抗剪断强度与抗剪强度的区别
《岩体力学》第六章岩体的力学性质
图6.1 岩体的压力--变形曲线第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质包括岩体的变形性质、强度性质、动力学性质和水力学性质等方面。
岩体在外力作用下的力学属性表现出非均质性、非连续、各向异性和非弹性。
岩体的力学性质取决于两个方面： 1）受力条件；2）岩体的地质特征及其赋存环境条件。
其中地质特征包括岩石材料性质、结构面的发育情况及性质（影响岩体的力学性质不同于岩块的本质原因）；赋存环境条件包括天然应力和地下水。
第一节 岩体的变形性质一、 岩体变形试验及其变形参数确定变形参数包括变形模量和弹性模量。
按静力法得到静E ，动力法得到动E 。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧法波地震声波法动力法轴压缩试验法双单水压洞室法钻孔变形法扁千斤顶法狭缝法承压板法静力法按原理和方法分原位岩体变形试验)()()( )(1．承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 各级压力P －W （岩体变形值）曲线 按布西涅斯克公式计算岩体的变形模量E m （Mpa ）和弹性模量E me （Mpa ）。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=e m mem m W W PD E W W PD E )1()1(22μμ式中：P —承压板单位面积上的压力（Mpa ）； D —承压板的直径或边长（cm ）；W，W e—为相应P下的总变形和弹性变形；ω—与承压板形状、刚度有关系数，圆形板ω=0.785，方形板ω=0.886。
μm—岩体的泊松比。
★定义：岩体变形模量（E m）：岩体在无侧限受压条件下的应力与总应变之比值。
岩体弹性模量（E me）：岩体在无侧限受压条件下的应力与弹性应变之比值。
图6.2 钻孔变形试验装置示意图②可以在地下水位以下笔图6.3 狭缝法试验装置如图6.3所示。
二、岩体变形参数估算现场原位试验费用昂贵，周期长，一般只在重要的或大型工程中进行，因此，岩体变形参数的很多情况下必须进行估算。
两种方法：① 现场地质调查→建立适当的岩体地质力学模型→室内小试件试验资料→进行估算； ② 岩体质量评价和大量试验资料→建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系→进行估算。
混凝土重力坝抗剪与抗剪断两种抗滑稳定计算方法安全性研究
I能源管理LOW CARBON WORLD2020/11混凝土重力坝抗剪与抗剪断两种抗滑稳定计算方法安全性研究卢显科仲国电建集团北京勘测设计研究院有限公司重庆办事处，重庆400024)【摘要】通过抗剪与抗剪断两种抗滑稳定计算方法，对混凝土重力坝抗滑稳定安全性进行研究，总结抗剪与抗剪断两种抗滑稳定计算方法在不同坝高、岩性下的抗滑稳定安全系数规律。
结果表明，一般情况，无论硬质岩还是软质岩，以抗剪强度公式控制设计的混凝土重力坝，安全富裕度大于以抗剪断强度公式控制设计的混凝土重力坝；从坝高分析，坝高越高，两个公式计算的安全系数值差距越小遥【关键词】抗剪；抗剪断;抗滑稳定;安全系数【中图分类号】TV45【文献标识码】A【文章编号】2095-2066(2020)11-0112-021概述设计人员在进行混凝土重力坝抗滑稳定计算时，经常会遇到当采用其中一种计算方法计算的抗滑稳定安全系数已满足规范要求，但按另外一种计算方法计算的抗滑稳定安全系数仍然未满足规范要求的情况。
针对此情况，本文接下来将研究并总结其规律，为设计服务。
混凝土重力坝抗滑稳定计算常用的计算公式为抗剪断强度计算公式和抗剪强度计算公式。
我国水利行业混凝土重力坝设计时采用的现行规范为《混凝土重力坝设计规范》(SL319—2018),根据该规范6.4.1条，混凝土重力坝抗滑稳定计算应采用抗剪断强度公式或抗剪强度公式计算。
抗剪断强度、抗剪强度计算公式如下：f移W+c r A移P式中:K-按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；-坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数;C-坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力,kPa；-坝基接触面截面积,m2;移W-作用于坝体上的全部荷载(包括扬压力，下同)对滑动平面的法向分值，kN;移P-作用于坝体上的全部荷载对滑动平面的切向分值，kN;K-按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；-坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数。
针对抗剪与抗剪断强度公式两种计算方法得到的安全系数，其安全系数允许值是不同的。
土的抗剪强度的概念_概述说明以及解释
土的抗剪强度的概念概述说明以及解释1. 引言1.1 概述土的抗剪强度是土体工程中非常重要的一个概念。
它指的是在土体内部存在切变作用时，土体能够抵抗该切变作用并保持形状稳定的能力。
抗剪强度是评估土的力学性质、承载能力和稳定性的重要指标之一。
1.2 定义土的抗剪强度可以分为两个方面来理解：首先，从宏观角度来看，抗剪强度是指应变固结下产生切线应力所需达到最大值。
在一定条件下，当施加沿某一平面方向的剪切应变时，通过实验可以测得该平面上允许达到的最大应力值。
其次，从微观角度来看，抗剪强度是由于岩石或土壤颗粒之间产生摩擦造成接触邻近颗粒受到相互作用而形成的。
1.3 目的本文旨在全面介绍关于土的抗剪强度概念，并说明其重要性和应用。
通过详细解释土壤抗剪强度的定义和影响因素，以及传统试验方法和先进试验方法的介绍，读者可以深入了解土壤抗剪强度与土体工程应用之间的关系。
在展示几个土体加固和处理技术的工程实践案例后，我们还将讨论抗剪强度在土体设计中的重要作用。
通过这篇文章，读者将能够更好地理解土的抗剪强度的概念及其在土体工程中的意义，并对未来研究方向提出展望。
2. 土的抗剪强度概念2.1 概述土的抗剪强度是指土体在受到剪切力作用时能够抵抗变形破坏的能力。
它是土体力学中一个重要的参数，对于工程设计、施工和地质灾害预测等具有重要意义。
2.2 抗剪强度的定义土的抗剪强度可以分为有效应力状态下的抗剪强度和总应力状态下的抗剪强度。
在有效应力状态下，土体颗粒之间由于摩擦及内聚力的作用而形成一种阻止相对滑动或破坏的抵抗力。
该抵抗力即为土体的有效应力抗剪强度。
有效应力状态下，如果施加额外水平力，就会导致不可逆性变形，并可能引发失稳。
在总应力状态下，考虑了地下水对土体孔隙水压造成的影响。
总应力状态下的土壤承受着来自地表荷载及孔隙水压带来的综合作用，在这种情况下衡量土壤较为复杂。
当存在地下水流动时，因渗流带来部分应力的释放，土壤受到的总应力也会相应减小。
第3讲第一章第一节岩体的特征(二)
〔二〕岩体结构特征1．结构体特征结构面可将岩体切割成不同形状和大小的结构体。
根据其外形特征可大致归纳为柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种根本形态。
当岩体发生强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞片状等结构体。
结构体的形状与岩层产状之间有一定的关系，如平缓产状的层状岩体中，常将岩体切割成方块体、三角形柱体等。
在陡立的岩层地区，往往形成块体、锥形体和各种柱体。
2．岩体结构类型二、岩体的力学特性【2022】5.建筑物结构设计对岩石地基主要关心的是〔〕A．岩体的弹性模量B．岩体的结构C．岩石的抗拉强度D．岩石的抗剪强度答案：A分析：就大多数岩体而言，一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值。
因此，设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。
岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。
由于岩体中发育有各种结构面，所以岩体的弹塑性变形较岩石更为显著。
【2022】4结构面结合力较差的工程地基岩体的工程特性是〔D〕。
A.沿层面方向的抗剪强度高于垂直层面方向B.沿层面方向有错动比有软弱夹层的工程地质性质差C.结构面倾向坡外比倾向坡里的工程地质性质好D.沿层面方向的抗剪强度低于垂直层面方向【2022】5工程岩体沿某一结构面产生整体滑动时，其岩体强度完全受控于〔A〕。
A.结构面强度B.节理的密集性C.母岩的岩性D.层间错动幅度二、岩体的工程地质性质(一)岩石的工程地质性质1、岩石的物理力学性质【2022】2关于地基岩石软化性的说法，正确的选项是〔C 〕。
A.软化系数>0.25，工程性质良好B.软化系数<0.25，工程性质良好C.软化系数<0.75工程性质良好D.软化系数>0.75工程性质良好(2)岩石主要力学性质2．岩石的分级鉴于土和岩石的物理力学性质和开挖施工的难度，由松软至坚实共分为16级，分别以I-XⅥ表示，其中I～Ⅳ的4级为土，V～XⅥ的12级为岩石。
土分为一、二、三、四类，岩石分为松石、次坚石、普坚石、特坚石四类。
土力学 第6章抗剪强度
4、直剪试验的优缺点
优点：直接剪切仪构造简单，操作方便等 缺点：
①限定的剪切面； ②剪切面上剪应力分布不均匀； ③在计算抗剪强度时按土样的原截面积计算的； ④试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水
压力
二、三轴试验
1. 三轴压缩仪组成
压力室
周围压力系统 轴向加荷系统
有机玻璃罩
孔压量测系统
c
摩尔圆与抗剪强度包线之间的关系
摩尔应力圆与抗剪强度包线之间的关系有三种：
（1）整个摩尔圆位于抗剪强度包线的下方——平衡状态 （2）摩尔圆与抗剪强度包线相切（切点为A）——极限平衡状态 （3）摩尔圆与抗剪强度包线相割——破坏状态
2、摩尔—库仑破坏准则
根据Mohr-Coulomb破坏理论，破坏时的 Mohr应力圆必定与破坏包线相切。
3. 强度包线
分别作围压为100 kPa 、 200kPa 、300 kPa的三轴试验， 得到破坏时相应的（1-)f
1- 3
绘制三个破坏状态的应力摩尔圆， 画出它们的公切线——强度包线， 得到强度指标 c 与
1 =15% 1
强度包线
c
(1-)f (1-)f
• 四、土的强度理论
• 滑裂面上的剪应力达到极限值。 （注：与最大剪应力理论不同）
土的抗剪强度定义
土体抵抗剪切破坏的极限能力。
剪切破坏时滑动面上的剪应力。
工程应用
边坡的稳定性由强度控制； 土压力的计算； 地基的承载力需通过强度确定。
土力学研究内容
基础 物理性质
先导 土中 应力
核心 渗透特性 变形特性 强度特性
试验装置——应变控制式和应力控制式
2、试验分类
《土质学与土力学》7土的抗剪强度
土质学与土力学 7土的抗剪强度《土质学与土力学》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 ；σ：剪切面的法向压力，Kpa ；φtg ：土的内摩擦系数；φ：土的内摩擦角，度；c ：土的内聚力，Kpa 。
σφtg ：内摩擦力。
库仑定律说明：（1）土的抗剪强度由土的内摩擦力σφtg 和内聚力c 两部分组成。
（2）内摩擦力与剪切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩擦系数φtg 。
岩块的变形与强度性质
岩块的力学属性：1．弹性（elasticity）：在一定的应力范围内，物体受外力产生的全部变形当去除外力后能够立即恢复其原有的形状和大小的性质。
2．塑性（plasticity）：物体受力后产生变形，在外力去除（卸荷）后不能完全恢复原状的性质。
不能恢复的变形叫塑性变形或永久变形、残余变形。
3．粘性（viscosity）：物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质。
应变速率随应力变化的变形叫流动变形。
4．脆性（brittle）：物质受力后，变形很小时就发生破裂的性质。
5．延性（ductile）：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。
第一节岩块的变形性质一、单轴压缩条件下的岩块变形性质1．连续加载下的变形性质（1）加载方式：单调加载（等加载速率加载和等应变速率加载）循环加载（逐级循环加载和反复循环加载）（2）四个阶段：①Ⅰ：OA段，孔隙裂隙压密阶段；②Ⅱ：AC段，弹性变形至微破裂稳定发展阶段（AB段和BC段）弹性极限→屈服极限③Ⅲ：CD段，非稳定破裂发展阶段（累进破裂阶段）→“扩容”现象发生“扩容”：在岩石的单轴压缩试验中，当压力达到一定程度以后，岩石中的破裂（裂纹）继续发生和扩展，岩石的体积应变增量由压缩转为膨胀的力学过程。
—峰值强度或单轴抗压强度④Ⅳ：D点以后阶段，破坏后阶段（残余强度）以上说明：岩块在外荷作用下变形→破坏的全过程，具有明显的阶段性，总体上可分为两个阶段：1）峰值前阶段（前区）2）峰值后阶段（后区）（3）峰值前岩块的变形特征（Miller，1965）①应力—应变曲线类型米勒（Miller，1965）6类（σ—εL曲线），如图4.3所示：Ⅰ：近似直线型（坚硬、极坚硬岩石）：如玄武岩、石英岩等；Ⅱ：下凹型（较坚硬、少裂隙岩石）：如石灰岩、砂砾岩；Ⅲ：上凹型（坚硬有裂隙发育）：如花岗岩、砂岩；Ⅳ：陡“S”型（坚硬变质岩）：如大理岩、片麻岩；Ⅴ：缓“S”型（压缩性较高的岩石）：如片岩；Ⅵ：下凹型（极软岩）。
金属材料的强度和韧性
金属材料的强度和韧性1.定义：强度是指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。
（1）抗拉强度：金属材料在拉伸过程中所能承受的最大拉力。
（2）抗压强度：金属材料在压缩过程中所能承受的最大压力。
（3）抗弯强度：金属材料在弯曲过程中所能承受的最大力矩。
（4）抗剪强度：金属材料在剪切过程中所能承受的最大剪力。
3.影响因素：（1）材料的化学成分：合金元素的加入可以提高金属材料的强度。
（2）材料的微观结构：晶粒大小、晶界、位错等微观缺陷会影响金属材料的强度。
（3）温度：金属材料在高温下的强度会降低。
（4）应变速率：应变速率越快，金属材料的强度越高。
1.定义：韧性是指金属材料在断裂前吸收塑性变形能量的能力。
（1）冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下的韧性。
（2）断裂韧性：金属材料在拉伸载荷作用下的韧性。
3.影响因素：（1）材料的化学成分：合金元素的加入可以提高金属材料的韧性。
（2）材料的微观结构：晶粒大小、晶界、位错等微观缺陷会影响金属材料的韧性。
（3）温度：金属材料在低温下的韧性会降低。
（4）应力状态：三向应力状态下，金属材料的韧性优于单向应力状态。
三、强度和韧性的关系1.强度和韧性往往存在一定的矛盾：强度高的材料，韧性往往较低；韧性好的材料，强度往往较低。
2.衡量强度和韧性的指标：韧脆转变温度（DBTT），即材料由韧性断裂转变为脆性断裂的温度。
3.如何在保证强度的同时提高韧性：（1）合金化：通过加入适当的合金元素，提高金属材料的强度和韧性。
（2）热处理：通过改变材料的微观结构，提高金属材料的强度和韧性。
（3）微观缺陷控制：通过控制晶粒大小、晶界和位错等微观缺陷，提高金属材料的强度和韧性。
四、应用实例1.航空领域：高性能铝合金、钛合金等材料在航空器结构件中的应用，要求材料具有高强度和良好韧性。
2.汽车领域：钢铁、铝合金等材料在汽车零部件中的应用，要求材料具有适当的强度和韧性。
3.建筑领域：不锈钢、钢筋等材料在建筑结构中的应用，要求材料具有高强度和良好韧性。
《水工建筑物》复习资料(问答题部分)
机密等级：★★★06级水利水电工程专业《水工建筑物》复习资料（问答题部分）第一章绪论4、为什么要对水利枢纽和水工建筑物进行等级划分？等级划分的根据是什么？根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，等级划分分为几等几级？答：安全和经济是兴建水利工程要解决的根本问题，妥善解决水利工程安全和经济的矛盾，就是对水利工程进行等级划分。
水利水电工程根据其工程规模、效益及其在国民经济中的重要性划分为五等。
水利水电工程中的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，根据其所属工程等别及其在工程中的作用和重要性划分为五级和三级。
5、不同级别的水工建筑物在哪些方面提出不同的要求？答：（课件上的答案）不同级别的水工建筑物在规划、设计、施工管理方面的要求不同，级别越高，要求越高。
主要表现为四个方面：抵御洪水的能力，结构的强度和稳定性，建筑材料，运行的可靠性。
（课本上的答案）为了使建筑物的安全性、可靠性与其在社会经济中的重要性相协调，在水工设计中，对不同级别的建筑物在下列几个方面应有不同的要求：（1）设计基准期。
它是研究工程对策的参照年限。
水工建筑物在设计基准期内应满足如下要求：①能承受在水工施工和正常使用时可能出现的各种作用（荷载）；②在正常使用时，应具有设计预定的功能；③在正常维护下，应具有设计预定的耐久性；④在出现预定的偶然作用时，其主体结构仍能保持必须的稳定性。
（2）抗御灾害能力。
如防洪标准、抗震标准、坝顶超高等、（3）安全性。
如建筑物的强度和稳定安全指标、限制变形的要求等。
水工建筑物的结构安全级别，应根据建筑物的重要性及其破坏可能产生后果的严重性而定，与水工建筑物的级别对性分为三级。
队友特殊安全要求的水工建筑物，其结构的安全级别应经专门研究决定。
（4）运行可靠性。
如建筑物的供水、供电、通航的保证率，闸门等设备的可用率等。
（5）建筑材料。
如使用材料的品种、质量及耐久性等。
第二章岩基上的重力坝１、重力坝的工作原理是什么？结合重力坝的工作条件，分析其优缺点和适用条件。
土力学-抗剪强度
三轴剪切试验 3. 3.三轴剪切试验 ⑴试验仪器： 三轴仪（应力控制式，应变控制式）
� 应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统 组成 � 应力控制式三轴仪
三三轴轴仪仪
△σ
σ3
σ3
应应变变控控制制 式式 三三轴轴仪仪 �� 压压力力室室 �� 量量测测系系统统
σ3
σ3
△σ
σ3
σ3
(2)试验成果
σ=
1 (σ 1 + σ 3 ) + 1 (σ 1 − σ 3 ) cos 2α 2 2 1 1 = (140 + 30 ) + (140 − 30 ) cos(2 × 57.5° ) = 61.76kPa 2 2 1 τ = (σ 1 − σ 3 ) sin 2α 2 1 = (140 − 30 ) sin (2 × 57 . 5 ° ) = 49 . 85 kPa 2
直 剪 仪
⑵试验成果
法向应力σ
σ =P A
剪应力τ
τ f =T A
(3)直剪试验优缺点
� � 优点： （1）简单方便。 （2）可用于大尺寸土样。 缺点 不一定是土样的最薄弱面。 ② 试验中不能严格控制排水条件，不能量测土样的孔隙水压 力。 ③ 上下盒错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面 上的剪应力分布不均匀
① 剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，
2. 单轴压力试验（无侧限抗压强度试验） ⑴试验仪器：无侧限压力仪
量表 量力环
qu
升降 螺杆
试 样
加压 框架
σ1 = σ f
qu
无侧限压力仪
无无侧侧限限压压力力仪仪
⑵试验原理
无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，即σ3=0
《土质学与土力学》第7章 土的抗剪强度
直剪仪内土样的应力和应变
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三轴压缩试验
三轴压缩试验也称三轴剪切试验，是测定土抗剪强度较为完善的方 法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加围压系统、孔隙水压力
量测系统等组成。
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土的抗剪强度指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的主要力学性质之一。 土体的破坏通常部是剪切破坏。 建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗剪应力的
潜在能力——剪阻力，它随着剪应力的增加而逐渐发挥，剪阻力被完全发挥时，
土就处于剪切破坏的极限状态，此时剪应力也就到达极限，这个极限值就是土的 抗剪强度。 如果土体内某—部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部分就开始出现剪切 破坏。随着荷载的增加．剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成连续的滑 动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。 剪阻力的发挥
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土体中任意点的应力（莫尔应力圆）
土体内部的滑动可沿任何一个面发生，只要该面上的剪应力等于它的 抗剪强度。所以，必须研究土体内任一微小单元的应力状态。
在平面问题或轴对称问题中。取某一土体单元，若其大主应力1 和
小主应力3的大小和方向已知，则与大主应力而成角的任一平面上的法 向应力和剪应力τ可由力的平衡条件求得。
正比)，另—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。
Nanjing University of Technology
大量试验表明，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，由此，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： τf =′tan′ τf = c′＋′tan′ 式中 ′—— 剪切滑动面上的法向有效应力，kPa c′—— 土的有效粘聚力(内聚力)，kPa
桩基的抗剪性能与剪切破坏机理
桩基的抗剪性能与剪切破坏机理桩基是土木工程中常用的一种基础形式，其承载力主要取决于桩土界面的剪切性能。
在设计和施工过程中，了解桩基的抗剪性能以及剪切破坏机理对于确保工程的安全和可靠性至关重要。
本文将从桩基的抗剪性能和剪切破坏机理两个方面进行探讨。
一、桩基的抗剪性能桩基的抗剪性能是指桩土界面抵抗剪切破坏的能力。
在桩基承受横向力作用时，桩土界面会发生剪切变形，而桩基的抗剪性能直接影响着桩土界面的稳定性。
1. 桩基的抗剪强度桩基的抗剪强度是指桩土界面所能承受的最大剪切应力。
一般来说，桩基的抗剪强度与桩身的材料和形状、桩周土的性质以及桩与土之间的摩擦力有关。
合理选择桩的材料和形状，加强桩土界面的摩擦力，可以提高桩基的抗剪强度。
2. 桩基的抗剪刚度桩基的抗剪刚度是指在剪切加载下，桩土界面的刚度和变形特性。
桩基的抗剪刚度直接影响着桩土界面的变形和力学特性。
合理选择桩的尺寸和布置方式可以有效控制桩基的抗剪刚度，提高桩土界面的刚度和稳定性。
二、桩基剪切破坏机理桩基的剪切破坏机理是指桩基在受到剪切力作用下发生破坏的过程。
了解桩基的剪切破坏机理对于合理设计和施工具有重要的指导意义。
1. 桩土界面的滑移破坏桩土界面的滑移破坏是指桩基在剪切力作用下，桩身与土体之间发生滑动和位移的过程。
当剪切力达到一定阈值时，摩擦力无法抵抗剪切力，桩土界面产生滑动，进而导致桩基的剪切破坏。
2. 桩基的横向位移破坏桩基的横向位移破坏是指桩基在受到横向力作用下，桩身产生较大位移和变形的过程。
当横向力超过桩基的抗剪强度和抗剪刚度时，桩基会发生横向位移破坏，严重影响桩土界面的稳定性。
总结：桩基的抗剪性能和剪切破坏机理对于土木工程的安全和可靠性至关重要。
设计和施工中需要充分考虑桩基的抗剪强度和抗剪刚度，合理选择桩的材料、形状和尺寸，并增加桩土界面的摩擦力，以提高桩基的抗剪能力。
此外，对桩基的剪切破坏机理进行深入研究，可以为设计和施工提供有效的指导。
土力学 土的抗剪强度
吉林大学建设工程学院
各种破坏准则
土质学与土力学
63—25
吉林大学建设工程学院
库仑定律（剪切定律）
1776年，库仑根据砂土剪切试验得到如下曲线，后推到粘性土中
f
砂土
f
c
粘土
土质学与土力学
63—26
吉林大学建设工程学院
库仑定律说明： 砂土
（1）土的抗剪强度由土的内摩擦力和内聚 力两部分组成； （2）内摩擦力与剪切面上的法向应力成正 比，其比值为土的内摩擦系数 tan ； （3）表征抗剪强度指标：土的内摩擦角φ 和内聚力c。
63—33
吉林大学建设工程学院
3 1
土质学与土力学
莫尔理论的缺点：
忽略了中间主应力σ2的影响。 为了消除或弥补这种缺陷，可考虑采用下面的形式：
1 2 1 2 sin 2c cos 2 2 2 3 2 2 2 2 3
按 试 验 仪 器 分Fra bibliotek土质学与土力学
63—10
吉林大学建设工程学院
土的抗剪强度试验—直接剪切试验
试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）
土质学与土力学
63—11
吉林大学建设工程学院
土质学与土力学
63—12
吉林大学建设工程学院
土质学与土力学
63—13
吉林大学建设工程学院
直接剪切试验
在法向应力作用下，剪应力与剪切位移关系曲线如图所示，可以显 示出峰值强度和残余强度。 a
高速：最大运动速度可达30cm/s 高压：最大压力可达500kPa
土质学与土力学
63—20
吉林大学建设工程学院
结构面的变形与强度性质.
• 一、平直无充填的结构面 • 平直无充填的结构面包括剪应力作用下形 成的剪性破裂面，如剪节理、剪裂隙等， 发育较好的层理面与片理面。其特点是面 平直、光滑，只具微弱的风化蚀变。坚硬 岩体中的剪破裂面还发育有镜面、擦痕及 应力矿物薄膜等。这类结构面的抗剪强度 大致与人工磨制面的摩擦强度接近，即： •
• (1) 开始时随着法向应力增加，结构面闭合变形迅速增长， σn-ΔV 及 σn-ΔVj 曲线均呈上凹型。当 σn 增到一定值时， σnΔVt曲线变陡，并与σn-ΔVr曲线大致平行。说明结构面已基 本上完全闭合，其变形主要是岩块变形贡献的。这时ΔVj 则 趋于结构面最大闭合量Vm。 • (2)初始压缩阶段，含结构面的岩块变形 ΔVt主要是由结构面 的闭合造成的。试验表明，当σn＝1MPa时， ΔVt/ΔVr可达 5～30，说明ΔVt占了很大一部分。 • (3) 法向应力 σn 大约从 σc/3 处开始，含结构面的岩块变形由 以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。 • 结构面加载、卸载的应力-变形关系曲线如下图。
第一节 概述
• 在工程荷载范围内(一般小于10MPa)，工程 岩体常常是沿软弱结构面失稳破坏。这方面 的工程实例很多。
• 在工程荷载作用下，结构面及其充填物的变形是岩 体变形的主要组分，控制着工程岩体的变形特性。 • 结构面是岩体渗透水流的主要通道。在、 应力分布及其强度。因此，预测工程荷载作用下岩 体渗透性的变化，必须研究结构面的变形性质及其 本构关系。 • 工程荷载作用下，岩体中应力分布受结构面及其力 学性质的影响。
• 巴顿（Barton）对8种不同粗糙起伏的结构面 进行了试验研究，提出了剪胀角的概念并用 以代替起伏角，剪胀角 αd 的定义为剪切时剪 切位移的轨迹线与水平线的夹角，即：
5.土的抗剪强度
§5.2
土的抗剪强度试验
一、直接剪切试验
试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）
剪切试验
剪前施加在试样顶面上 P A 的竖向压力为剪破面上 T A 的法向应力，剪应力由 剪切力除以试样面积 在法向应力作用下，剪应力与剪切位移关系曲线， 根据曲线得到该作用下，土的抗剪强度
总应力强度指标与有效应力强度指标
库仑定律
f
tan c
说明：施加于试样上的垂直法向应力为总应力，c、为总
应力意义上的土的黏聚力和内摩擦角，称之为总应力强度指标
根据有效应力原理：土的抗剪强度并不是由剪切面上的
法向总应力决定，而是取决于剪切面上的法向有效应力
f tan c ＝ u tan c
3 f
2 o o 1 tan 45 2 c tan 45 189 . 8 kPa 2 2
计算结果表明： 3f小于该单元土体实际小主应 力 3，实际应力圆半径小于极限应力圆半径 ， 所以，该单元土体处于弹性平衡状态 。
5.4.2
砂土临界孔隙比的概念
由不同初始空隙比的试样在同一压力下进行剪切试验，可以得 出初始孔隙比e0与体积变化⊿V/V之间的关系，如下图所示， 相应于体积变化为零的初始孔隙比称为临界孔隙比ecr。在三轴 试验中，临界孔隙比与侧压力3有关，不同的3可以得出不同 的值。 如果饱和砂土的初始孔隙比e0大 于临界孔隙比ecr，在剪应力作 用下由于剪缩必然使孔隙水压力 增高，而有效应力降低，致使砂 土的抗剪能力降低。
二、三轴剪切试验
应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统
组成。 应力控制式三轴仪。
结构面的抗剪强度
剪断凸起的条件为：
2、不规则起伏结构面 自然界岩体中绝大多数结构面的粗糙起伏形态是不 规则的，起伏角也不是常数，见下图。
这类结构面的强度包 络线不是折线，而是 曲线形式。
巴顿（ Barton ）对 8 种不同粗糙起伏的结构面进行了 试验研究，提出了剪胀角的概念并用以代替起伏角。 剪胀角 αd—— 剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角， 即： 或 d JRC lg JCS
二、粗糙起伏无充填的结构面 这种类型的结构面，其剪切特点是： （1）当法向应力σ较小时，上盘岩块上下运动，产生爬 坡效应，增大了τ； （2）当σ较大时，将剪断凸起而运动，也增大了τ。 由于结构面的粗糙起伏情况比较复杂，因此抗剪强 度的确定也比较困难。 下面就先讨论理想的简单的条件（规则锯齿形结构 面 ），再讨论一般的情况（不规则起伏结构面）。
2
Barton 通过大量结构面剪切试验，用统计方法求得 壁岩强度 Barton方程：
粗糙度系数 又
d
JRC JCS lg 2
基本摩擦角
故
tg 2 d u
三、非贯通断续的结构面 这类结构面由裂隙面和非贯通的岩桥组成。在剪切 过程中，一般认为两者都起抗剪作用。即通过的裂隙面 和岩桥都起抗剪作用。 假设沿整个剪切面上的应力分布是均匀的，结构面 的线连续性系数为Ｋ1，则整个结构面的抗剪强度为：）σ较小，剪胀作用,其强度遵循Patton公式： 结构面上的应力：
由库仑-纳维尔判据得： n 将τ n、σ n代入上式得：
ntgb
（2）σ较大，啃断作用，其强度接近岩块的强度，即：
式中：φ 、Ｃ分别 为结构面壁岩的内摩 擦角和内聚力。
综合上二式，结构面的抗剪强度包络线如下图所示。
强度,刚度,弹性模量的区别和联系
强度定义1、材料、机械零件和构件抵抗外力而不失效的能力。
强度包括材料强度和结构强度两方面。
强度问题有狭义和广义两种涵义。
狭义的强度问题指各种断裂和塑性变形过大的问题。
广义的强度问题包括强度、刚度和稳定性问题，有时还包括机械振动问题。
强度要求是机械设计的一个基本要求。
材料强度指材料在不同影响因素下的各种力学性能指标。
影响因素包括材料的化学成分、加工工艺、热处理制度、应力状态，载荷性质、加载速率、温度和介质等。
按照材料的性质，材料强度分为脆性材料强度、塑性材料强度和带裂纹材料的强度。
①脆性材料强度：铸铁等脆性材料受载后断裂比较突然，几乎没有塑性变形。
脆性材料以其强度极限为计算强度的标准。
强度极限有两种：拉伸试件断裂前承受过的最大名义应力称为材料的抗拉强度极限，压缩试件的最大名义应力称为抗压强度极限。
②塑性材料强度：钦钢等塑性材料断裂前有较大的塑性变形，它在卸载后不能消失，也称残余变形。
塑性材料以其屈服极限为计算强度的标准。
材料的屈服极限是拉伸试件发生屈服现象（应力不变的情况下应变不断增大的现象）时的应力。
对于没有屈服现象的塑性材料，取与0。
2％的塑性变形相对应的应力为名义屈服极限，用σ0。
2表示。
③带裂纹材料的强度：常低于材料的强度极限，计算强度时要考虑材料的断裂韧性（见断裂力学分析）。
对于同一种材料，采用不同的热处理制度，则强度越高的断裂韧性越低。
按照载荷的性质，材料强度有静强度、冲击强度和疲劳强度。
材料在静载荷下的强度，根据材料的性质，分别用屈服极限或强度极限作为计算强度的标准。
材料受冲击载荷时，屈服极限和强度极限都有所提高（见冲击强度）。
材料受循环应力作用时的强度，通常以材料的疲劳极限为计算强度的标准（见疲劳强度设计）。
此外还有接触强度（见接触应力）。
按照环境条件，材料强度有高温强度和腐蚀强度等。
高温强度包括蠕变强度和持久强度。
当金属承受外载荷时的温度高于再结晶温度（已滑移晶体能够回复到未变形晶体所需要的最低温度）时，塑性变形后的应变硬化由于高温退火而迅速消除，因此在载荷不变的情况下，变形不断增长，称为蠕变现象，以材料的蠕变极限为其计算强度的标准。
抗剪断强度与抗剪强度的区别
抗剪断强度与抗剪强度的区别
《工程岩体试验方法标准》（GB/T0266－99）第2.11.12条，内容见附图。
从这里可以看出剪强度还是由内摩擦角和粘聚力两个参数组成的。
岩块剪切强度与岩体剪切强度定义
岩块剪切强度：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力通常分三种强度：
（1）抗剪断强度试件在一定法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力，反应了岩块的内聚力和内摩擦阻力。
主要试验：直剪、変角剪和三轴等。
（2)抗切强度指试件上的法向应力为0时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。
由于法向应力为0，其强度取决于内聚力方法：单（双）面剪切及冲孔试验。
（3)摩擦强度指试件在一定法向应力作用下，沿已有破裂面（层面、节理等）再次剪切破坏时的最大剪应力。
对应试验为摩擦试验
二岩体的剪切强度
由于结构面、非均质、非连续等影响其强度一般低于岩块强度。
介于结构面与岩体强度之间岩体内任一方向剪切面，在法向应力作用下能抵抗的最大剪应力，可细分为抗剪断强度、抗剪强度、抗切强度。
抗剪断强度是指在任一法向应力作用下横切结构面剪切破坏时岩体能抵抗的最大剪应力；在任一法向应力作用下，岩体沿已有破裂面剪切破坏时的最大剪应力称抗剪强度，实际为某结构面抗剪强度；
抗切强度为剪切面上法向应力为零时的抗剪断强度如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。
《土质学与土力学》习题库及答案(1)讲解
《土质学与土力学》习题库（A）习题一．填空题1．土粒粒径越，颗粒级配曲线越，不均匀系数越，颗粒级配越。
为了获得较大密实度，应选择级配的土粒作为填方或砂垫层的材料。
2．粘土矿物基本上是由两种原子层(称为品片)构成的，一种是，它的基本单元是Si—0四面体，另一种是，它的基本单元是A1—OH八面体。
3．土中结构一般分为、和三种形式。
4．衡量天然状态下粘性土结构性强弱的指标是，其定义是值愈大，表明土的结构性，受扰动后土的强度愈多。
5．土中主要矿物有、和。
它们都是由和组成的层状晶体矿物。
6．饱和细砂土和干细砂土都无法形成直立边坡，而非饱和细砂土则可以，这是因为在起作用。
二．选择题1．在毛细带范围内，土颗粒会受到一个附加应力。
这种附加应力性质主要表现为( )(A)浮力； (B)张力； (C)压力。
2．对粘性土性质影响最大的是土中的( )。
(A)强结合水； (B)弱结合水； (C)自由水； (D)毛细水。
3．砂类土的重要特征是( )。
(A)灵敏度与活动度； (B)塑性指数与液性指数；(C)饱和度与含水量； (D)颗粒级配与密实度。
4．土中所含“不能传递静水压力，但水膜可缓慢转移从而使土具有一定的可塑性的水，称为( )。
(A)结合水； (B)自由水； (C)强结合水； (D)弱结合水。
5．软土的特征之一是( )。
(A)透水性较好； (B)强度较好； (C)天然含水量较小； (D)压缩性较高。
6．哪种土类对冻胀的影响最严重?( )(A)粘土； (B)砂土； (C)粉土。
7．下列粘土矿物中，亲水性最强的是( )。
(A)高岭石； (B)伊里石； (C)蒙脱石8．对土粒产生浮力的是( )。
（A）毛细水； (B)重力水； (C)强结合水， (D)弱结合水。
(9)毛细水的上升，主要是水受到下述何种力的作用？( )(A)粘土颗粒电场引力作用； (B)孔隙水压力差的作用(C)水与空气交界面处的表面张力作用。
(10)软土的特征之一是( )。
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抗剪断强度与抗剪强度的区别
《工程岩体试验方法标准》（GB/T0266－99）第2.11.12条，内容见附图。
从这里可以看出剪强度还是由内摩擦角和粘聚力两个参数组成的。
岩块剪切强度与岩体剪切强度定义
岩块剪切强度：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力通常分三种强度：
（1）抗剪断强度试件在一定法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力，反应了岩块的内聚力和内摩擦阻力。
主要试验：直剪、変角剪和三轴等。
（2)抗切强度指试件上的法向应力为0时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。
由于法向应力为0，其强度取决于内聚力方法：单（双）面剪切及冲孔试验。
（3)摩擦强度指试件在一定法向应力作用下，沿已有破裂面（层面、节理等）再次剪切破坏时的最大剪应力。
对应试验为摩擦试验二岩体的剪切强度
由于结构面、非均质、非连续等影响其强度一般低于岩块强度。
介于结构面与岩体强度之间岩体内任一方向剪切面，在法向应力作用下能抵抗的最大剪应力，可细分为抗剪断强度、抗剪强度、抗切强度。
抗剪断强度是指在任一法向应力作用下横切结构面剪切破坏时岩体能抵抗的最大剪应力；在任一法向应力作用下，岩体沿已有破裂面剪切破坏时的最大剪应力称抗剪强度，实际为某结构面抗剪强度；
抗切强度为剪切面上法向应力为零时的抗剪断强度。