土的强度机理及影响因素分析
土力学_李广信_土的抗碱强度 (1)
18
§5 土的抗剪强度 §5.1
三、土的强度机理 1、直剪试验（库仑 1776）
试验方法 施加 σ（=P/A） 施加 S
P
土体破坏与强度理论
σ = 300KPa σ = 200KPa σ = 100KPa
量测 （=T/A）
S
上盒
A
S
下盒
T
19
§5 土的抗剪强度 §5.1
三、土的强度机理
试验结果
土体破坏与强度理论 2. 各种类型的滑坡
2000年西藏易贡巨型滑坡
立面示意图
5530 高程（m）
关西空港一期17倍
坡高 堆积体宽 总方量
4000
3330 m 约2500m 约3亿方
2200
0
2000
4000 滑距（m）
6000
8000
11
§5 土的抗剪强度 §5.1
二、工程中土体的破坏类型
土体破坏与强度理论 2. 各种类型的滑坡
2000年西藏易贡巨型滑坡
平面示意图
5520m
2210m
2264m
滑坡堆积体 滑坡堆积区
2340m 2165m
12
§5 土的抗剪强度 §5.1
二、工程中土体的破坏类型
土体破坏与强度理论 2. 各种类型的滑坡
2000年西藏易贡巨型滑坡
湖水每天上涨 50cm ?
天然坝 坝高290 m 滑坡堰塞湖 库容15亿方 10个月后溃坝
8
§5 土的抗剪强度 §5.1
二、工程中土体的破坏类型
土体破坏与强度理论 1. 挡土结构物的破 坏
滑裂面
挡土墙
基坑支护
9
§5 土的抗剪强度 §5.1
土抗剪强度指标确定及影响因素分析
Ｂ Ｐ网络 的整个 学 习过程 的具体 步骤 为 ：①初 始
化 网络 的权值 和阈值 ；②通过输入 向量 和神经 层 的传 递 函数计算 网络 的输 出向量 ；③ 比较 网络输 出值与 网 络期望值之 间的误差 ，并反 向传播误差 ；④ 利用误差 计算新 的网络 权值 和 阈值 ；⑤ 判 断是 否满 足 收敛 条
结构性 ，特别是粘 性土的絮凝结 构使原 状土强度远 大 于重塑土… ；另一类 是外 部 因素 ，包 括应 力 、应 变 、
件。如果不 满足 ，则 回到第 ②步 ，如果 满足条 件则学 习结 束 。
时间 、温度 等。本 文针对影 响土体抗剪 强度的主要 因 素 ，应 用人 工神经 网络模 型 ，采用现场试 验或室 内试 验可 以直接得 到的信息作 为基础信 息 ，分析其对抗剪 强度 指标 的影响并 进行 敏感 性分析。
表 １ 训 练 样本 表
￥ 湖 北 省 教 育 厅科 学研 究 基 金项 目 （ ２０ １０ ２ 、三 峡 大 学 科 学 研 究 基 金 项 目 （ Ｄ ０ ４ ２ ３ 。 Ｄ ０ ７３ ０ ） Ｓ ２０ １０ ）
张国栋 ，男 ，副 教授 ，博 士。
维普资讯
张 国栋等 ：土抗剪 强度指标确定及影 响因素分析
・ｌ ５・
表 ３ 预 测 值 与 实测 值 的 比较 表
隙比ｅ 、饱 和度 ｓ、土 粒相 对体 积质 量 ｄ 、液 限 Ｗ 、 ．
塑 限 Ｗ 、液性指 数 ，、塑性指 数 ， 对 抗剪 强度 的影 Ｊ ＿
响 。通过神经 网络 的预测分析 得到如下结果 ：① 影响 ｃ 的重要性 程度依次为 ｄ ＞Ｗ． ＞ ＞Ｗ＞ ． ＞， ＞Ｓ ＞Ｗ
分别减小一个节点 ，然后通过建立起 的网络来进行 预
三轴试验
不固结不排水试验（UU试验） cu 、u 1 关闭排水阀门，围压下不固结；
2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水
试验类型汇总
固结排水试验（CD试验）
Consolidated Drained Triaxial test 抗剪强度指标： cd d （c ） (CD)
P
孔 压 U
时间T
2.液化机理
（1）初始的疏松状态 （2）振动以后处于悬浮状态 —孔压升高（液化） （3）振后处于密实状态
摩擦强度-正比于压力 c：
粘聚强度-与所受压力无关
二、土的强度的机理
1.摩擦强度 tg
（1）滑动摩擦 （2）咬合摩擦引起的剪胀 （3）颗粒的破碎与重排列
N T
N
T= N
T
颗粒破碎与重排列 滑动摩擦 咬合摩擦引起的剪胀
影响土的摩擦强度的主要因素：
密度（e,
粒径级配（Cu, Cc） 颗粒的矿物成分：对于：砂土>粘性土； 高岭石>伊里石>蒙特石 粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）
c O
通过控制剪切速率来 近似模拟排水条件
1. 固结慢剪： 施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力-小 于0.02mm/分，以保证无超静孔压 2. 固结快剪 施加正应力-充分固结在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
优点
设备简单，操作方便
结果便于整理
f tan
σ τ
粘性土：
f tan c
c:土的粘聚力 :土的内摩擦角
莫尔—库仑强度理论
淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度影响因素的正交试验研究
淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度影响因素的正交试验研究淤泥质粉质黏土水泥土是一种常见的土工材料，在水利工程、土木工程以及环境工程中得到广泛应用。
了解淤泥质粉质黏土水泥土的无侧限抗压强度的影响因素对于工程设计和施工具有重要意义。
本文将通过正交试验的方式，研究淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度的影响因素。
淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度是指在无侧限状态下，土体抵抗垂直于土体截面的最大压力的能力。
通常以兆帕（MPa）表示。
无侧限抗压强度是评价土体强度和承载能力的重要参数之一、影响淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度的因素较多，包括水泥掺量、水泥种类、黏土含量、固结度等。
首先，水泥掺量是影响淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度的重要因素之一、水泥作为胶结材料，对土体起到固化和增强作用。
增加水泥掺量可以提高土体的无侧限抗压强度。
因此，在正交试验中，可以选取不同含水泥掺量的水泥土样品进行比较研究。
其次，水泥种类也是影响淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度的重要因素。
不同种类的水泥在硬化过程中具有不同的化学反应和物理性质。
因此，选择不同水泥种类进行试验，比较其对水泥土无侧限抗压强度的影响。
此外，黏土含量也是影响淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度的重要因素之一、黏土是淤泥质粉质黏土水泥土的主要组成部分，其含量的多少会直接影响土体的强度。
在正交试验中，可以选取不同含黏土量的试样进行比较研究。
最后，固结度也是影响水泥土无侧限抗压强度的因素。
固结度是衡量土体中颗粒之间相互连接程度的参数，影响土体的密实程度和抗压性能。
在正交试验中，可以选取不同固结度的水泥土样品进行对比研究。
通过正交试验，可以对上述四个因素进行综合研究，得出它们对淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度的影响程度。
通过实验数据的分析和处理，可以得到各个因素的主次效应，进一步确定影响淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度的关键因素。
综上所述，淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度的影响因素包括水泥掺量、水泥种类、黏土含量和固结度等。
量化分析影响水泥石灰综合稳定细粒土强度的因素
３天
表 １
２１２ 石 灰 ： 用 驻 马 店 地 区 秀 山 石 过 标 养 温 度 。 ．． 采 灰 厂 的 ， 消 解 石 灰 有 效 钙 加 氧 化 镁 的 含 从 表 １ 到 养 看 量 在 ６ ％左 右 ， 于 Ⅲ级 以 上 消 解 石 灰 。 ０ 属 生 温 度 对 强
维普资讯 httpபைடு நூலகம்//
从
述
ｌ
漯 驻 高 速 公 路 ５ ６ 同 由 中 建 局 三 Ａ、 合
根 据 表 １ 以 看 出 ， 管 采 用 什 么 方 可 不
随 抗 局 和 交 一 局 承 建 ， 长 １ ． ｋ ， 中６ 全 ０８ ｍ 其 ５ 合 式 的 养 生 ， 着 龄 期 的 增 长 ， 压 强 度 也 同 段 ６８ ｋ ， Ａ合 同段 ４ ｍ ， 基 层 工 程 在 增 长 。在 双 对 数 坐标 纸 上 ， 度 和 时 间 强 度 也 越 高 。Ｊ Ｊ３ — ３ 公 路 路 面 基 层 ． ｍ ５ ５ ｋ 底 强 ＴＯ４ ９ 《 量 为３ 万平 方米 ， 计 厚 度２ｃ ０ 设 ０ ｍ。 ２ 配 合 比 设 计
１３ － ２
组 在 室 外 ， 面 覆 盖 ５ ８ ｍ左 右 素 土 ， 上 —ｃ 简 强 度 。养 生 温 称 覆 盖 养 生 ， 组 放 在 室 外 空 气 中 养 生 ， 度 越 高 ， 泥 一 水 简 称 自 然 养 生 。 无 侧 限 抗 压 强 度 均 在 最 石 灰 综 合 稳
后 ２ ｄ， 浸 水 养 生 。 ４ 时 定 细 粒 土 的
１５ ．４ ２４ ．３ １６ ． ６
１６ ５
４９ ０ ２８ ．５
土力学_李广信_土的抗剪强度
(1 + 3)/2 = 常数：圆心保持不 变
1,3
x
z 2
x
2
z
2
2 xz
根据应力状态计算出 大小主应力σ1、σ3
也可比较圆的直径
c O
判断破坏可能性
由σ1、σ3计算 与比较
< =
>
安全状态 极限平衡状态 不可能状态
sin
1 3
8000
11
§5 土的抗剪强度 §5.1 土体破坏与强度理论
二、工程中土体的破坏类型 2. 各种类型的滑坡
2000年西藏易贡巨型滑坡
平面示意图
5520m
2210m
2264m
滑滑坡坡堆堆积积区体
2340m
2165m
12
§5 土的抗剪强度 §5.1 土体破坏与强度理论
二、工程中土体的破坏类型 2. 各种类型的滑坡
1,3
x
z
2
x
z
2
2
2 xz
根据应力状态计算出 大小主应力σ1、σ3
σ1<σ1f 安全状态 σ1=σ1f 极限平衡状态 σ1>σ1f 不可能状态
由σ3计算σ1f 比较σ1与σ1f
1 f
3
tan2
45
2
2c
tan
45
- zx
z
+
材料力学
xz x
正应力
拉为正 压为负
土力学
天津滨海新区吹填软土结构强度形成影响因素分析
间效应 以及蠕 变 条件 下对 吹填 软 土结 构 强度 形 成 的 影响 ，并对 实测 结果 进行 了灰预 测 ；成 玉 祥 ¨ Ｉ Ｉ 等 研 究 了结构 性 吹填 土剪切 破 坏 的微 观 结构 效 应 ，针
收稿 日期 ：２ ０ １ ２— ０ ８—１ ７ 作者简 介 ：杨 爱武 （ １ ９ ７ １一）男 ，安徽 桐城 人。教 授 ，博 士 ，主 要从事 软土地 基及 土 体微 观 结构 研 究。Ｅ ． ｍ ａ ｉ ｌ ： Ｔ ｕ ｌ ｉ ｌ ａ ｂ
仅施加 围压 时结构 强度增长 效果要 好 ，且偏 压越 大结构强度 的增 长越 快 ；在 有利 于结构 强度 形成 的 条件 下 ，沉积 时间的长短对吹填软 土结构 强度影响较 大 ，沉积 时间越 长 ，其结构 强度越 大。 关键 词 ：吹填软 土 ；结构 强度 ；排水条件 ；时间效应 中图分 类号 ：Ｔ Ｕ ４ ７ １ ． ８ 文献标志码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ ０ ３—８ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３— ０ ０ ７ ９— ０ ４
杨爱武 ，等 ：天津滨海新 区吹填软土结构强度形成影 响因素 分析
・ ７ ９・
天 津 滨 海 新 区 吹填 软 土 结 构 强 度 形 成 影 响 因素 分 析
杨 爱 武 ，许 鹏 程 ，张静 娴 。
（ １ ． 天津城市建设学院 ，天津 ３ ０ ０ ３ ８ ４ ；２ ．天津市软土特性 与工程环境重点实验室 ，天津 ３ ．天津市建筑科学研究 院 ，天津 ３ ０ ０ ３ ８ １ ） ３ ０ ０ ３ ８ ４；
因素 ，而 吹填软 土结 构 强度 形成 是 一 个 多 因素影 响
形成 的过 程 。本 文从 不 同条 件下 吹填 软 土 的结构 强
度形成 出发 ，系统分 析其结构 强度 形成 的影 响因素 ，
石灰土强度形成的原理及施工注意要点
石灰土强度形成的原理及施工注意要点【摘要】石灰土在工程中起着重要作用，其强度的形成原理是通过石灰和土壤中的水发生化学反应，使土壤颗粒结合更紧密。
影响石灰土强度的因素包括石灰用量、土壤类型和含水量等。
在施工过程中，需要注意石灰土配比、水养护以及避免过度压实等要点。
测试方法包括压实度和抗压强度等技术。
控制技术主要包括施工工艺和监测设备的使用。
石灰土强度在工程中的应用包括路基、堤坝和地基处理等。
未来研究应关注新材料和新技术的应用，以提高石灰土强度的效果和施工质量。
【关键词】石灰土强度、形成原理、影响因素、施工注意要点、测试方法、控制技术、工程应用、研究方向。
1. 引言1.1 石灰土强度的重要性石灰土强度在工程施工中扮演着非常重要的角色。
石灰土经过适量的石灰掺入后会产生化学反应，形成稳定的结构，从而提高土体的强度和稳定性。
这种化学反应会改变土体的物理性质，增加土壤的黏结力和内聚力，使土体更加坚固和耐久。
在工程中，石灰土强度的提高可以有效地解决土体的承载力不足或稳定性差的问题，使土体具有更好的承载能力和抗变形能力，从而保障工程施工的安全性和可靠性。
石灰土强度的提高还可以减少土体的沉降和收缩，降低土体的渗透性，提高土体的抗水性和抗冻性，从而延长土体的使用寿命，减少维护和修复成本，节约施工时间和资源。
在工程实践中，充分利用石灰土提高土体强度是一种有效的施工手段，可以提高工程质量，降低工程风险，推动工程施工的进展和发展。
对于石灰土强度的研究和应用具有重要的意义和价值。
1.2 研究背景目前，关于石灰土强度形成的原理和影响因素已经有了一定的研究基础，但仍存在许多待解决的问题。
石灰土中石灰的含量、石灰土固结时间和固结度等因素对石灰土强度的影响机理尚未完全明晰。
在实际工程中，石灰土的施工过程中容易受到外界环境因素的影响，施工质量的控制存在一定的困难。
对石灰土强度形成的原理和施工注意要点进行深入研究，不仅可以为工程建设提供科学依据，还可以指导石灰土的实际应用，提高工程施工的效率和质量。
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土的强度机理及影响因素分析
摘要：介绍了土强度的形成机理及其特性，对土的强度的表现形式中的粘聚力和内摩擦角作了深入阐述，从中归纳总结出了土强度的影响因素。
关键词：土的强度库仑—莫尔强度理论粘聚力内摩擦角影响因素
1.引言
土与人类的关系十分密切。
在人类文明发展进程的几千年历史中，挖沟筑堤，疏河开渠，建造房屋，首先涉及的都是土的强度问题。
人们通过长期实践对土的强度的重要性有了较深刻的理解。
土的强度理论的研究甚至早于“土力学”学科的建立，也就是即早于太沙基1925年出版其著作《土力学与基础工程》。
1776年，法国工程师库仑在试验的基础上提出了著名的库仑公式，就开始了土强度的理论研究。
即：
τf=c+σ*tanυ（1）
1900年莫尔提出，在土的破坏面上的抗剪强度是作用在该面上的正应力的单值函数，即：
τf=f(σf)（2）
这样，库仑公式就只是在一定应力水平下的线性特例。
从而建立了著名的莫尔—库仑强度理论。
2.土的抗剪强度机理
从式（1）中可以看出，土的强度由两部分组成：c和σ*tanυ。
前者为粘聚强度，后者为摩擦强度。
实际上土的强度机理及影响因素十分复杂，不能将二者截然分开。
无粘性土一般不存在严格意义上的粘聚力，但碎石，卵石在很密实的情况下，相互间紧密咬合，可在其中垂直开挖而不倒塌。
对于干沙和静水下饱和的沙土，只有坡度小于天然休止角时才能稳定。
而对于稍湿沙及毛细饱和区沙土，同样可以垂直开挖一定深度而不倒塌，这是由于毛细吸力使沙土颗粒间产生正的压力，这种有效压应力在颗粒间产生摩擦强度，宏观上表现为“假粘聚力”。
这种强度表现形式与实际机理不一致的情况随处可见。
所以我们将它们在形式上分为摩擦强度和粘聚强度只是基于分析和解决问题的方便。
3.摩擦强度
砂性土间的摩擦强度可分为两个部分：滑动与咬合。
而后者又会引起土的剪胀、颗粒破碎和颗粒重新定向排列，它们对土的强度又不同影响。
3.1固体颗粒间的滑动摩擦。
固体表面间的滑动摩擦是沿着固体滑动面产生的真正意义上的摩擦，它一般是土摩擦强度的主要部分，可以表示为
μ=T/N=tanυμ （3）
其中：N为摩擦面上的正压力；T为摩擦力；μ为摩擦系数，是一个材料的常数；υμ为滑动摩擦角。
由此可知滑动摩擦力只和接触面上的正压力及材料有关。
3.2咬合摩擦。
由于土颗粒间不可能是平面接触。
颗粒间的交错排列，使在剪切面处的颗粒会发生提升错动、转动、拔出，并伴随着土体积的变化、颗粒的重新定向排列及颗粒本身的破坏断裂。
广义上讲，由于剪切引起的土体积变化称为剪胀，所以广义的剪胀包括剪胀和剪缩。
但是一般讲剪胀是剪切引起的土体积增加，剪胀的结果使土颗粒从低势能状态变为高势能状态，需要消耗额外的能量。
因而剪胀后的结果常常是不稳定的，即在卸载时可部分恢复。
一般而言，土剪胀时对应着峰值强度，而剪胀稳定时对应着土的残余强度。
所以在有剪胀情况下的内摩擦角要大于无剪胀时的内摩擦角。
这是由于外力要克服剪胀引起的变形额外做功。
而剪缩则会减小抗剪强度。
4.粘聚力
在有效应力情况下，将总抗剪强度扣除摩擦强度σ*tanυ，即得到所谓的粘聚力。
从另一个角度看，所谓粘聚力是破坏面没有任何正应力作用下的抗剪强度。
由于大多数强度包线都不是绝对线性的，所以通过外延直线段找其截距确定粘聚力的做法往往与实际有较大的偏差。
而在很多低围压的情况下，甚至是无围压的情况下（正压力为零）剪切试验也很难准确地确定粘聚力。
所以说土的纯粹的粘聚力在数值上是难以精确测定的。
土的颗粒间存在着相互作用力，其中：土颗粒—水—电系统间的相互作用最为普遍。
颗粒间的相互作用力可能是引力也可能是排斥力。
土的粘聚力是土颗粒间引力与斥力的综合。
粘土中的引力主要包括下列几种。
（1）静电引力。
静电引力包括库仑力和离子—静电力。
由于粘土矿物颗粒是片状的，在平面部分带负电荷，而两端边角处带正电荷。
所以当边和面侧接触时会相互吸引。
另外由于粘土颗粒整体带负电荷，在水溶液中会吸附阳离子，两侧相邻颗粒靠近时，双电层重叠，形成公共的结合水膜，通过阳离子将两颗粒相吸引。
（2）范德华力。
范德华力是分子间的引力。
物质的极化分子与相邻的另一个极化分子间可通过相反的偶极吸引，当极化分子与非极化分子靠近时，也可能诱发后者，而与其反号的偶极相吸引。
（3）颗粒间的胶结。
粘土颗粒间可以被胶结物所粘结，它是一种化学键。
颗粒间的胶结包括碳、硅、铅、铁的氧化物和有机混合物。
这些胶结材料可能来
源于土料本身，亦即在矿物的溶解和重析出过程中形成，也可能来源于土中的水溶液。
由胶结物形成的粘聚力可能达到几百千帕，这种胶结不仅对于粘土，有时对沙土也会产生一定的粘聚力，即使含量很小，也明显的改变了土的应力应变关系和强度包线。
（4）颗粒间接触点的化合价键。
当正常固结土在固结后再卸载而形成超固结土时，其抗剪强度并没有随着有效正应力的减小而按比例减小，而是保留了很大部分的强度。
这是由于在这个过程中孔隙比减小，颗粒间接触点形成了初始的化合键，这种化合键主要包括离子键、共价键和金属键，其键能很高。
（5）表观粘聚力。
这种粘聚力并分来源于粘土颗粒间的胶结和各种化合键，实际上是摩擦强度表现为粘聚力。
包括在非饱和土中吸力引起的强度和粗粒土中咬合表现的强度。
5.影响土强度的因素
影响土强度的因素很多，可以定性的用公式表示为
τf=f(e, υ,C, σ,c,H,T, ε，S)（4）
其中：e为土的空隙比；υ为内摩擦角；C土的颗粒组成；σ为剪切面上的正应力；c为颗粒间的粘聚力；H为应力历史；T为温度；ε为应变；S为土的结构。
应当注意的是式（4）只是一个一般的表达式，而不能写成具体的函数，同时其中的各影响因素也不完全相互独立，可能相互重叠。
纵观上式，能够发现各种因素可以分为两大类，一类是土本身的因素，主要是其物理性质；另一类是外界条件，主要是应力应变条件。
前者可称为内因，后者可称为外因。
参考文献
[1] 黄文熙. 土的工程性质[M].北京:中国水利水电出版社,1983
[2] 沈珠江. 理论土力学[M].北京:中国水利水电出版社,2000
[3] 李广信.高等土力学[M].北京: 清华大学出版社,2004。