2016一级结构:土的抗剪强度讲义(2)

1.砂土的抗剪强度规律

砂土以及其他无黏性土的抗剪强度取决于颗粒的形状、粗细、级配、矿物成分等因 素;对于给定的砂样,主要的因素是孔隙比和密实度。

图12-4-2表示砂土抗剪强度的一般规律性;图 12-4-2 (α)为剪切过程中的应力应变关系曲线,峰值 应力即表示土的抗剪强度;图12-4-2 (b)为砂土的抗剪强度与法向应力之间的关系,是一条通过原点的斜线。强度规律可用公式表示:

τ_f＝σtgΦ    (12-4-1)

式中τ_f一一土的抗剪强度; σ一一剪切面(破坏面)上的法向应力。

图12-4-3表示密实度对抗剪强度的影响;密砂的 应力-应变曲线具有峰值特征,而且在剪切过程中体积 膨胀,具有剪胀性;松砂无峰值特征,剪切过程中体积收缩,具有剪缩性。

2.黏性士的抗剪强度规律

黏性土的强度规律是一条不通过原点的斜线,见图12-4-4所示。强度规律公式为:

τ_f＝σtgΦ＋c     (12-4-2)

式中c一一土的黏聚力;

土的内摩擦角Φ和黏聚力C称为抗剪强度参数(指标)。对于饱和的黏性土,因为在竖向和切向应力作用下,土中会产生孔隙水应力以及排水固结的过程。把有效应力原理引入公式(12-4-2) ,写成:

τ_f＝（σ－u）tgΦ^‘＋c^’＝σ^‘tgΦ^‘＋c^’      (12-4-3)

式中σ^‘一一(σ－u)剪切面上有效法向应力;

c^’, Φ^‘——有效黏聚力和有效内摩擦角。

因此,饱和黏性土的抗剪强度试验有总应力法和有效应力法之分;相应的强度参数有总应力参数和有效应力参数之别。由于直剪试验不能量测土样内的孔隙水应力, 不能从定量上知道土样的排水固结的程度。所以只 能根据控制试验速度来求得不同的强度参数,规定了以下三种不同的试验方法:

快剪:在士样上下面上加一层塑料薄膜防止孔隙水排出,在竖荷载施加后立即(3~5分钟)进行 剪切直至破坏;

固结快剪:先让土样在竖荷载下充分排水固结 (通常恒压24小时) ,然后快速地将土样剪坏;

慢剪:土样在竖向荷载下充分排水固结,然后缓慢(约40分钟或更长时间)地施加剪应力直至破坏。

以上三种试验,可以得到不同的强度参数,实际应用时要根据工程和土层的具体情况 选用试验方法及其强度参数。例如在深厚的高塑性黏土地基上,建筑物施工速度很快,预 计动土层在施工期排水固结程度很小,就应当采用快剪的参数来分析地基的稳定性;又如施工期很长,预计土层能够充分排水固结,但竣工后可能有瞬时荷载,在这种情况下可以用固结快剪的参数。