀圖勝12-4狡-1旋0埋無側限強勁度莖僅c=q貿u炮/2毅十字板試摸驗是現場毫原位測定街土強度的屋方法。扯儀度逝器設備見季圖將12-4城-1祥1紡所示。先歲在現場鉆春孔至測點炮標失高殼,飲然后插入地一個夠高錦H孝,冒直徑絨為纏D厘十字臨板斃,爹通柔過示楊地面上的瓦轉盤施加引一個扭轉雄力箱矩問M蠢,善使埋在土蹲中的十字題板扭轉將毀土剪覆壞術,本這時測得伸的強度稱乓為土的十煌字板強過度艷s膚,廉由公控式冬(12-藝4-5部)梢得工到墾活(熔四蠻)糞土的應力荒應變曲線打和靈敏度爆土體在受回剪過程中夜會發生變墊形。土的弱應力應變宰關系有兩慕種類圖型斷;蓋大多數硬固黏土或密員砂櫻豐如私圖仇12-4息-12頑(售α嫁)具的類駛型用,聯一個微小院的位移就霧達到一劫個大"擱峰值強柴度獨"肯,械然后強度姓隨著位移枯二、抗剪巾強度理論賤土體中某妹一方面平星的剪應力校達到土的鈴抗剪強度豈時，該點概即處于極辜限平衡狀飾態；極限險平衡狀態茶為土的剪棕切破壞條言件；滿足杯極限平衡辮條件的面貧稱為破裂額面。及圖剃12-4響-1豎3犧表示摩爾還應力圓與廚抗剪強度拔之間的關攜系碗。城I之圓位于強校度包線下逗方，說明際該點在任展何平面上腹的剪應力即都小于土蔥所能發揮泥的強婚度草;轟I幫I騾圓正好與所強度線相訓切孫,統切付點淚A攜所代表搜的覆指平面為破胃裂急面堵,棚該面上的壽應力條件簽為極限平奮衡狀態辦;II修I遲圓與強度悉線相摟割家,煩實際上這輪種應圖力清謠條件是不傳可能存在稼的。彈(河一塘)負土中任意窗一點的應殖力狀態閥取一單元批微御體擁,影圖名12-4音-14準(革α晶)合,莖設作用在墻單元體上努大主應射力推σ仍1舉小主應幣力晶σ都3頌。則統作舌昌用在與大唐主應力平域面地成稀α紡角湊的噸m第n挽平面上的李正應諷力內σ瑞和剪應簽力秘τ僻與暫σ木l裂、挎σ牌3霉的關系可啞根據喜圖零12-注4-14曠(b楊)惱平衡條件憐寫出精圖帥12-4受-1襪4管土體中任載意點的應虎力銳態(埋α會)貢單元微體郊上的應芽力汪;(b要)紐隔離敞體羞ab尺c匆上的應急力螺;(c番)惰莫爾園恩(爭12-4想-6)途式撒(12-不4-6斗)嘴也可以按章圖漢12-4到-14莖(c止)授幾何關系逃證明。螞例：某一災點的應力跪狀態飄為限σ翁1=4沙00kP仇a錦,楊σ壺3=2靜00kP持a,c雜=20k致Pa旁,戰Φ餃=20犧°蚊,旺則該點處該于下鳳列載(A錦)愚項所述情桌況饒。邀賴A瘡.龍穩定狀塞態串B謊.稍極限平衡圖狀異態勉C去.性無法判原斷彩D楚.揀破壞狀度態設解答：所以穩定嚇(染二耗)勝土的極限野平衡條件褲將土的強恰度包線與憐破壞條件屢的應力圖尖畫在同一債坐標圖沒上勵,細見賄圖要12-4垃-1浮5托所碎示棋,懲則失A篩點鳳陵所代表破役裂玉面務m汗n漲平面上的燃法向應力回和剪應力雷就可以按使公悟式暮12-4棉-創6四求嫁出姨;斧在極限平敞衡亞條刷技件銀下膜,匯大主應闖力烏σ清1涉與小主應究力央σ任3賽之間關系隱可通過萍圖膀12-4擠-15潮(b芹)旗幾何關系渠求崇得革:木(嘴12-施4-7)按圖感12-