关于土体抗剪强度的文献综述
洛川剖面黄土的结构性及其力学特征研究
洛川剖面黄土的结构性及其力学特征研究
一、研究背景
黄土这种自然界的伟大创造，自古以来就以其独特的魅力和神奇的力量，让人们为之倾倒。它既是大自然的馈赠，也是人类文明的摇篮。然而随着社会的发展和人口的增长，黄土的生态环境正在遭受严重的破坏。为了保护这片神奇的土地，我们有必要深入研究其结构性和力学特征，以便更好地利用和保护这一宝贵的资源。
洛川剖面位于陕西省洛川县境内，是黄土高原的一个重要剖面。这里地势平坦，地貌类型丰富多样，黄土层厚薄不一，结构复杂多变。因此对于洛川剖面黄土的结构性和力学特征的研究，具有很高的科学价值和实际意义。
在过去的几十年里，我国的黄土研究取得了显著的成果，为我们提供了丰富的理论依据和实践经验。然而由于各种原因，我们在黄土领域的研究仍然存在一些不足之处。例如对于黄土的微观结构和力学特性的研究还不够深入，对于黄土在不同环境条件下的变形规律和稳定性分析还有待完善。因此开展洛川剖面黄土的结构性及其力学特征研究，对于提高我国黄土研究的水平，促进黄土资源的可持续利用具有重要的现实意义。
1. 黄土在人类历史和现代社会中的重要性；
黄土这种看似普通却又无比重要的自然物质，自古以来就在人类的生活中扮演着重要角色。它不仅是我们祖先生活的基础，也是我们现代社会的重要资源。黄土的广泛分布和丰富储量，使其在农业、建筑、环保等领域都有着不可替代的作用。然而黄土的特殊结构性和力学特征，使得它在人类历史和现代社会中的重要性更加凸显。
黄土不仅承载着我们的记忆，更是塑造了我们的文明。从古代的长城、秦始皇兵马俑，到现代的高速公路、高楼大厦，黄土都在其中扮演着关键的角色。每一块砖石、每一粒沙砾，都是黄土的结晶，都是历史的见证。黄土的存在，让我们有了生活的依托，也让我们有了追求进步的动力。
土的抗剪强度本章主要介绍土的抗剪强度的概念莫尔—库仑
第4章 土的抗剪强度
• 本章主要介绍土的抗剪强度的概念、莫尔—库仑强度理论、土的极限平衡理论，抗剪强度指标的确定及其影响因素等。
• 学习本章的目的是能根据工程实际条件选择合适的抗剪强度指标进行抗剪强度计算。能利用极限平衡条件分析土的平衡状态。
第一节 土的强度理论与强度指标
一、土的抗剪强度的工程意义
土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力
在外荷载作用下，土体中将产生剪应力，当土中某点的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。随着外荷载的增大，地基中达到强度被破坏的点越来越多，最后形成一个连续的滑动面，这时建筑物的地基或土坡就会失去整体稳定而发生土体滑动，从而造成工程事故。
工程实践和室内试验都证实了土是由于受剪而产生破坏，剪切破坏是土体强度破坏的重要特点，因此，土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。
二、莫尔-库仑强度理论
•
土体发生剪切破坏时，将沿着其内部某一曲面（滑动面）产生相对滑动，而该滑动面上的切应力就等于土的抗剪强度。 • 直剪试验可直接测定预定剪切破裂面上的抗剪强度。 1776年，法国学者库仑通过一系列土的强度实验，于1776年总结出土的抗剪强度定律： 砂土 ϕστtan =f
粘土 c f +=ϕστtan
式中f τ－土体破坏面上的剪应力，即土的
抗剪强度，kPa ；
σ－剪切滑动面上的法向应力，kPa ；
C －土的粘聚力， kPa ；
ϕ－土的内摩角，（°）。
C 、ϕ合称为土的总应力抗剪强度指标。
若法向应力采用有效应力σ`，则可以得到如下抗剪强度的有效应力表达式： 三、 土的极限平衡理论
漫谈土的抗剪强度和抗剪强度指标
漫谈土的抗剪强度和抗剪强度指标
土的抗剪强度是指土体在受到剪切力作用时所能承受的最大剪应力。
土体的抗剪强度是土的力学性质之一，对土的工程应用具有重要意义。抗
剪强度指标是对土体抗剪强度进行定量描述的参数。以下将对土的抗剪强
度和相关的抗剪强度指标进行漫谈。
首先，了解土的抗剪强度的概念是理解抗剪强度指标的基础。土是由
颗粒间填充或胶结而成的，具有一定的内聚力和摩擦阻力。当土受到剪切
力作用时，颗粒之间会发生相对位移，从而产生抗剪强度。土的抗剪强度
受到多种因素的影响，包括土的粒径组成、密实程度、含水量、胶结性质等。通常情况下，土的抗剪强度随着土的密实程度的增加而提高，但当密
实程度过高时，土的抗剪强度反而会下降。
抗剪强度指标是一种定量描述土体抗剪强度的参数，通常可以通过试
验来确定。常见的抗剪强度指标包括内摩擦角（φ）和剪切强度指数（C）等。内摩擦角是指土体在受到剪切力作用时颗粒间的摩擦阻力大小，是衡
量土的抗剪强度的重要参数。内摩擦角的大小与土的结构、颗粒形状、含
水量等有关。剪切强度指数是表示土抗剪强度的另一个指标，它是土的剪
切强度与有效应力之间的比值。剪切强度指数可以用来比较不同土体之间
的抗剪强度差异。
除了内摩擦角和剪切强度指数，还有一些其他的抗剪强度指标。如粘
聚力是指土表面或颗粒间存在的一种吸附力，是衡量土抗剪强度的另一个
重要指标。粘聚力的大小与土的胶结性质、颗粒形状等有关。另外，抗剪
强度指标还可以根据土壤类型的不同而有所差异。例如，对于粘性土来说，塑性指数（PI）是表示土抗剪强度的一个重要指标，它是液限和塑限之差。
土的抗剪强度史上最全面演示文稿
5.1.1 库仑定律
1776年，库仑根据砂土剪切试验得出
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 tan
后来，根据粘性土剪切试验得出
f
f tanc
c
粘土
库伦公式 f ctg (无粘性土：c=0)
c:土的粘聚力
:土的内摩擦角
抗剪强度指标
f
c
土的抗剪强度一般可分为两部分：一部分 与颗粒间的法向应力有关，通常呈正比例关 系，其本质是摩擦力；另一部分是与法向应 力无关的土粒之间的粘结力，通常称为粘聚 力。
1 3ta 2 4 no5 2 2 cta 4 n o5 2 31ta 2 4 no5 2 2 cta 4 n o5 2
1 3tan245o2
3 1tan245o2
τ＝τf
τ
极限平衡条件
f ctg
莫尔－库仑破坏准则
D
A
B
O
σ
剪切破坏面
极限应力圆 破坏Βιβλιοθήκη Baidu力圆
粘性土的极限平衡条件
土的抗剪强度史上最全面演示 文稿
土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力
工程实例－地基承载力问题
工程实例－地基承载力问题
加拿大特朗斯康谷仓
1911年动工 1913年完工 谷仓自重20000吨 1913年10月17日发 现1小时内竖向沉降 达30.5厘米，结构物 向西倾斜，并在24小 时内倾倒，谷仓西端 下沉7.32米，东端上 抬1.52米。 原因：地基承载力不
岩土工程中的土体抗剪强度研究
岩土工程中的土体抗剪强度研究
岩土工程是一门涉及地质、土力学和结构力学等多个学科领域的交叉学科，主
要研究土体在不同外力作用下的力学性能和稳定性。土体抗剪强度是岩土工程中的核心概念之一，对于土体的稳定性和工程设计具有重要意义。本文将探讨土体抗剪强度的研究内容和方法，并介绍与之相关的实验和分析技术。
一、土体抗剪强度的定义和意义
土体抗剪强度是指土体在剪切过程中所能承受的最大抵抗力。它是岩土体力学
和岩土工程设计中基础而重要的参数，直接影响土体的稳定性和承载力。了解和研究土体抗剪强度有助于提高工程的稳定性和可靠性。
二、土体抗剪强度的影响因素
土体抗剪强度受多种因素的影响，其中包括土体的物理性质、化学性质和结构
特征。物理性质方面，颗粒间的摩擦力和颗粒与颗粒之间的内聚力是影响土体抗剪强度的重要因素。化学性质方面，土体中存在的水分含量、盐度和酸碱度等都会对土体抗剪强度产生影响。结构特征方面，土体的颗粒大小、颗粒形状以及颗粒之间的排列方式都会改变土体的抗剪强度。
三、土体抗剪强度的测试方法
研究土体抗剪强度常常需要进行相关的实验测试。目前常用的测试方法有三种：直剪试验、剖面抗剪试验和三轴剪切试验。
直剪试验是最简单和常用的测试方法之一，其原理是将土体样品分割成两个相
邻的部分，然后沿着一条切割面施加水平力和正常力，测量土体被直剪切割的最大抵抗力。这种方法操作简单，但仅适用于较强土体。
剖面抗剪试验是一种适用于软弱土体的实验方法，其原理是在土体样品上制备一条裂缝，然后通过施加切割力来测量土体的抗剪强度。这种方法适用于软弱土体的研究，但操作相对复杂。
土的抗剪强度
第5章土的抗剪强度
5.1概述
土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的移动，该点便发生了剪切破坏。工程实践和室内试验都验证了建筑物地基和土工建筑物的破坏绝大多数属于剪切破。例如堤坝、路堤边坡的坍滑(图5.1a)，挡土墙墙后填土失稳(图5.1b)建筑物地基的失稳(图 5.1c)，都是由于沿某一些面上的剪应力超过土的抗剪强度所造成。因此土的抗剪强度是决定地基或土工建筑物稳定性的关键因素。所以研究土的抗剪强度的规律对于工程设计、施工和管理都具有非常重要的理论和实际意义。
由于土的抗剪强度是岩土的重要力学性质之一，本章主要讲述叙述土抗剪强度的基本概念、土地抗剪强度的基本理论、土的抗剪强度的试验方法及土的抗剪强度指标的应用。
5.2土的抗剪强度的基本理论
5.2.1直剪试验
土的抗剪强度可以通过室内试验与现场试验测定。直剪试验是其中最基本的室内试验方法。
直剪试验使用的仪器称直剪仪。按加荷方式分为应变式和应力式两类。前者是以等速推动剪切盒使土样受剪，后者则是分级施加水平剪力于剪力盒使土样受剪。目前我国普遍应用的是应变式直剪仪如图5.2所示。试验开始前将金属上盒和下盒的内圆腔对正，把试样置于上下盒之间。通过传压板和滚珠对土样先施加垂直法向应力σ=p/F(F-土样的截面积)，然后再施加水平剪力T，使土样沿上下盒水平接触面发生剪切位移直至破坏。在剪切过程中，隔固定时间间隔，测读相应的剪变形，求出施加于试样截面的剪应力值。于是即可绘制在一定法应力条件下，土样剪变形λ与剪应力τ的对应关系(图5.3a)。
土的抗剪强度汇总
第七章 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。 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。
无粘性土：φστtg f ⋅= 粘性土：φστtg f ⋅=+c
式中：f τ：土的抗剪强度，Kpa ；
土结构性的剪切波速表征及对动力特性的影响
土结构性的剪切波速表征及对动力特性的影响
一、本文概述
土的结构性是指土颗粒之间的排列方式、连接方式以及由此产生的整体力学特性。在土动力学中，剪切波速是描述土体在剪切应力作用下波动传播速度的重要参数，它与土的结构性密切相关。剪切波速不仅影响土体的变形特性，还是评价地基稳定性、地震波传播、地下工程安全等多个领域的关键指标。研究土结构性的剪切波速表征及其对动力特性的影响，对于深入理解土的力学行为、提高工程安全性和优化工程设计具有重要意义。
本文旨在通过理论分析和实验研究，探讨土结构性的剪切波速表征方法及其对动力特性的影响。我们将介绍土结构性的基本概念和剪切波速的定义及测量方法。通过室内试验和现场测试，分析不同土样在剪切波速方面的差异性，以及土结构性对剪切波速的影响机制。接着，我们将讨论剪切波速与土的动力特性之间的关系，包括土的阻尼比、刚度等。结合工程实例，评估剪切波速在工程实践中的应用价值，并提出相应的建议和展望。
通过本文的研究，我们期望能够为土木工程领域的学者和工程师提供关于土结构性的剪切波速表征及其对动力特性影响的深入理解，为未来的工程实践提供理论支持和指导。
二、土结构性的剪切波速表征
土的结构性是指土颗粒之间的排列方式、连接方式以及颗粒间的相互作用力等特性，这些特性对土的力学行为，包括剪切波速的传播特性，具有重要影响。剪切波速，即剪切波在介质中传播的速度，是反映介质动力特性的重要参数，尤其在地震工程、岩土工程以及波动分析等领域中，具有广泛的应用。
在土的结构性研究中，剪切波速的表征是一个关键问题。通常，剪切波速可以通过多种方式进行测量和表征，包括野外原位测试、室内试验以及数值模拟等。野外原位测试如跨孔波速测试、面波测试等，可以直接获取实际工程场地中土的剪切波速，对于理解土的结构性和动力特性具有重要意义。室内试验则可以通过控制试验条件，模拟不同结构性土的剪切波速特性，从而更深入地研究土的结构性对剪切波速的影响。
软土抗剪强度的分析
软土抗剪强度的分析
本文分析了软土的特性、影响抗剪强度的因素，并通过分析工程中应用较多的固结法指标与含水量、静探指标的关系，初步建立固快c值与静探qc值的经验公式，为实际工程提供参考。
标签：抗剪强度；固快法；静探；含水量
1、前言
湖州地区软土分布广泛，软土的抗剪强度指标作为地基土承载力和基坑围护设计的重要计算依据，对建筑工程有很大影响。
影响软土抗剪强度指标的因素很多，因此对于不同的工程实际应选择不同试验方法所求的指标。现工程中静探及固结快剪法均为较常用的技术手段，在工程勘察中被广泛应用，静探指标曲线亦是作为地区土层性状经验的重要方面。如何将两者建立一定的经验关系，是一种现实可行的地区经验应用。
2、软土的特性及影响软土抗剪强度指标的因素
2.1软土的特性
软土主要包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。湖州地区软土主要为全新统Q41～Q43及上更新统上组c段Q32c时期的，成因主要为滨海积、冲湖积、泻湖、湖沼积等。
软土其主要物理力学性质有：含水率高，比重小，孔隙比大，压缩性高，强度低，具流变性、触变性和高灵敏度。由于软土地基对建设工程及场地稳定性有诸多不利特性，如剪切变形，压缩沉降，震陷、滑坡等，因此，准确确定软土的物理力学性质，具有重要的意义。
2.2影响软土抗剪强度指标的因素
土的抗剪强度影响因素是多方面的，其中影响最大的为排水条件、应力历史和剪切速率。故试验模拟条件与实际工程（初始应力条件、应力状态的变化、加荷速率和排水条件）的差异将很大程度上影响数据的准确性。
软土的抗剪强度随着含水率的降低c、φ 值而增大；粘粒含量的增高，c值会相应增大，φ 值相应降低。土的均匀性和各向异性，使实际工程和试验条件的剪切面有差异。
土的抗剪强度
设在土体中取一单元微体，如图3—5(a)所示，mn为
破裂面，它与大主应力的作用面成 f 角。该点处于极限
平衡状态时的莫尔圆如图3—5(b)所示。将抗剪强度线延 长与σ轴相 交于R点，由三角形ARD可知：
当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗 剪强度时，就发生剪切破坏，该点即处于极限平衡状态， 根据莫尔—库伦理论，可得到土体中—点的剪切破坏条件， 即土的极限平衡条件．
1、土中某点的应力状态
下面仅研究平面问题，在土体中取一单元微体[图 3—3(a)]，取微棱柱体abc为隔离体 [图3—3(b)]，将各力 分别在水平和垂直方向投影，根据静力平衡条件可得：
摩擦力，另一部分是土粒之间的粘结力，它是由 于粘性土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等 因素引起的。
长期的试验研究指出，土的抗剪强度不仅与 土的性质有关，还与试验时的排水条件、 剪切 速率、应力状态和应力历史等许多因素有关，其 中最重要的是试验时的排水条件，根据K．太沙 基(Terzaghi)的有效应力概念，土体内的剪应力 仅能由土的骨架承担，因此，土的抗剪强度应表 示为剪切破坏面上法向有效应力的函数，库伦公 式应修改为
c
O
粘性土抗剪强度线
O
无粘性土抗剪强度线(过原点)
土的不同抗剪方法对强度指标的影响分析研究
土的不同抗剪方法对强度指标的影响分析研究
一、前言
水利工程中，研究水坝、地基土体的强度和稳定性是十分重要的。因为当建筑物的荷重通过基础传至地基土时，若附加压力超过地基或坝体土的强度时，上体就会破坏，致使上部建筑物失稳。土的强度作为土的重要力学性能之一，与土的抗剪强度有关工程问题主要即为土工结构物稳定。所谓土的抗剪强度是指土体在外部荷载作用下产生的剪应力的抵抗能力，是建筑物地基承载能力与稳定性、边坡稳定、挡土结构的土压力等土工工程的设计和验算提供理论依据和计算指标，能否正确有效地确定抗剪强度往往是设计质量和工程成败的关键所在，而土又不同于钢材、塑料等材料，土类别繁多，成因各异，特性也千差万别。土的强度不仅取决于土的种类，而且更大程度不是一个常数，而是随着条件的不同而变动的，工程地质人员必须用各种测试手段来综合分析提供。
二、直剪试验
目前受各种条件限制，室内试验大多数情况下仍然以直剪试验为主，我国在指标使用中已积累了大量经验，在工程设计实际中应用也较为广泛。
2.1 影响慢剪因素
慢剪是竖向压力施加后，让土体排水固结，固结后以慢速施加水平剪力，使土样在变剪过程中一直有部分时间排水和产生体积变形，得到指标用Cs、Фs表示，白建光等依托于内蒙古农业大学博士基金项目“细粒土抗剪强度指标影响因素分析研究”。在论文中提出在慢剪条件下剪切试验的设计方案，影响剪切强度的指标有土的应力历史及温度等，根据正交实验得出实验结论为内摩擦角对空隙比的变化最敏感，对含水率次之，对塑性指数变化敏感性最小，粘聚力对空隙比、含水率等塑性指数变化的敏感度同内摩擦角相同，粘聚力与塑性指数呈正相关系，其余均为负相关系。
土的抗剪强度指标及其工程应用
土的抗剪强度指标及其工程应用
土的抗剪强度是指土体抵抗内部剪切力的能力。在土力学中，土的抗
剪强度是一个重要的力学参数，用于描述土体在承受剪切力时的变形与破
坏特性。了解土的抗剪强度指标及其工程应用对于工程设计与土力学研究
具有重要意义。
土的抗剪强度指标分为三种，即黏聚力（c）、内摩擦角（φ）和抗
剪强度（τ）。黏聚力是指土体结构内部粘聚的程度，通常由于颗粒之间
的吸附力引起。内摩擦角是指土体颗粒之间的摩擦阻力，是土的粒间摩擦
特性的体现。抗剪强度是指土体承受剪切力导致的抵抗能力。
土的抗剪强度指标在工程应用中具有广泛的应用，包括地基工程、岩
土工程和水利工程等领域。在地基工程中，抗剪强度用于评估地基的稳定
性和承载力。在岩土工程中，抗剪强度用于评估土体的稳定性和变形特性，设计防护结构。在水利工程中，抗剪强度用于设计大坝、堤防和土体水坝
等结构的稳定性。
抗剪强度指标的工程应用通常通过实验和计算的方式进行，其中比较
常用的实验方法包括直剪试验、三轴压缩试验和静力触探等。直剪试验是
将土样分割成两部分，施加水平剪切力，测量摩擦力和剪切应力，推断抗
剪强度指标。三轴压缩试验是将土样置于三轴压缩仪中，施加垂直压力和
水平剪切力，并测量抗剪强度指标。静力触探是利用静力触探仪，通过测
量推进杆推进土层的阻力，了解土的抗剪强度指标。
除了实验方法，工程应用中还可采用计算方法，如极限平衡法、有限
元法和模型试验分析等。极限平衡法是通过平衡土体内外力的大小，获得
土的抗剪强度指标。有限元法是利用数值模拟和计算得到土体在不同应力
状态下的变形、破坏和稳定性，从而确定抗剪强度指标。模型试验分析是通过实验模型，在受到剪切力的作用下观察土体的变形特性和抗剪强度指标。
土的抗剪强度讲解
第七章 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。 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。
无粘性土：φστtg f ⋅= 粘性土：φστtg f ⋅=+c
式中：f τ：土的抗剪强度，Kpa ；
岩土体原位钻孔剪切试验国内外现状研究综述
岩土体原位钻孔剪切试验国内外现状研究综述
c，斜率为内摩擦角ϕ。
图1 岩土钻孔剪切实验原理
目前常用的是法国APAGEO公司开发的Phicometre
2），其适用于土体和软岩体。
图2 Phicometre钻孔剪切仪
岩体钻孔剪切实验（RBST）
与BST类似，RBST也是一种便携式直接剪切装置，
用于评估岩石的原位剪切强度，主要是利用剪切头上两
261
中国设备工程 2023.05 （下）
中国设备工程 2023.05 （下）
图3 岩体钻孔剪切实验原理
,嵌于齿状凸起间岩片的面积为A，作用于岩片上的法向力和连杆的提拉力分别为P 和T，则作用在岩片上的正应力和剪应力分别为：
Α
根据常规岩体的直剪试验整理方法，即根据各剪切阶段特征点的剪应力与正应力值，采用图解法或者最小二乘法绘制剪应力与正应力的关系曲线。采用回归分析得到相应的抗剪强度参数，内摩擦因数f 和黏聚力∑∑∑∑−2στστσ图4 lowa 钻孔剪切仪
关于风电、光伏发电与水力发电结合的研究
第7章第11讲 无粘性土的抗剪强度
土粒表面粗糙程度
土的级配
密实砂土和土粒表面粗糙的砂土，内摩擦角较大。级配良好的比颗粒均一的内摩擦角大
r
无黏性土内摩擦角参考值
土的类型
残余强度 r
(或松砂峰值强度 )
粉砂（非塑性） 均匀细砂、中砂
级配良好的砂 砾砂
26~30° 26~30° 30~34° 32~36°
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）
直剪试验
无黏性土的 内摩擦角
三轴试验
周围压 力系统
阀门
试 样
马达
阀门
对于不同初始密实度或孔隙比的砂土，其抗剪特性有较大差异
在一般围压条件下，对于松砂，由于其内部孔隙较大，剪切力会使得其颗粒 间的排列更加紧密，所以它的体积将缩小，我们把这种因剪切而体积缩小的 现象称为剪缩性
1-3
密实砂 中等密实砂 松砂
1-3
密实砂 中等密实砂 松砂
m m r
轴向应变1
对于图中的密实砂和中等密 实砂，其剪应力起初随着轴 向应变增大而增大，直至达 到强度峰值τm；然后剪应力则 随着轴向应变增大而减少， 最后慢慢逼近残余强度τr，但 其体积却在增大，其应力-轴 向应变关系呈应变软化型。
密砂的这种剪胀趋势，随着周围压力的增大，土颗粒的破碎，将会逐渐消失， 在高围压作用下，无论砂土的松紧如何，受剪后都会发生剪缩现象
土的抗剪强度
【岩土力学】
第五章 土的抗剪强度
19
极限应力园
【岩土力学】
第五章 土的抗剪强度
20
图中： ①任意截面 f ②其中一截面 f 该点处于极限平衡状 态，属于极限应力圆 ③有些截面 f 这些截面的平面剪应 力超过抗剪强度（当然不可能存在此状态）
【岩土力学】
第五章 土的抗剪强度
剪应力
【岩土力学】
第五章 土的抗剪强度
正
应
力
4
一、库伦公式（抗剪强度τf方程）
无粘性土
f tg
公式(5-1)
____是内摩擦角,与土颗粒的大小形状、粗糙
程度、土的密实程度和饱和度有关，中砂、 粗 砂、砾砂＝28°～36°
____作用于剪切面上的正应力
【岩土力学】
第五章 土的抗剪强度
【岩土力学】 第五章 土的抗剪强度 2
第一节 土的抗剪强度概述
抗剪强度的定义：指土体抵抗剪切破坏的
极限能力。 土的抗剪强度是土的重要力学性质之一， 建筑物地基和路基的承载力、挡土墙和地 下结构的土压力、堤坝、基坑、路堑以及 各类边坡的稳定性均由土的抗剪强度所控 制。 直剪试验
【岩土力学】 第五章 土的抗剪强度 3
1、试验简介 ①仪器——静三轴压缩仪 主机（压力室、加荷系统） 稳压系统（压力源、调压筏、压力表） 量测系统（排水管、体变管、零位指示器、压力表）
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关于土体抗剪强度的文献综述
中国民航大学程瑞瑞090741102
摘要：土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学指标之一，在计算地基承载力、评价地基稳定性时都要用到土的抗剪强度指标。正确测定土的抗剪强度具有重要的工程意义。强度理论经过近几十年的发展，基本形成了完善的体系。本文介绍了抗剪强度的意义、发展、应用等内容，具有一定参考价值。
关键词：抗剪强度、强度理论、抗剪实验、影响因素
一、土体抗剪强度在工程建设领域应用的意义
土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力，作为土力学指标的重要一项，其物理意义是由土体颗粒间的内摩阻力以及胶结物与水膜分子引力所造成的粘聚力构成。对于非粘性土来说，其抗剪强度主要是来自土粒间的内摩擦力，包括由于土颗粒粗糙产生的表面摩擦力以及粗颗粒之间互相嵌挤联锁作用。对于粘性土，其抗剪强度主要来自内摩擦力外以及土颗粒之间的电分子吸引力以及土中胶结物质对土粒的胶结作用所产生的内聚力。土体的抗剪强度主要涉及到建筑工程中地基承载力、挡土墙土压力以及土坡稳定等，正确的测定分析土体的抗剪强度具有重要的工程意义。
对于建筑工程的地基而言，其所产生的压力对于土体是局部荷载，局部荷载导致荷载导致土体产生压缩，荷载边缘内外的土粒就会发生竖向的滑动，从而产生剪应力。当荷载大到一定程度时，荷载边缘土中的剪应力首先达到土的抗剪强度，产生小范围的塑性变形区，当荷载达到一定程度后，就会形成连续塑性变形的滑动面，从而地基失去稳定性而破坏，因此必须深入的研究土体抗剪强度指标，以确保工程建设的安全稳定[1]。
二、土体抗剪强度的理论
1、早期强度理论的发展[1]
（1）库仑公式。库伦通过试验将土的抗剪强度指标概括为滑动面上的法向总应力的函数，公式如下所示：
对于无粘性土，其抗剪强度为：τf =σ•tanΦ；
对于粘性土，其抗剪强度为：τf =C+σ•tanΦ；（1）
式中：τf —土的抗剪强度；
σ—剪切面的法向压力；
υ—土的内摩擦角；
c—土的内聚力；—土的内摩擦系数；
σtanΦ—内摩擦力。
从库伦理论分析，土体的抗剪强度指标影响因素主要为土的内摩擦角υ以及内聚力c。根据公式可知无粘性土的抗剪强度主要取决于土粒表面的粗糙程度以及土粒交错排列的情况，对粘性土，抗剪强度由凝聚分量以及摩擦分量两部分组成。
（2）莫尔－库仑理论莫尔提出由于土体的破坏是剪切破坏，当土体任一平面上的剪应力达到抗剪强度时，该点就发生剪切破坏，并说明破坏面上的剪应力是该面上法向应力的函数，莫尔—库仑理论则是以库仑公式作为土体的抗剪强度公式，根据剪应力是否达到抗剪强度作为破坏标准的理论。
通过在土体中取一微单元体，作用在该单元体上的两个主应力为σ1、σ3，则作用在与大主应力作用面成α角的平面上的正应力以及剪应力可根据静力平衡条件求得公式：
σ=1/2（σ1+σ3）+1/2（σ1-σ3）•cos2α
τ=1/2（σ1-σ3）•sin2α
式中：σ—任一截面上的法向应力；
τ—任一截面上的剪切应力；
σ1—最大主应力；
σ3—最小主应力；
α—最小主应力与截面作用方向的夹角。
根据莫尔—库仑理论，当土处于极限平衡状态即应理解为破坏状态，此时的莫尔应力圆即称为极限应力圆或破坏应力圆，相应的一对平面即为土体剪切破坏面。通过土中一点，在σ1，σ3作用下可出现一对剪切破裂面，这一对破裂面之间的夹角在σ1作用方向等于α=(45。+υ/2)，它们与最小主应力作用方向的交角为，根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系，可建立以下极限平衡条件：
σ1=σ3•tan2（45。+υ/2)+2C•tan（45。+υ/2)
σ3=σ1•tan2（45。- υ/2)-2C•tan（45。- υ/2)
2、近代强度理论的认识及发展[2]
随着科学实践的发展，人们对土的工程性质认识的深入，对土的抗剪强度的认识也越来越深刻，对强度公式及C、υ值也有了新的认识。简述如下：
（1）兰姆（Lambe,T.W）的粘聚力和摩擦强度不同时发挥的抗剪强度理论，他将粘性土的抗剪强度τf分成三个基本分量：即粘聚力、剪胀和摩擦。他认为：粘聚力在极小的应变下发挥最大，应变稍高一些，就不产生粘聚力，剪胀由零增加到最高，然后随着颗粒的咬合作用的丧失而逐渐消失。当应力～应变曲线趋于水平时，粘聚力和剪胀对强度影响就不再是主要因素，而其主要因素的则是摩擦。
（2）太沙基（Terzaghi）有效应力抗剪强度理论即：
τf=C/+σ/tanΦ/（2）式中C/和Φ/称为有效应力强度参数，σ/为剪破面上的法向有效应力。在太沙基理论基础之上，20 世纪30年代伏斯列夫（Hvorslev）提出真强度参数理论。其抗剪强度的数学表达式与式（1）基本相同，C、υ值虽然在物理意义上相同，但是C、υ值随试验方法的差别而有所差异。
（3）毕肖普（Bishop）和弗雷德伦德（Fredlund）的非饱和土强度理论
世界是物质的世界，是对立统一的世界。太沙基（Terzaghi）有效应力抗剪强度理论解释了土中的水对饱和粘性土的抗剪强度起到了降低的作用。毕肖普（Bishop）和弗雷德伦德（Fredlund）的非饱和土强度理论同样运用有效应力原理解释了非粘性土在非饱和状态下（气、水、固体颗粒三相体）即基质吸力、气体对非饱和粘性土的抗剪强度起了提高的作用。其数学表达式为：
τf=C/+（σ-μa）tanΦ/+(μa-μw)tanΦ//(3) 式(3)中C/为有效粘聚力，（σ-μa）为外荷载引起的有效应力，Φ/为第一有效摩擦角，(μa-μw)为内部有效应力，Φ//为第二有效摩擦角。同样，C、υ值在数量上随试验方法的差别而有所差异。
通过上述抗剪强度公式回顾可知，描述土的抗剪强度的公式不是唯一的，而是多种多样的；同时，伏斯列夫（Hvorslev）提出真强度参数理论可知，C、υ值不是一个确定的值，而是一个随土的孔隙比和含水量而变化的量。用唯一的抗剪强度公式，描述千变万化的土的强度，其准确性就可想而知了。
三、土抗剪强度的试验
在工程建设领域，正确的测定土体的抗剪强度，对于计算分析地基承载力，并对低级的稳定性以及土压力的分析计算具有加大的帮助，科学的选择试验方法确定土的抗剪强度在工程建设领域具有重要的意义。