9. 土体强度理论

D3
6
fh
M2
DH
D 2
fv
fh fv 时：
M1
M max
M1 M2
D3
6
f
D2H
2
f M2
H
f
M max
D2 D
( H)
D
23
二、粘性土抗剪强度随固结过程的增长
1. 土的固结与强度的关系
一般关系
f c' ' tanj' c'( u) tanj' c'Ut tanj'
4.土的强度和土体破坏关系
（1）土体达到屈服不一定达到破坏 在土体中，局部土体达到强度极限，不一定引起土体的破坏
部分土体达到强度 极限（屈服），地 基并不一定破坏。
塑性区
（2）土体通常是渐进破坏，特殊应力 条件下出现崩塌、断裂
5.土体破坏的判别标准
（1）土体破坏定义：应力-应变过程的最后阶段，这时微小 的应力增量将会引起很大的，或者不可控制的应变增量
2
c
O
3
c ctg j 1 3 2
f c tan j
j
1
1 3
sin j
1
3
2
c ctgj
2
1 3
1 3 2c ctgj
1
3tg2
45
j
2
2c
tg
45
j
2
3
1tg2
45
j
2
2c
tg
45
j
2
3.土的强度的特点
（1）土是碎散颗粒的集合，颗粒之间的相互联系相对薄弱。 土的强度主要由颗粒间的相互作用力决定，而不是由颗
对正常固结黏土 c'≈0
于是
f Ut tanj'
可见 Ut
f
土在固结过程中的总强度
ft 0
天然强度
强度增量
土的天然强度0 ：
一般正常固结黏土 0 ccu p0 tanjcu
ccu、jcu
为固结不
排水剪强
度指标
上覆有效压力
不排水剪切强度
软黏土 超固结土
0 cu S 0 ccu pc tanjcu
c O
抗剪强度指标
σ = 300KPa σ = 200KPa σ = 100KPa
S
j
三轴试验
1）试样应力状态与试验方法
应力状态： 试样是轴对称应力状态。垂直应力z 一般是大主应力；径向与切向应力总 是相等r=，亦即1=z；2=3=r
试验方法： 首先试样施加静水压力—室压（围压） 1=2=3 ； 然后通过活塞杆施加的是应力差 Δ1= 1-3 。
土的抗剪强度理论
一、土体破坏与强度理论基本理论
1. 强度公式、破坏准则—莫尔-库仑准则
库仑公式
f = c + tgj
或f = c + tgj
= -u
莫尔-库仑准则
f = f（）
一般应力状态如何判断是否破坏？ 借助于莫尔圆、破坏准则
极限平衡条件
2.莫尔-库仑强度理论表达式－极限平衡条件
1 3
断裂
1－ 3
峰值强度
一定应变值
残余强度
土体的几种破坏形式定义
（2）破坏取值标准与相互关系
常用破坏强度取值标准：
A：最大主应力差（－）max标准
取应力-应变曲线峰值
或z=15%时对应的（－）值 B：最大有效主应力比 (´/´)max标准
取应力-应变曲线中(´/´)max对应值
不同的强度确定标准，获得的强度值可能不同！
1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，
超静孔隙水压力完全消散； 2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差
以便充分排水，避免产生超静孔压
固结不排水试验（CU试验） ccu 、jcu
1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；
2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水
不固结不排水试验（UU试验） cu 、ju
主应力差与主应力比关系：
1
3
(1
' 3
')
3
'
1 3
' '
1
3
u
1 3
' '
1
在常规三轴试验中，3保持为常数，主应力差与主应力比的差异 取决于孔隙水压力u的变化。
试验方法
孔压变化
CD试验
u=0
CU试验
正常固 结土
强固结 土
破坏时u保 持稳定
破坏时u减 小或负值
取值标准差异
(-)max与 (/)max同时出现
直剪试验（库仑 1776）
1）试验方法
施加 σ（=P/A） 施加 S（位移）
量测 （=T/A）
P
上盒
A
下盒
S T
σ = 300KPa σ = 200KPa σ = 100KPa
S
2）试验结果
f ：
土的抗剪强度
tgj：
摩擦强度-正比于压力 c：
粘聚强度
库仑公式
f c tan
c： 粘聚力
j ：内摩擦角
粒矿物的强度本身决定的
（2）土体强度主要表现为抗剪切能力，土体的破坏主要是剪切破坏
（3）土体固体颗粒之间的液体、气体及液、固、气间的界面对于土的 强度有很大影响。 孔隙水压力、吸力（毛细力）对土体强度影响很大
（4）土体形成的历史造成土体强度强烈的多变性、结构性和各向异性
（5）土体强度不仅与土体内部因素有关，还与外部因素（应力状态、 应力路径、应力水平等）有关
(-)max与 (/)max同时出现 (-)max一般在 (/)max之后出现
一致
一致
按主应力差确定的强 度大于按主应力比确 定的强度
6.强度指标的确定—抗剪强度测定试验
室内试验 野外试验
直剪试验、三轴试验等 制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复
十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验 缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度
百度文库
1 3 3
3
3
2）试验结果
1- 3
分别进行围压为100 kPa 、200 kPa 、300 kPa的三轴试验，得到 破坏时相应的（1-)f
绘制三个破坏状态的应力莫尔圆， 画出它们的公切线——强度包线，
得到强度指标 c 与 j
c
1 =15% 1
强度包线
j
(1-)f (1-)f
3）试验类型
固结排水试验（CD试验） cd 、jd
十字板剪切强度
先期固结压力
2. 强度增量的估算方法
（1）采用有效应力强度指标估算
1）对一般正常固结黏土 c' ≈0， j' ≠0
剪切强度以剪切破坏面的抗剪强度n 为依据。
强度包线Kf'
在△abc中 n ab bc cosj'
于是
bc n
j'
cosj '
在△obc中 bc oc sinj'
b
n j'
o 3' a c
△
n 1'
1 关闭排水阀门，围压下不固结；
2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水
十字板剪切试验
1）试验方法
一般适用于测定软粘土的不 排水强度指标；
钻孔到指定的土层，插入十 字形的探头；
通过施加的扭矩计算土的抗 剪强度
2）试验结果
Mmax M1 M 2
M1
D/2
2
0
fh
2r rdr