土力學(xué)第5章Word文檔

1、第5章土的抗剪強(qiáng)度 第5.1節(jié) 概述土是固相、液相和氣相組成的散體材料。一般而言，在外部荷載作用下，土體中的應(yīng)力將發(fā)生變化。當(dāng)土體中的剪應(yīng)力超過(guò)土體本身的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土體將產(chǎn)生沿著其中某一滑裂面的滑動(dòng),而使土體喪失整體穩(wěn)定性。所以，土體的破壞通常都是剪切破壞。在工程建設(shè)實(shí)踐中，道路的邊坡、路基、土石壩、建筑物的地基等喪失穩(wěn)定性的例子是很多的(圖5-1)。為了保證土木工程建設(shè)中建(構(gòu))筑物的安全和穩(wěn)定，就必須詳細(xì)研究土的抗剪強(qiáng)度和土的極限平衡等問(wèn)題。圖5-1 土壩、基槽和建筑物地基失穩(wěn)示意圖(a) 土壩 (b)基槽 (c)建筑物地基土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的能力，其數(shù)值等于土體產(chǎn)生剪切破

2、壞時(shí)滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力。抗剪強(qiáng)度是土的主要力學(xué)性質(zhì)之一，也是土力學(xué)的重要組成部分。土體是否達(dá)到剪切破壞狀態(tài)，除了取決于其本身的性質(zhì)之外，還與它所受到的應(yīng)力組合密切相關(guān)。不同的應(yīng)力組合會(huì)使土體產(chǎn)生不同的力學(xué)性質(zhì)。土體破壞時(shí)的應(yīng)力組合關(guān)系稱(chēng)為土體破壞準(zhǔn)則。土體的破壞準(zhǔn)則是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題。到目前為止，還沒(méi)有一個(gè)被人們普遍認(rèn)為能完全適用于土體的理想的破壞準(zhǔn)則。本章主要介紹目前被認(rèn)為比較能擬合試驗(yàn)結(jié)果，因而為生產(chǎn)實(shí)踐所廣泛采用的土體破壞準(zhǔn)則，即摩爾庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則。土的抗剪強(qiáng)度，首先取決于其自身的性質(zhì)，即土的物質(zhì)組成、土的結(jié)構(gòu)和土所處于的狀態(tài)等。土的性質(zhì)又與它所形成的環(huán)境和應(yīng)力歷史等因素有關(guān)。其次，土的性

3、質(zhì)還取決于土當(dāng)前所受的應(yīng)力狀態(tài)。因此，只有深入進(jìn)行對(duì)土的微觀結(jié)構(gòu)的詳細(xì)研究，才能認(rèn)識(shí)到土的抗剪強(qiáng)度的實(shí)質(zhì)。目前，人們已能通過(guò)采用電子顯微鏡、X射線的透視和衍射、差熱分析等等新技術(shù)和新方法來(lái)研究土的物質(zhì)成分、顆粒形狀、排列、接觸和連結(jié)方式等，以便闡明土的抗剪強(qiáng)度的實(shí)質(zhì)。這是近代土力學(xué)研究的新領(lǐng)域之一。有關(guān)這方面的研究，可參見(jiàn)相關(guān)的資料和文獻(xiàn)。土的抗剪強(qiáng)度主要由粘聚力c 和內(nèi)摩擦角來(lái)表示，土的粘聚力c 和內(nèi)摩擦角稱(chēng)為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)主要依靠土的室內(nèi)剪切試驗(yàn)和土體原位測(cè)試來(lái)確定。測(cè)試土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)所采用的試驗(yàn)儀器種類(lèi)和試驗(yàn)方法對(duì)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果有很大影響。本章將介紹主

4、要的測(cè)試儀器和常規(guī)的試驗(yàn)方法，另外，還將闡述試驗(yàn)過(guò)程中土樣排水固結(jié)條件對(duì)測(cè)得的土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響，以便根據(jù)實(shí)際的工程條件來(lái)選擇合適的指標(biāo)。第5.2節(jié) 土的抗剪強(qiáng)度理論5.2.1土的抗剪強(qiáng)度表述方法及其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（一）土的屈服與破壞圖5-2中曲線是一種理想彈塑性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，即曲線。它是由一斜直線和一水平線組成的。斜直線代表線彈性材料的應(yīng)力應(yīng)變特性，其特點(diǎn)是：（1）應(yīng)力應(yīng)變呈直線關(guān)系；（2）完全彈性變形，即應(yīng)力增加，應(yīng)變沿這一直線按比例增加，應(yīng)力減少則應(yīng)力沿這根直線按比例減少。所以其應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系是唯一的，不受應(yīng)力歷史和應(yīng)力路徑的影響。水平線表示理想塑性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，其特點(diǎn)

5、是：（1）應(yīng)變是不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變；（2）一旦發(fā)生塑性應(yīng)變，應(yīng)力不再增加但塑性應(yīng)變持續(xù)發(fā)展，直至材料破壞。斜直線與水平線的交點(diǎn)C所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為屈服應(yīng)力，屈服應(yīng)力既是開(kāi)始發(fā)生塑性應(yīng)變的應(yīng)力，同時(shí)又是導(dǎo)致材料破壞的應(yīng)力，所以也稱(chēng)為破壞應(yīng)力。因此C點(diǎn)既是屈服點(diǎn)又是破壞點(diǎn)。土體既不是理想的彈性材料，也不是理想的塑性材料，而是一種彈塑性材料。因此，當(dāng)土體受到應(yīng)力作用時(shí)，其彈性變形和塑性變形幾乎是同時(shí)發(fā)生的，表現(xiàn)出彈塑性材料的特點(diǎn)。圖5-2中的曲線是超固結(jié)土或密砂在三軸固結(jié)試驗(yàn)中測(cè)得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線；曲線表示正常固結(jié)土或松砂在相應(yīng)的三軸固結(jié)試驗(yàn)中測(cè)得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線?？梢?jiàn)，把它們與理想的彈性材料相比，

6、不但應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線的形狀不同，其性質(zhì)也有很大的差異。對(duì)此，有學(xué)者研究認(rèn)為，土開(kāi)始發(fā)生屈服時(shí)的應(yīng)力很小，關(guān)系曲線上的起始段可以被認(rèn)為是近乎直線的線彈性變形。之后，隨著土所承受的應(yīng)力的增加，土產(chǎn)生可恢復(fù)的彈性應(yīng)變和顯著的不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變。當(dāng)土出現(xiàn)顯著的塑性變形時(shí)，即表明土已進(jìn)入屈服階段。與理想塑性材料不同，土的塑性應(yīng)變?cè)黾恿送翆?duì)繼續(xù)變形的阻力，故而在應(yīng)力增大的同時(shí)，土的屈服點(diǎn)位置提高。這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變硬化(加工硬化)。當(dāng)屈服點(diǎn)提高到b點(diǎn)時(shí)，土體才發(fā)生破壞。土的應(yīng)變硬化階段曲線段上的每一點(diǎn)都可以被認(rèn)為是屈服點(diǎn)。另外，屬于曲線類(lèi)型的土，到達(dá)峰值b點(diǎn)后，隨著應(yīng)變的繼續(xù)增大，其對(duì)應(yīng)的應(yīng)力則反而下降。這

7、種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變軟化(加工軟化)。在此階段，土的強(qiáng)度隨應(yīng)變的增加反而降低，土體處于破壞狀態(tài)。所以，對(duì)于超固結(jié)土或密砂而言，土的抗剪強(qiáng)度與應(yīng)變的發(fā)展過(guò)程有關(guān)，不再只是簡(jiǎn)單的一個(gè)數(shù)值。相當(dāng)于峰值點(diǎn)b的強(qiáng)度稱(chēng)為峰值強(qiáng)度。當(dāng)應(yīng)變很大時(shí)，應(yīng)力將衰減到某一恒定值，不再繼續(xù)變化。應(yīng)力衰減到恒定值時(shí)的強(qiáng)度稱(chēng)為殘余強(qiáng)度。在實(shí)際工程計(jì)算中，一般采用土的峰值強(qiáng)度。但是，如果土體在應(yīng)力歷史上受到過(guò)反復(fù)的剪切作用，而且土體的應(yīng)變累積量很大(如古滑坡體中滑動(dòng)面上的土)，則應(yīng)該考慮采用土的殘余強(qiáng)度。對(duì)于屬于曲線類(lèi)型的土，則只有一種抗剪強(qiáng)度。由此可見(jiàn)，不同類(lèi)型的土，屈服和強(qiáng)度的概念和數(shù)值都是各不相同的。本章只研究土的抗剪強(qiáng)度，

8、通常取 曲線上的峰值應(yīng)力，或者取達(dá)到15-20% 時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為土的抗剪強(qiáng)度。實(shí)際上，在古典土力學(xué)理論中，只能把土簡(jiǎn)化為曲線所示的理想彈塑性材料。在地基附加應(yīng)力的計(jì)算中，就是把土當(dāng)成線彈性體，采用線彈性理論計(jì)算公式求解的。而在后面研究土壓力、土坡穩(wěn)定和地基極限承載力等有關(guān)土體破壞的問(wèn)題時(shí)，則把土體當(dāng)成是理想的塑性材料，一旦土體中的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度，就認(rèn)為土體已經(jīng)破壞。這些假定都與土的實(shí)際性質(zhì)有所差異。隨著土力學(xué)理論、土工試驗(yàn)技術(shù)及數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展，現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在逐步按照土的真實(shí)彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系特征，進(jìn)行土體應(yīng)力、變形的發(fā)展以及破壞理論分析方法等方面的研究工作。 （二）土的抗

9、剪強(qiáng)度理論圖5-3直接剪切儀示意圖當(dāng)土體在外部荷載作用下發(fā)生剪切破壞時(shí)，作用在剪切面上的極限剪應(yīng)力就稱(chēng)為土的抗剪強(qiáng)度。測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的方法之一是直接剪切試驗(yàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)為直剪試驗(yàn)。圖5-3為直接剪切儀示意圖。該儀器的主要部分由固定的上盒和活動(dòng)的下盒組成，將土樣放置于剛性金屬盒內(nèi)上下透水石之間。進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)，先由加荷板施加法向壓力P ，土樣產(chǎn)生相應(yīng)的壓縮S，然后再在下盒施加水平向力，使其產(chǎn)生水平向位移l，從而使土樣沿著上盒和下盒之間預(yù)定的橫截面承受剪切作用，直至土樣破壞。假設(shè)這時(shí)土樣所承受的水平向推力為T(mén)，土樣的水平橫斷面面積為A，那么，作用在土樣上的法向應(yīng)力則為P/A，而土的抗剪強(qiáng)度就可以表示為

10、T/A。為了繪制出土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線，一般需要采用至少4個(gè)相同的土樣進(jìn)行直剪試驗(yàn)。方法是，分別對(duì)這些土樣施加不同的法向應(yīng)力，并使之產(chǎn)生剪切破壞，可以得到4組不同的和的數(shù)值。然后，以作為縱坐標(biāo)軸，以作為橫坐標(biāo)軸，就可繪制出土的抗剪強(qiáng)度和法向應(yīng)力的關(guān)系曲線。圖5-4為直剪試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果?？梢?jiàn)，對(duì)于砂土而言，與的關(guān)系曲線是通過(guò)原點(diǎn)的，而且，它是與橫坐標(biāo)軸呈角的一條直線(圖5-4)。該直線方程為： (5-1a)式中：砂土的抗剪強(qiáng)度(kN/m)； 砂土試樣所受的法向應(yīng)力(kN/m)； 砂土的內(nèi)摩擦角(°)。圖5-4 抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線(a) 砂土 (b)粘性土和粉土對(duì)于

11、粘性土和粉土而言，和之間的關(guān)系基本上仍呈一條直線，但是，該直線并不通過(guò)原點(diǎn)，而是與縱坐標(biāo)軸形成一截距c(圖5-4)，其方程為： (5-1b)式中：c 粘性土或粉土的粘聚力(kN/m)； 其余符號(hào)的意義與前相同。 由(51)式可以看出，砂土的抗剪強(qiáng)度是由法向應(yīng)力產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力（稱(chēng)為內(nèi)摩擦系數(shù)）形成的；而粘性土和粉土的抗剪強(qiáng)度則是由內(nèi)摩擦力和粘聚力形成的。在法向應(yīng)力一定的條件下，c 和值愈大，抗剪強(qiáng)度愈大，所以，稱(chēng)c 和為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，可以通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定。c和反映了土體抗剪強(qiáng)度的大小，是土體非常重要的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。對(duì)于同一種土，在相同的試驗(yàn)條件下，c 、值為常數(shù)，但是，當(dāng)試驗(yàn)方法不同時(shí)，c 、值

12、則有比較的大差異，這一點(diǎn)應(yīng)引起足夠的重視。 公式(5-1)表示了土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的關(guān)系，它是由法國(guó)科學(xué)家?guī)靷?C.A.Coulomb)于1776年首先提出來(lái)的，所以也稱(chēng)為土體抗剪強(qiáng)度的庫(kù)倫公式。后來(lái)，由于土的有效應(yīng)力原理的研究和發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到，只有有效應(yīng)力的變化才能引起土體強(qiáng)度的變化，因此，又將上述的庫(kù)倫公式改寫(xiě)為 (5-2)式中：土體剪切破裂面上的有效法向應(yīng)力(kN/m)； u 土中的超靜孔隙水壓力(kN/m)； c土的有效粘聚力(kN/m)； 土的有效內(nèi)摩擦角(°)。 c和稱(chēng)為土的有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。對(duì)于同一種土，c和的數(shù)值在理論上與試驗(yàn)方法無(wú)關(guān)，應(yīng)接近于常數(shù)。應(yīng)該注意,公

13、式(5-1)稱(chēng)為土的總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式，公式(5-2)稱(chēng)為土的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度公式，以示區(qū)別。莫爾（Mohr, 1910）繼庫(kù)倫的早期研究工作，提出土體的破壞是剪切破壞的理論，認(rèn)為在破裂面上，法向應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度之間存在著函數(shù)關(guān)系，即 （5-3） 這個(gè)函數(shù)所定義的曲線為一條微彎的曲線，圖55 莫爾庫(kù)倫破壞包線稱(chēng)為莫爾破壞包線或抗剪強(qiáng)度包線（圖55）。如果代表土單元體中某一個(gè)面上和的點(diǎn)落在破壞包線以下，如A點(diǎn)，表明該面上的剪應(yīng)力小于土的抗剪強(qiáng)度，土體不會(huì)沿該面發(fā)生剪切破壞。B點(diǎn)正好落在破壞包線上，表明B點(diǎn)所代表的截面上剪應(yīng)力等于抗剪強(qiáng)度，土單元體處于臨界破壞狀態(tài)或極限平衡狀態(tài)。C點(diǎn)落在破壞包線以上

14、，表明土單元體已經(jīng)破壞。實(shí)際上C點(diǎn)所代表的應(yīng)力狀態(tài)是不會(huì)存在的，因?yàn)榧魬?yīng)力增加到抗剪強(qiáng)度時(shí)，不可能再繼續(xù)增長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)證明，一般土在應(yīng)力水平不很高的情況下，莫爾破壞包線近似于一條直線，可以用庫(kù)倫抗剪強(qiáng)度公式（5-1）來(lái)表示。這種以庫(kù)倫公式作為抗剪強(qiáng)度公式，根據(jù)剪應(yīng)力是否達(dá)到抗剪強(qiáng)度作為破壞標(biāo)準(zhǔn)的理論就稱(chēng)為莫爾庫(kù)倫（Mohr-Coulomb）破壞理論。5.2.2土剪應(yīng)力描述莫爾應(yīng)力圓在荷載作用下，地基內(nèi)任一點(diǎn)都將產(chǎn)生應(yīng)力。根據(jù)土體抗剪強(qiáng)度的庫(kù)倫定律：當(dāng)土中任意點(diǎn)在某一方向的平面上所受的剪應(yīng)力達(dá)到土體的抗剪強(qiáng)度，即 (5-4)時(shí)，就稱(chēng)該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)。式(5-4)就稱(chēng)為土體的極限平衡條件。所以，土

15、體的極限平衡條件也就是土體的剪切破壞條件。在實(shí)際工程應(yīng)用中，直接應(yīng)用式(5-4)來(lái)分析土體的極限平衡狀態(tài)是很不方便的。為了解決這一問(wèn)題，一般采用的做法是，將式(5-4)進(jìn)行變換。將通過(guò)某點(diǎn)的剪切面上的剪應(yīng)力以該點(diǎn)的主平面上的主應(yīng)力表示。而土體的抗剪強(qiáng)度以剪切面上的法向應(yīng)力和土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)來(lái)表示。然后代入公式(5-4)，經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)后就可得到實(shí)用的土體的極限平衡條件。 (一)土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)我們先來(lái)研究土體中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，以便求得實(shí)用的土體極限平衡條件的表達(dá)式。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，下面僅研究平面問(wèn)題。在地基土中任意點(diǎn)取出一微分單元體，設(shè)作用在該微分體上的最大和最小主應(yīng)力分別為和。而且，微分體內(nèi)與最大

16、主應(yīng)力作用平面成任意角度的平面mn上有正應(yīng)力和剪應(yīng)力(圖5-6a)。為了建立、與、之間的關(guān)系，取微分三角形斜面體abc為隔離體(圖5-6)。將各個(gè)應(yīng)力分別在水平方向和垂直方向上投影，根據(jù)靜力平衡條件得： (a) (b)聯(lián)立求解以上方程(a),(b)，即得平面mn上的應(yīng)力為： (5-5)由材料力學(xué)可知，以上與、之間的關(guān)系也可以用莫爾應(yīng)力圓的圖解法表示，即在直角坐標(biāo)系中(圖5-7)，以為橫坐標(biāo)軸，以為縱坐標(biāo)軸，按一定的比例尺，在軸上截取OB=、OC=，以O(shè)為圓心，以1/2 (-)為半徑，繪制出一個(gè)應(yīng)力圓。并從 圖5-6 土中任一點(diǎn)的應(yīng)力 圖5-7 用莫爾應(yīng)力圓求正應(yīng)力和剪應(yīng)力 (a)微分體上的應(yīng)力

17、 (b)隔離體上的應(yīng)力OC開(kāi)始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)2角，在圓周上得到點(diǎn)A。可以證明，A點(diǎn)的橫坐標(biāo)就是斜面mn上的正應(yīng)力，而其縱坐標(biāo)就是剪應(yīng)力。事實(shí)上，可以看出，A點(diǎn)的橫坐標(biāo)為： 而A點(diǎn)的縱坐標(biāo)為： 上述用圖解法求應(yīng)力所采用的圓通常稱(chēng)為莫爾應(yīng)力圓。由于莫爾應(yīng)力圓上點(diǎn)的橫坐標(biāo)表示土中某點(diǎn)在相應(yīng)斜面上的正應(yīng)力，縱坐標(biāo)表示該斜面上的剪應(yīng)力，所以，我們可以用莫爾應(yīng)力圓來(lái)研究土中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。【例題5-1】 已知土體中某點(diǎn)所受的最大主應(yīng)力=500kN/m2，最小主應(yīng)力200kN/m2。試分別用解析法和圖解法計(jì)算與最大主應(yīng)力作用平面成30°角的平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。解：(1)解析法由公式(5-5)計(jì)算

18、，得： ·30°=425kN/m2·30°=130kN/m2圖5-8 例題51附圖 (2)圖解法按照莫爾應(yīng)力圓確定其正應(yīng)力和剪應(yīng)力。繪制直角坐標(biāo)系，按照比例尺在橫坐標(biāo)上標(biāo)出=500kN/m2，=200kN/m2，以=300kN/m2為直徑繪圓，從橫坐標(biāo)軸開(kāi)始，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)260°角，在圓周上得到A點(diǎn)(圖5-8)。以相同的比例尺量得A的橫坐標(biāo)，即425kN/m2，縱坐標(biāo)即=130kN/m2?？梢?jiàn)，兩種方法得到了相同的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，但用解析法計(jì)算較為準(zhǔn)確，用圖解法計(jì)算則較為直觀。5.2.3土的極限平衡條件(莫爾一庫(kù)侖強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則)為了建立實(shí)用的土體

19、極限平衡條件，將土體中某點(diǎn)的莫爾應(yīng)力圓和土體的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力關(guān)系曲線(簡(jiǎn)稱(chēng)抗剪強(qiáng)度線)畫(huà)在同一個(gè)直角坐標(biāo)系中(圖5-9)，這樣，就可以判斷土體在這一點(diǎn)上是否達(dá)到極限平衡狀態(tài)。由前述可知，莫爾應(yīng)力圓上的每一點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別表示土體中某點(diǎn)在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，如果莫爾應(yīng)力圓位于抗剪強(qiáng)度包線的下方(圖5-9)，即通過(guò)該點(diǎn)任一方向的剪應(yīng)力都小于土體的抗剪強(qiáng)度，則該點(diǎn)土不會(huì)發(fā)生剪切破壞，而處于彈性平衡狀態(tài)。若莫爾應(yīng)力圓恰好與抗剪強(qiáng)度線相切(圖5-9)，切點(diǎn)為B，則表明切點(diǎn)B所代表的平面上的剪應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度相等，此時(shí)，該點(diǎn)土體處于極限平衡狀態(tài)。圖5-9 莫爾應(yīng)力圓與土的抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系

20、 圖5-10 無(wú)粘性土極限平衡條件推導(dǎo)示意圖根據(jù)莫爾應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線相切的幾何關(guān)系，就可以建立起土體的極限平衡條件。下面，我們就以圖5-10中的幾何關(guān)系為例，說(shuō)明如何建立無(wú)粘性土的極限平衡條件 (5-6)土體達(dá)到極限平衡條件時(shí)，莫爾應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度線相切于B點(diǎn)，延長(zhǎng)CB與軸交于A點(diǎn)，由圖中關(guān)系可知： OB = OA 再由切割定理，可得： 在AOC中，有 因此， 又由于， 所以，有 (5-7)對(duì)粘性土和粉土而言，可以類(lèi)似地推導(dǎo)出其極限平衡條件，為 （5-8）這可以從圖5-11中的幾何關(guān)系求得：作EO平行BC，通過(guò)最小主應(yīng)力的坐標(biāo)點(diǎn)A作一圓與EO相切于E點(diǎn)，與軸交于I點(diǎn)。由前可知 下面找出IG與

21、c的關(guān)系（G點(diǎn)為最大主應(yīng)力坐標(biāo)點(diǎn)）。由圖中角度關(guān)系可知EBD為等腰三角形，ED=BD=c，DEB=45°，則有 圖5-11 粘性土與粉土極限平衡條件推導(dǎo)示意圖 在GIF中 而且 OG = OI + IG所以 同理可以證明 （5-9）還可以證明 （5-10）由圖5-10的幾可關(guān)系可以求得剪切面（破裂面）與大主應(yīng)力面的夾角關(guān)系，因?yàn)?（5-11）即剪切破裂面與大主應(yīng)力作用平面的夾角為(共軛剪切面)。由此可見(jiàn)，土與一般連續(xù)性材料(如鋼、混凝土等)不同，是一種具有內(nèi)摩擦強(qiáng)度的材料。其剪切破裂面不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而是與最大剪應(yīng)力面成的夾角。如果土質(zhì)均勻，且試驗(yàn)中能保證試件內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變均

22、勻分布，則試件內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)兩組完全對(duì)稱(chēng)的破裂面(圖5-12)。圖5-12 土的破裂面確定 式(5-6)至式(5-10)都是表示土單元體達(dá)到極限平衡時(shí)(破壞時(shí))主應(yīng)力的關(guān)系，這就是莫爾庫(kù)侖理論的破壞準(zhǔn)則，也是土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)的條件，故而，我們也稱(chēng)之為極限平衡條件。理論分析和試驗(yàn)研究表明，在各種破壞理論中，對(duì)土最適合的是莫爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論。歸納總結(jié)摩爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論，可以表述為如下三個(gè)要點(diǎn)：1剪切破裂面上，材料的抗剪強(qiáng)度是法向應(yīng)力的函數(shù)，可表達(dá)為： 2當(dāng)法向應(yīng)力不很大時(shí)，抗剪強(qiáng)度可以簡(jiǎn)化為法向應(yīng)力的線性函數(shù)，即表示為庫(kù)倫公式：3土單元體中，任何一個(gè)面上的剪應(yīng)力大于該面上土體的抗剪強(qiáng)度，土單元體即發(fā)生

23、剪切破壞，用莫爾庫(kù)倫理論的破壞準(zhǔn)則表示，即為式(5-6)至式(5-11)的極限平衡條件。(三)土的極限平衡條件的應(yīng)用利用式(5-6)至式(5-10)，已知土單元體實(shí)際上所受的應(yīng)力和土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、，可以很容易地判斷該土單元體是否產(chǎn)生剪切破壞。例如，利用公式(5-6)，將土單元體所受的實(shí)際應(yīng)力和土的內(nèi)摩擦角代入公式的右側(cè)，求出土處在極限平衡狀態(tài)時(shí)的大主應(yīng)力 如果計(jì)算得到，表示土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)要求的最大主應(yīng)力大于實(shí)際的最大主應(yīng)力，則土體處于彈性平衡狀態(tài)；反之，如果，表示土體已經(jīng)發(fā)生剪切破壞。同理，也可以用和求出，再比較和的大小，來(lái)判斷土體是否發(fā)生了剪切破壞。 【例題5-2】 設(shè)砂土地基中一

24、點(diǎn)的最大主應(yīng)力=400kPa ，最小主應(yīng)力=200kPa ，砂土的內(nèi)摩擦角=25°，粘聚力c = 0，試判斷該點(diǎn)是否破壞。解 為加深對(duì)本章節(jié)內(nèi)容的理解，以下用多種方法解題。 （1）按某一平面上的剪應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度的對(duì)比判斷：根據(jù)式（5-10）可知，破壞時(shí)土單元中可能出現(xiàn)的破裂面與最大主應(yīng)力作用面的夾角。因此，作用在與作用面成平面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力，可按式（5-5）計(jì)算；抗剪強(qiáng)度可按式（5-1a）計(jì)算： =90.6(kPa) >(kPa)故可判斷該點(diǎn)未發(fā)生剪切破壞。（2）按式（5-6）判斷： （kPa）由于492.8(kPa)> = 400(kPa),故該點(diǎn)未發(fā)生剪切破壞。

25、（3）按式（5-7）判斷： (kPa)由于162.8(kPa)< = 200(kPa),故該點(diǎn)未發(fā)生剪切破壞。另外，還可以用圖解法，比較莫爾應(yīng)力圓與抗剪切強(qiáng)度包線的相對(duì)位置關(guān)系來(lái)判斷，可以得出同樣的結(jié)論。5.3土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、值，是土體的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，在確定地基土的承載力、擋土墻的土壓力以及驗(yàn)算土坡穩(wěn)定性等工程問(wèn)題中，都要用到土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。因此，正確地測(cè)定和選擇土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是土工計(jì)算中十分重要的問(wèn)題。土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是通過(guò)土工試驗(yàn)確定的。室內(nèi)試驗(yàn)常用的方法有直接剪切試驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)；現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試的方法有十字板剪切試驗(yàn)和大型直剪試驗(yàn)。5.3.1直接

26、剪切試驗(yàn)圖5-13所示為應(yīng)變控制式直剪儀的示意圖。垂直壓力由杠桿系統(tǒng)通過(guò)加壓活塞和透水石傳給土樣，水平剪應(yīng)力則由輪軸推動(dòng)活動(dòng)的下盒施加給土樣。土體的抗剪強(qiáng)度可由量力環(huán)測(cè)定，剪切變形由百分表測(cè)定。在施加每一級(jí)法向應(yīng)力后，勻速增加剪切面上的剪應(yīng)力，直至試件剪切破壞。將試驗(yàn)結(jié)果繪制成剪應(yīng)力和剪切變形S的關(guān)系曲線，如圖5-14。一般地，將曲線的峰值作為該級(jí)法向應(yīng)力下相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度。變換幾種法向應(yīng)力的大小，測(cè)出相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度。在坐標(biāo)上，繪制曲線，即為土的抗剪強(qiáng)度曲線，也就是莫爾庫(kù)倫破壞包線，如圖5-15所示。直接剪切試驗(yàn)是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)常用的一種試驗(yàn)方法。它具有儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，

27、它的缺點(diǎn)是土樣上的剪應(yīng)力沿剪切面分布不均勻，不容易控制排水條件，在試驗(yàn)過(guò)程中，剪切面發(fā)生變化等。 圖5-13 應(yīng)變控制式直剪儀1輪軸；2底座；3透水石；4垂直變形量表；5活塞；6上盒；7土樣；8水平位移量表；9量力環(huán)；10下盒 圖5-14 剪應(yīng)力-剪變形關(guān)系曲線 直剪試驗(yàn)適用于二、三級(jí)建筑的可塑狀態(tài)粘性土與飽和度不大于0.5的粉土。圖5-15 峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度曲線5.3.2三軸壓縮試驗(yàn)三軸剪切試驗(yàn)儀由受壓室、周?chē)鷫毫刂葡到y(tǒng)、軸向加壓系統(tǒng)、孔隙水壓力系統(tǒng)以及試樣體積變化量測(cè)系統(tǒng)等組成(圖5-16)。試驗(yàn)時(shí)，將圓柱體土樣用乳膠膜包裹，固定在壓力室內(nèi)的底座上。先向壓力室內(nèi)注入液體(一般為水)，使

28、試樣受到周?chē)鷫毫Γ⑹乖谠囼?yàn)過(guò)程中保持不變。然后在壓力室上端的活塞桿上施加垂直壓力直至土樣受剪破壞。設(shè)土樣破壞時(shí)由活塞桿加在土樣上的垂直壓力為，則土樣上的最大主應(yīng)力為，而最小主應(yīng)力為。由和可繪制出一個(gè)莫爾圓。用同一種土制成34個(gè)土樣，按上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)每個(gè)土樣施加不同的周?chē)鷫毫?，可分別求得剪切破壞時(shí)對(duì)應(yīng)的最大主應(yīng)力，將這些結(jié)果繪成一組莫爾圓。根據(jù)土的極限平衡條件可知，通過(guò)這些莫爾圓的切點(diǎn)的直線就是土的抗剪強(qiáng)度線，由此可得抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、值(圖5-17)。 三軸剪切儀有較多的優(yōu)點(diǎn)，所以GBJ789推薦采用，特別是對(duì)于一級(jí)建筑物地基土應(yīng)予采用。5.3.3無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)三軸試驗(yàn)時(shí)，如果對(duì)土樣

29、不施加周?chē)鷫毫?，而只施加軸向壓力，則土樣剪切破壞的最小主應(yīng)力=，最大主應(yīng)力=qu，此時(shí)繪出的莫爾極限應(yīng)力圓如圖5-18所示。qu稱(chēng)為土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。對(duì)于飽和軟粘土，可以認(rèn)為，此時(shí)其抗剪強(qiáng)度線與軸平行，且有cu = qu /2。所以，可用無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)測(cè)定飽和軟粘土的強(qiáng)度，該試驗(yàn)多在無(wú)側(cè)限抗壓儀上進(jìn)行。圖5-18 無(wú)側(cè)限試驗(yàn)極限應(yīng)力圓5.3.4原位十字板剪切試驗(yàn) 十字板剪切儀示意圖如5-19所示。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，先鉆孔至需要試驗(yàn)的土層深度以上750mm處，然后將裝有十字板的鉆桿放入鉆孔底部，并插入土中750mm，施加扭矩使鉆桿旋轉(zhuǎn)直至土體剪切破壞。土體的剪切破壞面為十字板旋轉(zhuǎn)所形成的圓柱面。土

30、的抗剪強(qiáng)度可按下式計(jì)算： （5-12a）式中：kc 十字板常數(shù)，按下式計(jì)算： (5-12b) pc 土發(fā)生剪切破壞時(shí)的總作用力，由彈簧秤讀數(shù)求得(N)； fc 軸桿及設(shè)備的機(jī)械阻力，在空載時(shí)由彈簧秤事先測(cè)得(N)； h、D分別為十字板的高度和直徑(mm)；R 轉(zhuǎn)盤(pán)的半徑(mm)。十字板剪切試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是不需鉆取原狀土樣，對(duì)土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較小。它適用于軟塑狀態(tài)的粘性土。5.3.5抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與剪切試驗(yàn)的選用土體穩(wěn)定分析成果的可靠性，在很大程度上取決于抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的正確選擇。因?yàn)?，試?yàn)方法所引起的抗剪強(qiáng)度的差別往往超過(guò)不同穩(wěn)定分析方法之間的差別。與總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法相對(duì)應(yīng)，應(yīng)該分別

31、采用總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)或有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。當(dāng)土體內(nèi)的超靜孔隙水壓力能通過(guò)計(jì)算或其它方法確定時(shí)，宜采用有效應(yīng)力法。當(dāng)土體內(nèi)的超靜孔隙水壓力難以確定時(shí)，才使用總應(yīng)力法。采用總應(yīng)力法時(shí)，應(yīng)該按照土體可能的排水固結(jié)情況，分別用不固結(jié)不排水強(qiáng)度(快剪強(qiáng)度)或固結(jié)不排水強(qiáng)度(固結(jié)快剪強(qiáng)度)。固結(jié)排水強(qiáng)度實(shí)際上就是有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度，用于有效應(yīng)力分析法中。我們知道，飽和粘性土隨著固結(jié)度的增加，土顆粒之間的有效應(yīng)力也隨著增大。由于粘性土的抗剪強(qiáng)度公式中的第一項(xiàng)的法向應(yīng)力應(yīng)該采用有效應(yīng)力，因此飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度與土的固結(jié)程度密切相關(guān)。在確定飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，要考慮土的實(shí)際固結(jié)程度。試驗(yàn)表明，土的固結(jié)程度與土中

32、孔隙水的排水條件有關(guān)。在試驗(yàn)時(shí)必須考慮實(shí)際工程地基土中孔隙水排出的可能性。根據(jù)實(shí)際工程地基的排水條件，室內(nèi)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)分別采用以下三種方法。1不固結(jié)不排水剪(或稱(chēng)快剪)這種試驗(yàn)方法在全部剪切試驗(yàn)過(guò)程中都不讓土樣排水固結(jié)。在直接剪切試驗(yàn)中，在土樣上下兩面均貼以臘紙，在加法向壓力后即施加水平剪力，使土樣在35分鐘內(nèi)剪壞；而在三軸剪切試驗(yàn)中，先施加周?chē)鷳?yīng)力。而后，再施加豎向應(yīng)力（亦稱(chēng)偏應(yīng)力） 。試驗(yàn)過(guò)程由始至終關(guān)閉排水閥門(mén)，土樣在剪切破壞時(shí)不能將土中的孔隙水排出。因此，土樣在加壓和剪切過(guò)程中，含水量始終保持不變。這種常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)稱(chēng)不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)(UU)。對(duì)于飽和粘土，不排水剪切試驗(yàn)所得出的抗

33、剪強(qiáng)度包線基本上是一條水平線(圖5-19)，。圖5-19 飽和粘土不固結(jié)不排水剪(UU)抗剪強(qiáng)度包線1有效強(qiáng)度包線；2總應(yīng)力強(qiáng)度包線2固結(jié)不排水剪(或稱(chēng)固結(jié)快剪)在直接剪切試驗(yàn)中，在法向壓力作用下使土樣完全固結(jié)。然后很快施加水平剪力，使土樣在剪切過(guò)程中來(lái)不及排水。而在三軸剪切試驗(yàn)中，先對(duì)土樣施加周?chē)鷫毫?，將排水閥門(mén)開(kāi)啟，讓土樣中的水排入量水管中，直至排水終止，土樣完全固結(jié)。然后關(guān)閉排水閥門(mén)，施加豎向壓力，使土樣在不排水條件下剪切破壞。此種常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)稱(chēng)為固結(jié)不排水剪試驗(yàn)(CU)。 在CU試驗(yàn)中，可以測(cè)得剪切過(guò)程中的孔隙水壓力的數(shù)值，由此可求得有效應(yīng)力。土樣剪壞時(shí)的有效最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力

34、分別為 (5-13)式中：、土樣剪壞時(shí)的最大、最小主應(yīng)力； uf 土樣剪壞時(shí)的孔隙水壓力。用有效應(yīng)力和可繪制出有效莫爾應(yīng)力圓和土的有效抗剪強(qiáng)度包線(圖5-20)。 顯然，有效莫爾應(yīng)力圓與總莫爾應(yīng)力圓的大小一樣，只是土樣剪壞時(shí)的孔隙水壓力uf時(shí)，前者在后者的左側(cè)距離為uf的地方；而當(dāng)uf 時(shí)，則在右側(cè)。圖5-20 固結(jié)不排水剪(CU)強(qiáng)度包線實(shí)線：1有效強(qiáng)度包線；虛線：2總應(yīng)力強(qiáng)度包線圖5-21 固結(jié)排水剪(CD)強(qiáng)度包線3固結(jié)排水剪(或稱(chēng)慢剪) 這種試驗(yàn)方法的特點(diǎn)是，在全部試驗(yàn)過(guò)程中，允許土樣中的孔隙水充分排出，始終保持u = 0。在直剪試驗(yàn)中，先讓土樣在豎向壓力下充分固結(jié)，然后再慢慢施加水平

35、剪力，直至土樣發(fā)生剪切破壞。在三軸剪切試驗(yàn)中，在固結(jié)過(guò)程和的施加過(guò)程中，都讓土樣充分排水(將排水閥門(mén)開(kāi)啟)，使土樣中不產(chǎn)生孔隙水壓力。故施加的應(yīng)力就是作用于土樣上的有效應(yīng)力。此種常規(guī)三軸試驗(yàn)稱(chēng)為固結(jié)排水剪(CD)。圖5-21是一組排水試驗(yàn)結(jié)果。表5-1 試驗(yàn)過(guò)程中的孔隙水壓力u及含水量w的變化 加荷情況試驗(yàn)方法不固結(jié)不排水剪（UU）（不固結(jié)）（含水量不變）（不排水）（含水量不變）固結(jié)不排水剪（CU）（固結(jié)）（含水量減小）（不排水）（含水量不變）固結(jié)排水剪（CD）（固結(jié)）（含水量減?。ㄅ潘ㄕ９探Y(jié)土排水）（超固結(jié)土吸水）說(shuō)明：此處所用符號(hào)是英文字的第一個(gè)字母：U不固結(jié)或不排水(uncons

36、olidation or undrained), C固結(jié)(consolidation),D排水(drained)。 在實(shí)際工程中應(yīng)當(dāng)具體采用上述哪種試驗(yàn)方法，要根據(jù)地基土的實(shí)際受力情況和排水條件而定。鑒于近年來(lái)國(guó)內(nèi)房屋建筑施工周期縮短，結(jié)構(gòu)荷載增長(zhǎng)速率較快，因此驗(yàn)算施工結(jié)束時(shí)的地基短期承載力時(shí)，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ789)建議采用不排水剪，以保證工程的安全。該規(guī)范還規(guī)定，對(duì)于施工周期較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)荷載增長(zhǎng)速率較慢的工程，宜根據(jù)建筑物的荷載及預(yù)壓荷載作用下地基的固結(jié)程度，采用固結(jié)不排水剪。5.4土的剪切性狀 土作為一種包含土顆粒骨架、孔隙水、氣體在內(nèi)的三相質(zhì)點(diǎn)，其抗剪強(qiáng)度是重要力學(xué)指標(biāo)之一，

37、也是區(qū)別于其他材料的重要特點(diǎn)之一。在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，土體具有抵抗剪切的潛在能力稱(chēng)為抗剪阻力，它隨著剪應(yīng)力的增加而逐漸發(fā)揮。當(dāng)抗剪阻力完全發(fā)揮時(shí)，土體就處于剪切破壞的極限狀態(tài)，此時(shí)的剪應(yīng)力達(dá)到一個(gè)極限值，即抗剪強(qiáng)度。如果土體的某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度，土就沿著剪應(yīng)力作用方向相對(duì)滑動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。工程實(shí)踐和室內(nèi)試驗(yàn)都證實(shí)了土是由于受剪而產(chǎn)生破壞，剪切破壞是土體破壞的重要特點(diǎn)。研究土的剪切性狀具有重要意義。5.4.1砂性土的剪切性狀5.4.2黏性土的剪切性狀針對(duì)固結(jié)壓力= 60 kPa與= 100 kPa等2種情況,在不同的剪切速率條件下,由固結(jié)不

38、排水三軸試驗(yàn)( CU )所得到的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖522所示。由圖可見(jiàn), 當(dāng)剪切速率較低(如 u < 0. 001mm/ s)時(shí),應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系一般經(jīng)歷彈性、 屈服、 應(yīng)變強(qiáng)化等3 個(gè)階段, 偏應(yīng)力的增長(zhǎng)速率較慢, 切線模量較小; 而當(dāng)剪切速率較高時(shí),應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖522在經(jīng)歷彈性、 屈服、 應(yīng)變強(qiáng)化達(dá)到峰值之后,在較高應(yīng)變條件下還會(huì)發(fā)生應(yīng)變軟化。而且當(dāng)剪切速率較高時(shí), 在彈性和應(yīng)變硬化階段偏應(yīng)力增長(zhǎng)較快, 切線模量較大。加卸載路徑試驗(yàn)表明這種黏土達(dá)到屈服極限時(shí)的軸向應(yīng)變一般不超過(guò)1% 。當(dāng)應(yīng)變超過(guò) 10%之后, 隨著應(yīng)變?cè)黾?不同剪切速率下的偏應(yīng)力大小基本上趨于相等,表明剪切速率對(duì)黏土最終

39、殘余強(qiáng)度似乎沒(méi)有影響。同時(shí)在不同剪切速率條件下, 由不固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)( U U)所得到的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖522所示。由圖可見(jiàn), 與固結(jié)不排水試驗(yàn)的情況相似,剪切速率對(duì)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模式具有一定的影響,此時(shí)屈服極限所對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變較大, 但一般不超過(guò)2% 。由于黏土組成成分與結(jié)構(gòu)復(fù)雜,剪切速率對(duì)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的影響機(jī)理尚不明確, 但考慮到黏土的黏性及其與時(shí)間的相關(guān)性, 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以推斷,低剪切速率條件下,在彈性階段粘性蠕變特性得到發(fā)揮,應(yīng)變較大, 在達(dá)到屈服極限之后,黏土內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新組合, 從而形成一定的后繼抗力,并吸收了一定的變形能,因此在較低剪切速率條件下應(yīng)變強(qiáng)化特征比較明顯。 然而

40、在較高剪切速率條件下,當(dāng)達(dá)到屈服極限之后,黏土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重新排列可能會(huì)提高抗力, 從而往往伴隨有較短的強(qiáng)化階段, 然而達(dá)到峰值后,隨著應(yīng)變的增大,原有內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭受破壞,導(dǎo)致峰后的應(yīng)變軟化.在剪切速率相同的條件下, 對(duì)于不同的固結(jié)壓力, 由CU 和UU 三軸剪切試驗(yàn)所得到的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)如圖523所示。由圖可見(jiàn),在不同的固結(jié)壓力下,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本呈現(xiàn)出相似的特征和變化模式。固結(jié)壓力對(duì)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系變化 模式的影響較小, 但在固結(jié)不排水試驗(yàn)中,強(qiáng)度差別較大,而在不固結(jié)不排水試驗(yàn)中,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和強(qiáng)度特性似乎與固結(jié)壓力無(wú)關(guān)。圖5235.5影響抗剪強(qiáng)度的主要因素5.5.1影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素庫(kù)倫抗剪強(qiáng)度

41、公式表明，土體的抗剪強(qiáng)度主要是由兩部分所組成的，即摩擦強(qiáng)度和粘聚強(qiáng)度c。通常認(rèn)為，對(duì)于無(wú)粘性土（粗粒土），由于土體顆粒較粗，顆粒的比表面積較小，其抗剪強(qiáng)度主要來(lái)源于粒間的摩擦阻力，土顆粒粒間沒(méi)有粘聚強(qiáng)度，即c=0。 (一)摩擦強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度取決于剪切面上的法向正應(yīng)力和土的內(nèi)摩擦角。粗粒土的內(nèi)摩擦角涉及顆粒之間的相對(duì)移動(dòng)，其物理過(guò)程包括如下兩個(gè)組成部分：（1）滑動(dòng)摩擦力，即是顆粒之間產(chǎn)生相互滑動(dòng)時(shí)要克服由于顆粒表面粗糙不平而引起的滑動(dòng)摩擦；（2）咬合摩擦力，即由于顆粒之間相互鑲嵌、咬合、連鎖作用及脫離咬合狀態(tài)而移動(dòng)所產(chǎn)生的咬合摩擦?；瑒?dòng)摩擦力是由于顆粒接觸面粗糙不平所引起的，其大小與顆粒的形狀、礦物組成、土的級(jí)配等因素有關(guān)。咬合摩擦力是指相鄰顆粒對(duì)于相對(duì)移動(dòng)的約束作用。圖5-24()表示相互咬合著的顆粒排列。當(dāng)土體內(nèi)沿著某一剪切面而產(chǎn)生剪切破壞時(shí)，相互咬合著的顆粒圖5-24 土內(nèi)的剪切面必須從原來(lái)的位置被抬起(如圖5-24