土的抗剪強(qiáng)度
土的強(qiáng)度概念與工程意義
土的抗剪強(qiáng)度是指土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。當(dāng)土中某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度、發(fā)生了土體的一部分相對于另一部分的移動時，便認(rèn)為該點(diǎn)發(fā)生了剪切破壞。工程實(shí)踐和室內(nèi)試驗(yàn)都驗(yàn)證了土受剪產(chǎn)生的破壞。剪切破壞是強(qiáng)度破壞的重要特點(diǎn)，所以強(qiáng)度問題是土力學(xué)中最重要的基本內(nèi)容之一。
目前，與強(qiáng)度有關(guān)的工程問題主要有下列三方面(圖6—1)。其一，是土作為材料構(gòu)成的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定問題，如土壩，路堤等填方邊坡以及天然土坡(包括挖方邊坡)等的穩(wěn)定性問題(圖6—1a)。其二，是土作為工程構(gòu)筑物的環(huán)境的問題即土壓力問題，如|考試大|擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土體，它的強(qiáng)度破壞將造成過大的對墻體的側(cè)向土壓力以致可能導(dǎo)致這些工程建筑物發(fā)生滑動、傾覆等破壞事故(圖6—1b)。第三則是土作為建筑物地墓的承載力問題。如果基礎(chǔ)下地基土體產(chǎn)生整體滑動或者其局部剪壞區(qū)發(fā)展導(dǎo)致過大的甚至不均勻的地基變形，都會造成上部結(jié)構(gòu)的破壞成出現(xiàn)影響正常使用的事故。所以土的強(qiáng)度問題及其原理將為上述這些土工工程的設(shè)計和驗(yàn)算提供理論依據(jù)和計算指標(biāo)。
本章將著重介紹土的強(qiáng)度理論基本概念以及強(qiáng)度指標(biāo)的測定方法與應(yīng)用原理，同時也將簡要介紹影響土的抗剪強(qiáng)度的若干因素以及它的某些發(fā)展方面，其中包括土體固結(jié)所產(chǎn)生的強(qiáng)度增長的計算等。
必須指出，迄今為止，對土的抗剪強(qiáng)度的分析研究和應(yīng)用，絕大部分都還是孤立地進(jìn)行的．這指的是它只把土體作為剛塑性體(圖6—2)而與變形問題截然分開。當(dāng)論及土的強(qiáng)度時，只考慮給定一種破壞準(zhǔn)則而不進(jìn)一步分析或計算所產(chǎn)生的變形大小，同樣，在前面一章談到的地基變形中只是把變形控制在強(qiáng)度破壞之前的范圍內(nèi)而不考慮破壞或極限應(yīng)力，等等。但是，隨著現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)展及其在土工中的應(yīng)用(如電算技術(shù)，計算方法以及非線性地基土 模型等)，使得強(qiáng)度與變形的有機(jī)聯(lián)系正日益引起重視并有了解決的可能性，
土體強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)
直剪試驗(yàn)與土的強(qiáng)度規(guī)律
土的抗剪強(qiáng)度問題的基本出發(fā)點(diǎn)是把土視作破壞前不變形的剛塑體，應(yīng)力—應(yīng)變曲線上的屈服應(yīng)力6y(圖6—2)在物理意義上便與土的抗剪強(qiáng)度等同。為了確定土的這個“臨界應(yīng)力”，必須進(jìn)行試驗(yàn)。通過試驗(yàn)也可建立土的強(qiáng)度變化規(guī)律。強(qiáng)度確定方法與變形問題一樣，也是分室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場測定兩大類。直剪試驗(yàn)是其中最基本的室內(nèi)試驗(yàn)方法。
直剪試驗(yàn)的儀器直剪儀如圖6—3所示。按加荷方式分，它有應(yīng)變式和應(yīng)力式兩類。前者是以等速推動剪切盒使土樣受剪，后者則是分級施加水平剪力于剪力盒使土樣受剪。我國目前普遍應(yīng)用的是應(yīng)變式直剪儀。對儀器中的土樣先施加不同的法向應(yīng)力6=N/F(F--土樣截面積)，然后再施加水平剪力T，將下盒推動，使土樣在側(cè)限條件下沿人為規(guī)定的剪切面ab受剪。按給定的破壞標(biāo)準(zhǔn)確定其破壞狀態(tài)。例如，當(dāng)剪應(yīng)力—剪切位移曲線出現(xiàn)峰值時(圖6—4a)，取峰值剪應(yīng)力為破壞時的剪應(yīng)力Tf，當(dāng)無峰值時可取對應(yīng)于剪切位移入=2mm時的剪應(yīng)力作為tf等。 同一種土的幾個不同土樣的直剪試驗(yàn)都可得到相應(yīng)的剪應(yīng)力—剪切位移曲線<圖6-4a)和一組終值數(shù)據(jù)：法向應(yīng)力e和剪壞時剪切面上的平均剪應(yīng)力，，cTmax/F。在直角坐標(biāo)?！P(guān)系圖中可以作出破壞剪應(yīng)力的連線(圖6—4b)。在一般情況下，這個連線是線性的，公式(6—1)就是土體的強(qiáng)度規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在18世紀(jì)七十年代由庫侖提出，所以也稱庫侖定律。它表明在一般的荷載范圍內(nèi)土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間呈直線關(guān)系，其中c、Q被稱為土的強(qiáng)度指標(biāo)。兩個世紀(jì)以來，盡管土的強(qiáng)度問題的研究已得到很大發(fā)展，但這最基本的關(guān)系式仍廣泛應(yīng)用于理論研究和工程實(shí)踐，面且也能滿足一般工程的精度要求。
土的強(qiáng)度概念與工程意義
土的抗剪強(qiáng)度是指土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。當(dāng)土中某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度、發(fā)生了土體的一部分相對于另一部分的移動時，便認(rèn)為該點(diǎn)發(fā)生了剪切破壞。工程實(shí)踐和室內(nèi)試驗(yàn)都驗(yàn)證了土受剪產(chǎn)生的破壞。剪切破壞是強(qiáng)度破壞的重要特點(diǎn)，所以強(qiáng)度問題是土力學(xué)中最重要的基本內(nèi)容之一。
目前，與強(qiáng)度有關(guān)的工程問題主要有下列三方面(圖6—1)。其一，是土作為材料構(gòu)成的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定問題，如土壩，路堤等填方邊坡以及天然土坡(包括挖方邊坡)等的穩(wěn)定性問題(圖6—1a)。其二，是土作為工程構(gòu)筑物的環(huán)境的問題即土壓力問題，如|考試大|擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土體，它的強(qiáng)度破壞將造成過大的對墻體的側(cè)向土壓力以致可能導(dǎo)致這些工程建筑物發(fā)生滑動、傾覆等破壞事故(圖6—1b)。第三則是土作為建筑物地墓的承載力問題。如果基礎(chǔ)下地基土體產(chǎn)生整體滑動或者其局部剪壞區(qū)發(fā)展導(dǎo)致過大的甚至不均勻的地基變形，都會造成上部結(jié)構(gòu)的破壞成出現(xiàn)影響正常使用的事故。所以土的強(qiáng)度問題及其原理將為上述這些土工工程的設(shè)計和驗(yàn)算提供理論依據(jù)和計算指標(biāo)。
本章將著重介紹土的強(qiáng)度理論基本概念以及強(qiáng)度指標(biāo)的測定方法與應(yīng)用原理，同時也將簡要介紹影響土的抗剪強(qiáng)度的若干因素以及它的某些發(fā)展方面，其中包括土體固結(jié)所產(chǎn)生的強(qiáng)度增長的計算等。
必須指出，迄今為止，對土的抗剪強(qiáng)度的分析研究和應(yīng)用，絕大部分都還是孤立地進(jìn)行的．這指的是它只把土體作為剛塑性體(圖6—2)而與變形問題截然分開。當(dāng)論及土的強(qiáng)度時，只考慮給定一種破壞準(zhǔn)則而不進(jìn)一步分析或計算所產(chǎn)生的變形大小，同樣，在前面一章談到的地基變形中只是把變形控制在強(qiáng)度破壞之前的范圍內(nèi)而不考慮破壞或極限應(yīng)力，等等。但是，隨著現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)展及其在土工中的應(yīng)用(如電算技術(shù)，計算方法以及非線性地基土 模型等)，使得強(qiáng)度與變形的有機(jī)聯(lián)系正日益引起重視并有了解決的可能性，
土體強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)
直剪試驗(yàn)與土的強(qiáng)度規(guī)律
土的抗剪強(qiáng)度問題的基本出發(fā)點(diǎn)是把土視作破壞前不變形的剛塑體，應(yīng)力—應(yīng)變曲線上的屈服應(yīng)力6y(圖6—2)在物理意義上便與土的抗剪強(qiáng)度等同。為了確定土的這個“臨界應(yīng)力”，必須進(jìn)行試驗(yàn)。通過試驗(yàn)也可建立土的強(qiáng)度變化規(guī)律。強(qiáng)度確定方法與變形問題一樣，也是分室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場測定兩大類。直剪試驗(yàn)是其中最基本的室內(nèi)試驗(yàn)方法。
直剪試驗(yàn)的儀器直剪儀如圖6—3所示。按加荷方式分，它有應(yīng)變式和應(yīng)力式兩類。前者是以等速推動剪切盒使土樣受剪，后者則是分級施加水平剪力于剪力盒使土樣受剪。我國目前普遍應(yīng)用的是應(yīng)變式直剪儀。對儀器中的土樣先施加不同的法向應(yīng)力6=N/F(F--土樣截面積)，然后再施加水平剪力T，將下盒推動，使土樣在側(cè)限條件下沿人為規(guī)定的剪切面ab受剪。按給定的破壞標(biāo)準(zhǔn)確定其破壞狀態(tài)。例如，當(dāng)剪應(yīng)力—剪切位移曲線出現(xiàn)峰值時(圖6—4a)，取峰值剪應(yīng)力為破壞時的剪應(yīng)力Tf，當(dāng)無峰值時可取對應(yīng)于剪切位移入=2mm時的剪應(yīng)力作為tf等。 同一種土的幾個不同土樣的直剪試驗(yàn)都可得到相應(yīng)的剪應(yīng)力—剪切位移曲線<圖6-4a)和一組終值數(shù)據(jù)：法向應(yīng)力e和剪壞時剪切面上的平均剪應(yīng)力，，cTmax/F。在直角坐標(biāo)?！P(guān)系圖中可以作出破壞剪應(yīng)力的連線(圖6—4b)。在一般情況下，這個連線是線性的，公式(6—1)就是土體的強(qiáng)度規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在18世紀(jì)七十年代由庫侖提出，所以也稱庫侖定律。它表明在一般的荷載范圍內(nèi)土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間呈直線關(guān)系，其中c、Q被稱為土的強(qiáng)度指標(biāo)。兩個世紀(jì)以來，盡管土的強(qiáng)度問題的研究已得到很大發(fā)展，但這最基本的關(guān)系式仍廣泛應(yīng)用于理論研究和工程實(shí)踐，面且也能滿足一般工程的精度要求。