土力學(xué)與地基基礎(chǔ)4

第四章土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力土力學(xué)與地基基礎(chǔ)目錄4.1概述4.2土的強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)4.3抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定4.4十字板剪切試驗(yàn)4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素一地基強(qiáng)度的意義二地基強(qiáng)度的應(yīng)用4.1概述地基強(qiáng)度的意義根據(jù)各級(jí)荷載及其相應(yīng)的相對(duì)穩(wěn)定沉降值，可得荷載與沉降關(guān)系曲線，即p-s

曲線，如圖所示。從p-s

曲線的特征可以了解不同性質(zhì)土體在荷載作用下的地基破壞機(jī)理。曲線a在開始階段呈直線關(guān)系，但當(dāng)荷載增大到某個(gè)極限值以后沉降急劇增大，呈脆性破壞的特征；曲線b在開始階段也呈直線關(guān)系，到某個(gè)極限值以后雖然隨著荷載增大，沉降增大較快，但不出現(xiàn)急劇增大的特征；曲線c

在這個(gè)沉降發(fā)展的過程不出現(xiàn)明顯的拐彎點(diǎn)，沉降對(duì)壓力的變化率也沒有明顯的變化。這三種曲線代表三種不同的地基破壞特征。載荷試驗(yàn)的p-s曲線圖地基強(qiáng)度的意義

一、整體剪切破壞

二、局部剪切破壞整體剪切破壞是一種在荷載作用下地基連續(xù)滑動(dòng)面的地基破壞模式，如圖a所示。

三、沖剪破壞地基強(qiáng)度的意義一、整體剪切破壞二、局部剪切破壞局部剪切破壞是一種在荷載作下地基某一范圍內(nèi)發(fā)生剪切破壞的地基破壞型式，如圖b所示。

三、沖剪破壞局部剪切破壞介于整體剪切破壞和沖剪破壞之間。地基強(qiáng)度的意義一、整體剪切破壞二、局部剪切破壞沖剪破壞是一種在荷載作用下地基土體發(fā)生垂直剪切破壞，使基礎(chǔ)產(chǎn)生較大沉降的一種地基破壞模式，也稱刺入剪切破壞，如圖c所示。

三、沖剪破壞為了土木工程的安全可靠，要求地基必須同時(shí)滿足下列兩個(gè)條件：1．地基變形條件。包括地基的沉降量、沉降差、傾斜與局部?jī)A斜都不超過相關(guān)規(guī)范規(guī)定的地基變形允許值。2．地基強(qiáng)度條件。在上部荷載作用下，確保地基的穩(wěn)定性，不發(fā)生地基剪切或滑動(dòng)破壞。一地基強(qiáng)度的意義二地基強(qiáng)度的應(yīng)用4.1概述地基強(qiáng)度的應(yīng)用在工程實(shí)踐中，與土的強(qiáng)度有關(guān)的工程問題，主要有以下三類：1．土作為建筑物地基的承載力問題。本章將進(jìn)行詳細(xì)介紹。2．土作為材料構(gòu)成的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題。天然構(gòu)筑物。為自然界天然形成的山坡、河岸、海濱等。人工構(gòu)筑物。人類活動(dòng)造成的構(gòu)筑物，如土壩、路基、基坑等。3．土作為工程構(gòu)筑物的環(huán)境的問題，即土壓力問題。一抗剪強(qiáng)度的庫侖理論二摩爾-庫侖強(qiáng)度理論4.2土的強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)三土的極限平衡條件土的強(qiáng)度論與強(qiáng)度指標(biāo)一、抗剪強(qiáng)度的庫侖定律二、摩爾-庫倫強(qiáng)度理論

三、土的極限平衡條件

如圖抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間的關(guān)系砂土：黏性土：庫倫公式：砂土的抗剪強(qiáng)度

τf

與作用在剪切面上的法向壓力σ成比，比例系數(shù)為內(nèi)摩擦系數(shù)；黏性土的抗剪強(qiáng)度τf

比砂土的的抗剪強(qiáng)度增加了土的黏聚力c。即：土的強(qiáng)度論與強(qiáng)度指標(biāo)一、抗剪強(qiáng)度的庫侖定律

二、摩爾-庫倫強(qiáng)度理論

三、土的極限平衡條件σ′——剪切破壞面上的法向有效應(yīng)力（kPa）；φ′、c′——分別為土的有效內(nèi)摩擦角（°）和有效黏聚力（

kPa）。

抗剪強(qiáng)度的有效應(yīng)力法：根據(jù)太沙基（

Terzaghi）有效應(yīng)力概念，土體內(nèi)的剪應(yīng)力僅能由土的骨架承擔(dān)，因此，土的抗剪強(qiáng)度應(yīng)表示為剪切破壞面上的法向有效應(yīng)力的函數(shù)，庫侖公式應(yīng)修改為：砂土：黏性土：土的強(qiáng)度論與強(qiáng)度指標(biāo)

一、抗剪強(qiáng)度的庫侖定律

二、摩爾-庫倫強(qiáng)度理論

三、土的極限平衡條件如圖實(shí)線所示，莫爾包線表示材料受到不同應(yīng)力作用達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，剪切破壞面上法向應(yīng)力σ

與圖莫爾破壞包線剪應(yīng)力τf

的關(guān)系。土的莫爾破壞包線通?？梢越频赜弥本€代替，如圖虛線所示，該直線方程就是庫侖公式表達(dá)的圖方程。莫爾破壞包線

土的強(qiáng)度論與強(qiáng)度指標(biāo)

一、抗剪強(qiáng)度的庫侖定律

二、摩爾-庫倫強(qiáng)度理論

三、土的極限平衡條件莫爾圓可以表示土體中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)莫爾圓圓周上各點(diǎn)的坐標(biāo)就表示該點(diǎn)在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力σ和剪應(yīng)力τ土的強(qiáng)度論與強(qiáng)度指標(biāo)

一、抗剪強(qiáng)度的庫侖定律

二、摩爾-庫倫強(qiáng)度理論

三、土的極限平衡條件莫爾圓與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相離：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相切：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相割：τ<τf

彈性平衡狀態(tài)

τ=τf

極限平衡狀態(tài)

τ>τf

破壞狀態(tài)

土的強(qiáng)度論與強(qiáng)度指標(biāo)

一、抗剪強(qiáng)度的庫侖定律

二、摩爾-庫倫強(qiáng)度理論

三、土的極限平衡條件土體中一點(diǎn)達(dá)極限平衡狀態(tài)時(shí)的莫爾應(yīng)力圓黏性土：土的強(qiáng)度論與強(qiáng)度指標(biāo)

一、抗剪強(qiáng)度的庫侖定律

二、摩爾-庫倫強(qiáng)度理論

三、土的極限平衡條件無黏性土：c=0由直角三角形

ARD外角與內(nèi)角的關(guān)系可得：

2αf=90°+φ，即

αf=45+φ/2土的強(qiáng)度論與強(qiáng)度指標(biāo)幾點(diǎn)結(jié)論：1．土體剪切破壞時(shí)的破裂面不是發(fā)生在最大剪應(yīng)力τmax的作用面（α=45°）上，而是發(fā)生在與大主應(yīng)力作用面成

的平面上。

2．如果同一種土有幾個(gè)試樣在不同的大、小主應(yīng)力組合下受剪破壞，則在

σ~τ

圖上可得到幾個(gè)莫爾極限應(yīng)力圓，這些應(yīng)力圓的公切線就是其強(qiáng)度包線，這條包線實(shí)際上是一條曲線，但在實(shí)用上常作直線處理，以簡(jiǎn)化分析。

土的強(qiáng)度論與強(qiáng)度指標(biāo)3．土體受力狀態(tài)判定。由實(shí)測(cè)最小主應(yīng)力σ3

及公式

a可推求土體處于極限狀態(tài)時(shí)所能承受的最大主應(yīng)力σ1f；同理，由實(shí)測(cè)σ1及公式

b可推求土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)所能承受的最小主應(yīng)力σ3f

。①當(dāng)σ1f>σ1或

σ3f<σ3時(shí)，表示達(dá)到極限平衡狀態(tài)要求的大主應(yīng)力大于實(shí)測(cè)狀態(tài)的大主應(yīng)力；或?qū)崪y(cè)狀態(tài)的小主應(yīng)力大于維持極限平衡狀態(tài)所需要的小主應(yīng)力。此時(shí)，土體處于穩(wěn)定狀態(tài)。②當(dāng)σ1f=σ1或

σ3f=σ3時(shí)，土體處于極限平衡狀態(tài)。③當(dāng)σ1f<σ1或

σ3f>σ3時(shí)，說明土體處于失穩(wěn)狀態(tài)。土的強(qiáng)度論與強(qiáng)度指標(biāo)例題4-1設(shè)某土樣承受主應(yīng)力σ1=300kPa，σ3=110kPa，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

c=20kPa，φ=26°，試判斷該土體處于什么狀態(tài)？一直接抗剪試驗(yàn)二三軸壓縮試驗(yàn)4.3抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定三無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)直接抗剪實(shí)驗(yàn)應(yīng)變控制式直接剪切儀實(shí)驗(yàn)儀器：應(yīng)變控制式直接剪切儀（應(yīng)變控制式，應(yīng)力控制式）直接抗剪實(shí)驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)結(jié)果試樣在剪切過程中剪應(yīng)力

τ與剪切位移

δ之間關(guān)系見圖

a，當(dāng)曲線出現(xiàn)峰值時(shí)，取峰值剪應(yīng)力作為該級(jí)法向應(yīng)力

σ

下的抗剪強(qiáng)度

τf；當(dāng)曲線無峰值時(shí)，可取剪切位移

δ＝4mm時(shí)所對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)力作為該級(jí)法向應(yīng)力

σ

下的抗剪強(qiáng)度τf。直接剪切試驗(yàn)結(jié)果直接抗剪實(shí)驗(yàn)對(duì)同一種土至少取4個(gè)重度和含水量相同的試樣，分別在不同法向壓力σ下剪切破壞，一般可取垂直壓力為100、200、300、400kPa，將試驗(yàn)結(jié)果繪制成如圖b所示的抗剪強(qiáng)度τf

和法向壓力σ之間的關(guān)系。直剪試驗(yàn)的剪切位移及剪應(yīng)力計(jì)算公式如下：ΔL——剪切位移（0.01mm）；

Δl——手輪轉(zhuǎn)一圈的位移量，一般為

Δl=20×0.01mm；

n——手輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)；

R——測(cè)力計(jì)讀數(shù)（0.01mm）；

τ——試樣的剪切力（kPa）；

C——測(cè)力計(jì)率定系數(shù)（N/0.01mm）；

A0——試樣的初始斷面積（cm2），若環(huán)刀內(nèi)徑6.18cm，其面積為30cm2。直接抗剪實(shí)驗(yàn)直接抗剪實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于黏性土，其

τf

～σ關(guān)系曲線基本上成直線關(guān)系，該直線與橫軸的夾角為內(nèi)摩擦角.在縱軸上的截距為黏聚力c，直線方程可用庫倫公式表示；對(duì)于無其他性土，τf

與σ之間關(guān)系則是通過原點(diǎn)的一條直線。直接剪切試驗(yàn)可分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種方法。接剪切儀是目前室內(nèi)土的抗剪強(qiáng)度最基本的測(cè)定方法，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但它存在若干缺點(diǎn)，主要有：①剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的面剪切破壞。②剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，土樣剪切破壞時(shí)先從邊緣開始，在邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，且豎向荷載會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。③在剪切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而在計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)卻是按土樣的原截面積計(jì)算的。④試驗(yàn)時(shí)不能嚴(yán)格控制排水條件，不能量測(cè)孔隙水壓力，在進(jìn)行不排水剪切時(shí)，試件仍有可能排水，特別是對(duì)于飽和黏性土，由于它的抗剪強(qiáng)度受排水條件的影響顯著，故不排水試驗(yàn)結(jié)果不夠理想。⑤試驗(yàn)時(shí)，上、下盒之間的縫隙中易嵌入砂粒，使試驗(yàn)結(jié)果偏大。

直接抗剪實(shí)驗(yàn)一直接抗剪試驗(yàn)二三軸壓縮試驗(yàn)4.3抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定三無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)三軸壓縮儀三軸壓縮試驗(yàn)是測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的一種較為完善的方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統(tǒng)、施加周圍壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)等組成三軸壓縮實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)步驟：1.裝樣2.施加周圍壓力3.施加豎向壓力三軸壓縮試驗(yàn)原理用同一種土樣的若干個(gè)試件（三個(gè)以上）分別在不同的周圍壓力

σ3下進(jìn)行試驗(yàn)，可得一組極限應(yīng)力圓。根據(jù)莫爾－庫侖理論，作一條公切線，該直線與橫坐標(biāo)的夾角為土的內(nèi)摩擦角.，在縱軸上的截距為黏聚力

c，如圖所示。三軸試驗(yàn)?zāi)獱柶茐膹?qiáng)度包線圖三軸壓縮實(shí)驗(yàn)根據(jù)土樣剪切固結(jié)的排水條件和剪切時(shí)的排水條件，三軸壓縮試驗(yàn)可分為三種試驗(yàn)方法：1不固結(jié)不排水（UU試驗(yàn)）試樣在施加周圍壓力和隨后施加豎向壓力直至剪壞的整個(gè)試驗(yàn)過程中都不允許排水，這樣，從開始加壓直至試樣剪壞，土中的含水量始終保持不變，孔隙水壓力也不可能消散。這種試驗(yàn)方法所對(duì)應(yīng)的實(shí)際工程條件相當(dāng)于飽和軟黏土快速加荷時(shí)的應(yīng)力狀況，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用cu

、φu

表示。三軸壓縮實(shí)驗(yàn)2固結(jié)不排水（CU試驗(yàn)）總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)以（σ1f+σ3）/2為圓心，（σ1f-σ3）/2為半徑，繪制的莫爾圓如圖中實(shí)線所示，得到總應(yīng)力強(qiáng)度包線，并得到總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)ccu

和φcu

。如用有效應(yīng)力法表示，其有效大主應(yīng)力為σ′1=σ1-u，有效小主應(yīng)力為σ′3=σ3-u，以（σ′1f+σ′3）/2為圓心，（σ′1f-σ′3）/2為半徑繪制的有效破損應(yīng)力。同組試樣不同

σ′3的有效應(yīng)力圓公切線即為有效應(yīng)力強(qiáng)度包線，如圖中虛線所示，并得到有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)c′和φ′。三軸壓縮試驗(yàn)強(qiáng)度包線三軸壓縮實(shí)驗(yàn)三軸試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)是能夠控制排水條件以及可以量測(cè)土樣中孔隙水壓力的變化,此外，三軸試驗(yàn)中試件的應(yīng)力狀態(tài)也比較明確。常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)的主要缺點(diǎn)是試樣所受的力是軸對(duì)稱的，但在工程際中土體的受力情況并非屬于這類軸對(duì)稱的情況。三軸壓縮實(shí)驗(yàn)3.固結(jié)排水剪（CD試驗(yàn)）在施加周圍壓力σ3時(shí)允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓力直至試件剪切破壞。得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用cd、φd表示。例題4-2某飽和黏土在三軸儀中進(jìn)行固結(jié)不排水試驗(yàn)，三軸室的壓力σ3=210kPa，得有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度參數(shù)

c'=22kPa，φ'=20o

，破壞時(shí)測(cè)得孔隙水壓力

u=50kPa，試問破壞時(shí)軸向增加多少壓力？三軸壓縮實(shí)驗(yàn)一直接抗剪試驗(yàn)二三軸壓縮試驗(yàn)4.3抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定三無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試驗(yàn)儀器：無側(cè)限壓力儀試驗(yàn)時(shí)，在不加任何側(cè)向壓力情況下，對(duì)圓柱體試樣施加軸向壓力，直至試樣剪切破壞為止。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)由無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所得的極限應(yīng)力圓的水平切線就是

破壞包線，即有

τf

=cu=qu

/2

式中τf——土的不排水抗剪強(qiáng)度（kPa）；cu

——土的黏聚力（kPa）；qu

——無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（kPa）。4.4十字板剪切試驗(yàn)前面介紹的三種試驗(yàn)方法都是室內(nèi)測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的方法，這些試驗(yàn)方法都要求事先取得原狀土樣，但由于試樣在采取、運(yùn)送、保存和制備等過程中不可避免地受到擾動(dòng)，土的含水量也難以保持天然狀態(tài)，特別是對(duì)于高靈敏度的黏性土，因此，室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)土的實(shí)際情況的反映就會(huì)受到不同程度的影響。原位測(cè)試時(shí)的排水條件、受力狀態(tài)與土所處的天然狀態(tài)比較接近。在抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法中，國內(nèi)廣泛應(yīng)用的是十字板剪切試驗(yàn)，這種試驗(yàn)方法適合于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和黏性土的原位不排水抗剪強(qiáng)度，特別適用于均勻飽和軟黏土。4.4十字板剪切試驗(yàn)十字板剪力儀的構(gòu)造如圖所示。試驗(yàn)時(shí)，先把套管打到要求測(cè)試的深度以上750mm，并將套管內(nèi)的土清除，然后通過套管將安裝在鉆桿下的十字板壓入土中至測(cè)試的深度。由地面上的扭力裝置對(duì)鉆桿施加扭矩，使埋在土中的十字板扭轉(zhuǎn)，直至土體剪切破壞，破壞面為十字板旋轉(zhuǎn)所形成的圓柱面。4.4十字板剪切試驗(yàn)設(shè)土體剪切破壞時(shí)所施加的扭矩為Mmax，則它應(yīng)該與剪切破壞圓柱面（包括側(cè)面和上、下面）上土的抗剪強(qiáng)度所產(chǎn)生的抵抗力矩相等，即Mmax——剪切破壞時(shí)的扭矩（kN·m）；τV、τH——分別為剪切破壞時(shí)圓柱體側(cè)面和上下面土的抗剪強(qiáng)度（kPa）；D、H——十字板的直徑和高度（m）。

4.4十字板剪切試驗(yàn)天然狀態(tài)的土體是各向異性的，τV≠τH，但實(shí)用上為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假定土體為各向同性體，即τV=τH=τf，則上式可寫成式中τf

——在現(xiàn)場(chǎng)由十字板測(cè)定的土的抗剪強(qiáng)度（kPa）；其余符號(hào)同前。通常認(rèn)為十字板剪切試驗(yàn)為不排水剪切試驗(yàn)。因此，其試驗(yàn)結(jié)果與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果接近。飽和軟土不排水剪切u=0

則τf

=qu

/2

4.4十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)直接在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，不必取土樣，故土體所受的擾動(dòng)較小，被認(rèn)為是比較能反映土體原位強(qiáng)度的測(cè)試方法，在軟弱黏性土的工程勘察中得到了廣泛應(yīng)用。但如果在軟土層中夾有薄層粉砂，測(cè)試結(jié)果可能失真或偏高。用有效應(yīng)力法對(duì)飽和土體進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定分析時(shí)，需估計(jì)外荷載作用下土體中產(chǎn)生的孔隙水壓力。英國A.W.斯肯普頓（Skempton，1954）首先提出孔隙壓力系數(shù)的概念，用以表示孔隙水壓力的發(fā)展和變化，他認(rèn)為土中的孔隙水壓力不僅是由于法向應(yīng)力產(chǎn)生，而且剪應(yīng)力的作用也會(huì)產(chǎn)生新的孔隙水壓力增量。根據(jù)三軸試驗(yàn)結(jié)果，引用孔隙壓力系數(shù)A和B，建立了軸對(duì)稱應(yīng)力狀態(tài)下土中孔隙壓力與大、小主應(yīng)力之間的關(guān)系。4.4十字板剪切試驗(yàn)下圖單元土體中孔隙壓力的發(fā)展。a表示在地基表面瞬時(shí)施加一分布荷載，在地基中某點(diǎn)M產(chǎn)生附加應(yīng)力增量Δσ1

和Δσ3

（不考慮Δσ2

的影響）。圖b是土樣在室內(nèi)三軸試驗(yàn)?zāi)MM點(diǎn)的應(yīng)力發(fā)生的情況。M點(diǎn)瞬時(shí)（不排水條件）承受Δσ1

和Δσ3的應(yīng)力條件，可以分解為兩個(gè)過程：①增加周圍均勻壓力Δσ3

；②軸向增加偏應(yīng)力Δσ1

－Δσ3

。因此，M點(diǎn)產(chǎn)生的孔隙水壓力Δu

等于Δσ3

引起的孔隙水壓力Δu1和由（Δσ1

－Δσ3

）引起的Δu2之和。4.4十字板剪切試驗(yàn)令孔隙水壓力參數(shù)：B=Δu1/Δσ3

，B×A=Δu2(Δσ1-Δσ3)

，則M點(diǎn)的孔隙水壓力Δu

可用下式表示：Δu=BΔσ3+B×A(Δσ1-Δσ3)或者寫成一般的全量表達(dá)式：

u=Bσ3+B×A(σ1-σ3)式中A、B——分別為不同應(yīng)力條件下的孔隙壓力系數(shù)。孔隙水壓力參數(shù)A和B與土的性質(zhì)有關(guān)，可以在室內(nèi)三軸試驗(yàn)中測(cè)定。4.4十字板剪切試驗(yàn)試驗(yàn)表明，孔隙水壓力參數(shù)B與土的飽和度有關(guān)，當(dāng)土完全飽和時(shí)，孔隙中的水是不可壓縮的，根據(jù)有效應(yīng)力原理得到，B＝1；當(dāng)土是干燥時(shí)，孔隙中的空氣的壓縮系數(shù)無窮大，得到B=0，所以B的變化范圍在0～1之間。孔隙水壓力參數(shù)A表示在偏應(yīng)力增量作用下的孔隙水壓力參數(shù)，它隨偏應(yīng)力增加呈非線性變化，高壓縮性土的A值比較大。它的變化范圍比較復(fù)雜，可參考下表的數(shù)值。超固結(jié)土在偏應(yīng)力作用下將發(fā)生體積膨脹，孔隙水壓力Δu2可能很小甚至?xí)霈F(xiàn)負(fù)值；欠固結(jié)土或結(jié)構(gòu)性很強(qiáng)、靈敏度很高的土，在偏應(yīng)力作用下發(fā)生體積收縮，產(chǎn)生附加應(yīng)力，孔隙水壓力Δu2會(huì)很大，甚至大于所施加的剪應(yīng)力。因此，A值可以小于零，也可以大于1。4.4十字板剪切試驗(yàn)對(duì)于A值很高的土，應(yīng)特別注意由于擾動(dòng)或其他因素引發(fā)很高的孔隙水壓力而造成工程事故。在實(shí)際工程中更關(guān)心的是土體在剪損時(shí)的孔隙水壓力參數(shù)Af，故常在試驗(yàn)中監(jiān)測(cè)土樣剪壞時(shí)的孔隙水壓力uf，相應(yīng)的強(qiáng)度值為(σ1-σ3)f，所以對(duì)于飽和土可得4.4十字板剪切試驗(yàn)例題4-3

某無黏性土飽和試樣進(jìn)行排水剪試驗(yàn)，測(cè)得c'=0、φ'=31°，如果對(duì)同一試樣進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，施加的周圍壓力σ3=200kPa，試樣破壞時(shí)的軸向偏應(yīng)力(σ1-σ3)f＝180kPa。試求破壞時(shí)的孔隙水壓力uf

和孔隙水壓力參數(shù)Af

。4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素土的抗剪強(qiáng)度受到多種因素影響，歸納起來，主要是土的性質(zhì)（如土的顆粒組成、原始密度、黏性土觸變性等）和應(yīng)力狀態(tài)（如前期固結(jié)壓力等）兩個(gè)方面。4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素1．礦物成分砂土中石英礦物含量多，內(nèi)摩擦角φ大；云母礦物含量多，則內(nèi)摩擦角φ小。對(duì)黏性土而言，不同的黏土礦物具有不同的晶格構(gòu)造，它們的穩(wěn)定性、親水性和膠體特性也各不相同，因而對(duì)黏性土的抗剪強(qiáng)度（主要是對(duì)內(nèi)聚力）產(chǎn)生顯著的影響。一般來說，黏性土的抗剪強(qiáng)度隨著黏粒和黏土礦物含量的增加而增大。一、土的性質(zhì)

二、土的含水量

三、原始密度的影響

四、黏性土觸變性的影響五、土的應(yīng)力歷史的影響4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素2．土的顆粒形狀、大小及級(jí)配一般來說，若土的顆粒越粗、形狀越不規(guī)則、表面越粗糙，則其內(nèi)摩擦角φ越大，因而其抗剪強(qiáng)度也越高。土的級(jí)配良好，內(nèi)摩擦角φ大；土粒均勻，內(nèi)摩擦角φ小。一、土的性質(zhì)

二、土的含水量

三、原始密度的影響

四、黏性土觸變性的影響五、土的應(yīng)力歷史的影響4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素含水量的增高一般將使土的抗剪強(qiáng)度降低。這種影響主要表現(xiàn)在兩方面：一是水分在較粗顆粒之間起著潤(rùn)滑作用，使摩阻力降低；二是黏土顆粒表面結(jié)合水膜的增厚使原始內(nèi)聚力減小。一、土的性質(zhì)二、土的含水量

三、原始密度的影響

四、黏性土觸變性的影響五、土的應(yīng)力歷史的影響4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素但試驗(yàn)研究表明，砂土在干燥狀態(tài)時(shí)的內(nèi)摩擦角φ值與飽和狀態(tài)時(shí)的內(nèi)摩擦角φ值差別很?。▋H差1°～2°），即含水量對(duì)砂土的抗剪強(qiáng)τ

度的影響是很小的。而對(duì)黏性土來說，含水抗量對(duì)抗剪強(qiáng)度有重大影響。一、土的性質(zhì)二、土的含水量

三、原始密度的影響

四、黏性土觸變性的影響五、土的應(yīng)力歷史的影響4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素圖4-17表示黏土在相同的法向應(yīng)力σ度強(qiáng)下的不排水抗剪強(qiáng)度隨含水量的增高而急劇下降的情況。通常在雨后容易出現(xiàn)山體滑坡，其主要原因就是雨水入滲使山坡土中含水量0w縮塑液含水率增加，降低了土的抗剪強(qiáng)度，從而導(dǎo)致山坡限限限失穩(wěn)滑動(dòng)。一、土的性質(zhì)二、土的含水量

三、原始密度的影響

四、黏性土觸變性的影響五、土的應(yīng)力歷史的影響4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素一般來說，土的原始密度越大，其抗剪強(qiáng)度就越高。對(duì)于粗顆粒土（例如，砂性土）來說，密度越大則顆粒之間的咬合作用越強(qiáng)，因而摩阻力就越大；對(duì)于細(xì)顆粒土（黏性土）來說，密度越大意味著顆粒之間的距離越小，水膜越薄，因而原始內(nèi)聚力也就越大。一、土的性質(zhì)

二、土的含水量

三、原始密度的影響

四、黏性土觸變性的影響五、土的應(yīng)力歷史的影響4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素下圖表示不同密實(shí)程度的同一種砂土在相同周圍壓力σ3

下受剪時(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系的體積變化。一、土的性質(zhì)

二、土的含水量

三、原始密度的影響

四、黏性土觸變性的影響五、土的應(yīng)力歷史的影響4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素從圖中可見，密砂的剪應(yīng)力隨著剪應(yīng)變的增加而很快增大到某個(gè)峰值，而后逐漸減小一些，最后趨于某一穩(wěn)定的終值，其體積變化開始時(shí)稍有減小，隨后不斷增加（呈剪脹性）；而松砂的剪應(yīng)力隨著剪應(yīng)變的增加則較緩慢地逐漸增大并趨于某一最大值，不出現(xiàn)峰值，其體積在受剪時(shí)相應(yīng)減?。ǔ始艨s性）。所以，在實(shí)際允許較小剪應(yīng)變的條件下，密砂的抗剪強(qiáng)度顯然大于松砂。一、土的性質(zhì)

二、土的含水量

三、原始密度的影響

四、黏性土觸變性的影響五、土的應(yīng)力歷史的影響4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素黏性土的強(qiáng)度會(huì)因受擾動(dòng)而削弱，但經(jīng)過靜置又可得到一定程度的恢復(fù)，對(duì)黏性土的這一特性稱為觸變性，如圖所示。一、土的性質(zhì)

二、土的含水量三、原始密度的影響四、黏性土觸變性的影響五、土的應(yīng)力歷史的影響4.5影響抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的因素由于黏性土具有觸變性，故在黏性土地基中進(jìn)行鉆探取樣時(shí)，若土樣受到明顯的擾動(dòng)，則試樣就不能反映其天然強(qiáng)度，土的靈敏度愈大，這種影響就愈顯著；又如在靈敏度較高的黏性土地基中開挖基坑，地基土