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土的强度指标
土的抗剪强度
1、土的抗剪强度定义
在工程实践中，建筑物地基和土工构筑物常产生如图3-18 所示的破坏情况。这是因为 土体在自重或外荷载作用下，土中一点的剪应力T达到了土的最大抗剪能力，该点土就要处
2 1 3
将上两式两边平方后相加并整理得
1 / 「
2
「1
2
—三+°J
+T 2 =
—(° —° )
2 1 3
L 2
1 3
丄(° +° ),0
丄(° —° )
2 1 3
为圆心、
以
L 2 1
3
°
为半径的土中一点的
此即° —T坐标系中以
应力圆方程，圆周上任一点都代表与大主应力作用面成a角截面上的应力，纵坐标为剪应 力T，横坐标为法向应力°，该应力圆称为摩尔应力圆，见图3-21 (c),利用摩尔图可图 解求得该点任一截面上的°和T。
(b)隔蛊佟的应力*
閣3-21 土待中住意点应力
T
剪应力T可用摩尔应力圆表示，抗剪强度f可用库伦抗剪强度线表 示，所以将它们画在同一° —T坐标图中，如图3-22所示。
T
两者相离，说明该点任何面上的T都小于f，即未破坏，处于
r
2）如圆II所示，两者相切于A点，说明该点A截面上的T恰等于f,即处于濒临破坏 的极限平衡状态，圆II称为极限应力圆。
r
3）两者相割，说明该点T早已超过f,已破坏，如圆III所示。
根据第2种情况的几何关系，即可建立以& 1、& 3、c和°表达的土中一点的极限平衡
条件式。对粘性土，在RtARAD中: 度指标的测试方法有原状土室内试验和现场原位试验两大类。室内试验有直剪试验、三轴剪 切试验及无侧限抗压强度试验等。现场原位试验有十字板剪切试验和原位直剪试验等。
sin ° =
AD
RD
2(& 1 -&3)+c -cot °
sin ° = 1 3—
& + & + 2 • c • cot °
13
即
经移项整理和三角函数运算可得:
3-31)
( ° )
( ° )
& = & tan 2
45 ° +上
+ 2 • c • tan
45° + 工
13
L 2丿
L 2丿
3-32)
& tan 2
（45。-丫
- 2 • c • tan
(
(45°
°)
1
L 2丿
2丿
&
3
3-33)
对无粘性土，因c=0,上式变为:
& - &
sin ° = 3
& + &
13
3-34)
& =& tan2 45。
13
( °)
=& tan 2 45 °
2丿
圈3-24直勇仗示意图*
3-35)
3-36)
土中任一点剪切破坏时破裂面与大主应力作用
面所成的夹角，由图3-23中的几何关系可得:
2a = 90° + °
f
°
a = 45° +— 故f 2
3-37)
土的抗剪强度测定方法
图 3-23 粘性土的极限应力圆 土的抗剪强
1、直剪试验 测定土的抗剪强度最简单最常用的方法是直接剪切试验，简称直剪试验。测试的仪器 称直剪仪，直剪仪又分为应力控制式和应变控制式两种。如图3-24 所示。试验时，先对正 上下剪切盒，再将圆饼形土试样放入盒中两透水石之间，盖上加压板，上盒接量力环并予固 定，下盒底部有滚珠可移动，施加竖向力Q,设土样水平面积为A,则剪切面上的法向应力 b二Q/A,然后通过等速旋转手轮对下盒徐徐施加水平推力T至试样剪裂破坏，由量力环测 T值，其剪切面上的剪应力e二T/A ,即该土样的抗剪强度r f。测定3〜4个同样性质的土
b —T b —T
样在不同。值作用下的「f值，作 f曲线，当。变化不大时， f关系接近直线，由
b —T
f线可测得抗剪强度指标C、（P值。 直剪试验应用广泛，具有设备简单，操作方便，易于掌握等优点。但也存在下列缺点
1） 人为地将剪切破裂面限制在上下盒之间，而不能反映土体实际最薄弱的剪切面。
2） 剪切面在整个剪切过程中随上下盒的错动而逐渐减小，并非定数A值，且竖向荷载 也随之产生偏心，剪应力 r 也不是均匀分 布，有应力集中现象。
3）不能严格控制排水条件和测定孔隙 压力值，故不能完全反映实际土体的受力状 态和排水条件。
2．三轴剪切试验 三轴剪切试验（也称三轴压缩试验）所 用的仪器称为三轴剪切仪（也称三轴压缩 仪），如图3-25所示。它主要由用有机玻璃 密封的圆形压力室和周围压3、竖向压力增量Ab 1加压系统以及孔隙水压力u的测读系 统所组成，此外，还可测量试样的排水量。
试验时，将用橡皮薄膜包裹好的正圆柱形试样放入封闭的压力室中，试样上下均放置