土的抗剪强度 粘聚力和内摩擦角
土的剪切试验和强度指标
工程常识之土的剪切试验和强度指标1、直接剪切试验在直剪仪中分别施加不同竖向压力，然后分别对施加水平剪切力进行剪切，求得破坏时的剪应力τ，根据库仑定律确定土的抗剪强度参数：内摩擦角ψ和黏聚力c。
试验方法分三种：（1）快剪Q（Quick shear）：在试样上施加垂直压力后，立即加水平剪切力。
在整个试验中，不允许试样的原始含水率有所改变（试样两端敷以隔水纸），即在试验过程中孔隙水压力保持不变（3~5min内剪坏）。
对透水性强的土（渗透系数大于10-6cm/s）不适用。
（2）固结快剪CQ（Consolidation Quick shear）：在垂直压力下土样完全排水固结稳定后，以很快速度施加水平剪力。
在剪切过程中不允许排水（规定在3~5min内剪坏）。
得到的强度指标适用于总应力法。
（3）慢剪S（Slow shear）：在加垂直荷重后，使其充分排水（试样两端敷以滤纸），在土样达到完全固结时，再加水平剪力；每加一次水平剪力后，均需经过一段时间，待土样因剪切引起的孔隙水压力完全消失后，再继续加下一次水平剪力。
得到的强度指标适用于有效应力法。
上述三种试验方法的受力条件不同，所得抗剪强度值也不同。
因此，必须根据土所处的实际应力情况来选择试验方法。
2、三轴剪切试验在三轴仪中，分别在不同的恒定周围压力（即小主应力）下，施加轴向压力（即产生主应力差-），进行剪切直至破坏，然后根据摩尔-库伦理论确定土的抗剪强度参数：内摩擦角ψ和黏聚力c。
试验方法分三种：（1）不固结不排水剪UU（Unconsolidation Undrained）：试样在施加周围压力和随后施加轴向压力力直至剪坏的整个试验过程中都不允许排水，这样从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不可能消散，可以测得总应力抗剪强度指标c u，φu。
（2）固结不排水剪CU（Consolidation Undrained）：试样在施加周围压力时，允许试样充分排水，待固结稳定后，再在不排水的条件下施加轴向压力，直至试样剪切破坏，同时在受剪过程中测定土体的孔隙水压力，可以测得总应力抗剪强度指标c cu，φcu和有效应力抗剪强度指标c’，φ’。
岩土三轴试验中的粘聚力与内摩擦角
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土的抗剪强度-粘聚力和内摩擦角解析
土的抗剪强度--粘聚力和内摩擦角内摩擦角与黏( 内) 聚力:土的抗剪强度由滑动面上土的黏聚力〈阻挡剪切) 和土的内摩阻力两部分组成。
内摩擦角大小取决于土粒间的摩阻力和连锁作用, 内摩擦角反映了土的摩阻性质。
黏聚力是黏性土的特性指标, 黏聚力包括土粒间分子引力形成的原始黏聚力和土中化合物的胶结作用形成的固化黏聚力。
因而内摩擦角与黏聚力是土抗剪强度的两个力学指标。
土的抗剪强度指土对剪切破坏的极限抵抗能力，土体的强度问题实质是土的抗剪能力问题。
土的抗剪强度指标——内摩擦角φ、黏( 内) 聚力Cφ——土的内摩擦角（°）C——土的粘聚力（KPa）φ、C与土的性质有关，还与实验方法、实验条件有关。
因此，谈及强度指标时，应注明它的试验条件。
（直剪实验、三轴剪切试验等）土的抗剪强度第一节概述建筑物由于土的原因引起的事故中，一部分是沉降过大，或是差异沉降过大造成的；另一方面是由于土体的强度破坏而引起的。
对于土工建筑物（如：路堤、土坝等）来说，主要是后一个原因。
从事故的灾害性来说，强度问题比沉降问题要严重的多。
而土体的破坏通常都是剪切破坏；研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性。
①土的抗剪强度（τf）：是指土体抵抗抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动的剪应力。
②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。
其物理意义：可以认为是由颗粒间的内摩阻力以及由胶结物和束缚水膜的分子引力所造成的粘聚力所组成。
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。
粘性土颗粒间的连结比较复杂，连结强度起主要作用，粘性土的抗剪强度主要与连结有关。
决定土的抗剪强度因素很多，主要为：土体本身的性质，土的组成、状态和结构；而这些性质又与它形成环境和应力历史等因素有关；此外，还决定于它当前所受的应力状态。
土的抗剪强度主要依靠室内经验和原位测试确定，试验中，仪器的种类和试验方法以及模拟土剪切破坏时的应力和工作条件好坏，对确定强度值有很大的影响。
土的抗剪强度-粘聚力和内摩擦角
土的抗剪强度--粘聚力和内摩擦角内摩擦角与黏( 内) 聚力:土的抗剪强度由滑动面上土的黏聚力〈阻挡剪切) 和土的内摩阻力两部分组成。
内摩擦角大小取决于土粒间的摩阻力和连锁作用, 内摩擦角反映了土的摩阻性质。
黏聚力是黏性土的特性指标, 黏聚力包括土粒间分子引力形成的原始黏聚力和土中化合物的胶结作用形成的固化黏聚力。
因而内摩擦角与黏聚力是土抗剪强度的两个力学指标。
土的抗剪强度指土对剪切破坏的极限抵抗能力，土体的强度问题实质是土的抗剪能力问题。
土的抗剪强度指标——内摩擦角φ、黏( 内) 聚力Cφ——土的内摩擦角（°）C——土的粘聚力（KPa）φ、C与土的性质有关，还与实验方法、实验条件有关。
因此，谈及强度指标时，应注明它的试验条件。
（直剪实验、三轴剪切试验等）土的抗剪强度第一节概述建筑物由于土的原因引起的事故中，一部分是沉降过大，或是差异沉降过大造成的；另一方面是由于土体的强度破坏而引起的。
对于土工建筑物（如：路堤、土坝等）来说，主要是后一个原因。
从事故的灾害性来说，强度问题比沉降问题要严重的多。
而土体的破坏通常都是剪切破坏；研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性。
①土的抗剪强度（τf）：是指土体抵抗抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动的剪应力。
②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。
其物理意义：可以认为是由颗粒间的内摩阻力以及由胶结物和束缚水膜的分子引力所造成的粘聚力所组成。
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。
粘性土颗粒间的连结比较复杂，连结强度起主要作用，粘性突的抗剪强度主要与连结有关。
决定土的抗剪强度因素很多，主要为：土体本身的性质，土的组成、状态和结构；而这些性质又与它形成环境和应力历史等因素有关；此外，还决定于它当前所受的应力状态。
土的抗剪强度主要依靠室内经验和原位测试确定，试验中，仪器的种类和试验方法以及模拟土剪切破坏时的应力和工作条件好坏，对确定强度值有很大的影响。
粘性土的换算内摩擦角计算方法
目前在设计中常用的方法是用综合内摩擦角φ0代替抗剪强度中的内摩擦角φ和粘聚力c。
常用的内摩擦角换算方法有：①把粘性土的内摩擦角φ值增大5°-10°，作为综合内摩擦角φ0，因此，当墙高H≦6m时，一般取综合内摩擦角值为35°-40°，当墙高H>6m时，取综合内摩擦角值为30°-35°。
也可按经验规定粘聚力每增加0.1MPa，相当于增加内摩擦角3°-7°②根据土的抗剪强度相等的原理，计算综合内摩擦角φ0其换算公式为：φ。
=tan-1(tanφ+c/rH)式中，r为填料的容重(kN/m3)；φ为试验测定的土的内摩擦角；c为试验测定的土的粘聚力(kPa)；H为挡土墙的高度（m）。
③根据土压力相等的原理计算综合内摩擦角φ0值。
为计算方便，可按破裂楔体顶面水平、墙背竖直、墙背与土之间的摩擦角为0的简单边界条件确定换算为砂性土的土压力为：Ed=1/2 rH2tan2(45°-φ0/2)粘性土的土压力为：令粘性土的土压力与换算后的砂性土土压力相等，即可求出φ0值Ea=1/2 rH2tan2(45°-φ/2)-2cH tan2(45°-φ/2)+2c2/r综合内摩擦角是个偷懒的做法，在特定情况下是可以的，但不应是6楼的表达方式，6楼的表达方式是基于抗剪强度，对于挡土墙这个式子就不恰当了，应该以土压力系数的形式来表达--土压力系数相等反算综合内摩擦角由于土压力系数与深度有关，因此对于挡土墙来说，综合内摩擦角是个随墙高的变量。
内摩擦角(angle of internal friction)煤堆在垂直重力作用下发生剪切破坏时错动面的倾角作为岩(土)体的两个重要参数之一的内摩擦角，是土的抗剪强度指标，是工程设计的重要参数。
土的内磨擦角反映了土的磨擦特性，一般认为包含两个部分：土颗料的表面磨擦力，颗粒间的嵌入和联锁作用产生的咬合力。
(完整版)土的抗剪强度
一、土的抗剪性
土是由固体颗粒组成的，土粒间的连结强度远远小于土粒本身的强度，故在外力作用下土粒 之间发生相互错动，引起土中的一部分相对另一部分产生滑动。土粒抵抗这种滑动的性能， 称为土的抗剪性。 土的抗剪性是由土的内摩擦角 φ 和内聚力 c 两个指标决定。对于高层建筑地基稳定性分析、 斜坡稳定性分析及支护等问题，c、φ 值是必不可少的指标。 无粘性土一般没有粘结力，抗剪力主要由颗粒间的滑动摩擦以及凹凸面间镶嵌作用所产生的 摩擦力组成，指标"内摩擦角 φ"值的大小，体现了土粒间摩擦力的强弱，也反映了土的抗 剪能力； 粘性土的抗剪力不仅有颗粒间的摩擦力，还有相互粘结力，不同种类的粘性土，具有不同的 粘结力，指标"内聚力 c"值的大小，体现了粘结力的强弱。因此，对于粘性土的抗剪能力， 由内摩擦角 φ 和粘聚力 c 两个指标决定。
三、影响土体抗剪强度的因素分析
决定土的抗剪强度因素很多，主要为：土体本身的性质，土的组成、状态和结构；而 这些性质又与它形成环境和应力历史等因素有关；此外，还决定于它当前所受的应力状态。
土的抗剪强度主要依靠室内经验和原位测试确定，试验中，仪器的种类和试验方法以 及模拟土剪切破坏时的应力和工作条件好坏，对确定强度值有很大的影响。
一、直接剪切试验
直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，前者是等速推动试样产生位移，测定相应的 剪应力，后者则是对试件分级施加水平剪应力测定相应的位移，目前我国普遍采用的是应变 控制式直剪仪。
应变控制式直剪仪主要部件由固定的上盒和活动的下盒组成，试样放在盒内上下两块透 水石之间。试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试件施加某一垂直压力 σ，然后等 速转动手轮对下盒施加水平推力，使试样在上下盒的水平接触面上产生剪切变形，直至破坏， 剪应力的大小可借助与上盒接触的量力环的变形值计算确定。假设这时土样所承受的水平向 推力为 T，土样的水平横断面面积为 A，那么，作用在土样上的法向应力则为σ＝P/A，而 土的抗剪强度就可以表示为 f ＝T/A。ຫໍສະໝຸດ 主要内容第一节 概述
粘性土的换算内摩擦角计算方法
目前在设计中常用的方法是用综合内摩擦角φ0代替抗剪强度中的内摩擦角φ和粘聚力c。
常用的内摩擦角换算方法有：①把粘性土的内摩擦角φ值增大5°-10°，作为综合内摩擦角φ0，因此，当墙高H≦6m时，一般取综合内摩擦角值为35°-40°，当墙高H>6m时，取综合内摩擦角值为30°-35°。
也可按经验规定粘聚力每增加，相当于增加内摩擦角3°-7°②根据土的抗剪强度相等的原理，计算综合内摩擦角φ0其换算公式为：φ。
=tan-1(tanφ+c/rH)式中，r为填料的容重(kN/m3)；φ为试验测定的土的内摩擦角；c为试验测定的土的粘聚力(kPa)；H为挡土墙的高度（m）。
③根据土压力相等的原理计算综合内摩擦角φ0值。
为计算方便，可按破裂楔体顶面水平、墙背竖直、墙背与土之间的摩擦角为0的简单边界条件确定换算为砂性土的土压力为：Ed=1/2 rH2tan2(45°-φ0/2)粘性土的土压力为：令粘性土的土压力与换算后的砂性土土压力相等，即可求出φ0值Ea=1/2 rH2tan2(45°-φ/2)-2cH tan2(45°-φ/2)+2c2/r综合内摩擦角是个偷懒的做法，在特定情况下是可以的，但不应是6楼的表达方式，6楼的表达方式是基于抗剪强度，对于挡土墙这个式子就不恰当了，应该以土压力系数的形式来表达--土压力系数相等反算综合内摩擦角由于土压力系数与深度有关，因此对于挡土墙来说，综合内摩擦角是个随墙高的变量。
内摩擦角(angle of internal friction)煤堆在垂直重力作用下发生剪切破坏时错动面的倾角作为岩(土)体的两个重要参数之一的内摩擦角，是土的抗剪强度指标，是工程设计的重要参数。
土的内磨擦角反映了土的磨擦特性，一般认为包含两个部分：土颗料的表面磨擦力，颗粒间的嵌入和联锁作用产生的咬合力。
素填土的粘聚力和内摩擦角
素填土的粘聚力和内摩擦角引言在土木工程中，素填土是指没有经过特殊处理的天然土壤。
素填土在土木工程中的使用非常广泛，如基础工程、路基工程等。
了解素填土的特性对于设计和施工至关重要，本文将探讨素填土的粘聚力和内摩擦角，以及它们在土木工程中的应用。
素填土的粘聚力素填土的粘聚力是指土壤颗粒之间的吸引力或内聚力。
粘聚力对于素填土的稳定性和强度非常重要。
它取决于土壤颗粒之间的胶结作用、含水量、颗粒形状和颗粒大小等因素。
影响粘聚力的因素1.含水量：粘聚力随着含水量的增加而增加，当含水量达到一定值后，粘聚力开始减小。
这是因为水分的存在会使土壤颗粒间的吸引力减弱。
2.颗粒形状：颗粒形状对粘聚力有着重要影响。
规则形状的颗粒间的亲和力更强，因此粘聚力也更高。
3.颗粒大小：颗粒大小对于粘聚力的影响复杂而多样。
通常来说，较小的颗粒之间的粘聚力较大。
粘聚力的测试方法测定素填土的粘聚力通常使用剪切强度试验。
这种试验通过施加垂直和水平应力来破坏土壤颗粒间的粘聚力，并测量所需要的垂直和水平应力。
素填土的内摩擦角素填土的内摩擦角是指土壤内部颗粒间摩擦力与垂直应力之间的关系。
内摩擦角是土壤的一个重要参数，它影响素填土的抗剪强度和稳定性。
影响内摩擦角的因素1.颗粒形状和大小：颗粒形状和大小决定了土壤颗粒间的摩擦力大小。
较大且规则形状的颗粒之间的摩擦力更大，因此内摩擦角也较大。
2.含水量：含水量对于素填土的内摩擦角有着重要影响。
适当的含水量可以增加颗粒间的接触面积，从而增加内摩擦角。
内摩擦角的测定方法测定素填土的内摩擦角通常使用直剪试验。
这种试验通过在土壤样品中施加剪切应力来测量土壤颗粒间的摩擦力大小。
素填土的粘聚力和内摩擦角在土木工程中的应用粘聚力和内摩擦角是土木工程中设计和施工过程中需要考虑的重要参数。
它们决定了土壤的稳定性、强度和可处理性。
路基工程在路基工程中，粘聚力和内摩擦角对于路基的稳定性非常重要。
通过测定素填土的粘聚力和内摩擦角，可以选择适当的土壤处理方法和结构设计，以确保路基的稳定性和强度。
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土的抗剪强度--粘聚力和内摩擦角
内摩擦角与黏(内)聚力:
土的抗剪强度由滑动面上土的黏聚力〈阻挡剪切)和土的内摩阻力两部分组成。
内摩擦角大小取决于土粒间的摩阻力和连锁作用,内摩擦角反映了土的摩阻性质。
黏聚力是黏性土的特性指标,黏聚力包括土粒间分子引力形成的原始黏聚力和土中化合物的胶结作用形成的固化黏聚力。
因而内摩擦角与黏聚力是土抗剪强度的两个力学指标。
土的抗剪强度指土对剪切破坏的极限抵抗能力，土体的强度问题实质是土的抗剪能力问题。
土的抗剪强度指标——内摩擦角φ、黏(内)聚力C
φ——土的内摩擦角（°）
C——土的粘聚力（KPa）
φ、C与土的性质有关，还与实验方法、实验条件有关。
因此，谈及强度指标时，应注明它的试验条件。
（直剪实验、三轴剪切试验等）
土的抗剪强度
第一节概述
建筑物由于土的原因引起的事故中，一部分是沉降过大，或是差异沉降过大造成的；另一方面是由于土体的强度破坏而引起的。
对于土工建筑物（如：路堤、土坝等）来说，主要是后一个原因。
从事故的灾害性来说，强度问题比沉降问题要严重的多。
而土体的破坏通常都是剪切破坏；研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性。
）：是指土体抵抗抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏
①土的抗剪强度（τ
f
时滑动的剪应力。
②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。
其物理意义：可以认为是由颗粒间的内摩阻力以及由胶结物和束缚水膜的分子引力所造成的粘聚力所组成。
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。
粘性土颗粒间的连结比较复杂，连结强度起主要作用，粘性土的抗剪强度主要与连结有关。
决定土的抗剪强度因素很多，主要为：土体本身的性质，土的组成、状态和结构；而这些性质又与它形成环境和应力历史等因素有关；此外，还决定于它当前所受的应力状态。
土的抗剪强度主要依靠室内经验和原位测试确定，试验中，仪器的种类和试验方法以及模拟土剪切破坏时的应力和工作条件好坏，对确定强度值有很大的影响。
第二节抗剪强度的基本理论
一、库仑定律（剪切定律）1773年法国学者
在法向应力变化范围不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。
上述应力间的关系也可用应力圆（莫尔圆）表示。
从应力园的几何条件可知：
1、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，如斜坡的稳定性、厚度很大的饱和粘土地基等。
2、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。
3、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，如透水性较好的低塑性土以及再软弱饱和土层上的高填方分层控制填筑等等。
二、按试验仪器分
1、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、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，尚能测定其它指标。
缺点：（1）操作复杂；
（2）所需试样较多；
三、按控制方法分:
剪切试验控制方法分为应变控制式和应力控制式两种。
四、直接剪切试验
1、取样要求：用环刀取，环刀面积不小于30cm2，环刀高度不小于2cm，同一土样至少切取4个试样。
2、试验方法
（1）快剪（q）：试样在垂直压力施加后立即进行快速剪切，试验全过程都不许有排水现象产生。
（2）固结快剪（Cq）：试样在垂直压力下经过一定程度的排水固结后，再进行快速剪切。
（3）慢剪（S）：试样在垂直压力排水固结后慢慢的进行剪切，剪切过程中孔隙水可自由排出。
试验结果：一般情况下，快剪所得的值最小，慢剪所得的值最大，固结快剪居中。
3、指标计算
4、残余抗剪强度
（1）物理意义：土的剪应力～剪应变关系可分为两种类型：一种是曲线平缓上升，没有中间峰值，如松砂；另一种剪应力～剪应变曲线有明显的中间峰值，在超越峰值后，剪应变不断增大，但抗剪强度确下降，如密砂。
在粘性土中，坚硬的、超压密的粘土的剪应力～剪应变曲线常呈现较大峰值，正常压密土或软粘土则不出现峰值，或有很小的峰值。
（图见教材）。