第5章土的抗剪强度5.1概述土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的移动，该点便发生了剪切破坏。工程实践和室内试验都验证了建筑物地基和土工建筑物的破坏绝大多数属于剪切破。例如堤坝、路堤边坡的坍滑(图5.1a)，挡土墙墙后填土失稳(图5.1b)建筑物地基的失稳(图5.1c)，都是由于沿某一些面上的剪应力超过土的抗剪强度所造成。因此土的抗剪强度是决定地基或土工建筑物稳定性的关键因素。所以研究土的抗剪强度的规律对于工程设计、施工和管理都具有非常重要的理论和实际意义。由于土的抗剪强度是岩土的重要力学性质之一，本章主要讲述叙述土抗剪强度的基本概念、土地抗剪强度的基本理论、土的抗剪强度的试验方法及土的抗剪强度指标的应用。5.2土的抗剪强度的基本理论5.2.1直剪试验土的抗剪强度可以通过室内试验与现场试验测定。直剪试验是其中最基本的室内试验方法。直剪试验使用的仪器称直剪仪。按加荷方式分为应变式和应力式两类。前者是以等速推动剪切盒使土样受剪，后者则是分级施加水平剪力于剪力盒使土样受剪。目前我国普遍应用的是应变式直剪仪如图5.2所示。试验开始前将金属上盒和下盒的内圆腔对正，把试样置于上下盒之间。通过传压板和滚珠对土样先施加垂直法向应力σ=p/F(F-土样的截面积)，然后再施加水平剪力T，使土样沿上下盒水平接触面发生剪切位移直至破坏。在剪切过程中，隔固定时间间隔，测读相应的剪变形，求出施加于试样截面的剪应力值。于是即可绘制在一定法应力条件下，土样剪变形λ与剪应力τ的对应关系(图5.3a)。5.2.2土的抗剪强度规律整理剪切试验的资料，当剪应力-剪切位移曲线出现峰值时(图5.3a)，取峰值剪应力为破坏时的剪应力τf(即抗剪强度)；当无峰值时可取对应于剪切位移λ=4mm时的剪应力作为τf。同一种土的几个不同土样分别施加不同的垂直法向应力σ做直剪试验都可得到相应的剪应力-剪切位移曲线(图5.3a)，根据这些曲线求出相应于不同的法向应力σ试样剪坏时剪切面上的剪应力τf。在直角坐标σ-τ关系图中可以作出破坏剪应力的连线(图5.3b)。在一般情况下，这个连线是线性的，称为库伦强度线。见式(5.1a)、式(5.2b)。砂性土(5.1a)粘性土(5.1b)图4.3直剪试验曲线a)剪应力-剪切伴移关系；b)抗剪强度-法向应力关系式中：c——土的粘聚力(kPa)，图5.3b中的τ-σ直线在纵轴上的截距；——土的内摩擦角，即τ-σ直线与横轴上的夹角；tg——直线的斜率。公式(5.1)就是土体的强度规律的数学表达式。在18世纪七十年代由库仑(Coulomb,C.A)砂土的摩擦试验后得出的，所以也称库仑定律。它表明在一定的荷载范围内土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系，其中c、被称为土的强度指标。5.2.3土的极限平衡条件1)土中一点的应力状态在自重与外荷作用下土体(如地基)中任意一点的应力状态，对于平面应力问题，只要知道应力分量即σx、σz和τxz，即可确定一点的应力状态。对于土中任意一点，所受的应力又随所取平面的方向不同而发生变化。但可以证明，在所有的平面中必有一组平面的剪应力为零,该平面称为主应力面。其作用于主应力面的法向应力称为主应力。那么，对于平面应力问题，土中一点的应力可用主应力σ1和σ3表示。σ1称为最大主应力，σ3称为最小主应力。由材料力学可知当土中任一点的应力σx、σz、τxy为已知时，主应力可以由下面的应力转换关系得出：主应力平面与任意平面间的夹角由下式得出：α角的转动方向与摩尔应力圆图上的一致。2)土的极限平衡状态根据库仑定律和试验作出的库仑强度线，可以看出，如果已知土中某点任意平面上作用着法向应力σ以及剪应力τ，则由τ与抗剪强度τf对比可知：当τ＜τf(在破坏线以下)表示该点处于稳定状态τ=τf(破坏线以上)表示该点处于极限平衡状态τ＞τf(在破坏线上方)表示该点已经剪切破坏由此可见，如果把代表土中某点应力状态所画的摩尔应力圆，与该土的库伦强度线画在同一个τ-σ坐标图中，可知当摩尔应力圆与库仑强度线不相交时，表明通过该点的任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，故不会发生剪切...
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