第五章土抗剪强度
土力学-土的抗剪强度
液化时的冒砂现象
台中地震（1999）砂土液化造成的破坏
五、黏性土的抗剪强度
1. 主要特点和影响因素
（1）黏性土的抗剪强度主要来源于内摩擦力和黏聚力。 （2）峰值强度：超固结土>正常固结土>重塑土。残余强度：相同（与土 的受力历史无关）。 无论是黏性土还是砂土，残余强度对应于土体发生较大的剪切变形时， 此时，对黏性土：土粒间的联结破坏，黏聚力丧失，故其强度线通过原点； 对砂土：咬合作用丧失，以摩擦作用为主，内摩擦角降低。
1. 砂土抗剪强度的特点及主要影响因素
（1）颗粒较粗，相互之间为机械作用而无黏聚力：c =0。内摩擦 角 =29o~42o（大于休止角）。 颗粒表面的滑动摩擦 （2）砂土抗剪强度的主要来源于
剪切方向
颗粒之间的咬合作用 剪切过程中颗粒的重新排列
颗粒移动方向 摩擦
剪切面
咬合
剪切方向
（3）主要影响因素：颗粒矿物成分、形状和级配、沉积条件等。
土压力
滑移面 挡土墙
（3）挡土结构：确定墙后土体处于极 限状态时，作用在挡土结构上的土压力。
二、土的抗剪强度shear strength和破坏理论
1. 直接剪切试验和Coulomb定律
（1）直接剪切试验 取多个土样，分别施加不同竖向应力，剪切至破坏。结果表明， 破坏时的剪应力f与法向应力 呈线性关系。
σ
( 1f )i
n pi2 ( pi )2
土样数
c
1 i pi sin cos n n
pi
( 1f )i ( 3f )i 2
i
( 1f )i ( 3f )i 2
土样破坏时的大、小主应力
四、砂土的抗剪强度
土力学第五章土的抗剪强度
编辑ppt
本章主要内容
5.1 抗剪强度概述 5.2 土的抗剪强度试验 5.3 土的抗剪强度及破坏理论 5.4 砂类土的抗剪强度特征 5.5 粘性土的抗剪强度特征 5.6 特殊粘性土的抗剪强度特征 5.7 粘性土的流变特性 5.8 土的动力强度特性
编辑ppt
土工结构物或地基
土
▪渗透问题 ▪变形问题 ▪强度问题
随着轴向应变的增 加，松砂的强度逐渐增 加，曲线应变硬化。
体积开始时稍有 减小，继而增加，超 过它的初始体积 体积逐渐减小
编辑ppt
§ 5.5 粘性土的抗剪强度特征
一.不排水试验（UU试验）
在不排水条件下，施加周围压力增量σ3 ， 然后在不允许水进出的条件下，逐渐施加附 加轴向压力q，直至试样剪破 工程背景：应用与饱和粘土、软粘土快速
土的破坏主要是由于剪切所引起的，剪切破坏是土体破坏的 主要特点。
与土体强度有关的工程问题：建筑物地基稳定性、填方或挖 方边坡、挡土墙土压力等。
编辑ppt
概述
崩塌
平移滑动
旋转滑动
流滑
编辑ppt
概述
乌江武隆县兴顺乡 鸡冠岭山体崩塌
• 1994年4月30日上午11时 45分
• 崩塌体积530万m3，30万 m3堆入乌江，形成长110m、 宽100m、高100m的碎石 坝，阻碍乌江通航达数月 之久。
剪应力τ= (σ1- σ3 )/2=130kPa 由于τ< τf，说明土单元中此编点辑p尚pt 未达到破坏状态。
§ 5.3 抗剪强度实验
按常用的试验仪器可将剪切试验分：
直接剪切试验 三轴压缩试验 无侧限抗压强度试验 十字板剪切试验四种
编辑ppt
一、直接剪切试验
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)。
τf。
同一种土的几个不同土样分别施加不同的垂直法向应力σ做直剪试验都可得到相应的剪应力-剪切位移曲线(图5.3a)，根据这些曲线求出相应于不同的法向应力σ试样剪坏时剪切面上的剪应力τf。
在直角坐标σ-τ关系图中可以作出破坏剪应力的连线(图5.3b)。
土力学第五章土的抗剪强度
1 2
1
3
1 2
1
3 cos 2
1 2
1
3 sin 2
2
1
3
2
2
sin2
2
1
3
2
2
1
3
2
2
cos2
2
1
3
2
2
2
1
3
2
2
1 3
2 2
3
1 3
2
1
三、摩尔-库仑强度理论
土的强度破坏是剪切破坏，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。相应的应力圆为摩尔极限应 力圆。 土体处于极限平衡状态时土的应力状态和土的抗剪强度指标之间的关系式，即为土 的极限平衡条件。
式中 S—代表抗剪强度； —c土的粘聚力； —土的内摩擦角； —作用在剪切面上的有效法向应力。
上式称为抗剪强度的库仑定律（强度理论）， S 间的关系如下图所示。
k
k
图5.1.1 土的强度线
由库伦公式可以看出:无粘性土的抗剪强度与剪切面上的法向应力 成正比，其本质是由于颗粒之间的滑动摩擦以及凹凸面间的镶嵌 作用所产生的摩阻力，其大小决定于颗粒表面的粗糙度、密实度、 土颗粒的大小以及颗粒级配等因素。粘性土的抗剪强度由两部分 组成：一部分是摩擦力，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。 式中两个常数 c和 ， 取决于土的性质（与土中应力状态无关）， 称为土的强度指标，可由室内或现场试验确定。 讨 论：
1 —试样轴向应变值， %；
Aa —试样校正断面积，cm2; A0 -试样的初始断面积，cm2;
第5章土的抗剪强度
第5章土的抗剪强度第五章土的抗剪强度名词解释1、抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的极限能力。
2、库仑定律：将土的抗剪强度ιf 表示为剪切面上法向应力σ的函数，即φστtan +=c f ，式中c 、Ф分别为土粘聚力和内摩擦角，该关系式即为库仑定律。
3、莫尔一库仑强度理论：由库仑公式表示莫尔包线的强度理论。
填空:1．根据莫尔一库仑破坏准则，土的抗剪强度指标包括和。
2．莫尔抗剪强度包线的函数表达式是。
3．土的抗剪强度有两种表达方法：一种是以表示的抗剪强度总应力法，另一种是以表示的抗剪强度有效应力法。
4．应力历史相同的一种土，密度变大时，抗剪强度的变化是；有效应力增大时，抗剪强度的变化是。
5．直接剪切仪分为控制式和控制式两种，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。
6．排水条件对土的抗剪强度有很大影响，实验中模拟土体在现场受到的排水条件，通过控制加荷和剪坏的速度，将直接剪切试验分为快剪、和。
7．对于孔隙中充满水的完全饱和土，各向等压条件下的孔隙压力系数等于，表明施加的各向等压等于；对于干土，各向等压条件下的孔隙压力系数等于。
8．对于非饱和土，土的饱和度越大，各向等压条件下的孔隙压力系数越。
参考答案1．粘聚力，内摩擦角；2．φστtan +=c f ；3．总应力，有效应力； 4．增大，增大；5．应变，应力；6．固结快剪，慢剪；7．1，孔隙水压力，o ；8.大选择题1、建立土的极限平衡条件依据的是（ 1 ）。
(1)极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系；(2)极限应力圆与抗剪强度包线相割的几何关系；(3)整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方的几何关系(4)静力平衡条件2、根据有效应力原理，只要（ 2 ）发生变化，土体强度就发生变化(1)总应力；(2)有效应力；(3)附加应力；(4)自重应力。
3．无侧限抗压强度试验可用来测定土的（ 4 ）。
(1)有效应力抗剪强度指标； (2)固结度； (3)压缩系数； (4)灵敏度。
第五章土的抗剪强度
龙观嘴 黄崖沟
乌江
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
2. 各种类型的滑坡
滑裂面
边坡
3. 地基的破坏
粘土地基上的某谷仓地基破坏
3. 地基的破坏
p
滑裂面
地基
5.1.1 莫尔—库仑破坏准则 总应力法
0 0 199tan38 155kPa
由于τ=162> τf=155，说明A点破坏。
判断A点方法二：σ1f σ 3tan 2 (45 0 ) 2ctan(45 0 )
0
σ1＞σ1f
σ3＞σ1f
504.45kPa σ1f σ1 530 土体破坏 σ1＜σ1f 土体不破坏
2
3 1 tan2 45o
2
强度包络线
极限平衡应力状态： 有一对面上的应力状态达到 = f
土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔圆的公切线。
f
【例题】已知某土体单元的大主应力σ1＝380kPa，小主 应力σ3＝210kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标 c=20kPa，υ＝19°，问该单元土体处于什么状态？ 解 （1）直接用τ与τf的关系来判别
轴向加压杆 顶帽 有机玻璃罩
试 样
1
压力室
3 3
3
透水石 排水管
阀门
3
1
橡皮膜 压力水
三轴试验的试验类型
1.不固结不排水试验（UU试验）
在不排水条件下，施加周围压力增量σ3 ， 然后在不允许水进出的条件下，逐渐施加附 加轴向压力q，直至试样剪破 工程背景：应用与饱和粘土、软粘土快速 施工测定cu 、u 接近不固结不排水剪切条件
第5章土的抗剪强度理论
②摩尔圆与抗剪强度包线相切（圆II） 表明剪应力正好等于相应面上的抗剪强度，因此该点处于极限平衡状态。
③抗剪强度包线是摩尔圆的一条割线（圆III） 表明该点某些平面上的剪应力已经超过了相应面的抗剪强度，故该点早 就破坏，实际上这种情况是不可能出现的，因为该点任何方向上的剪应 力都不可能超过土的抗剪强度。
§5 土的抗剪强度 §5.2土的强度理论
3、有效应力的库伦定律与有效应力抗剪强度指标
由于有效应力原理的发展，人们认识到只有有效应力的 变化才能引起强度的变化，因此上述库伦公式改写成：
f ' tan ' c ' c ' ( u) tan '
其中：c′—土的有效粘聚力（kPa）
′—土的有效内摩擦角（°） τ f —剪切破裂面上的剪应力，即土的剪切强度（kPa）
§5 土的抗剪强度 5.2土的强度理论
综上所述，摩尔—库伦关于土的抗剪强度理论归纳为一下几点，如下图所示： ① 土的抗剪强度随剪切面上法向应力的大小而变化 ② 土的剪切破坏只有在土的摩尔园与库伦定律所表达的抗剪强 度线相切是方能发生 ③ 土的剪切破坏面的方向与大主应力作用面的夹角为45°+φ/2 ④ 按摩尔—库伦理论，未考虑中主应力σ2 对抗剪强度影响
4
+
τ2 xz
θ
=
1 tan-1 2
2τxz σz - σx
§5 土的抗剪强度 5.2土的强度理论
三、摩尔-库伦破坏准则—土的极限平衡条件
取微元体的上三角为隔离体，如下图所示：
根据静力平衡条件得：
第五章土的抗剪强度
第五章土的抗剪强度第一节概述土是固相、液相和气相组成的散体材料。
一般而言，在外部荷载作用下，土体中的应力将发生变化。
当土体中的剪应力超过土体本身的抗剪强度时，土体将产生沿着其中某一滑裂面的滑动,而使土体丧失整体稳定性。
所以，土体的破坏通常都是剪切破坏。
在工程建设实践中，道路的边坡、路基、土石坝、建筑物的地基等丧失稳定性的例子是很多的(图5-1)。
为了保证土木工程建设中建(构)筑物的安全和稳定，就必须详细研究土的抗剪强度和土的极限平衡等问题。
图5-1 土坝、基槽和建筑物地基失稳示意图(a)土坝(b)基槽(c)建筑物地基土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的能力，其数值等于土体产生剪切破坏时滑动面上的剪应力。
抗剪强度是土的主要力学性质之一，也是土力学的重要组成部分。
土体是否达到剪切破坏状态，除了取决于其本身的性质之外，还与它所受到的应力组合密切相关。
不同的应力组合会使土体产生不同的力学性质。
土体破坏时的应力组合关系称为土体破坏准则。
土体的破坏准则是一个十分复杂的问题。
到目前为止，还没有一个被人们普遍认为能完全适用于土体的理想的破坏准则。
本章主要介绍目前被认为比较能拟合试验结果，因而为生产实践所广泛采用的土体破坏准则，即摩尔—库伦破坏准则。
土的抗剪强度，首先取决于其自身的性质，即土的物质组成、土的结构和土所处于的状态等。
土的性质又与它所形成的环境和应力历史等因素有关。
其次，土的性质还取决于土当前所受的应力状态。
因此，只有深入进行对土的微观结构的详细研究，才能认识到土的抗剪强度的实质。
目前，人们已能通过采用电子显微镜、X射线的透视和衍射、差热分析等等新技术和新方法来研究土的物质成分、颗粒形状、排列、接触和连结方式等，以便阐明土的抗剪强度的实质。
这是近代土力学研究的新领域之一。
有关这方面的研究，可参132133 见相关的资料和文献。
土的抗剪强度主要由粘聚力c 和内摩擦角ϕ来表示，土的粘聚力c 和内摩擦角ϕ称为土的抗剪强度指标。
土力学-第五章土的抗剪强度2简化
44
1、峰值强度与残余强度指标
直剪和三轴试验中:
f 峰值强度指标
r 残余强度指标 f r
f
r
45
峰值强度指标与残余强度指标
峰值强度 ：一般问题
残余强度
• • •
凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u的情况，都应当使用有
效应力指标c， 采用总应力指标时，应根据现场土体可能的固结排水情况，选用
不同的总应力强度指标。
47
抗剪强度指标的选用
应优先采用三轴试验指标
土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异， 对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验 室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标。
τ
2 3 p 1 p v
常规三轴试验
v 1 3 constant 3
3 1 加压方式2－应变控制
σ
3
1 3
1
σ
16
τ
c tan
Mohr包线
c
σ
特 点
对饱和粘土，可控制孔隙水压，以模拟实际土层的排水条件。
（2） 抗剪强度：固结排水>固结不排水>不固结不排水。
对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应 力强度指标完全不同。 有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪 强度与有效应力有唯一的对应关系
（3） 在工程应用时，应选择与实际工程中排水条件相近的指标。
43
四、土的强度指标及其在工程中的应用
• 优 点
（1）仪器构造简单，操作方便， 在工程上应用广泛。 （2）可方便地用于卵石土、砾 石土等大颗粒土的抗剪强度指标的 确定。 • 缺 点
5第五章-土的抗剪强度
或继续剪切至剪切位移为4mm时停机，记下破坏值；
当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位 移为6mm时停机，该试验所得的强度称为快剪强度， 相应的指标称为快剪强度指标，以cQ，φQ表示
（二）固结快剪（R） 试验时对试样施加垂直压力后，每小时测读垂
直变形一次，直至变形稳定。变形稳定标准为
变形量每小时不大于0.005mm，在拔去固定销，
下面将根据莫尔－库仑破坏准则来研究某一土 体单元处于极限平衡状态时的应力条件及其大 、小主应力之间的关系，该关系称为土的极限 平衡条件。 根据莫尔－库仑破坏准则，当单元土体达到极 限平衡状态时，莫尔应力圆恰好与库仑抗剪强 度线相切。
根据图中的几何关系并经过三角公式的变换 ，可得
上式即为土的极限平衡条件。当土的强度指标c ，υ 为已知，若土中某点的大小主应力σ1和σ3满 足上列关系式时，则该土体正好处于极限平衡或 破坏状态。
上述三种方法的试验结果如图5－10所示。从
图中可以看出， cQ ＞ cR ＞cS ，而υQ ＜υR ＜ υS。 直剪试验的设备简单 ，试样的制备和安装 方便，且操作容易掌
握，至今仍为工程单
位广泛采用。
二、三轴压缩试验
三轴压缩试验直接量测的是试样在不同恒定周围压 力下的抗压强度，然后利用莫尔－库仑准则间接推 求土的抗剪强度。 三轴压缩仪主要由压力室、加压系统和量测系统三 大部分组成。 三轴是指一个竖向和两个侧向而言，由于压力室和 试样均为圆柱形，因此，两个侧向（或称周围）的 应力相等并为小主应力σ3 ，而竖向（或轴向）的应 力为大主应力σ1。在增加σ1时保持σ3 不变，这样条 件下的试验称为常规三轴压缩试验。
从图中还可以看出，按照莫尔－库仑破坏准则 ，当土处于极限平衡状态时，其极限应力圆与
第五章 土的抗剪强度
②土中天然胶结物质对土粒的胶结作用。 3.抗剪强度的影响因素 ①土的物理化学性质的影响（土的矿物成分、颗粒形状与级配；土
的原始密度；土的含水量；土的结构等）；
②孔隙水压力的影响（工程上，根据实际地质情况和孔隙水压力消 散的程度，采用不同的排水方法测定土的抗剪强度）
达到极限平衡状态时，土体的应力与抗剪强度指标之 间的关系，称为土的极限平衡条件．
1、土中某点的应力状态
下面仅研究平面问题，在土体中取一微单元体[下图 (a)]，取微棱柱体abc为隔离体 [下图(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：
sds sin ds sin ds cos 0 1ds cos ds cos ds sin 0
1.试验仪器：直剪仪 直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种.
对同一种土至少取4个试样，分别在不同垂直压 力下剪切破坏，一般可取垂直压力为100、200、300、 400kPa.
2.试验结果 垂直压力σ～百分表读数～剪应力τ，将试验结果
绘制成抗剪强度τf和垂直压力σ之间关系线。
试验结果表明： 对于粘性土基本上呈与y轴有一截距的直线，该直 线与横轴的夹角为内摩擦角φ，在纵轴上的截距为粘 聚力c；
三、土的极限平衡理论（莫尔—库伦强度理论）
1910年，莫尔(Mohr)提出材料的破坏是剪切破坏， 当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生 破坏，并提出在破坏面上的剪应力，是该面上法向应力的
函数，即： f f
土的强度破坏通常是指剪切破坏，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，该点即处于 极限平衡状态；
应力圆画在同一坐标系里。它们之间的关系有以下三种情 况：
第5章土的抗剪强度
A
如果 σ1 <σ1f ：不破坏； 如果 σ1 ≥σ1f ：破坏。
f c tan
A
3 3f 3
1 1
3 1
1f
1
【例题1】已知某土体单元的大主应力σ1＝480kPa，小主应力σ3＝ 210kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=20kPa，φ＝18°，问该 单元土体处于什么状态？
现场试验：十字板剪切试验、现场大型直剪试验
影响土抗剪强度指标的因素 土的种类 土样的天然结构是否被扰动 应力状态和应力历史 排水条件（室内试验时的一个需要考虑的最重要影响因 素）
室内直剪仪
室内直剪仪
三轴仪
三轴仪
无恻限压缩仪
抗剪强度理论的发展
本科只介绍的部分
（1）经典强度理论(Mohr- Coulomb强度理论)
n 1
3
m
1 (ds cos ) ( cos ) ds ( sin ) ds 0
求得
1 2
(1
3)
1 2
(1
3) cos 2
1 2
(1
3)sin 2
1
2
2
2
2
1
3
2
2
ds
3 ds sin
1 ds cos
2、莫尔应力圆
正应力：压为正，拉为负； 剪应力：逆时针为正，顺时针为负。
1、不能用于反映土体的抗拉强度及破坏特性； 2、不能反映高压下土体的强度及破坏特性； 3、不能反映土体强度及破坏的中间主应力效应。
(a) 红砂岩
(b) 花岗岩
(c)破坏面方向
现代强度理论(考虑了中间主应力效应的强度理论)
Lade-Duncan强度准则 Matsuoka-Nakai（SMP）强度准则 俞茂宏双剪应力强度准则 Drucker-Prager强度准则 其它
第5章_土的抗剪强度(视频版)
三种强度指标： 根据应力变 形特性分 根据应力分 析方法分 根据试验方 法分
峰值强度与残余强
度指标
总应力强度与有效
应力强度指标
直剪强度与三轴试
验指标
§5.5
土的抗剪强度指标 – 指标类型
q= () qf qr
峰值强度残余强度指标
直剪和三轴试验中应变软化时: f 峰值强度指标 r 残余强度指标
f r
大变形完全破坏了土的结
构强度和咬合作用，残余 强度破坏包线通过原点， 其内摩擦角r只决定于土 的矿物成分，与其所受的 应力历史等因素无关
§5.5
土的抗剪强度指标 – 指标类型
总应力指标与有效应力指标
抗剪强度的有效应力指标 c， c+ tg = -u 符合土的破坏的机理， 但有时孔隙水压力u 无法确定
1-3 (1-3)f
3=500kPa 3=300kPa 3=100kPa
强度包线
c O
3
1f
15%
1
由不同围压的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f 分别绘制破坏状态的应力摩尔圆，其公切线即为强度包线，
可得强度指标c与
§5.3 土的抗剪强度试验方法 – 三轴试验类型与强度指标
试验条件
横梁 百分表 量力环
量 水 管
试 样
施加围压充分固结 施加(1 -)时，排
水阀门关闭，量测剪 切过程中产生的超静 孔隙水压力u
孔压 量测
一般u0，=-u=,
总应力指标同有效应 力指标不同
围压 力 3
阀门
马达
阀门
§5.3 土的抗剪强度试验方法 – UU试验
第五章土的抗剪强度及其参数确定
第五章土的抗剪强度及其参数确定土的抗剪强度是土体在受到剪切力作用下抵抗破坏的能力。
土的抗剪强度是土力学中的重要参数，用于设计土体的承载力及稳定性。
土的抗剪强度与土体的力学性质有关，主要包括土粒间的摩擦力和粘聚力。
土粒间的摩擦力是由于土粒之间的接触而产生的阻力，而粘聚力是吸附在土粒表面的水膜力量。
土的抗剪强度可通过劈裂强度和摩擦强度来表示，即抗剪强度=粘聚力+摩擦力。
土体的抗剪强度可通过室内试验测定。
常见的试验方法有直剪试验、三轴剪切试验和扭转试验等。
其中，直剪试验是最简单的一种试验方法，适用于研究土体的剪切特性及其参数的确定。
直剪试验是将土样切割成一定形状的试件，然后施加垂直于剪切面的正压力和平行于剪切面的剪切力，观察土样的破坏模式及其抗剪强度。
试验可以得到剪切应力-剪切应变曲线，从而确定土体的抗剪强度及其参数。
直剪试验中，土样的形状和尺寸对试验结果有一定影响。
常见的土样形状有圆形、方形、矩形等。
土样尺寸的选择要符合土体的工程实际，并考虑统计性。
在试验过程中，还需控制剪切速率、正压力等试验条件。
直剪试验得到的剪切应力-剪切应变曲线常表现为线性段和非线性段。
线性段表征土体的弹性特性，非线性段表征土体的塑性特性。
通过拟合这两个段的曲线，可以确定土体的抗剪强度及其参数。
土体的抗剪强度参数主要包括内摩擦角和粘聚力。
内摩擦角是土体摩擦力大小的一种表征，可通过试验结果计算得到。
粘聚力是土体粘聚力大小的一种表征，需要通过试验得到。
根据试验结果，可以进一步确定土体的抗剪强度参数。
土的抗剪强度及其参数对土体的工程设计和稳定性分析具有重要的意义。
确定准确的抗剪强度参数可以保证土体工程的安全可靠性，也有助于优化土体的设计和施工方案。
因此，在土力学和岩土工程中，研究土的抗剪强度及其参数的确定是一个重要的课题。
第五章 土的抗剪强度
土的抗剪强度
5.1 概述
土的抗剪强度
是指土体对外荷载所产生的剪应力的 极限抵抗能力。剪切破坏是土体破坏的重 要特征。 砂土：其抗剪强度由内摩擦阻力构成， 其大小取决于土粒表面的粗糙度、密实度、 凸颗粒大小及级配等因素。 粘性土：其抗剪强度由粘结力和内摩 擦阻力两部分组成。
与土的抗剪强度有关的工程问题
u B 3 A( 1 3 )
式中：A、B－分别为不同应力条件下的孔隙压力系数。
1、试样在各向均等的初始应力作用下固结完毕
u0 0
2、试样受到各向均等的周围压力作用，试样体积变化主 要是孔隙空间的压缩所致（固体颗粒和水体积视为不可压 缩）。 孔隙体积 VV VV 压缩系数 CV u1
f
2M
D 2 ( H
D ) 3
5.3 孔隙压力系数A、B
英国斯肯普顿（Skempton） 等于1954年根据三轴压缩试验的 结果，首先提出孔隙压力系数的 概念，并用以表示土中孔隙压力 （饱和土体的孔隙压力即为孔隙 水压力）的大小。他们在三轴试 验的基础上提出了复杂压力状态 下的孔隙压力表达式为：
原理：土体剪切破坏时所施加的扭矩，与剪切破坏圆柱 面（侧面和上下面）上土的抗剪强度所产生的抵抗力矩相 等。即：
M M1 2M 2
(1）圆柱体侧面上的抗扭力矩: D M 1 DH f 2 （2）圆柱体上、下表面上的抗扭力矩: D D 2 M2 ( ) f 3 4 （3）土的抗剪强度：
中灵敏度土：2 ＜ St ≤4
高灵敏度土： St ＞ 4 土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低就越多。粘 性土受扰动而强度降低的性质，一般而言对工程建设是不利的。
四、十字板剪切验
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 二、工程中土体的破坏类型 1. 挡土结构物的破坏
大阪的港口码头档土墙由于液化前倾
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 二、工程中土体的破坏类型
1. 挡土结构物的破坏
广州京光广场基坑塌方
使基坑旁办公室、民 工宿舍和仓库倒塌， 死3人，伤17人。
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度
§5.2 土的抗剪强度理论
一、库仑定律
1、抗剪强度： 当土体在荷载作用下发生剪切破坏时，作用在剪切面上的极限剪应力
f称为土的抗剪强度。即土体抵抗剪切破坏的能力，数值上为破坏面
上剪应力的大小。测定土的抗剪强度可采用直接剪切试验。 2、库仑定律
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.2 土的抗剪强度理论
3. 地基的破坏
p
滑裂面
地基
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 二、工程中土体的破坏类型
土压力
挡土结构物破坏
边坡稳定
各种类型的滑坡
地基承载力 地基的破坏
核心
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述
三、抗剪强度理论的发展
本科只介绍的部分
（1）经典强度理论(Mohr- Coulomb强度理论)
2、库仑定律
（1）总应力法
直剪试验
库仑（1776） 试验原理 施加 σ（=P/A），S
量测 （=T/A）
P
上盒
A
下盒
S T
第五章土抗剪强度
σ = 100KPa
S
σ = 300KPa
σ = 200KPa σ = 100KPa
S
第五章 土的抗剪强度 §5.2 土的抗剪强度理论
一、库仑定律 2、库仑定律
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 二、工程中土体的破坏类型 1. 挡土结构物的破坏
滑裂面
挡土墙
基坑支护
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 二、工程中土体的破坏类型
2. 各种类型的滑坡
崩塌
平移滑动
旋转滑动
流滑
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 二、工程中土体的破坏类型 2. 各种类型的滑坡
直剪试验 （1）总应力法
σ = 300KPa
库仑（1776） 试验原理 试验结果
σ = 200KPa σ = 100KPa
S
f ：
c
土的抗剪强度
O
tg：
库仑公式：
内摩擦力-正比于压力
c 粘聚力
f c tan 内摩擦角
c： 粘聚力-与所受压力无关
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.2 土的抗剪强度理论 一、库仑定律 2、库仑定律 （1）总应力法
a、砂土：
b、粘性土：
该直线方程为：τf σtgφ
该直线方程为： f tg c
f
f tg
f
f tgc
c
(kN/m2)
无粘性土的抗剪强度
(kN/m2)
粘性土的抗剪强度
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.2 土的抗剪强度理论 一、库仑定律 2、库仑定律 （1）总应力法
内摩擦力 tg 的来源
第五章 土的抗剪强度
第五章土抗剪强度
土工结构物或地基
土
▪渗透问题 ▪变形问题 ▪强度问题
▪渗透特性 ▪变形特性 ▪强度特性
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度
§5.1 概述 §5.2 土的抗剪强度理论 §5.3 土的抗剪强度指标的测定方法 §5.4 关于土的抗剪强度影响因素的讨论
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度
§5.1 概 述
一、土的强度特点 二、工程中土体的破坏类型 三、抗剪强度理论的发展
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述
一、土的强度特点： 1. 碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相
互作用——主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力 与摩擦力； 2. 三相体系：三相承受与传递荷载——有效应力原理； 3. 自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。
1、颗粒与颗粒粗糙的连接；
2、颗粒之间的咬合力；
粘聚力来源：
土粒间胶结作用、结合水膜、 水分子引力；
土的内摩擦力的影响因素：
• 密度（e,
•
• 粒径级配（Cu, Cc）
•
• 颗粒的矿物成分
•Leabharlann 对于：砂土>粘性土；滑裂面
边坡
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述
二、工程中土体的破坏类型
3. 地基的破坏
粘土地基上的某谷仓地基破坏
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 二、工程中土体的破坏类型
3. 地基的破坏 日本新泻1964年地震引起大面积液化
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 二、工程中土体的破坏类型
Charles Augustin de Coulomb
(1736 - 1806)
Christian Otto Mohr
第五章土抗剪强度 (1835-1918)
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述
三、抗剪强度理论的发展
高等土力学内容
（2）现代强度理论(考虑了中间主应力效应的强度理论)
Lade-Duncan强度准则 Matsuoka-Nakai（SMP）强度准则 俞茂宏双剪应力强度准则 Drucker-Prager强度准则 其它准则
2000年西藏易贡巨型滑坡
黄崖沟
龙观嘴
乌江
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 二、工程中土体的破坏类型 2. 各种类型的滑坡
5530 高程（m）
2000年西藏易贡巨型滑坡
立面示意图
坡高 3330 m 堆积体宽 约2500m 总方量 约3亿方
4000
2200 0
2000
4000
第五章土抗剪强度
滑距（m）
6000
8000
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 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
第五章土抗剪强度
2165m
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 二、工程中土体的破坏类型 2. 各种类型的滑坡
乌江武隆县兴顺乡鸡冠岭山体崩塌
• 1994年4月30日
• 崩塌体积400万方
• 10万方进入乌江
• 死4人，伤5人，失踪12人
• 击沉拖轮、驳轮各一艘，渔
船2只
• 1994年7月2-3日降雨引起再
次滑坡
• 崩塌体巨大石块滚入江内，
无法通航
• 滑坡体崩入乌江近百万方；
江水位差数米。
第五章土抗剪强度
第五章 土的抗剪强度 §5.1 概述 二、工程中土体的破坏类型 2. 各种类型的滑坡