簡介
土體的抗剪強度是土力學的主要經典內容之一,是研究地基穩定、地基承載力等問題的基礎,絕大多數岩土工程與土的抗剪強度有關。伏斯列夫參數是伏斯列夫(Hvorslev ,1937)在試驗的基礎上提出真強度理論,定性提出土的真強度參數為 , 。其中 為土的真黏聚力; 為土的真內摩擦角。然而伏斯列夫未能從理論上定量給出兩個真強度參數的計算方法,不便於該公式的套用。所謂真強度理論,就是認為只有在保持含水量(或孔隙比)不變的條件下土的凝聚力才保持不變,稱為真凝聚力,而在這種條件下確定的相應內摩阻角則不隨含水量而變,稱為真內摩阻角。
有關參數
粘聚力
粘聚力,又叫內聚力,是在同種物質內部相鄰各部分之間的相互吸引力,這種相互吸引力是同種物質分子之間存在分子力的表現。在有效應力情況下,將總抗剪強度扣除摩擦強度,即得到粘聚力。從另一角度看,粘聚力是破壞面沒有任何正應力作用下的抗剪強度。
內摩擦角
在以土的抗剪強度為縱坐標、剪下破壞面上的 法向應力為橫坐標的坐標系中,土的抗剪強度包線 對橫坐標軸的傾角。 通常以 表示, 是土的抗剪 強度參數之一,其值與土的初始孔隙比、土粒形 狀、土的顆粒級配和土粒表面的粗糙度等因素有 關。可由土的直接剪下試驗或三軸壓縮試驗測定, 根據不同的試驗方法和分析方法可得出總應力內摩擦角和有效應力內摩擦角。
有效應力
有效應力,是指土壤在荷載作用下,通過粒間接觸面傳遞的平均法向應力,又叫粒間應力。會引起土體的變形和決定土的抗剪強度。土體的有效應力越大,其抗剪強度也越大。理論上講,無黏性土(如細砂,粉砂)因振動可能使有效應力降為零,此時,土體發生液化,並處於危險狀態。產生有效應力的原因有土體的重力作用和附加應力作用等。
土抗剪強度
土的抗剪強度是指土體對於外荷載所產生的剪應力的極限抵抗能力。在外荷載作用下,土體中將產生剪應力和剪下變形,當土中某點由外力所產生的剪應力達到土的抗剪強度時,土就沿著剪應力作用方向產生相對滑動,該點便發生剪下破壞。土的抗剪強度由內摩擦力組成,來源於兩方面:抵抗粒間剪下滑動的滑動摩擦力;土粒因鑲嵌而產生的咬合力。土的抗剪強度除內摩擦力外,還有因結合水膜聯結、土粒之間的膠結作用和靜電引力效應而產生的內聚力,粘粒含量越多內聚力越大。
土的抗剪強度指標及其影響因素:
土的抗剪強度指標:內摩擦角φ和內聚力c為土的抗剪強度指標。無粘性土的抗剪強度由內摩擦力組成,粘性土的抗剪強度由內摩擦力和內聚力組成。在一定條件下對某種土來說,抗剪強度指標是個常量,實際上由於試驗時排水條件、剪下速率、應力狀態和應力歷史不同,土的抗剪強度指標並不是一個常量。
影響土的抗剪強度指標的因素:
① 土粒的礦物成分、粒度成分和形狀、粗糙程度;
② 土的原始密實度;
③ 土的天然含水量;
④ 土的結構;
⑤ 固結程度(試驗方法):孔隙水壓力的影響。
土的抗剪強度的研究方法:將土體看成是理想的塑性材料進行簡化計算:破壞形式為脆裂破壞或雖是塑流破壞但上部結構對變形不敏感的工程,取峰值應力作為抗剪強度;破壞形式為塑流破壞且上部結構對變形敏感的,按最大容許變形值取應變達到15%~20%所對應的點的應力作為抗剪強度。