土的抗剪强度的测定方法

土的抗剪强度的测定方法包括三轴剪切试验、直剪试验、无侧限压缩试验。

直剪试验主要部分是剪切盒，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。

用环刀切出的一块厚20mm的圆饼形，试验时，将土饼推入剪切盒内，现在试样上加垂直压力p，然后通过推进螺杆推动下盒，使是试样沿上下盒间的平面直接接受剪切，剪力T由量力环测定，剪切变形S由百分表测定。

对于饱和试样，在直剪试验过程中，无法严格控制试样的排水条件，只能通过控制剪切速率近似模拟排水条件。

根据固结和剪切过程中的排水条件，直剪试验分为固结慢剪、固结快剪、快剪。

缺点：人为固定的破坏面，剪切面上的应力状态复杂，在剪切前，最大主应力是作用于试样上的竖向应力，试样处于侧限状况，σ2=σ3=k0σ1。

加剪应力t后，主应力的方向发生偏转，且剪应力越大，偏转角也越大，所以主应力的大小与方向在试验过程中均是不断变化的。

应力和应变分布不均，且在试验中随剪切位移的增大，剪切面积逐渐减小。

排水条件不明确。

三轴剪切试验，三轴试验中，可同时变化周围压力σ3和偏差应力（σ1-σ3），工程中最常用的是σ3=常数的常规三轴压缩试验。

试样始终处在轴对称应力状态，轴向应力σa是最大主应力σ1，两个侧向应力总是相等，即σ2=σ3。

将常规三轴压缩试验分为两个阶段：1、施加围压阶段，通过橡皮膜对试样施加一个各向相等的围压力σ1=σ2=σ3=σc。

在这个阶段，如果打开排水阀门，并让试样中由围压产生的超静孔压完全消散，孔隙水排出，伴以土样体积的压缩，这一过程成为固结，如果关闭排水阀门，不允许试样中的孔隙水排出，试样内保持有超静孔隙水压力，这个过程成为不固结。

2、剪切阶段，保持σ3=σc不变，通过轴向活塞杆对试样施加轴向偏差应力∆σ1=（σ1-σ3）进行剪切。

在剪切过程中，如果打开排水阀门，允许试样内的孔隙水自由进出，并根据土样渗透性的大小控制加载速率，使试样内不产生超静孔压，这个过程成为排水。

在剪切过程中关闭排水阀门，不允许试样内的孔隙水进出，试样内保持有超静孔压，这个过程成为不排水。

在不排水剪切过程中，饱和土试样的体积保持不变。

固结排水CD，固结不排水CU，不固结不排水UU。

三轴试验中强度包线的确定方法三轴试验可以完整地反映土样受力变形直到破坏的全过程，研究土体的应力-应变关系，研究土体的强度特性。

要确定土体的强度包线，要确定土样的破坏点及其应力状态，1、当应力-应变曲线存在峰值时，（密砂或超固结黏土试验结果，应变软化），取峰值对应的最大偏差应力作为破坏偏差应力（σ1−σ3）。

研究土的残余强度时，取试验f作为破坏偏差应力。

曲线的终值（σ1−σ3）r2、当应力应变曲线为持续硬化型，不存在峰值（松砂或正常固结黏土试验结果），取。

规定的轴向应变值（15%）所对应的偏差应力作为破坏偏差应力（σ1−σ3）f3、以最大有效主应力比（σ1´/σ3´）max处的偏差应力作为破坏偏差应力（σ1−σ3），f 这时需要根据试样中孔隙水压力的发展，计算有效主应力σ1´和σ3´的变化，再求出（σ1´/σ3´）最大值所对应的偏差应力。

在确定了每个围压力σ3的破坏偏差应力（σ1−σ3）之后，可得破坏时的最大主力为fσ1f = σ3+ （σ1−σ3），这样用周围应力σ3和相应于这个周围应力的σ1f就可以在t-σ坐f标图上绘制出一个极限状态莫尔圆。

改变几种周围应力σ3，就可绘制几个极限状态莫尔圆。

按照极限平衡条件，做这些极限状态莫尔圆的公切线就可以得到土的莫尔库伦抗剪强度包线，该条破坏包线与σ轴的倾角就是土的内摩擦角ϕ，与τ轴的截距就是土的黏聚力 c 。

三轴仪的优缺点和发展1、可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程。

2、为一单元试验，试样内应力和应变相对均匀，状态明确，量测简单可靠。

3、破坏面非人为固定，且可较容易地判断试样的破坏，操作比较简单。

4、可很好地控制排水条件，不排水条件下还可量测试样内的超静孔隙水压力。

5、可以模拟不同的工况，进行不同应力路径的试验。

平面应变试验仪、真三轴试验仪、空心圆柱扭剪试验仪。

无侧限压缩试验：周围压力σ3 = 0 的三轴试验。

试样直接放在仪器的底座上，转动手轮，使底座缓慢上升，顶压上部量力环，从而产生轴向压力q至试样产生剪切破坏，破坏时的轴向压应力以qu表示，称为无侧限抗压强度。

主要用于黏性土，适用于原状饱和软黏土。

在无侧限压缩试验中，土样不用橡胶膜包裹，并且剪切速度快，水来不及排出，所以属于不固结不排水剪。

由于不能改变周围压力σ3，只能测得一个通过原点的极限应力状态莫尔圆，得不到破坏包线，饱和黏土在不固结不排水剪切试验中，破坏包线就是一根水平线，十字板剪切试验，原位测试仪器，用于测定饱和黏性土的原位不排水强度，特别适用于均匀饱和软黏土。

这种土常因取样操作和试样成形过程中不可避免地受到扰动而破坏其天然结构，致使室内试验测得的强度值低于原位土的强度。

由板头、加力装置和量测装置组成。

板头是两片正交的金属板，厚2mm，刃口成60°，宽乘高= 50 x100.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，将十字板压入土中至测试的深度。

通过安放在地面上的施加扭力装置，旋转钻杆，并带动十字板头扭转，这时可在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大而增大，当达到最大扭矩时，土体沿该圆柱面破坏，圆柱面上的剪应力达到土体的抗剪强度τ。

土的抗剪强度和最大扭矩的关系，抗扭力矩是由M1和M2两部分。

M1是柱体上、下底面的抗剪强度对圆心所产生抗扭力矩。

M1=2 τD /20·2πr·rdr = πD 36ττ为水平面上土的抗剪强度。

M2 = πDH ·D 2τ为竖直面上土的抗剪强度。

假定土体为各向同性体，当扭矩达到最大，土体剪切破坏，剪切破坏后，扭矩不断减小，剪切面上的剪应力不断下降，最后趋于稳定，稳定时的剪应力为残余剪应力，残余剪应力代表原状土的结构被完全破坏后的抗剪强度，tp/tr 代表灵敏度。

应力路径和破坏主应力线一般情况下土体并不是一种弹性材料，而是非线性或弹塑性材料。

土在其形成的地质年代中所经受的应力变化情况称为应力历史。

在土体中一点上的应力大小与方向为该点的应力状态，当土体中一点的应力状态发生连续变化时，表示应力状态的点在应力空间或平面中形成的轨迹称为应力路径。

在常规三轴压缩试验中，首先对试样施加周围压力σ3，此时σ3=σ1，莫尔圆表示横轴上的一点A，然后在剪切过程中，在轴向增加偏差应力（σ1-σ3）使得最大主应力σ1逐步增大，应力莫尔圆的直径也逐步增大，当试样达到破坏状态时，应力莫尔圆与强度包线相切。

在对试样施加周围压力σ3时，同样表示为横轴上的点A，在剪切过程中，增加偏差应力（σ1-σ3）使得最大主应力σ1逐步增大时，莫尔圆顶点的轨迹是倾角为45°的直线。

当试样达到破坏状态时，莫尔圆顶点B并不位于强度包线上，而是达到强度包线下方的另外一条直线上，为破坏主应力线。

简称Kf线。

强度包线τf和破坏应力线Kf都对应土体的破坏状态，强度包线τf为在σ-τ坐标系中所有破坏状态莫尔圆的公切线，它和破坏状态对应的应力莫尔圆相切。

破坏主应力线Kf为在p-q坐标系中所有处于极限平衡迎来状态点的集合，它通过破坏状态莫尔圆的顶点。

因为水不能承受剪应力。

所以孔隙水压力的大小不会影响土骨架所受的剪应力值。

常规三轴试验的总应力路径绘制总应力路径时，无需考虑孔隙水压力的作用，只需考虑作用在试样上的总应力即可。

施加周围压力σ3=σc，施加偏差应力（σ1-σ3）进行剪切，直至试样破坏。

施加周围压力σ3，三轴试验通常让试样现在一周围压力σ3作用下排水固结，试样的总应力由零应力（p=0，q=0）变化为（p=σ3，q=0）。

从原点O沿p轴移动到A点。

增加偏差应力∆σ1 =σ1–σ3，σ3保持不变，周围应力增量∆σ3 = 0 ，σ1不断增加。

此时的总应力路径是沿倾角为45°的斜线，向上最终达到破坏主应力线Kf。

常规三轴试验的有效应力路径在排水试验过程中，试样内的孔隙水压力为零，总应力等于有效应力。

三轴排水试验的有效应力路径和总应力路径重合，有效应力破坏主应力线和总应力破坏主应力线重合。

常规三轴固结不排水试验主要有施加围压力和进行不排水剪切两步骤。

1、施加周围压力σ3，进行排水固结，由于排数固结后，试样内的孔隙水压力消散为零，所以该过程的有效应力路径和总应力路径相同。

2、增加偏差应力∆σ1 =σ1 –σ3，进行不排水剪切。

该过程中，总应力路径与p轴呈45°向上发展的直线，直至试样破坏。

该段总应力路径表示AB，其中B点位于总应力破坏主应力线Kf上。

由于进行的是不排水剪切，当作用偏差应力时，饱和试样内会产生超静孔隙水压力u。

这是由于p` = p – u ,q` = q ，所以每个点的有效应力都和总应力相差u，该段的有效应力路径表示为AC。

C点位于有效应力破坏主应力线上，B点和C点水平坐标相差u。