土的抗剪强度

dlcos A(, )
1
圆心坐标[1/2(1 +3 )，0] 2 应力圆半径r＝1/2(1－3 )
O
3

1
1/2(1 +3 )
土中某点的应 力状态可用莫 尔应力圆描述
抗剪强度的基本理论
2、极限平衡条件
三、莫尔～库仑破坏标准
1 f 3tg 2 45 2c tg 45 2 2 3 f

应力圆与强度线相离： 应力圆与强度线相切： 应力圆与强度线相割：
σ1<σ1f σ1=σ1f σ1>σ1f
弹性平衡状态
极限平衡状态
破坏状态
抗剪强度的基本理论
三、莫尔～库仑破坏标准 当3= 常数：
1,3 x z
2 z 2 x 4 xz 2
《土质学与土力学》 安徽理工大学资源与环境工程系
第六章 土的抗剪强度
★ 概述 ★抗剪强度的基本理论
★抗剪强度的试验方法
概述
剪切破坏
沉降过大 土工建筑物（如： 路堤、土坝等） 土体破坏
强度破坏
建筑物事故
研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性
概述
土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力
概述
大阪的港口码头档土墙由于液化前倾
四、抗剪强度的试验方法
应变控制式
按控制方法分
应力控制式
抗剪强度的基本理论
1.直接剪切试验
四、抗剪强度的试验方法
试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）
抗剪强度的基本理论
四、抗剪强度的试验方法
1.直接剪切试验
抗剪强度的基本理论
四、抗剪强度的试验方法
1.直接剪切试验
抗剪强度的基本理论
1.直接剪切试验
f
砂土
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

f tan
f tan c

c
粘土
c:土的粘聚力

:土的内摩擦角
抗剪强度的基本理论
二、总应力法和有效应力法
强度指标
土的抗剪强度的 有效应力指标c,
土的抗剪强度的 总应力指标c, = c + tg
抗剪强度的基本理论
四、抗剪强度的试验方法
快剪（不排水剪）：这种试验方法要求在剪切过程中土的 含水量不变，因此，无论加垂直压力或水平剪力，都必须 迅速进行，不让孔隙水排出。 适用范围：加荷速率快，排水条件差
按排水条件分
固结快剪（固结不排水剪）：试样在垂直压力下排水固结 稳定后，迅速施加水平剪力，以保持土样的含水量在剪切 前后基本不变。 试用范围：一般建筑物地基的稳定性，施工期间具有一定 的固结作用。
慢剪（排水剪）：土样的上、下两面均为透水石，以利排 水，土样在垂直压力作用下，待充分排水固结达稳定后， 再缓慢施加水平剪力，使剪力作用也充分排水固结，直至 土样破坏。 适用范围：加荷速率慢，排水条件好，施工期长，
抗剪强度的基本理论
四、抗剪强度的试验方法
按试验仪器分
直接剪切试验 优点：仪器构造简单，操作方便 缺点：（1）剪切面不一定是试样抗剪能力最弱的面； （2）剪切面上的应力分布不均匀，而且受剪 切面面积愈来愈小； （3）不能严格控制排水条件，测不出剪切过 程中孔隙水压力的变化。
2
判别对象：土体微小单元（一点） 根据应力状态计算出 大小主应力σ1、σ3
判断破坏可能性 σ1<σ1f 弹性平衡状态 σ1=σ1f 极限平衡状态 σ1>σ1f 破坏状态
1 f 3tg 45 2c tg 45 2 2
2

由σ3计算σ1f 比较σ1与σ1f
1

σ3>σ3f 弹性平衡状态 σ3=σ3f 极限平衡状态 σ3<σ3f 破坏状态
O 3 3f 3
c
3 f 1tg 2 45 2c tg 45 2 2

抗剪强度的基本理论
三、莫尔～库仑破坏标准 判别对象：土体微小单元（一点） 当(1 + 3)/2 = 常数：圆心保持不变
三轴剪切试验 优点：（1）试验中能严格控制试样排水条件及测定 孔隙水压力的变化；（2）剪切面不固定；（3）应力 状态比较明确；（4）除抗剪强度外，尚能测定其它 指主 应力方向固定不变，而且是再令的轴对称情况下进行的， 与实际情况尚不能完全符合。
抗剪强度的基本理论
概述
粘土地基上的某谷仓地基破坏
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。
抗剪强度的基本理论
库仑定律说明：（1）土的抗剪强度由土的
一、库仑定律（剪切定律） 1776年，库仑根据砂土剪切试验
内摩擦力tg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tg； （3）表征抗剪强度指标：土的内摩擦角φ 和内聚力c。
四、抗剪强度的试验方法 1.直接剪切试验
在不同的垂直压力下进行剪切试验，得相应的抗剪强度τf，绘制τf - 曲线，得该土的抗剪强度包线
抗剪强度的基本理论
2.三轴剪切试验
四、抗剪强度的试验方法
应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成 应力控制式三轴仪
试验步骤: 1.装样 2.施加周围压力 3.施加竖向压力
qu

qu f cu 2
无侧限抗压强度试验仪器构造简单，操作方便，可代替三轴试验 测定饱和软粘土的不排水强度

抗剪强度包线

c

抗剪强度的基本理论
2.三轴剪切试验 量表
四、抗剪强度的试验方法
无侧限抗压强度试验 量力环 qu
试 样
升降 螺杆
加压框 架
qu
无侧限压缩仪
无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0， 只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承 受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度
抗剪强度的基本理论
三、莫尔～库仑破坏标准
1.单元体上的应力和应力圆

3
dlsin


1 1 3 1 1 3 cos 2 2 2 1 1 3 sin 2 2
2 2
莫尔应力圆方程
1 1 1 3 2 1 3 2 2
四、抗剪强度的试验方法
剪前施加在试样顶面上 的竖向压力为剪破面上 的法向应力，剪应力由 剪切力除以试样面积
P A
f T A
在法向应力作用下，剪应力与剪切位移关系曲线， 根据曲线得到该作用下，土的抗剪强度
剪应力（kPa) a b 1 2
4mm
剪切位移△l (0.01mm)
抗剪强度的基本理论
1tg 2 45 2c tg 45 2 2

1 3
2
f c tan

c
O
3
1f

c ctg
1 3
2
抗剪强度的基本理论
三、莫尔～库仑破坏标准

强度线
极限应力圆
抗剪强度的基本理论
2.三轴剪切试验
四、抗剪强度的试验方法
无侧限压 缩仪
抗剪强度的基本理论
2.三轴剪切试验
四、抗剪强度的试验方法
根据试验结果只能作出一个极限应力圆（3=0，1=qu）。因此对一 般粘性土，无法作出强度包线

cu
u=0
说明：对于饱和软粘土，根据三轴不排 水剪试验成果，其强度包线近似于一水 平线，即u=0，因此无侧限抗压强度试 验适用于测定饱和软粘土的不排水强度
超固结粘土的总应力与有效应力强度包线
抗剪强度的基本理论
三、莫尔～库仑破坏标准
f tan c
莫尔～库仑破坏理论：以库仑公式 作为抗剪强度公式。根据剪应力是否达到抗剪强度 （τ＝τf）作为破坏标准的理论就称为莫尔～库仑破坏理论。
莫尔～库仑破坏准则（标准）：研究莫尔～库仑破坏理论如何直接用主 应力表示，这就是莫尔～库仑破坏准则，也称土的极限平衡条件。
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。
概述
广州京光广场基坑塌方
使基坑旁办公室、民 工宿舍和仓库倒塌， 死3人，伤17人。
概述
2000年西藏易贡巨型滑坡
龙观嘴 黄崖沟
乌江
概述
日本新泻1964年地震引起大面积液化
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。
抗剪强度
= c + tg = -u
便于应用,但u不能产生 符合土的破坏机理，但 有时孔隙水压力u无法 抗剪强度，不符合强度 简单评价 机理，应用时要符合工 确定 程条件
抗剪强度的基本理论
二、总应力法和有效应力法

f

f

c c
u(-)
总应力 有效应力
u(+)
(’)


c
O
3
1 1f 1

抗剪强度的基本理论
三、莫尔～库仑破坏标准 当1= 常数： 判别对象：土体微小单元（一点）
1,3 x z
2 z 2 x 4 xz 2
2
根据应力状态计算出 大小主应力σ1、σ3
判断破坏可能性

由σ1计算σ3f 比较σ3与σ3f
z 2 x 4 xz 2
2