抗剪强度

抗剪强度,又称剪切强度,材料产生剪断时的极限强度。反映材料抵抗剪切滑动的能力,在数值上等于剪切面上的切向应力值,即剪切面上形成的剪切力与破坏面积之比。分单剪和双剪两种形式,在双剪的情况下,破坏面积是试件横截面积的两倍。

抗剪强度是指外力与材料轴线垂直,并对材料呈剪切作用时的强度极限;或指抵抗剪切破坏的最大能力。土的抗剪强度是土的一个重要的力学性质。土的抗剪强度可分为二部分:一部分与颗粒间的法向应力有关,其本质是摩擦力;另一部分是与法向应力无关,称为黏聚力 。当外部载荷在地基内部产生的剪应力达到土的抗剪强度时,土体就遭到破坏,严重时将产生滑坡,建筑物地基丧失稳定。可以用以下公式计算:

其中φ为内摩擦角,c为土的粘聚力。在以土的抗剪强度为纵坐标、剪切破坏面上的 法向应力为横坐标的坐标系中,土的抗剪强度包线对横坐标轴的倾角。 通常以

粘聚力,又叫内聚力,是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力,这种相互吸引力是同种物质分子之间存在分子力的表现。在有效应力情况下,将总抗剪强度扣除摩擦强度,即得到粘聚力。从另一角度看,粘聚力是破坏面没有任何正应力作用下的抗剪强度。用常规试验方法所求得的粘聚力值中均包含有稳定的真粘聚力和不稳定的粘聚力两种组成部分。真粘聚力即粘聚力,是指粘性土的结构联结产生的抗剪强度,其数值等于强度包线在剪应力轴上的截距。不稳定的粘聚力即表观粘聚力,是指由吸附强度或砂土颗粒之间的咬合作用形成的不稳定粘聚力 。

首先根据工程问题的性质确定分析方法,进而决定采用总应力或有效应力强度指标,然后选择测试方法。一般认为,有效应力强度指标宜用于分析地基的长期稳定性,而对于饱和软粘土的短期稳定间题,则宜采用不固结不排水试验或快剪试验的强度指标。一般工程问题多采用总应力分析法,其指标和测试方法的选择大致如下:若建筑物施工速度较快,而地基土的透水性和排水条件不良时,可采用不固结不排水试验或快剪试验的结果;如果地基荷载增长速率较慢,地基土的透水性不太小(如低塑性的粘土)以及排水条件又较佳时(如粘土层中夹砂层),则可以采用固结排水试验和慢剪试验指标;如果介于以上两种情况之间,可用固结不排水或固结快剪试验结果。由于实际加荷情况和土的性质是复杂的,而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历不同的固结状态,因此,在确定强度指标时还应结合工程经验。

人工压实填土是经人为压实而形成的非饱和重塑土,广泛存在于路堤、大坝等填筑工程、场坪工程以及基坑回填等工程中。压实填土的工程性质与天然土体有很大差异,尤其工程中的人工填土往往处于各种复杂的水文环境中,浸水、失水以及由此导致的工程病害是经常发生的。因此,含水率变化对人工压实填土变形和强度特性的影响备受岩土工程界的关注。工程中压实填土大部分是在非饱和状态下压实形成的,是典型的非饱和土。非饱和土的理论核心是土体中存在气相并因此产生基质吸力。基质吸力变量的引入为非饱和土性状的解释提供了方便。基质吸力的影响因素很多,对于已施工完成的非饱和人工压实填土,其基质吸力与初始含水状态及其含水状况的变化密切相关,降雨和地下水的变化实际上改变了土的含水状况和土的基质吸力,从而使压实填土强度发生改变。压实填土抗剪强度指标是岩土工程设计的重要参数, 其取值合理与否直接关系填土边坡、 堤坝、人工地基等工程的安全性。常规试验方法所得到的非饱和压实土抗剪强度指标是综合的指标,其中包含了试验时不饱和状态对抗剪强度指标的贡献。含水状态变化对压实土抗剪强度指标具有显著的影响,设计时必须充分考虑压实土含水状态变化来选取合理的抗剪强度指标。其机理可用非饱和土理论解释;基质吸力对吸附强度的影响是非线性的 。

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